液压与气压传动课程实验教学的改革与实施

2017-09-08潘静

辽宁工业大学学报(社会科学版) 2017年4期

潘静

液压与气压传动课程实验教学的改革与实施

潘静

(辽宁工业大学机械工程与自动化学院，辽宁锦州 121001)

为了提高学生的工程实践能力和创新能力，针对液压与气压传动这门课的特点，结合我校具体情况，对本门课的实验教学进行了改革。改革的内容包括实验目的与要求、实验内容、实验教学方法与教学手段、实验考核方式及成绩评定几个方面，通过改革激发了学生的学习兴趣，加深了学生对理论教学内容的理解，提高了学生的工程实践能力。结果证明改革后的实验教学取得了很好的教学效果。

液压与气压传动；实验教学；改革；实践能力

液压与气压传动因其具有显著的技术特点而被广泛应用于各种机床、工程机械、冶金机械、包装机械、汽车、船舶、航空航天等领域，是实现工业自动化的重要手段之一，具有实践性强、与生产实际联系紧密的特点[1]。高等学校机械类专业的学生通过本门课的学习，应该掌握各元件的结构特点及工作原理；具有根据工程实际要求设计液压与气压系统，并对设计的系统进行全面分析的能力；具有正确安装、调试、维护系统的能力；具有诊断和排出系统常见故障的能力[2]。这些能力的培养需要大量的实践环节，因此改革现有实验教学环节，提高学生的工程实践能力和创新能力是非常必要的。

一、实验目的与要求的改革

高校培养人才的理念已经由知识型、应试型向能力型、应用型转变，因此加强实验教学，使理论内容与实践技能有机地结合，提高学生的工程实践能力显得尤为重要。液压与气压传动这门课实验的目的是加深学生对理论知识的理解、提高学生的动手能力、培养学生分析问题和解决工程实际问题的能力。液压与气压传动的最大缺点是系统出现故障后很难对故障进行诊断，而解决这一问题的关键是要求技术人员具有非常丰富的实践经验，这就要求在实验的过程中培养学生这方面的能力。例如在液压元件拆装实验中，要求学生不仅掌握液压元件的结构组成及工作原理，还要学会分析元件在使用过程中会出现哪些问题，出现问题后会产生哪些危害，采取哪些措施可以解决这些问题等。

二、实验内容的改革

现有的实验内容包括压力形成、液压泵性能、液压元件拆装三个验证性实验、一个节流调速回路性能综合性实验和一个液压回路设计性实验。其中验证性实验偏多，而验证性实验由于实验指导书中实验步骤写的比较详细，学生只要按照实验指导书中的实验步骤进行操作就可以完成实验，学生分析问题、解决问题的能力以及创新能力都无法得到提高[3]。因此在实验学时不变的情况下，将压力形成和液压泵性能两个验证性实验改成气压回路设计实验，该实验的主要内容是学生根据设备的动作要求自己设计气压系统原理图，选择气压元件及控制元件，到实验台上搭接回路，并进行调试完成其功能。可见设计性实验对学生的分析能力、设计能力、动手操作能力及解决问题的能力都有提高。

三、实验室建设

实验内容改革后，新增了气压回路设计实验，因此学校购买了3台TC-QP01型双面气动PLC控制综合教学实验台，该实验设备中所有元件均为工程实体件，除了可以进行常规的气动基本控制回路实验外，还可以进行模拟气动控制技术应用实验，气动技术课程设计、毕业设计、创新性项目等。由于实验台套数较多，因此每组人数可为2~3人，使每名学生在实验过程中都能动手操作，提高实践能力。由于现有的液压回路设计实验台的台套数较少，又购买了两台CQYZ-A2型双面创新设计实验台，这种实验台主要由透明液压元件、快换接头与透明软管组成，可以方便地进行常用的液压基本回路的实验。在实验过程中，可以直观了解液压元件的内部结构、工作过程、控制原理及流动状态。

四、实验教学方法和手段的改革

好的教学方法和教学手段对教学质量的提高是非常重要的，它不仅可以激发学生的学习兴趣，调动学生的学习主动性，而且可以使学生的主体作用得到充分展示，从而提高教学效果。对于实验教学更应该针对不同的实验内容采用不同的教学方法和教学手段。

（一）验证性实验

实验内容改革后只有液压元件拆装实验为验证性实验，因此以该实验为例介绍教学方法和教学手段是如何改革的。传统的教学方法是先由指导教师讲解实验目的、实验要求、实验内容，然后由学生动手进行拆装。这种教学方法导致一部分学生在实验过程中态度不认真，只是机械地拆装，了解一下元件的结构组成，根本没有认真思考元件中各个零部件的结构特点及作用、零件间的配合关系、元件的安装形式、元件在使用过程中会出现哪些问题、如何解决这些问题等。为了激发学生的学习兴趣，调动学生的积极性，发挥学生的主体作用，我们对传统的教学方法进行了改革。实验开始由教师简单介绍实验的目的和实验过程中应该注意的问题，并提出一些问题，要求学生带着问题进行拆装，然后由学生动手拆元件，在元件进行装配之前，教师会对每一名学生随机提出两个问题，例如双作用叶片泵与单作用叶片泵在结构上有什么不同，双作用叶片泵配油盘上有四个配油窗口，其中有两个配油窗口带有三角沟槽，三角沟槽的作用是什么，在使用时应与吸油口相通还是与压油口相通等。根据学生回答情况现场给出成绩，该成绩占这个实验成绩的60%，如果问题回答得不好，会使这个实验的成绩很低，因此学生在实验过程中都能认真对待，而且对于回答不正确的问题，还能当场解决，加深对问题的理解，真正做到理论与实践紧密结合。

（二）综合性实验

节流调速回路性能实验为综合性实验。传统的教学方法是先由指导教师讲解实验目的、实验内容、实验原理，并在实验台上演示实验步骤，然后学生就开始实验，实验过程中同一组学生分工明确，有读实验步骤的、有进行操作的、有读数的、有记录的，实验很快就完成了【4】。这种教学方法导致学生就是实验设备的操作者和记录员，对实验内容根本没理解，导致学生在进行数据处理和分析时出现问题，不会解决。为了加深学生对实验内容的理解，提高学生动手能力、分析问题和解决问题的能力，将过去完全由教师讲解改为教师提问学生回答的方式，这样不但可以检验学生的预习情况，还可以使学生积极思考，加深对问题的理解。例如在介绍工作原理时，提出进口、出口和旁口节流调速回路中溢流阀所起到的作用是否相同，三种回路的优缺点及应用场合等问题。实验过程中，也要提出一些问题，如在启动液压泵前为什么要将溢流阀和节流阀的阀口完全打开、阀口完全打开后，压力表上的读数为什么不为零、空载时出口节流调速回路有杆腔的压力为什么会比无杆腔的压力高等问题，提高学生解决工程实际问题的能力。

（三）设计性实验

设计性实验与验证性实验和综合性实验的区别在于整个实验完全由学生自己完成，教师只起到辅助作用，例如做好实验前的准备工作，保证设备及元件的正常运行，在实验过程中根据实验情况提出一些问题，来检查学生对实验的理解及掌握情况【5】。现以一设计题目为例来说明设计性实验的实验内容。要求利用两位两通电磁换向阀和节流阀来设计一回路，实现“快进—慢进—快退—停止并卸荷”动作循环，快进和慢进的切换通过行程开关实现，泵卸荷方式采用阀的中位机能来实现。学生得到题目后，首先要对题目要求进行认真的分析，通过查阅资料确定合理的设计方案，再绘制出原理图及电磁动作顺序表，拟定出实验步骤。为了充分利用实验资源，提高实验效率，这部分内容由学生利用课下时间完成。回路设计好后，到实验室选出元件，在实验台上进行回路搭接，并进行调试，调试过程中，会出现各种问题，有的是设计的回路有问题，有的是调试过程中操作有问题。例如泵启动后，液压缸不动，导致液压缸不动的原因可能是在设计回路时忘了在泵的出口安装溢流阀，也可能是虽然安装了溢流阀，但并没有调定溢流阀的最大开启压力值，两种情况都会出现回路压力低，不能使液压缸驱动外负载动作，因此需要在调试过程中将问题解决，最终实现回路的功能。回路调试成功后要记录实验现象及数据，根据实验现象及数据对设计的回路进行分析并得出结论。通过这个例子可以看出，设计性实验可以培养学生查阅资料的能力、综合分析问题的能力、绘制原理图的能力、动手操作的能力、故障分析及调试能力，使学生将所学到的理论知识真正应用到工程实践当中。

五、考核方法及成绩评定改革

传统的实验成绩评定是根据最终上交的实验报告情况给出成绩，这种成绩评定办法不合理，因为每个实验都是按小组进行的，一组同学的实验报告基本一致，没有办法进行成绩分档，如果非要分出成绩的高低，只能通过实验报告的书写情况给出不同的成绩，这种做法导致实验过程中态度不认真的同学因为报告字迹工整，格式规范获得高分，使成绩评定不合理。为了制定科学合理的实验考核办法，可以公正客观、真实有效地评价学生的实验成绩，本门课的实验在实验成绩评定中兼顾了实验课教学内容的各个方面。我们把实验课的成绩分为课上的考查与课下实验报告结合起来的方法，课上考核的内容包括考勤、预习、技能、实验安全、提问时回答问题情况、实验过程中表现情况[6]。实验报告的评定内容包括报告书写层次、数据分析、处理办法、结论是否正确。由于实验类型不同，每个实验考核的内容及考核重点也不相同。因此每个实验都有一张考核表，考核表里面有对本次实验进行考核的内容，每一项内容都有对应的评分标准，而且课上考核部分现场给出成绩，做到让学生认可。每个实验采用百分制的形式，最后取四个实验的平均值，占本课程的百分之15%，计入期末考试成绩当中[6]。

表1为节流调速回路性能实验的实验评分标准考核表。