工程實(shí)踐中的液壓教學(xué)體系及其應(yīng)用

劉瀟瀟　楊　晉　茍向鋒　王曉榮

摘要:如何以工程實(shí)踐教學(xué)大平臺(tái)為依托,抓住契機(jī),有機(jī)地融合理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué),為學(xué)生營造出一個(gè)具有工程環(huán)境的液壓教學(xué)氛圍,本文從教學(xué)體系改革方面提出了方案,并對(duì)方案的應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞:工程實(shí)踐教學(xué);液壓;分層次建設(shè);實(shí)踐教學(xué)

液壓傳動(dòng)與控制作為三大動(dòng)力傳動(dòng)和控制方式之一,在我校機(jī)電學(xué)院各專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中占有非常重要的位置,是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。但是傳統(tǒng)的液壓教學(xué)卻存在著很多弊端。

教學(xué)方法呆板課堂教學(xué)基本只使用書本和黑板,不能充分利用動(dòng)畫、視頻等多種輔助教學(xué)資源,知識(shí)展示過于平面化,不夠生動(dòng);內(nèi)容局限于教材,不能有效地利用網(wǎng)絡(luò)、多媒體等先進(jìn)的教學(xué)工具擴(kuò)展學(xué)生知識(shí)面;很多液壓傳動(dòng)中的回路、元件、閥體等學(xué)生從來都沒有接觸過。因此,學(xué)生在面對(duì)新知識(shí)時(shí)顯得無所適從,缺乏學(xué)習(xí)積極性,課后也只能死記硬背書本內(nèi)容,根本無法奢談理解基礎(chǔ)之上的實(shí)際應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)落后首先,實(shí)驗(yàn)設(shè)置缺乏有層次性,只是一些低水平、驗(yàn)證性及演示性的實(shí)驗(yàn),沒有引入具有啟發(fā)性和能夠加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的實(shí)驗(yàn)手段。其結(jié)果,一是學(xué)生難以全面掌握這一課程的基本理論知識(shí),并且缺乏動(dòng)手能力,與本科教育應(yīng)培養(yǎng)創(chuàng)新型、技能型人才的目標(biāo)相違背;二是教師難以因材施教,對(duì)那些對(duì)本課程有興趣、有能力的學(xué)生而言,不能做到有針對(duì)性地培養(yǎng)他們大膽構(gòu)思、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。其次,實(shí)驗(yàn)條件不夠完善,實(shí)驗(yàn)設(shè)備匱乏而且過于陳舊,無法做到人人都有動(dòng)手機(jī)會(huì),甚至無法做到人人能清楚觀看實(shí)驗(yàn)演示。再次,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一,只針對(duì)液壓傳動(dòng)一門課程,不能做到在“機(jī)電液一體化”的工程環(huán)境下展示液壓傳動(dòng)系統(tǒng),使實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫離機(jī)電行業(yè)的實(shí)際。

課程設(shè)置缺乏整體性對(duì)于“機(jī)電液一體化”的體系缺乏全面認(rèn)識(shí),課程設(shè)置沒有與其他的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行有機(jī)融合,缺乏相關(guān)實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié),導(dǎo)致很多學(xué)生不知道液壓傳動(dòng)內(nèi)容是什么、怎么用,反而認(rèn)為這門課程沒有什么用處,學(xué)不學(xué)并不重要。

液壓教學(xué)改革方案及應(yīng)用

針對(duì)以上問題,我校機(jī)電學(xué)院機(jī)械制造系成立了液壓傳動(dòng)教學(xué)改革小組,并借助于機(jī)電學(xué)院成立機(jī)械工程實(shí)踐中心的大好時(shí)機(jī),依托于機(jī)械工程實(shí)踐中心這個(gè)實(shí)踐平臺(tái),下大力氣重建了液壓實(shí)驗(yàn)室,從師資力量、課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)條件等各方面對(duì)液壓教學(xué)進(jìn)行了改革。

液壓傳動(dòng)課堂教學(xué)改革首先,成立了液壓傳動(dòng)教學(xué)改革小組。成員共5人,教授1人,副教授2人,講師2人,其中有多年從事此課程教學(xué)的老教師,也有曾從事液壓行業(yè)十多年、現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)豐富的中、青年教師。其次,開發(fā)出了一套符合我校機(jī)電學(xué)院專業(yè)特色的液壓傳動(dòng)教學(xué)課件(如圖1所示)。在參考其他同類課件的基礎(chǔ)上,小組成員認(rèn)真學(xué)習(xí)、分析、討論,充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性,以學(xué)院本科生培養(yǎng)計(jì)劃為指導(dǎo),以學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)為依據(jù),各抒己見,聯(lián)合開發(fā)出這套課件。課件以Powerpoint為開發(fā)軟件,其中融入了大量的圖片、動(dòng)畫、視頻等信息,極大地豐富了教學(xué)資源,使得對(duì)同一個(gè)問題能夠從多個(gè)角度進(jìn)行闡述,讓學(xué)生被課堂內(nèi)容的精彩所吸引,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。再次,每個(gè)教師在上課過程中充分發(fā)揮自己的特色,及時(shí)地設(shè)置提問,靈活地運(yùn)用討論,使得課件在運(yùn)用上統(tǒng)一卻不失個(gè)性,以求最完美地將液壓傳動(dòng)的知識(shí)傳達(dá)給學(xué)生。

液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革我校機(jī)械工程實(shí)踐中心有效地整合了相關(guān)實(shí)驗(yàn)室資源,構(gòu)建了從實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、金工實(shí)習(xí)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、技能培訓(xùn)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化的實(shí)踐教學(xué)體系。而液壓傳動(dòng)實(shí)踐作為“綜合性、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐”模塊之一,也投入了大量的資金。

1.實(shí)驗(yàn)條件。在學(xué)校2號(hào)實(shí)驗(yàn)樓專門開辟了一間110m2的實(shí)驗(yàn)室,投資20萬余元購進(jìn)3臺(tái)YZ-1型液壓PLC控制綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái),1臺(tái)YQ-2型智能液壓PLC控制綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(為了實(shí)現(xiàn)智能數(shù)據(jù)采集和曲線繪制,配備了HP計(jì)算機(jī)和打印機(jī)各1臺(tái)),2臺(tái)QDA-1型氣動(dòng)PLC控制綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室寬敞明亮,實(shí)驗(yàn)設(shè)備派專人保養(yǎng)維護(hù),可供本科生課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及研究生課題使用。

2.管理制度。在管理上,我們充分利用人力資源,采用教師編制的實(shí)驗(yàn)室人員管理,即實(shí)驗(yàn)室管理人員就是教學(xué)改革小組成員,也是液壓傳動(dòng)課程任課教師的三位一體的管理形式,大大節(jié)省了實(shí)驗(yàn)室開支。這種管理形式的另一大優(yōu)勢(shì)就是,可以在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)之間建立相輔相成、相互促進(jìn)的良好關(guān)系。因?yàn)槿握n教師是教學(xué)改革的主力軍,而實(shí)驗(yàn)教學(xué)又是教學(xué)改革中不可缺少的環(huán)節(jié),如果任課教師與實(shí)驗(yàn)教師分離,一方面,課堂上一些需要加強(qiáng)的部分在實(shí)驗(yàn)中得不到加強(qiáng),實(shí)驗(yàn)中遇到的問題在課堂上又不能得到教師的分析講解,教學(xué)環(huán)節(jié)就會(huì)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)脫離;另一方面,任課教師不參與實(shí)驗(yàn),就不能很好地對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效改進(jìn),那么教學(xué)改革就不可能獲得全面的成功。在制度上,我們狠抓建章立制,在對(duì)原有的規(guī)章制度進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上,又補(bǔ)充修訂了實(shí)驗(yàn)室管理、儀器管理和使用、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等制度;同時(shí)根據(jù)不同的崗位,對(duì)實(shí)驗(yàn)室全體人員的崗位職責(zé)進(jìn)行了分化,用崗位職責(zé)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室人員“權(quán)責(zé)明確、執(zhí)行有力、協(xié)作有序、富有效率”的理念,以保證液壓實(shí)驗(yàn)室有效、有序地開展各項(xiàng)實(shí)踐教學(xué)工作。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。首先,對(duì)于液壓傳動(dòng)的課程實(shí)驗(yàn),分層次設(shè)立了認(rèn)知型、驗(yàn)證型、綜合型等內(nèi)容。比如,在認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)中,先使用小型透明液壓教具進(jìn)行演示性實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有一個(gè)整體的初步了解,然后提供壓力、流量、方向三大類液壓閥進(jìn)行元件拆裝實(shí)驗(yàn),在一拆一裝的過程中讓學(xué)生清楚認(rèn)識(shí)閥體結(jié)構(gòu),能夠動(dòng)手繪制各種閥的結(jié)構(gòu)簡圖,并進(jìn)一步在熟悉結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上去理解每種液壓元件的工作原理;在驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)中,我們有已經(jīng)設(shè)計(jì)好的各種回路,讓學(xué)生自己動(dòng)手采集相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,得出實(shí)驗(yàn)曲線,驗(yàn)證諸如“泵的性能”、“溢流閥的靜態(tài)特性”等一系列理論,對(duì)課堂和書本的知識(shí)通過實(shí)驗(yàn)的方式加強(qiáng)理解和記憶;在綜合型實(shí)驗(yàn)中,我們讓學(xué)生在學(xué)習(xí)基本回路的基礎(chǔ)上,自己設(shè)計(jì)一些簡單回路,并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安裝、調(diào)試,將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)應(yīng)用。為了避免學(xué)生多教師指導(dǎo)不過來的情況,實(shí)驗(yàn)分小組進(jìn)行,每小組12人,每3人使用一臺(tái)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái),以保證每個(gè)學(xué)生都能夠有動(dòng)手機(jī)會(huì)。除此之外,教改小組還將這些重點(diǎn)的代表性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編寫出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè),其目的是使學(xué)生通過閱讀指導(dǎo)書,能夠正確完成元件選用、回路的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行控制,并最終在實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)中體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。其次,對(duì)于液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)本身,可以允許一些學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)行二次開發(fā)。比如,在兩年的實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用中,教師帶領(lǐng)學(xué)生就實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的如電磁換向閥動(dòng)作失控、高頻率使用下泵的散熱不佳、行程開關(guān)接頭損壞等實(shí)際問題,現(xiàn)場進(jìn)行故障排除和儀器維修,在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),還為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的維護(hù)節(jié)省了經(jīng)費(fèi)。再如,鑒于實(shí)驗(yàn)臺(tái)的控制部分采用的是PLC,一些學(xué)生就利用畢業(yè)設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上最大限度地開發(fā)出PLC控制液壓或氣壓傳動(dòng)回路系統(tǒng),以滿足開發(fā)更多實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的需要。再次,液壓實(shí)驗(yàn)室作為機(jī)械工程實(shí)踐中心的一個(gè)模塊,是一個(gè)開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,除了面向機(jī)電學(xué)院各個(gè)專業(yè),還可面向全校機(jī)類、非機(jī)類的各專業(yè)的本科生、研究生提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)資源。比如,我校參加“CCTV杯全國大學(xué)生機(jī)器人大賽”的學(xué)生,在機(jī)器人里用到了氣動(dòng)裝置,就是先利用液壓實(shí)驗(yàn)室的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)不同構(gòu)想進(jìn)行了驗(yàn)證與分析,找到最優(yōu)方案后再應(yīng)用于參賽機(jī)器人。參加“全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽”的學(xué)生也同樣可以在液壓實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行一些相關(guān)的液壓與氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)工作。如此開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,可以有效地利用實(shí)驗(yàn)室資源,不至于出現(xiàn)大價(jià)錢購買的實(shí)驗(yàn)設(shè)備就只為每年做幾個(gè)計(jì)劃內(nèi)的課程實(shí)驗(yàn),其余時(shí)間束之高閣,造成大量的儀器閑置浪費(fèi)的現(xiàn)象。

液壓傳動(dòng)課程設(shè)置改革液壓傳動(dòng)課程除了現(xiàn)有的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)外,作為“機(jī)電液一體化”中必不可少的部分,在課程設(shè)置上也加入了后續(xù)的實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)。比如,大四第一學(xué)期,在學(xué)生開始學(xué)習(xí)如何將知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),我們?cè)O(shè)置了兩周的液壓傳動(dòng)課程設(shè)計(jì)。由任課教師給學(xué)生提出設(shè)計(jì)要求,或者學(xué)生依據(jù)個(gè)人興趣和能力自行提出設(shè)計(jì)題目,結(jié)合機(jī)械工程實(shí)踐中心的硬件條件,使用Festo公司的FluidSim系列的液壓傳動(dòng)模擬軟件,針對(duì)專業(yè)特色,在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體機(jī)械產(chǎn)品的液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、原理檢驗(yàn)和最終的運(yùn)行控制與結(jié)果演示,學(xué)生的合理設(shè)計(jì)可以在液壓實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證其設(shè)計(jì)結(jié)果。大四第二學(xué)期,我們將新型液壓傳動(dòng)回路的設(shè)計(jì)、新型液壓元件的設(shè)計(jì)等作為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目,要求學(xué)生對(duì)現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造,或自行設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng),并使用軟件對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真和優(yōu)化,甚至可以在機(jī)械工程實(shí)踐中心的大工程環(huán)境下,將自己的設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際,變成真正的產(chǎn)品。優(yōu)秀的畢業(yè)設(shè)計(jì)可以推薦校優(yōu)秀論文答辯,也可以申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目課題。經(jīng)過一系列后續(xù)的實(shí)踐應(yīng)用學(xué)習(xí),不但使學(xué)生深刻體會(huì)了液壓傳動(dòng)的重要性,還讓學(xué)生在動(dòng)手的過程中親身感受了“機(jī)電液一體化”的含義,較之教師空洞的說教更具有現(xiàn)實(shí)意義。目前,液壓實(shí)驗(yàn)室在機(jī)械工程實(shí)踐中心的支持下,正初步構(gòu)思在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加設(shè)備、調(diào)配師資,建立“機(jī)電液一體化工程師”的認(rèn)證系統(tǒng),為學(xué)生就業(yè)拓展更廣闊的道路。我們相信在不久的將來,液壓傳動(dòng)教學(xué)將會(huì)在機(jī)械工程實(shí)踐中心的良好氛圍中獲得更好的發(fā)展。

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作者簡介:

劉瀟瀟(1980—),女,甘肅西峰人,碩士,蘭州交通大學(xué)講師,研究方向?yàn)橐簤航虒W(xué)研究、機(jī)器人技術(shù)。

(本文責(zé)任編輯:尚傳梅)