“液压与气压传动”教学策略探索

张国庆++刘保军++卢满怀

摘 要：针对培养创新型、应用型人才的教学目标，从“液压与气压传动”作为一门机电工程学科交叉性的课程的角度出发，将课程教学内容方式从元件机械设计和系统设计两个方面进行针对学科方向的优化组织，并且采用“面向问题的学习”教学方式和互动平台，以此激发学生学习的主动性，提升教学效果。

关键词：机电工程；液压与气压传动；高校

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）04-0006-03

当今世界科学前沿的重大突破、重大原创性科研成果的产生，大多是多学科交叉融合的结果。因此，多学科交叉融合促进了优势学科的发展，新兴学科的产生，以及重大创新的推出，同时也对拥有交叉学科知识技能人才的培养提出了新的要求。机电工程作为一个典型的交叉学科，在其专业教学中越来越多的课程呈现出学科交叉性。相比其他一些专业基础课程，其在课程内容和课程实践等方面具有自身的特点。其中“液压与气压传动”课程是机械工程方向中机电结合比较典型的一门传统课程[1]。该门课程融合了流体力学、机械设计及原理以及自动化控制等多门相关课程的知识运用，是一门将机械与电子控制技术相结合的具有交叉学科代表性的一门课程。

“液压与气压传动”课程知识点繁杂，理论性、系统性和逻辑性都较强，部分内容较抽象。同时作为一门传统课程，虽然其教学理论基础比较丰富，但是随着当前应用领域和场景的变化，目前的课程体系已经不适应社会发展对创新型、应用型人才的需求，因此在课程教学上还需要与时俱进，进行相应的教学改革和调整。

一、“液压与气压传动”课程教学现状

随着我国高等教育由精英化向大众化阶段的稳步发展，人才培养的多元化格局日益明显，将应用型本科人才作为学校主要的人才培养目标是很多普通高校的必然选择。应用型人才指的是一切从事非学术研究性工作的实际操作者，他们需要把科学原理应用到社会实

践中，以创造直接的经济利益和物质财富。“液压与气压传动”作为一门经典的机械类专业基础课，已经形成了“理论教学、验证实验、课程设计”的课程体系。在该体系下，结合我国高等教育的应用性趋势，通过本课程的学习，学生要掌握液压与气压传动技术的基本概念和基本原理，掌握常见的液压和气压元件的结构、工作原理、特点、应用和选用方法，熟悉各类液压基本回路的功用、组成和应用场合，了解和掌握现有的系统，能够分析系统和设计系统。本课程要使学生具有液压设备的维护技能和自学能力，同时注重培养学生的工程实践能力和创新能力。但是和上述课程定位矛盾的是，现有的教学内容安排和教学方式都无法完全达到相应效果和要求[2]。

（一）教材内容编排不合理，内容陈旧

现有的教材内容仍然是以流体力学基本理论、液压气压传动元件、液压气压传动回路为主，各章节的编排关联性并不明显，而且部分章节内容过于陈旧，与实际应用结合的部分比较缺乏，使得学生在学习过程中，难以抓住重点，对课程没有形成整体准确的认识，造成学习兴趣不高，学习效果不好的结果。例如，大部分传统教材在传动力学理论这一章中介绍了流体三大方程，引入了“液动力”的概念和计算方法。但是在举例时，选择的是比较抽象的示例，其和实际应用关联不大，而且在后续的元件介绍章节中却没有对“液动力”做相关的介绍，导致学生在学习这部分内容时，感觉抽象难懂，且和液压与气压传送课程相关性不高，使得他们对此的学习兴趣不高。

（二）教学方式单一

受教材和教学资源的限制，传统教学方式还是以多媒体演示的方式进行辅助教学，即将部分教学内容以图片或动画的方式展示给学生，配以教师的讲解，使得学生比较直观地学习液压系统工作原理。但是这种方式的缺点在于学生缺乏学习的自主性和互动性，学生学习还是处于被动，同时原理的展示与系统的实际应用关联性较小，因此教学效果仍然差强人意。例如，在介绍各种液压泵的工作原理时，传统的教学材料是以简化后的动画来进行展示，这种方式的优点是原理性展示简单直观，但是展现不出实际元件的特征，例如在介绍齿轮泵的困油现象时，就无法展示清楚现象发生的所在位置和原因。

（三）实验环节

在实践实验环节，目前的实验平台主要以液压和气压传动系统搭接平台为主。其中以液压传动系统为例，受硬件配置的限制，搭接的回路比较有限，另外接口的拆装费时费力，导致实验环节的时间大部分浪费在连接系统元件上，而在系统的设计与整体认识上着力过少，导致学生对实验学习的内容没有清晰的认识，进而对实验学习的积极性不高。

二、“液压与气压传动”教学策略

（一）优化教学内容

早期高等教育以精英教育为培养目标和培养群体，而随着高教规模的扩大，高等教育逐渐向着普及性教育方向發展，教学培养的目标也针对群体需求逐渐多样化，大学教育培养的不再仅仅是研究型人才，更多的是应用型人才。对于研究型人才，教学内容可着重放在课程的理论和推导部分，而对于应用型人才则应把教学内容重点放在工程应用上。前者的自学能力相对较强，其培养目标在于学科课程的继续深造和学科理论知识的研究，而后者的培养目标在于实际工程应用系统设计和操控能力的培养[3]。因此在进行教学内容的选择和组织时，不能再把时间花费在基本公式的推导和演算上，而

是把系统实际情况和流体理论基础结合起来，强调理论的应用，而非理论的证明和推导。

作为一门综合应用型的课程，“液压与气压传动”系统融合机电专业多门课程的内容。例如，系统中采用的各种液压元件涉及了机械原理、机械设计等课程的相关知识，系统的控制部分涉及了传感器、电路控制、PLC控制等课程的相关知识。因此，在讲授这门课程时，不能将其看作一门独立的课程进行介绍，而应该在讲授过程中，引导学生结合之前所学的相关课程知识进行拓展性、思考性的学习。图1所示为讲授液压溢流阀时的思路拓展。

当前大学毕业生到社会，特别是到企业工作，虽然需要有广泛的知识，但由于任何工作单位都有重点有分工，因此，即便是到液压元件或系统制造企业工作，也有不同的针对性和着重点。例如，做液压元件设计的，需要对元件的设计及制造比较了解；而做系统设计的，则只需要了解元件的使用功能，而不需要掌握元件的设计制造过程。因此，在教学过程中，可以针对授课对象的学习兴趣和特长，从这两个方面分别进行引导和讲解。如表1所示，两种教学引导方向决定了讲授内容的重点，以及对学生学习的重点要求不同。

表1 教学引导方向与教学内容重点

每一个学生的学习基础不同，学习兴趣不同，设定的学习重点方向也不同。在机电专业的“液压与气压传动”教学中，有些学生对机械设计方向感兴趣，有些学生对机电系统控制技术感兴趣，由此也决定了他们未来就业的方向，这样在课程教学中教师应针对这些不同的方向，对其进行有针对性的引导，使得他们在各自感兴趣的领域进行更多的课程实践和学习。例如，对机械设计方向感兴趣的学生，可引导他们着重液压与气压传动元件的机械结构设计的学习，如分析实用性较强且比较典型的元件结构设计方法，利用CAD软件进行元件的设

计和图纸的绘制等。而对机电系统控制方向感兴趣的学生，则引导他们着重液压与气压自动化系统的設计方面的学习，如机电伺服转换技术、PLC控制等技术的应用，掌握自动化系统设计软件的使用，完成液压与气压传动系统图的绘制和软件设计。

（二）运用基于问题的教学方式

“授人以鱼，不如授人以渔”，自主学习能力是现代社会中对工科毕业生的最基本要求，同时自主学习也是学习效果较好的一种学习方式，因此在课程教学过程中要引导学生的这种自主学习的主动性。在“液压与气压传动”这类与工程类的课程教学中，要实现学生的自主学习能力的培养，就是把工程实际问题引入课堂，采用“面向问题的学习”的教学法，引导学生去寻找解决问题的方法[4]。

例如，在讲解液压损失的章节时，传统的方式就是把液压损失计算的相关参数和公式演算给学生，让学生了解怎么计算液压管道的液流压力损失。但是从“面向问题的学习”角度出发，学生应该了解液压管道中液压损失的基本原则，并能应用这些原则来解决系统中设计损失的问题，还能选择适当的原则来获取解决液压损失的方案和措施，进而能够评价一个液压管道设计的优劣，或能为一个新应用设计一个相应的液压管道。

为了能够实现“面向问题的学习”，首先在教学材料的准备上，相对传统教材来说，需要准备更多开发的资料信息提供给学生。因此，开发数字信息化的教学资源平台是一种必要手段。但是传统的教学资源平台，往往只是通过网站平台提供一些课件PPT、教材插图静态信息，缺少互动性和对学生学习的渐进式引导，所以对提高学习效果并不明显。随着网络技术的发展，Web平台具有越来越强的动态特性，包括互动性、动态图形、立体图像的处理能力、移动性等。尤其是HTML5标准的Web平台，它支持离线访问、支持全媒体内容展示、支持交互式的2D/3D 图像渲染、提供丰富的API 以调用移动设备的硬件，以此为基础开发互动式数字化教学平台，可以达到“面向问题的学习”的互动性和引导性的功能。在平台中，对液压与气压传动系统的教学资源进行优化分类，采用更直观和有趣的方式进行展示，同时展示的内容要与工程实际相适应，不再用抽象简单的图片或动画来进行原理说明，而是结合工程实际，用现实系统和元件来加以展示。平台的内容要方便学生检索，同时要便于学生进行知识点的串联和总结，帮助他们能够对整个课程内容进行归纳，形成一个清晰的认识。

其次，在教学方式上，课前可提出液压与气压传动的实际工程问题，由学生自行查阅资料，课堂上展开小组讨论或问题陈述和演示，然后教师再引导进行理论性的分析，带出课程相关的知识点。目前比较有代表性的形式就是“翻转课堂式教学”。通常情况下，学生的学习过程由两个阶段组成：第一个阶段是“信息传递”，是通过教师和学生、学生和学生之间的互动来实现的；第二个阶段是“吸收内化”，是在课堂前后由学生自己来完成的。由于缺少教师的支持和同伴的帮助，“吸收内化”阶段常常会让学生产生挫败感，丧失学习的动机和成就感。“翻转课堂”对学生的学习过程进行了重构。“信息传递”是学生在课前进行的，教师不仅提供视频，还可以提供在线的辅导；“吸收内化”是在课堂上通过互动来完成的，教师能够提前了解学生的学习困难，在课堂上给予有效的辅导，学生之间的相互交流更有助于促进他们知识的吸收内化过程。

（三）改进实验教学方式

实验实践教学是对学生专业应用能力的一种训练和培养，目前国家逐渐推进本科教育向应用型大学教育的方向发展，实验实践教学的比重也越来越大，要求实验、实训、实习环节，实训实习的课时占总的专业教学课时的30%以上，并建立实训实习质量保障机制。这样使得其在课程教学中的重要性也越来越大，影响最终的教学效果。因为应用型教学的目的是要培养应用型人才，其强调专业性、职业性知识与能力的培养和训练[5]。

目前大部分高校的“液压与气压传动”课程的实验内容分为两个部分：认知型实验和验证式综合训练型实验。认知型实验主要是通过对液压与气压传动元件进行拆装实验，进而了解其工作原理及其性能；验证式综合训练型实验主要是搭建液压与气压传动系统的几个典型回路，进行性能验证性实验。因此，在进行“液压与气压传动”实验教学时，教师不能再局限于传统实验台的回路搭接，而应利用现有的仿真软件，拓展实验平台，完成多种多样的综合性的工程实际系统的设计，加强对学生系统设计能力的培养。同时，教师在实验教学过程中，引入工程实际问题，要求学生通过小组分析和讨论，完成解决工程问题的方案设计。通过这种方式，学生的专业能力、个性能力、社会能力和方法能力将得到综合性的训练和培养。例如，在进行系统设计教学时，要求学生设计完成一个实际液压与气压传动控系统，要求学生利用仿真软件，搭接出系统图，并能够完成系统的控制和运行操作。

同时在现有实验条件下，在实验实践考核方式上做一些改进，也可以提高教学效果。例如，最终的实验考核，采用抽签选题，分组搭接的方式。题目从实验项目中提取，只给学生提供所需的液压与气压元件，按要求搭接相应功能的回路。这种带有游戏色彩的考核方式，能让学生避免呆板地应对考试，而体验到考核的挑战性和趣味性。通过题目给出的元件符号，学生选择寻找正确合适的搭接元件进行回路搭接，由此体现学生平时的理论学习和实际动手的成果。

三、结语

从“液压与气压传动”作为一门机电工程学科交叉性应用课程的角度出发，提出在教学内容上从元件设计和系统设计两个方面进行有针对性的优化组织。教学方式上采用“面向问题的学习”教学方式，将工程实例更多引入教学过程，以教会学生掌握系统综合分析与设计为目的，同时开发互动性好的Web平台辅助教学，引导学生带着问题主动学习，这对提高课程的教学质量有积极的作用。

参考文献：

[1]伍红军，罗英姿.交叉学科人才培养的几个理论问题研

究[J].江苏高教，2010，（2）.

[2]张国庆，刘保军.机电工程专业传感器课程的教学探索

与研究[J].课程教育研究，2014，（16）.

[3]李笑，肖体兵，杨雪荣等.液压与气压传动课程体系的改

革与实践[J].中国现代教育装备，2012，（7）.

[4]芮宏斌，周春国，高峰.以“卓越工程师教育培养计划”促

进“液压与气压传动”课程教学改革实践[J].液压与气

动，2012，（6）.

[5]邵波.论应用型本科人才[J].中国大学教学，2014，（5）.