“液压与气压传动”课程改革研究＊

王 彻，张继东，张振东，王 儒

（安徽信息工程学院机械工程学院，安徽 芜湖 241100）

“液压与气压传动”作为机械专业的一门专业核心课程，在学生培养体系中以及学科建设过程中占据了重要的地位[1]，同时，液压与气压传动技术具有工作平稳、工作反应速度快、调速范围广等特点，使得液压与气压传动技术在自动化生产控制、车辆、船舶、能源开采等诸多大型工程项目领域都有不可替代的应用需求。但在新时期发展中，国家、社会面临着新的发展机遇和挑战，人们对于更加高效的经济发展，更加智能、更有深度的科学技术也提出了新的发展目标。在新的形式下，面对新的问题，对传统的液压与气压传动技术也提出了更高的要求，需要液气压传动技术在实际的工作中有着更加精准、高效的传动控制，需要“液压与气压传动”与其他的专业课程、其他新的技术有着实质性的深度融合。而目前的“液压与气压传动”课程的教学授课方式还是“教师理论讲述，学生被动学习”方式，所讲述的课程知识点相对于时代的发展没有大的进步，难以满足社会发展的需求[2]。同时，在2017年，国家教育部根据社会发展需求以及人才培养发展规律，提出了“新工科”的教育教学思路，在新的教学思路指导下，国内各大高校纷纷进行课程教学改革，为中国未来具有创新意识强、工程实践水平高的新型专业人才的培养添砖加瓦，因此“液压与气压传动”课程改革迫在眉睫[3]。

由于“液压与气压传动”既需要有较为深入的理论知识储备，同时又需要很强的工程实践的背景，所以对于“液压与气压传动”的改革还存在着许多的问题，而这些课程问题的处理直接影响到“液压与气压传动”课程改革乃至整个专业人才培养改革的成效。

1 “液压与气压传动”课程面临的问题

1.1 课程内容多而杂，知识点联系紧密

“液压与气压传动”课程的知识点杂而多，且晦涩难懂，课程内容前后联系紧密。液压元器件的工作原理在实际的课程讲述过程中虽然可以通过PPT等进行动态演示，但是相比实际的元器件使用要求，学生掌握程度存在着一定的不足。如在液压阀的讲述过程中，大体上可将液压阀分成3大类，分别是压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀，但是在每一类阀里面根据实际的液压系统的工作情况又涉及了多种控制阀，比如在压力控制阀中包括溢流阀、减压阀、顺序阀等，这些阀的结构和工作原理基本类似，但是用途千差万别，同时其液压符号种类繁多，同一类不同的阀的符号表达区别小，在后续的液压原理图中学生要能看懂液压回路，特别是在液压基本回路的讲解过程中基本上就是液压阀的应用讲解，因此学生需要对液压阀有着较深入的理解，但是由于课程的安排，学生一时之间难以掌握。

同时，学生对于“液压与气压传动”课程内容知识点的掌握程度与其前期的先修课程的掌握程度有着密切的联系，这直接关系到学生对知识点的理解情况。如课程中关于液压流体力学基础部分的知识与微积分、流体力学、大学物理等工科类基础课程知识之间，齿轮泵、柱塞泵、液压缸等元器件的结构分析和工作原理的内容与机械原理、机械设计等课程之间，电磁换向阀的动作分析和机电传动课程之间都有着紧密的关联[4-5]。

“液压与气压传动”课程中所讲述的元器件都是液压系统中比较基础的元器件，都在实际的生产活动中都有着广泛的应用。因此，学生对于液压元器件的工作原理、使用特性，液压系统中的回路分析、典型液压与气压回路的作用以及液压与气压系统的设计，都需要在一定的工程实践的背景下进行讲解，学生才能理解透彻。如对于多缸同步运动，没有实际的工程背景，学生很难理解其实际用途，所以也很难真正掌握其工作特性、使用条件与工况。

1.2 课程实践不足

目前，在传统的“液压与气压传动”课程中课程实践是不足的，学生对“液压与气压传动”中的元器件的认识和基本回路的认识如调压、调速回路都是从课程中所安排的几个实验来进行的感性认识[6]，并且“液压与气压传动”课程中的实验都是基本的、简单的且实验学时较短。比如在进行液压元器件拆装试验中，只安排了2个学时，所需要进行拆卸、观察的液压元器件包括了泵、阀、液压缸等元器件，因此大多数学生只能做到为了拆装而拆装，对其中的各个零部件结构并未进行详细的观察，对其作用不是很理解，实验报告撰写也只是表于形式，很难做到试验反思。如对于柱塞泵的拆装，学生对于柱塞泵的工作原理、斜盘是如何决定泵的排量依然很难理解。在实际的课程中，一般的课程安排都是理论课在前，实验课在后，理论和实践之间很难有较好的联系。同时液压元器件的内部结构和零部件的相对运动也比较复杂，在理论学习的过程中学生很难想明白，而实验课程又滞后于理论课程很长时间，所以对其工作原理学生不易进行深入的理解。并且目前的课程实验所涉及的“液压与气压传动”的知识点的覆盖面有限，通过实验课对整个“液压与气压传动”的知识点的掌握存在较大的难度[7]。

1.3 课程创新性不足，偏于理论

“液压与气压传动”的课程教学还是针对课本上基础性的知识点进行讲解，偏重于理论，同时目前的课本内容并没有跟上行业发展的速度，对最新的液压与气压的元器件的发展情况讲述得很少，更多的还是针对传统的元器件工作原理的介绍。并且，课程的考核方式还是比较重视学生的期末考试成绩和平时作业成绩，而对于学生的液压与气压系统涉及创新能力以及实践动手能力的考查相对较少，所以在现有的这种考核方式下，学生更多的还是将自己的精力放在课本知识和习题之上，更多的关心理论上的学习[8-9]，并没有更多的精力和热情去查找更加先进的液压元器件进行学习研究。同时，部分的高校专业教师并没有企业工作的经历，没有参加过实际的生产设计工作，所以教师很难有实际的工程经验运用到课程教学过程中，而在实际的教学过程中也很难跟上行业的发展需求，对实际的工程实例很难做到比较深入的讲解，并且教师对于企业的需求和行业的发展趋势并没有很好的把握。同时，在课程中，所安排学习的典型液压回路系统的例子如“采煤机及其液压牵引系统”“塑料注射机液压系统”等，这些例子与学生的认识都比较远，在现实的生活中可能并没有见过，学生很难明白其液压与气压传动系统的作用和部分的设计目的，所以很难激发学生对于“液压与气压传动”课程的学习热情，所以在这种培养模式下很难培养学生的创新和工程能力[10]。

1.4 课程融合，课时压缩

对于“液压与气压传动”课程的学习，“液压与气压传动”课程不单单是液压或者气压回路的设计，还包括液压与气压传动控制系统的设计。所以，“液压与气压传动”课程与其他课程的融合也越来越深入，如液压气压传动系统与PLC技术的融合、液压与气压传动与计算机技术的融合、液压与气压传动与机器人专业融合等。如今单独的一个课程很难设计出一个独立的系统，需要不同学科的相互交叉和融合，所以“液压与气压传动”课程的综合性也会越来越强，课程中所接触的新知识也越来越多[11-12]。但是随着课程改革的深入，学生学习的专业内容也越来越深入，而课程的教学课时量被不断的压缩，所以，很难对与“液压与气压传动”课程相融合交叉的知识点进行展开讲解。

2 “液压与气压传动”改革趋势

2.1 项目化教学，对知识点进行整合

增加课程的实践环节，采用项目化教学的方式，将课程中的知识进行整合。将学生所需要掌握的知识点融入课程项目中，使学生通过实际的项目来学习课程知识，这样既可以提升学生的理论知识，又可以提升学生实际操作的水平，初步可以做到理论和实践相结合。在进行项目化教学的过程中，需要授课教师对课程项目进行精心的设计和管理，对目前的考核方式进行修改，加强对创新和实践能力的考核，否则这些项目很难达到预期的目标，容易流于形式。所以，需要根据培养计划和大纲，对项目进行设计，这些项目需要体现课程基础知识的学习和强化，有一定的综合性、对特定知识的针对性，同时，项目需要多样化和不同阶段的层次性。

比如在学习液压泵的时候，根据课程目标将液压泵的讲述分成3个不同层次阶段：①对学生进行分组，下发任务书和液压泵实物，向学生初步讲解液压泵的作用和工作原理，根据实物让学生对液压泵有一个感官的认识；②在初步了解的基础上，学生开始拆解液压泵，每一组的液压泵的类型都不一样，在拆解的过程中分析液压泵的结构，了解液压泵的装配、密封腔的容积变化、运动关系和注意事项，通过查阅资料分析各种液压泵的工作原理和优缺点[13]；③利用三维软件建立液压泵的三维模型，进行运动仿真，最终完成项目书，进行归纳总结，使学生深入地了解液压泵工作原理和装配关系以及特点。

根据课程内容学习的不断深入，项目的难度和挑战也要不断的提升，要通过一步步地完成一个个小项目，树立学生可以学好本门课程的信心。同时，做好不同专业的融合情况，将不同的专业技术融合到项目中，根据“液压与气压传动”的不同章节的知识提出不同的挑战项目，依托现有教学条件，提出合理的设计方案，这些具有针对性的项目，对学生的创新性具有一定的促进作用[14-15]。

2.2 线上教学

由于新技术的不断发展，学生所要学习、了解、掌握的知识也越来越多，专业课程的深度不断加强，而落实到每一门课程上的学时又在不断地压缩。知识量增多，课时量减小，这是一个非常现实的问题，目前很多的专业、课程都亟需解决这个问题。随着互联网技术的发展，互联网技术为解决知识点多和课时量不足的问题提供了有效的途径，即可以将部分知识点转移到学习平台上，利用网络的共享资源进行线上教学。

根据教学大纲对于课程知识点的掌握要求，可以将部分简单通俗易懂且需要在课堂上进行讲解的知识点转移到网络学习平台上进行线上学习，同时结合互联网的优势，可以建立更加丰富有趣的资源库如视频、动画等供学生下载观看，用一种形象直观的方式对知识点进行讲解。线上教其优势十分显著，但是其问题也显而易见。因为线上教学中，教师与学生以及学生与学生之间很难形成面对面的交流，同时教师也很难在网络平台上了解学生的学习状态和情况。所以在进行“液压与气压传动”课程线上教学的时候首要的问题就选择合适的学习平台。目前有许多使用成熟的学习平台，如雨课堂、讯飞爱课堂等。这些平台有着良好的互动性，可以进行线上签到、课程资源发布、课程讨论、课程问题点答、成绩管理等。在新的“液压与气压传动”知识学习前，可以将学生纳入学习平台，提前在平台上发布学习任务、学习目标和学习视频，让学生提前学习，对一些基本的知识点有所了解，比如“液压系统的基本组成”“各个部分的代表元器件有哪些”等。当课前线上学习结束后，结合课程知识建立相应的课后题库，让学生进行及时练习巩固。在线下课堂中，根据发布知识以及线上课后习题的练习情况与学生面对面地学习交流，了解学生对学习内容的掌握情况，根据学生的反馈，进行有针对性和专业深度的讲解。当线下课程完成以后，可以再在平台上发布一些与本节内容相关的液压与气压传动新的技术和设备等资料，如企业最新的液压与气压的元器件、在高精端技术中液压与气压传动技术的应用等，扩大学生的视野，使学生了解目前行业的发展状态[16]。

2.3 虚拟仿真技术的使用

虚拟仿真技术的发展为工程技术的创新提供的新的渠道，这极大地加快了工程的进度和降低了工程成本。而在液压与气压传动技术的课程中，使用虚拟仿真技术可以将复杂的液气压传动情况进行形象的展示，并且可以对液压元器件的内部工作情况进行详细的描述，同时由于液压实验设备结构和控制都比较复杂，液压油容易泄漏污染环境，高压液压油压力大具有较大的危险性，所以在刚刚开始的液压回路搭建的实验中，学生使用一些液压设备的过程中危险系数会很高，因此教师对会实验回路进行搭建和操作演示，而学生则是对实验进行观摩，记录实验过程中的数据，学生对自己搭建的实验回路无法进行实际的操作和验证，这在一定程度上影响了学生的创造性和创新性，而采用虚拟仿真技术就可以有效地降低学生操作液压设备的危险性。学生可以先利用仿真软件对所设计的液压回路实施运动虚拟仿真，根据仿真结果对所设计的液压回路中不合适的地方进行改进，然后再进行调试，最后在虚拟仿真中没有出现问题的条件下，再进行实验验证。同时，由于液压与气压传动的元器件种类繁多，比如“方向控制阀”，一般的学校实验室难将市场上所有的液压或者气压元器件买全，而这些客观条件的限制也制约了学生对实验所要求达到预期目标功能的液压与气压回路的设计和分析，而虚拟仿真可以有效地弥补这一不足，因为虚拟仿真软件有着较大的元器件资源库，给学生探究性的研究提供了很多的可能。

在实际的学习过程中，常用的液压虚拟仿真软件主要包括AMEsim、FluidSIM等。其中FluidSIM软件安装、操作都十分简单，同时会对执行机构如“液压缸”输出的力和速度进行直观的展示，十分适合教师课堂教学。通过采用该软件进行仿真模拟，可以对比较复杂的液气压回路进行快速的计算与分析，通过动画、图像等形式可以形象地对液压与气压回路中的液体或者气压在液压或气压元器件中的流动进行详细的展示，可以极大地激发学生的学习热情。同时对于液压与气压传动相关的控制技术也可以进行拓展，比如在控制电磁换向阀或者压力继电器进行运动控制时，就需要设计电控图或者是编写合适的PLC控制程序，这样在这个软件中就很好地融合其他专业的知识，对学生所学习的知识也是一个综合的考察，并且该仿真软件具有良好的设计性能，可以进行不同回路的搭建并进行仿真调试，然后在一下液压实训平台上进行搭建验证，通过这种理论和实践相结合的方式，可以真正地锻炼学生的设计能力和动手能力，极大地提升学生的创造性和创新性[17-18]。

3 结语

“液压与气压传动”作为机械、车辆等工程类专业的核心课程，随着国家科学技术的不断发展以及社会对符合时代发展的高素质专业型人才的需求越发旺盛，对“液压与气压传动”课程的改革刻不容缓。由于液压与气压传动技术本身的复杂性、综合性以及使用的多样性，注定“液压与气压传动”课程的改革难度之大、任务之艰巨，需要更多的同行持续不断地进行改革。而在未来项目化教学的持续推进、网络平台资源的不断丰富、虚拟仿真软件在教学活动中不断深化使用，“液压与气压传动”的课程改革必然会有着较大程度的突破，对培养专业知识广、工程实践能力强、创新能力好的现代化专业人才有着重要的意义。