FluidSIM仿真軟件在高職液壓傳動課教學中的應用

[摘 要] 高等職業教育的目的就是為社會培養高技能型人才，這就決定了職業教育要充分體現“能力為本位”的教育理念。在液壓傳動課教學中采用FluidSIM仿真軟件，能夠使學生在真實情景中愉快學習，提高學習效率，增強學生綜合實踐能力。本文主要闡述了FluidSIM軟件在液壓傳動課中的典型應用，分析了仿真教學的有利作用以及應用中存在的問題。

[關鍵詞] 仿真教學 應用 有效性

液壓傳動課是機電一體化技術專業的專業核心課程。由于部分學生畢業后將從事液壓設備操作、液壓設備維修工、液壓元器件銷售等工作。因此，有必要通過學習，達到以下知識目標：：較系統地掌握液壓傳動基礎理論、部分元器件的結構特點和工作原理及運用，掌握分析基本回路的方法，了解典型液壓系統和排除系統故障的方法等。同時實現如下職業素質養成目標：學生獲得基本的液壓傳動的概念和必要的應用技能。同時通過對典型系統的功能分析、總結、闡述等認知活動，養成獨立思考能力、嚴謹求實的科學態度。這種實踐性很強的課程，決定了在教學環節中必須突出真實的工作環境，加強實踐和實訓教學。內容組織上，應該做到課程與就業崗位對接，培養和鍛煉學生與崗位需求相適應的職業技能。

FluidSIM仿真軟件在液壓傳動課中的典型應用

FluidSIM軟件可用來進行液壓（氣壓）技術知識自學和多媒體教學。其液壓（氣壓）元件可以通過文本說明、圖形以及介紹其工作原理的動畫來描述；同時應用FluidSIM軟件可設計液（氣）壓控制回路。通過回路設計與動畫仿真，能夠增強學生對液（氣）壓傳動知識的理解，提高其應用能力，強化教師的教學效果。

1.FluidSIM仿真軟件在基本回路中的應用

用仿真軟件設計液壓基本回路，可以使課本中原本抽象的理論知識形象化、直觀化?！兑簤簜鲃印氛n程是一門實踐性很強的專業基礎課，對于沒有實踐經驗的學生來說，學習起來有很大難度，尤其在聽基本回路這部分內容時，學生很難理解課本中介紹的各種回路工作過程。這時我們用仿真軟件按照工作要求設計回路，然后再模擬仿真，通過動畫過程的實現，可以幫助學生充分理解教材內容，提高學習效果。

比如在講快慢速互不干擾回路時，教師首先進入FluidSIM H3.5軟件界面，打開事先根據工作循環設計好的回路圖，向學生介紹回路工作原理、特點，以及最終能達到的目的。接下來點擊菜單欄中的啟動按鈕，此時當界面中出現的手指，碰到 1V1手動閥手柄時，壓力油經溢流減壓閥進入液壓缸1A左腔，活塞右移即實現工進，放開手柄1V1，手動閥右位工作，壓力油進入液壓缸右腔推動活塞左移實現快退（如圖1所示），這時2A缸活塞處于左端位置停止狀態。當模擬手指接近2V1手動換向閥時，液壓缸2A開始動作（如圖2所示）。改變元件參數，液壓缸運動時顯示不同結果，此時液壓缸1A工作循環與液壓缸2A快慢速轉換互不干擾。通過仿真演示學生可以觀察到工作介質流動過程、控制元件發生變化后執行元件運動方向、速度改變情況，激發他們學習興趣，這時學生會發出疑問：回路怎么做的?這時再向他們介紹FluidSIM軟件使用方法，讓學生在仿真實訓室按照自己想法設計不同回路，從工作流程、回路設計、元件選擇到模擬仿真整個過程由學生自己動手，此時教師只起指導作用。學生在操作環節中，有時會碰到不能動作現象，這時可能是因為出現了回路設計不合理或管路交叉、斷開等錯誤。教師指導學生仔細分析故障原因，經過反復修改達到所需結果。在這一過程中，學生通過對出現問題分析、探究，對知識的理解以及實踐能力得以進一步提升。

在液壓課教學中，要盡量做到教師講解與學生實訓相結合，鼓勵學生動手操作，鍛煉學生的專業實踐能力和創新思維能力。教育學家陶行知認為：“教而不做，不能算是教；學而不做，不能算是學”。 在教學中，要始終堅持“以教師為主導，學生為主體”教學模式，通過課堂講解，學生分組實驗，不僅使課堂氣氛活躍，學生學習積極性高漲，同時鍛煉了他們的動手能力，提高了團隊協作意識，一舉多得，收效甚多。

2.仿真軟件在典型液壓系統中應用

在學習典型液壓系統這部分內容時，如果采用傳統掛圖講解弊端顯而易見。一是掛圖在傳遞教學信息中有局限性，不能清晰表達出整體內容。需要教師反復地比畫引導，盡管如此，效果依然不理想。其二，掛圖的數量有限制，而且容易受損丟失，多個教師也不能同時使用，教學過程難于組織、協調。其三，液壓課本及相應的標準不斷更新，掛圖很難做到同步更新，使教學環節受到了一定的局限，基本內容都難以完成，更談不上為學生補充新鮮知識。掛圖是一些呆板的教具，單純的靜態演示，不能為學生提供清晰而生動的動畫效果，學生認知的效率及知識擴展必受到一定的限制。

在這樣的背景下，FluidSIM軟件的出現，可以讓教師根據機器工作原理、工作循環要求，設計相應液壓系統圖，上課時再以模擬仿真形式，向學生講解、演示系統各個循環過程中，主油路、控制油路液壓油流動過程及執行機構運動方向。適時向學生提出問題，配合仿真動畫加深學生記憶；再用視頻形式展示真實機器工作過程。教學中，既有仿真動畫過程，又有視頻媒體，學生在輕松愉快的環境中掌握了典型液壓傳動系統傳動原理、工作循環，教學效果有明顯提升。

3.利用仿真軟件實現電液控制

應用FluidSIM軟件可設計和液壓傳動回路相配套的電氣控制回路。彌補了傳統教學中，學生只見液壓回路不見電氣回路，從而不明白各種開關和閥動作過程的弊病。例如在介紹速度大小受負載影響時，可以利用仿真軟件設計如圖3所示回路，啟動單步仿真，線圈關閉與打開時，液壓回路出現不同動作。電－液壓回路同時設計與仿真，提高學生對電液壓的認識和實際應用能力，強化教學效果。

總之，借助仿真軟件，輕松解決了液壓課教學中一些特別棘手的環節，在液壓課上組織仿真教學產生的效果十分明顯。

在液壓傳動課中應用FluidSIM仿真軟件的有效性

FluidSIM仿真軟件應用于教學環節，從形成整體教學能力出發，提供多功能、可交互、系列化、可視化的整體教學集成方案，從傳統的掛圖、模型課堂教學，轉向多元化交互學習環境。在液壓傳動課中應用FluidSIM仿真軟件的有以下特點：

1.有利于學生參與教學，提高學習主動性

在液壓傳動課中應用FluidSIM仿真軟件，最主要的功能是烘托課堂氣氛，調動學生學習主動性，激發學生學習興趣，使學生積極參與教學過程。從心理學角度看，人的發展不只是一個完全外塑的結果，而是一個內在構建過程，教學中必須重視學生的參與，教師是學生學習的促進者，學生的學習是一種主動積極和不斷構建認知的過程。因此，學生通過設計回路，模擬仿真，分析故障原因，可以增加學習主動性，養成獨立思考能力及創新思維能力。

2.真實情景的體現

仿真實訓能創造一個近乎實際的操作環境，學生通過FluidSIM仿真軟件操作，體驗技能訓練過程、情景。使學生了解工作場景，熟悉液壓傳動機床、設備操作步驟、規范，有效培養學生職業意識與職業能力。

3.提高教學效率

利用FluidSIM軟件進行模擬仿真，盡管不能代替真實的工作實際訓練，但可以縮短實際動手訓練的時間，提高訓練效率，可幫助學生盡快熟悉操作原理、操作方法，進行故障處理。由于FluidSIM軟件提供的操作環境是通過計算機對工作過程進行模擬，所以比真實活動更靈活、更快速。比如節流調速回路要通過改變節流閥通流面積達到改變執行機構速度目的，實際操作是通過旋轉螺釘，調節閥芯位置來實現的，而采用仿真軟件只需改變節流閥參數就可達到。這樣大大縮短實訓時間，提高教與學效率。

FluidSIM軟件在應用中存在問題

1.軟件自身不足

由于FluidSIM軟件是Paderborn大學與費斯托公司聯合開發研制的。他們在軟件開發時的參考教材與現在中國高職學生使用教材有一定出入，導致仿真軟件元件庫中有些閥職能符號與教材不一致，容易引起學生誤解；其次，由于技術問題，仿真動作有時不同步，在單步仿真時，經常會碰見液壓油流動速度與執行機構運動配合失誤的現象；再有就是元件結構圖及動畫效果過于簡單，仿真性略有欠缺。

2.應用受限制

由于受到各學校條件及教師認識等限制，FluidSIM教學軟件的推廣和應用力度不夠。就拿我校來說，2009年購買FluidSIM軟件，現在上液壓傳動課教師有5位，而采用仿真教學的教師僅有2位。

總之，FluidSIM教學軟件與液壓傳動課教學的緊密結合的方式，目前已經得到許多高職院校的關注和重視。在液壓傳動課程中采用仿真教學，實現教學做合一的授課模式，使學生一面做，一面學；從做中學，隨時隨地從操作過程中獲得系統技能，這種新的教學方式必將廣泛應用于液壓傳動教學上，在高職教育課程改革中發揮重要作用。

參考文獻:

[1]FluidSIM仿真軟件.

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作者單位：西安職業技術學院 陜西西安