張國(guó)慶++劉保軍++盧滿(mǎn)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(dòng)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(guò)融合更多工程實(shí)例到教學(xué)過(guò)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(dòng)課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 液壓與氣壓傳動(dòng)；工程實(shí)例；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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(dòng)是機(jī)電工程應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)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(mén)具有很強(qiáng)工程應(yīng)用背景的專(zhuān)業(yè)必修課，目的在于培養(yǎng)學(xué)生在掌握液壓傳動(dòng)與控制理論的基礎(chǔ)上，能分析和設(shè)計(jì)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(guó)開(kāi)展液壓與氣壓傳動(dòng)課程的教學(xué)已有多年，其已成為機(jī)電專(zhuān)業(yè)的傳統(tǒng)課程，很多大學(xué)對(duì)該門(mén)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(lái)看，國(guó)內(nèi)對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)的教學(xué)大多還是著重于液壓與氣壓傳動(dòng)基本原理和元件的講解，且有些知識(shí)點(diǎn)偏于陳舊，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)講解過(guò)于抽象。反觀國(guó)外的情況，從相關(guān)培訓(xùn)教材和高校教學(xué)資料看來(lái)，其對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)知識(shí)點(diǎn)的講解多從實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，引發(fā)學(xué)生思考，同時(shí)講解的內(nèi)容配合比較形象的多媒體資料，減少了知識(shí)點(diǎn)的抽象度，使得學(xué)生真正能學(xué)以致用[1]。

德國(guó)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(jià)值。因此，如何根據(jù)專(zhuān)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(kāi)發(fā)新的教學(xué)方法，是改進(jìn)液壓與氣壓傳動(dòng)課程教學(xué)的重要內(nèi)容。

2 液壓與氣壓傳動(dòng)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(dòng)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(mén)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(jì)和操控能力的培養(yǎng)[2]。因此，在液壓與氣壓傳動(dòng)課程教學(xué)內(nèi)容的選擇上應(yīng)對(duì)此區(qū)分。

目前，在液壓與氣壓傳動(dòng)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(kāi)始，然后介紹液壓與氣壓傳動(dòng)元件和系統(tǒng)。這種編排方式雖然符合課程教學(xué)知識(shí)架構(gòu)，但是對(duì)于以系統(tǒng)應(yīng)用為目的的學(xué)生學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)，在內(nèi)容上卻存在知識(shí)點(diǎn)抽象、與應(yīng)用脫節(jié)的問(wèn)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(dòng)傳動(dòng)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(guò)程中感覺(jué)枯燥，對(duì)這一部分學(xué)習(xí)內(nèi)容的重要性認(rèn)識(shí)不足。因此，在引入流體力學(xué)基本理論教學(xué)內(nèi)容時(shí)，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(shí)，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(lái)講解流量的計(jì)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(dòng)課程是一門(mén)交叉學(xué)科課程，與機(jī)械設(shè)計(jì)、電工電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、數(shù)控技術(shù)等機(jī)械類(lèi)電氣控制類(lèi)課程緊密相關(guān)，把這些課程貫穿起來(lái)，成為一條線的系統(tǒng)教學(xué)。這樣既有利于液壓傳動(dòng)技術(shù)與先進(jìn)控制技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，又有利于學(xué)生創(chuàng)新能力和工程觀點(diǎn)培養(yǎng)的同時(shí)，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(gè)液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)通常會(huì)涵蓋多門(mén)課程的主要內(nèi)容，涉及機(jī)械原理機(jī)電傳動(dòng)控制可編程控制器等多門(mén)課程的綜合問(wèn)題。結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)將典型的液壓與氣壓傳動(dòng)運(yùn)用實(shí)例形象生動(dòng)地展示給學(xué)生，可使得學(xué)生將多門(mén)知識(shí)融會(huì)貫通，掌握知識(shí)間的聯(lián)系，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)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(shí)，首先引入一個(gè)實(shí)際的傳動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)直觀計(jì)算和對(duì)比討論來(lái)發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在，使得學(xué)生對(duì)液壓系統(tǒng)有個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，激發(fā)對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的興趣[4]。如讓學(xué)生利用已學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)一個(gè)圖1所示常見(jiàn)升降平臺(tái)。

按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，學(xué)生能理解若要使得平臺(tái)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(gè)目標(biāo)，如果采用傳統(tǒng)的電機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)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(dòng)轉(zhuǎn)換成線性移動(dòng)；而如果采用液壓驅(qū)動(dòng)，其執(zhí)行元件液壓缸直接就能實(shí)現(xiàn)直線的驅(qū)動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上就簡(jiǎn)化了許多。同時(shí)，如果升降臺(tái)的載重量非常大的話，對(duì)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(dòng)是剛性的，如果在升降過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng)或沖擊，對(duì)結(jié)構(gòu)就是一種很大的損傷。因此，現(xiàn)有升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)都采用的是液壓驅(qū)動(dòng)。

經(jīng)過(guò)上述對(duì)比，學(xué)生就能對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)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(shí)進(jìn)行類(lèi)似的分析與對(duì)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(dòng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)

目前大部分高校的液壓與氣壓傳動(dòng)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為兩個(gè)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(guò)對(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)的幾個(gè)典型回路，進(jìn)行性能驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。對(duì)于后者，目前采用的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)只提供了有限的液壓元件，只能搭建幾個(gè)固定常規(guī)的液壓系統(tǒng)回路，而且平臺(tái)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(shí)間與精力在管路的拼接上，而且使得實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的損壞率較高，最終令實(shí)驗(yàn)效果并不理想[5]。

針對(duì)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(duì)液壓與氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備的操作能力，而是在于學(xué)生對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析能力。因此，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能將大部分時(shí)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(jì)與性能分析上。目前主流的液壓實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)都只能提供有限的元件和有限的回路連接，不能滿(mǎn)足對(duì)學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)軟件引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開(kāi)展虛擬仿真性實(shí)驗(yàn)，依靠其靈活性可以對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)充和加強(qiáng)。

同時(shí)，液壓與氣壓傳動(dòng)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(gè)重要的方面就是自動(dòng)化控制，完成系統(tǒng)的各項(xiàng)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(shí)，尤其是PLC控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。因此，在開(kāi)展課程實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以在其中增加PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)的回顧或介紹，并在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中不再把重點(diǎn)放在液壓氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)回路的搭建上，而是增加自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)例的設(shè)計(jì)內(nèi)容，從系統(tǒng)整體控制的角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合性訓(xùn)練。

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)在高校機(jī)電工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)和液壓與氣壓傳動(dòng)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(shí)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。

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