新時(shí)期下液壓傳動(dòng)課程教學(xué)改革探索

李小勇+梁良+夏熱

[摘 要]液壓傳動(dòng)課程作為機(jī)械專業(yè)學(xué)生必修的主干課程，在培養(yǎng)機(jī)械專業(yè)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力方面起著重要的作用。液壓課程涉及機(jī)械電子、先進(jìn)制造、自動(dòng)控制等專業(yè)知識(shí)，知識(shí)點(diǎn)繁多，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該分清主次，科學(xué)合理地安排教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容。同時(shí)，要改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法，根據(jù)教學(xué)方案來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，從基礎(chǔ)到綜合、從理論到創(chuàng)新，引導(dǎo)學(xué)生從基本實(shí)踐能力入手，逐步提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。

[關(guān)鍵詞]液壓傳動(dòng)；課程教學(xué)；教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）01-0005-03

○、引言

液壓與氣壓傳動(dòng)作為機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)的主干課程，其定位為專業(yè)基礎(chǔ)課，覆蓋機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)下屬的機(jī)電一體化、先進(jìn)制造技術(shù)、車輛工程等專業(yè)方向，同時(shí)也是過(guò)程裝備及控制專業(yè)的主干課程。按照《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年》，新形勢(shì)下的高校應(yīng)順應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展需求，準(zhǔn)確定位，培養(yǎng)出更多更好的合格人才。[1][2]對(duì)于工科專業(yè)而言，合格的畢業(yè)生在熟練掌握專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，必須要備一定的工程實(shí)踐動(dòng)手能力。高等教育承擔(dān)著培養(yǎng)高級(jí)專門人才、發(fā)展科學(xué)技術(shù)文化、促進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)的重大任務(wù)，提高高等教育質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心任務(wù)，是建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó)的基本要求。提高高校才人培養(yǎng)質(zhì)量的主要途徑在于專業(yè)課程的教學(xué)改革，即要使專業(yè)課程的設(shè)置和教學(xué)方法能滿足新形勢(shì)下人才培養(yǎng)目標(biāo)的需求。目前，國(guó)內(nèi)同類課程均已按照“寬基礎(chǔ)、寬口徑、重能力、強(qiáng)素質(zhì)、促創(chuàng)造”的原則，積極開展液壓與氣動(dòng)課程創(chuàng)新加特色的培養(yǎng)模式，并取得了一定的教學(xué)成果[3][4]，形成了一套由課堂講授、多媒體輔助教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課外練習(xí)和科學(xué)考評(píng)相結(jié)合的全方位、多層次的教學(xué)體系。這套教學(xué)體系能保證學(xué)生真正學(xué)到知識(shí)和技能，能夠讓學(xué)生適應(yīng)以后工作崗位的要求。[5]由于液壓與氣壓傳動(dòng)課程本身涉及的學(xué)科相對(duì)較多，相關(guān)的概念與原理都較為抽象，僅僅通過(guò)理論教學(xué)，學(xué)生往往難以有效掌握知識(shí)內(nèi)容。由于理論與實(shí)踐密切結(jié)合是液壓傳動(dòng)課程極為顯著的特征，所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)液壓傳動(dòng)教學(xué)課程中都具有重要的作用。[6]當(dāng)前液壓傳動(dòng)在教學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面仍然存在許多問(wèn)題，如教材和教輔資料較為陳舊，重點(diǎn)和難點(diǎn)不夠突出，教師授課方法較為落后等，這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了液壓傳動(dòng)課程的教學(xué)質(zhì)量。隨著工科高校液壓傳動(dòng)課程課時(shí)量的減少，教師很難把液壓傳動(dòng)的重點(diǎn)難點(diǎn)講深講透，學(xué)生學(xué)得一知半解。此外，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)備比較陳舊，且液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的油路均已經(jīng)接好，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中不能進(jìn)行回路搭接，通常只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作并記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)資料即可。與此同時(shí)，這些陳舊的試驗(yàn)臺(tái)往往只可以進(jìn)行幾個(gè)固定元件的性能試驗(yàn)，無(wú)法滿足新形勢(shì)下工科學(xué)生的培養(yǎng)要求。為了進(jìn)一步提高液壓傳動(dòng)課程的教學(xué)質(zhì)量，深化液壓傳動(dòng)課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。

通過(guò)教學(xué)內(nèi)容和方法的改革來(lái)明確液壓傳動(dòng)課程的教學(xué)特點(diǎn)和主要知識(shí)點(diǎn)，改革現(xiàn)有的液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)方案，改善實(shí)驗(yàn)條件，這可以為學(xué)生更好地理解課堂教學(xué)內(nèi)容提供有力的支持。

一、教學(xué)內(nèi)容和方法的改革

教育的生命力在于與時(shí)俱進(jìn)，液壓傳動(dòng)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法應(yīng)該逐漸得到完善。教師應(yīng)以發(fā)展的眼光看待新形勢(shì)下的課程教學(xué)，對(duì)液壓傳動(dòng)課程的教學(xué)特點(diǎn)有充分的認(rèn)識(shí)，不斷探索教學(xué)方法，完善教學(xué)體系。

（一）合理安排教學(xué)重點(diǎn)

液壓傳動(dòng)課程涉及機(jī)械、電氣和流體等方面的知識(shí)，知識(shí)點(diǎn)繁多。在課時(shí)量有限的情況下，如何科學(xué)合理地安排教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，是教師不得不重點(diǎn)思考的問(wèn)題。在理論課程的講解中，教師應(yīng)該重點(diǎn)講解課程的精華，部分知識(shí)點(diǎn)稍加點(diǎn)撥，安排學(xué)生課后自習(xí)或查閱參考書。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)通過(guò)精心選擇教學(xué)重點(diǎn)，做到以點(diǎn)帶面，保證課程的完整性和系統(tǒng)性。

例如在講解孔口和縫隙流量時(shí)，孔口有多種不同的類型，包括薄壁孔、短孔和細(xì)長(zhǎng)孔等。其中短孔是應(yīng)用最廣泛的，在液壓傳動(dòng)中常利用液體通過(guò)短孔來(lái)控制系統(tǒng)的壓力和流量，以此來(lái)達(dá)到調(diào)壓或調(diào)速的目的。為了讓學(xué)生牢固掌握這一知識(shí)點(diǎn)，教師可以短孔為例，重點(diǎn)講解孔的流量計(jì)算公式推導(dǎo)過(guò)程，然后鼓勵(lì)學(xué)生自主推導(dǎo)其余兩種孔的流量公式。這樣學(xué)生既能明白短孔是應(yīng)用最廣泛的液壓孔，又能在有限的課程時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)全面地掌握流體傳動(dòng)流量控制中的關(guān)鍵問(wèn)題。在講解葉片泵時(shí)，如果把課堂時(shí)間花在講解泵的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，不僅教學(xué)時(shí)間不夠，學(xué)生也很難掌握。葉片泵在液壓傳動(dòng)課程中非常重要，教師應(yīng)該重點(diǎn)講解它的工作特性，包括它的排量和流量計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)葉片泵優(yōu)缺點(diǎn)的講解，學(xué)生才能深入理解不同液壓泵的工作特性以及不同的應(yīng)用場(chǎng)合，在以后的學(xué)習(xí)和工作中才能正確地選用液壓泵。

（二）理論教學(xué)和實(shí)際科研相結(jié)合

理論來(lái)源于實(shí)踐，反過(guò)來(lái)又能指導(dǎo)實(shí)踐。脫離理論的實(shí)踐就像是盲人摸象，沒(méi)有實(shí)踐支撐的理論則像是空中樓閣。液壓傳動(dòng)雖然是一門典型的工科應(yīng)用課程，但其中也有一些理論知識(shí)值得深入探索和研究。教師要善于將最新的科研成果和工程項(xiàng)目貫穿到教學(xué)中去，這樣不僅能使教學(xué)內(nèi)容更加飽滿、教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)，而且會(huì)讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)液壓傳動(dòng)課程的價(jià)值和意義，并能培養(yǎng)他們解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的能力。

例如在講解液壓缸緩沖裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)，課本上只有幾幅典型緩沖裝置的圖片，學(xué)生看著也很難理解。緩沖的原理是使活塞或缸筒在其走向行程終端時(shí)，在出口腔內(nèi)產(chǎn)生足夠的緩沖壓力，增大工作介質(zhì)出口阻力，避免活塞與缸蓋相撞。如果教師只是簡(jiǎn)單地講解書本上的理論知識(shí)，學(xué)生最多只是記住緩沖裝置有圓柱形和圓錐形環(huán)隙式、可變式流槽緩沖裝置和可調(diào)節(jié)流孔等四種，很難明白緩沖裝置的應(yīng)用場(chǎng)合和重要性。實(shí)際上，緩沖裝置在液壓傳動(dòng)中起著重要的作用。如果教師能夠結(jié)合實(shí)際科研或者工程項(xiàng)目中遇到的問(wèn)題，結(jié)合生動(dòng)形象的例子來(lái)講解會(huì)取得更好的教學(xué)效果。一些制造技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的廠商，已能實(shí)現(xiàn)活塞的勻減速平穩(wěn)制動(dòng)，采用的緩沖節(jié)流技術(shù)包括拋物線漸變環(huán)形縫隙節(jié)流、多級(jí)臺(tái)階階梯形漸變縫隙節(jié)流、圓柱笛孔形漸變節(jié)流等。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的緩沖裝置設(shè)計(jì)制造廠商很多，這些廠商均建立有相關(guān)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用到緩沖的設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)水平都比國(guó)內(nèi)廠商要高。通過(guò)理論結(jié)合科研項(xiàng)目和工程實(shí)踐，教師不僅能讓學(xué)生深入了解液壓缸緩沖裝置，還能讓學(xué)生熟悉國(guó)內(nèi)外液壓緩沖裝置的研發(fā)和制造水平，可謂是一舉多得。endprint

（三）加強(qiáng)課程建設(shè)

針對(duì)高等教育的特點(diǎn)，我們以專業(yè)能力培養(yǎng)為核心，理論講授與實(shí)踐實(shí)訓(xùn)并舉、校企合作與工學(xué)結(jié)合并舉。在教學(xué)中，我們以典型液壓系統(tǒng)為項(xiàng)目作為教學(xué)案例和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，采用多媒體教學(xué)手段，堅(jiān)持教、學(xué)、做一體化的原則，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、企業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐活動(dòng)，在實(shí)訓(xùn)中堅(jiān)持學(xué)生獨(dú)立操作的原則，將實(shí)踐教學(xué)與考核有機(jī)地結(jié)合在一起，確保課程內(nèi)容貼近實(shí)際，特色鮮明。為了達(dá)到本門課程的建設(shè)要求，我們主要從以下幾個(gè)方面開展工作。聯(lián)合其他高職院校和工學(xué)結(jié)合單位，重新編寫教材和習(xí)題集，使教學(xué)內(nèi)容更適合學(xué)生的需求。重新編寫液壓傳動(dòng)技術(shù)教學(xué)大綱，根據(jù)這門課的特點(diǎn)開發(fā)了動(dòng)態(tài)電子教材和電子教案。在課程教輔資料的編寫過(guò)程中，除了聯(lián)合高校教輔人員，積極整合他們的經(jīng)驗(yàn)建議外，還根據(jù)需要深入到企業(yè)一線調(diào)研，了解液壓生產(chǎn)和應(yīng)用企業(yè)在實(shí)際使用和制造過(guò)程中所面臨的主要問(wèn)題，這對(duì)新的教材的編寫有重要的指導(dǎo)意義。以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、模塊搭接的形式組織課程教學(xué)，這樣才能實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

（四）轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的師生關(guān)系

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是單方向的知識(shí)傳授，教師和學(xué)生是嚴(yán)格意義上的從屬關(guān)系，教師居于主導(dǎo)地位，學(xué)生居于從屬地位，學(xué)生的積極性和參與度不高。在液壓傳動(dòng)教學(xué)改革中，教師要增加課堂教學(xué)的開放性，遵循以教師為主體、學(xué)生為主導(dǎo)和教學(xué)相長(zhǎng)的教學(xué)觀念，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與有關(guān)教學(xué)內(nèi)容的討論，從而活躍課堂氣氛。在這一過(guò)程中，教師和學(xué)生亦師亦友，這會(huì)顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也能夠促進(jìn)課堂教學(xué)質(zhì)量的提高。

例如在講授液體的流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，實(shí)際液體流動(dòng)時(shí)管道會(huì)產(chǎn)生阻力，為了克服阻力，流動(dòng)的液體需要損耗一部分能量。液體在流經(jīng)管道時(shí)損失的能力程度和管道的水力半徑直接相關(guān)。在以往的課堂教學(xué)中，教師對(duì)水力半徑的講解就是直接給出幾組典型的管道界面，然后告訴學(xué)生如何選擇不同的截面管道。在轉(zhuǎn)變教學(xué)方式后，教師鼓勵(lì)學(xué)生們推導(dǎo)各種截面的水力半徑并互相比較。一般而言，面積相等但形狀不同的通流截面，其水力半徑是不同的。筆者和學(xué)生們經(jīng)過(guò)一番仔細(xì)的推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)在以前的課堂教學(xué)中，筆者直接讓學(xué)生死記硬背的水力半徑計(jì)算公式居然有誤。筆者通過(guò)和學(xué)生良好的互動(dòng)，一起推導(dǎo)計(jì)算公式，最終糾正了一起教材錯(cuò)誤，這讓筆者感覺(jué)非常有意義。同時(shí)這也拉近了師生距離，課堂教學(xué)氣氛變得更加活躍起來(lái)。

（五）利用先進(jìn)的教學(xué)手段

建立多種媒體構(gòu)成的立體化教學(xué)載體，在學(xué)校內(nèi)部建立網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，包括案例集、習(xí)題庫(kù)、試題庫(kù)、多媒體課件、在線測(cè)試、在線交流等教學(xué)輔助資料，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)開列并提供了豐富有效的資料。利用現(xiàn)代化的通信手段，讓學(xué)生和教師的溝通更加便捷；利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)互動(dòng)反饋式的雙向教學(xué)溝通，努力營(yíng)造教師隨時(shí)“在線”的效果。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革

我們根據(jù)本課程本科教學(xué)的特點(diǎn)，編寫實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，并對(duì)全部實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目逐一進(jìn)行設(shè)計(jì)和安排。此外，我們還積極購(gòu)置先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置為教學(xué)服務(wù)，以達(dá)到實(shí)踐教學(xué)和液壓行業(yè)發(fā)展的零距離對(duì)接。目前，液壓實(shí)驗(yàn)室僅能實(shí)現(xiàn)齒輪泵、限壓式變量葉片泵和柱塞泵等液壓動(dòng)力元件的拆裝分析，后期要開展溢流閥、減壓閥順序閥、節(jié)流閥和調(diào)速閥等液壓控制元件的拆裝分析，以及節(jié)流調(diào)速回路的實(shí)現(xiàn)，液壓系統(tǒng)與PLC控制，計(jì)算機(jī)控制的機(jī)-電-液綜合實(shí)驗(yàn)。

我們根據(jù)教學(xué)方案來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，引導(dǎo)學(xué)生從基本實(shí)踐能力入手，逐步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。首先，我們通過(guò)各種實(shí)物零件讓學(xué)生正確認(rèn)識(shí)液壓傳動(dòng)的主要零部件，熟悉各種液壓元器件及基本操作。在對(duì)元器件和基本操作熟悉的基礎(chǔ)上，我們讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給出的原理搭建回路，讓他們學(xué)會(huì)使用不同的液壓傳動(dòng)零部件來(lái)搭建液壓回路，以實(shí)現(xiàn)特定的控制與傳動(dòng)策略。設(shè)計(jì)是指在完成前兩個(gè)階段后，根據(jù)選定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，讓學(xué)生自主改良液壓傳動(dòng)零部件設(shè)計(jì)和回路控制搭建策略，達(dá)到綜合訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦能力的目的。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段的改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)要以學(xué)生為主體，激發(fā)每個(gè)學(xué)生的特長(zhǎng)和潛能。教學(xué)方法應(yīng)由注入式教育轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯渴浇逃Ｍ瑫r(shí)，應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中師生的良好互動(dòng)，由單一的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)化為多形式的互動(dòng)交流。所選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)該有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，激發(fā)他們的探索興趣。比如采用起重機(jī)械支腿液壓系統(tǒng)的液壓鎖為案例講解液控單向閥的應(yīng)用時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生比較起重機(jī)械所用液壓鎖和千斤頂液壓鎖的區(qū)別。以挖掘機(jī)工作裝置液壓系統(tǒng)講解平衡回路時(shí)，除了講解最常見的單向順序閥組成的平衡回路外，還要讓學(xué)生明白液控單向閥也能實(shí)現(xiàn)平衡回路?？梢赃M(jìn)一步延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)不同的回路，這些回路用來(lái)完成特定功能，是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的基本組成單元。一般而言，首先指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)基本的回路，比如一般方向回路、卸荷回路和平衡回路。在學(xué)生掌握回路設(shè)計(jì)原則和方法后，再拓展到復(fù)雜回路的設(shè)計(jì)上來(lái)，比如增壓回路和釋壓回路等。這些實(shí)際案例的理解對(duì)提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力大有裨益。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)課上，在講到零件結(jié)構(gòu)和回路原理時(shí)，我們采用透明元件、錄像、動(dòng)畫演示等簡(jiǎn)單易懂的方法幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和對(duì)象。

除了注意實(shí)驗(yàn)所使用的教材與教科書有機(jī)結(jié)合，以免加大學(xué)生理解難度之外，還需要在實(shí)驗(yàn)手段上有所創(chuàng)新，比如實(shí)行網(wǎng)上預(yù)約，學(xué)生隨時(shí)可來(lái)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生人數(shù)多、時(shí)間不足的問(wèn)題。在實(shí)踐教學(xué)方面，結(jié)合緊密的教學(xué)內(nèi)容實(shí)行案例式、討論啟發(fā)式、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)式等教學(xué)方法，使學(xué)生能在實(shí)踐中學(xué)習(xí)、接觸實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。我們借助于先進(jìn)的軟件開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)CAI軟件，實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能仿真。

三、結(jié)論

總之，教師不僅要教會(huì)學(xué)生液壓傳動(dòng)的基本知識(shí)和理論，更重要的是讓他們掌握液壓技術(shù)的傳動(dòng)特點(diǎn)以及回路搭建。本文針對(duì)液壓傳動(dòng)課程改革進(jìn)行了探討，提出了從教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法兩個(gè)方面來(lái)提高液壓傳動(dòng)課程教學(xué)效果的方法，同時(shí)強(qiáng)調(diào)教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”應(yīng)該具有良好的互動(dòng)性，應(yīng)采用不同的教學(xué)方法來(lái)保證學(xué)生能夠較好地掌握教學(xué)內(nèi)容，并能學(xué)以致用，舉一反三。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：陳 明]endprint