卓越计划背景下“液压与气压传动”课程教学改革研究

曹 贺， 赵存有， 侯清泉， 刘训涛

(黑龙江科技大学 机械工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022)



卓越计划背景下“液压与气压传动”课程教学改革研究

曹 贺， 赵存有， 侯清泉， 刘训涛

(黑龙江科技大学 机械工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022)

以“卓越工程师”培养为目标，对“液压与气压传动”课程进行了课堂教学改革。在教学内容上，根据学生的认知规律，重组教学内容，从卓越人才规格定位的本质出发，进行教学内容的删减和补充，以企业需求和学生就业为导向，增加典型液压系统实例，开设液压传动综合实验；在教学方法和手段改革上，运用启发式教学方法，充实动画和视频素材，广泛联系工程实例，将课堂、现场和网络相结合进行立体化教学；在学法设计上，针对不同的授课内容，进行学生分析，注重每节课的导入，构建新型师生关系，注重课堂互动。教学改革经过了两轮的教学实践，受到了学生的欢迎和认可，取得了较好效果。

卓越工程师； 教学改革； 液压与气压传动； 学法设计

0 引 言

教育部“卓越工程师教育培养计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020年)》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措[1-5]。该计划旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。

“液压与气压传动”是高等工科院校设立的一门重要的技术基础课程，既含有概念、原理类的基本知识，又是理论与实践紧密结合的一门课程。我校“液压与气压传动”课程于2006年被评为省级精品课，在教学队伍结构及整体素质、教学条件、教学方法与手段等方面进行过重点建设[6-11]，但面向卓越工程师培养的教学改革仍是空白。本文基于卓越工程师培养目标，从教学内容更新、教学方法和手段改革、学法设计等方面进行了研究与实践，取得了较好效果。

1 教学内容更新

(1) 根据学生的认知规律，重组教学内容。传统教学一般是按照“元件-回路-系统”的方式编排的[12-13]，这种编排方式不符合学生的认知规律，在教学过程中将内容重组，将元件与回路紧密结合，使学生在学习完元件后就学习该元件在系统中的作用及其应用回路，这样学生不仅掌握了液压传动元件的基本知识，而且加深了元件在液压系统中的作用的认识。

(2) 从卓越人才规格定位的本质出发，进行教学内容的删减和补充。对课程中过繁过深的理论推导、分析和计算内容进行压缩，省去相关公式的推导，只介绍公式的含义及应用；加强对元件结构、正确使用、维修和故障分析的内容；注重液压系统的分析方法，能对照动作循环图和电磁铁动作顺序表，读懂一般程度的液压系统。

(3) 以企业需求和学生就业为导向，增加典型液压系统实例。为使学生具有一定维修和调试液压设备的技能，必须加强学生对生产设备液压系统分析能力的培养。将原有教学大纲中的实例由4个增加到8个，加强学生分析解决实际问题的能力。

(4) 深化创新教育理念，开设液压传动综合实验。首先由学生自拟实验方案，选取实验元件，设计回路。其次在液压系统仿真软件Automation Studio下进行系统模拟，该软件具有对液压系统虚拟设计、模拟、测试、分析等功能，通过模拟，可以进一步完善、修改液压系统的设计及分析等工作。最后在我校力士乐液压实验台上安装、调试系统，并进行相关参数测试[14]。

2 教学方法和手段改革

“液压与气压传动”课程中涉及元件结构、原理、图表较多，充分利用多媒体技术，能使深奥问题浅显化，抽象问题直观化，最大限度地提高学生的课堂信息量，提高学生学习兴趣，为此在教学中采用以下做法。

(1) 以启发式教学为原则的问题引领法。在讲授知识点之前或讲授中间给学生提出疑问，使学生带着问题听课，并对关键点进行透彻分析。比如在讲先导式溢流阀时，介绍结构后，给学生提出两个问题，主阀为什么用了一个软弹簧？节流孔起什么作用？带着这两个问题来学习先导式溢流阀的工作原理，效果很好。

(2) 以Flash动画和图片为素材的直观演示法。把各元件的工作原理用Flash制成动画[15]，通过动画演示，把液压元件的结构、原理，回路中各元件动作、状态、液流方向等形象生动地展现在学生面前，提高上课的效率，也提高学生的兴趣，便于学生理解和记忆。

查看图像属性可知，4张图像的水平和垂直分辨率同为96DPI(dot per inch)，即96像素/英寸。由于图像像素长宽比为1，且测得的反射板顶部两黑色圆块形心间的平均像距离是357.25(pixel)，则图像每个像素横向和纵向对应的实际距离同为100÷357.25=0.28 mm。观察表1可知，绝对误差都小于一个像素对应的实际距离，是符合要求的。

(3) 以理论联系实际为原则的工程渗透法。液压与气压传动是与工程实际紧密联系的一门课程，现在国外95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用液压传动。将液压与气压传动在工程中的应用实例及教师的科研课题引入课堂，激发兴趣，学以致用。

(4) 以开发学生创新能力为目的的发散思维训练法。请学生设计某些液压元件的改进形式，改变回路的布置来实现同样的功能。在讲解液压缸的典型结构时，鼓励学生对书中的液压缸装配图提出多个问题，如结构上的设计意图、密封方式为何不同、活塞与活塞杆的连接方式还可以怎样、缓冲如何实现、单向阀起什么作用等，学生积极性倍增，课堂气氛非常活跃。

(5) 以课堂、现场和网络相结合的立体化教学法。更新多媒体课件，及时加入前沿知识，在制作上利用Powerpoint的强大功能，将启发式教学、范例式教学、互动式教学等方法融入其中，有目的、有针对性地组织教学，发挥多媒体事半功倍的效能，收到最佳的教学效果。同时，结合现场教学，提供学生丰富的直接经验，有助于他们理解和掌握理论知识，通过现场可以让学生做一做，增强其动手操作的能力。网络教学具有资源共享、不受时空限制、沟通便捷、交互性强等优点，有利于学生创新能力的培养。结合授课内容，介绍最新知识及学科发展方向，同时为学生提供液压与气压传动的相关网站、论坛等，促进学生进一步学习提高。

3 学法设计

3.1 针对不同的授课内容，进行学生分析

3.1.1 绪论课的讲授

绪论课是整个学科教学的简介，是课程整体观念的起步，对教学起着引领、提示、导向的作用，要多介绍工程实例和最新发展技术，激发学生的学习积极性。绪论课是教师与学生第一次见面交流，对培养学生的学习兴趣和自学能力，以及在今后过程中教师与学生沟通与配合等有着非常重要的作用。

液压传动是与机械传动和电气传动并列的一种传动方式，其组成及工作原理是后续液压元件和液压系统的基础。要激发学生的学习积极性，从而为整门课的讲授打下良好的基础。

3.1.2 各种元件结构原理的讲授

分析元件的具体结构是学生的薄弱部分，尤其是看CAD装配图，因此要耐心讲授并辅以实物图。通过动画、图片和详细讲解，使学生系统了解和掌握各种液压元件。

液压泵是学生最先接触的液压元件，多数同学在日常生活中都见过，只不过不了解其具体的性能和详细结构特点。通过动画、图片和详细推倒，使学生系统了解和掌握液压泵。叶片泵也属于容积式泵，但结构较为复杂，学生学习有一定难度，先以实物图片介绍叶片泵的结构，增加感性认识，再通过动画演示叶片泵的工作原理，形象生动，使学生印象深刻。柱塞泵结构较叶片泵简单，好理解，而且学生有了齿轮泵和叶片泵的基础，学习起来不难。对于伺服变量机构，学生可能会觉得头一次接触“伺服”的概念，引起兴趣，可以为以后学习“液压伺服控制”打下基础。

液压泵与液压马达从能量转换角度是可逆的，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况。先采用启发式教学方法，从能量转换的角度，将液压泵逆向工作会怎样？引出液压马达的工作原理，再逐一介绍各类马达的结构特点。对于泵与马达的计算，以直观图示来总结泵和马达的功率流程，课堂练习加作业巩固。

液压缸学生在日常生活中随处可见，普通的液压缸结构也较简单，应用受力分析可进行参数的计算，有些内容可以让学生来推导，在参与的过程中学习。

液压阀是联系动力元件和执行元件的部分，学生理解起来并不难，但由于学生接触工程实际不多，分析问题能力不强，因此本节学习有一定难度，必须采取较好的方法。联系流体力学课程中孔口流量计算来讲授液压阀之间存在的共性问题，通过实物和动画介绍各种方向控制阀的结构原理，讲授换向阀中位机能时引实例并进行联系。以实物图片和动画来形象介绍各类换向阀的结构原理。对于历年学生反映较难的液动力的讲授，以讲问结合的方式，时刻了解学生的思路是否跟上，多加互动。学生普遍对压力控制感兴趣，特别是溢流阀的串联等问题能在课堂上热烈讨论，但常常出错，因此要注意不能打消他们的学习热情。通过动画讲授溢流阀和减压阀的工作原理和结构特点，同时辅以实例介绍他们的工程应用。在学过溢流阀和减压阀后，学习顺序阀理解起来会比较容易，但容易与溢流阀混淆，讲授中要突出各自的特点。由自动车床加工工件的视频引出顺序动作的控制。通过动画讲授顺序阀的工作原理，注意与溢流阀的区别。最后简要介绍压力继电器的工作原理。在前面学习阀的基础上，学生有能力进一步学习一种新的控制阀，流量阀，因其相对较简单，学习起来不会太吃力。联系“工程流体力学”知识介绍流量控制原理，通过动画演示各个流量阀的工作情况。

液压系统中的辅助元件，是指除液压动力元件，执行元件和控制元件以外的其他各类组成元件，如管件、油箱、过滤器、密封装置、压力表和蓄能器等。生活中和以前的设计中接触过其中一些内容，应避免“知其然而不知其所以然”，使学生透彻领会。按照“功用—结构—原理—注意事项”的思路逐一讲解各个液压辅助元件。

3.1.3 液压基本回路的讲授

一些液压设备的液压系统虽然很复杂，但它通常都由一些基本回路组成，所以掌握一些基本回路的组成、原理和特点将有助于认识分析一个完整的液压系统。液压基本回路涉及到各种液压元件，尤其是一些压力控制阀和流量控制阀，学生只有很好掌握这些液压元件才能较好理解液压回路。因此在讲授中注意带领学生回顾涉及到的知识点，可以采用课堂提问的方式。学生会觉得压力控制回路较多，看似繁乱，实则有一定联系和互通，可以让学生自己总结。节流调速回路涉及到压力控制阀和流量控制阀，学生只有很好掌握这些液压元件才能较好理解本次课的内容。在讲授中注意带领学生回顾涉及到的知识。

3.1.4 典型液压系统的讲授

典型液压系统的讲授旨在使学生对液压传动有一个系统性的认识和了解，为其以后从事相应工作打下良好基础。系统图分析难度较大，课堂上注意学生是否跟上，适当放慢速度。并根据学生专业侧重选择相关的液压系统进行分析。

3.2 注重每节课的导入

以液压技术在实际中的应用或液压元件在应用中存在的问题来引出课程内容，激发学生的学习兴趣。比如以某挖掘机液压系统故障介绍油液污染导致堵塞，以致系统压力偏低的后果。引出油液在液压系统中所起的作用，再介绍其性质及选择。在介绍新知识前，适时适当地设计一些问题，引导学生思考，在听课的过程中得到问题的答案。

3.3 构建新型师生关系，注重课堂互动

一方面以快乐的情绪感染学生，创造活跃的课堂气氛，和学生做朋友，使其能无拘束地随时提出问题。另一方面加强师生互动，使学生融入课堂。通过以下两方面来体现：①“动”是老师动，一方面通过学生的表情、眼神观察学生的反馈情况，使学生跟上老师的思路；另一方面是设置互动问题，孔子说“疑是思之始，学之端”，可以设置多个问题，但不能都是用是或不是回答的简单问题，问题要有一定的难度。②“动”是学生动，通过设置有趣的问题情境启发学生主动思考，巧妙地设计教学内容，化解问题的难点。还要注意及时地鼓励学生，让学生体验成就感。

4 结 语

基于“卓越工程师”培养目标，对“液压与气压传动”课程在教学内容更新、教学方法与手段改革和学法设计3方面进行全面系统的论述。本课程的教学改革的成果，可以推广到其他专业课程的教学改革。

实施“卓越工程师培养计划”是我国工程教育改革的重大举措，是当代人才培养的精品工程。它离不开课程教学的具体实施，需要创新教学理念，全面细致地研究教学的每一个环节，探究出一条具有中国特色的卓越工程师的培养之路。

[1] 林 健. “卓越工程师教育培养计划”学校工作方案研究[J]. 高等工程教育研究，2010(5):30-36.

[2] 林 健. 面向“卓越工程师”培养的课程体系和教学内容改革[J]. 高等工程教育研究，2011(5):1-9.

[3] 林 健. “卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J]. 高等工程教育研究，2010(4):21-29.

[4] 张安富,刘兴凤. 实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J]. 高等工程教育研究，2010(4):56-59.

[5] 史泰冈，高 丹. 实施卓越工程师培养计划,提高学生实践创新能力[J]. 实验室研究与探索，2012(10):316-318.

[6] 曹 贺,孙月华,赵存友，等. 机械设计专业创新训练体系的构建与实践[J].实验技术与管理，2011(7)：171-173.

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[13] 杨大春，汪通悦. 《液压与气压传动》课程教学方法及手段探索[J]. 装备制造技术，2008(11)：164-165.

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[15] 王美丽，苏蓉，张宏鸣. 多媒体技术与应用课程教学方法改革探析[J]. 黑龙江教育(高教研究与评估)，2014(2):37-39.

Study on Teaching Reform of “Hydraulic and Pneumatic Transmission” Course Under the Excellent Engineers Training

CAOHe,ZHAOCun-you,HOUQing-quan,LIUXun-tao

(College of Mechanical Engineering, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin 150022, China)

With the “excellent engineers” training as the goal, the “hydraulic and pneumatic transmission” course was reformed. In teaching content, according to student's cognition rule, the contents were reorganized by starting from the essence of excellent talents localization. Teaching contents were added or cut by orienting from the demands of enterprise and employment, Examples of typical hydraulic systems were added, and comprehensive experiments were established. In the reform of teaching methods and means, the heuristic teaching methods were used, the animation, video materials and engineering examples were enriched, three-dimensional teaching which was combined with the classroom teaching, the field teaching and network teaching was performed. In the study design, according to the different teaching contents, student analysis was put forward, introduction of each course was emphasized, the new relationship between teachers and students was constructed, and classroom interaction was much concerned. After two rounds of teaching practice, the teaching reform was welcomed and recognized by students, and achieved good results.

excellent engineers; teaching reform; hydraulic and pneumatic transmission; teaching design

2014-04-08

黑龙江省高等学校教改工程项目(JG2013010498)；黑龙江省教育科学规划课题(GBC1211109)；黑龙江科技大学青年才俊培养计划资助。

曹 贺(1978-)，女，辽宁昌图人，硕士，副教授，主要研究方向为机械设计及理论。

Tel.： 18714604962；E-mail： caohe78@163.com

G 642；TH 137

A

1006-7167(2015)03-0209-06