“流体传动与控制”双室联动教学方案的探索

袁容　欧阳　袁萍　钟斌

摘 要：为提升学生对“流体传动与控制”课程的学习质量，以重视产出式培养目标为导向，提出采用“教室+实验室”的双室联动教学方案，重视实验操作的规范性以及理论支撑的必要性，更重要的是锻炼学生将理论应用于实践、根据实践反向审视课堂理论知识的思维习惯，激发学生对本课程理论知识的学习热情，充分发挥学生的主观能动性。

关键词：流体传动 联动教学 小组讨论 动态调整

自改革开放以来，我国的综合实力得到了显著的提升，国家的面貌发生了翻天覆地的变化，人民的生活水平得到了质的飞跃，科技发展是最能体现一个国家综合实力最主要的方面之一。高校是为祖国输送各专业岗位人才最主要的来源，因此对高校学生综合素养的培养是十分重要的。我国正处于飞速发展的关键时期，这对高等教育下人才的质量提出了更高的要求和考验，迫切要求高等院校对相关专业课程进行优化[1]。“流体传动与控制”课程是成都大学机械工程学院开设的学科必修课程。

流体传动在工业中的应用特别广泛，可以说是覆盖了我们生活中的方方面面[2]。汽车作为我们日常生活出行最重要的交通工具之一，其内部的能量传递就包含有流体传动，并且占据了不可替代的作用。通过“流体传动与控制”课程的教室教学和实验室教学环节，使学生掌握流体力学的数学理论、传动装置的机械结构、各零部件的连接方式等。相当于对硬件设计、数学计算、数据分析等有一个全面的认识，可很大程度提升学生的综合能力，为今后从事工程技术工作、科学研究等打下坚实的基础。

1 双室联动教学总体方案

为充分利用教室教学与实验室教学，提出采用双室联动教学机制，如图1所示。通过双室联动教学，培养学生对理论知识学习的积极性，重视实验操作的规范性以及理论支撑的必要性，更重要的是锻炼学生将理论应用于实践、根据实践反向审视课堂理论知识的思维习惯。

本课程旨在锻炼学生的动手能力，能独立设计简单的液压系统，为将来从机械设计及其自动化相关专业的工作打下一个良好的专业基础。围绕这个总目标，进一步细化为三个子目标：1）了解流体力学基础知识，掌握各种液压泵的工作原理、工作特点以及在液压系统中的应用，能正确地选择液压泵；2）掌握各种常见液压基本回路的特点，根据流体传动与控制系统工作原理的分析方法，能够建立和计算常见的液压系统分析模型；3）理解流体傳动与控制系统的设计思路及方法，了解对液压系统故障的排除，了解流体传动与控制技术的现状和发展趋势，还要能独立设计简单的液压系统。

1.1 教室教学

围绕课程的作用和任务、以及课程的目标，在学习“流体传动与控制”课程之前，建议学生需要先学习的课程有：高等数学，工程制图、大学物理、机械制图、机械原理、机械设计、机电传动技术基础、电工学、微机原理、控制工程基础等。

（1）章节知识讲授

合理梳理与总结各章节的知识点及授课内容。提炼绪论的授课内容，包括：1）流体传动的工作原理；2）流体传动的组成和表示方法；3）流体传动的优缺点；4）流体传动的应用与发展。总结出两个知识点：液压传动的工作原理及其组成；液压传动的发展概况、优缺点及其应用。

提炼第一章的授课内容，包括：1）工作介质；2）流体静力学；3）流体运动学和动力学；4）管道流动；5）孔口流动；6）缝隙流动；7）瞬变流动。总结出四个知识点：工作介质基本要求与种类、物理性质；静压力特性及其基本方程；流体运动学和动力学的公式推导及其应用；管道内压力损失的计算、孔口流动、缝隙流动、瞬变流动和气穴现象，截流口气穴现象，产生原因及减小措施。

提炼第二章的授课内容，包括：1）液压泵；2）油箱；3）气源装置。总结出三个知识点：容积式泵的工作原理；泵的性能参数、齿轮泵工作原理和排流量计算；齿轮泵的困油现象和泄漏问题、叶片泵和柱塞泵的工作原理及结构。

提炼第三章的授课内容，包括：1）直线往复运动和执行元件；2）旋转运动执行元件；3）设计计算。总结出三个知识点：液压缸的结构与分类、单杆活塞液压缸的计算；差动连接、液压马达的工作原理与结构；液压马达性能参数、液压缸的设计。

提炼第四章的授课内容，包括：1）阀芯的结构和性能；2）常用液压控制阀；3）电液伺服控制阀；4）电液比例控制阀。总结出六个知识点：换向阀的位、通、滑阀机能的概念；先导式溢流阀的结构、工作原理、特性；减压阀、溢流阀的区别；调速阀的结构、工作原理、特性；比例阀与普通阀的区别；各种控制阀符号的含义。

提炼第五章的授课内容，包括：1）液压基本回路；2）气动基本回路。总结出三个知识点：调压回路、卸荷回路、保压回路；节流阀节流调速及各种调速回路的调速原理；顺序动作、同步动作、多元件互不干扰等回路。

提炼第六章的授课内容，包括：1）液压系统应用与分析；2）气动系统应用与分析。总结出三个知识点：调压回路、卸荷回路、保压回路；节流阀节流调速及各种调速回路的调速原理；顺序动作、同步动作、多元件互不干扰等回路。

（2）教学课件展示

采用多媒体课件（PPT）结合动态图形进行展示。使学生了解液压传动的发展概况，掌握液压传动的工作原理及其组成，了解液压传动的优缺点及其应用；掌握液压油性能特点以及静力学理论，掌握流体动力学基本理论知识，掌握管道内压力损失计算，掌握小孔及间隙流动，掌握液压冲击及孔穴现象；了解液压泵主要性能参数、分类、常用液压泵的结构及工作原理，掌握泵原理、必要条件、排流量、齿轮泵原理、困油，了解气源装置与气动三联件工作原理，了解常用的液压与气动辅件；了解液压与气压传动中各种执行元件的结构形式、工作原理，掌握执行元件的设计计算方法和特点；了解液压与气压传动中各种控制元件的功用、工作原理、结构形式和性能特点，掌握主要控制元件的控制机制及其特性分析方法；掌握液气基本回路所具有的功能、特点以及回路元件的组成，了解各种功能回路的实现方法、工作原理、控制方式及其典型应用；学习典型液气压传动系统的应用实例，掌握分解液气压系统构成、剖析各种元件在系统中作用以及分析系统性能的方法。

（3）应用视频分析

在章节知识提炼与总结阶段，搜集及归纳对应知识点在国内外各行业中的典型应用，下载及剪辑重要的视频片段，在课堂中给学生播放带语音解说的应用视频。特别地，为更大程度给学生普及国外的典型应用，针对国外视频的英语解说，适当配对相应的中文字幕。在视频播放完毕后，通过知识回顾的方式，再次加深学生对课堂理论知识的熟悉程度。

（4）日常应用描述

课堂上讲解的理论知识在各行业中的应用虽然已经概括得十分全面，但是对于与社会相关行业接触较少甚至缺失这方面经验的学生来说，对这些典型应用的印象不会太深。因此，需要结合日常生活中的应用进行进一步的描述，更能体现课堂理论知识的重要性和实用性。“流体传动与控制”课程中的理论知识在我们的生活中应用很广，以汽车传动为例进行讲解，汽车中存在一种液力式的传动系统，该系统是一种以液体为工作介质，利用液体动能来传递能量的流体传动。

（5）重要理论推导

“流体传动与控制”课程中涵盖了流体力学基础、能量装置及辅件、执行元件、控制元件等理论知识，涉及的理论公式也较多。对于学生而言，由于空间的限制，课本上或课件上往往省略了理论公式的中间推导步骤，造成学生对理论的深层次理解具有一定的难度。因此，在教室课堂上讲授相关理论时，可适当引导学生推到重要理论，加深学生对重要知识的印象。

（6）小组方案讨论

俗话说：“三人行必有我师焉”。每一个学生都是生命中独立的個体，对事物及知识的理解和吸收能力会有所差别。因此，提出采用小组讨论的方式，针对课堂中的一些典型例题，或者生活中一些存在多种方案解的案例，让学生们根据自己的理解，勇敢提出自己的简介和初步方案，充分发挥学生自我的主观能动性，这也有利于培养学生对本课程学习的积极性。

1.2 实验室教学

时间追溯到1978年5月11日，《光明日报》发表了《实践是检验真理的唯一标准》的文章。2019年8月27日，教育部召开新闻发布会，《实践是检验真理的唯一标准》入选普通高中语文教材。这都足以彰显实践的重要性，也体现了实践对于理论知识的价值。所以，对于理论性极强的“流体传动与控制”课程，实践教学环节是相当重要的。

（1）工作原理阐述

本课程制定了两个特别重要的实验，包括液压泵的性能实验和液压基本回路实验。实际操作之前，必须使学生掌握该实验的工作原理，这不仅能够使学生明确实验内容和目的，还能够清楚认识各环节的输入与输出。实现对各环节知识的全面覆盖，不仅要知其然，还要知其所以然。

（2）性能参数剖析

液压泵里存在有多种工作性能参数，例如压力和流量等。各性能参数之间存在着一定的数学关系，因此需要采用一定的技术手段或技术方法对各液压参数进行测量，搭建数学模型对模型参数进行剖析。

（3）实验元件拆分

液压基本回路里包含有多种实验元件，首先向学生介绍先导式溢流阀、直动溢流阀的工作原理，以及溢流阀的二级调压及多级调压工作原理。然后给学生介绍一些常见基本回路的设计、安装和调试。使学生进一步了解液压基本回路里包含的各实验元件的组成和功能。

（4）分析方法总结

实验中要求学生掌握液压参数的测量方法。学生可通过实际操作，分析合理有效的测量路线，并且总结不同条件下各参数的测量手段，培养学生自我总结的能力。

（5）数据处理手段

由于数据测量会存在系统误差和测量误差，在系统误差较难控制的条件下，学生应尽可能克服测量所产生的误差，从而保证测量结果的精确程度。因此，对于采集到的数据，采用有效的数据处理手段是十分有必要的。

（6）理论知识回顾

实验课的实际操作中，学生难免会遇到多种问题，其中的主要原因是对课堂教学中理论知识的掌握不牢固。因此，在学生实验受阻的时候，实验教师应适当引导学生回顾本实验所需要应用的理论知识。

1.3 双室联动机制

双室联动机制旨在将教室与实验室的教学有效融合起来，根据其中一室的情况，动态调整另一室的教学安排。具体而言，将课堂讲授的理论知识适时合理的应用于学生在实验室的实践操作中，相应地，根据实验室的实践操作情况，反射学生对理论知识的吸收程度，以此动态调整在教室课堂中的理论教学安排。

2 导师制的作用

为更大程度发挥老师对学生综合素质的提升能力，拉进教师与学生的沟通距离，成都大学机械工程学院提出了导师制[3]。该制度是为每一个本科学生搭配一位专业导师，专业老师不仅能够给学生带来各专业课知识的辅导，最重要的是为学生讲授课程思政的目标[4-5]。比如：1）强化社会责任感；2）提高分析专业问题的能力；3）增强团队合作的思维模式。通过直接讲授、视听展示、互动讨论等形式，引导学生树立正确的三观，培养良好的自学能力和社会责任感。

3 结语

“流体传动与控制”课程不仅具有复杂的理论公式，还要求学生具备过硬的实践操作素养。受限于该课程要求的先修课程较为宽泛，传统的教学模式难以适用于本课程的有效教学。我们通过“教室+实验室”的双室联动机制教学来提高教学效果，倾斜于基于产出的过程性考核方式，通过教室教学应用于实验室的实践中，通过实验室的实践反射教室的理论知识学习。不再将教室教学和实验室教学离散化，而是相互融合，实现教学效果互通，加深学生对知识点的吸收。有助于培养学生自主思考的能力，并将该学习模式推广至其他相关课程的学习中。

基金项目：

1、教育部产学合作协同育人项目，“智能制造背景下基于TRIZ的高校机械专业学生创新创业实践教育探索”，编号：220504392300615。

2、成都大学2021-2023年人才培养质量和教学改革立项项目，挑战性课程“流体传动与控制”教学设计改革探索与实践，编号：Cdjgb2022289。

参考文献：

[1] 陆雅君. 高等教育教学改革发展之理论创新——评《高等教育改革理论创新的探索》[J]. 教育理论与实践， 2022， 42（35）： 65.

[2] 冯瑛. 高职教改探索——以电气控制课程思政为例[J]. 时代汽车， 2023（5）： 67-69.

[3] 曹阳. 以“导师制”为基础的青年教师培养路径[J]. 药学教育， 2022， 38（6）： 7-10.

[4] 路珍， 夏连鹏， 束世辰. 建设科技强国——流体传动与控制思政“全链条”教学模式[J]. 液压与气动， 2021， 45（9）： 180-188.

[5] 戴环宇， 罗琳. “课程思政”融入高职大学语文课的教学分析[J]. 教师博览， 2022（18）： 21-22.