关于提高液压传动课程中学生实践创新能力的方法研究

沈伟+黄洪磊+麦云飞

摘 要 液压传动作为一门实践性较强的课程，在液压传动教学中，传统教学方法对于较为抽象复杂的内容难以做到让学生理解透彻。随着教育技术的不断发展，许多高校都采用了现代新型教育手段以提高学生对课程学习的效率，如仿真软件和视频教学。本文通过介绍它们在实际教学中的实例或应用，并分析了各自的优缺点，为高校使用现代教育手段与液压传动课程结合提出建议。

关键词 液压传动 教学 FluidSIM软件 MOOC 微视频

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.12.054

Abstract Hydraulic drive as a practical course， in the teaching of hydraulic transmission， the traditional teaching methods for more abstract and complex content is difficult to make students understand thoroughly. With the continuous development of education technology， many colleges and universities have adopted modern new educational methods to improve students' learning efficiency， such as simulation software and video teaching. This paper introduces them in the actual teaching examples or applications， and analyzes their advantages and disadvantages， for the use of modern education in Colleges and universities and the hydraulic transmission course.

Keywords hydraulic transmission； teaching； FluidSIM software； MOOC； micro video

液压传动是一门涉及机械、电子、控制等多学科重要的专业课程，以其高效率、高精度、高性能的特点广泛应用于汽车、船舶、航空航天等各个领域。①②随着多媒体技术的不断发展，在多媒体教学基础上使用仿真软件、微视频和网络课程进行辅助教学不断在高校中普及。本文分别介绍了这些现代教育手段的特点，通过教学实例介绍它们的应用方法，分析对比优点和缺点，提出建议。

1 Simulink简介及应用

1.1 Simulink软件简介

Simulink由美国Mathworks公司推出，属于Matlab的一個框图仿真工具，可以进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。③在Simulink中提供了许多基本数学模型，使用者将所需的功能模块拖出模型库，通过直观的鼠标操作，就可构造出需要仿真的系统。凭借Simiulink图形化操作、清晰的仿真流程结构可以灵活地对液压元件或系统、回路的特性进行模拟仿真。通过scope模块能直观地看到结果，并可通过改变参数来观察系统中发生的变化。

Simulink是通过建立数学模型，直观展示系统中各类数据曲线，如时间、压力、行程等动态响应曲线。并通过对参数的改变，观察响应曲线的变化，以此来让学生对液压元件、液压系统的性能参数进行直观的了解学习。因此Simulink更偏向于辅助在课堂中对微观理论知识教学。

1.2 Simulink教学实例

以进口节流调速液压回路为例，运用Simulink软件可以对系统中液压缸响应进行仿真，其示意图如图1所示。

建立好数学模型后，利用Simulink中提供的求和运算模块、微分子模块等各类功能模块建立其仿真模型，如图2。

图2可以得到回路在不同节流阀通流截面积下的液压缸速度响应曲线。通过在Simulink中进行仿真模拟，并对其中参数做出更改再进行多次模拟对比，可以将枯燥的理论变得更加生动，让学生更直观地理解各参数对液压回路的影响。

1.3 Simulink教学建议

Simulink进行液压传动仿真首先得建立数学模型或传递函数，建立子系统后合成总系统。虽然其操作方法比较直观和方便，但是需要强的专业知识基础和较好的数学功底，其仿真内容一般用于优化结构参数，相对于学生来说比较晦涩难懂。在液压传动的教学过程中，可以使用Simulink进行拔高教学，对学有余力的学生加以进一步的培养。

2 FluidSIM简介与应用

2.1 FluidSIM软件简介

FluidSIM软件由德国Festo公司开发，是专门用于液压与气动方面的模拟仿真软件。FluidSIM同样为图框操作，其软件界面直观，仿真时只需要从元件库中将元件拖出，使用鼠标进行连接操作后即可完成油路仿真的建立。FluidSIM可以查找回路存在的断点并标出，从而能够在设计完回路后，验证设计的正确性，并演示其动作过程。④和Simulink通过建立数学模型的仿真不同，FluidSIM是通过建立回路图，对液压系统的动态运行过程进行仿真。在FluidSIM中可以直观地看到液压阀的启闭，液压缸的往返运动，油路的走向、各液压元件的动作都能清晰、动态地显示出来。所以FluidSIM在教学中，能直观地帮助学生理解液压元件、分析、设计回路。

2.2 FluidSIM教学应用

由于FluidSIM有着直观，简便的特点，它在可以在液压传动教学中有许多发挥之地。FluidSIM自带有100多种液压元件的原理作用说明、液压图标、详细运作动画和实物图。在对液压元件的教学中，利用软件可以详细展示各类元件的结构，对于复杂的元件结构，软件中清晰明了地以不同颜色标出。此外点击“工作原理”菜单，能以动画的形式演示液压元件的工作过程，学生就能对其原理有着直观的理解。并在“元件说明”菜单中附有对元件的技术说明和实物照片，补充学生对元件的而在典型液压回路和系统分析的教学中，FluidSIM也有着很多应用。FluidSIM能动态展示液压回路的运作过程，并可以手动或自动进行换阀，每种油路的走向都能清晰动态地展示出来，免去了教师抽象的讲解，大大提高了上课效率，学生也能更直观地理解回路运作原理。⑤

在课下自主学习或是实验教学过程中学生可以直接在FluidSIM中进行回路绘制和模拟，免去了使用纸笔的作图时间，在提高效率的同时，软件可以为学生自动找出回路中的错误以改正和完善。

2.3 FluidSIM教学建议

FluidSIM软件操作简单，借助软件很容易仿真出液压回路的动作过程，仿真过程直观易懂。其仿真内容相对比较宏观，不属于深层次的数据仿真，非常适合用于液压传动的基础内容的教学工作，可以对多数学生进行广泛的应用，对于帮助学生理解、分析、设计回路或系统有着非常好的效果。

3 大规模开放在线课程（MOOC）与微视频教学

3.1 大规模开放在线课程（MOOC）简介

MOOC是大规模的网络开放课程，是为了增强知识传播而由具有分享和协作精神的个人或组织发布的、散布于互联网上以视频为主的开放课程。⑥借由网络的帮助MOOC的资源非常多元化，其学习工具和内容包罗万象、丰富且非常新颖。并且它突破传统课堂时间地点的拘束，学习者不管何时何地通过互联网就可以进行学习。MOOC的受众面非常广，并且需要学习者有较强的自主学习意识。

3.2 微视频教学

微视频是指将教学内容录制成为一段短视频，长度一般在10分钟以内。其内容可以是实验实践也可以是动画解析。因为微视频内容比较精简之所以其目的性较强，知识点明确，科学性规范性强。

3.3 MOOC和微视频在液压传动中的教学应用和建议

MOOC和微视频的教学手段都以视频为主要载体，其表现形式是动态的、具体形象的。对于液压传动课程来说这种教学方式既帮助老师能够更加生动，形象地展现出在课堂上无法实际操作的内容，同时又真实地记录了教学内容，方便学生能够随时随地反复学习。视频教学可分为：课前用微视频，主要功能是讲解基础知识点，与课堂结合，为学生讨论做准备；课中微视频：丰富资源，增强体验，起着增加和补充课堂内容的作用；课后为视频：辅导学生，培优不差，主要纠正难点、易错点。

3.4 MOOC和微视频在液压传动中的教学应用和建议

通过MOOC和微视频能为教师开辟一条新的教学路径，又为学生自主学习创造了平台。教学过程中将液压系统或是元件内部结构等一般课堂上无法呈现出来的内容录入视频，即帮助了学生快速理解原理重点难点，课后学生也依靠视频教程进行巩固和复习。其最大优点在于不受时间和空间的限制，随时随地就可以为学生提供教学服务，对于学习积极性强的学生会起到极佳的效果。

4 结论

各种仿真软件、微视频及MOOC能大大提高液壓传动课程教学工作效率，快速帮助学生理解理论知识，让抽象的内容变得直观而形象，可以让学生更好地理解液压元件和液压回路或系统的原理特性。这些现代教学手段着相对于传统教学更直观、方便的优势，是液压传动教学中一条可以深入探索的道路。本文通过对比了解FluidSim、Simulink、微视频及MOOC在液压传动教学中的应用和特点，分析它们的优势所在并提出了针对在实际教学中的应用建议，尝试将现代教学手段引进液压传动教学中，为提高学生理论学习效率，培养综合能力做出努力。

上海理工大学教师教学发展研究项目（J201621）

注释

① 胡增荣，李晓村，吴明，刘鑫培，张卫华，杨娜.“卓越工程师计划”背景下液压与气动课程的改革[J].液压气动与密封，2014（8）：1-3.

② 钱振华.基于FluidSim 的液压与气动课程仿真教学研究[J].液压气动与密封，2009（4）：25-27.

③ 石红雁，许纯新，付连宇.基于Simulink 的液压系统动态仿真[J].农业机械学报，2000（9）：94-96.

④ 王青.FluidSIM 在液压与气压传动教学中的应用[J].科技信息，2008（34）：300.

⑤ 蒋丹，杨平，王丛岭.AMESim 在《液压传动》实践教学中的应用[J].实验科学与技术，2012.10（2）：48.

⑥ 王永，固张庆.MOOC：特征与学习机制[J].教育科学，2014（9）：112.