《液压与气动技术》课程教学改革探讨——基于“卓越工程师”培养计划的课程改革

代光辉 许雪艳

(巢湖学院，安徽 巢湖 238000）

《液压与气动技术》课程教学改革探讨
——基于“卓越工程师”培养计划的课程改革

代光辉 许雪艳

(巢湖学院，安徽 巢湖 238000）

《液压与气动技术》是机械类专业的一门核心课程，具有很强的理论性和实践性。为实施机械设计制造及其自动化专业的卓越工程师培养项目，培养学生的实际操作能力以及对工程实际问题的解决能力，根据现有的教学资源和课程定位，对该课程的理论和实践教学内容与方法进行了思考与探索并提出了改革方案。尝试以液压技术为平台对机械专业知识综合应用进行训练，达到了一定的预期效果。

液压与气动技术；理论教学改革；实训教学改革

1 引言

卓越工程教育培养计划作为国家中长期教育改革与发展规划纲要(2010-2020）组织实施的一个重大项目，旨在培养一批卓越工程师后备人才[1-3]。其核心内容就是着力提高学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力[4]。巢湖学院机械设计制造及其自动化专业已经获批为“卓越工程师培养计划”示范专业，为更好地将该项目实施到本专业的课程教学中，在原课程教学方案的基础上，需要对其进行一定的改革和完善。针对《液压与气动技术》这门课程的理论和实践教学，本文对其理论与实践教学内容与方法的改革进行了讨论。

液压与气压传动是三大动力传动之一的流体传动的主体部分，是机械类、自动化类、动力类等领域复合型人才的知识结构的重要组成部分。液压(气动）在工业生产中应用非常广泛，其元器件，如各种液压缸与气压缸、各种控制与辅助元件以及液压泵，本身就是机械中相对较简单的机构，但却是技术要求非常高的产品。在工程运用中，液压(气动）主要依靠具体的系统来完成相应的工作，属于机械装配制造的基础环节，其使用范围涵盖了众多行业。因此，对机械类学生而言学好液压与气动技术这门课程，可以为后续工作打下良好基础。

液压与气动传动是一门理论性和实践性都很强的课程，传统的板书讲授式教学方法很难达到较理想的效果。本文根据对该课程相关内容的分析，并结合现代学生易于接受多元信息的特点，对教学内容和方法做了多种改革与尝试，实现了多元化的理论教学、递进式的实训教学以及一系列以液压与气动技术为载体对机械设计制造综合知识进行实际应用的创新性尝试。

2 理论教学内容与方法改革的探讨

液压与气压传动的理论教学内容分为两大部分，即液压传动和气压传动。由于液压和气动技术的理论知识具有一定的相通性，所以在有限的教学课时内，我们将重点放在对液压技术的详细讲解上。根据对教学大纲和教材内容的分析，将理论教学分成四大板块，并结合卓越工程师的培养要求，特别增加了工程实例剖析板块。具体内容如表1：

理论教学一直是本课程教学中比较晦涩的一部分内容，传统的板书式理论教学枯燥乏味，很容易使学生在学习的过程中产生厌烦心理，从而影响学习的效果，甚至会导致学生对本课程产生排斥等厌学心理。如何能通过有效的教学方法改革提高学生的学习兴趣和学习效果，一直以来是本课程教学方法改革的重要目标。本文则采用了多元化的教学手段，丰富课堂教学，提高学生的注意力，增加学生的兴趣，从而取得很好的教学效果。

2.2.1 灵活的课堂教学

在教学过程中，采用传统的讲授式教学和小组讨论相结合的方式，对于课程中的难点问题(如动力学分析，能量损失的估算等），教师先给予详细的分析说明，然后设置问题情境(如伯努利方程的使用条件，能量损失估算的一般步骤等）让学生分小组讨论阐述自己的结论，并将问题及时反馈给老师，最后，教师根据讨论的情况予以总结，做到对抽象的理论难点各个击破。

2.2.2 多媒体与教学动画的应用

多媒体教学可以提供较为丰富的信息量，拓展课程教学的知识面。简单易懂的内容通过PPT播放的形式，不仅可以增加学生的课堂兴趣，还可以节省一部分课堂时间，为小组讨论提供基础。除此之外，还可以将教材中静止、抽象的内容制作成动画，利用动画来演示相应的动作过程，使教学内容更加形象、生动，从而帮助学生更好地理解和掌握教学内容。

2.2.3 微视频的应用

本课程涉及到很多元器件的结构，而教材中只是给出其相关的二维装配图，学生很难直观地理解每个零部件的详细结构以及零部件的装配过程，利用三维CAD软件制作装配图，并对装配图进行爆炸处理，生成爆炸图和装配动画视频，再配以详细的语音分析说明，就可以制作成一段相关的微视频。通过此视频可以把抽象的内容更加直观地展现在学生面前。而且，学生长时间处在同一种教学模式下，容易产生思想不集中的现象，突然转换一种教学方式，也有助于提高学生的注意力。

2.2.4 Fluid SIM仿真软件的应用

在Fluid SIM软件中，液压(气压）元件可以通过文本说明、图形以及动画来描述，也可设计和液压气动回路相配套的电气控制回路，弥补了学生只接触液压(气压）回路不接触电气回路，因而不明白各种开关和阀的动作过程的弊病。对电气-液压(气压）回路同时进行设计与仿真，可以提高学生对电气动、电液压的认识和实际应用能力[6-8]。

3 实训教学内容与方法改革的探讨

实训课程是理论课程的延续与应用，此环节主要目标是培养学生的实际动手能力和工程应用技能。传统的验证性实验只是理论教学的一种辅助手段，不能对学生的工程应用能力起到很好的锻炼作用。针对此问题，在实训教学中设置了三个模块，渐进性地培养学生的实际操作能力。

3.1.1 基本实训模块

基本实训模块主要包括元器件的拆装实训和基本回路的搭建实训。元器件拆装实训的目的是让学生了解各元器件的基本组成和各零部件之间的配合关系，并掌握零部件之间的相对运动情况；基本回路搭建实训的目的是让学生了解液压系统的基本组成、各元器件在系统中的作用、各基本回路的工作过程以及控制过程。

3.1.2 能力提升模块

本模块设置两次系统故障排查实训，目的是让学生在掌握基本回路的基础上，能对实际工程问题做出一定的判断。具体实施过程：教师预先在实训台上搭建好由不同基本回路组成的相对复杂的工作过程，并在每套设备上设置2～3处故障(主要包括：漏油，控制阀使用不当，油压不足，回路搭接不正确，工作顺序不合理等）；然后，学生根据已学的知识和相关的测试仪器查找故障原因，并给予修正；最后，总结故障表象、故障原理和改正方法。

3.1.3 工程实用模块

本模块设置一次实用系统的设计实训，即利用液压(气动）技术设计一个相对简单的生产设备。其目的是让学生切实了解液压(气动）在实际工程生产中的应用以及液压(气动）设备的一般设计过程。具体安排如下：设计如图1所示的四自由度机器人，实现工件在不同工位的转移。要求学生绘制原理图，在系统中选用具体的元器件，并完成PLC控制。

3.2.1 从“看”到“做”转变

液压实训教学不只是让学生观看某些现象、某些动作和某些机构，更为重要的是要求学生在操作的过程中了解液压的组成、特点、原理和应用，并通过理论知识指导学生切实掌握液压元器件及其系统的具体动作和具体操作。只有在操作过程中，学生才能发现问题与不足，从而达到手脑并用和增强兴趣的效果。所以实训教学中应采用在教师的指导下，由学生自己完成具体操作的方法，让学生成为实训的主体。

3.2.2 从“个人”到“团队”转变

为了方便学生之间的相互交流、相互学习和协同工作，同时保证每个同学都有动手操作的机会，实训时将学生分成3～5人小组，并指定一个组长来分配和协调工作。实训完成后，各小组之间进行总结和交流，通过交流让每个同学了解更多的问题以及掌握解决问题的方法。最后，老师对实训过程、实训问题、试验现象、试验结果进行分析和总结。

3.2.3 从“验证性”到“综合性”转变

综合性实验是指在学生具有一定基础知识并且具有相关实验设备、仪器的基本操作技能的基础上，运用某一门课程和相关课程的综合知识，对学生进行综合训练的一种复合式实验，其目的在于培养学生的实验动手能力、数据处理能力、查阅资料能力和对实验结果的分析能力[9]。液压课程的实践性较强，与工程使用联系紧密，只有培养和提高学生对液压技术综合知识的应用能力，才能更好的服务于工业生产。

4 基于液压（气动）的专业综合知识整合

此部分内容主要通过两个液压(气动）技术的课程设计来进行综合训练，其目的是综合应用已学习的机械设计制造相关的专业知识，以及通过此设计让学生初步了解如何将专业理论知识应用到工程实际生产中。具体内容安排如下：

液压缸虽然结构相对较为简单，但是其设计制造过程涵盖了机械产品设计制造的一般步骤，因此通过液压缸的设计制造过程可以对机械专业综合知识进行很好的应用。

4.1.1 液压缸的设计

在给定基本参数的条件下，液压缸的设计包括很多内容[10]，如液压缸的类型选择及安装方式的选择，主要零部件的结构设计、材料选择以及技术要求说明，性能参数和几何尺寸计算，绘制零件图、装配图以及编写技术说明书等。在此过程中不仅仅有液压技术知识的应用，同样也要将已学的其他专业知识(如机械制图、机械原理、机械设计、工程材料、材料力学等）运用到具体元件的实际设计中。

4.1.2 液压缸的制造

液压缸的制造环节以液压缸的一个主要零件——活塞为例，首先要设计零件的工艺规程[10-11]，包括零件的工艺性分析、确定毛坯、拟定工艺路线、选择定位基准、确定个工序的设备和工装、确定个工序的余量和切削用量。同时还要完成机械加工工艺过程卡、机械加工工艺卡、机械加工工序卡。然后，依据金工实训中所学知识完成活塞的车削加工。最后，设计装配工艺规程。通过此练习，可以将机械制造技术基础与实际生产联系起来。

本环节结合THJDME-1型光机电一体化实训考核装置来完成，该装置在接近工业生产制造现场基础上，针对教学及实训目的进行了专门设计，更加强化机电一体化产品的安装与调试能力。本装置采用开放式和拆装式结构设计，可根据现有的机械部件组装生产设备，使整个装置能够灵活地按实训教学需求进行组装。该设计可以根据所给定的不同工作任务，对上述装置进行改装来实现不同的功能，从而提高学生对整个液压(气动）系统在工程中的应用能力以及液压 (气动）系统与PLC的配合使用能力。

5 总结

通过上述几项内容与方法的改革，丰富了液压与气动技术课程理论和实践教学的内容，提高了学生的积极性和学习效果，加强了学生实际操作能力，增强了学生综合知识运用能力。符合卓越工程师培养计划的基本思想与基本目的，适用于应用型人才的培养要求，较好地实现了课程的教学目标。但是以上几种改革内容可能依然存在不足之处，后续仍需不断探索，加强学生创新能力的启发和解决工程问题的锻炼，力争达到“学”能“用”，“用”能“专”的目标。

参考文献：

[1]教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见（教高[2011]1号文）.

[2]杨忠国，邓书辉.“卓越工程师培养计划”下的的流体力学课程教学模式研究[J].课程教育研究，2013，（12），75.

[3]林健.卓越工程师教育培养计划专业培养方案研究[J].清华大学教育研究，2011，（2）∶47-55.

[4]刘燕，徐本连.建立多元化的工程实践训练体系推进自动化专业实践教学改革[J].实验室科学，2013，（13）：168∶-170.

[5]张利平.现代液压技术应用200例[M].北京：化学工业出版社，2004.

[6]王勇亮，卢颖.液压仿真软件的现状及发展趋势[J].液压与气动，2012，（8）∶1-4.

[7]李铁钢.基于Fluidsin的电液系统仿真技术[J].沈阳工程学院学报，2012，（2）∶177-179.

[8]赵艳平.FluidSIM在液压与气动技术课程改革中的应用研究[J].漯河职业技术学院学报，2014，（13）∶81-83.

[9]朱育权，王丽君.液压传动课程设计性、综合性实验装置的开发与研究[J].液压与气动，2006，（11），19-21.

[10]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[11]赵雪松，赵晓芬.机械制造技术基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.

ON THE TEACHING REFORM OF HYDRAUNIC AND PNEUMATIC TECHNOLOGY—BASED ON THE REFORM OF EXCELLENT ENGINEERS'CULTIVATION PLAN OF THE

DAI Guang-huiXU Xue-yan
（Chaohu College，Chaohu Anhui 238000）

Hydraulic and Pneumatic Technology is a core course of mechanical engineering，which is of sound theoretical basis and feasible applicability.The content and method of practical teaching and the theory of this course have been thought deeply and explored and the reform schemes have been put forward according to the existing teaching resources and the course positioning，in order to implement the excellent engineers training plan of mechanical engineering and automation professional，and to train the students'practical ability and the solving ability of actual engineering problem.Some attempts have been made to train the comprehensive application of the machinery specialized knowledge based on the hydraulic technology，which achieves the desired results.

Hydraulic and Pneumatic Technology；reform of theory teaching；reform of practical teaching

G423.07

A

1672-2868（2015）06-0127-05

责任编辑：陈 凤

2015-04-15

安徽省质量工程项目(项目编号：2012zjjh042）

代光辉(1987-），男，安徽亳州人。巢湖学院机械与电子工程学院，助教。研究方向：液压气压传动。