代光輝 許雪艷

(巢湖學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程教學(xué)改革探討
——基于“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃的課程改革

代光輝 許雪艷

(巢湖學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》是機(jī)械類專業(yè)的一門核心課程，具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。為實(shí)施機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的卓越工程師培養(yǎng)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力以及對(duì)工程實(shí)際問題的解決能力，根據(jù)現(xiàn)有的教學(xué)資源和課程定位，對(duì)該課程的理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與方法進(jìn)行了思考與探索并提出了改革方案。嘗試以液壓技術(shù)為平臺(tái)對(duì)機(jī)械專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用進(jìn)行訓(xùn)練，達(dá)到了一定的預(yù)期效果。

液壓與氣動(dòng)技術(shù)；理論教學(xué)改革；實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革

1 引言

卓越工程教育培養(yǎng)計(jì)劃作為國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020）組織實(shí)施的一個(gè)重大項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)一批卓越工程師后備人才[1-3]。其核心內(nèi)容就是著力提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力[4]。巢湖學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)已經(jīng)獲批為“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”示范專業(yè)，為更好地將該項(xiàng)目實(shí)施到本專業(yè)的課程教學(xué)中，在原課程教學(xué)方案的基礎(chǔ)上，需要對(duì)其進(jìn)行一定的改革和完善。針對(duì)《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》這門課程的理論和實(shí)踐教學(xué)，本文對(duì)其理論與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與方法的改革進(jìn)行了討論。

液壓與氣壓傳動(dòng)是三大動(dòng)力傳動(dòng)之一的流體傳動(dòng)的主體部分，是機(jī)械類、自動(dòng)化類、動(dòng)力類等領(lǐng)域復(fù)合型人才的知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。液壓(氣動(dòng)）在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛，其元器件，如各種液壓缸與氣壓缸、各種控制與輔助元件以及液壓泵，本身就是機(jī)械中相對(duì)較簡單的機(jī)構(gòu)，但卻是技術(shù)要求非常高的產(chǎn)品。在工程運(yùn)用中，液壓(氣動(dòng)）主要依靠具體的系統(tǒng)來完成相應(yīng)的工作，屬于機(jī)械裝配制造的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其使用范圍涵蓋了眾多行業(yè)。因此，對(duì)機(jī)械類學(xué)生而言學(xué)好液壓與氣動(dòng)技術(shù)這門課程，可以為后續(xù)工作打下良好基礎(chǔ)。

液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)的板書講授式教學(xué)方法很難達(dá)到較理想的效果。本文根據(jù)對(duì)該課程相關(guān)內(nèi)容的分析，并結(jié)合現(xiàn)代學(xué)生易于接受多元信息的特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和方法做了多種改革與嘗試，實(shí)現(xiàn)了多元化的理論教學(xué)、遞進(jìn)式的實(shí)訓(xùn)教學(xué)以及一系列以液壓與氣動(dòng)技術(shù)為載體對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造綜合知識(shí)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的創(chuàng)新性嘗試。

2 理論教學(xué)內(nèi)容與方法改革的探討

液壓與氣壓傳動(dòng)的理論教學(xué)內(nèi)容分為兩大部分，即液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。由于液壓和氣動(dòng)技術(shù)的理論知識(shí)具有一定的相通性，所以在有限的教學(xué)課時(shí)內(nèi)，我們將重點(diǎn)放在對(duì)液壓技術(shù)的詳細(xì)講解上。根據(jù)對(duì)教學(xué)大綱和教材內(nèi)容的分析，將理論教學(xué)分成四大板塊，并結(jié)合卓越工程師的培養(yǎng)要求，特別增加了工程實(shí)例剖析板塊。具體內(nèi)容如表1：

理論教學(xué)一直是本課程教學(xué)中比較晦澀的一部分內(nèi)容，傳統(tǒng)的板書式理論教學(xué)枯燥乏味，很容易使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中產(chǎn)生厭煩心理，從而影響學(xué)習(xí)的效果，甚至?xí)?dǎo)致學(xué)生對(duì)本課程產(chǎn)生排斥等厭學(xué)心理。如何能通過有效的教學(xué)方法改革提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，一直以來是本課程教學(xué)方法改革的重要目標(biāo)。本文則采用了多元化的教學(xué)手段，豐富課堂教學(xué)，提高學(xué)生的注意力，增加學(xué)生的興趣，從而取得很好的教學(xué)效果。

2.2.1 靈活的課堂教學(xué)

在教學(xué)過程中，采用傳統(tǒng)的講授式教學(xué)和小組討論相結(jié)合的方式，對(duì)于課程中的難點(diǎn)問題(如動(dòng)力學(xué)分析，能量損失的估算等），教師先給予詳細(xì)的分析說明，然后設(shè)置問題情境(如伯努利方程的使用條件，能量損失估算的一般步驟等）讓學(xué)生分小組討論闡述自己的結(jié)論，并將問題及時(shí)反饋給老師，最后，教師根據(jù)討論的情況予以總結(jié)，做到對(duì)抽象的理論難點(diǎn)各個(gè)擊破。

2.2.2 多媒體與教學(xué)動(dòng)畫的應(yīng)用

多媒體教學(xué)可以提供較為豐富的信息量，拓展課程教學(xué)的知識(shí)面。簡單易懂的內(nèi)容通過PPT播放的形式，不僅可以增加學(xué)生的課堂興趣，還可以節(jié)省一部分課堂時(shí)間，為小組討論提供基礎(chǔ)。除此之外，還可以將教材中靜止、抽象的內(nèi)容制作成動(dòng)畫，利用動(dòng)畫來演示相應(yīng)的動(dòng)作過程，使教學(xué)內(nèi)容更加形象、生動(dòng)，從而幫助學(xué)生更好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。

2.2.3 微視頻的應(yīng)用

本課程涉及到很多元器件的結(jié)構(gòu)，而教材中只是給出其相關(guān)的二維裝配圖，學(xué)生很難直觀地理解每個(gè)零部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)以及零部件的裝配過程，利用三維CAD軟件制作裝配圖，并對(duì)裝配圖進(jìn)行爆炸處理，生成爆炸圖和裝配動(dòng)畫視頻，再配以詳細(xì)的語音分析說明，就可以制作成一段相關(guān)的微視頻。通過此視頻可以把抽象的內(nèi)容更加直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前。而且，學(xué)生長時(shí)間處在同一種教學(xué)模式下，容易產(chǎn)生思想不集中的現(xiàn)象，突然轉(zhuǎn)換一種教學(xué)方式，也有助于提高學(xué)生的注意力。

2.2.4 Fluid SIM仿真軟件的應(yīng)用

在Fluid SIM軟件中，液壓(氣壓）元件可以通過文本說明、圖形以及動(dòng)畫來描述，也可設(shè)計(jì)和液壓氣動(dòng)回路相配套的電氣控制回路，彌補(bǔ)了學(xué)生只接觸液壓(氣壓）回路不接觸電氣回路，因而不明白各種開關(guān)和閥的動(dòng)作過程的弊病。對(duì)電氣-液壓(氣壓）回路同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真，可以提高學(xué)生對(duì)電氣動(dòng)、電液壓的認(rèn)識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力[6-8]。

3 實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容與方法改革的探討

實(shí)訓(xùn)課程是理論課程的延續(xù)與應(yīng)用，此環(huán)節(jié)主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和工程應(yīng)用技能。傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)只是理論教學(xué)的一種輔助手段，不能對(duì)學(xué)生的工程應(yīng)用能力起到很好的鍛煉作用。針對(duì)此問題，在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中設(shè)置了三個(gè)模塊，漸進(jìn)性地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力。

3.1.1 基本實(shí)訓(xùn)模塊

基本實(shí)訓(xùn)模塊主要包括元器件的拆裝實(shí)訓(xùn)和基本回路的搭建實(shí)訓(xùn)。元器件拆裝實(shí)訓(xùn)的目的是讓學(xué)生了解各元器件的基本組成和各零部件之間的配合關(guān)系，并掌握零部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況；基本回路搭建實(shí)訓(xùn)的目的是讓學(xué)生了解液壓系統(tǒng)的基本組成、各元器件在系統(tǒng)中的作用、各基本回路的工作過程以及控制過程。

3.1.2 能力提升模塊

本模塊設(shè)置兩次系統(tǒng)故障排查實(shí)訓(xùn)，目的是讓學(xué)生在掌握基本回路的基礎(chǔ)上，能對(duì)實(shí)際工程問題做出一定的判斷。具體實(shí)施過程：教師預(yù)先在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上搭建好由不同基本回路組成的相對(duì)復(fù)雜的工作過程，并在每套設(shè)備上設(shè)置2～3處故障(主要包括：漏油，控制閥使用不當(dāng)，油壓不足，回路搭接不正確，工作順序不合理等）；然后，學(xué)生根據(jù)已學(xué)的知識(shí)和相關(guān)的測試儀器查找故障原因，并給予修正；最后，總結(jié)故障表象、故障原理和改正方法。

3.1.3 工程實(shí)用模塊

本模塊設(shè)置一次實(shí)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)，即利用液壓(氣動(dòng)）技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)簡單的生產(chǎn)設(shè)備。其目的是讓學(xué)生切實(shí)了解液壓(氣動(dòng)）在實(shí)際工程生產(chǎn)中的應(yīng)用以及液壓(氣動(dòng)）設(shè)備的一般設(shè)計(jì)過程。具體安排如下：設(shè)計(jì)如圖1所示的四自由度機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)工件在不同工位的轉(zhuǎn)移。要求學(xué)生繪制原理圖，在系統(tǒng)中選用具體的元器件，并完成PLC控制。

3.2.1 從“看”到“做”轉(zhuǎn)變

液壓實(shí)訓(xùn)教學(xué)不只是讓學(xué)生觀看某些現(xiàn)象、某些動(dòng)作和某些機(jī)構(gòu)，更為重要的是要求學(xué)生在操作的過程中了解液壓的組成、特點(diǎn)、原理和應(yīng)用，并通過理論知識(shí)指導(dǎo)學(xué)生切實(shí)掌握液壓元器件及其系統(tǒng)的具體動(dòng)作和具體操作。只有在操作過程中，學(xué)生才能發(fā)現(xiàn)問題與不足，從而達(dá)到手腦并用和增強(qiáng)興趣的效果。所以實(shí)訓(xùn)教學(xué)中應(yīng)采用在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生自己完成具體操作的方法，讓學(xué)生成為實(shí)訓(xùn)的主體。

3.2.2 從“個(gè)人”到“團(tuán)隊(duì)”轉(zhuǎn)變

為了方便學(xué)生之間的相互交流、相互學(xué)習(xí)和協(xié)同工作，同時(shí)保證每個(gè)同學(xué)都有動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，實(shí)訓(xùn)時(shí)將學(xué)生分成3～5人小組，并指定一個(gè)組長來分配和協(xié)調(diào)工作。實(shí)訓(xùn)完成后，各小組之間進(jìn)行總結(jié)和交流，通過交流讓每個(gè)同學(xué)了解更多的問題以及掌握解決問題的方法。最后，老師對(duì)實(shí)訓(xùn)過程、實(shí)訓(xùn)問題、試驗(yàn)現(xiàn)象、試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。

3.2.3 從“驗(yàn)證性”到“綜合性”轉(zhuǎn)變

綜合性實(shí)驗(yàn)是指在學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識(shí)并且具有相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器的基本操作技能的基礎(chǔ)上，運(yùn)用某一門課程和相關(guān)課程的綜合知識(shí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合式實(shí)驗(yàn)，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、數(shù)據(jù)處理能力、查閱資料能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力[9]。液壓課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，與工程使用聯(lián)系緊密，只有培養(yǎng)和提高學(xué)生對(duì)液壓技術(shù)綜合知識(shí)的應(yīng)用能力，才能更好的服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)。

4 基于液壓（氣動(dòng)）的專業(yè)綜合知識(shí)整合

此部分內(nèi)容主要通過兩個(gè)液壓(氣動(dòng)）技術(shù)的課程設(shè)計(jì)來進(jìn)行綜合訓(xùn)練，其目的是綜合應(yīng)用已學(xué)習(xí)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，以及通過此設(shè)計(jì)讓學(xué)生初步了解如何將專業(yè)理論知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)際生產(chǎn)中。具體內(nèi)容安排如下：

液壓缸雖然結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡單，但是其設(shè)計(jì)制造過程涵蓋了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的一般步驟，因此通過液壓缸的設(shè)計(jì)制造過程可以對(duì)機(jī)械專業(yè)綜合知識(shí)進(jìn)行很好的應(yīng)用。

4.1.1 液壓缸的設(shè)計(jì)

在給定基本參數(shù)的條件下，液壓缸的設(shè)計(jì)包括很多內(nèi)容[10]，如液壓缸的類型選擇及安裝方式的選擇，主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇以及技術(shù)要求說明，性能參數(shù)和幾何尺寸計(jì)算，繪制零件圖、裝配圖以及編寫技術(shù)說明書等。在此過程中不僅僅有液壓技術(shù)知識(shí)的應(yīng)用，同樣也要將已學(xué)的其他專業(yè)知識(shí)(如機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程材料、材料力學(xué)等）運(yùn)用到具體元件的實(shí)際設(shè)計(jì)中。

4.1.2 液壓缸的制造

液壓缸的制造環(huán)節(jié)以液壓缸的一個(gè)主要零件——活塞為例，首先要設(shè)計(jì)零件的工藝規(guī)程[10-11]，包括零件的工藝性分析、確定毛坯、擬定工藝路線、選擇定位基準(zhǔn)、確定個(gè)工序的設(shè)備和工裝、確定個(gè)工序的余量和切削用量。同時(shí)還要完成機(jī)械加工工藝過程卡、機(jī)械加工工藝卡、機(jī)械加工工序卡。然后，依據(jù)金工實(shí)訓(xùn)中所學(xué)知識(shí)完成活塞的車削加工。最后，設(shè)計(jì)裝配工藝規(guī)程。通過此練習(xí)，可以將機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系起來。

本環(huán)節(jié)結(jié)合THJDME-1型光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)考核裝置來完成，該裝置在接近工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場基礎(chǔ)上，針對(duì)教學(xué)及實(shí)訓(xùn)目的進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)，更加強(qiáng)化機(jī)電一體化產(chǎn)品的安裝與調(diào)試能力。本裝置采用開放式和拆裝式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)械部件組裝生產(chǎn)設(shè)備，使整個(gè)裝置能夠靈活地按實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求進(jìn)行組裝。該設(shè)計(jì)可以根據(jù)所給定的不同工作任務(wù)，對(duì)上述裝置進(jìn)行改裝來實(shí)現(xiàn)不同的功能，從而提高學(xué)生對(duì)整個(gè)液壓(氣動(dòng)）系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用能力以及液壓 (氣動(dòng)）系統(tǒng)與PLC的配合使用能力。

5 總結(jié)

通過上述幾項(xiàng)內(nèi)容與方法的改革，豐富了液壓與氣動(dòng)技術(shù)課程理論和實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容，提高了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)效果，加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)際操作能力，增強(qiáng)了學(xué)生綜合知識(shí)運(yùn)用能力。符合卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的基本思想與基本目的，適用于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，較好地實(shí)現(xiàn)了課程的教學(xué)目標(biāo)。但是以上幾種改革內(nèi)容可能依然存在不足之處，后續(xù)仍需不斷探索，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的啟發(fā)和解決工程問題的鍛煉，力爭達(dá)到“學(xué)”能“用”，“用”能“專”的目標(biāo)。

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ON THE TEACHING REFORM OF HYDRAUNIC AND PNEUMATIC TECHNOLOGY—BASED ON THE REFORM OF EXCELLENT ENGINEERS'CULTIVATION PLAN OF THE

DAI Guang-huiXU Xue-yan
（Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

Hydraulic and Pneumatic Technology is a core course of mechanical engineering，which is of sound theoretical basis and feasible applicability.The content and method of practical teaching and the theory of this course have been thought deeply and explored and the reform schemes have been put forward according to the existing teaching resources and the course positioning，in order to implement the excellent engineers training plan of mechanical engineering and automation professional，and to train the students'practical ability and the solving ability of actual engineering problem.Some attempts have been made to train the comprehensive application of the machinery specialized knowledge based on the hydraulic technology，which achieves the desired results.

Hydraulic and Pneumatic Technology；reform of theory teaching；reform of practical teaching

G423.07

A

1672-2868（2015）06-0127-05

責(zé)任編輯：陳 鳳

2015-04-15

安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2012zjjh042）

代光輝(1987-），男，安徽亳州人。巢湖學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，助教。研究方向：液壓氣壓傳動(dòng)。