黃貴川，熊建國，韓亞軍

（重慶城市職業(yè)學(xué)院，重慶 402160）

“液壓與氣壓傳動(dòng)”作為一門理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，大部分學(xué)校都面臨課程實(shí)踐環(huán)節(jié)缺乏、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和質(zhì)量不高的問題，倪君輝、趙雷、林雪冬、惠相君、劉志毅和李優(yōu)等人針對(duì)這些問題進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)改革[1-8]，但是在教改過程中主要側(cè)重于系統(tǒng)仿真及其在教學(xué)過程中的應(yīng)用，沒有進(jìn)行關(guān)鍵元件仿真及教學(xué)實(shí)踐。而元件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)元件的理解將直接影響到對(duì)系統(tǒng)的理解。重慶城市職業(yè)學(xué)院工業(yè)機(jī)器人專業(yè)群基礎(chǔ)平臺(tái)課程“液壓與氣壓傳動(dòng)”也面臨上述問題。針對(duì)這些問題，課題組進(jìn)行了基于仿真平臺(tái)及混合式教學(xué)的“液壓與氣壓傳動(dòng)”教學(xué)改革，同時(shí)加強(qiáng)了關(guān)鍵元件的仿真及教學(xué)應(yīng)用，取得了較好的效果。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)流程及原則

1.1 教學(xué)設(shè)計(jì)流程

教學(xué)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。1）提前發(fā)布預(yù)習(xí)內(nèi)容及學(xué)習(xí)要點(diǎn)，要求各位同學(xué)結(jié)合教材、超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)相關(guān)資源進(jìn)行預(yù)習(xí)，培養(yǎng)各位同學(xué)的自學(xué)能力。每節(jié)課上課后，通過學(xué)習(xí)通隨機(jī)選幾位同學(xué)回答相關(guān)問題或進(jìn)行初步的操作演示，以此檢驗(yàn)整體的預(yù)習(xí)效果。結(jié)合同學(xué)們問題回答中出現(xiàn)的問題以及課程的重難點(diǎn)，進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的重點(diǎn)講解或典型案例演示。2）學(xué)生結(jié)合學(xué)習(xí)要求進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，對(duì)于仿真環(huán)節(jié)，還要求學(xué)生完成典型項(xiàng)目的仿真練習(xí)、項(xiàng)目匯報(bào)和演示，并最終分別在超星平臺(tái)和仿真實(shí)訓(xùn)平臺(tái)完成理論考核和實(shí)踐考核。3）結(jié)合學(xué)習(xí)自學(xué)情況、回答問題情況、理論考核結(jié)果、仿真演示和匯報(bào)結(jié)果、最終的實(shí)踐考核結(jié)果對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合考核。

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)流程

1.2 教學(xué)設(shè)計(jì)原則

結(jié)合課程實(shí)際情況、國家教育政策方針和“求德、求知、求技、求悟”校訓(xùn)，教學(xué)設(shè)計(jì)堅(jiān)持了“四個(gè)結(jié)合”的原則。

1）思政內(nèi)容與科學(xué)知識(shí)結(jié)合。堅(jiān)決貫徹執(zhí)行國家教育政策方針，秉承“求德”校訓(xùn)，將徐工700噸液壓挖掘機(jī)、蛟龍?zhí)枴^斗者號(hào)、垃圾分類、綠色發(fā)展、安全生產(chǎn)等思政元素、德育內(nèi)容和職業(yè)素養(yǎng)間接融入課程教學(xué)中，如表1所示。

表1 思政內(nèi)容與科學(xué)知識(shí)結(jié)合

2）教師知識(shí)傳授與學(xué)生探究性學(xué)習(xí)結(jié)合。課程設(shè)計(jì)重視學(xué)生“求知”過程中探究能力的培養(yǎng)，學(xué)生自學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時(shí)長、參與討論情況、回答問題情況等內(nèi)容是綜合考核的重要依據(jù)。通過以上方式，培養(yǎng)學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)能力，為步入社會(huì)后的終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

3）理論教學(xué)與仿真實(shí)踐結(jié)合。針對(duì)以往課程實(shí)踐環(huán)節(jié)缺乏、學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量不高的問題，在教學(xué)設(shè)計(jì)中將理論教學(xué)和仿真實(shí)踐教學(xué)穿插緊密結(jié)合，如表2所示，以此實(shí)現(xiàn)學(xué)生“求技”。比如將液壓動(dòng)力元件的理論教學(xué)與基于AMESim的液壓泵仿真分析相結(jié)合，液壓執(zhí)行元件的理論教學(xué)與基于AMESim的液壓缸仿真分析相結(jié)合，液壓控制元件的理論教學(xué)與基于AMESim的溢流閥、減壓閥和順序閥仿真分析相結(jié)合等，以此提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)質(zhì)量，同時(shí)提升學(xué)生的相關(guān)技能水平和分析問題、解決問題的能力。

表2 理論教學(xué)與仿真實(shí)踐結(jié)合

4）知識(shí)掌握與能力提升結(jié)合。課程設(shè)計(jì)除了要求學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)及技能外，要更加重視學(xué)生相關(guān)能力和“悟”的提升。如表3所示，通過探究性學(xué)習(xí)提升學(xué)生的自學(xué)能力，通過三維軟件裝配提升學(xué)生的三維軟件操作能力、故障排除能力和職業(yè)適應(yīng)能力，通過虛擬仿真提升學(xué)生仿真軟件操作能力、仿真分析能力和思維能力，通過報(bào)告撰寫和演示匯報(bào)提升學(xué)生語言組織能力和溝通表達(dá)能力等。

表3 知識(shí)掌握與能力提升結(jié)合

2 教學(xué)方法改革

2.1 流體基礎(chǔ)理論可視化教學(xué)

流體基礎(chǔ)理論涉及連續(xù)性方程、伯努利方程和動(dòng)量方程等內(nèi)容，難度較大，學(xué)生理解困難，針對(duì)該問題，在流體基礎(chǔ)理論教學(xué)過程中，通過CFD仿真方法引入流場可視化教學(xué)手段，如圖2所示，直觀化講解液壓流體力學(xué)知識(shí)，從而將理論知識(shí)的難度最低化。同時(shí)，通過簡單的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)（例：如何用兩根吸管實(shí)現(xiàn)澆花所需的噴霧）讓同學(xué)們理解相關(guān)理論的基本應(yīng)用，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

圖2 流場可視化

2.2 液壓與氣動(dòng)元件形象化演示教學(xué)

液壓與氣動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)及組成是后續(xù)內(nèi)容的基礎(chǔ)，通過硬件實(shí)物或三維軟件形象化展示液壓與氣動(dòng)元件的結(jié)構(gòu)組成，如圖3所示。在掌握元件結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)上，學(xué)生以小組為單位分析其工作原理，然后基于UG軟件平臺(tái)通過三維虛擬拆裝增加典型液壓與氣動(dòng)元件的立體感和真實(shí)感，提升學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。

圖3 液壓元件形象化演示示例

2.3 液壓氣動(dòng)元件及系統(tǒng)仿真實(shí)踐

在掌握了液壓與氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)及工作原理的基礎(chǔ)上，基于同樣的學(xué)習(xí)小組，以AMESim仿真平臺(tái)為基礎(chǔ)分析液壓缸、單向閥、溢流閥、減壓閥、順序閥等液壓與氣動(dòng)元件的動(dòng)態(tài)工作過程，并基于批運(yùn)行技術(shù)研究關(guān)鍵參數(shù)對(duì)元件性能直接的影響，由此加深學(xué)生對(duì)關(guān)鍵元件的理解，從而為后續(xù)的系統(tǒng)分析打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在學(xué)生完成元件仿真的基礎(chǔ)上，結(jié)合方向控制回路、壓力控制回路、速度控制回路等典型工作回路和工業(yè)機(jī)器人手部裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、行走裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等面向企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用案例實(shí)施項(xiàng)目式教學(xué)，學(xué)生分析系統(tǒng)組成、元件作用、工作原理和關(guān)鍵參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上基于FluidSIM或AMESim進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真，如圖4所示。一方面，通過仿真提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的理解；另一方面，培養(yǎng)學(xué)生仿真實(shí)踐能力，以更好地適應(yīng)相關(guān)職業(yè)崗位。

圖4 仿真實(shí)踐及相應(yīng)模型

2.4 報(bào)告撰寫及匯報(bào)

學(xué)習(xí)小組完成了液壓與氣動(dòng)元件三維虛擬拆裝、動(dòng)態(tài)工作過程仿真及相應(yīng)的回路仿真后，撰寫項(xiàng)目執(zhí)行報(bào)告，并進(jìn)行演示、匯報(bào)及答辯，如圖5所示。以此方式，提升學(xué)生語言組織能力和溝通表達(dá)能力，同時(shí)為后續(xù)科學(xué)、公正、合理的考核評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

圖5 學(xué)生匯報(bào)

3 考核評(píng)價(jià)方式改革

考核評(píng)價(jià)方式同時(shí)重視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果，結(jié)合教學(xué)設(shè)計(jì)原則和改革后的教學(xué)方法，采取了理論考核和實(shí)踐考核相結(jié)合、過程性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合的方式，如圖6所示。

圖6 考核評(píng)價(jià)

過程性考核中，基于超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，可以科學(xué)直觀地跟蹤各個(gè)學(xué)生的出勤、日常學(xué)習(xí)、討論溝通、章節(jié)測驗(yàn)和互動(dòng)等情況?；趯W(xué)生撰寫的報(bào)告、演示匯報(bào)和回答問題的情況，可以掌握學(xué)生在仿真技術(shù)、語言組織和溝通表達(dá)等方面的能力。

終結(jié)性考核中，分別基于筆試和終結(jié)性仿真考核檢驗(yàn)學(xué)生的理論掌握情況和綜合能力。

4 結(jié)論

課程教學(xué)改革的實(shí)施，獲得了學(xué)生的廣泛好評(píng)，取得了以下良好效果。

1）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣普遍提高。課程改革了以往重理論輕實(shí)踐的教學(xué)方法，將理論教學(xué)和仿真實(shí)踐教學(xué)穿插緊密結(jié)合，從課程的整體學(xué)習(xí)氣氛來看，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣普遍提高。

2）學(xué)生探究能力得到較大提升。課程采用了學(xué)生自行預(yù)習(xí)、教師檢驗(yàn)預(yù)習(xí)效果的方式，從課程互動(dòng)效果來看，學(xué)生探究能力會(huì)隨著課程的實(shí)施而逐漸提升。

3）學(xué)生綜合能力得到較大提高。從學(xué)生仿真演示、匯報(bào)和回答問題的情況來看，學(xué)生仿真實(shí)踐、問題處理、語言組織和溝通表達(dá)等能力會(huì)隨著仿真內(nèi)容的逐步增加和深入而逐漸得到提高。