曹 賀， 趙存有， 侯清泉， 劉訓(xùn)濤

(黑龍江科技大學(xué) 機械工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022)

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卓越計劃背景下“液壓與氣壓傳動”課程教學(xué)改革研究

曹 賀， 趙存有， 侯清泉， 劉訓(xùn)濤

(黑龍江科技大學(xué) 機械工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150022)

以“卓越工程師”培養(yǎng)為目標(biāo)，對“液壓與氣壓傳動”課程進行了課堂教學(xué)改革。在教學(xué)內(nèi)容上，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，重組教學(xué)內(nèi)容，從卓越人才規(guī)格定位的本質(zhì)出發(fā)，進行教學(xué)內(nèi)容的刪減和補充，以企業(yè)需求和學(xué)生就業(yè)為導(dǎo)向，增加典型液壓系統(tǒng)實例，開設(shè)液壓傳動綜合實驗；在教學(xué)方法和手段改革上，運用啟發(fā)式教學(xué)方法，充實動畫和視頻素材，廣泛聯(lián)系工程實例，將課堂、現(xiàn)場和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合進行立體化教學(xué)；在學(xué)法設(shè)計上，針對不同的授課內(nèi)容，進行學(xué)生分析，注重每節(jié)課的導(dǎo)入，構(gòu)建新型師生關(guān)系，注重課堂互動。教學(xué)改革經(jīng)過了兩輪的教學(xué)實踐，受到了學(xué)生的歡迎和認(rèn)可，取得了較好效果。

卓越工程師； 教學(xué)改革； 液壓與氣壓傳動； 學(xué)法設(shè)計

0 引 言

教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措[1-5]。該計劃旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)。

“液壓與氣壓傳動”是高等工科院校設(shè)立的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，既含有概念、原理類的基本知識，又是理論與實踐緊密結(jié)合的一門課程。我?！耙簤号c氣壓傳動”課程于2006年被評為省級精品課，在教學(xué)隊伍結(jié)構(gòu)及整體素質(zhì)、教學(xué)條件、教學(xué)方法與手段等方面進行過重點建設(shè)[6-11]，但面向卓越工程師培養(yǎng)的教學(xué)改革仍是空白。本文基于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)方法和手段改革、學(xué)法設(shè)計等方面進行了研究與實踐，取得了較好效果。

1 教學(xué)內(nèi)容更新

(1) 根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，重組教學(xué)內(nèi)容。傳統(tǒng)教學(xué)一般是按照“元件-回路-系統(tǒng)”的方式編排的[12-13]，這種編排方式不符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在教學(xué)過程中將內(nèi)容重組，將元件與回路緊密結(jié)合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)完元件后就學(xué)習(xí)該元件在系統(tǒng)中的作用及其應(yīng)用回路，這樣學(xué)生不僅掌握了液壓傳動元件的基本知識，而且加深了元件在液壓系統(tǒng)中的作用的認(rèn)識。

(2) 從卓越人才規(guī)格定位的本質(zhì)出發(fā)，進行教學(xué)內(nèi)容的刪減和補充。對課程中過繁過深的理論推導(dǎo)、分析和計算內(nèi)容進行壓縮，省去相關(guān)公式的推導(dǎo)，只介紹公式的含義及應(yīng)用；加強對元件結(jié)構(gòu)、正確使用、維修和故障分析的內(nèi)容；注重液壓系統(tǒng)的分析方法，能對照動作循環(huán)圖和電磁鐵動作順序表，讀懂一般程度的液壓系統(tǒng)。

(3) 以企業(yè)需求和學(xué)生就業(yè)為導(dǎo)向，增加典型液壓系統(tǒng)實例。為使學(xué)生具有一定維修和調(diào)試液壓設(shè)備的技能，必須加強學(xué)生對生產(chǎn)設(shè)備液壓系統(tǒng)分析能力的培養(yǎng)。將原有教學(xué)大綱中的實例由4個增加到8個，加強學(xué)生分析解決實際問題的能力。

(4) 深化創(chuàng)新教育理念，開設(shè)液壓傳動綜合實驗。首先由學(xué)生自擬實驗方案，選取實驗元件，設(shè)計回路。其次在液壓系統(tǒng)仿真軟件Automation Studio下進行系統(tǒng)模擬，該軟件具有對液壓系統(tǒng)虛擬設(shè)計、模擬、測試、分析等功能，通過模擬，可以進一步完善、修改液壓系統(tǒng)的設(shè)計及分析等工作。最后在我校力士樂液壓實驗臺上安裝、調(diào)試系統(tǒng)，并進行相關(guān)參數(shù)測試[14]。

2 教學(xué)方法和手段改革

“液壓與氣壓傳動”課程中涉及元件結(jié)構(gòu)、原理、圖表較多，充分利用多媒體技術(shù)，能使深奧問題淺顯化，抽象問題直觀化，最大限度地提高學(xué)生的課堂信息量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，為此在教學(xué)中采用以下做法。

(1) 以啟發(fā)式教學(xué)為原則的問題引領(lǐng)法。在講授知識點之前或講授中間給學(xué)生提出疑問，使學(xué)生帶著問題聽課，并對關(guān)鍵點進行透徹分析。比如在講先導(dǎo)式溢流閥時，介紹結(jié)構(gòu)后，給學(xué)生提出兩個問題，主閥為什么用了一個軟彈簧？節(jié)流孔起什么作用？帶著這兩個問題來學(xué)習(xí)先導(dǎo)式溢流閥的工作原理，效果很好。

(2) 以Flash動畫和圖片為素材的直觀演示法。把各元件的工作原理用Flash制成動畫[15]，通過動畫演示，把液壓元件的結(jié)構(gòu)、原理，回路中各元件動作、狀態(tài)、液流方向等形象生動地展現(xiàn)在學(xué)生面前，提高上課的效率，也提高學(xué)生的興趣，便于學(xué)生理解和記憶。

查看圖像屬性可知，4張圖像的水平和垂直分辨率同為96DPI(dot per inch)，即96像素/英寸。由于圖像像素長寬比為1，且測得的反射板頂部兩黑色圓塊形心間的平均像距離是357.25(pixel)，則圖像每個像素橫向和縱向?qū)?yīng)的實際距離同為100÷357.25=0.28 mm。觀察表1可知，絕對誤差都小于一個像素對應(yīng)的實際距離，是符合要求的。

(3) 以理論聯(lián)系實際為原則的工程滲透法。液壓與氣壓傳動是與工程實際緊密聯(lián)系的一門課程，現(xiàn)在國外95%的工程機械、90%的數(shù)控加工中心、95%以上的自動線都采用液壓傳動。將液壓與氣壓傳動在工程中的應(yīng)用實例及教師的科研課題引入課堂，激發(fā)興趣，學(xué)以致用。

(4) 以開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力為目的的發(fā)散思維訓(xùn)練法。請學(xué)生設(shè)計某些液壓元件的改進形式，改變回路的布置來實現(xiàn)同樣的功能。在講解液壓缸的典型結(jié)構(gòu)時，鼓勵學(xué)生對書中的液壓缸裝配圖提出多個問題，如結(jié)構(gòu)上的設(shè)計意圖、密封方式為何不同、活塞與活塞桿的連接方式還可以怎樣、緩沖如何實現(xiàn)、單向閥起什么作用等，學(xué)生積極性倍增，課堂氣氛非常活躍。

(5) 以課堂、現(xiàn)場和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的立體化教學(xué)法。更新多媒體課件，及時加入前沿知識，在制作上利用Powerpoint的強大功能，將啟發(fā)式教學(xué)、范例式教學(xué)、互動式教學(xué)等方法融入其中，有目的、有針對性地組織教學(xué)，發(fā)揮多媒體事半功倍的效能，收到最佳的教學(xué)效果。同時，結(jié)合現(xiàn)場教學(xué)，提供學(xué)生豐富的直接經(jīng)驗，有助于他們理解和掌握理論知識，通過現(xiàn)場可以讓學(xué)生做一做，增強其動手操作的能力。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)具有資源共享、不受時空限制、溝通便捷、交互性強等優(yōu)點，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。結(jié)合授課內(nèi)容，介紹最新知識及學(xué)科發(fā)展方向，同時為學(xué)生提供液壓與氣壓傳動的相關(guān)網(wǎng)站、論壇等，促進學(xué)生進一步學(xué)習(xí)提高。

3 學(xué)法設(shè)計

3.1 針對不同的授課內(nèi)容，進行學(xué)生分析

3.1.1 緒論課的講授

緒論課是整個學(xué)科教學(xué)的簡介，是課程整體觀念的起步，對教學(xué)起著引領(lǐng)、提示、導(dǎo)向的作用，要多介紹工程實例和最新發(fā)展技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。緒論課是教師與學(xué)生第一次見面交流，對培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自學(xué)能力，以及在今后過程中教師與學(xué)生溝通與配合等有著非常重要的作用。

液壓傳動是與機械傳動和電氣傳動并列的一種傳動方式，其組成及工作原理是后續(xù)液壓元件和液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)。要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而為整門課的講授打下良好的基礎(chǔ)。

3.1.2 各種元件結(jié)構(gòu)原理的講授

分析元件的具體結(jié)構(gòu)是學(xué)生的薄弱部分，尤其是看CAD裝配圖，因此要耐心講授并輔以實物圖。通過動畫、圖片和詳細講解，使學(xué)生系統(tǒng)了解和掌握各種液壓元件。

液壓泵是學(xué)生最先接觸的液壓元件，多數(shù)同學(xué)在日常生活中都見過，只不過不了解其具體的性能和詳細結(jié)構(gòu)特點。通過動畫、圖片和詳細推倒，使學(xué)生系統(tǒng)了解和掌握液壓泵。葉片泵也屬于容積式泵，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，學(xué)生學(xué)習(xí)有一定難度，先以實物圖片介紹葉片泵的結(jié)構(gòu)，增加感性認(rèn)識，再通過動畫演示葉片泵的工作原理，形象生動，使學(xué)生印象深刻。柱塞泵結(jié)構(gòu)較葉片泵簡單，好理解，而且學(xué)生有了齒輪泵和葉片泵的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)起來不難。對于伺服變量機構(gòu)，學(xué)生可能會覺得頭一次接觸“伺服”的概念，引起興趣，可以為以后學(xué)習(xí)“液壓伺服控制”打下基礎(chǔ)。

液壓泵與液壓馬達從能量轉(zhuǎn)換角度是可逆的，向任何一種液壓泵輸入工作液體，都可使其變成液壓馬達工況。先采用啟發(fā)式教學(xué)方法，從能量轉(zhuǎn)換的角度，將液壓泵逆向工作會怎樣？引出液壓馬達的工作原理，再逐一介紹各類馬達的結(jié)構(gòu)特點。對于泵與馬達的計算，以直觀圖示來總結(jié)泵和馬達的功率流程，課堂練習(xí)加作業(yè)鞏固。

液壓缸學(xué)生在日常生活中隨處可見，普通的液壓缸結(jié)構(gòu)也較簡單，應(yīng)用受力分析可進行參數(shù)的計算，有些內(nèi)容可以讓學(xué)生來推導(dǎo)，在參與的過程中學(xué)習(xí)。

液壓閥是聯(lián)系動力元件和執(zhí)行元件的部分，學(xué)生理解起來并不難，但由于學(xué)生接觸工程實際不多，分析問題能力不強，因此本節(jié)學(xué)習(xí)有一定難度，必須采取較好的方法。聯(lián)系流體力學(xué)課程中孔口流量計算來講授液壓閥之間存在的共性問題，通過實物和動畫介紹各種方向控制閥的結(jié)構(gòu)原理，講授換向閥中位機能時引實例并進行聯(lián)系。以實物圖片和動畫來形象介紹各類換向閥的結(jié)構(gòu)原理。對于歷年學(xué)生反映較難的液動力的講授，以講問結(jié)合的方式，時刻了解學(xué)生的思路是否跟上，多加互動。學(xué)生普遍對壓力控制感興趣，特別是溢流閥的串聯(lián)等問題能在課堂上熱烈討論，但常常出錯，因此要注意不能打消他們的學(xué)習(xí)熱情。通過動畫講授溢流閥和減壓閥的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，同時輔以實例介紹他們的工程應(yīng)用。在學(xué)過溢流閥和減壓閥后，學(xué)習(xí)順序閥理解起來會比較容易，但容易與溢流閥混淆，講授中要突出各自的特點。由自動車床加工工件的視頻引出順序動作的控制。通過動畫講授順序閥的工作原理，注意與溢流閥的區(qū)別。最后簡要介紹壓力繼電器的工作原理。在前面學(xué)習(xí)閥的基礎(chǔ)上，學(xué)生有能力進一步學(xué)習(xí)一種新的控制閥，流量閥，因其相對較簡單，學(xué)習(xí)起來不會太吃力。聯(lián)系“工程流體力學(xué)”知識介紹流量控制原理，通過動畫演示各個流量閥的工作情況。

液壓系統(tǒng)中的輔助元件，是指除液壓動力元件，執(zhí)行元件和控制元件以外的其他各類組成元件，如管件、油箱、過濾器、密封裝置、壓力表和蓄能器等。生活中和以前的設(shè)計中接觸過其中一些內(nèi)容，應(yīng)避免“知其然而不知其所以然”，使學(xué)生透徹領(lǐng)會。按照“功用—結(jié)構(gòu)—原理—注意事項”的思路逐一講解各個液壓輔助元件。

3.1.3 液壓基本回路的講授

一些液壓設(shè)備的液壓系統(tǒng)雖然很復(fù)雜，但它通常都由一些基本回路組成，所以掌握一些基本回路的組成、原理和特點將有助于認(rèn)識分析一個完整的液壓系統(tǒng)。液壓基本回路涉及到各種液壓元件，尤其是一些壓力控制閥和流量控制閥，學(xué)生只有很好掌握這些液壓元件才能較好理解液壓回路。因此在講授中注意帶領(lǐng)學(xué)生回顧涉及到的知識點，可以采用課堂提問的方式。學(xué)生會覺得壓力控制回路較多，看似繁亂，實則有一定聯(lián)系和互通，可以讓學(xué)生自己總結(jié)。節(jié)流調(diào)速回路涉及到壓力控制閥和流量控制閥，學(xué)生只有很好掌握這些液壓元件才能較好理解本次課的內(nèi)容。在講授中注意帶領(lǐng)學(xué)生回顧涉及到的知識。

3.1.4 典型液壓系統(tǒng)的講授

典型液壓系統(tǒng)的講授旨在使學(xué)生對液壓傳動有一個系統(tǒng)性的認(rèn)識和了解，為其以后從事相應(yīng)工作打下良好基礎(chǔ)。系統(tǒng)圖分析難度較大，課堂上注意學(xué)生是否跟上，適當(dāng)放慢速度。并根據(jù)學(xué)生專業(yè)側(cè)重選擇相關(guān)的液壓系統(tǒng)進行分析。

3.2 注重每節(jié)課的導(dǎo)入

以液壓技術(shù)在實際中的應(yīng)用或液壓元件在應(yīng)用中存在的問題來引出課程內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如以某挖掘機液壓系統(tǒng)故障介紹油液污染導(dǎo)致堵塞，以致系統(tǒng)壓力偏低的后果。引出油液在液壓系統(tǒng)中所起的作用，再介紹其性質(zhì)及選擇。在介紹新知識前，適時適當(dāng)?shù)卦O(shè)計一些問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，在聽課的過程中得到問題的答案。

3.3 構(gòu)建新型師生關(guān)系，注重課堂互動

一方面以快樂的情緒感染學(xué)生，創(chuàng)造活躍的課堂氣氛，和學(xué)生做朋友，使其能無拘束地隨時提出問題。另一方面加強師生互動，使學(xué)生融入課堂。通過以下兩方面來體現(xiàn)：①“動”是老師動，一方面通過學(xué)生的表情、眼神觀察學(xué)生的反饋情況，使學(xué)生跟上老師的思路；另一方面是設(shè)置互動問題，孔子說“疑是思之始，學(xué)之端”，可以設(shè)置多個問題，但不能都是用是或不是回答的簡單問題，問題要有一定的難度。②“動”是學(xué)生動，通過設(shè)置有趣的問題情境啟發(fā)學(xué)生主動思考，巧妙地設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，化解問題的難點。還要注意及時地鼓勵學(xué)生，讓學(xué)生體驗成就感。

4 結(jié) 語

基于“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)，對“液壓與氣壓傳動”課程在教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)方法與手段改革和學(xué)法設(shè)計3方面進行全面系統(tǒng)的論述。本課程的教學(xué)改革的成果，可以推廣到其他專業(yè)課程的教學(xué)改革。

實施“卓越工程師培養(yǎng)計劃”是我國工程教育改革的重大舉措，是當(dāng)代人才培養(yǎng)的精品工程。它離不開課程教學(xué)的具體實施，需要創(chuàng)新教學(xué)理念，全面細致地研究教學(xué)的每一個環(huán)節(jié)，探究出一條具有中國特色的卓越工程師的培養(yǎng)之路。

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Study on Teaching Reform of “Hydraulic and Pneumatic Transmission” Course Under the Excellent Engineers Training

CAOHe,ZHAOCun-you,HOUQing-quan,LIUXun-tao

(College of Mechanical Engineering, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin 150022, China)

With the “excellent engineers” training as the goal, the “hydraulic and pneumatic transmission” course was reformed. In teaching content, according to student's cognition rule, the contents were reorganized by starting from the essence of excellent talents localization. Teaching contents were added or cut by orienting from the demands of enterprise and employment, Examples of typical hydraulic systems were added, and comprehensive experiments were established. In the reform of teaching methods and means, the heuristic teaching methods were used, the animation, video materials and engineering examples were enriched, three-dimensional teaching which was combined with the classroom teaching, the field teaching and network teaching was performed. In the study design, according to the different teaching contents, student analysis was put forward, introduction of each course was emphasized, the new relationship between teachers and students was constructed, and classroom interaction was much concerned. After two rounds of teaching practice, the teaching reform was welcomed and recognized by students, and achieved good results.

excellent engineers; teaching reform; hydraulic and pneumatic transmission; teaching design

2014-04-08

黑龍江省高等學(xué)校教改工程項目(JG2013010498)；黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題(GBC1211109)；黑龍江科技大學(xué)青年才俊培養(yǎng)計劃資助。

曹 賀(1978-)，女，遼寧昌圖人，碩士，副教授，主要研究方向為機械設(shè)計及理論。

Tel.： 18714604962；E-mail： caohe78@163.com

G 642；TH 137

A

1006-7167(2015)03-0209-06