阮廣東 ， 何彥虎

(湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院　機(jī)電與汽車工程學(xué)院, 浙江　湖州　313000)

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翻轉(zhuǎn)課堂和現(xiàn)場教學(xué)在液壓教學(xué)創(chuàng)新中的應(yīng)用*

阮廣東 ， 何彥虎

(湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院, 浙江湖州313000)

針對當(dāng)前高職高專液壓傳動教學(xué)理論與實踐脫節(jié)問題，以某發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，提出了采用翻轉(zhuǎn)課堂和現(xiàn)場教學(xué)相結(jié)合的方法進(jìn)行創(chuàng)新教學(xué)。在該教學(xué)模式中，學(xué)生主動學(xué)習(xí)，主動實踐；教師總體策劃教學(xué)過程，精心準(zhǔn)備教學(xué)視頻資料，合理安排實踐項目，科學(xué)進(jìn)行課程考核。實踐證明，采用該教學(xué)模式后，學(xué)生的學(xué)習(xí)成效顯著，學(xué)習(xí)的主動性、積極性大大提高，分析問題解決問題的能力得到大幅度提升。

翻轉(zhuǎn)課堂；現(xiàn)場教學(xué)；液壓氣動學(xué)習(xí)平臺；汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)；課程考核

《液壓與氣壓傳動》是一門實踐性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課，在機(jī)電、自動化、電氣等相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了這門課程，其重要性不言而喻。為培養(yǎng)符合企業(yè)崗位要求的高技能人才，許多學(xué)校對該課程從多方面做了深入的教學(xué)改革與創(chuàng)新，并取得了不少成果。在教學(xué)模式上，突破了以往理論講解結(jié)合實驗實訓(xùn)的方式，以工程項目為教學(xué)內(nèi)容，使該門課程緊密聯(lián)系工程實際[1](P41-45)。為提高學(xué)習(xí)成效，翻轉(zhuǎn)課堂、先學(xué)后教模式也被很多學(xué)校采用[2](P73-75)。在教學(xué)手段上，除了采用多媒體教學(xué)、實物拆裝、回路連接等方式外，仿真軟件FluidSIM、AMESIM也被廣泛使用。有些學(xué)校充分利用企業(yè)資源，建立校企聯(lián)合實驗室，將課堂搬到工廠，直接為企業(yè)培養(yǎng)人才。但是，許多學(xué)校進(jìn)行的教學(xué)改革與創(chuàng)新僅著眼于某一方面，沒有進(jìn)行系統(tǒng)的研究，理論與實踐的銜接工作也做的相對較少，即便是一體化的教學(xué)模式在教學(xué)銜接與過渡上也做的不夠充分。鑒于這樣的現(xiàn)狀，本文提出了運用翻轉(zhuǎn)課堂和現(xiàn)場教學(xué)相結(jié)合進(jìn)行工程液壓系統(tǒng)的講解、實訓(xùn)，使課前學(xué)習(xí)、課堂聽講、工廠實訓(xùn)等幾方面有機(jī)結(jié)合起來，讓學(xué)生從課堂走向工廠，運用理論知識解決工程實際問題，通過實踐加深對理論的認(rèn)識，從而真正做到教學(xué)做一體化，徹底解決理論與實踐脫節(jié)的問題，為培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造性人才打下堅實基礎(chǔ)。

一、教學(xué)實施策略與方案

(一)教學(xué)實施策略

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法是對傳統(tǒng)教學(xué)方法的顛覆。傳統(tǒng)教學(xué)模式中，課堂是教師傳授知識與技能的場所，學(xué)生在課后完成作業(yè)、復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)；而在翻轉(zhuǎn)課堂中，知識的獲取交給學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)課前自學(xué)完成，課堂上，教師與學(xué)生就重點難點問題進(jìn)行探討，指導(dǎo)學(xué)生運用課前所學(xué)對問題進(jìn)行深入分析并給出解決方案。學(xué)生是整個學(xué)習(xí)過程的主體，教師僅起輔助、引導(dǎo)與解惑的作用。在此過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大大增強，學(xué)習(xí)成效顯著提升[3](P99-101)?，F(xiàn)場教學(xué)是在真實生產(chǎn)環(huán)境中，教師針對工程實際問題對學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，學(xué)生則圍繞問題主動觀察、思考與實踐。這種教學(xué)方法形象、生動、直觀，貼合高職高專學(xué)生思維特點，學(xué)生的積極性主動性也較高。而且，理論與實踐的結(jié)合能夠加深學(xué)生對理論的認(rèn)識，有利于培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識分析、解決問題的能力，學(xué)生以小組形式進(jìn)行現(xiàn)場實踐也有利于培養(yǎng)他們的團(tuán)隊精神[4](P29-32)。

鑒于翻轉(zhuǎn)課堂和現(xiàn)場教學(xué)的優(yōu)點，將這兩種方法結(jié)合起來用于汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的講解，效果明顯。在翻轉(zhuǎn)課堂實施過程中，教師將學(xué)習(xí)視頻、課件等項目式教學(xué)資料上傳到液壓氣動學(xué)習(xí)平臺上。課前，學(xué)生登錄平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)并完成相關(guān)基礎(chǔ)知識考核作業(yè)。課中學(xué)習(xí)分為兩部分，一部分在課堂上探討重點難點問題，一部分在工廠進(jìn)行現(xiàn)場學(xué)習(xí)。課堂上，教師針對學(xué)生在網(wǎng)上提到的問題進(jìn)行綜合匯總并詳細(xì)分析導(dǎo)致學(xué)生不理解的原因，并就汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理進(jìn)行重點分析。在工廠，學(xué)生觀看分析汽輪機(jī)調(diào)節(jié)器圖紙、結(jié)構(gòu)、工人裝配過程并進(jìn)行裝配實訓(xùn)。課后，學(xué)生要完成學(xué)習(xí)報告，總結(jié)歸納通過網(wǎng)上學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)及現(xiàn)場學(xué)習(xí)獲得的知識、經(jīng)驗、技巧。下圖1為汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)教學(xué)實施策略圖。

圖1　汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)教學(xué)實施策略

(二)教學(xué)實施方案

結(jié)合工廠生產(chǎn)實際，本課時將以18MW抽凝式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為教學(xué)研究的對象。本堂課之前網(wǎng)上已上傳了YT4543動力滑臺液壓系統(tǒng)工作原理資料，并在課堂上對系統(tǒng)所采用的基本回路、液壓元件進(jìn)行深入分析。為保證課堂的銜接性，本課時平臺上所上傳的資料除了汽輪機(jī)基本資料視頻、該型號汽輪機(jī)進(jìn)氣調(diào)節(jié)原理視頻、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)分析視頻外，還包括對YT4543動力滑臺液壓系統(tǒng)的簡單回顧及液壓系統(tǒng)原理圖的閱讀步驟視頻[5](P58-90)。汽輪機(jī)視頻資料包含大量真實結(jié)構(gòu)圖片、工作原理動畫。據(jù)此，學(xué)生可在課前全面深入的學(xué)習(xí)所涉及知識點，并可根據(jù)自己的理解程度掌控學(xué)習(xí)節(jié)奏，對于不懂的知識點，可反復(fù)重點觀看；另外，學(xué)生可以通過答疑系統(tǒng)就學(xué)習(xí)中遇到的問題和老師進(jìn)行溝通。

翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行的關(guān)鍵在于學(xué)習(xí)平臺的開發(fā)。液壓氣動學(xué)習(xí)平臺是一個獨立的課程學(xué)習(xí)平臺，上面有本課程所有學(xué)習(xí)資料，學(xué)生可據(jù)此方便的進(jìn)行課前學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)。課程改革與創(chuàng)新后，學(xué)習(xí)平臺顯得愈發(fā)重要，它適應(yīng)教學(xué)改革與創(chuàng)新的需要，符合學(xué)生學(xué)習(xí)的特點，適合各層次的學(xué)生，對于培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣至關(guān)重要。

翻轉(zhuǎn)課堂的課堂教學(xué)部分，教師和學(xué)生主要針對汽輪機(jī)的數(shù)字液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行探討，使學(xué)生做到真正理解問題并能加以拓展應(yīng)用，從而實現(xiàn)知識的遷移。

圖2為主汽門啟閉系統(tǒng)原理圖[6](P68-73)。啟動掛閘裝置控制主汽門執(zhí)行機(jī)構(gòu)(主汽門自動關(guān)閉器)上下動作進(jìn)而控制主汽門開啟，同時可以對機(jī)組機(jī)械超速復(fù)位。掛閘電磁鐵得電建立復(fù)位油，壓力油經(jīng)過節(jié)流孔建立起安全油。安全油將啟動掛閘裝置切換閥壓下，接通啟動油路開啟主汽門，停機(jī)時安全油泄掉，切換閥切斷啟動油，并泄掉自動關(guān)閉器的油缸腔室中的油，使主汽門快速關(guān)閉。主汽門開關(guān)電磁閥正常不帶電，得電時切斷壓力油卸掉啟動油關(guān)閉主汽門。

數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)比一般液壓系統(tǒng)精度要高，自動化水平也大大提高。它可配合電氣并網(wǎng)，并能實現(xiàn)升速(手動或自動)控制，負(fù)荷控制(閥位控制或功頻控制)，抽汽熱負(fù)荷控制及其他輔助控制，還可與控制系統(tǒng)在線通訊，實現(xiàn)控制參數(shù)實時調(diào)整[7](P37)。這些功能可使汽輪機(jī)適應(yīng)各種工況并長期安全運行。對數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的講解，應(yīng)結(jié)合電氣控制、PLC控制相關(guān)知識進(jìn)行，其控制原理與數(shù)控機(jī)床等數(shù)字控制設(shè)備原理相同，區(qū)別在于此系統(tǒng)有自動保護(hù)功能，當(dāng)超速時，傳感器檢測到相關(guān)信號，控制系統(tǒng)進(jìn)行自動調(diào)整油動機(jī)的升降。

圖3為電液伺服進(jìn)氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖[6](P68-73)。油動機(jī)與錯油門的滑閥上下受壓力油作用，滑閥上部作用面積是下部作用面積的一半。上部油壓與主油泵出口油壓相同，下部油壓通過錯油門套筒一動態(tài)進(jìn)油口進(jìn)油，并通過外部一可調(diào)固定節(jié)流孔排油，由此實現(xiàn)基本流量平衡并建立控制油?？刂朴蛪毫閴毫τ偷囊话胱笥遥撚头Q為脈動控制油。DEH發(fā)出的閥位指令信號，經(jīng)伺服放大器后，伺服閥將電信號轉(zhuǎn)換成脈動控制油壓信號，控制動態(tài)進(jìn)油，從而直接控制油動機(jī)帶動調(diào)節(jié)汽閥以改變機(jī)組的轉(zhuǎn)速或功率。油動機(jī)移動時，帶動位移傳感器，作為負(fù)反饋與閥位指令信號相加。當(dāng)兩個電信號相平衡時，伺服放大器的輸出就保持原穩(wěn)態(tài)值不變，這時伺服閥回到原平衡位置，保持脈動控制油不變，油動機(jī)就穩(wěn)定在一個新的工作位置。系統(tǒng)中OPC電磁閥組提供超速保護(hù)，AST電磁閥組用于停機(jī)，可調(diào)節(jié)流孔用來調(diào)整油動機(jī)錯油門的偏置。

圖2　主汽門啟閉系統(tǒng)原理圖

圖3　數(shù)字電液伺服系統(tǒng)原理

在調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的講解中，應(yīng)使學(xué)生明白調(diào)節(jié)器原理圖中各元件是分散布置的，而調(diào)節(jié)器是一個集成器件，它將各閥、油動機(jī)、錯油門等集裝在一個殼體里，并通過殼體內(nèi)部通道來實現(xiàn)元器件之間油路的連接。

為保證學(xué)習(xí)的連貫性及深刻性，在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)之后還要進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)。現(xiàn)場教學(xué)中，先將汽輪機(jī)的數(shù)字電液系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理圖、調(diào)節(jié)器裝配圖分發(fā)給各位學(xué)生，讓學(xué)生以小組形式討論原理圖中各圖形符號的名稱、基本回路組成、液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理、調(diào)節(jié)器裝配圖中各零部件的結(jié)構(gòu)，然后以汽輪機(jī)調(diào)節(jié)器的安裝為著手點，將圖中元件及安裝位置與真實元件及其管路連接結(jié)合起來。學(xué)生在觀察討論之后，教師再進(jìn)行集中講解。實際的原理圖與結(jié)構(gòu)圖是不同的，原理圖是將各個元件(如溢流閥、減壓閥、調(diào)速閥、換向閥、液壓缸)以分別獨立的形式連接起來，而結(jié)構(gòu)圖是將控制元件、執(zhí)行元件合并在一塊，裝在一個調(diào)節(jié)器殼體里，而且名稱也與常見結(jié)構(gòu)有所不同，比如液壓缸活塞桿稱作油動機(jī)。分析結(jié)構(gòu)圖與原理圖之后，學(xué)生應(yīng)明白，調(diào)節(jié)器殼體是容納調(diào)節(jié)桿、控制閥閥芯、連接離心泵的一個容器，控制閥之間及控制閥和活塞之間的連接是靠殼體內(nèi)部通道而不是靠管路連通的。最后，學(xué)生分組進(jìn)行調(diào)節(jié)器安裝現(xiàn)場實訓(xùn)。

二、課程考核方法和支撐手段

(一)課程考核方法

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)創(chuàng)新課程考核由網(wǎng)上考核、課堂考核、現(xiàn)場考核及作業(yè)考核四部分組成，它們所占比例分別為20 %、20 %、40 %、20 %。網(wǎng)上考核中，學(xué)生如果沒有觀看學(xué)習(xí)視頻，則沒有網(wǎng)上成績；觀看了視頻資料，則以視頻后問題的回答程度作為評分標(biāo)準(zhǔn)。課堂考核方式中，教師提出問題，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論，教師根據(jù)答案的全面正確與否評分?，F(xiàn)場考核也是以小組為單位進(jìn)行，考核分為4個等級，采用提問和實操方式考核。其中，液壓系統(tǒng)原理圖及調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖的識別與分析采取提問方式考核，液壓元件及調(diào)節(jié)器的安裝采取實操方式考核。教師根據(jù)學(xué)生對液壓系統(tǒng)工作原理、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)組成的掌握程度及能否正確裝配調(diào)節(jié)器與否進(jìn)行評分。

(二)支撐手段

本課程創(chuàng)新教學(xué)的實施需要得到液壓氣動學(xué)習(xí)平臺、企業(yè)技術(shù)中心、企業(yè)培訓(xùn)中心、企業(yè)裝配車間等多種教學(xué)設(shè)施和各部門的支撐。

三、結(jié)　論

實踐證明，基于此教學(xué)模式的液壓傳動系統(tǒng)的教學(xué)取得了良好的效果。第一，采用翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)后，學(xué)生主動在課前進(jìn)行學(xué)習(xí)，一改以往被動接受知識的現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)成效得到大幅度提升；第二，采用現(xiàn)場教學(xué)模式后，學(xué)生能夠直觀感性深刻的掌握理論知識，并通過動手操作提升實踐能力，這符合高職高專學(xué)生的學(xué)習(xí)特點；第三，進(jìn)企業(yè)后，學(xué)生能夠身臨其境感受企業(yè)氛圍，這對于學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的提升，職業(yè)品格的養(yǎng)成極其重要。因此，以此教學(xué)模式為例，教師可以結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實際，以其它機(jī)電制造業(yè)液壓系統(tǒng)工程實例為講解實踐對象，展開液壓傳動系統(tǒng)的教學(xué)工作，從而解決系統(tǒng)分析與實踐脫節(jié)問題。

[1] 劉文婷,胡云萍,王波.以推土機(jī)為載體的《液壓與氣動》教學(xué)研究[J].液壓與氣動,2014(1).

[2] 包海濤.“先學(xué)后教”在《液壓與液力傳動》課程教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].液壓與氣動,2013(3).

[3] 戴月紅,徐德愛,張志鳳.“液壓與氣動”實施“教學(xué)做”一體化教學(xué)模式探索[J].鎮(zhèn)江高專學(xué)報,2012(7).

[4] 梁新平,代禮前,郭艷珠.基于工作過程導(dǎo)向的液壓與氣壓傳動應(yīng)用課程開發(fā)[J].當(dāng)代職業(yè)教育,2015(5).

[5] 李松晶,叢大成,姜洪洲.液壓系統(tǒng)原理圖分析技巧[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[6] 紀(jì)云峰,劉康寧.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制(DEH)技術(shù)綜述[J].通用機(jī)械,2015(9).

[7] 張少康.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新,2014(11).

ApplicationofHydraulicSystemEngineeringExamplesinTeachingInnovationBasedonFlippedClassroomandFieldTeaching

RUANGuang-dong，HEYan-hu

(SchoolofElectro-mechanicalandAutomobileEngineering，HuzhouVocationalandTechnologicalCollege,Huzhou313000,China)

Aimingattheproblemofthedisconnectbetweentheoryandpracticeoftheteachingofhydraulictransmissioninhighervocationalcolleges,thispapertakeshydrauliccontrolsystemofthesteamturbineasanexampleandtakesacombinationoftheflippedclassroomandfieldteachingmethodtoinnovateteaching.Inthisteachingmode,thestudentstaketheinitiativetostudyandpractice;theteacheroverallplanstheteachingprocess,carefullypreparestheteachingvideodata,reasonabilityarrangesthepracticalproject,scientificallyassessmentsthecurriculum.Itisprovedthatafterusingtheteachingmode,thestudents'effectivenessoflearningbecomessignificant,theenthusiasmandtheinitiativeofstudyingandtheabilityofanalyzingandsolvingtheproblemhasbeengreatlyimproved.

flippedclassroom;fieldteaching;learningplatform;systemofthehydraulicadjustmentoftheturbine;courseassessment

2015-09-09

阮廣東(1986-)，男，山東鄒城人，助教，碩士，主要從事液壓氣動方面的教學(xué)與科研工作；何彥虎(1972-)，男，甘肅白銀人，副教授，碩士，主要從事液壓氣動、PLC等方面的教學(xué)與科研工作。

G712

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1672-2388(2016)01-0034-04