《液壓與氣動技術》課程教學改革探討
——基于“卓越工程師”培養(yǎng)計劃的課程改革

代光輝 許雪艷

(巢湖學院，安徽 巢湖 238000）

《液壓與氣動技術》課程教學改革探討
——基于“卓越工程師”培養(yǎng)計劃的課程改革

代光輝 許雪艷

(巢湖學院，安徽 巢湖 238000）

《液壓與氣動技術》是機械類專業(yè)的一門核心課程，具有很強的理論性和實踐性。為實施機械設計制造及其自動化專業(yè)的卓越工程師培養(yǎng)項目，培養(yǎng)學生的實際操作能力以及對工程實際問題的解決能力，根據(jù)現(xiàn)有的教學資源和課程定位，對該課程的理論和實踐教學內容與方法進行了思考與探索并提出了改革方案。嘗試以液壓技術為平臺對機械專業(yè)知識綜合應用進行訓練，達到了一定的預期效果。

液壓與氣動技術；理論教學改革；實訓教學改革

1 引言

卓越工程教育培養(yǎng)計劃作為國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020）組織實施的一個重大項目，旨在培養(yǎng)一批卓越工程師后備人才[1-3]。其核心內容就是著力提高學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創(chuàng)新能力[4]。巢湖學院機械設計制造及其自動化專業(yè)已經獲批為“卓越工程師培養(yǎng)計劃”示范專業(yè)，為更好地將該項目實施到本專業(yè)的課程教學中，在原課程教學方案的基礎上，需要對其進行一定的改革和完善。針對《液壓與氣動技術》這門課程的理論和實踐教學，本文對其理論與實踐教學內容與方法的改革進行了討論。

液壓與氣壓傳動是三大動力傳動之一的流體傳動的主體部分，是機械類、自動化類、動力類等領域復合型人才的知識結構的重要組成部分。液壓(氣動）在工業(yè)生產中應用非常廣泛，其元器件，如各種液壓缸與氣壓缸、各種控制與輔助元件以及液壓泵，本身就是機械中相對較簡單的機構，但卻是技術要求非常高的產品。在工程運用中，液壓(氣動）主要依靠具體的系統(tǒng)來完成相應的工作，屬于機械裝配制造的基礎環(huán)節(jié)，其使用范圍涵蓋了眾多行業(yè)。因此，對機械類學生而言學好液壓與氣動技術這門課程，可以為后續(xù)工作打下良好基礎。

液壓與氣動傳動是一門理論性和實踐性都很強的課程，傳統(tǒng)的板書講授式教學方法很難達到較理想的效果。本文根據(jù)對該課程相關內容的分析，并結合現(xiàn)代學生易于接受多元信息的特點，對教學內容和方法做了多種改革與嘗試，實現(xiàn)了多元化的理論教學、遞進式的實訓教學以及一系列以液壓與氣動技術為載體對機械設計制造綜合知識進行實際應用的創(chuàng)新性嘗試。

2 理論教學內容與方法改革的探討

液壓與氣壓傳動的理論教學內容分為兩大部分，即液壓傳動和氣壓傳動。由于液壓和氣動技術的理論知識具有一定的相通性，所以在有限的教學課時內，我們將重點放在對液壓技術的詳細講解上。根據(jù)對教學大綱和教材內容的分析，將理論教學分成四大板塊，并結合卓越工程師的培養(yǎng)要求，特別增加了工程實例剖析板塊。具體內容如表1：

理論教學一直是本課程教學中比較晦澀的一部分內容，傳統(tǒng)的板書式理論教學枯燥乏味，很容易使學生在學習的過程中產生厭煩心理，從而影響學習的效果，甚至會導致學生對本課程產生排斥等厭學心理。如何能通過有效的教學方法改革提高學生的學習興趣和學習效果，一直以來是本課程教學方法改革的重要目標。本文則采用了多元化的教學手段，豐富課堂教學，提高學生的注意力，增加學生的興趣，從而取得很好的教學效果。

2.2.1 靈活的課堂教學

在教學過程中，采用傳統(tǒng)的講授式教學和小組討論相結合的方式，對于課程中的難點問題(如動力學分析，能量損失的估算等），教師先給予詳細的分析說明，然后設置問題情境(如伯努利方程的使用條件，能量損失估算的一般步驟等）讓學生分小組討論闡述自己的結論，并將問題及時反饋給老師，最后，教師根據(jù)討論的情況予以總結，做到對抽象的理論難點各個擊破。

2.2.2 多媒體與教學動畫的應用

多媒體教學可以提供較為豐富的信息量，拓展課程教學的知識面。簡單易懂的內容通過PPT播放的形式，不僅可以增加學生的課堂興趣，還可以節(jié)省一部分課堂時間，為小組討論提供基礎。除此之外，還可以將教材中靜止、抽象的內容制作成動畫，利用動畫來演示相應的動作過程，使教學內容更加形象、生動，從而幫助學生更好地理解和掌握教學內容。

2.2.3 微視頻的應用

本課程涉及到很多元器件的結構，而教材中只是給出其相關的二維裝配圖，學生很難直觀地理解每個零部件的詳細結構以及零部件的裝配過程，利用三維CAD軟件制作裝配圖，并對裝配圖進行爆炸處理，生成爆炸圖和裝配動畫視頻，再配以詳細的語音分析說明，就可以制作成一段相關的微視頻。通過此視頻可以把抽象的內容更加直觀地展現(xiàn)在學生面前。而且，學生長時間處在同一種教學模式下，容易產生思想不集中的現(xiàn)象，突然轉換一種教學方式，也有助于提高學生的注意力。

2.2.4 Fluid SIM仿真軟件的應用

在Fluid SIM軟件中，液壓(氣壓）元件可以通過文本說明、圖形以及動畫來描述，也可設計和液壓氣動回路相配套的電氣控制回路，彌補了學生只接觸液壓(氣壓）回路不接觸電氣回路，因而不明白各種開關和閥的動作過程的弊病。對電氣-液壓(氣壓）回路同時進行設計與仿真，可以提高學生對電氣動、電液壓的認識和實際應用能力[6-8]。

3 實訓教學內容與方法改革的探討

實訓課程是理論課程的延續(xù)與應用，此環(huán)節(jié)主要目標是培養(yǎng)學生的實際動手能力和工程應用技能。傳統(tǒng)的驗證性實驗只是理論教學的一種輔助手段，不能對學生的工程應用能力起到很好的鍛煉作用。針對此問題，在實訓教學中設置了三個模塊，漸進性地培養(yǎng)學生的實際操作能力。

3.1.1 基本實訓模塊

基本實訓模塊主要包括元器件的拆裝實訓和基本回路的搭建實訓。元器件拆裝實訓的目的是讓學生了解各元器件的基本組成和各零部件之間的配合關系，并掌握零部件之間的相對運動情況；基本回路搭建實訓的目的是讓學生了解液壓系統(tǒng)的基本組成、各元器件在系統(tǒng)中的作用、各基本回路的工作過程以及控制過程。

3.1.2 能力提升模塊

本模塊設置兩次系統(tǒng)故障排查實訓，目的是讓學生在掌握基本回路的基礎上，能對實際工程問題做出一定的判斷。具體實施過程：教師預先在實訓臺上搭建好由不同基本回路組成的相對復雜的工作過程，并在每套設備上設置2～3處故障(主要包括：漏油，控制閥使用不當，油壓不足，回路搭接不正確，工作順序不合理等）；然后，學生根據(jù)已學的知識和相關的測試儀器查找故障原因，并給予修正；最后，總結故障表象、故障原理和改正方法。

3.1.3 工程實用模塊

本模塊設置一次實用系統(tǒng)的設計實訓，即利用液壓(氣動）技術設計一個相對簡單的生產設備。其目的是讓學生切實了解液壓(氣動）在實際工程生產中的應用以及液壓(氣動）設備的一般設計過程。具體安排如下：設計如圖1所示的四自由度機器人，實現(xiàn)工件在不同工位的轉移。要求學生繪制原理圖，在系統(tǒng)中選用具體的元器件，并完成PLC控制。

3.2.1 從“看”到“做”轉變

液壓實訓教學不只是讓學生觀看某些現(xiàn)象、某些動作和某些機構，更為重要的是要求學生在操作的過程中了解液壓的組成、特點、原理和應用，并通過理論知識指導學生切實掌握液壓元器件及其系統(tǒng)的具體動作和具體操作。只有在操作過程中，學生才能發(fā)現(xiàn)問題與不足，從而達到手腦并用和增強興趣的效果。所以實訓教學中應采用在教師的指導下，由學生自己完成具體操作的方法，讓學生成為實訓的主體。

3.2.2 從“個人”到“團隊”轉變

為了方便學生之間的相互交流、相互學習和協(xié)同工作，同時保證每個同學都有動手操作的機會，實訓時將學生分成3～5人小組，并指定一個組長來分配和協(xié)調工作。實訓完成后，各小組之間進行總結和交流，通過交流讓每個同學了解更多的問題以及掌握解決問題的方法。最后，老師對實訓過程、實訓問題、試驗現(xiàn)象、試驗結果進行分析和總結。

3.2.3 從“驗證性”到“綜合性”轉變

綜合性實驗是指在學生具有一定基礎知識并且具有相關實驗設備、儀器的基本操作技能的基礎上，運用某一門課程和相關課程的綜合知識，對學生進行綜合訓練的一種復合式實驗，其目的在于培養(yǎng)學生的實驗動手能力、數(shù)據(jù)處理能力、查閱資料能力和對實驗結果的分析能力[9]。液壓課程的實踐性較強，與工程使用聯(lián)系緊密，只有培養(yǎng)和提高學生對液壓技術綜合知識的應用能力，才能更好的服務于工業(yè)生產。

4 基于液壓（氣動）的專業(yè)綜合知識整合

此部分內容主要通過兩個液壓(氣動）技術的課程設計來進行綜合訓練，其目的是綜合應用已學習的機械設計制造相關的專業(yè)知識，以及通過此設計讓學生初步了解如何將專業(yè)理論知識應用到工程實際生產中。具體內容安排如下：

液壓缸雖然結構相對較為簡單，但是其設計制造過程涵蓋了機械產品設計制造的一般步驟，因此通過液壓缸的設計制造過程可以對機械專業(yè)綜合知識進行很好的應用。

4.1.1 液壓缸的設計

在給定基本參數(shù)的條件下，液壓缸的設計包括很多內容[10]，如液壓缸的類型選擇及安裝方式的選擇，主要零部件的結構設計、材料選擇以及技術要求說明，性能參數(shù)和幾何尺寸計算，繪制零件圖、裝配圖以及編寫技術說明書等。在此過程中不僅僅有液壓技術知識的應用，同樣也要將已學的其他專業(yè)知識(如機械制圖、機械原理、機械設計、工程材料、材料力學等）運用到具體元件的實際設計中。

4.1.2 液壓缸的制造

液壓缸的制造環(huán)節(jié)以液壓缸的一個主要零件——活塞為例，首先要設計零件的工藝規(guī)程[10-11]，包括零件的工藝性分析、確定毛坯、擬定工藝路線、選擇定位基準、確定個工序的設備和工裝、確定個工序的余量和切削用量。同時還要完成機械加工工藝過程卡、機械加工工藝卡、機械加工工序卡。然后，依據(jù)金工實訓中所學知識完成活塞的車削加工。最后，設計裝配工藝規(guī)程。通過此練習，可以將機械制造技術基礎與實際生產聯(lián)系起來。

本環(huán)節(jié)結合THJDME-1型光機電一體化實訓考核裝置來完成，該裝置在接近工業(yè)生產制造現(xiàn)場基礎上，針對教學及實訓目的進行了專門設計，更加強化機電一體化產品的安裝與調試能力。本裝置采用開放式和拆裝式結構設計，可根據(jù)現(xiàn)有的機械部件組裝生產設備，使整個裝置能夠靈活地按實訓教學需求進行組裝。該設計可以根據(jù)所給定的不同工作任務，對上述裝置進行改裝來實現(xiàn)不同的功能，從而提高學生對整個液壓(氣動）系統(tǒng)在工程中的應用能力以及液壓 (氣動）系統(tǒng)與PLC的配合使用能力。

5 總結

通過上述幾項內容與方法的改革，豐富了液壓與氣動技術課程理論和實踐教學的內容，提高了學生的積極性和學習效果，加強了學生實際操作能力，增強了學生綜合知識運用能力。符合卓越工程師培養(yǎng)計劃的基本思想與基本目的，適用于應用型人才的培養(yǎng)要求，較好地實現(xiàn)了課程的教學目標。但是以上幾種改革內容可能依然存在不足之處，后續(xù)仍需不斷探索，加強學生創(chuàng)新能力的啟發(fā)和解決工程問題的鍛煉，力爭達到“學”能“用”，“用”能“?！钡哪繕?。

參考文獻：

[1]教育部關于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見（教高[2011]1號文）.

[2]楊忠國，鄧書輝.“卓越工程師培養(yǎng)計劃”下的的流體力學課程教學模式研究[J].課程教育研究，2013，（12），75.

[3]林健.卓越工程師教育培養(yǎng)計劃專業(yè)培養(yǎng)方案研究[J].清華大學教育研究，2011，（2）∶47-55.

[4]劉燕，徐本連.建立多元化的工程實踐訓練體系推進自動化專業(yè)實踐教學改革[J].實驗室科學，2013，（13）：168∶-170.

[5]張利平.現(xiàn)代液壓技術應用200例[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[6]王勇亮，盧穎.液壓仿真軟件的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].液壓與氣動，2012，（8）∶1-4.

[7]李鐵鋼.基于Fluidsin的電液系統(tǒng)仿真技術[J].沈陽工程學院學報，2012，（2）∶177-179.

[8]趙艷平.FluidSIM在液壓與氣動技術課程改革中的應用研究[J].漯河職業(yè)技術學院學報，2014，（13）∶81-83.

[9]朱育權，王麗君.液壓傳動課程設計性、綜合性實驗裝置的開發(fā)與研究[J].液壓與氣動，2006，（11），19-21.

[10]機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[11]趙雪松，趙曉芬.機械制造技術基礎[M].武漢：華中科技大學出版社，2006.

ON THE TEACHING REFORM OF HYDRAUNIC AND PNEUMATIC TECHNOLOGY—BASED ON THE REFORM OF EXCELLENT ENGINEERS'CULTIVATION PLAN OF THE

DAI Guang-huiXU Xue-yan
（Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

Hydraulic and Pneumatic Technology is a core course of mechanical engineering，which is of sound theoretical basis and feasible applicability.The content and method of practical teaching and the theory of this course have been thought deeply and explored and the reform schemes have been put forward according to the existing teaching resources and the course positioning，in order to implement the excellent engineers training plan of mechanical engineering and automation professional，and to train the students'practical ability and the solving ability of actual engineering problem.Some attempts have been made to train the comprehensive application of the machinery specialized knowledge based on the hydraulic technology，which achieves the desired results.

Hydraulic and Pneumatic Technology；reform of theory teaching；reform of practical teaching

G423.07

A

1672-2868（2015）06-0127-05

責任編輯：陳 鳳

2015-04-15

安徽省質量工程項目(項目編號：2012zjjh042）

代光輝(1987-），男，安徽亳州人。巢湖學院機械與電子工程學院，助教。研究方向：液壓氣壓傳動。