機(jī)電專業(yè)流體類課程教學(xué)探索

（武漢科技大學(xué)城市學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)部，湖北 武漢430080）

[摘 要] 流體類專業(yè)課具有知識(shí)面廣、學(xué)科交叉性強(qiáng)等特點(diǎn)，課堂教學(xué)難度較大。要利用現(xiàn)代教學(xué)手段探索新型教學(xué)模式，使眾多液壓元件及液壓系統(tǒng)在課堂上直觀地演示，教授學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代仿真軟件開(kāi)展設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生更好地掌握課程知識(shí)，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)。

[關(guān) 鍵 詞] 流體類課程；過(guò)程直觀化教學(xué)；分層實(shí)踐教學(xué)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2016）30-0070-02

21世紀(jì)的大學(xué)課堂中最嚴(yán)峻的問(wèn)題，就是教與學(xué)如何有機(jī)地發(fā)展，學(xué)生能真正學(xué)到技能和知識(shí)，是大學(xué)課堂的真正意義所在。如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性參與到課堂中，是擺在教師面前最迫切的問(wèn)題，現(xiàn)在媒體介質(zhì)蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)課堂的教和學(xué)模式對(duì)學(xué)生的吸引力逐漸在降低，如何把學(xué)生吸引到他們將來(lái)所從事的專業(yè)上來(lái)是教學(xué)過(guò)程中的重中之重！如何使專業(yè)學(xué)習(xí)變得有趣和生動(dòng)，更是緊迫的問(wèn)題之一?！兑簤号c氣壓傳動(dòng)》是機(jī)械制造自動(dòng)化類及機(jī)電一體化專業(yè)的一門主干課，涉及機(jī)、電、氣、液多個(gè)方面，知識(shí)跨度大、教學(xué)難點(diǎn)多。傳統(tǒng)教學(xué)模式存在著敘述性介紹多、算式推導(dǎo)多、結(jié)構(gòu)原理分析枯燥難懂、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的教學(xué)少、學(xué)生主動(dòng)思考少，難以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力的問(wèn)題。因此，迫切需要在液壓和氣動(dòng)這門課程的一些理論環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)方法的改革，以取得最佳的教學(xué)效果。

一、液壓元件動(dòng)畫演示

皮亞杰，著名教育理論家及建構(gòu)主義理論的集大成者，認(rèn)為“理解就是創(chuàng)造，或通過(guò)再創(chuàng)造去進(jìn)行重構(gòu)”。運(yùn)用這一認(rèn)知理論，設(shè)計(jì)許多富含液壓原理的CAI文件，在課堂上生動(dòng)地演示液壓元器件的工作原理。特別是液壓元件在具體應(yīng)用中，液壓油作為工作介質(zhì)，使學(xué)生在具體接觸時(shí)會(huì)因?yàn)榄h(huán)境惡劣，而產(chǎn)生畏難情緒。我們把油路、壓力油、液壓閥以及液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件和執(zhí)行元件用動(dòng)畫的形式，明明白白地展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生在模擬現(xiàn)實(shí)下進(jìn)行體驗(yàn)學(xué)習(xí)，把復(fù)雜的原理直觀化，液壓元件的運(yùn)用過(guò)程化，在過(guò)程中讓學(xué)生自己去主動(dòng)學(xué)習(xí)。

二、液壓教學(xué)仿真軟件的應(yīng)用

液壓元件包括液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓控制元件，這些都是工業(yè)元器件，都有它的設(shè)計(jì)原理和構(gòu)造，通過(guò)三維構(gòu)造軟件的使用，包括利用PRO/E、UG等三維軟件強(qiáng)大的功能，使實(shí)際液壓元件結(jié)構(gòu)圖以三維實(shí)體造型的形式全方位展現(xiàn)，組成液壓各種零件可以任意拆裝、移位、隱藏，相關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以動(dòng)態(tài)顯示，使學(xué)生快速地理解液壓零件的組成結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)原理及包含的基本理論，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的動(dòng)態(tài)直觀。

（一）液壓仿真軟件

液壓仿真軟件很多，如法國(guó)的AMEsim，MSC的EASY 5，MATLAB集成了液壓仿真工具箱Simhydraulics；fluidsim是以鍵圖理論為基礎(chǔ)的液壓控制系統(tǒng)仿真軟件，AMEsim是目前使用較多的液壓系統(tǒng)仿真軟件，而且易于和MATLAB/SImulink以及ADAMS進(jìn)行聯(lián)合仿真分析，有良好的通用性。在實(shí)際教學(xué)中要鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生上手使用這些仿真軟件加深對(duì)機(jī)械制造自動(dòng)化和機(jī)電一體化整個(gè)專業(yè)系統(tǒng)的整體宏觀的認(rèn)識(shí)過(guò)程。

（二）液壓教學(xué)仿真軟件FluidSIM軟件的教學(xué)應(yīng)用

1.CAD功能和仿真功能緊密聯(lián)系在一起。FluidSIM軟件符合DIN電氣—液壓（氣壓）回路圖繪制標(biāo)準(zhǔn)。 CAD功能是針對(duì)流體而專門設(shè)計(jì)的，例如，在繪圖過(guò)程中，F(xiàn)luidSIM軟件將檢查各元件之間的連接是否可行。最重要的是可對(duì)基于元件物理模型的回路圖進(jìn)行實(shí)際仿真，并有元件的狀態(tài)圖顯示，這樣就使回路圖繪制和相應(yīng)液壓（氣壓）系統(tǒng)仿真相一致，從而能夠在設(shè)計(jì)完回路后，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性，并演示其動(dòng)作過(guò)程。

2.系統(tǒng)學(xué)習(xí)的概念。FluidSIM軟件可用于自學(xué)和教學(xué)。液壓（氣壓）元件可以通過(guò)文本說(shuō)明、圖形以及介紹其工作原理的動(dòng)畫來(lái)描述；各種練習(xí)和教學(xué)影片則講授了重要回路和液壓（氣壓）元件的使用方法。教學(xué)軟件雖然上手簡(jiǎn)單，讓初學(xué)者學(xué)習(xí)起來(lái)可以進(jìn)一步加深體會(huì)。

三、實(shí)驗(yàn)課程的分層化和差異化教學(xué)

（一）液壓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)合理優(yōu)化

1.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：主要是油泵特性實(shí)驗(yàn)和溢流閥性能實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行入門訓(xùn)練。

2.元件認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)：我們?cè)黾恿藢W(xué)生拆裝實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)，將各類閥、泵、油缸及一些輔助元件，讓學(xué)生自己動(dòng)手拆裝，真正弄懂原理和結(jié)構(gòu)。為了配合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，建成了一定規(guī)模的元件陳列室，供學(xué)生參觀，以增強(qiáng)他們對(duì)元件的感性認(rèn)識(shí)。

3.創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)：這是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的有效環(huán)節(jié)。主要開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)有節(jié)流調(diào)速回路，包括進(jìn)口、出口、旁路及調(diào)速閥進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路，利用可拆裝式液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)一些基本回路。例如，順序動(dòng)作回路、調(diào)壓回路、增減壓回路等。

（二）液壓實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方式的改進(jìn)

現(xiàn)在的大學(xué)生，對(duì)自己感興趣的東西可以達(dá)到忘我的境地，對(duì)自己不感興趣的事物態(tài)度消極、不主動(dòng)、不積極。針對(duì)這種特點(diǎn)的學(xué)生群體，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要在如何做到讓學(xué)生體會(huì)成就感上做文章，并且在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程能夠?qū)ψ约旱拈L(zhǎng)處有個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。我們?cè)谠O(shè)計(jì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，采取了分層教學(xué)，有的學(xué)生理論能力強(qiáng)，長(zhǎng)于計(jì)算，我們會(huì)給他們一些構(gòu)造題，設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)的變化，而對(duì)于一些基礎(chǔ)不太好，但動(dòng)手能力強(qiáng)，會(huì)在實(shí)踐中找各種可能的學(xué)生，我們鼓勵(lì)他們?cè)趧?dòng)手中學(xué)習(xí)理論，充分調(diào)動(dòng)他們的積極性。同時(shí)對(duì)于一些性格被動(dòng)的學(xué)生讓他們積極參加到實(shí)驗(yàn)中，哪怕做一個(gè)小小的計(jì)算，做一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真，最后有了成果和結(jié)果對(duì)學(xué)生的參與本身就是一種鼓勵(lì)。

（三）液壓實(shí)驗(yàn)課評(píng)價(jià)模式的改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)課考核模式考試內(nèi)容分三部分：基本原理20%、元件拆裝20%、綜合實(shí)驗(yàn)操作60%。實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)不及格，不得參加期末理論考試。實(shí)驗(yàn)考核復(fù)習(xí)期間，實(shí)驗(yàn)室全天開(kāi)放，指導(dǎo)老師隨時(shí)指導(dǎo)，學(xué)生復(fù)習(xí)簽到。這樣極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作的積極性，考核本身也強(qiáng)化和鞏固了一些基本理論，也為學(xué)生期末理論考試打下了良好的基礎(chǔ)，考核效果良好。

在機(jī)械制造自動(dòng)化類和機(jī)電一體化專業(yè)流體傳動(dòng)類專業(yè)課教學(xué)過(guò)程中，以學(xué)生不斷的個(gè)人認(rèn)識(shí)和人生規(guī)劃為指導(dǎo)，以學(xué)以致用為目的，將多媒體、動(dòng)畫、仿真軟件運(yùn)用到教學(xué)中，特別注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)動(dòng)手能力的培養(yǎng)，從而達(dá)到在課堂教學(xué)上，真正做到由教開(kāi)始，最后逐步到教學(xué)同一化。

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[3]易軍，陳水勝，游達(dá)章，等.面向卓越工程師教育的液壓與氣壓傳動(dòng)課程教學(xué)改革實(shí)踐[J].液壓與氣動(dòng)，2013（8）..

作者簡(jiǎn)介：張玉，湖北人，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)任武漢科技大學(xué)城市學(xué)院機(jī)電學(xué)部機(jī)械電子專業(yè)主任。