翻转课堂和现场教学在液压教学创新中的应用*

阮广东 ， 何彦虎

(湖州职业技术学院　机电与汽车工程学院, 浙江　湖州　313000)



翻转课堂和现场教学在液压教学创新中的应用*

阮广东 ， 何彦虎

(湖州职业技术学院机电与汽车工程学院, 浙江湖州313000)

针对当前高职高专液压传动教学理论与实践脱节问题，以某发电设备制造企业汽轮机液压调节系统为例，提出了采用翻转课堂和现场教学相结合的方法进行创新教学。在该教学模式中，学生主动学习，主动实践；教师总体策划教学过程，精心准备教学视频资料，合理安排实践项目，科学进行课程考核。实践证明，采用该教学模式后，学生的学习成效显著，学习的主动性、积极性大大提高，分析问题解决问题的能力得到大幅度提升。

翻转课堂；现场教学；液压气动学习平台；汽轮机液压调节系统；课程考核

《液压与气压传动》是一门实践性很强的专业基础课，在机电、自动化、电气等相关专业都开设了这门课程，其重要性不言而喻。为培养符合企业岗位要求的高技能人才，许多学校对该课程从多方面做了深入的教学改革与创新，并取得了不少成果。在教学模式上，突破了以往理论讲解结合实验实训的方式，以工程项目为教学内容，使该门课程紧密联系工程实际[1](P41-45)。为提高学习成效，翻转课堂、先学后教模式也被很多学校采用[2](P73-75)。在教学手段上，除了采用多媒体教学、实物拆装、回路连接等方式外，仿真软件FluidSIM、AMESIM也被广泛使用。有些学校充分利用企业资源，建立校企联合实验室，将课堂搬到工厂，直接为企业培养人才。但是，许多学校进行的教学改革与创新仅着眼于某一方面，没有进行系统的研究，理论与实践的衔接工作也做的相对较少，即便是一体化的教学模式在教学衔接与过渡上也做的不够充分。鉴于这样的现状，本文提出了运用翻转课堂和现场教学相结合进行工程液压系统的讲解、实训，使课前学习、课堂听讲、工厂实训等几方面有机结合起来，让学生从课堂走向工厂，运用理论知识解决工程实际问题，通过实践加深对理论的认识，从而真正做到教学做一体化，彻底解决理论与实践脱节的问题，为培养创新创造性人才打下坚实基础。

一、教学实施策略与方案

(一)教学实施策略

翻转课堂教学方法是对传统教学方法的颠覆。传统教学模式中，课堂是教师传授知识与技能的场所，学生在课后完成作业、复习巩固所学；而在翻转课堂中，知识的获取交给学生通过网络课前自学完成，课堂上，教师与学生就重点难点问题进行探讨，指导学生运用课前所学对问题进行深入分析并给出解决方案。学生是整个学习过程的主体，教师仅起辅助、引导与解惑的作用。在此过程中，学生的学习兴趣大大增强，学习成效显著提升[3](P99-101)。现场教学是在真实生产环境中，教师针对工程实际问题对学生进行现场指导，学生则围绕问题主动观察、思考与实践。这种教学方法形象、生动、直观，贴合高职高专学生思维特点，学生的积极性主动性也较高。而且，理论与实践的结合能够加深学生对理论的认识，有利于培养学生运用理论知识分析、解决问题的能力，学生以小组形式进行现场实践也有利于培养他们的团队精神[4](P29-32)。

鉴于翻转课堂和现场教学的优点，将这两种方法结合起来用于汽轮机液压调节系统的讲解，效果明显。在翻转课堂实施过程中，教师将学习视频、课件等项目式教学资料上传到液压气动学习平台上。课前，学生登录平台进行学习并完成相关基础知识考核作业。课中学习分为两部分，一部分在课堂上探讨重点难点问题，一部分在工厂进行现场学习。课堂上，教师针对学生在网上提到的问题进行综合汇总并详细分析导致学生不理解的原因，并就汽轮机液压调节系统工作原理进行重点分析。在工厂，学生观看分析汽轮机调节器图纸、结构、工人装配过程并进行装配实训。课后，学生要完成学习报告，总结归纳通过网上学习、课堂学习及现场学习获得的知识、经验、技巧。下图1为汽轮机液压调节系统教学实施策略图。

图1　汽轮机液压调节系统教学实施策略

(二)教学实施方案

结合工厂生产实际，本课时将以18MW抽凝式汽轮机调节系统作为教学研究的对象。本堂课之前网上已上传了YT4543动力滑台液压系统工作原理资料，并在课堂上对系统所采用的基本回路、液压元件进行深入分析。为保证课堂的衔接性，本课时平台上所上传的资料除了汽轮机基本资料视频、该型号汽轮机进气调节原理视频、调节器结构分析视频外，还包括对YT4543动力滑台液压系统的简单回顾及液压系统原理图的阅读步骤视频[5](P58-90)。汽轮机视频资料包含大量真实结构图片、工作原理动画。据此，学生可在课前全面深入的学习所涉及知识点，并可根据自己的理解程度掌控学习节奏，对于不懂的知识点，可反复重点观看；另外，学生可以通过答疑系统就学习中遇到的问题和老师进行沟通。

翻转课堂进行的关键在于学习平台的开发。液压气动学习平台是一个独立的课程学习平台，上面有本课程所有学习资料，学生可据此方便的进行课前学习、课后复习。课程改革与创新后，学习平台显得愈发重要，它适应教学改革与创新的需要，符合学生学习的特点，适合各层次的学生，对于培养学生主动学习、终身学习的习惯至关重要。

翻转课堂的课堂教学部分，教师和学生主要针对汽轮机的数字液压调节系统原理、汽轮机调节器结构组成进行探讨，使学生做到真正理解问题并能加以拓展应用，从而实现知识的迁移。

图2为主汽门启闭系统原理图[6](P68-73)。启动挂闸装置控制主汽门执行机构(主汽门自动关闭器)上下动作进而控制主汽门开启，同时可以对机组机械超速复位。挂闸电磁铁得电建立复位油，压力油经过节流孔建立起安全油。安全油将启动挂闸装置切换阀压下，接通启动油路开启主汽门，停机时安全油泄掉，切换阀切断启动油，并泄掉自动关闭器的油缸腔室中的油，使主汽门快速关闭。主汽门开关电磁阀正常不带电，得电时切断压力油卸掉启动油关闭主汽门。

数字电液调节系统比一般液压系统精度要高，自动化水平也大大提高。它可配合电气并网，并能实现升速(手动或自动)控制，负荷控制(阀位控制或功频控制)，抽汽热负荷控制及其他辅助控制，还可与控制系统在线通讯，实现控制参数实时调整[7](P37)。这些功能可使汽轮机适应各种工况并长期安全运行。对数字电液调节系统的讲解，应结合电气控制、PLC控制相关知识进行，其控制原理与数控机床等数字控制设备原理相同，区别在于此系统有自动保护功能，当超速时，传感器检测到相关信号，控制系统进行自动调整油动机的升降。

图3为电液伺服进气调节系统原理图[6](P68-73)。油动机与错油门的滑阀上下受压力油作用，滑阀上部作用面积是下部作用面积的一半。上部油压与主油泵出口油压相同，下部油压通过错油门套筒一动态进油口进油，并通过外部一可调固定节流孔排油，由此实现基本流量平衡并建立控制油。控制油压力为压力油的一半左右，该油称为脉动控制油。DEH发出的阀位指令信号，经伺服放大器后，伺服阀将电信号转换成脉动控制油压信号，控制动态进油，从而直接控制油动机带动调节汽阀以改变机组的转速或功率。油动机移动时，带动位移传感器，作为负反馈与阀位指令信号相加。当两个电信号相平衡时，伺服放大器的输出就保持原稳态值不变，这时伺服阀回到原平衡位置，保持脉动控制油不变，油动机就稳定在一个新的工作位置。系统中OPC电磁阀组提供超速保护，AST电磁阀组用于停机，可调节流孔用来调整油动机错油门的偏置。

图2　主汽门启闭系统原理图

图3　数字电液伺服系统原理

在调节器结构的讲解中，应使学生明白调节器原理图中各元件是分散布置的，而调节器是一个集成器件，它将各阀、油动机、错油门等集装在一个壳体里，并通过壳体内部通道来实现元器件之间油路的连接。

为保证学习的连贯性及深刻性，在翻转课堂教学之后还要进行现场教学。现场教学中，先将汽轮机的数字电液系统调节原理图、调节器装配图分发给各位学生，让学生以小组形式讨论原理图中各图形符号的名称、基本回路组成、液压系统调节原理、调节器装配图中各零部件的结构，然后以汽轮机调节器的安装为着手点，将图中元件及安装位置与真实元件及其管路连接结合起来。学生在观察讨论之后，教师再进行集中讲解。实际的原理图与结构图是不同的，原理图是将各个元件(如溢流阀、减压阀、调速阀、换向阀、液压缸)以分别独立的形式连接起来，而结构图是将控制元件、执行元件合并在一块，装在一个调节器壳体里，而且名称也与常见结构有所不同，比如液压缸活塞杆称作油动机。分析结构图与原理图之后，学生应明白，调节器壳体是容纳调节杆、控制阀阀芯、连接离心泵的一个容器，控制阀之间及控制阀和活塞之间的连接是靠壳体内部通道而不是靠管路连通的。最后，学生分组进行调节器安装现场实训。

二、课程考核方法和支撑手段

(一)课程考核方法

汽轮机调节系统创新课程考核由网上考核、课堂考核、现场考核及作业考核四部分组成，它们所占比例分别为20 %、20 %、40 %、20 %。网上考核中，学生如果没有观看学习视频，则没有网上成绩；观看了视频资料，则以视频后问题的回答程度作为评分标准。课堂考核方式中，教师提出问题，学生以小组为单位进行讨论，教师根据答案的全面正确与否评分。现场考核也是以小组为单位进行，考核分为4个等级，采用提问和实操方式考核。其中，液压系统原理图及调节器结构图的识别与分析采取提问方式考核，液压元件及调节器的安装采取实操方式考核。教师根据学生对液压系统工作原理、调节器结构组成的掌握程度及能否正确装配调节器与否进行评分。

(二)支撑手段

本课程创新教学的实施需要得到液压气动学习平台、企业技术中心、企业培训中心、企业装配车间等多种教学设施和各部门的支撑。

三、结　论

实践证明，基于此教学模式的液压传动系统的教学取得了良好的效果。第一，采用翻转式课堂教学后，学生主动在课前进行学习，一改以往被动接受知识的现状，学习成效得到大幅度提升；第二，采用现场教学模式后，学生能够直观感性深刻的掌握理论知识，并通过动手操作提升实践能力，这符合高职高专学生的学习特点；第三，进企业后，学生能够身临其境感受企业氛围，这对于学生职业素养的提升，职业品格的养成极其重要。因此，以此教学模式为例，教师可以结合当地生产实际，以其它机电制造业液压系统工程实例为讲解实践对象，展开液压传动系统的教学工作，从而解决系统分析与实践脱节问题。

[1] 刘文婷,胡云萍,王波.以推土机为载体的《液压与气动》教学研究[J].液压与气动,2014(1).

[2] 包海涛.“先学后教”在《液压与液力传动》课程教学改革中的应用[J].液压与气动,2013(3).

[3] 戴月红,徐德爱,张志凤.“液压与气动”实施“教学做”一体化教学模式探索[J].镇江高专学报,2012(7).

[4] 梁新平,代礼前,郭艳珠.基于工作过程导向的液压与气压传动应用课程开发[J].当代职业教育,2015(5).

[5] 李松晶,丛大成,姜洪洲.液压系统原理图分析技巧[M].北京:化学工业出版社,2009.

[6] 纪云峰,刘康宁.汽轮机数字电液控制(DEH)技术综述[J].通用机械,2015(9).

[7] 张少康.汽轮机数字电液控制系统技术应用研究[J].科技创新,2014(11).

ApplicationofHydraulicSystemEngineeringExamplesinTeachingInnovationBasedonFlippedClassroomandFieldTeaching

RUANGuang-dong，HEYan-hu

(SchoolofElectro-mechanicalandAutomobileEngineering，HuzhouVocationalandTechnologicalCollege,Huzhou313000,China)

Aimingattheproblemofthedisconnectbetweentheoryandpracticeoftheteachingofhydraulictransmissioninhighervocationalcolleges,thispapertakeshydrauliccontrolsystemofthesteamturbineasanexampleandtakesacombinationoftheflippedclassroomandfieldteachingmethodtoinnovateteaching.Inthisteachingmode,thestudentstaketheinitiativetostudyandpractice;theteacheroverallplanstheteachingprocess,carefullypreparestheteachingvideodata,reasonabilityarrangesthepracticalproject,scientificallyassessmentsthecurriculum.Itisprovedthatafterusingtheteachingmode,thestudents'effectivenessoflearningbecomessignificant,theenthusiasmandtheinitiativeofstudyingandtheabilityofanalyzingandsolvingtheproblemhasbeengreatlyimproved.

flippedclassroom;fieldteaching;learningplatform;systemofthehydraulicadjustmentoftheturbine;courseassessment

2015-09-09

阮广东(1986-)，男，山东邹城人，助教，硕士，主要从事液压气动方面的教学与科研工作；何彦虎(1972-)，男，甘肃白银人，副教授，硕士，主要从事液压气动、PLC等方面的教学与科研工作。

G712

A

1672-2388(2016)01-0034-04