中美《液压与气压传动》课程教学的差异

上官倩芡，张鼎逆，杨晔

（上海师范大学信息与机电工程学院，上海201418）

中美《液压与气压传动》课程教学的差异

上官倩芡，张鼎逆，杨晔

（上海师范大学信息与机电工程学院，上海201418）

《液压与气压传动》课程是机械专业本科生一门重要的基础课程。但是，中美大学在该课程的教学过程中教学内容、教学方式以及实践环节等方面都存在一定的差异，这些差异为我国高校工科专业《液压与气压传动》课程的改革和创新指出了一个方向。

液压与气动；课程改革；中外合作办学

由教育部批准，上海师范大学信息与机电工程学院机械设计制造及其自动化专业与美国代顿大学以3+1模式联合培养现代制造工程方向的本科生。目前，该项目已有十三届学生毕业并踏上工作岗位。

《液压与气压传动》课程作为一门重要的专业基础课在“机械设计制造及其自动化”专业学生培养中占有重要的地位。为了提高我院合作化办学的教学水平，增强教师对国外的教育理念、课堂教学模式的学习和了解，一方面引进国外具有丰富教学经验的教师为本科三年级学生主讲该门课程，另一方面选派优秀青年教师赴代顿大学进行观摩和学习。在近几年的引进和学习美国《液压与气压传动》课程资源的过程中发现，虽然该课程同样都是机械工程类本科生的一门重要的专业基础课，但美方的教学过程与我们相比存在着一系列的差异，主要表现在教学内容、教学方式以及实践性环节等几个方面。

1 根据学生不同的培养层次选择不同的教学内容

在美国的工科类大学中，机械工程专业分为三个不同的培养层次。第一个层次称为Mechanical Engineering，主要培养能够从事机械领域设计、计算和研发的工程师，因此在教学内容上重点突出相关的理论、设计及计算。就《液压与气压传动》课程而言，该层次的教学内容涵盖了流体力学的基础知识、液压系统的摩擦能量损失、各类液压元件的介绍、液压基本回路的设计分析、液压系统的维护、气动元件与系统、液压与气压回路的基本电气控制、液压与气压回路的逻辑控制系统、伺服控制以及可编程控制等。各章节的教学中都强调学生要掌握相应的计算和设计的内容。第二个层次称为Mechanical Engineering and Technology，主要培养机械工程相关领域内设计制造及应用研究的工程技术人才，因此该层次的教学更注重培养学生的应用能力。与第一个培养层次相比，在《液压与气压传动》课程中这一层次的教学内容首先取消了连续性方程、能量方程、动量方程等流体力学基础知识，而代之以液压油的物理特性；其次取消了回路电控部分的介绍；此外，在各个章节中也不再大量强调计算和设计的内容，而重点改为对基本原理的理解。第三个层次称为Manufacturing and Technology，主要培养机械制造领域的应用型高级人才。在《液压与气压传动》课程教学中，这一层次的教学内容选择上与第二层次类似，但在教学过程中更突出了实用性。比如，每位学生除了教材外还必须配备一本某液压元件生产公司出版的液压系统数据手册。手册中主要介绍公司生产的各种液压元件的尺寸及性能参数。教师在课堂教学中除了讲解元件的工作原理，还要根据手册所列的内容告诉学生如何选择适合参数的元件。这样，学生在学习过程中就熟悉了工程中各类液压元件的参数和选择，有利于他们毕业后能较快地进一步掌握这些元件的实际应用。这种根据不同培养层次而采取不同教学内容的模式，使美方《液压与气压传动》课程的教学具有了很强的针对性和实用性。

2 注重形象教学，注重课堂上与学生的互动与沟通

在多年从事《液压与气压传动》课程教学的过程中，发现历届学生都反映对液压系统的基本工作原理以及部分液压元件的结构和工作原理感到费解，因为教材在介绍上述内容时不是枯燥的文字说明就是平面的结构示意图，学生很难与具体实物建立起联系。而通过与美方相关教师的交流，我们了解到为解决这一问题，美方在教学中主要采用了以下几种方法：

（1）在教材上以形象的图形来代替枯燥的文字说明。比如，在阐述液压系统的压力、作用面积和输出力之间的关系时，美方教材中就采用了图1所示的金字塔形的图形来表述[1]：

图1 液压系统中压力、作用面积及输出力关系示意图

这样，学生就可以一目了然地理解并清晰的记住这三个参数间的互相关系。再比如为了让学生理解液压系统中进油路是高压油液、回油路是低压油液，美方教材上往往把系统图中进油管路涂成红色、回油管路涂成蓝色以清晰地加以区分。此外，为了便于学生理解，美方教材在介绍液压元件的结构时尽量采用立体加剖视的图形。比如图2所示的液压缸工作原理示意图[1]以及图3所示的油箱结构示意图[1]，可以把液压元件立体、形象地展示给学生，以便于学生理解。

图2 液压缸工作原理图

图3 油箱结构示意图

（2）利用动画或实物进行辅助教学。为了便于学生理解液压泵、液压缸等典型液压元件的工作原理，美方教师还采用动画的方式展示这些元件的运动过程。这些动画有来的源于液压技术相关的网站，有的来源于液压元件生产厂的培训材料。在课堂上教师往往把这些网站的信息公布出来，并要求学生自己去下载或查找相关资料以加深理解。由于气动元件往往比液压元件体积小、重量轻，在气动部分的教学中，教师直接选择一些便于携带的元件（如气缸、各种控制阀等）在课堂上进行实物教学。在介绍了这些元件的结构和原理后，还把这些实物在全班学生中传阅，以保证每位同学都能切实理解所讲解的内容。

除了采用上述形象生动的方式增强教学效果外，美方教师还非常注重教学过程中与学生的交流和沟通，以营造一个轻松、愉快、平等的学习氛围。比如，上课前有的教师会在衣服口袋中放一些糖果。课堂上提问时，如果有同学回答正确，教师立即掏出一颗糖果并扔给这位同学以资鼓励。此外，教师还经常在课堂上开一些小小的玩笑，以活跃气氛并使学生得到短暂的放松。在这样愉快的气氛中学生的学习兴趣、学习热情以及理解能力都能得到提高，自然也就提高了教师的教学效果。

3 注重培养学生的实践能力和独立思考能力

与我方理论课教师只负责课堂教学、实验员负责实验教学不同，美方的理论教学和实验教学往往由同一位教师担任。这种教学模式的优点在于可以有效避免理论课程和实验课程的脱节，任课教师可以控制整个教学过程。在对代顿大学Mechanical Engineering and Technology专业《液压与气压传动》课程的观摩过程中发现，整门课程大约有一半的课时是在实验室中进行的。特别是在液压基本回路部分，教师一面在实验室中搭建回路，一面向同学们讲解原理，最后还要求每组同学都动手搭建能完成一定功能的液压回路。这种理论教学和实验教学相结合的模式既可以有效加深学生对书本知识的理解，又可增强学生的动手能力，同时还大大提高了教学效率。此外，美方还利用一些设计软件来提高学生的实际应用能力。比如在代顿大学Mechanical Engineering and Technology专业有一间专门的电脑设计实验室，在该实验室的每台电脑中都安装了一个液压系统设计软件。学生可根据实际工况设计一个回路，并利用这个软件模拟回路的工作过程，观察油液的流动情况以及执行元件的运动方向等。这个实验室是对本专业所有学生开放的，学生可以随时到实验室中进行模拟设计。

美方教师在教学过程中还非常注意课后作业的布置，这些课后作业有的是章节后的习题，有的则是调查报告。比如，教师经常会布置一些叫做Project的课后作业，有的要求大家举几个液压系统典型的应用实例，有的则要求谈谈液压系统的未来发展趋势。这些作业看起来不难，但学生必须自己去图书馆或网上查资料才能回答，这样就可以有效培养学生独立查阅资料、思考问题、解决问题的能力。

通过中美《液压与气压传动》课程教学方式的比较，发现在中外合作办学中引进外国优质教育资源，通过借鉴和学习外国教育机构的教育理念、教学方法、办学特色和成功经验，可以有效推动国内教学模式的改革和创新[2-5]。通过三年多的努力，《液压与气压传动》教研组确立了吸收国内外先进的教学模式，以培养学生的创造性思维能力和解决实际问题的能力为指导思想，提高学生综合素质和能力为目标的课程建设思路，并已完成了课程大纲和实践性环节的修订和创新工作。预计经过建设和改革可使我校合作办学专业《液压与气压传动》课程教学迈上一个新台阶。

[1]Ken Dulinski，Rod Erickson.Industrial Hydraulics Manual [M].Eaton Fluid Power Training，2007.

[2]王小萍，黄春，李昭鸿，等.《液压与气动》课程的工学结合教学改革的探讨[J].装备制造技术，2014（9）：271-272.

[3]杨红艳，雷秀，那日苏，等.以课程设计、毕业设计为延伸提高液压与气压传动课程教学质量的探索与实践[J].内蒙古师范大学学报（教育科学版），2013，26（1）：135-137.

[4]范莉.液压与气压传动课程建设的探索[J].液压气动与密封，2013（6）：1-2.

[5]胡少刚，徐建方，吴小锋.“液压与气压传动”精品课程建设的实践[J].常州工学院学报，2014，27（3）：78-81.

Differences in Fluid Power Course Teaching Between Chinese and American Universities

SHANGGUAN Qian-qian，ZHANG Ding-ni，YANG Ye
（College of Information，Mechanical and Electronic Engineering，Shanghai Normal University，Shanghai 201418，China）

s：Fluid power is a very important course for students in mechanical engineering.However，there are differences in main content，method and lab class of the course teaching between chinese and american universities.These differences might be a direction for curriculum revolution of fluid power in engineering majors of chinese universities.

fluid power；curriculum revolution；sino-foreign educational cooperation

G642.4

A < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0239-03

上海师范大学校级科研项目（项目编号：SK201509）；上海高校青年教师培养自助计划项目

上官倩芡（1974-），女，河南人，博士，副教授，主要从事《液压与气压传动》等课程教学工作；张鼎逆（1983-），男，江苏人，博士，讲师，主要从事《机械制造装备设计》等课程教学工作；杨晔（1986-），男，上海人，博士，讲师，主要从事《机械制造技术基础》等课程教学工作。