液壓傳動(dòng)與控制課程C A I課件的研究與實(shí)踐

費(fèi) 燁 鄭夕健 韓艷平

沈陽建筑大學(xué)交通與機(jī)械工程學(xué)院 遼寧沈陽 110168

液壓傳動(dòng)與控制課程C A I課件的研究與實(shí)踐

費(fèi) 燁 鄭夕健 韓艷平

沈陽建筑大學(xué)交通與機(jī)械工程學(xué)院 遼寧沈陽 110168

分析了液壓課程教學(xué)中多媒體技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了液壓CAI課件既應(yīng)助教更應(yīng)助學(xué)的開發(fā)應(yīng)用理念，并借助多媒體軟件制作了液壓傳動(dòng)與控制課程輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)。教學(xué)實(shí)踐表明，這種液壓CAI模式可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，教學(xué)質(zhì)量明顯提升，為其他工學(xué)課程的多媒體教學(xué)提供了借鑒。

液壓傳動(dòng)；教學(xué)；CAI課件；開發(fā)理念

液壓傳動(dòng)是利用液體壓力能來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)方式，從17世紀(jì)中葉帕斯卡提出靜壓傳遞原理算起，液壓傳動(dòng)已有300多年的歷史。發(fā)展至今，液壓技術(shù)已由單純的液壓傳動(dòng)躍升為集傳動(dòng)、控制、檢測(cè)于一體的完整的自動(dòng)化技術(shù)。由于它的自動(dòng)化屬性，加之具有機(jī)械和電力傳動(dòng)無可替代的諸多優(yōu)良特性，使其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家90%以上的工程機(jī)械、數(shù)控加工中心和自動(dòng)生產(chǎn)線都采用了液壓技術(shù)[1]。可以說，應(yīng)用液壓技術(shù)的程度和水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平的重要標(biāo)志[2]，因而各高校機(jī)械類專業(yè)均把液壓傳動(dòng)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課開設(shè)。

與其他專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程不同的是，液壓元件品種多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)工作過程抽象，原理難以理解，使得該課程具有細(xì)節(jié)決定結(jié)果的特點(diǎn)，即只有對(duì)元件的組成、結(jié)構(gòu)十分清楚才能正確掌握其工作原理，進(jìn)而正確判斷其在系統(tǒng)中的作用，在此基礎(chǔ)上才能正確分析系統(tǒng)的工作原理和工作特性。但因?qū)W時(shí)限制，教師的課堂講授不能如此細(xì)致入微，致使學(xué)生普遍認(rèn)為液壓難懂、難學(xué)。以計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)為核心的現(xiàn)代教育技術(shù)，為解決這一難題提供了契機(jī)。

多媒體技術(shù)借助計(jì)算機(jī)把文字、動(dòng)畫、圖像、視頻融為一體，使復(fù)雜液壓元件的結(jié)構(gòu)實(shí)體化、抽象的原理形象化、繁雜的系統(tǒng)油路動(dòng)態(tài)化，產(chǎn)生生動(dòng)、形象、活潑的效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化知識(shí)記憶，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量具有無可替代的作用，因而在液壓課程教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。

然而，事物的發(fā)展往往具有兩面性，多媒體技術(shù)也不例外。比如，對(duì)多媒體技術(shù)的過分依賴，對(duì)課件多媒體交互技術(shù)的過分追求，都會(huì)對(duì)教學(xué)過程產(chǎn)生負(fù)面影響[3,4]。因此，如何在液壓傳動(dòng)與控制課程中合理使用多媒體技術(shù)來輔助教學(xué)、提高授課質(zhì)量，是一個(gè)需要認(rèn)真研究的問題。

1 多媒體技術(shù)輔助液壓教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前，多媒體技術(shù)通常都是以課件的形式出現(xiàn)在教學(xué)過程中，縱觀現(xiàn)有液壓傳動(dòng)與控制類多媒體課件，按照適用對(duì)象的不同可分為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩大類，后者顯然不在本文討論范圍之內(nèi)。

用于理論教學(xué)的液壓CAI課件，按照內(nèi)容和表現(xiàn)模式的不同又可分為兩類。

1.1 教材立體化、動(dòng)態(tài)化模式

這種液壓CAI模式基本上是把教材文字內(nèi)容搬到CAI平臺(tái)上，將元件結(jié)構(gòu)、原理以及系統(tǒng)回路工作原理等平面媒體不易表達(dá)的內(nèi)容借助多媒體技術(shù)加以立體、動(dòng)畫的效果來展示[5,6]。這種模式的特點(diǎn)是內(nèi)容詳細(xì)、結(jié)構(gòu)完整、邏輯性強(qiáng)，適于遠(yuǎn)程教育中的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。以教師為主導(dǎo)的課堂教學(xué)采用這種模式，稍有不慎，課件就會(huì)由輔助教學(xué)喧賓奪主變成“主導(dǎo)”教學(xué)，將教師淪為課件放映員的尷尬角色。

1.2 元件、系統(tǒng)的素材庫(kù)模式

這種液壓CAI模式是將教材中難以描述和理解的元件結(jié)構(gòu)及工作原理、系統(tǒng)油路的工作原理借助多媒體技術(shù)生成能獨(dú)立使用的可執(zhí)行文件，匯集成用于教學(xué)的素材庫(kù)，供教師教學(xué)時(shí)根據(jù)需要通過PPT中的超鏈接來展示[7,8]。這種模式的特點(diǎn)在于其靈活性，便于教師按照自己的特點(diǎn)組織教學(xué)，但由于缺少與之匹配的內(nèi)容解釋，其知識(shí)傳播能力受到了限制。

上述兩類CAI模式，無一例外地表現(xiàn)為以教師授課為中心的助教同質(zhì)性，這種所謂的現(xiàn)代教學(xué)方式存在著明顯的缺陷：

(1)表面上強(qiáng)調(diào)了教師在教學(xué)中的主導(dǎo)地位，但忽視了教學(xué)過程中學(xué)生的主體性。以課件為中心組織教學(xué)，教學(xué)程式化加強(qiáng)，師生均被動(dòng)跟隨，教學(xué)互動(dòng)陷入困境。

本文通過對(duì)鄱陽湖水體后向散射系數(shù)和懸浮物濃度的垂直監(jiān)測(cè)，構(gòu)建了后向散射系數(shù)和懸浮物濃度的反演模型，并將其應(yīng)用于水體懸浮物垂直分布特征分析。得到以下結(jié)論：

(2)由于課件開發(fā)過程中缺少“助學(xué)”理念，難以承擔(dān)答疑、解惑的師者角色，因而對(duì)學(xué)生自學(xué)、復(fù)習(xí)效果的提升十分有限。

因此，目前液壓課程教學(xué)中的多媒體技術(shù)尚不能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，致使教師所期待的多媒體教學(xué)效果大打折扣，這需要教師在多媒體技術(shù)應(yīng)用中加以調(diào)整和改進(jìn)。

2 液壓CAI課件應(yīng)用的科學(xué)理念

通過上述分析可知，液壓課件的科學(xué)設(shè)計(jì)以及在教學(xué)過程中的合理使用是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。按照教育教學(xué)規(guī)律，引入多媒體技術(shù)輔助教學(xué)應(yīng)遵循以下原則：

2.1 教師主導(dǎo)的原則

教育不僅僅是傳授知識(shí)，還承載著人格培育的重任，“師者，傳道授業(yè)解惑也。”多媒體技術(shù)可以替我們完成授業(yè)，但傳道要求教師必須親力親為，通過講課，用自己的人格魅力感染學(xué)生，對(duì)學(xué)生人格養(yǎng)成施加潛移默化的影響，這是任何多媒體技術(shù)無法替代的。因此，教學(xué)過程中引入多媒體技術(shù)，教師主導(dǎo)是基本原則，它要求多媒體課件在性質(zhì)上處于從屬地位，在制作上盡可能模塊化、單元化，以便于教師授課時(shí)根據(jù)需要隨意擷取。

2.2 學(xué)生主體的原則

學(xué)生是認(rèn)知的主體，教學(xué)的最終目的在于保證學(xué)生掌握知識(shí)、提升能力。因此，多媒體技術(shù)的引入，不應(yīng)僅把教師作為使用對(duì)象而停留在課堂教學(xué)上，還應(yīng)走入學(xué)生的課后學(xué)習(xí)中。這就要求多媒體技術(shù)的設(shè)計(jì)使用還必須從學(xué)生自學(xué)或復(fù)習(xí)的實(shí)用性角度出發(fā)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的描述不能簡(jiǎn)單翻版教材，而應(yīng)做深入淺出的再加工，同時(shí)還要具備答疑、解惑、測(cè)試功能，以體現(xiàn)助力學(xué)生的實(shí)用性特點(diǎn)。

現(xiàn)在很多課件刻意追求色彩、動(dòng)畫、圖形、文字的綜合表現(xiàn)，實(shí)際上陷入了迷信多媒體的心理誤區(qū)，無益于教學(xué)效果的提升。人在認(rèn)知過程中對(duì)色彩最為敏感，其次是動(dòng)畫，然后是圖形，最后是文字。作為課堂教學(xué)，文字才是承載知識(shí)的最重要載體，若多媒體技術(shù)處理不當(dāng)，文字很容易被湮滅于色彩、動(dòng)畫和圖形之中。此外，現(xiàn)有課件模式單一，難以適應(yīng)不同認(rèn)知能力學(xué)生的需求，這也是影響多媒體課件使用效果的主要原因。因此，多媒體技術(shù)想成功融入教學(xué)過程，技術(shù)的表現(xiàn)應(yīng)在因材施教的理念下符合學(xué)生的認(rèn)知模式。

兼顧了上述原則，教學(xué)過程中的多媒體技術(shù)，必能化靜為動(dòng)，變難為易，達(dá)到強(qiáng)化重點(diǎn)、減輕認(rèn)知難度的助教、助學(xué)之功效。

3 探索與實(shí)踐

基于上述理念，我們借助Soldworks和Flash軟件，并配合經(jīng)典教材《液壓傳動(dòng)》(王積偉、章宏甲著)開發(fā)了液壓傳動(dòng)與控制課程輔助學(xué)習(xí)系統(tǒng)(HYCASS)，目的是在輔助學(xué)生自學(xué)、復(fù)習(xí)的同時(shí)兼顧課堂教學(xué)，故此系統(tǒng)整體上采用模塊化的層次結(jié)構(gòu)。

將所有教學(xué)內(nèi)容依據(jù)性質(zhì)分為緒論、基礎(chǔ)知識(shí)、動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件、液壓回路七大模塊，構(gòu)成系統(tǒng)基本平臺(tái)(如圖1所示)。在此框架之下，每個(gè)模塊又分為內(nèi)容詳解、內(nèi)容輔導(dǎo)和學(xué)習(xí)測(cè)試3個(gè)層次(如圖2所示)。

內(nèi)容詳解：這部分是對(duì)教學(xué)內(nèi)容的詳細(xì)講解，必要時(shí)加以動(dòng)畫輔助。自學(xué)或聽課效果不夠理想的學(xué)生可自此起步。

圖1 系統(tǒng)主界面

圖2 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

內(nèi)容輔導(dǎo)：是對(duì)教學(xué)內(nèi)容的提煉，并以典型例題對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容的體現(xiàn)加以強(qiáng)化。在這一部分，我們又詳細(xì)劃分了主要概念、重點(diǎn)難點(diǎn)、易混易錯(cuò)辨析和典型例題詳解四項(xiàng)基本內(nèi)容，并將之設(shè)置為熱鍵，以便于對(duì)基本內(nèi)容掌握較好的學(xué)生有針對(duì)性地復(fù)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率(如圖3所示)。

圖3 基礎(chǔ)知識(shí)模塊及級(jí)聯(lián)內(nèi)容

學(xué)習(xí)測(cè)試：設(shè)置了判斷正誤和選擇兩種測(cè)試題型，用于對(duì)學(xué)生基本知識(shí)的掌握情況進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果可以給學(xué)生提供解答正確的題數(shù)、答錯(cuò)的題號(hào)、得分率，這樣便于學(xué)生對(duì)照答案了解錯(cuò)誤，分析不足。通過測(cè)試，學(xué)生可以了解和檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)效果以及對(duì)基本知識(shí)的掌握程度。

為便于教師使用，將教材中的重要元件及系統(tǒng)油路生成虛擬實(shí)體，動(dòng)畫匯集成動(dòng)畫庫(kù)，并將其置于系統(tǒng)主界面，便于教師選用(如圖4所示)。此外，系統(tǒng)將主界面上的9個(gè)按鈕匯集為菜單條置于所有學(xué)習(xí)界面的頂部，師生可在不同知識(shí)點(diǎn)間快速跳轉(zhuǎn)，十分方便。

圖4 元件動(dòng)畫

系統(tǒng)對(duì)一些不影響后續(xù)學(xué)習(xí)的非重點(diǎn)知識(shí)用卡通問號(hào)加以隱藏，借助多媒體技術(shù)對(duì)復(fù)雜液壓元件、油路的組成及工作原理加以動(dòng)態(tài)化、立體化講解，重要結(jié)論及提示用綠色顯示，使得系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔活潑、重點(diǎn)突出。

系統(tǒng)投入使用后，教師、學(xué)生各取所需。課件的模塊化結(jié)構(gòu)打破了強(qiáng)制性邏輯框架的限制，便于教師靈活組織教學(xué)。以學(xué)生為中心的開發(fā)理念，使其具有較強(qiáng)的輔學(xué)功能，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，對(duì)教師主導(dǎo)的課堂教學(xué)起到了明顯的助力作用。正是由于良好的教學(xué)輔助特性，該系統(tǒng)于2009年先后獲遼寧省第十屆教育軟件大賽一等獎(jiǎng)、全國(guó)第九屆教育軟件大賽二等獎(jiǎng)。

4 結(jié)束語

液壓傳動(dòng)與控制是集理論與實(shí)踐于一體，且運(yùn)用相當(dāng)廣泛的一門實(shí)用技術(shù)，內(nèi)容包括抽象的理論知識(shí)和復(fù)雜的元件結(jié)構(gòu)，在教學(xué)過程中引入多媒體技術(shù)加以輔助是時(shí)代發(fā)展的必然選擇。

然而，教學(xué)中引入多媒體技術(shù)利弊兼存，教師在使用過程中應(yīng)最大可能地興利去弊。我們的多媒體輔助教學(xué)實(shí)踐表明，以學(xué)生主體性為主旨開發(fā)的HYCASS改變了液壓CAI的傳統(tǒng)模式，與教師課堂教學(xué)的主導(dǎo)性配合，對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提升效果十分明顯。這種液壓CAI的開發(fā)和使用理念，對(duì)其他工學(xué)專業(yè)課程的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)具有借鑒意義。

[1] 王長(zhǎng)江.中國(guó)應(yīng)該成為液壓的大國(guó)和強(qiáng)國(guó)[J].液壓氣動(dòng)與密封,2009,2:1-3.

[2] 黃人豪.液壓技術(shù)與中國(guó)裝備制造業(yè)[J].流體傳動(dòng)與控制,2008,2:1-3.

[3] 孫先明,付艷峰.多媒體教學(xué)中存在的問題及對(duì)策[J].教育探索,2006,9:47-48.

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[8] 何芹,秦月霞.液壓與氣壓傳動(dòng)多媒體課件開發(fā)及應(yīng)用研究[J].機(jī)床與液壓,2009,37(8):223-227.

Research and practice for the CAI courseware of hydraulic transmission and control

Fei Ye, Zheng Xijian, Han Yanping
Shenyang jianzhu university, Shenyang, 110168, China

This paper analyzed the current application status of multimedia technology in hydraulic transmission teaching, and put forward the development and application concept, that the hydraulic CAI courseware should not only be good for aid teaching but also for aid learning. From this, the aid learning system for hydraulic transmission and control was created by using multimedia software. Teaching practice showed that, this hydraulic CAI model could arouse the enthusiasm and initiative of students in learning, considerable improvement in the quality of teaching. Further, it provided a reference in multimedia teaching for other engineering courses.

hydraulic transmission; teaching; CAI courseware; development concept

2011-08-24

費(fèi)燁，副教授。