液壓與氣壓傳動課程融合工程實(shí)例教學(xué)的改革與實(shí)踐

張國慶++劉保軍++盧滿懷

摘 要 結(jié)合本科大學(xué)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)和液壓與氣壓傳動課程的特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面進(jìn)行相關(guān)教學(xué)改革。通過融合更多工程實(shí)例到教學(xué)過程中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課程的綜合性應(yīng)用與學(xué)習(xí)，以提高液壓與氣壓傳動課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 液壓與氣壓傳動；工程實(shí)例；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）24-0159-02

Reform and Practice of Hydraulic and Pneumatic Transmission Course Teaching Integrated with Engineering Practice//ZHANG Guoqing， LIU Baojun， LU Manhuai

Abstract Combining practical undergraduate cultivation target and

hydraulic and pneumatic transmission course characters， reforms and

practice are made in teaching contents， methods and experiments. The teaching process Integrated more and more engineering practice，

stimulates the students learning interest， and leads to the comprehen-

sive course study and practice， further improves the course teaching quality.

Key words hydraulic and pneumatic transmission； engineering prac-

tice； teaching reform

1 前言

液壓與氣壓傳動是機(jī)電工程應(yīng)用專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，與機(jī)械、電子等學(xué)科有著密切的聯(lián)系。它作為一門具有很強(qiáng)工程應(yīng)用背景的專業(yè)必修課，目的在于培養(yǎng)學(xué)生在掌握液壓傳動與控制理論的基礎(chǔ)上，能分析和設(shè)計液壓系統(tǒng)，切實(shí)做到理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)有所用。

我國開展液壓與氣壓傳動課程的教學(xué)已有多年，其已成為機(jī)電專業(yè)的傳統(tǒng)課程，很多大學(xué)對該門課程建立了自己的課程教學(xué)體系。但是從教材、教學(xué)內(nèi)容和方式上綜合來看，國內(nèi)對液壓與氣壓傳動技術(shù)的教學(xué)大多還是著重于液壓與氣壓傳動基本原理和元件的講解，且有些知識點(diǎn)偏于陳舊，同時對系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計講解過于抽象。反觀國外的情況，從相關(guān)培訓(xùn)教材和高校教學(xué)資料看來，其對液壓與氣壓傳動知識點(diǎn)的講解多從實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計角度出發(fā)，引發(fā)學(xué)生思考，同時講解的內(nèi)容配合比較形象的多媒體資料，減少了知識點(diǎn)的抽象度，使得學(xué)生真正能學(xué)以致用[1]。

德國教授烏爾里希認(rèn)為，工程學(xué)科的教學(xué)著眼點(diǎn)應(yīng)從教師教轉(zhuǎn)向?qū)W生學(xué)習(xí)，培養(yǎng)大批有研發(fā)能力的青年人，比教學(xué)者自身直接從事研發(fā)更有價值。因此，如何根據(jù)專業(yè)課程特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)，科學(xué)地選取教學(xué)內(nèi)容并進(jìn)行有機(jī)整合，開發(fā)新的教學(xué)方法，是改進(jìn)液壓與氣壓傳動課程教學(xué)的重要內(nèi)容。

2 液壓與氣壓傳動課程教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)例的結(jié)合

傳統(tǒng)的液壓與氣壓傳動課程教材內(nèi)容編排多以流體力學(xué)理論教學(xué)作為課程入門的初始章節(jié)，且內(nèi)容較為獨(dú)立，和液壓系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)合較少，多以抽象的概念和公式為主。這與早期高等教育以精英教育為培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)群體的因素相關(guān)，而隨著高教規(guī)模的擴(kuò)大，高等教育逐漸向著普及性教育方向發(fā)展，受教育的群體不再局限于少數(shù)精英群體，教學(xué)培養(yǎng)的目標(biāo)也針對群體需求逐漸多樣化，大學(xué)教育培養(yǎng)的不再僅僅是研究型人才，更多的是應(yīng)用型人才。

對于研究型人才，教學(xué)內(nèi)容可著重放在課程的理論和推導(dǎo)部分，而對于應(yīng)用型人才則應(yīng)把教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)放在工程應(yīng)用上。前者的自學(xué)能力相對較強(qiáng)，其培養(yǎng)目標(biāo)在于學(xué)科課程的繼續(xù)深造和學(xué)科理論知識的研究；后者的培養(yǎng)目標(biāo)在于實(shí)際工程應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計和操控能力的培養(yǎng)[2]。因此，在液壓與氣壓傳動課程教學(xué)內(nèi)容的選擇上應(yīng)對此區(qū)分。

目前，在液壓與氣壓傳動課程內(nèi)容的編排上，大部分傳統(tǒng)的教材內(nèi)容都是從介紹流體力學(xué)的理論內(nèi)容開始，然后介紹液壓與氣壓傳動元件和系統(tǒng)。這種編排方式雖然符合課程教學(xué)知識架構(gòu)，但是對于以系統(tǒng)應(yīng)用為目的的學(xué)生學(xué)習(xí)來說，在內(nèi)容上卻存在知識點(diǎn)抽象、與應(yīng)用脫節(jié)的問題。在傳統(tǒng)課本中，這部分內(nèi)容照搬流體力學(xué)教材的內(nèi)容，和液壓氣動傳動實(shí)際系統(tǒng)關(guān)聯(lián)不夠緊密，因此造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感覺枯燥，對這一部分學(xué)習(xí)內(nèi)容的重要性認(rèn)識不足。因此，在引入流體力學(xué)基本理論教學(xué)內(nèi)容時，需要配合實(shí)際系統(tǒng)的工況進(jìn)行漸進(jìn)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際工況到理論基礎(chǔ)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如在講授縫隙流量和小孔流量時，可以引入實(shí)際的液壓或氣壓閥結(jié)構(gòu)，結(jié)合閥的控制特征來講解流量的計算。

3 基于工程實(shí)例的教學(xué)方法改進(jìn)

液壓與氣壓傳動課程是一門交叉學(xué)科課程，與機(jī)械設(shè)計、電工電子技術(shù)、自動控制原理、數(shù)控技術(shù)等機(jī)械類電氣控制類課程緊密相關(guān)，把這些課程貫穿起來，成為一條線的系統(tǒng)教學(xué)。這樣既有利于液壓傳動技術(shù)與先進(jìn)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，又有利于學(xué)生創(chuàng)新能力和工程觀點(diǎn)培養(yǎng)的同時，促進(jìn)基礎(chǔ)理論教學(xué)，有利于教學(xué)與科研相結(jié)合。一個液壓與氣壓傳動系統(tǒng)通常會涵蓋多門課程的主要內(nèi)容，涉及機(jī)械原理機(jī)電傳動控制可編程控制器等多門課程的綜合問題。結(jié)合工程實(shí)例，通過數(shù)字化技術(shù)將典型的液壓與氣壓傳動運(yùn)用實(shí)例形象生動地展示給學(xué)生，可使得學(xué)生將多門知識融會貫通，掌握知識間的聯(lián)系，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決工程問題的能力，培養(yǎng)出適應(yīng)社會發(fā)展需求的復(fù)合型應(yīng)用人才[3]。

如在講解液壓系統(tǒng)的基本特性時，首先引入一個實(shí)際的傳動應(yīng)用系統(tǒng)，通過直觀計算和對比討論來發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢所在，使得學(xué)生對液壓系統(tǒng)有個清楚的認(rèn)識，激發(fā)對液壓系統(tǒng)設(shè)計的興趣[4]。如讓學(xué)生利用已學(xué)的機(jī)械設(shè)計知識，設(shè)計驅(qū)動一個圖1所示常見升降平臺。

按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，學(xué)生能理解若要使得平臺工作，只需在箭頭所示位置施加外力，使得連桿端部產(chǎn)生平移即可。要實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，如果采用傳統(tǒng)的電機(jī)機(jī)械驅(qū)動結(jié)構(gòu)，需要設(shè)計一個蝸輪—蝸桿或齒輪—齒條結(jié)構(gòu)，把電機(jī)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成線性移動；而如果采用液壓驅(qū)動，其執(zhí)行元件液壓缸直接就能實(shí)現(xiàn)直線的驅(qū)動，在結(jié)構(gòu)上就簡化了許多。同時，如果升降臺的載重量非常大的話，對蝸輪—蝸桿或齒輪—齒條的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求就非常大，而且這種傳動是剛性的，如果在升降過程中發(fā)生抖動或沖擊，對結(jié)構(gòu)就是一種很大的損傷。因此，現(xiàn)有升降平臺的設(shè)計都采用的是液壓驅(qū)動。

經(jīng)過上述對比，學(xué)生就能對液壓傳動系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢有直觀的了解，在后續(xù)的學(xué)習(xí)中能結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)和所學(xué)課程知識進(jìn)行類似的分析與對比，學(xué)習(xí)的目的性更強(qiáng)，保證了學(xué)習(xí)的積極性。

4 基于工程實(shí)例的液壓與氣壓傳動課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)

目前大部分高校的液壓與氣壓傳動課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為兩個部分：認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證式綜合訓(xùn)練型實(shí)驗(yàn)。認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)主要是通過對液壓與氣壓傳動元件進(jìn)行拆裝實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而了解其工作原理及性能；綜合訓(xùn)練型實(shí)驗(yàn)主要是搭建液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的幾個典型回路，進(jìn)行性能驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。對于后者，目前采用的實(shí)驗(yàn)平臺只提供了有限的液壓元件，只能搭建幾個固定常規(guī)的液壓系統(tǒng)回路，而且平臺提供的搭接方式基本為油管搭接接頭，該接頭可靠性和耐用性不高，使得學(xué)生耗費(fèi)太多時間與精力在管路的拼接上，而且使得實(shí)驗(yàn)平臺的損壞率較高，最終令實(shí)驗(yàn)效果并不理想[5]。

針對當(dāng)前本科學(xué)生的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)的重點(diǎn)并不在于學(xué)生對液壓與氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)備的操作能力，而是在于學(xué)生對整個系統(tǒng)的設(shè)計與分析能力。因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能將大部分時間耗費(fèi)在系統(tǒng)模塊的搭接上，而應(yīng)重點(diǎn)放在系統(tǒng)的設(shè)計與性能分析上。目前主流的液壓實(shí)驗(yàn)平臺的設(shè)計都只能提供有限的元件和有限的回路連接，不能滿足對學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計與分析能力的訓(xùn)練要求。因此，將行業(yè)中具有代表性的系統(tǒng)仿真和設(shè)計軟件引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開展虛擬仿真性實(shí)驗(yàn)，依靠其靈活性可以對此進(jìn)行補(bǔ)充和加強(qiáng)。

同時，液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的完整工作除了構(gòu)建系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量的傳遞外，另一個重要的方面就是自動化控制，完成系統(tǒng)的各項預(yù)定功能。這一部分需要結(jié)合工業(yè)控制方面的課程知識，尤其是PLC控制系統(tǒng)的相關(guān)知識。因此，在開展課程實(shí)驗(yàn)時，可以在其中增加PLC控制系統(tǒng)設(shè)計知識的回顧或介紹，并在實(shí)驗(yàn)項目中不再把重點(diǎn)放在液壓氣壓傳動系統(tǒng)回路的搭建上，而是增加自動化控制系統(tǒng)實(shí)例的設(shè)計內(nèi)容，從系統(tǒng)整體控制的角度對學(xué)生進(jìn)行綜合性訓(xùn)練。

5 結(jié)束語

結(jié)合現(xiàn)在高校機(jī)電工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)和液壓與氣壓傳動課程的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)改革和調(diào)整，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考型學(xué)習(xí)，熟悉交叉課程知識的應(yīng)用，達(dá)到比較好的教學(xué)效果，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]胡玉文.液壓與氣壓傳動課程改革探索[J].中國校外教育，2012（21）：221-222.

[2]梅怡，梁貴萍，林蕓，等.CDIO教學(xué)模式在“液壓與氣壓傳動”課程教學(xué)改革中的實(shí)踐[J].貴陽學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2014（4）：71-77.

[3]張平，賀利樂，呂剛.機(jī)械類本科《液壓與氣壓傳動》課程教學(xué)改革探索[J].裝備制造技術(shù)，2011（4）：230-232.

[4]孟爽，晏祖根，楊綺云，等.液壓與氣壓傳動課程案例式教學(xué)方法的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（9）：154.

[5]芮宏斌，周春國，高峰.以“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”促進(jìn)“液壓與氣壓傳動”課程教學(xué)改革實(shí)踐[J].液壓與氣動，2012（6）：92-96.