信息化背景下“液壓氣壓傳動(dòng)技術(shù)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐＊

余曉新，陳廣勝

（清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 清遠(yuǎn)511510）

1 研究背景

職業(yè)教育信息化是培養(yǎng)高素質(zhì)勞動(dòng)者和技能型人才的重要支撐，通過(guò)信息化技術(shù)可促進(jìn)人才培養(yǎng)模式改革，改造傳統(tǒng)教育教學(xué)，支撐高素質(zhì)技能型人才培養(yǎng)。當(dāng)前，5G技術(shù)的發(fā)展，各種信息技術(shù)如雨后春筍般出現(xiàn)，為職業(yè)教育信息化提供了條件。因此在信息化大背景下，如何在教學(xué)改革過(guò)程中合理融合信息化技術(shù)，提高教學(xué)效率和質(zhì)量，是當(dāng)前職業(yè)教育要面對(duì)的重要課題。

“液壓氣壓傳動(dòng)技術(shù)”是高職機(jī)電類專業(yè)的一門專業(yè)課，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化控制的重要手段之一，在機(jī)械制造裝備等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用[1]。課程的主要內(nèi)容為：液壓與氣壓系統(tǒng)的組成及流體力學(xué)基本知識(shí)、液壓與氣壓動(dòng)力元件、液壓與氣壓執(zhí)行元件、液壓與氣壓控制元件、液壓與氣壓輔助元件和液壓與氣壓系統(tǒng)典型回路的分析。該課程內(nèi)容多、理論性較強(qiáng)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師先利用PPT講解理論知識(shí)，然后布置操作任務(wù)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行操作練習(xí)，這種教學(xué)方法使理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不能充分理解并應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)操中遇到的問(wèn)題，學(xué)習(xí)積極性不高，整體教學(xué)效果較差，因此急需對(duì)課堂進(jìn)行教學(xué)改革[2]。

FluidSIM是由德國(guó)FESTO公司和Paderborn大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，主要用于各種液壓與氣壓回路的設(shè)計(jì)及仿真，是專門用于液壓與氣壓傳動(dòng)教學(xué)的信息化軟件。該軟件由液壓和氣壓2部分組成，其圖庫(kù)有100多種元件，主要有液壓與氣壓元件、電氣開關(guān)元件、傳統(tǒng)繼電器元件和通信元件等，能滿足液氣壓及其電氣回路的設(shè)計(jì)需要；軟件操作界面直觀，易于學(xué)習(xí)，操作時(shí)只需用鼠標(biāo)將圖庫(kù)中的所需的元件符號(hào)拖至繪圖區(qū)，并連接各元件的連接點(diǎn)，即可形成液氣壓或電氣回路；軟件有簡(jiǎn)單的自動(dòng)查錯(cuò)功能，在繪圖過(guò)程中，能自動(dòng)檢查元件之間的連接是否正確，避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤；軟件具有仿真操作功能，通過(guò)仿真能動(dòng)態(tài)查看回路是否符合設(shè)計(jì)要求。利用該軟件功能并結(jié)合當(dāng)前高校正在廣泛使用的超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，可以完美實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)操教學(xué)的無(wú)縫對(duì)接，開展理虛實(shí)一體化教學(xué)[3]。

根據(jù)以上所述，現(xiàn)以項(xiàng)目化教學(xué)思路，對(duì)“液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)”的課程內(nèi)容進(jìn)行整合，在教學(xué)中應(yīng)用FluidSIM仿真軟件，同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)上的資源進(jìn)行理虛實(shí)一體的教學(xué)改革。

2 課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)的基本思路

本課程的設(shè)計(jì)思路是以學(xué)生為中心，教、學(xué)、做合一的教學(xué)模式，實(shí)施課前、課中、課后的教學(xué)組織形式，構(gòu)建理、虛、實(shí)三位一體的多維課堂，教學(xué)過(guò)程融入課程思政要素，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真細(xì)致的工匠精神，注重安全操作、精益求精的職業(yè)素養(yǎng)[4]，具體改革的路線如圖1所示。

圖1 課程改革的路線

2.2 教學(xué)方法

為有效解決課程教學(xué)內(nèi)容中的重難點(diǎn)，確保最終達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生順利完成課程項(xiàng)目，把教學(xué)過(guò)程劃分為3階段，第一階段組織和自我組織學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)活動(dòng)，第二階段激發(fā)學(xué)習(xí)和形成學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，第三階段檢查和自我檢查教學(xué)效果的方法。分別采用如下的教學(xué)方法：①借助“超星學(xué)習(xí)平臺(tái)”進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，采用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的融合；②以小組合作組織教學(xué)，通過(guò)合作自習(xí)、討論研究、分組實(shí)施等教學(xué)步驟，開展課程教學(xué)，組內(nèi)取長(zhǎng)補(bǔ)短、共同學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步；③以仿真軟件、設(shè)備模型和AR技術(shù)開啟觸覺(jué)感知，采用“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的線上線下混合式教學(xué)方法。

2.3 整體教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

按照課程設(shè)計(jì)的基本思路，將內(nèi)容分為液壓與氣壓2個(gè)模塊，課程的整體教學(xué)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 課程的整體教學(xué)設(shè)計(jì)

3 具體教學(xué)任務(wù)實(shí)施

現(xiàn)以方向控制回路的設(shè)計(jì)任務(wù)為例闡述教學(xué)任務(wù)的實(shí)施，方向控制回路是液壓控制系統(tǒng)中最基本的回路，其主要功能是控制系統(tǒng)執(zhí)行元件的換向和啟停。本次課通過(guò)液壓方向控制回路的設(shè)計(jì)使學(xué)生能掌握常見(jiàn)換向閥的工作原理及應(yīng)用；能夠根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行液壓換向回路和電氣回路的設(shè)計(jì)；能夠在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上搭建所設(shè)計(jì)回路并進(jìn)行調(diào)試。本次課共4學(xué)時(shí)，上課場(chǎng)地為液氣壓一體化教室，團(tuán)隊(duì)人數(shù)為3人，按照一體化及任務(wù)驅(qū)動(dòng)的理念，教學(xué)過(guò)程主要由課前探索、課中導(dǎo)學(xué)、課后拓展3個(gè)部分組成。

3.1 課前探索

學(xué)生觀看超星平臺(tái)上發(fā)布的FluidSIM軟件的操作方法和方向控制閥工作原理及應(yīng)用2個(gè)視頻，并完成課前作業(yè)。教師通過(guò)超星學(xué)習(xí)平臺(tái)查看和展示學(xué)生在線測(cè)驗(yàn)的成績(jī)，根據(jù)平臺(tái)上的提問(wèn)與學(xué)生線上交流，了解學(xué)生課前的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)任務(wù)要求，理清教學(xué)重難點(diǎn)，為上課作好準(zhǔn)備。

3.2 課中導(dǎo)學(xué)

教師發(fā)布任務(wù)，具體要求為以下2點(diǎn)：①應(yīng)用FluidSIM軟件設(shè)計(jì)仿真一單缸液壓回路，當(dāng)液壓缸處于原始位置時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，缸開始向右運(yùn)動(dòng)，停留5 s后，液壓缸開始自動(dòng)向左返回，液壓缸回到左端后，停止運(yùn)行，液壓泵處于卸荷狀態(tài)，再次按下啟動(dòng)按鈕，將重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)；②仿真結(jié)果通過(guò)后，根據(jù)FluidSIM所設(shè)計(jì)的液壓和電氣回路方案，在液壓實(shí)操平臺(tái)上進(jìn)行液壓回路和電氣控制回路的連接與調(diào)試實(shí)戰(zhàn)，記錄實(shí)戰(zhàn)過(guò)程，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，根據(jù)實(shí)操平臺(tái)上的回路裝調(diào)情況進(jìn)行任務(wù)考核。

3.2.1 任務(wù)分析

根據(jù)學(xué)情與課前學(xué)習(xí)情況，分析本任務(wù)難點(diǎn)是根據(jù)任務(wù)要求選擇合適的液壓和電氣元件，設(shè)計(jì)出合理的液壓和電氣控制回路，同時(shí)自行能解決回路設(shè)計(jì)和連接調(diào)試中遇到的問(wèn)題。學(xué)生突破任務(wù)難點(diǎn)的方法主要有2點(diǎn)：①在理解換向閥的工作原理及應(yīng)用后，根據(jù)任務(wù)要求，應(yīng)用FluidSIM仿真軟件以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行液壓和電氣回路的初步設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真分析，有針對(duì)性解決設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題；②完成設(shè)計(jì)后，學(xué)生們需認(rèn)真觀看超星網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的接線方法和安全操作規(guī)范等視頻，觀看完相關(guān)視頻并完成回路設(shè)計(jì)仿真的同學(xué)可打印圖紙，進(jìn)行液壓與電氣回路的連接和調(diào)試。

在以上2個(gè)過(guò)程中，教師可通過(guò)FluidSIM仿真、師生互動(dòng)和超星平臺(tái)視頻資源引導(dǎo)學(xué)生解決回路連接調(diào)試中存在的問(wèn)題，完善設(shè)計(jì)圖紙和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的連接調(diào)試結(jié)果。

3.2.2 重點(diǎn)知識(shí)講解

根據(jù)任務(wù)分析，單元內(nèi)容的重點(diǎn)是換向閥的工作原理，主要涉及位的概念、通的概念、換向閥的控制方式以及三位閥的中位機(jī)能等。該部分知識(shí)傳統(tǒng)教學(xué)是通過(guò)PPT講解，圖片的展示等方式進(jìn)行，由于教學(xué)過(guò)程知識(shí)點(diǎn)的講解是靜態(tài)和分散的，學(xué)生聽完后處于云里霧里狀態(tài)，對(duì)概念依然不清晰，符號(hào)看不懂，知識(shí)的具體應(yīng)用不明確?，F(xiàn)根據(jù)本次課的教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)應(yīng)用FluidSIM仿真軟件搭建如圖3所示不同換向閥控制的換向回路和電磁閥電氣控制回路，在教學(xué)過(guò)程通過(guò)仿真展示不同換向回路的工作情況，演示講解如下知識(shí)：①讓學(xué)生清晰理解換向閥的位和通的概念、三位閥的中位機(jī)能和彈簧的復(fù)位功能等；②明白換向閥的手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、電磁和液動(dòng)等控制方式；③根據(jù)工作原理記住各種常見(jiàn)換向閥圖形符號(hào)；④電氣回路元件（電源、開關(guān)、傳感器）的選用，電磁閥的電氣控制方式等。

圖3 換向控制回路

3.2.3 任務(wù)實(shí)戰(zhàn)

學(xué)生按要求分成若干小組，小組成員集體討論任務(wù)的液壓回路和電氣原理圖的設(shè)計(jì)方案，并應(yīng)用FluidSIM軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，由仿真中出現(xiàn)的問(wèn)題不斷完善原理圖的設(shè)計(jì)。在完成仿真操作后，學(xué)生在實(shí)操平臺(tái)上進(jìn)行液壓和電氣回路的實(shí)戰(zhàn)裝調(diào)，集體討論解決可能出現(xiàn)的電氣裝調(diào)存在問(wèn)題，并記錄解決方法。實(shí)戰(zhàn)操作時(shí)學(xué)生需遵守設(shè)備和電工操作規(guī)程、且接線規(guī)范美觀。

3.2.4 任務(wù)考核

本任務(wù)主要以學(xué)生為中心，以小組合作完成，其考核涉及任務(wù)完成的質(zhì)量與效果，學(xué)生紀(jì)律、資料的查詢與應(yīng)用等，考核同時(shí)融入學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、安全生產(chǎn)、精益求精和大國(guó)工匠等課程思政要素，具體考核指標(biāo)如表1所示。

表1 任務(wù)過(guò)程考核表

4 教學(xué)反思

通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生已掌握液壓換向回路和電工基本知識(shí)，可以進(jìn)行常規(guī)液壓與電氣回路的裝調(diào)，但是對(duì)回路設(shè)計(jì)的安全、經(jīng)濟(jì)和合理性等考慮欠缺，需加強(qiáng)液壓與電路設(shè)計(jì)工藝方面知識(shí)。在液壓與電氣裝調(diào)實(shí)戰(zhàn)中，學(xué)生需貫徹安全操作，布線美觀要求，因此在整個(gè)過(guò)程要按照行業(yè)的規(guī)范，注重培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，形成良好的職業(yè)素養(yǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前信息化背景下，根據(jù)“液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)”課程及學(xué)生的特點(diǎn)，結(jié)合課程平臺(tái)教學(xué)資源，應(yīng)用FluidSIM仿真軟件進(jìn)行課堂教學(xué)改革，開展理虛實(shí)一體化教學(xué)，以課前導(dǎo)學(xué)、課上探索、課后拓展為教學(xué)組織形式，提高了教學(xué)效率，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性主動(dòng)性高，學(xué)習(xí)效果也大大的提高，取得了良好的教學(xué)效果。