劉鋒 黃長征 羅昕 黃晨華

摘 ?要 基于新工科背景下高校探索新型教育模式的迫切需求，結(jié)合液壓與氣壓傳動課程實驗教學(xué)的特點和現(xiàn)存問題，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力、提高學(xué)生工程素養(yǎng)為目標(biāo)，對液壓與氣壓傳動課程實驗教學(xué)進行改革探索。借助UG等三維軟件增設(shè)虛擬拆裝實驗，借助AMESim等仿真軟件設(shè)置開放型回路設(shè)計實驗和綜合型工程案例實驗，并介紹實驗考核、實驗平臺及資源建設(shè)的方法。

關(guān)鍵詞 新工科;液壓與氣壓傳動;實驗教學(xué);工程素養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）12-0122-03

Exploration on Experimental Teaching Reform of Hydraulic and

Pneumatic Transmission for New Engineering//LIU Feng， HUANG

Changzheng， LUO Xin， HUANG Chenhua

Abstract Based on the urgent need of exploring a new educational model in colleges under the background of new engineering， com-bined with the characteristics and existing problems of experimental teaching of hydraulic and pneumatic transmission courses， the aim is

to train students ability to solve complex engineering problems and improve students engineering literacy， and to reform and explore the experimental teaching of hydraulic and pneumatic transmission courses. With the help of UG and other 3D software to add virtual disassembly experiments， with AMESim and other simulation software to set up open loop design experiments and comprehensive engineering case experiments， the experimental assessment， experi-mental platform and resource construction methods are introduced.

Key words new engineering; hydraulic and pneumatic transmission; experimental teaching; engineering quality

1 引言

高等教育要有硬實力，新工科是高等教育發(fā)展的戰(zhàn)略支點。教育部于2017年6月發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，積極推進新工科建設(shè)，促進各高校積極探索工程教育新模式[1-3]。作為應(yīng)用型本科院校的機械類專業(yè)，如何既面向當(dāng)前急需，又考慮未來發(fā)展，在與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相匹配的同時，促進學(xué)校教育與社會教育有機結(jié)合，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力和工程素養(yǎng)，培養(yǎng)具備新素質(zhì)的多元化創(chuàng)新型工科人才？高校引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)需求，探索專業(yè)課程新型實驗教學(xué)模式成為重要手段之一。

“液壓與氣壓傳動”是機械類專業(yè)的一門應(yīng)用性很強的專業(yè)課程，該技術(shù)廣泛應(yīng)用在航空航天、工程機械、礦山機械、加工制造、汽車等各行各業(yè)，是一項適應(yīng)未來發(fā)展需要的技術(shù)。實驗教學(xué)是該課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，如何有效通過“液壓與氣壓傳動”課程實驗教學(xué)，提高學(xué)生綜合素養(yǎng)？高校的同行們做了各種嘗試，例如：西安交通大學(xué)在教育部“985”項目等專項經(jīng)費支持下，引進先進的實驗教學(xué)設(shè)備，構(gòu)建液壓與氣動三層次實驗教學(xué)體系;黑龍江科技大學(xué)共開設(shè)10學(xué)時的“液壓與氣壓傳動”基礎(chǔ)性實

驗;華南農(nóng)業(yè)大學(xué)增加了“液壓與氣壓傳動”的課程設(shè)計環(huán)節(jié)[4-6]。本文針對新工科對機械類人才提出的新要求，結(jié)合“液壓與氣壓傳動”課程特點，對課程實驗教學(xué)進行改革探索。

2 實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

“液壓與氣壓傳動”課程一般設(shè)置在大三上學(xué)期，學(xué)生已學(xué)過“高等數(shù)學(xué)”“機械制圖”“工程力學(xué)”等課程。通過調(diào)查統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，約60%的學(xué)生具有較扎實的相關(guān)基礎(chǔ)知識，但缺乏工程意識，運用知識解決問題能力有待提高;約30%的學(xué)生基礎(chǔ)知識較薄弱;約10%的學(xué)生相關(guān)知識較貧乏。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式難以提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力和工程素養(yǎng)，這是目前眾多高校普遍存在的問題。下面進行具體分析。

實驗設(shè)備落后且配套不足 ?以韶關(guān)學(xué)院為例，之前擁有KY-2005型液壓實驗臺兩套，節(jié)流口液壓教學(xué)實驗臺一臺，但僅機制專業(yè)每年學(xué)生數(shù)基本維持在200人以上，即使分組實驗，配套也顯得不足，導(dǎo)致學(xué)生實際操作時間有限，很多學(xué)生是“看”實驗，缺少動手實踐的機會，更缺少去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的動機。

傳統(tǒng)實驗項目內(nèi)容陳舊，知識、實踐與能力的培養(yǎng)缺少深度融合 ?目前大部分學(xué)校開設(shè)的實驗均為驗證性實驗，主要包括壓力形成原理、液阻特性、節(jié)流調(diào)速和基本回路演示實驗，缺乏開放創(chuàng)新型、綜合案例型實驗項目。

實驗教學(xué)方法單一，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣 ?驗證性實驗以教師為主進行講解，類似一種靜態(tài)灌輸型的教學(xué)方法;學(xué)生只有很少時間動手操作，對教師的依賴性很強，缺乏主動思考、解決問題的積極性。

實驗內(nèi)容與其他課程融合性低 ?液壓與氣壓傳動技術(shù)是一門正在發(fā)展的技術(shù)，隨著計算機技術(shù)和制造業(yè)的發(fā)展，機電液氣一體化已成為現(xiàn)今機械設(shè)計和發(fā)展的趨勢，沒有與PLC等相關(guān)課程進行有機融合，不利于學(xué)生機、電、液一體化整體概念的形成，不利于學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

考核方式有待優(yōu)化 ?傳統(tǒng)實驗考核方式側(cè)重于看學(xué)生實驗報告，而不是實驗過程，導(dǎo)致學(xué)生不重視實踐過程，難以提高學(xué)生的實踐能力。

3 實驗教學(xué)目標(biāo)改革

液壓與氣壓傳動課程實驗教學(xué)目標(biāo)不應(yīng)僅是幫助學(xué)生理解概念、基本原理方法，掌握元件的工作原理、性能。該課程是一門實踐性、邏輯性均很強的專業(yè)課，元件種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)工作原理抽象，各部分知識的前后聯(lián)系緊密，且與其他相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系性也較強。有效的實驗教學(xué)目標(biāo)還應(yīng)當(dāng)能幫助學(xué)生養(yǎng)成注重事物發(fā)展的內(nèi)在聯(lián)系的好習(xí)慣，讓學(xué)生學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，提高學(xué)生分析、設(shè)計、維護液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的能力的同時，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力和工程素養(yǎng)。

4 實驗內(nèi)容與考核方法的改革

借助UG或Pro/E等三維建模軟件增設(shè)虛擬實驗一項，實驗名稱為“元件虛擬拆裝實驗”，如表1中序號1所示。傳統(tǒng)拆裝實驗成本大、周期長，很難實現(xiàn)每個學(xué)生都動手操作。增設(shè)虛擬拆裝實驗可以讓每個學(xué)生都動手操作，在讓學(xué)生深入理解液壓元件的結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)工程意識的同時，鍛煉三維建模能力，實現(xiàn)學(xué)科內(nèi)多課程融合。

借助AMESim或FESTO等仿真軟件，將節(jié)流調(diào)速實驗和基本回路演示實驗改成開放型實驗，實驗名稱為“回路設(shè)計實驗”，如表1中序號2所示;增設(shè)綜合型實驗一項，實驗名稱為“工程案例設(shè)計實驗”，如表1中序號3所示，著力突出學(xué)生主體地位和作用，有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、探究事物的本質(zhì)、形成創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力和工程素養(yǎng)。

依據(jù)上述實驗內(nèi)容及考核標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)分析以實驗報告的形式體現(xiàn)。在考核過程中降低實驗報告所占比重，約為10%;更注重學(xué)生平時實驗預(yù)習(xí)情況、實踐參與情況、課堂實驗表現(xiàn)、實驗態(tài)度、主觀能動性、創(chuàng)新意識、團隊協(xié)作能力等方面的考核，具體比重可根據(jù)實驗要求合理分配，盡量使實驗評分公正，激發(fā)學(xué)生實驗興趣，調(diào)動學(xué)生積極參與。

由于本專業(yè)CAD/CAM課程及三維建模軟件課程需要，本專業(yè)設(shè)有充足的計算機資源。AMESim、FESTO、FluidSim是三款比較成熟的仿真軟件，均可實現(xiàn)液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計仿真，實驗過程直觀、形象、生動?？苫诖藯l件建立液壓虛擬仿真實驗室，解決學(xué)校實驗資源和實訓(xùn)基地不足的問題，增加學(xué)生動手實踐的機會，提高計算機資源利用率。增購智能型液壓傳動綜合測控系統(tǒng)、挖掘機液壓傳動實驗裝置多臺，分別用于回路設(shè)計實驗和工程案例實驗，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)，實現(xiàn)“設(shè)計分析→系統(tǒng)仿真→油路搭建”的實踐過程，搭建一個綜合面廣，能開展設(shè)計創(chuàng)新型實驗和工程案例型實驗的新工科實驗教學(xué)平臺。

建設(shè)微課資源庫，包含回路設(shè)計實驗、工程案例設(shè)計實驗及相關(guān)實驗裝置操作方法的微課。通過微課資源，實驗前給學(xué)生布置實驗任務(wù)，講解實驗要求。微課內(nèi)容應(yīng)能起到引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)、激發(fā)學(xué)生主動思考的作用，讓學(xué)生成為實驗課的主體，帶著問題來做實驗。同時，重視企業(yè)、行業(yè)在人才培養(yǎng)中的作用，結(jié)合科研需要，主動對接地方企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求，把握行業(yè)人才需求方向，充分利用企業(yè)資源建立工程案例資源庫，為學(xué)生提供實驗素材。

5 結(jié)語

機械專業(yè)學(xué)生大多思維敏捷、活躍，男生居多，樂于表達自己的認(rèn)識;但受高中教育模式影響，學(xué)習(xí)依賴心理嚴(yán)重，大有“被動學(xué)習(xí)”的局面。高校應(yīng)主動適應(yīng)新工科背景下國家對新型戰(zhàn)略人才的需求，改革實驗內(nèi)容，完善實驗室建設(shè)，在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)著力突出學(xué)生主體地位，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培育出適應(yīng)新需求和新變化的高素質(zhì)工程科技優(yōu)秀人才來支撐產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與升級[7]。

參考文獻

[1]教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知（教高司函〔2017〕6號）[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/

s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html.

[2]徐曉飛，丁效華.面向可持續(xù)競爭力的新工科人才培養(yǎng)模式改革探索[J].中國大學(xué)教學(xué)，2017（6）：6-10.

[3]鐘登華.新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[4]潘靜.液壓與氣壓傳動課程實驗教學(xué)的改革與實施[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2017（4）：130-132.

[5]李晶，王保建，李小虎，等.液壓與氣動技術(shù)實驗教學(xué)改革與實踐[J].實驗室科學(xué)，2016（1）：92-95.

[6]呂明珠.虛擬仿真技術(shù)在液壓與氣動實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2015（4）：144-146.

[7]任光輝，付威，吳金棟，等.面向新工科的高校實驗平臺建設(shè)模式研究[J].實驗技術(shù)與管理，2018（11）：194-197.