翻轉(zhuǎn)課堂和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)在液壓教學(xué)創(chuàng)新中的應(yīng)用*

阮廣東 ， 何彥虎

(湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院　機(jī)電與汽車工程學(xué)院, 浙江　湖州　313000)

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翻轉(zhuǎn)課堂和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)在液壓教學(xué)創(chuàng)新中的應(yīng)用*

阮廣東 ， 何彥虎

(湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院, 浙江湖州313000)

針對(duì)當(dāng)前高職高專液壓傳動(dòng)教學(xué)理論與實(shí)踐脫節(jié)問(wèn)題，以某發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，提出了采用翻轉(zhuǎn)課堂和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)相結(jié)合的方法進(jìn)行創(chuàng)新教學(xué)。在該教學(xué)模式中，學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，主動(dòng)實(shí)踐；教師總體策劃教學(xué)過(guò)程，精心準(zhǔn)備教學(xué)視頻資料，合理安排實(shí)踐項(xiàng)目，科學(xué)進(jìn)行課程考核。實(shí)踐證明，采用該教學(xué)模式后，學(xué)生的學(xué)習(xí)成效顯著，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性大大提高，分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力得到大幅度提升。

翻轉(zhuǎn)課堂；現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)；液壓氣動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)；汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)；課程考核

《液壓與氣壓傳動(dòng)》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在機(jī)電、自動(dòng)化、電氣等相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了這門課程，其重要性不言而喻。為培養(yǎng)符合企業(yè)崗位要求的高技能人才，許多學(xué)校對(duì)該課程從多方面做了深入的教學(xué)改革與創(chuàng)新，并取得了不少成果。在教學(xué)模式上，突破了以往理論講解結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的方式，以工程項(xiàng)目為教學(xué)內(nèi)容，使該門課程緊密聯(lián)系工程實(shí)際[1](P41-45)。為提高學(xué)習(xí)成效，翻轉(zhuǎn)課堂、先學(xué)后教模式也被很多學(xué)校采用[2](P73-75)。在教學(xué)手段上，除了采用多媒體教學(xué)、實(shí)物拆裝、回路連接等方式外，仿真軟件FluidSIM、AMESIM也被廣泛使用。有些學(xué)校充分利用企業(yè)資源，建立校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，將課堂搬到工廠，直接為企業(yè)培養(yǎng)人才。但是，許多學(xué)校進(jìn)行的教學(xué)改革與創(chuàng)新僅著眼于某一方面，沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)的研究，理論與實(shí)踐的銜接工作也做的相對(duì)較少，即便是一體化的教學(xué)模式在教學(xué)銜接與過(guò)渡上也做的不夠充分。鑒于這樣的現(xiàn)狀，本文提出了運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)相結(jié)合進(jìn)行工程液壓系統(tǒng)的講解、實(shí)訓(xùn)，使課前學(xué)習(xí)、課堂聽講、工廠實(shí)訓(xùn)等幾方面有機(jī)結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生從課堂走向工廠，運(yùn)用理論知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)實(shí)踐加深對(duì)理論的認(rèn)識(shí)，從而真正做到教學(xué)做一體化，徹底解決理論與實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)題，為培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造性人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、教學(xué)實(shí)施策略與方案

(一)教學(xué)實(shí)施策略

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法的顛覆。傳統(tǒng)教學(xué)模式中，課堂是教師傳授知識(shí)與技能的場(chǎng)所，學(xué)生在課后完成作業(yè)、復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)；而在翻轉(zhuǎn)課堂中，知識(shí)的獲取交給學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課前自學(xué)完成，課堂上，教師與學(xué)生就重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行探討，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用課前所學(xué)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入分析并給出解決方案。學(xué)生是整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的主體，教師僅起輔助、引導(dǎo)與解惑的作用。在此過(guò)程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣大大增強(qiáng)，學(xué)習(xí)成效顯著提升[3](P99-101)?，F(xiàn)場(chǎng)教學(xué)是在真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境中，教師針對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題對(duì)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，學(xué)生則圍繞問(wèn)題主動(dòng)觀察、思考與實(shí)踐。這種教學(xué)方法形象、生動(dòng)、直觀，貼合高職高專學(xué)生思維特點(diǎn)，學(xué)生的積極性主動(dòng)性也較高。而且，理論與實(shí)踐的結(jié)合能夠加深學(xué)生對(duì)理論的認(rèn)識(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)分析、解決問(wèn)題的能力，學(xué)生以小組形式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐也有利于培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)精神[4](P29-32)。

鑒于翻轉(zhuǎn)課堂和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，將這兩種方法結(jié)合起來(lái)用于汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的講解，效果明顯。在翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施過(guò)程中，教師將學(xué)習(xí)視頻、課件等項(xiàng)目式教學(xué)資料上傳到液壓氣動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)上。課前，學(xué)生登錄平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)并完成相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)考核作業(yè)。課中學(xué)習(xí)分為兩部分，一部分在課堂上探討重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題，一部分在工廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)。課堂上，教師針對(duì)學(xué)生在網(wǎng)上提到的問(wèn)題進(jìn)行綜合匯總并詳細(xì)分析導(dǎo)致學(xué)生不理解的原因，并就汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理進(jìn)行重點(diǎn)分析。在工廠，學(xué)生觀看分析汽輪機(jī)調(diào)節(jié)器圖紙、結(jié)構(gòu)、工人裝配過(guò)程并進(jìn)行裝配實(shí)訓(xùn)。課后，學(xué)生要完成學(xué)習(xí)報(bào)告，總結(jié)歸納通過(guò)網(wǎng)上學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)及現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)獲得的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、技巧。下圖1為汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)教學(xué)實(shí)施策略圖。

圖1　汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)教學(xué)實(shí)施策略

(二)教學(xué)實(shí)施方案

結(jié)合工廠生產(chǎn)實(shí)際，本課時(shí)將以18MW抽凝式汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)作為教學(xué)研究的對(duì)象。本堂課之前網(wǎng)上已上傳了YT4543動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)工作原理資料，并在課堂上對(duì)系統(tǒng)所采用的基本回路、液壓元件進(jìn)行深入分析。為保證課堂的銜接性，本課時(shí)平臺(tái)上所上傳的資料除了汽輪機(jī)基本資料視頻、該型號(hào)汽輪機(jī)進(jìn)氣調(diào)節(jié)原理視頻、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)分析視頻外，還包括對(duì)YT4543動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)單回顧及液壓系統(tǒng)原理圖的閱讀步驟視頻[5](P58-90)。汽輪機(jī)視頻資料包含大量真實(shí)結(jié)構(gòu)圖片、工作原理動(dòng)畫。據(jù)此，學(xué)生可在課前全面深入的學(xué)習(xí)所涉及知識(shí)點(diǎn)，并可根據(jù)自己的理解程度掌控學(xué)習(xí)節(jié)奏，對(duì)于不懂的知識(shí)點(diǎn)，可反復(fù)重點(diǎn)觀看；另外，學(xué)生可以通過(guò)答疑系統(tǒng)就學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題和老師進(jìn)行溝通。

翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行的關(guān)鍵在于學(xué)習(xí)平臺(tái)的開發(fā)。液壓氣動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)是一個(gè)獨(dú)立的課程學(xué)習(xí)平臺(tái)，上面有本課程所有學(xué)習(xí)資料，學(xué)生可據(jù)此方便的進(jìn)行課前學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)。課程改革與創(chuàng)新后，學(xué)習(xí)平臺(tái)顯得愈發(fā)重要，它適應(yīng)教學(xué)改革與創(chuàng)新的需要，符合學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，適合各層次的學(xué)生，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣至關(guān)重要。

翻轉(zhuǎn)課堂的課堂教學(xué)部分，教師和學(xué)生主要針對(duì)汽輪機(jī)的數(shù)字液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行探討，使學(xué)生做到真正理解問(wèn)題并能加以拓展應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。

圖2為主汽門啟閉系統(tǒng)原理圖[6](P68-73)。啟動(dòng)掛閘裝置控制主汽門執(zhí)行機(jī)構(gòu)(主汽門自動(dòng)關(guān)閉器)上下動(dòng)作進(jìn)而控制主汽門開啟，同時(shí)可以對(duì)機(jī)組機(jī)械超速?gòu)?fù)位。掛閘電磁鐵得電建立復(fù)位油，壓力油經(jīng)過(guò)節(jié)流孔建立起安全油。安全油將啟動(dòng)掛閘裝置切換閥壓下，接通啟動(dòng)油路開啟主汽門，停機(jī)時(shí)安全油泄掉，切換閥切斷啟動(dòng)油，并泄掉自動(dòng)關(guān)閉器的油缸腔室中的油，使主汽門快速關(guān)閉。主汽門開關(guān)電磁閥正常不帶電，得電時(shí)切斷壓力油卸掉啟動(dòng)油關(guān)閉主汽門。

數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)比一般液壓系統(tǒng)精度要高，自動(dòng)化水平也大大提高。它可配合電氣并網(wǎng)，并能實(shí)現(xiàn)升速(手動(dòng)或自動(dòng))控制，負(fù)荷控制(閥位控制或功頻控制)，抽汽熱負(fù)荷控制及其他輔助控制，還可與控制系統(tǒng)在線通訊，實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整[7](P37)。這些功能可使汽輪機(jī)適應(yīng)各種工況并長(zhǎng)期安全運(yùn)行。對(duì)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的講解，應(yīng)結(jié)合電氣控制、PLC控制相關(guān)知識(shí)進(jìn)行，其控制原理與數(shù)控機(jī)床等數(shù)字控制設(shè)備原理相同，區(qū)別在于此系統(tǒng)有自動(dòng)保護(hù)功能，當(dāng)超速時(shí)，傳感器檢測(cè)到相關(guān)信號(hào)，控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整油動(dòng)機(jī)的升降。

圖3為電液伺服進(jìn)氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖[6](P68-73)。油動(dòng)機(jī)與錯(cuò)油門的滑閥上下受壓力油作用，滑閥上部作用面積是下部作用面積的一半。上部油壓與主油泵出口油壓相同，下部油壓通過(guò)錯(cuò)油門套筒一動(dòng)態(tài)進(jìn)油口進(jìn)油，并通過(guò)外部一可調(diào)固定節(jié)流孔排油，由此實(shí)現(xiàn)基本流量平衡并建立控制油?？刂朴蛪毫閴毫τ偷囊话胱笥遥撚头Q為脈動(dòng)控制油。DEH發(fā)出的閥位指令信號(hào)，經(jīng)伺服放大器后，伺服閥將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)控制油壓信號(hào)，控制動(dòng)態(tài)進(jìn)油，從而直接控制油動(dòng)機(jī)帶動(dòng)調(diào)節(jié)汽閥以改變機(jī)組的轉(zhuǎn)速或功率。油動(dòng)機(jī)移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)位移傳感器，作為負(fù)反饋與閥位指令信號(hào)相加。當(dāng)兩個(gè)電信號(hào)相平衡時(shí)，伺服放大器的輸出就保持原穩(wěn)態(tài)值不變，這時(shí)伺服閥回到原平衡位置，保持脈動(dòng)控制油不變，油動(dòng)機(jī)就穩(wěn)定在一個(gè)新的工作位置。系統(tǒng)中OPC電磁閥組提供超速保護(hù)，AST電磁閥組用于停機(jī)，可調(diào)節(jié)流孔用來(lái)調(diào)整油動(dòng)機(jī)錯(cuò)油門的偏置。

圖2　主汽門啟閉系統(tǒng)原理圖

圖3　數(shù)字電液伺服系統(tǒng)原理

在調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的講解中，應(yīng)使學(xué)生明白調(diào)節(jié)器原理圖中各元件是分散布置的，而調(diào)節(jié)器是一個(gè)集成器件，它將各閥、油動(dòng)機(jī)、錯(cuò)油門等集裝在一個(gè)殼體里，并通過(guò)殼體內(nèi)部通道來(lái)實(shí)現(xiàn)元器件之間油路的連接。

為保證學(xué)習(xí)的連貫性及深刻性，在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)之后還要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)?，F(xiàn)場(chǎng)教學(xué)中，先將汽輪機(jī)的數(shù)字電液系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理圖、調(diào)節(jié)器裝配圖分發(fā)給各位學(xué)生，讓學(xué)生以小組形式討論原理圖中各圖形符號(hào)的名稱、基本回路組成、液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理、調(diào)節(jié)器裝配圖中各零部件的結(jié)構(gòu)，然后以汽輪機(jī)調(diào)節(jié)器的安裝為著手點(diǎn)，將圖中元件及安裝位置與真實(shí)元件及其管路連接結(jié)合起來(lái)。學(xué)生在觀察討論之后，教師再進(jìn)行集中講解。實(shí)際的原理圖與結(jié)構(gòu)圖是不同的，原理圖是將各個(gè)元件(如溢流閥、減壓閥、調(diào)速閥、換向閥、液壓缸)以分別獨(dú)立的形式連接起來(lái)，而結(jié)構(gòu)圖是將控制元件、執(zhí)行元件合并在一塊，裝在一個(gè)調(diào)節(jié)器殼體里，而且名稱也與常見結(jié)構(gòu)有所不同，比如液壓缸活塞桿稱作油動(dòng)機(jī)。分析結(jié)構(gòu)圖與原理圖之后，學(xué)生應(yīng)明白，調(diào)節(jié)器殼體是容納調(diào)節(jié)桿、控制閥閥芯、連接離心泵的一個(gè)容器，控制閥之間及控制閥和活塞之間的連接是靠殼體內(nèi)部通道而不是靠管路連通的。最后，學(xué)生分組進(jìn)行調(diào)節(jié)器安裝現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)。

二、課程考核方法和支撐手段

(一)課程考核方法

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)創(chuàng)新課程考核由網(wǎng)上考核、課堂考核、現(xiàn)場(chǎng)考核及作業(yè)考核四部分組成，它們所占比例分別為20 %、20 %、40 %、20 %。網(wǎng)上考核中，學(xué)生如果沒(méi)有觀看學(xué)習(xí)視頻，則沒(méi)有網(wǎng)上成績(jī)；觀看了視頻資料，則以視頻后問(wèn)題的回答程度作為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。課堂考核方式中，教師提出問(wèn)題，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論，教師根據(jù)答案的全面正確與否評(píng)分。現(xiàn)場(chǎng)考核也是以小組為單位進(jìn)行，考核分為4個(gè)等級(jí)，采用提問(wèn)和實(shí)操方式考核。其中，液壓系統(tǒng)原理圖及調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖的識(shí)別與分析采取提問(wèn)方式考核，液壓元件及調(diào)節(jié)器的安裝采取實(shí)操方式考核。教師根據(jù)學(xué)生對(duì)液壓系統(tǒng)工作原理、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)組成的掌握程度及能否正確裝配調(diào)節(jié)器與否進(jìn)行評(píng)分。

(二)支撐手段

本課程創(chuàng)新教學(xué)的實(shí)施需要得到液壓氣動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)、企業(yè)技術(shù)中心、企業(yè)培訓(xùn)中心、企業(yè)裝配車間等多種教學(xué)設(shè)施和各部門的支撐。

三、結(jié)　論

實(shí)踐證明，基于此教學(xué)模式的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的教學(xué)取得了良好的效果。第一，采用翻轉(zhuǎn)式課堂教學(xué)后，學(xué)生主動(dòng)在課前進(jìn)行學(xué)習(xí)，一改以往被動(dòng)接受知識(shí)的現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)成效得到大幅度提升；第二，采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)模式后，學(xué)生能夠直觀感性深刻的掌握理論知識(shí)，并通過(guò)動(dòng)手操作提升實(shí)踐能力，這符合高職高專學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)；第三，進(jìn)企業(yè)后，學(xué)生能夠身臨其境感受企業(yè)氛圍，這對(duì)于學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的提升，職業(yè)品格的養(yǎng)成極其重要。因此，以此教學(xué)模式為例，教師可以結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際，以其它機(jī)電制造業(yè)液壓系統(tǒng)工程實(shí)例為講解實(shí)踐對(duì)象，展開液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的教學(xué)工作，從而解決系統(tǒng)分析與實(shí)踐脫節(jié)問(wèn)題。

[1] 劉文婷,胡云萍,王波.以推土機(jī)為載體的《液壓與氣動(dòng)》教學(xué)研究[J].液壓與氣動(dòng),2014(1).

[2] 包海濤.“先學(xué)后教”在《液壓與液力傳動(dòng)》課程教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].液壓與氣動(dòng),2013(3).

[3] 戴月紅,徐德愛,張志鳳.“液壓與氣動(dòng)”實(shí)施“教學(xué)做”一體化教學(xué)模式探索[J].鎮(zhèn)江高專學(xué)報(bào),2012(7).

[4] 梁新平,代禮前,郭艷珠.基于工作過(guò)程導(dǎo)向的液壓與氣壓傳動(dòng)應(yīng)用課程開發(fā)[J].當(dāng)代職業(yè)教育,2015(5).

[5] 李松晶,叢大成,姜洪洲.液壓系統(tǒng)原理圖分析技巧[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[6] 紀(jì)云峰,劉康寧.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制(DEH)技術(shù)綜述[J].通用機(jī)械,2015(9).

[7] 張少康.汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新,2014(11).

ApplicationofHydraulicSystemEngineeringExamplesinTeachingInnovationBasedonFlippedClassroomandFieldTeaching

RUANGuang-dong，HEYan-hu

(SchoolofElectro-mechanicalandAutomobileEngineering，HuzhouVocationalandTechnologicalCollege,Huzhou313000,China)

Aimingattheproblemofthedisconnectbetweentheoryandpracticeoftheteachingofhydraulictransmissioninhighervocationalcolleges,thispapertakeshydrauliccontrolsystemofthesteamturbineasanexampleandtakesacombinationoftheflippedclassroomandfieldteachingmethodtoinnovateteaching.Inthisteachingmode,thestudentstaketheinitiativetostudyandpractice;theteacheroverallplanstheteachingprocess,carefullypreparestheteachingvideodata,reasonabilityarrangesthepracticalproject,scientificallyassessmentsthecurriculum.Itisprovedthatafterusingtheteachingmode,thestudents'effectivenessoflearningbecomessignificant,theenthusiasmandtheinitiativeofstudyingandtheabilityofanalyzingandsolvingtheproblemhasbeengreatlyimproved.

flippedclassroom;fieldteaching;learningplatform;systemofthehydraulicadjustmentoftheturbine;courseassessment

2015-09-09

阮廣東(1986-)，男，山東鄒城人，助教，碩士，主要從事液壓氣動(dòng)方面的教學(xué)與科研工作；何彥虎(1972-)，男，甘肅白銀人，副教授，碩士，主要從事液壓氣動(dòng)、PLC等方面的教學(xué)與科研工作。

G712

A

1672-2388(2016)01-0034-04