信息化背景下“液压气压传动技术”课程教学改革与实践＊

2022-03-14余晓新陈广胜

科技与创新 2022年5期

余晓新，陈广胜

（清远职业技术学院，广东清远511510）

1 研究背景

职业教育信息化是培养高素质劳动者和技能型人才的重要支撑，通过信息化技术可促进人才培养模式改革，改造传统教育教学，支撑高素质技能型人才培养。当前，5G技术的发展，各种信息技术如雨后春笋般出现，为职业教育信息化提供了条件。因此在信息化大背景下，如何在教学改革过程中合理融合信息化技术，提高教学效率和质量，是当前职业教育要面对的重要课题。

“液压气压传动技术”是高职机电类专业的一门专业课，是实现机电设备自动化控制的重要手段之一，在机械制造装备等行业中得到广泛的应用[1]。课程的主要内容为：液压与气压系统的组成及流体力学基本知识、液压与气压动力元件、液压与气压执行元件、液压与气压控制元件、液压与气压辅助元件和液压与气压系统典型回路的分析。该课程内容多、理论性较强，传统的教学方法是教师先利用PPT讲解理论知识，然后布置操作任务，学生在实验平台上进行操作练习，这种教学方法使理论与实践脱节，学生在学习过程中不能充分理解并应用理论知识解决实操中遇到的问题，学习积极性不高，整体教学效果较差，因此急需对课堂进行教学改革[2]。

FluidSIM是由德国FESTO公司和Paderborn大学联合开发，主要用于各种液压与气压回路的设计及仿真，是专门用于液压与气压传动教学的信息化软件。该软件由液压和气压2部分组成，其图库有100多种元件，主要有液压与气压元件、电气开关元件、传统继电器元件和通信元件等，能满足液气压及其电气回路的设计需要；软件操作界面直观，易于学习，操作时只需用鼠标将图库中的所需的元件符号拖至绘图区，并连接各元件的连接点，即可形成液气压或电气回路；软件有简单的自动查错功能，在绘图过程中，能自动检查元件之间的连接是否正确，避免出现设计错误；软件具有仿真操作功能，通过仿真能动态查看回路是否符合设计要求。利用该软件功能并结合当前高校正在广泛使用的超星学习通平台，可以完美实现理论与实操教学的无缝对接，开展理虚实一体化教学[3]。

根据以上所述，现以项目化教学思路，对“液压与气压传动技术”的课程内容进行整合，在教学中应用FluidSIM仿真软件，同时结合实验平台和超星学习通平台上的资源进行理虚实一体的教学改革。

2 课程整体教学设计

2.1 设计的基本思路

本课程的设计思路是以学生为中心，教、学、做合一的教学模式，实施课前、课中、课后的教学组织形式，构建理、虚、实三位一体的多维课堂，教学过程融入课程思政要素，培养学生认真细致的工匠精神，注重安全操作、精益求精的职业素养[4]，具体改革的路线如图1所示。

图1 课程改革的路线

2.2 教学方法

为有效解决课程教学内容中的重难点，确保最终达成教学目标，使学生顺利完成课程项目，把教学过程划分为3阶段，第一阶段组织和自我组织学习认识活动，第二阶段激发学习和形成学习动机，第三阶段检查和自我检查教学效果的方法。分别采用如下的教学方法：①借助“超星学习平台”进行任务驱动式教学，采用信息技术实现理论和实践的融合；②以小组合作组织教学，通过合作自习、讨论研究、分组实施等教学步骤，开展课程教学，组内取长补短、共同学习、共同进步；③以仿真软件、设备模型和AR技术开启触觉感知，采用“以学生为主体，以教师为主导”的线上线下混合式教学方法。

2.3 整体教学内容设计

按照课程设计的基本思路，将内容分为液压与气压2个模块，课程的整体教学设计如图2所示。

图2 课程的整体教学设计

3 具体教学任务实施

现以方向控制回路的设计任务为例阐述教学任务的实施，方向控制回路是液压控制系统中最基本的回路，其主要功能是控制系统执行元件的换向和启停。本次课通过液压方向控制回路的设计使学生能掌握常见换向阀的工作原理及应用；能够根据任务要求进行液压换向回路和电气回路的设计；能够在实验平台上搭建所设计回路并进行调试。本次课共4学时，上课场地为液气压一体化教室，团队人数为3人，按照一体化及任务驱动的理念，教学过程主要由课前探索、课中导学、课后拓展3个部分组成。

3.1 课前探索

学生观看超星平台上发布的FluidSIM软件的操作方法和方向控制阀工作原理及应用2个视频，并完成课前作业。教师通过超星学习平台查看和展示学生在线测验的成绩，根据平台上的提问与学生线上交流，了解学生课前的学习情况，根据任务要求，理清教学重难点，为上课作好准备。

3.2 课中导学

教师发布任务，具体要求为以下2点：①应用FluidSIM软件设计仿真一单缸液压回路，当液压缸处于原始位置时，按下启动按钮，缸开始向右运动，停留5 s后，液压缸开始自动向左返回，液压缸回到左端后，停止运行，液压泵处于卸荷状态，再次按下启动按钮，将重复上述运动；②仿真结果通过后，根据FluidSIM所设计的液压和电气回路方案，在液压实操平台上进行液压回路和电气控制回路的连接与调试实战，记录实战过程，完成实验报告，根据实操平台上的回路装调情况进行任务考核。

3.2.1 任务分析

根据学情与课前学习情况，分析本任务难点是根据任务要求选择合适的液压和电气元件，设计出合理的液压和电气控制回路，同时自行能解决回路设计和连接调试中遇到的问题。学生突破任务难点的方法主要有2点：①在理解换向阀的工作原理及应用后，根据任务要求，应用FluidSIM仿真软件以团队形式进行液压和电气回路的初步设计，通过仿真分析，有针对性解决设计中存在的问题；②完成设计后，学生们需认真观看超星网络平台发布的实验平台的接线方法和安全操作规范等视频，观看完相关视频并完成回路设计仿真的同学可打印图纸，进行液压与电气回路的连接和调试。

在以上2个过程中，教师可通过FluidSIM仿真、师生互动和超星平台视频资源引导学生解决回路连接调试中存在的问题，完善设计图纸和实验平台的连接调试结果。

3.2.2 重点知识讲解

根据任务分析，单元内容的重点是换向阀的工作原理，主要涉及位的概念、通的概念、换向阀的控制方式以及三位阀的中位机能等。该部分知识传统教学是通过PPT讲解，图片的展示等方式进行，由于教学过程知识点的讲解是静态和分散的，学生听完后处于云里雾里状态，对概念依然不清晰，符号看不懂，知识的具体应用不明确。现根据本次课的教学内容，通过应用FluidSIM仿真软件搭建如图3所示不同换向阀控制的换向回路和电磁阀电气控制回路，在教学过程通过仿真展示不同换向回路的工作情况，演示讲解如下知识：①让学生清晰理解换向阀的位和通的概念、三位阀的中位机能和弹簧的复位功能等；②明白换向阀的手动、机动、电磁和液动等控制方式；③根据工作原理记住各种常见换向阀图形符号；④电气回路元件（电源、开关、传感器）的选用，电磁阀的电气控制方式等。

图3 换向控制回路

3.2.3 任务实战

学生按要求分成若干小组，小组成员集体讨论任务的液压回路和电气原理图的设计方案，并应用FluidSIM软件进行设计仿真，由仿真中出现的问题不断完善原理图的设计。在完成仿真操作后，学生在实操平台上进行液压和电气回路的实战装调，集体讨论解决可能出现的电气装调存在问题，并记录解决方法。实战操作时学生需遵守设备和电工操作规程、且接线规范美观。

3.2.4 任务考核

本任务主要以学生为中心，以小组合作完成，其考核涉及任务完成的质量与效果，学生纪律、资料的查询与应用等，考核同时融入学生的团队合作、安全生产、精益求精和大国工匠等课程思政要素，具体考核指标如表1所示。

表1 任务过程考核表

4 教学反思

通过课程学习，学生已掌握液压换向回路和电工基本知识，可以进行常规液压与电气回路的装调，但是对回路设计的安全、经济和合理性等考虑欠缺，需加强液压与电路设计工艺方面知识。在液压与电气装调实战中，学生需贯彻安全操作，布线美观要求，因此在整个过程要按照行业的规范，注重培养学生严谨的工作态度，形成良好的职业素养。