“互联网+”CDIO教学模式应用性教学研究
——以液压与气压传动技术课程为例
2022-11-10朱敬花汪小涵
朱敬花 汪小涵 庄 燕
(九州职业技术学院机电学院,江苏 徐州 221000)
0 引言
在高等教育大众化背景下,高职学生普遍文化基础差,学生的综合素质也普遍偏低;在课堂教学的过程中,很多教师依然以“自我”为中心,同时也未将激发学生的学习能力、学习兴趣和提升学生的综合素质能力融入教学中。而CDIO工程教育模式在一定程度上解决了这一问题,CDIO教学模式是由世界知名大学(美国麻省理工学院和瑞典皇家理工学院)经多年实践探索共同提出的一种全新的工程教育理念和教学应用模式。基于高职机电类学生教育教学理念,采用“互联网+”背景下CDIO教学模式,将传统教学方式与现代信息网络教学进行有机整合,提高学生学习积极性的同时,可有效提升教学效果。
1 教学现状分析
节流调速回路中液压缸(也称液压执行元件)运动速度的调节是通过改变控制回路中节流阀和调速阀通流截面积的大小来实现的。根据回路中节流阀安放位置的不同将节流调速回路分为了三种形式:进油路节流调速回路、回油路节流调速回路以及旁路节流调速回路。教材在分析这三种回路的性能特点时,利用作用在活塞上的力平衡方程,得出节流阀两端的压力差和进入到液压缸的流量,计算出活塞的运动速度,得出调速回路的速度—负载特性方程画出回路的负载特性曲线,继而总结出调速回路的调速特点。对于高职机电类学生来说,这种结论性的推导,理论性太强,由于基础知识比较薄弱,很多同学对于该部分内容理解起来很困难,甚至有些同学不理解。
2 教学应用研究
在“互联网+”背景下利用CDIO教学模式依托学习通教学平台,借助FluidSIM-H液压虚拟仿真软件,将课堂教学实施分为课前启化——“自主学习,发现问题”、课中内化——“技能应用,解决问题”、课后转化——“巩固提高,拓展应用”三个部分。旨在提高学生的学习兴趣,激发学生作为学习主体的主观能动性与创造性。下面以节流调速回路为例介绍具体实施过程。
2.1 课前启化
教师通过学习通发布课前学习资料和学习任务,要求掌握节流阀、调速阀的工作过程和性能特性;能够分析各种调速控制回路的控制原理、回路性能特点等;能够搭建速度控制基本回路。教师后台实时跟踪学生学习资料的完成情况,根据学生提交的作业和问题点进行点评,同时对问题点进行汇总,修改教案,优化教学流程。
2.2 课中内化
2.2.1 预新知
教师展示学生提交作业情况,小组之间相互解决问题,教师进行点评总结。
2.2.2 概念分析
节流阀在回路中的安放位置决定了节流调速的三种回路形式。
教师发布任务工单,如图1所示。
要求:将搭建好的回路图和数据表格上传学习通。
接到任务后学生以小组为单位进行分析讨论,并将搭建好的三种节流调速回路上传学习平台,教师进行点评的基础上对调速的结构、原理进行设疑分析。节流调速回路如图1所示。
图1 进油、旁路和回油三种节流调速回路结构图
2.2.3 数据分析
学生在教师的引导下对所采集到的数据进行列表分析。
以表1数据显示为例对采集到的数据进行详细分析:在节流阀开度为0时,无论所加负载如何变化,活塞杆速度始终为0;开度为10%~50%时,负载增大,活塞杆速度变化很小;开度为70%~100%时,随着所加负载的增大速度反而变小;开度为100%时,负载在0~850 N时,速度没有变化,超过850N时,速度开始下降;对表中数据进行竖向比较,液压缸所加负载一定时,随着节流阀开度的增加,活塞杆的速度也在增加。表2、表3数据分析类似。
表1 进油节流调速回路
表2 旁路节流调速回路
表3 回油节流调速回路
2.2.4 结论分析
通过学生讨论,教师进行结论汇总。结合三组统计数据,得出三种节流调速控制回路的相同点是:节流阀开口度一定时,液压缸所加负载大小与活塞的运行速度成反比,并且受负载的变化影响较小。
不同点是:当节流阀的开口度和液压缸所加的负载一致时,进油节流调速回路中活塞的运行速度最小,回油节流调速回路的次之,旁路节流调速回路的速度最大。
2.2.5 原因分析
学生进行讨论后,教师进行汇总分析。
造成这种差异性的主要原因是基于小孔流量特性所导致的节流阀前后压差不同,致使液压缸活塞杆运行速度不稳定。
当液压缸所加负载一定时,进油节流调速回路和回油节流调速回路中执行元件的运行速度差别很小,并且节流阀开口度越大,运行速度就越大,这是由于在这两种回路中,通过节流阀的流量为进入或是流出液压缸的流量,就决定了活塞杆的运行速度。在旁路节流调速回路中,节流阀口的开度与执行元件的运行速度成反比变化,这是由于在该回路中,节流阀开口越大,流入回油箱的流量越大,而进入液压缸腔体的流量越小。
2.3 课后提升
课后学生对知识点进行梳理,并将三种节流调速控制回路的详细对比分析表以组为单位进行上传,同时教师在学习通平台讨论区发布讨论话题:“三种节流调速控制回路的速度受执行元件所加负载的影响,运行速度的稳定性较差,我们可以通过什么样的方式进行改进呢?”(可以通过改进后的回路图用FluidSIM软件进行仿真,利用数据进行直观对比),线上平台教师进行跟帖回复,及时掌握学生课后巩固情况。
2.4 考核评价
为充分调动学生学习积极性,重在过程考核评价,并采用多元化的考核评价方式。考核评价从线上、线下两个部分进行,线上评价主要从学生对平台学习任务完成情况、作业完成情况和讨论参与情况等几个方面开展,线下评价主要从学生课堂参与情况、小组合作情况等几个方面进行。多元化的评价方式保证了考核的公平性和合理性,充分调动学生学习兴趣的同时,有效突破教学难点。
3 结语
综上所述,在“互联网+”背景下利用CDIO教学模式依托传统教学平台,对液压与气压传动技术中理论性较强的内容,借助FluidSIM虚拟仿真软件,将定性理论推导计算变为定量数据分析,形象直观,学生易于理解掌握。围绕数据分析开展线上线下教学活动,提高学生学习积极性的同时,有效提升教学效果。