中美《液壓與氣壓傳動》課程教學(xué)的差異

上官倩芡，張鼎逆，楊曄

（上海師范大學(xué)信息與機電工程學(xué)院，上海201418）

中美《液壓與氣壓傳動》課程教學(xué)的差異

上官倩芡，張鼎逆，楊曄

（上海師范大學(xué)信息與機電工程學(xué)院，上海201418）

《液壓與氣壓傳動》課程是機械專業(yè)本科生一門重要的基礎(chǔ)課程。但是，中美大學(xué)在該課程的教學(xué)過程中教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及實踐環(huán)節(jié)等方面都存在一定的差異，這些差異為我國高校工科專業(yè)《液壓與氣壓傳動》課程的改革和創(chuàng)新指出了一個方向。

液壓與氣動；課程改革；中外合作辦學(xué)

由教育部批準(zhǔn)，上海師范大學(xué)信息與機電工程學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)與美國代頓大學(xué)以3+1模式聯(lián)合培養(yǎng)現(xiàn)代制造工程方向的本科生。目前，該項目已有十三屆學(xué)生畢業(yè)并踏上工作崗位。

《液壓與氣壓傳動》課程作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課在“機械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)中占有重要的地位。為了提高我院合作化辦學(xué)的教學(xué)水平，增強教師對國外的教育理念、課堂教學(xué)模式的學(xué)習(xí)和了解，一方面引進(jìn)國外具有豐富教學(xué)經(jīng)驗的教師為本科三年級學(xué)生主講該門課程，另一方面選派優(yōu)秀青年教師赴代頓大學(xué)進(jìn)行觀摩和學(xué)習(xí)。在近幾年的引進(jìn)和學(xué)習(xí)美國《液壓與氣壓傳動》課程資源的過程中發(fā)現(xiàn)，雖然該課程同樣都是機械工程類本科生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，但美方的教學(xué)過程與我們相比存在著一系列的差異，主要表現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及實踐性環(huán)節(jié)等幾個方面。

1 根據(jù)學(xué)生不同的培養(yǎng)層次選擇不同的教學(xué)內(nèi)容

在美國的工科類大學(xué)中，機械工程專業(yè)分為三個不同的培養(yǎng)層次。第一個層次稱為Mechanical Engineering，主要培養(yǎng)能夠從事機械領(lǐng)域設(shè)計、計算和研發(fā)的工程師，因此在教學(xué)內(nèi)容上重點突出相關(guān)的理論、設(shè)計及計算。就《液壓與氣壓傳動》課程而言，該層次的教學(xué)內(nèi)容涵蓋了流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識、液壓系統(tǒng)的摩擦能量損失、各類液壓元件的介紹、液壓基本回路的設(shè)計分析、液壓系統(tǒng)的維護(hù)、氣動元件與系統(tǒng)、液壓與氣壓回路的基本電氣控制、液壓與氣壓回路的邏輯控制系統(tǒng)、伺服控制以及可編程控制等。各章節(jié)的教學(xué)中都強調(diào)學(xué)生要掌握相應(yīng)的計算和設(shè)計的內(nèi)容。第二個層次稱為Mechanical Engineering and Technology，主要培養(yǎng)機械工程相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)設(shè)計制造及應(yīng)用研究的工程技術(shù)人才，因此該層次的教學(xué)更注重培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力。與第一個培養(yǎng)層次相比，在《液壓與氣壓傳動》課程中這一層次的教學(xué)內(nèi)容首先取消了連續(xù)性方程、能量方程、動量方程等流體力學(xué)基礎(chǔ)知識，而代之以液壓油的物理特性；其次取消了回路電控部分的介紹；此外，在各個章節(jié)中也不再大量強調(diào)計算和設(shè)計的內(nèi)容，而重點改為對基本原理的理解。第三個層次稱為Manufacturing and Technology，主要培養(yǎng)機械制造領(lǐng)域的應(yīng)用型高級人才。在《液壓與氣壓傳動》課程教學(xué)中，這一層次的教學(xué)內(nèi)容選擇上與第二層次類似，但在教學(xué)過程中更突出了實用性。比如，每位學(xué)生除了教材外還必須配備一本某液壓元件生產(chǎn)公司出版的液壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)手冊。手冊中主要介紹公司生產(chǎn)的各種液壓元件的尺寸及性能參數(shù)。教師在課堂教學(xué)中除了講解元件的工作原理，還要根據(jù)手冊所列的內(nèi)容告訴學(xué)生如何選擇適合參數(shù)的元件。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中就熟悉了工程中各類液壓元件的參數(shù)和選擇，有利于他們畢業(yè)后能較快地進(jìn)一步掌握這些元件的實際應(yīng)用。這種根據(jù)不同培養(yǎng)層次而采取不同教學(xué)內(nèi)容的模式，使美方《液壓與氣壓傳動》課程的教學(xué)具有了很強的針對性和實用性。

2 注重形象教學(xué)，注重課堂上與學(xué)生的互動與溝通

在多年從事《液壓與氣壓傳動》課程教學(xué)的過程中，發(fā)現(xiàn)歷屆學(xué)生都反映對液壓系統(tǒng)的基本工作原理以及部分液壓元件的結(jié)構(gòu)和工作原理感到費解，因為教材在介紹上述內(nèi)容時不是枯燥的文字說明就是平面的結(jié)構(gòu)示意圖，學(xué)生很難與具體實物建立起聯(lián)系。而通過與美方相關(guān)教師的交流，我們了解到為解決這一問題，美方在教學(xué)中主要采用了以下幾種方法：

（1）在教材上以形象的圖形來代替枯燥的文字說明。比如，在闡述液壓系統(tǒng)的壓力、作用面積和輸出力之間的關(guān)系時，美方教材中就采用了圖1所示的金字塔形的圖形來表述[1]：

圖1 液壓系統(tǒng)中壓力、作用面積及輸出力關(guān)系示意圖

這樣，學(xué)生就可以一目了然地理解并清晰的記住這三個參數(shù)間的互相關(guān)系。再比如為了讓學(xué)生理解液壓系統(tǒng)中進(jìn)油路是高壓油液、回油路是低壓油液，美方教材上往往把系統(tǒng)圖中進(jìn)油管路涂成紅色、回油管路涂成藍(lán)色以清晰地加以區(qū)分。此外，為了便于學(xué)生理解，美方教材在介紹液壓元件的結(jié)構(gòu)時盡量采用立體加剖視的圖形。比如圖2所示的液壓缸工作原理示意圖[1]以及圖3所示的油箱結(jié)構(gòu)示意圖[1]，可以把液壓元件立體、形象地展示給學(xué)生，以便于學(xué)生理解。

圖2 液壓缸工作原理圖

圖3 油箱結(jié)構(gòu)示意圖

（2）利用動畫或?qū)嵨镞M(jìn)行輔助教學(xué)。為了便于學(xué)生理解液壓泵、液壓缸等典型液壓元件的工作原理，美方教師還采用動畫的方式展示這些元件的運動過程。這些動畫有來的源于液壓技術(shù)相關(guān)的網(wǎng)站，有的來源于液壓元件生產(chǎn)廠的培訓(xùn)材料。在課堂上教師往往把這些網(wǎng)站的信息公布出來，并要求學(xué)生自己去下載或查找相關(guān)資料以加深理解。由于氣動元件往往比液壓元件體積小、重量輕，在氣動部分的教學(xué)中，教師直接選擇一些便于攜帶的元件（如氣缸、各種控制閥等）在課堂上進(jìn)行實物教學(xué)。在介紹了這些元件的結(jié)構(gòu)和原理后，還把這些實物在全班學(xué)生中傳閱，以保證每位同學(xué)都能切實理解所講解的內(nèi)容。

除了采用上述形象生動的方式增強教學(xué)效果外，美方教師還非常注重教學(xué)過程中與學(xué)生的交流和溝通，以營造一個輕松、愉快、平等的學(xué)習(xí)氛圍。比如，上課前有的教師會在衣服口袋中放一些糖果。課堂上提問時，如果有同學(xué)回答正確，教師立即掏出一顆糖果并扔給這位同學(xué)以資鼓勵。此外，教師還經(jīng)常在課堂上開一些小小的玩笑，以活躍氣氛并使學(xué)生得到短暫的放松。在這樣愉快的氣氛中學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)熱情以及理解能力都能得到提高，自然也就提高了教師的教學(xué)效果。

3 注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和獨立思考能力

與我方理論課教師只負(fù)責(zé)課堂教學(xué)、實驗員負(fù)責(zé)實驗教學(xué)不同，美方的理論教學(xué)和實驗教學(xué)往往由同一位教師擔(dān)任。這種教學(xué)模式的優(yōu)點在于可以有效避免理論課程和實驗課程的脫節(jié)，任課教師可以控制整個教學(xué)過程。在對代頓大學(xué)Mechanical Engineering and Technology專業(yè)《液壓與氣壓傳動》課程的觀摩過程中發(fā)現(xiàn)，整門課程大約有一半的課時是在實驗室中進(jìn)行的。特別是在液壓基本回路部分，教師一面在實驗室中搭建回路，一面向同學(xué)們講解原理，最后還要求每組同學(xué)都動手搭建能完成一定功能的液壓回路。這種理論教學(xué)和實驗教學(xué)相結(jié)合的模式既可以有效加深學(xué)生對書本知識的理解，又可增強學(xué)生的動手能力，同時還大大提高了教學(xué)效率。此外，美方還利用一些設(shè)計軟件來提高學(xué)生的實際應(yīng)用能力。比如在代頓大學(xué)Mechanical Engineering and Technology專業(yè)有一間專門的電腦設(shè)計實驗室，在該實驗室的每臺電腦中都安裝了一個液壓系統(tǒng)設(shè)計軟件。學(xué)生可根據(jù)實際工況設(shè)計一個回路，并利用這個軟件模擬回路的工作過程，觀察油液的流動情況以及執(zhí)行元件的運動方向等。這個實驗室是對本專業(yè)所有學(xué)生開放的，學(xué)生可以隨時到實驗室中進(jìn)行模擬設(shè)計。

美方教師在教學(xué)過程中還非常注意課后作業(yè)的布置，這些課后作業(yè)有的是章節(jié)后的習(xí)題，有的則是調(diào)查報告。比如，教師經(jīng)常會布置一些叫做Project的課后作業(yè)，有的要求大家舉幾個液壓系統(tǒng)典型的應(yīng)用實例，有的則要求談?wù)勔簤合到y(tǒng)的未來發(fā)展趨勢。這些作業(yè)看起來不難，但學(xué)生必須自己去圖書館或網(wǎng)上查資料才能回答，這樣就可以有效培養(yǎng)學(xué)生獨立查閱資料、思考問題、解決問題的能力。

通過中美《液壓與氣壓傳動》課程教學(xué)方式的比較，發(fā)現(xiàn)在中外合作辦學(xué)中引進(jìn)外國優(yōu)質(zhì)教育資源，通過借鑒和學(xué)習(xí)外國教育機構(gòu)的教育理念、教學(xué)方法、辦學(xué)特色和成功經(jīng)驗，可以有效推動國內(nèi)教學(xué)模式的改革和創(chuàng)新[2-5]。通過三年多的努力，《液壓與氣壓傳動》教研組確立了吸收國內(nèi)外先進(jìn)的教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和解決實際問題的能力為指導(dǎo)思想，提高學(xué)生綜合素質(zhì)和能力為目標(biāo)的課程建設(shè)思路，并已完成了課程大綱和實踐性環(huán)節(jié)的修訂和創(chuàng)新工作。預(yù)計經(jīng)過建設(shè)和改革可使我校合作辦學(xué)專業(yè)《液壓與氣壓傳動》課程教學(xué)邁上一個新臺階。

[1]Ken Dulinski，Rod Erickson.Industrial Hydraulics Manual [M].Eaton Fluid Power Training，2007.

[2]王小萍，黃春，李昭鴻，等.《液壓與氣動》課程的工學(xué)結(jié)合教學(xué)改革的探討[J].裝備制造技術(shù)，2014（9）：271-272.

[3]楊紅艷，雷秀，那日蘇，等.以課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計為延伸提高液壓與氣壓傳動課程教學(xué)質(zhì)量的探索與實踐[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2013，26（1）：135-137.

[4]范莉.液壓與氣壓傳動課程建設(shè)的探索[J].液壓氣動與密封，2013（6）：1-2.

[5]胡少剛，徐建方，吳小鋒.“液壓與氣壓傳動”精品課程建設(shè)的實踐[J].常州工學(xué)院學(xué)報，2014，27（3）：78-81.

Differences in Fluid Power Course Teaching Between Chinese and American Universities

SHANGGUAN Qian-qian，ZHANG Ding-ni，YANG Ye
（College of Information，Mechanical and Electronic Engineering，Shanghai Normal University，Shanghai 201418，China）

s：Fluid power is a very important course for students in mechanical engineering.However，there are differences in main content，method and lab class of the course teaching between chinese and american universities.These differences might be a direction for curriculum revolution of fluid power in engineering majors of chinese universities.

fluid power；curriculum revolution；sino-foreign educational cooperation

G642.4

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0239-03

上海師范大學(xué)校級科研項目（項目編號：SK201509）；上海高校青年教師培養(yǎng)自助計劃項目

上官倩芡（1974-），女，河南人，博士，副教授，主要從事《液壓與氣壓傳動》等課程教學(xué)工作；張鼎逆（1983-），男，江蘇人，博士，講師，主要從事《機械制造裝備設(shè)計》等課程教學(xué)工作；楊曄（1986-），男，上海人，博士，講師，主要從事《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》等課程教學(xué)工作。