基于《液压气动实训》理虚实一体教学的课程建设研究

2022-09-06欧佳顺谢方平刘金荣殷海眯

时代汽车 2022年17期

欧佳顺谢方平刘金荣殷海眯

1.长沙航空职业技术学院湖南省长沙市 410124 2.湖南农业大学湖南省长沙市 410000

1 研究意义和价值

《液压与气动实训》课程是高等职业院校的专业的核心技能课程，使学生能够能了解液压与气压传动的工作原理，能说明液压元件的分类、原理与特点，使学能正确阅读液压与气压传动的基本回路，能分析典型的液压与气动系统。使学生具备本专业必需的液压与气动设备的维护、操作等知识和基本技能。为今后胜任相关工作岗位及继续学习打下坚实的专业理论基础。

液压气动实训课对现场场景、设备有着严格要求，重点是锻炼学生的动手能力，目前的教学手段、教学方法、教学资源较为单一，液压气动实训仍然是以传统的教学教材为主，主要是以纸质书本、PPT 为媒介传递知识，进行现场教学，优质教材资源建设与开发的有效机制尚未形成。教材资源建设过程中与现代信息技术融合不深入，个体差异针对性弱，教学时间受限制，薄弱知识点暴露不突出等众多缺点。为了能够解决这些，本文将对液压实训课程进行立体化教材建设的研究，通过信息化技术手段教材多元化，层次化、开放化、系统化。注重激发学习者的学习兴趣，提高学生创新能力。这种建设的面向群体开始从高职在校生转向全社会学习者，以满足多样化、个性化、实用化的教学需求，最大限度的满足教学需求、满足教育市场需求。

2 国内外研究现状述评

“立体化教材”，则对接互联网技术并吸收了互联网数字化、多媒体化等优势和特性，在内容呈现方式和产品表现形式上更加丰富多元，既包括文字、插图等静态信息形式，也可以声音、动画、视频、网络流媒体等动态形式呈现，在产品表现形式上，既有纸质媒介形式，也有诸如数字课本、电子教案和 PPT、微课、题库、虚拟仿真平台、学术论坛等数字媒体形式，在表现形式上呈全媒体形态，可以克服学习者在时间和空间上的限制。

国外“立体化教材”的研究较早，发展比较迅速。约翰·威利父子出版公司，在立体化教材建设与研究方面早有建树。1994年，培生公司就已经开始建设数字化学习平台，为了适应信息化背景下的立体化新型学习模式，培生公司积极开发了一系列的学习平台，整合教学资源，包括在线电子教材，为教师开展开放型的教学活动提供网络支待，包括在线发布授课内容，在线布置作业，在线考核和在线跟踪学生学习情况。据统计，国外数字化教材资源建设的项目每年60%以上的速度递增。

国内的立体化教材源于早期的电教教材，立体化教材的建设过程划分为两个阶段，分别是媒体时代和网络时代。1985 年吴活提出“立体型”教材的听、视、说项可同时进行，为培养学生运用外语能力提供广阔的新空间，这是较早对立体化教材建设的研究。李科生以“互联网 +”支持下的“立体化教材”为模式，其开发了“蓝本编写”“ 数字化加工”“互联网试用”三个环节的立体化教材，并最终通过数字课本、电子教案与 PPT、微课、虚拟仿真实验、题库、学术论坛六个模块获得功能实现，较好地满足学生学习的需要。在信息化背高速发展的情况下，利用二维码技术，对课程进行了立体化教材的建设与实践。实践表明，立体化教材能够提高学生的学习积极性，激发实践创新力，有效地提高了实验类课程的教学质量。张晶以MOOC 平台为载体，提出了教材设计一体化、教材内容实践化、教材功能层次化和教材软硬件设施配套化等建议。

根据国内外研究可知，立体化教材在实训课程建设中将是未来的发展趋势，可以有效教、学结合，适应性强，较广的教育价值和市场价值。

3 教材建设与研究

为了能在有限的时间和空间更好的实施《液压与气动实训》课程的“理（理论）—虚（虚拟仿真）—实（实践操作）”教学，提升学生的综合技能，结合国内外外研究现状，本文对《液压与气动实训》课程的教材进行立体化的建设，使得《液压与气动实训》教材更加系统化，主要是从以下几个方面进行建设。

3.1 传统教材的建设

传统的教材是现场教学不可或缺的东西，是学生现场获取知识最直接的传递介质，传统教材主要包括纸质书本、PPT 教学资源、视频。本《液压与气动实训》课程为了能让学生获取知识和技能更加方便，更加容易理解，PPT 教材包含了理论讲解、动画仿真、视频等资源。纸质教材包括通用教材和专用教材，通用教材主要是可以适用多个专业的在校学生或者社会学员学习，比如《液压与气动技术》教材可以适用机电一体化技术、工业机器人、机械制造技术等多个专业的学生，而专用教材则更加具有专业性和针对性，本《液压与气动实训》课程为了能够更好的服务于飞行器制造技术专业的学生实训，编写了《飞机液压与气动技术》教材，主要是通过飞机上的液压气动系统案例，让学生充分理解液压气动技术在飞机上的运用，并学会飞机液压与气动系统的构造，更好为部队培养飞机维护岗位的人才。

为了能够使得实训知识点更加具有针对性，学生学习《液压与气动实训》的知识更好的理解，本课程团队成员根据课程标准和人才培养方案，针对实训课所需要训练的实训项目，有针对性的编写了《液压与气动实训指导书》。本书本包括液压系统的安装与调试和气压系统的安装与调试两个模块，每个模块下包括了对应实训台的介绍和操作、相关项目回路装调，如液压系统的安装与调试模块包含了液压设备的简介与基本操作、自动连续换向回路装调、差动连接工作进给快速回路装调等知识。本书将液压气动基本理论知识、元器件的选用和图形符号的认识融入项目中，实训项目的详细讲解及操作流程等方面。元器件的认识主要是介绍本实训项目所用的液压气动元件，实训项目操作流程详细介绍了每个项目的操作流程、注意事项，避免学生在操作过程发生事故，提高学生液压气动回路装调的正确率。通过本书的学习，要求学生能够掌握液压元件的安装方法及注意事项，能够安装液压系统，掌握液压系统的调试方法，能正确调试简单的液压系统，了解液压系统的日常使用、维护和保养。

3.2 大学慕课精品课程建设

为了克服学生在空间和时间上的学习限制，本课程在中国慕课平台上搭建了省级在线精品课程《液压与气动技术》，优点是地点随机性，优质的学习资源可以不受区域限制进行共享，时间随机性，学生可以更加方便管理自己的学习时间。本在线课程资源包括优质的视频教学，教学知识点形象深度，校内外的学生对理论知识的获取更加容易理解，为后续实训课程打下扎实的基础。大学慕课平台可以建设讨论区，老师和学生可以在课后对所学的知识点重难点进行讨论，充分调动学生对思考问题的积极性。慕课平台可以建设班级管理，通过建立班级对学生的学习情况进行可视化、信息化、精准化学习管理。如在线班级考勤、学习任务的发布、视频学习情况及单元考核，通过后台数据在线分析，可以看出哪些学生完成了布置任务情况、考核结果情况，通过分析可以确定重难点，可作为后续线下教学的学情分析，从而调整教学策略，实现因材施教，提高学生的学习成绩。《液压与气动技术》在线精品课程已经开通6 期，随着资源不断改善，研究发现学生的成绩逐步提升，整体合格率达到95%以上。

3.3 数字化工卡平台建设

随着工业的信息化和智能化迅猛发展，产业面临转型升级，影响着工业生产方式。高等职业教育的实践教学模式、教学管理模式对人才培养质量的提高起到了不可忽视的作用，实训教学应该要与当代社会经济发展需求紧密联，需要不断借鉴学习企业的先进技术与管理经验，不断创新与改革实践教学内容和实践教学模式。为了能够在《液压与气动实训》教学中，对接企业生产过程，使得课程实训内容指标化、步骤程序化、考核数据化，本课程将模拟企业生产过程，根据信息化时代与职业教育实践教学本身的需求引入了数字化工卡制度。如以慢进快退气动回路装调项目为例，首先学生确定实训项目后，第一步需要检查设备、元器件和工具是否正常，并在工卡上填写检查情况和上传照片；第二步需要确定本装调项目所需要的工具和气动元器件的类型和数量，本项目所需要的气动元件有气动三联件1 个、二位三通手拉阀1 个、二位三通行程阀1 个、三位五通双气控换向阀1 个、快速排气阀1 个、单向节流阀1 个、双作用气缸1 个，将这些名称和数量填写到工卡上，选出来来的元器件拍照上传到工卡，以便老师检查元器件是否选择正确。第三步则是进行功能测试，对所调试的相关参数填写到工卡上。第四步则是功能测试，学生提交功能测试确认后，教师则通过工卡平台知道谁已经完成，并到对应的工位进行线下检查考核。第五步，项目完成后需要进行6S 管理，学生需要将元器件和工具归类整理摆放，并将整理好的东西拍照上传到工卡上。

通过《液压与气动实训》课程数字化工卡的应用，使学生掌握了生产过程中的信息化手段，实训操作过程更加规范，步骤程序化，明显较少了学生平时实训操作的错误率，老师同时通过数字化工卡平台的数据分析，可以有效发现学生在操作过程中的错误，并针对突出问题制定相关教学策略。

3.4 液压气动回路虚拟仿真建设

液压气动虚拟仿真软件可以根据实际情况搭建液压气动回路及其控制电路，参数设定，进行工况模拟测试，以在进行实际液压气动回路装调前进行理论验证和仿真测试，使得学生掌握液压气动元件的选用、参数调节及提升液压气动元件在回路中应用的理解，提高成功率，降低风险。为了提升学生对液压气动回路的理解及元器件在回路中的作用，结合实训条件及方便学生学习和操作性，本课程建设以FluidSIM 软件为载体建设了仿真实训台，FluidSIM 软件是一款专为机电行业打造的电动液压气动仿真系统。通过Fluidsim 软件学生可以创造、模拟、说明、学习气压传动、回路图等，仿真整个过程，方便学员学习。以图1 慢进快退气动回路为例，学生在使用本软件时具备图形符号的识别能力，并正确选用气动元器件。模型建好以后，对相关元器件的参数进行调整，如气动三联件的气压调整为4bar，单向节流阀的开口50%，参数调整好后进行启动仿真以模拟实际装调，作为验证实际实训装调前的验证。通过本仿真的运用，可以加深学生对元器件在实际回路中应用的理解和功能实现的理解。

图1 慢进快退气动回路

3.5 VR 虚拟仿真教材的建设

VR 虚拟现实技术作为一种具有颠覆性的科技手段，可以模拟全真的虚拟环境，让学生沉浸式交互体验超大型教学设备、各种实验现场，可以让学生体验到在真实生活中是无法感受到的场景。本课程建立了《液压与气动实训》VR 虚拟仿真平台，通过建立常用液压气动实训所用的元器件三维模型，装配模型，让学生在虚拟仿真平台中，从不同角度了解元器件的构成和装配，深刻理解液压气动元件的组成结构、工作原理，为学生在今后在拆装维护液压气动元器件打下坚实的基础。