基于《液壓氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》理虛實(shí)一體教學(xué)的課程建設(shè)研究

歐佳順 謝方平 劉金榮 殷海瞇

1.長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖南省長(zhǎng)沙市 410124 2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 湖南省長(zhǎng)沙市 410000

1 研究意義和價(jià)值

《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》課程是高等職業(yè)院校的專(zhuān)業(yè)的核心技能課程，使學(xué)生能夠能了解液壓與氣壓傳動(dòng)的工作原理，能說(shuō)明液壓元件的分類(lèi)、原理與特點(diǎn)，使學(xué)能正確閱讀液壓與氣壓傳動(dòng)的基本回路，能分析典型的液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)。使學(xué)生具備本專(zhuān)業(yè)必需的液壓與氣動(dòng)設(shè)備的維護(hù)、操作等知識(shí)和基本技能。為今后勝任相關(guān)工作崗位及繼續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的專(zhuān)業(yè)理論基礎(chǔ)。

液壓氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)課對(duì)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景、設(shè)備有著嚴(yán)格要求，重點(diǎn)是鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，目前的教學(xué)手段、教學(xué)方法、教學(xué)資源較為單一，液壓氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)仍然是以傳統(tǒng)的教學(xué)教材為主，主要是以紙質(zhì)書(shū)本、PPT 為媒介傳遞知識(shí)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，優(yōu)質(zhì)教材資源建設(shè)與開(kāi)發(fā)的有效機(jī)制尚未形成。教材資源建設(shè)過(guò)程中與現(xiàn)代信息技術(shù)融合不深入，個(gè)體差異針對(duì)性弱，教學(xué)時(shí)間受限制，薄弱知識(shí)點(diǎn)暴露不突出等眾多缺點(diǎn)。為了能夠解決這些，本文將對(duì)液壓實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行立體化教材建設(shè)的研究，通過(guò)信息化技術(shù)手段教材多元化，層次化、開(kāi)放化、系統(tǒng)化。注重激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。這種建設(shè)的面向群體開(kāi)始從高職在校生轉(zhuǎn)向全社會(huì)學(xué)習(xí)者，以滿足多樣化、個(gè)性化、實(shí)用化的教學(xué)需求，最大限度的滿足教學(xué)需求、滿足教育市場(chǎng)需求。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀述評(píng)

“立體化教材”，則對(duì)接互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并吸收了互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化、多媒體化等優(yōu)勢(shì)和特性，在內(nèi)容呈現(xiàn)方式和產(chǎn)品表現(xiàn)形式上更加豐富多元，既包括文字、插圖等靜態(tài)信息形式，也可以聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻、網(wǎng)絡(luò)流媒體等動(dòng)態(tài)形式呈現(xiàn)，在產(chǎn)品表現(xiàn)形式上，既有紙質(zhì)媒介形式，也有諸如數(shù)字課本、電子教案和 PPT、微課、題庫(kù)、虛擬仿真平臺(tái)、學(xué)術(shù)論壇等數(shù)字媒體形式，在表現(xiàn)形式上呈全媒體形態(tài)，可以克服學(xué)習(xí)者在時(shí)間和空間上的限制。

國(guó)外“立體化教材”的研究較早，發(fā)展比較迅速。約翰·威利父子出版公司，在立體化教材建設(shè)與研究方面早有建樹(shù)。1994年，培生公司就已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)，為了適應(yīng)信息化背景下的立體化新型學(xué)習(xí)模式，培生公司積極開(kāi)發(fā)了一系列的學(xué)習(xí)平臺(tái)，整合教學(xué)資源，包括在線電子教材，為教師開(kāi)展開(kāi)放型的教學(xué)活動(dòng)提供網(wǎng)絡(luò)支待，包括在線發(fā)布授課內(nèi)容，在線布置作業(yè)，在線考核和在線跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)外數(shù)字化教材資源建設(shè)的項(xiàng)目每年60%以上的速度遞增。

國(guó)內(nèi)的立體化教材源于早期的電教教材，立體化教材的建設(shè)過(guò)程劃分為兩個(gè)階段，分別是媒體時(shí)代和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。1985 年吳活提出“立體型”教材的聽(tīng)、視、說(shuō)項(xiàng)可同時(shí)進(jìn)行，為培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用外語(yǔ)能力提供廣闊的新空間，這是較早對(duì)立體化教材建設(shè)的研究。李科生以“互聯(lián)網(wǎng) +”支持下的“立體化教材”為模式，其開(kāi)發(fā)了“藍(lán)本編寫(xiě)”“ 數(shù)字化加工”“互聯(lián)網(wǎng)試用”三個(gè)環(huán)節(jié)的立體化教材，并最終通過(guò)數(shù)字課本、電子教案與 PPT、微課、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、題庫(kù)、學(xué)術(shù)論壇六個(gè)模塊獲得功能實(shí)現(xiàn)，較好地滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需要。在信息化背高速發(fā)展的情況下，利用二維碼技術(shù)，對(duì)課程進(jìn)行了立體化教材的建設(shè)與實(shí)踐。實(shí)踐表明，立體化教材能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)實(shí)踐創(chuàng)新力，有效地提高了實(shí)驗(yàn)類(lèi)課程的教學(xué)質(zhì)量。張晶以MOOC 平臺(tái)為載體，提出了教材設(shè)計(jì)一體化、教材內(nèi)容實(shí)踐化、教材功能層次化和教材軟硬件設(shè)施配套化等建議。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究可知，立體化教材在實(shí)訓(xùn)課程建設(shè)中將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，可以有效教、學(xué)結(jié)合，適應(yīng)性強(qiáng)，較廣的教育價(jià)值和市場(chǎng)價(jià)值。

3 教材建設(shè)與研究

為了能在有限的時(shí)間和空間更好的實(shí)施《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》課程的“理（理論）—虛（虛擬仿真）—實(shí)（實(shí)踐操作）”教學(xué)，提升學(xué)生的綜合技能，結(jié)合國(guó)內(nèi)外外研究現(xiàn)狀，本文對(duì)《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》課程的教材進(jìn)行立體化的建設(shè)，使得《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》教材更加系統(tǒng)化，主要是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行建設(shè)。

3.1 傳統(tǒng)教材的建設(shè)

傳統(tǒng)的教材是現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)不可或缺的東西，是學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)獲取知識(shí)最直接的傳遞介質(zhì)，傳統(tǒng)教材主要包括紙質(zhì)書(shū)本、PPT 教學(xué)資源、視頻。本《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》課程為了能讓學(xué)生獲取知識(shí)和技能更加方便，更加容易理解，PPT 教材包含了理論講解、動(dòng)畫(huà)仿真、視頻等資源。紙質(zhì)教材包括通用教材和專(zhuān)用教材，通用教材主要是可以適用多個(gè)專(zhuān)業(yè)的在校學(xué)生或者社會(huì)學(xué)員學(xué)習(xí)，比如《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》教材可以適用機(jī)電一體化技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械制造技術(shù)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，而專(zhuān)用教材則更加具有專(zhuān)業(yè)性和針對(duì)性，本《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》課程為了能夠更好的服務(wù)于飛行器制造技術(shù)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生實(shí)訓(xùn)，編寫(xiě)了《飛機(jī)液壓與氣動(dòng)技術(shù)》教材，主要是通過(guò)飛機(jī)上的液壓氣動(dòng)系統(tǒng)案例，讓學(xué)生充分理解液壓氣動(dòng)技術(shù)在飛機(jī)上的運(yùn)用，并學(xué)會(huì)飛機(jī)液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造，更好為部隊(duì)培養(yǎng)飛機(jī)維護(hù)崗位的人才。

為了能夠使得實(shí)訓(xùn)知識(shí)點(diǎn)更加具有針對(duì)性，學(xué)生學(xué)習(xí)《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》的知識(shí)更好的理解，本課程團(tuán)隊(duì)成員根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和人才培養(yǎng)方案，針對(duì)實(shí)訓(xùn)課所需要訓(xùn)練的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，有針對(duì)性的編寫(xiě)了《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)》。本書(shū)本包括液壓系統(tǒng)的安裝與調(diào)試和氣壓系統(tǒng)的安裝與調(diào)試兩個(gè)模塊，每個(gè)模塊下包括了對(duì)應(yīng)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的介紹和操作、相關(guān)項(xiàng)目回路裝調(diào)，如液壓系統(tǒng)的安裝與調(diào)試模塊包含了液壓設(shè)備的簡(jiǎn)介與基本操作、自動(dòng)連續(xù)換向回路裝調(diào)、差動(dòng)連接工作進(jìn)給快速回路裝調(diào)等知識(shí)。本書(shū)將液壓氣動(dòng)基本理論知識(shí)、元器件的選用和圖形符號(hào)的認(rèn)識(shí)融入項(xiàng)目中，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的詳細(xì)講解及操作流程等方面。元器件的認(rèn)識(shí)主要是介紹本實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目所用的液壓氣動(dòng)元件，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目操作流程詳細(xì)介紹了每個(gè)項(xiàng)目的操作流程、注意事項(xiàng)，避免學(xué)生在操作過(guò)程發(fā)生事故，提高學(xué)生液壓氣動(dòng)回路裝調(diào)的正確率。通過(guò)本書(shū)的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠掌握液壓元件的安裝方法及注意事項(xiàng)，能夠安裝液壓系統(tǒng)，掌握液壓系統(tǒng)的調(diào)試方法，能正確調(diào)試簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)，了解液壓系統(tǒng)的日常使用、維護(hù)和保養(yǎng)。

3.2 大學(xué)慕課精品課程建設(shè)

為了克服學(xué)生在空間和時(shí)間上的學(xué)習(xí)限制，本課程在中國(guó)慕課平臺(tái)上搭建了省級(jí)在線精品課程《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》，優(yōu)點(diǎn)是地點(diǎn)隨機(jī)性，優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源可以不受區(qū)域限制進(jìn)行共享，時(shí)間隨機(jī)性，學(xué)生可以更加方便管理自己的學(xué)習(xí)時(shí)間。本在線課程資源包括優(yōu)質(zhì)的視頻教學(xué)，教學(xué)知識(shí)點(diǎn)形象深度，校內(nèi)外的學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的獲取更加容易理解，為后續(xù)實(shí)訓(xùn)課程打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。大學(xué)慕課平臺(tái)可以建設(shè)討論區(qū)，老師和學(xué)生可以在課后對(duì)所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)重難點(diǎn)進(jìn)行討論，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)思考問(wèn)題的積極性。慕課平臺(tái)可以建設(shè)班級(jí)管理，通過(guò)建立班級(jí)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行可視化、信息化、精準(zhǔn)化學(xué)習(xí)管理。如在線班級(jí)考勤、學(xué)習(xí)任務(wù)的發(fā)布、視頻學(xué)習(xí)情況及單元考核，通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)在線分析，可以看出哪些學(xué)生完成了布置任務(wù)情況、考核結(jié)果情況，通過(guò)分析可以確定重難點(diǎn)，可作為后續(xù)線下教學(xué)的學(xué)情分析，從而調(diào)整教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)因材施教，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)?！兑簤号c氣動(dòng)技術(shù)》在線精品課程已經(jīng)開(kāi)通6 期，隨著資源不斷改善，研究發(fā)現(xiàn)學(xué)生的成績(jī)逐步提升，整體合格率達(dá)到95%以上。

3.3 數(shù)字化工卡平臺(tái)建設(shè)

隨著工業(yè)的信息化和智能化迅猛發(fā)展，產(chǎn)業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級(jí)，影響著工業(yè)生產(chǎn)方式。高等職業(yè)教育的實(shí)踐教學(xué)模式、教學(xué)管理模式對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高起到了不可忽視的作用，實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)該要與當(dāng)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求緊密聯(lián)，需要不斷借鑒學(xué)習(xí)企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn)，不斷創(chuàng)新與改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐教學(xué)模式。為了能夠在《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》教學(xué)中，對(duì)接企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，使得課程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容指標(biāo)化、步驟程序化、考核數(shù)據(jù)化，本課程將模擬企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，根據(jù)信息化時(shí)代與職業(yè)教育實(shí)踐教學(xué)本身的需求引入了數(shù)字化工卡制度。如以慢進(jìn)快退氣動(dòng)回路裝調(diào)項(xiàng)目為例，首先學(xué)生確定實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目后，第一步需要檢查設(shè)備、元器件和工具是否正常，并在工卡上填寫(xiě)檢查情況和上傳照片；第二步需要確定本裝調(diào)項(xiàng)目所需要的工具和氣動(dòng)元器件的類(lèi)型和數(shù)量，本項(xiàng)目所需要的氣動(dòng)元件有氣動(dòng)三聯(lián)件1 個(gè)、二位三通手拉閥1 個(gè)、二位三通行程閥1 個(gè)、三位五通雙氣控?fù)Q向閥1 個(gè)、快速排氣閥1 個(gè)、單向節(jié)流閥1 個(gè)、雙作用氣缸1 個(gè)，將這些名稱(chēng)和數(shù)量填寫(xiě)到工卡上，選出來(lái)來(lái)的元器件拍照上傳到工卡，以便老師檢查元器件是否選擇正確。第三步則是進(jìn)行功能測(cè)試，對(duì)所調(diào)試的相關(guān)參數(shù)填寫(xiě)到工卡上。第四步則是功能測(cè)試，學(xué)生提交功能測(cè)試確認(rèn)后，教師則通過(guò)工卡平臺(tái)知道誰(shuí)已經(jīng)完成，并到對(duì)應(yīng)的工位進(jìn)行線下檢查考核。第五步，項(xiàng)目完成后需要進(jìn)行6S 管理，學(xué)生需要將元器件和工具歸類(lèi)整理擺放，并將整理好的東西拍照上傳到工卡上。

通過(guò)《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》課程數(shù)字化工卡的應(yīng)用，使學(xué)生掌握了生產(chǎn)過(guò)程中的信息化手段，實(shí)訓(xùn)操作過(guò)程更加規(guī)范，步驟程序化，明顯較少了學(xué)生平時(shí)實(shí)訓(xùn)操作的錯(cuò)誤率，老師同時(shí)通過(guò)數(shù)字化工卡平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析，可以有效發(fā)現(xiàn)學(xué)生在操作過(guò)程中的錯(cuò)誤，并針對(duì)突出問(wèn)題制定相關(guān)教學(xué)策略。

3.4 液壓氣動(dòng)回路虛擬仿真建設(shè)

液壓氣動(dòng)虛擬仿真軟件可以根據(jù)實(shí)際情況搭建液壓氣動(dòng)回路及其控制電路，參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行工況模擬測(cè)試，以在進(jìn)行實(shí)際液壓氣動(dòng)回路裝調(diào)前進(jìn)行理論驗(yàn)證和仿真測(cè)試，使得學(xué)生掌握液壓氣動(dòng)元件的選用、參數(shù)調(diào)節(jié)及提升液壓氣動(dòng)元件在回路中應(yīng)用的理解，提高成功率，降低風(fēng)險(xiǎn)。為了提升學(xué)生對(duì)液壓氣動(dòng)回路的理解及元器件在回路中的作用，結(jié)合實(shí)訓(xùn)條件及方便學(xué)生學(xué)習(xí)和操作性，本課程建設(shè)以FluidSIM 軟件為載體建設(shè)了仿真實(shí)訓(xùn)臺(tái)，F(xiàn)luidSIM 軟件是一款專(zhuān)為機(jī)電行業(yè)打造的電動(dòng)液壓氣動(dòng)仿真系統(tǒng)。通過(guò)Fluidsim 軟件學(xué)生可以創(chuàng)造、模擬、說(shuō)明、學(xué)習(xí)氣壓傳動(dòng)、回路圖等，仿真整個(gè)過(guò)程，方便學(xué)員學(xué)習(xí)。以圖1 慢進(jìn)快退氣動(dòng)回路為例，學(xué)生在使用本軟件時(shí)具備圖形符號(hào)的識(shí)別能力，并正確選用氣動(dòng)元器件。模型建好以后，對(duì)相關(guān)元器件的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，如氣動(dòng)三聯(lián)件的氣壓調(diào)整為4bar，單向節(jié)流閥的開(kāi)口50%，參數(shù)調(diào)整好后進(jìn)行啟動(dòng)仿真以模擬實(shí)際裝調(diào)，作為驗(yàn)證實(shí)際實(shí)訓(xùn)裝調(diào)前的驗(yàn)證。通過(guò)本仿真的運(yùn)用，可以加深學(xué)生對(duì)元器件在實(shí)際回路中應(yīng)用的理解和功能實(shí)現(xiàn)的理解。

圖1 慢進(jìn)快退氣動(dòng)回路

3.5 VR 虛擬仿真教材的建設(shè)

VR 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為一種具有顛覆性的科技手段，可以模擬全真的虛擬環(huán)境，讓學(xué)生沉浸式交互體驗(yàn)超大型教學(xué)設(shè)備、各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，可以讓學(xué)生體驗(yàn)到在真實(shí)生活中是無(wú)法感受到的場(chǎng)景。本課程建立了《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》VR 虛擬仿真平臺(tái)，通過(guò)建立常用液壓氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)所用的元器件三維模型，裝配模型，讓學(xué)生在虛擬仿真平臺(tái)中，從不同角度了解元器件的構(gòu)成和裝配，深刻理解液壓氣動(dòng)元件的組成結(jié)構(gòu)、工作原理，為學(xué)生在今后在拆裝維護(hù)液壓氣動(dòng)元器件打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

《液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)》課程通過(guò)當(dāng)前的信息技術(shù)手段、多媒體資源及其虛擬仿真，將液壓氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)教材資源實(shí)現(xiàn)了多元化，層次化、開(kāi)放化、系統(tǒng)化。實(shí)現(xiàn)了線上線下教學(xué)混合教，并將理虛實(shí)一體的教學(xué)模式順利的融入實(shí)訓(xùn)教學(xué)當(dāng)中，有效的提升了學(xué)生液壓氣動(dòng)裝調(diào)實(shí)訓(xùn)的綜合技能，為機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)了優(yōu)秀的社會(huì)人才。