“液压与气压传动”课程设计性实验的探索与实践

吴 海 荣

(聊城大学 机械与汽车工程学院，山东 聊城 252000)

0 引 言

液压与气压传动技术广泛应用在机床、工程机械、汽车等各行各业，是自动化技术不可缺少的手段[1-2]，所以“液压与气压传动”是一门实践性很强的机械类专业的专业基础课[3-5]。学生通过本课程的学习除掌握液压与气压传动的基础知识，各种元件的工作原理、特点、应用和选用方法等基本理论知识[6]外，还必须具有初步设计液压与气压传动系统和分析阅读系统图的能力[7]，为学习后续课程、解决生产实际问题和开展科学研究打下基础。因此，本课程的教学过程中，在注重理论内容的同时，还应注重对学生实践能力的培养。其中实验教学是重要方式之一，它对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有特殊作用[8]，实验教学是理工类本科人才实践能力培养的基础性实践教学环节。

本文从实验的基本要素入手，叙述了“液压与气压传动”课程实验的目的与要求，针对该课程传统实验体系的不足，分析了增设设计性实验的重要性，并从实验准备、操作、报告填写、成绩评定等方面重点介绍了设计性实验的教学实施过程。

1 课程实验目的与要求

1.1 实验基本要素

实验的基本要素有“实验者、实验手段和实验对象”[9]。实验者是指从事实验设计、操作和数据处理等的工作人员。也就是说，在实验教学过程中，实验者应该是学生，他作为认识的主体，应该是整个实验活动中最活跃、最关键的因素。因此，实验教学主要是加强对实验者学生实践能力的培养。

1.2 实验目的与要求

实验教学不仅能帮助实验者学生加深理解实验所涉及的基本概念，巩固所学理论知识，更重要的是引导学生在科学实验的过程中，学到基本的实验理论和实验技能，培养学生分析和解决工程实际问题的能力[10]。因此，“液压与气压传动”课程实验的目的是加深学生对液压与气压传动理论知识的理解，提高学生综合运用知识分析和解决实际问题的能力及良好工作素质。具体要求学生通过“液压与气压传动”实验，掌握基本参数的测量方法、元件和回路的性能实验和分析方法，熟悉常见基本回路的设计、安装和调试，学会分析和排除系统常见故障、正确处理数据和表达实验结果等。

2 设计性实验的重要性

2.1 传统实验体系的不足

“液压与气压传动”课程传统的实验项目主要有元件拆装实验、液压泵性能实验、节流调速回路性能实验等。这些实验项目在实验开始前便能够确切预知实验结果或实验现象，所以都是验证性实验[11]，其实验目的是促使学生进一步掌握和巩固所学理论知识。

验证性实验的实验教学过程通常是，实验指导老师讲解、操作、演示，而学生只是观察，偶尔个别学生操作也是严格按照老师既定的步骤进行，因而实验过程也只是通过实验设备来加深学生对实验所涉及知识的理解，而无法培养学生的实际动手能力和创新意识。解决这些问题的一个主要方式是增设设计性实验。

2.2 设计性实验的重要性

设计性实验是学生运用所学理论知识，在实验教师指导下进行实验方案设计和开展实验的过程，且在实验开始前，对实验结果或实验现象能够基本预知的实验[11]。设计性实验的目的，除让学生深入学习和理解知识理论外，更主要地是培养学生掌握实验理论和实验方法，提高独立开展实验的能力。因此，通过设计性实验，能锻炼学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理能力和查阅资料的能力，提高学生在工程实践中发现问题、分析和解决问题的能力，培养学生严谨求实、探索创新、团结协作的精神，一些国内外的教育专家、学者们有这方面的研究和论述[12-14]。对于机械类专业培养高素质、创新型人才有非常重要的意义。

通常情况下，设计性实验是在学生经过常规实验训练的基础上，即在学生掌握了一定的实验技能和方法，经历了一个由浅入深的实践过程之后开设的高层次实验。因此，从本质上而言，相对于基础、传统、内容单一的验证性实验而言，设计性实验应是具有现代、复合、先进、时代和创新特性的实验，是为适应时代、技术需求和发展，对传统实验体系进行的必然改革和补充，符合事物认知探寻的发展规律，是实现能力培养目标的重要手段。

液压与气压传动技术的理论基础源于力学，而常用元件的结构工作原理和性能部分实践性较强[15]，其典型系统实例和系统设计则更是密切联系实际的内容，因此，在液压与气压传动课程中增设设计性实验，能充分调动学生在实践中学习的积极性和主动性，是培养学生工程意识，提高学生动手能力和创新能力的重要途径之一，也是深化实验教学改革，提高教学质量的重要措施之一。

3 设计性实验教学实践

一个完整的设计性实验教学的实施，需要经过实验准备、实际实验操作、实验报告填写、实验成绩评定等过程。现以液压传动电磁换向回路设计为例来分析设计性实验的具体教学过程。

3.1 实验准备

实验准备是实验设计的前提。为保证实验顺利进行，实验指导老师和学生均需做细致的准备工作。

3.1.1实验指导老师

(1) 印刷书面材料。实验指导老师需根据教学目标提出实验项目、实验目的和要求，并介绍实验设备等条件。在液压传动电磁换向回路等设计性实验中，通常采用QCS014A装拆式液压教学实验台作为实验设备。该实验台采用液压元件拆装式，可用快换接头和胶管将所选元件连接成多种油路[16]，非常适合设计性和综合性实验的教学要求。因此，为保证学生清晰了解这些内容，我们将实验目的和要求、实验台及其主要元件等内容印刷成书面材料分发给学生，这样可有利于学生在满足实验要求的前提下，根据实验条件确定实验原理和实验方法。

(2) 检查实验设备。实验指导老师应检查液压教学实验台等设备，保证设备及其元件齐全、运行状态良好。同时，将设备的功能、原理、元件名称、操作方法及注意事项等印刷成册放在实验台上，以备学生熟悉实验设备使用。

(3) 开放实验室。实验室开放是自主学习方式的基础，有利于激发学生学习的主动性和积极性，有利于学生学习潜力的发挥，有利于学生自主学习能力和人才的个性化发展[17]。因此，为方便学生自主性学习并进行实验设计，学院开放液压与气动实验室，为设计性实验的实施提供了一种开放的实验教学环境和必要条件。学生可预约到实验室熟悉实验设备或进行预实验，为进一步实验摸索条件。通过学生自主学习、自由探索, 让他们体验实验的快乐, 体现了以学生发展为本和学习个性化的教育教学理念。开放期间，实验指导老师或实验员应现场随时解答学生的问题。

(4) 批阅预习报告。学生预习报告的书写情况，可充分反映学生对该实验是否做了充足的准备、认识是否正确等。因此，在正式实验开始前，实验指导老师需通过批阅学生实验预习报告来检查学生预习情况。对于液压传动电磁换向回路实验，重点检查的内容是液压元件的选用、绘制的实验原理图和拟定的实验步骤。对不符合设计规范或不安全可靠的学生设计实验系统，实验指导老师要及时提出指导性建议。

3.1.2实验学生

(1) 复习理论知识。理论知识是设计性实验顺利开设的理论基础，所以学生应根据下发的书面材料，熟悉实验目的、要求、内容等，并对实验用到的理论知识进行复习和巩固。

(2) 熟悉实验条件。实验设备等实验条件是学生完成实验的有力工具，因此学生应认真熟悉实验设备及其元件，并重点掌握设备原理、实验操作要领和注意事项等。

(3) 设计实验方案。实验方案能全面综合地反映学生的理论知识、实验技能、思维过程及书面表达能力。因此，学生应运用已掌握的基本知识和实验技能等进行独立思考，设计实验原理图和具体方案，拟定实验步骤，选定液压元件等，并设想实验现象或实验结果，必要时可以预约到实验室进行预实验。

(4) 填写预习报告。为方便实验指导老师检查学生对该设计性实验的认知程度，我们要求学生将实验目的、要求、设备、原理、拟定方案和步骤等填写在实验预习报告中，并及时交予老师批阅。对于批阅后需要完善的设计系统，要在实际实验操作过程前完成修改。

3.2 实际实验操作

按照拟定的实验方案和步骤独立完成实验操作，是学生完成设计性实验的关键，也是衡量学生实验技能高低的重要标准。实际实验操作教学过程应包含以下工作：

3.2.1实验指导老师

(1) 强调注意事项。在学生实际操作前，指导老师要提醒学生注意人身及设备安全，主要包括①安装调试系统时，不要损坏元件，并注意提高系统效率；②系统压力不要调节过大，本实验台工作压力在6.3 MPa以下[16]；③安装完毕后，应仔细校对回路和元件是否正确，经教师同意后才可开机。

(2) 检查实验操作。学生实验过程中，指导老师应观察学生实验操作。①检查学生实验动手能力，并对影响设备和人身安全的操作及时制止；②根据实验情况适时提问，以检查学生对实验知识的理解掌握情况和创新意识。

3.2.2实验学生

(1) 实验操作。学生应按照拟定的实验方案独立完成操作，其基本步骤是：①按照设计好的液压回路原理图，用液压胶管总成在QCS014实验台上搭建回路；②起动主机，进入万能自编界面，按事先设计好电磁阀的动作顺序表分别将电磁铁按要求通断；③搭建好的回路必须经过实验指导老师检查，以确认无误且回路完全符合实验要求和实验目的；④起动实验台，并进行其他实验操作。

(2) 实验记录。实验记录是实验结果的主要依据，因此，学生应仔细观察实验现象、认真采集实验数据，并实事求是地做好原始记录。若发现实验现象与设想的差别极大、或实验数据异常等问题，要细致分析，查找原因并及时解决。实验记录由实验指导教师签字认可后方为有效。

3.3 实验报告填写

学生实验操作完还需撰写实验报告，这样可有效训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力，具体内容有：

(1) 实验分析。分析实验数据和实验现象，将所得实验结果和正确的实验设计方案及步骤一起填写在实验报告中。

(2) 实验总结。根据相关理论知识对所得到的实验结果进行解释和分析，包括实验成功和失败的原因，实验后的心得体会、建议等，并将这些内容简要书写在实验报告中。

3.4 实验成绩评定

合理评定实验成绩，是搞好设计性实验教学的一个重要环节。所以，一些研究人员在进行实验评定方面的研究。为使成绩评定既科学合理又简便可行，我校“液压与气压传动”设计性实验成绩采用百分制，并以实验的不同阶段来划定，具体评定方法如表1所示。这种评定方法有助于学生反思和调控自己的学习过程，从而促进操作能力的不断发展，所以它能综合反映学生的实验态度、实验完成质量和实验报告质量等，并能重点突出对学生实践能力的评价。

表1 设计性实验成绩评定方法

4 结 语

为提高实验教学整体水平，聊城大学把设计性实验项目的研究、设计、实施作为实验教学改革的一项重要课题。实践证明，“液压与气压传动”课程合理增设设计性实验并正确实施，不仅提高了学生的学习主动性，更重要的是让学生感受到了该课程理论知识的严谨性和在实践中的应用，有利于学生科技创新能力的培养，将使他们终生受益。

[1] 彭熙伟．《液压与气压传动》课程教学改革的探索与实践[J].液压与气动，2008(5)：46-47.

Peng Xiwei. A research and practice of teaching innovation in course hydraulic and pneumatic drive[J]. Chinese Hydraulics & Pneumatics，2008(5)：46-47.

[2] 芮宏斌，周春国，高 峰．以“卓越工程师教育培养计划”促进“液压与气压传动”课程教学改革实践[J].液压与气动，2012(6)：92-96.

Rui Hongbin, Zhou Chunguo，Gao Feng．Promoting the teaching innovation of hydraulic and pneumatic transmission course by excellent engineer education and training scheme [J]. Chinese Hydraulics & Pneumatics，2012(6)：92-96.

[3] 陈树海．《液压传动》教学改革的探索与实践[J].液压与气动，2008(5)：57-58,60.

Chen Shuhai．The research and practice of teaching innovation of the course hydraulic transmission [J]. Chinese Hydraulics & Pneumatics，2008(5)：57-58,60.

[4] 刘晓琴，杨 晋，陈德道．《液压与气压传动》实践教学探索[J].中国现代教育装备，2009(1):79-80.

Liu Xiaoqin，Yang Jin，Chen Dedao．The practice teaching explore of hydraulic and pneumatic transmission [J]. China Modern Educational Equipment，2009(1):79-80.

[5] 孟庆云．液压与气动实验教学改革与实践[J]．液压与气动，2011(3)：17-19.

Meng Qingyun．Reform and practice of hydraulics and pneumatics experiment teaching[J]．Chinese Hydraulics & Pneumatics，2011(3)：17-19.

[6] 许福玲，陈尧明．液压与气压传动[M]．北京：机械工业出版社，2010.

[7] 姜继海，宋锦春，高常识．液压与气压传动[M]．北京：高等教育出版社，2002.

[8] 武高辉，杨 韬，赵希文，等．本科生创新精神与实践能力培养体系的构建与实践[J].高等工程教育研究，2002(3): 21-23.

Wu Gaohui，Yang Tao，Zhao Xiwen，etal．The construction and practice of undergraduates’ innovative spirit and practice ability training system [J]. Researches in Higher Education of Engineering，2002(3): 21-23.

[9] 钱兆华．自然辨证法教程[M]．武汉：湖北教育出版社,2000.

[10] 苏 杭，刘延俊．液压与气压传动学习及实验指导[M]．北京：机械工业出版社, 2007.

[11] 张国方．汽车服务工程(专业)概论[M]．武汉：武汉理工大学出版社, 2008.

[12] 田中群．实验室是素质教育最重要的平台[J]．实验室研究与探索，2009，28(4):1-4，27.

TIAN Zhong-qun．Laboratory—The most important platform of the quality education[J]．Laboratory Research and Exploration，2009，28(4):1-4，27.

[13] 黄剑平，龚银香，童金强．设计性实验教学的实践与探索[J]．实验技术与管理，2009，26(5):135-136，143.

Huang Jianping，Gong Yinxiang，Tong Jinqiang．Practice and exploration of the designing experimental teaching[J]．Experimental Technology and Management，2009，26(5):135-136，143.

[14] 田运生，刘维华，王景春．综合性设计性实验项目建设的探索与实践[J]．实验技术与管理，2012，29(2)：126-129.

Tian Yunsheng，Liu Weihua，Wang Jingchun．Exploration and practice on construction of comprehensive and designing experimental project[J]．Experimental Technology and Management，2012，29(2)：126-129.

[15] 罗红旗，汤晓华，沈晓红，等．液压与气压传动理论与实践并行教学模式[J]．中国现代教育装备，2010(13)：72-73.

Luo Hongqi，Tang Xiaohua，Shen Xiaohong，etal．Parallel teaching mode of theory and practice for the course of hydraulic and pneumatic transmission[J]．China Modern Education Equipment，2010(13)：72-73.

[16] 陕西秦川机械发展股份有限公司．QCS014A装拆式液压教学实验台使用说明书[Z]．2006.

[17] 宋国利，盖功琪，苏冬妹．开放式实验教学模式的研究与实践[J]．实验室研究与探索，2010(2)：91-93，132.

SONG Guo-li, GAI Gong-qi, SU Dong-mei．Research and practice of the open experimental teaching Mode[J]．Laboratory Research and Exploration，2010(2)：91-93，132.