基于項(xiàng)目案例引導(dǎo)的液壓傳動(dòng)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

金守峰 劉霞 曹亞斌

[摘 要] 針對(duì)《液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)》課程講授中，學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)際問(wèn)題的理解，提出基于項(xiàng)目案例的教學(xué)方法。將課程內(nèi)容重新整合為8個(gè)綜合項(xiàng)目與20個(gè)典型案例，通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生從項(xiàng)目案例的實(shí)際問(wèn)題入手，激發(fā)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的興趣，提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

[關(guān)鍵詞] 液壓傳動(dòng);案例;教學(xué)設(shè)計(jì);伯努利方程

[基金項(xiàng)目] 2019年西安工程大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目“以新工科理念構(gòu)建‘機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐”（19XGKY02）;2018年西安工程大學(xué)學(xué)位與研究生教育教學(xué)改革項(xiàng)目“基于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的機(jī)械工程一級(jí)學(xué)科課程教學(xué)模式改革（18yjgz1）

[作者簡(jiǎn)介] 金守峰（1979—），男（滿(mǎn)族），遼寧北鎮(zhèn)人，西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械工程系副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)器人視覺(jué)控制;劉 霞（1979—），女，河南西華人，西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械工程系講師，研究方向?yàn)闄C(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng);曹亞斌（1976—），女，陜西西安人，西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院包裝工程系講師，研究方向?yàn)檐?chē)輛設(shè)計(jì)研究。

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642.3 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）39-0187-02 ? ?[收稿日期] 2020-03-06

一、引言

液壓傳動(dòng)技術(shù)由于獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，不僅作為機(jī)械領(lǐng)域的基本技術(shù)，也是控制領(lǐng)域的基本組成要素，因此在制造業(yè)、農(nóng)業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、航空航天航海及國(guó)防等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[1-3]。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，新材料、新工藝、先進(jìn)的控制算法等都促進(jìn)了液壓傳動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的比重也越來(lái)越大[4]。在《中國(guó)制造2025》和“制造業(yè)強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略”的引領(lǐng)下，作為機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)核心課程的《液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)》將引導(dǎo)機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)本科生樹(shù)立科技興國(guó)的愛(ài)國(guó)主義情懷與正確的人生觀(guān)，培養(yǎng)機(jī)械類(lèi)本科生的“工匠”精神[5]。通過(guò)對(duì)液壓技術(shù)難點(diǎn)的分析和解決，使學(xué)生能夠運(yùn)用全面的、關(guān)聯(lián)的、發(fā)展的觀(guān)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決液壓系統(tǒng)中的復(fù)雜工程問(wèn)題?！兑簤簜鲃?dòng)及控制技術(shù)》課程面向機(jī)械類(lèi)本科生講授液壓傳動(dòng)的基本原理與傳動(dòng)技術(shù)，開(kāi)設(shè)在第5學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)具備了工程制圖、機(jī)械原理等機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的基本知識(shí)，但是在《液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)》課程講授過(guò)程中還存在如下問(wèn)題：對(duì)液壓泵等元件的空間結(jié)構(gòu)不理解、缺乏對(duì)實(shí)際問(wèn)題分析與解決能力、對(duì)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)控制回路缺乏理解等。針對(duì)這些問(wèn)題，本課程通過(guò)項(xiàng)目式教學(xué)，在課堂教學(xué)中引入實(shí)施液壓實(shí)際項(xiàng)目來(lái)營(yíng)造工況氛圍、激發(fā)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的興趣、分層兼顧來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

二、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

1.課程主要內(nèi)容?！兑簤簜鲃?dòng)及控制技術(shù)》課程面向機(jī)械類(lèi)本科生，理論課程主要講授液壓系統(tǒng)中泵、缸、閥等典型元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號(hào)。再此基礎(chǔ)上通過(guò)典型回路和應(yīng)用，系統(tǒng)地分析回路特性、油路的走向及應(yīng)用效果。課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)通過(guò)直接接觸液壓油了解介質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響，使學(xué)生建立環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)，通過(guò)費(fèi)斯托試驗(yàn)臺(tái)搭建回路使學(xué)生具有液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、回路參數(shù)的計(jì)算、系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析的能力，通過(guò)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際及實(shí)踐動(dòng)手能力。

2.《液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)》的教學(xué)設(shè)計(jì)?！兑簤簜鲃?dòng)及控制技術(shù)》課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)利用引導(dǎo)文、項(xiàng)目教學(xué)等多種方式，從教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施、教材建設(shè)等方面著手進(jìn)行改革，通過(guò)具體工作情境的學(xué)習(xí)，形成學(xué)生的綜合能力[6]。解決目前學(xué)生“學(xué)”與“用”脫節(jié)，“知識(shí)”與“能力”不匹配的問(wèn)題。本文以《液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)》課程中伯努利方程內(nèi)容進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)。

①伯努利方程的教學(xué)內(nèi)容。伯努利方程作為流體動(dòng)力學(xué)中的重要方程，其表達(dá)的含義為自然界中的能量守恒在流體中的應(yīng)用，在課堂講授的內(nèi)容包括：流場(chǎng)中方程的推導(dǎo)過(guò)程、方程的幾何意義、典型應(yīng)用。其中重點(diǎn)內(nèi)容為如何在流場(chǎng)中推導(dǎo)出理想液體和實(shí)際液體的伯努利方程，并說(shuō)明壓力能、動(dòng)能和勢(shì)能的物理意義;教學(xué)難點(diǎn)為在實(shí)際問(wèn)題中如何應(yīng)用伯努利方程計(jì)算。

②設(shè)計(jì)要點(diǎn)—案例引導(dǎo)。通過(guò)典型案例導(dǎo)入問(wèn)題，創(chuàng)建問(wèn)題情境，使學(xué)生產(chǎn)生好奇心，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。案例1?；疖?chē)站的站臺(tái)上均畫(huà)有安全線(xiàn)標(biāo)志，為什么？當(dāng)列車(chē)通過(guò)時(shí)，你感覺(jué)如何？案例2。游泳時(shí)，有游船經(jīng)過(guò)身邊的過(guò)程中，你感覺(jué)如何？

③設(shè)計(jì)要點(diǎn)—問(wèn)題升華。在案例的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生討論在日常生活中的感受，說(shuō)明其現(xiàn)象，從現(xiàn)象中探究能量的變化，提出伯努利方程。進(jìn)一步簡(jiǎn)化問(wèn)題，在沒(méi)有粘性且不可壓縮的理想液體的流場(chǎng)中，取一段做恒定流動(dòng)的控制體，將其作為研究對(duì)象，依據(jù)能量守恒的視角來(lái)進(jìn)行分析、推導(dǎo)，從而得到理想液體的伯努利方程表達(dá)式，說(shuō)明壓力能、動(dòng)能、勢(shì)能三者的關(guān)系[7，8]。在現(xiàn)實(shí)問(wèn)題中液體不是理想的，就會(huì)產(chǎn)生能量損耗問(wèn)題，在理想伯努利方程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步依據(jù)能量守恒來(lái)分析、推導(dǎo)實(shí)際液體的伯努利方程表達(dá)式。按照這樣的思路引導(dǎo)學(xué)生分析、歸納，從而達(dá)到主觀(guān)感覺(jué)到理性認(rèn)知的升華。

④設(shè)計(jì)要點(diǎn)—實(shí)例應(yīng)用。按“實(shí)際問(wèn)題—建立模型—分析模型—解決問(wèn)題”的思維方式，通過(guò)兩個(gè)案例提出問(wèn)題，建立伯努利方程表達(dá)式，分析其意義，解決案例問(wèn)題。按此思路來(lái)注重學(xué)生能力和思維方式的培養(yǎng)。在案例中火車(chē)或輪船在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，圍繞運(yùn)動(dòng)體周?chē)目諝夂退矔?huì)隨之運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律為距離運(yùn)動(dòng)體越近，流體的運(yùn)動(dòng)速度越快;相反則越慢。流體運(yùn)動(dòng)速度越快則動(dòng)能越大，勢(shì)能可以忽略，由伯努利方程可知，動(dòng)能越大則壓力能越小，因此在人靠近運(yùn)動(dòng)體一側(cè)的壓力小，產(chǎn)生的壓差會(huì)將人“吸”向運(yùn)動(dòng)體一側(cè)。出于安全考慮，人與運(yùn)動(dòng)體之間要有一定的距離。再次基礎(chǔ)上可以做一做吹乒乓球和噴霧器原理的小實(shí)驗(yàn)，并分析、討論起原因，如何分析等。

⑤設(shè)計(jì)要點(diǎn)—課后作業(yè)與總結(jié)。伯努利方程的應(yīng)用非常廣泛，為了進(jìn)一步鞏固伯努利方程的內(nèi)容，通過(guò)容積式液壓泵吸油口處的真空度的計(jì)算來(lái)進(jìn)行深入分析，并得到液壓泵的最大允許安裝高度，分析伯努利方程在液壓傳動(dòng)中的應(yīng)用[9，10 ]。課后復(fù)習(xí)回顧本節(jié)內(nèi)容，掌握有關(guān)概念，并預(yù)習(xí)接下來(lái)的動(dòng)量方程。進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的求知欲，將其望轉(zhuǎn)為學(xué)習(xí)動(dòng)力。

三、課程效果與總結(jié)

《液壓傳動(dòng)及控制技術(shù)》課程采用項(xiàng)目式教學(xué)，同時(shí)綜合運(yùn)用多種信息化教學(xué)手段，提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性與興趣，學(xué)生評(píng)教結(jié)果良好。課程考核由平時(shí)考核環(huán)節(jié)（30%）和期末考核環(huán)節(jié)（70%）兩部分綜合評(píng)價(jià)，其中平時(shí)考核環(huán)節(jié)由作業(yè)、隨堂測(cè)試、實(shí)驗(yàn)等構(gòu)成;期末考核環(huán)節(jié)采取試卷考核形式，近3年該課程評(píng)價(jià)考核結(jié)果良好。學(xué)生在獲取該課程知識(shí)后參加各種學(xué)科競(jìng)賽累計(jì)獲國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)50余項(xiàng)。該課程的教學(xué)團(tuán)隊(duì)出版教材5部，主持教學(xué)改革項(xiàng)目6項(xiàng)，獲教學(xué)成果獎(jiǎng)2項(xiàng)。

參考文獻(xiàn)

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