關(guān)于提高液壓傳動(dòng)課程中學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的方法研究

沈偉+黃洪磊+麥云飛

摘 要 液壓傳動(dòng)作為一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，在液壓傳動(dòng)教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)方法對(duì)于較為抽象復(fù)雜的內(nèi)容難以做到讓學(xué)生理解透徹。隨著教育技術(shù)的不斷發(fā)展，許多高校都采用了現(xiàn)代新型教育手段以提高學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的效率，如仿真軟件和視頻教學(xué)。本文通過(guò)介紹它們?cè)趯?shí)際教學(xué)中的實(shí)例或應(yīng)用，并分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為高校使用現(xiàn)代教育手段與液壓傳動(dòng)課程結(jié)合提出建議。

關(guān)鍵詞 液壓傳動(dòng) 教學(xué) FluidSIM軟件 MOOC 微視頻

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.12.054

Abstract Hydraulic drive as a practical course， in the teaching of hydraulic transmission， the traditional teaching methods for more abstract and complex content is difficult to make students understand thoroughly. With the continuous development of education technology， many colleges and universities have adopted modern new educational methods to improve students' learning efficiency， such as simulation software and video teaching. This paper introduces them in the actual teaching examples or applications， and analyzes their advantages and disadvantages， for the use of modern education in Colleges and universities and the hydraulic transmission course.

Keywords hydraulic transmission； teaching； FluidSIM software； MOOC； micro video

液壓傳動(dòng)是一門(mén)涉及機(jī)械、電子、控制等多學(xué)科重要的專(zhuān)業(yè)課程，以其高效率、高精度、高性能的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、船舶、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域。①②隨著多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，在多媒體教學(xué)基礎(chǔ)上使用仿真軟件、微視頻和網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行輔助教學(xué)不斷在高校中普及。本文分別介紹了這些現(xiàn)代教育手段的特點(diǎn)，通過(guò)教學(xué)實(shí)例介紹它們的應(yīng)用方法，分析對(duì)比優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，提出建議。

1 Simulink簡(jiǎn)介及應(yīng)用

1.1 Simulink軟件簡(jiǎn)介

Simulink由美國(guó)Mathworks公司推出，屬于Matlab的一個(gè)框圖仿真工具，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。③在Simulink中提供了許多基本數(shù)學(xué)模型，使用者將所需的功能模塊拖出模型庫(kù)，通過(guò)直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出需要仿真的系統(tǒng)。憑借Simiulink圖形化操作、清晰的仿真流程結(jié)構(gòu)可以靈活地對(duì)液壓元件或系統(tǒng)、回路的特性進(jìn)行模擬仿真。通過(guò)scope模塊能直觀地看到結(jié)果，并可通過(guò)改變參數(shù)來(lái)觀察系統(tǒng)中發(fā)生的變化。

Simulink是通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，直觀展示系統(tǒng)中各類(lèi)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，如時(shí)間、壓力、行程等動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)。并通過(guò)對(duì)參數(shù)的改變，觀察響應(yīng)曲線(xiàn)的變化，以此來(lái)讓學(xué)生對(duì)液壓元件、液壓系統(tǒng)的性能參數(shù)進(jìn)行直觀的了解學(xué)習(xí)。因此Simulink更偏向于輔助在課堂中對(duì)微觀理論知識(shí)教學(xué)。

1.2 Simulink教學(xué)實(shí)例

以進(jìn)口節(jié)流調(diào)速液壓回路為例，運(yùn)用Simulink軟件可以對(duì)系統(tǒng)中液壓缸響應(yīng)進(jìn)行仿真，其示意圖如圖1所示。

建立好數(shù)學(xué)模型后，利用Simulink中提供的求和運(yùn)算模塊、微分子模塊等各類(lèi)功能模塊建立其仿真模型，如圖2。

圖2可以得到回路在不同節(jié)流閥通流截面積下的液壓缸速度響應(yīng)曲線(xiàn)。通過(guò)在Simulink中進(jìn)行仿真模擬，并對(duì)其中參數(shù)做出更改再進(jìn)行多次模擬對(duì)比，可以將枯燥的理論變得更加生動(dòng)，讓學(xué)生更直觀地理解各參數(shù)對(duì)液壓回路的影響。

1.3 Simulink教學(xué)建議

Simulink進(jìn)行液壓傳動(dòng)仿真首先得建立數(shù)學(xué)模型或傳遞函數(shù)，建立子系統(tǒng)后合成總系統(tǒng)。雖然其操作方法比較直觀和方便，但是需要強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)和較好的數(shù)學(xué)功底，其仿真內(nèi)容一般用于優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，相對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)比較晦澀難懂。在液壓傳動(dòng)的教學(xué)過(guò)程中，可以使用Simulink進(jìn)行拔高教學(xué)，對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生加以進(jìn)一步的培養(yǎng)。

2 FluidSIM簡(jiǎn)介與應(yīng)用

2.1 FluidSIM軟件簡(jiǎn)介

FluidSIM軟件由德國(guó)Festo公司開(kāi)發(fā)，是專(zhuān)門(mén)用于液壓與氣動(dòng)方面的模擬仿真軟件。FluidSIM同樣為圖框操作，其軟件界面直觀，仿真時(shí)只需要從元件庫(kù)中將元件拖出，使用鼠標(biāo)進(jìn)行連接操作后即可完成油路仿真的建立。FluidSIM可以查找回路存在的斷點(diǎn)并標(biāo)出，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。④和Simulink通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型的仿真不同，F(xiàn)luidSIM是通過(guò)建立回路圖，對(duì)液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行仿真。在FluidSIM中可以直觀地看到液壓閥的啟閉，液壓缸的往返運(yùn)動(dòng)，油路的走向、各液壓元件的動(dòng)作都能清晰、動(dòng)態(tài)地顯示出來(lái)。所以FluidSIM在教學(xué)中，能直觀地幫助學(xué)生理解液壓元件、分析、設(shè)計(jì)回路。

2.2 FluidSIM教學(xué)應(yīng)用

由于FluidSIM有著直觀，簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，它在可以在液壓傳動(dòng)教學(xué)中有許多發(fā)揮之地。FluidSIM自帶有100多種液壓元件的原理作用說(shuō)明、液壓圖標(biāo)、詳細(xì)運(yùn)作動(dòng)畫(huà)和實(shí)物圖。在對(duì)液壓元件的教學(xué)中，利用軟件可以詳細(xì)展示各類(lèi)元件的結(jié)構(gòu)，對(duì)于復(fù)雜的元件結(jié)構(gòu)，軟件中清晰明了地以不同顏色標(biāo)出。此外點(diǎn)擊“工作原理”菜單，能以動(dòng)畫(huà)的形式演示液壓元件的工作過(guò)程，學(xué)生就能對(duì)其原理有著直觀的理解。并在“元件說(shuō)明”菜單中附有對(duì)元件的技術(shù)說(shuō)明和實(shí)物照片，補(bǔ)充學(xué)生對(duì)元件的而在典型液壓回路和系統(tǒng)分析的教學(xué)中，F(xiàn)luidSIM也有著很多應(yīng)用。FluidSIM能動(dòng)態(tài)展示液壓回路的運(yùn)作過(guò)程，并可以手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行換閥，每種油路的走向都能清晰動(dòng)態(tài)地展示出來(lái)，免去了教師抽象的講解，大大提高了上課效率，學(xué)生也能更直觀地理解回路運(yùn)作原理。⑤

在課下自主學(xué)習(xí)或是實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生可以直接在FluidSIM中進(jìn)行回路繪制和模擬，免去了使用紙筆的作圖時(shí)間，在提高效率的同時(shí)，軟件可以為學(xué)生自動(dòng)找出回路中的錯(cuò)誤以改正和完善。

2.3 FluidSIM教學(xué)建議

FluidSIM軟件操作簡(jiǎn)單，借助軟件很容易仿真出液壓回路的動(dòng)作過(guò)程，仿真過(guò)程直觀易懂。其仿真內(nèi)容相對(duì)比較宏觀，不屬于深層次的數(shù)據(jù)仿真，非常適合用于液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)內(nèi)容的教學(xué)工作，可以對(duì)多數(shù)學(xué)生進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，對(duì)于幫助學(xué)生理解、分析、設(shè)計(jì)回路或系統(tǒng)有著非常好的效果。

3 大規(guī)模開(kāi)放在線(xiàn)課程（MOOC）與微視頻教學(xué)

3.1 大規(guī)模開(kāi)放在線(xiàn)課程（MOOC）簡(jiǎn)介

MOOC是大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放課程，是為了增強(qiáng)知識(shí)傳播而由具有分享和協(xié)作精神的個(gè)人或組織發(fā)布的、散布于互聯(lián)網(wǎng)上以視頻為主的開(kāi)放課程。⑥借由網(wǎng)絡(luò)的幫助MOOC的資源非常多元化，其學(xué)習(xí)工具和內(nèi)容包羅萬(wàn)象、豐富且非常新穎。并且它突破傳統(tǒng)課堂時(shí)間地點(diǎn)的拘束，學(xué)習(xí)者不管何時(shí)何地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)就可以進(jìn)行學(xué)習(xí)。MOOC的受眾面非常廣，并且需要學(xué)習(xí)者有較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)意識(shí)。

3.2 微視頻教學(xué)

微視頻是指將教學(xué)內(nèi)容錄制成為一段短視頻，長(zhǎng)度一般在10分鐘以?xún)?nèi)。其內(nèi)容可以是實(shí)驗(yàn)實(shí)踐也可以是動(dòng)畫(huà)解析。因?yàn)槲⒁曨l內(nèi)容比較精簡(jiǎn)之所以其目的性較強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)明確，科學(xué)性規(guī)范性強(qiáng)。

3.3 MOOC和微視頻在液壓傳動(dòng)中的教學(xué)應(yīng)用和建議

MOOC和微視頻的教學(xué)手段都以視頻為主要載體，其表現(xiàn)形式是動(dòng)態(tài)的、具體形象的。對(duì)于液壓傳動(dòng)課程來(lái)說(shuō)這種教學(xué)方式既幫助老師能夠更加生動(dòng)，形象地展現(xiàn)出在課堂上無(wú)法實(shí)際操作的內(nèi)容，同時(shí)又真實(shí)地記錄了教學(xué)內(nèi)容，方便學(xué)生能夠隨時(shí)隨地反復(fù)學(xué)習(xí)。視頻教學(xué)可分為：課前用微視頻，主要功能是講解基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，與課堂結(jié)合，為學(xué)生討論做準(zhǔn)備；課中微視頻：豐富資源，增強(qiáng)體驗(yàn)，起著增加和補(bǔ)充課堂內(nèi)容的作用；課后為視頻：輔導(dǎo)學(xué)生，培優(yōu)不差，主要糾正難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)。

3.4 MOOC和微視頻在液壓傳動(dòng)中的教學(xué)應(yīng)用和建議

通過(guò)MOOC和微視頻能為教師開(kāi)辟一條新的教學(xué)路徑，又為學(xué)生自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造了平臺(tái)。教學(xué)過(guò)程中將液壓系統(tǒng)或是元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)等一般課堂上無(wú)法呈現(xiàn)出來(lái)的內(nèi)容錄入視頻，即幫助了學(xué)生快速理解原理重點(diǎn)難點(diǎn)，課后學(xué)生也依靠視頻教程進(jìn)行鞏固和復(fù)習(xí)。其最大優(yōu)點(diǎn)在于不受時(shí)間和空間的限制，隨時(shí)隨地就可以為學(xué)生提供教學(xué)服務(wù)，對(duì)于學(xué)習(xí)積極性強(qiáng)的學(xué)生會(huì)起到極佳的效果。

4 結(jié)論

各種仿真軟件、微視頻及MOOC能大大提高液壓傳動(dòng)課程教學(xué)工作效率，快速幫助學(xué)生理解理論知識(shí)，讓抽象的內(nèi)容變得直觀而形象，可以讓學(xué)生更好地理解液壓元件和液壓回路或系統(tǒng)的原理特性。這些現(xiàn)代教學(xué)手段著相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)更直觀、方便的優(yōu)勢(shì)，是液壓傳動(dòng)教學(xué)中一條可以深入探索的道路。本文通過(guò)對(duì)比了解FluidSim、Simulink、微視頻及MOOC在液壓傳動(dòng)教學(xué)中的應(yīng)用和特點(diǎn)，分析它們的優(yōu)勢(shì)所在并提出了針對(duì)在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用建議，嘗試將現(xiàn)代教學(xué)手段引進(jìn)液壓傳動(dòng)教學(xué)中，為提高學(xué)生理論學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)綜合能力做出努力。

上海理工大學(xué)教師教學(xué)發(fā)展研究項(xiàng)目（J201621）

注釋

① 胡增榮，李曉村，吳明，劉鑫培，張衛(wèi)華，楊娜.“卓越工程師計(jì)劃”背景下液壓與氣動(dòng)課程的改革[J].液壓氣動(dòng)與密封，2014（8）：1-3.

② 錢(qián)振華.基于FluidSim 的液壓與氣動(dòng)課程仿真教學(xué)研究[J].液壓氣動(dòng)與密封，2009（4）：25-27.

③ 石紅雁，許純新，付連宇.基于Simulink 的液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2000（9）：94-96.

④ 王青.FluidSIM 在液壓與氣壓傳動(dòng)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息，2008（34）：300.

⑤ 蔣丹，楊平，王叢嶺.AMESim 在《液壓傳動(dòng)》實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2012.10（2）：48.

⑥ 王永，固張慶.MOOC：特征與學(xué)習(xí)機(jī)制[J].教育科學(xué)，2014（9）：112.