液壓傳動與控制課程C A I課件的研究與實踐

費 燁 鄭夕健 韓艷平

沈陽建筑大學交通與機械工程學院 遼寧沈陽 110168

液壓傳動與控制課程C A I課件的研究與實踐

費 燁 鄭夕健 韓艷平

沈陽建筑大學交通與機械工程學院 遼寧沈陽 110168

分析了液壓課程教學中多媒體技術的應用現狀，提出了液壓CAI課件既應助教更應助學的開發應用理念，并借助多媒體軟件制作了液壓傳動與控制課程輔助學習系統。教學實踐表明，這種液壓CAI模式可激發學生學習的積極性和主動性，教學質量明顯提升，為其他工學課程的多媒體教學提供了借鑒。

液壓傳動；教學；CAI課件；開發理念

液壓傳動是利用液體壓力能來傳遞動力和運動的傳動方式，從17世紀中葉帕斯卡提出靜壓傳遞原理算起，液壓傳動已有300多年的歷史。發展至今，液壓技術已由單純的液壓傳動躍升為集傳動、控制、檢測于一體的完整的自動化技術。由于它的自動化屬性，加之具有機械和電力傳動無可替代的諸多優良特性，使其在國民經濟各領域得到了廣泛應用。據統計，發達國家90%以上的工程機械、數控加工中心和自動生產線都采用了液壓技術[1]。可以說，應用液壓技術的程度和水平已成為衡量一個國家工業水平的重要標志[2]，因而各高校機械類專業均把液壓傳動作為一門專業基礎課開設。

與其他專業技術基礎課程不同的是，液壓元件品種多樣、結構復雜，導致液壓系統工作過程抽象，原理難以理解，使得該課程具有細節決定結果的特點，即只有對元件的組成、結構十分清楚才能正確掌握其工作原理，進而正確判斷其在系統中的作用，在此基礎上才能正確分析系統的工作原理和工作特性。但因學時限制，教師的課堂講授不能如此細致入微，致使學生普遍認為液壓難懂、難學。以計算機多媒體技術為核心的現代教育技術，為解決這一難題提供了契機。

多媒體技術借助計算機把文字、動畫、圖像、視頻融為一體，使復雜液壓元件的結構實體化、抽象的原理形象化、繁雜的系統油路動態化，產生生動、形象、活潑的效果，激發學生的學習興趣，強化知識記憶，對提高教學質量具有無可替代的作用，因而在液壓課程教學中得到了廣泛的應用。

然而，事物的發展往往具有兩面性，多媒體技術也不例外。比如，對多媒體技術的過分依賴，對課件多媒體交互技術的過分追求，都會對教學過程產生負面影響[3,4]。因此，如何在液壓傳動與控制課程中合理使用多媒體技術來輔助教學、提高授課質量，是一個需要認真研究的問題。

1 多媒體技術輔助液壓教學現狀分析

目前，多媒體技術通常都是以課件的形式出現在教學過程中，縱觀現有液壓傳動與控制類多媒體課件，按照適用對象的不同可分為理論教學和實驗教學兩大類，后者顯然不在本文討論范圍之內。

用于理論教學的液壓CAI課件，按照內容和表現模式的不同又可分為兩類。

1.1 教材立體化、動態化模式

這種液壓CAI模式基本上是把教材文字內容搬到CAI平臺上，將元件結構、原理以及系統回路工作原理等平面媒體不易表達的內容借助多媒體技術加以立體、動畫的效果來展示[5,6]。這種模式的特點是內容詳細、結構完整、邏輯性強，適于遠程教育中的網絡教學。以教師為主導的課堂教學采用這種模式，稍有不慎，課件就會由輔助教學喧賓奪主變成“主導”教學，將教師淪為課件放映員的尷尬角色。

1.2 元件、系統的素材庫模式

這種液壓CAI模式是將教材中難以描述和理解的元件結構及工作原理、系統油路的工作原理借助多媒體技術生成能獨立使用的可執行文件，匯集成用于教學的素材庫，供教師教學時根據需要通過PPT中的超鏈接來展示[7,8]。這種模式的特點在于其靈活性，便于教師按照自己的特點組織教學，但由于缺少與之匹配的內容解釋，其知識傳播能力受到了限制。

上述兩類CAI模式，無一例外地表現為以教師授課為中心的助教同質性，這種所謂的現代教學方式存在著明顯的缺陷：

(1)表面上強調了教師在教學中的主導地位，但忽視了教學過程中學生的主體性。以課件為中心組織教學，教學程式化加強，師生均被動跟隨，教學互動陷入困境。

本文通過對鄱陽湖水體后向散射系數和懸浮物濃度的垂直監測，構建了后向散射系數和懸浮物濃度的反演模型，并將其應用于水體懸浮物垂直分布特征分析。得到以下結論：

(2)由于課件開發過程中缺少“助學”理念，難以承擔答疑、解惑的師者角色，因而對學生自學、復習效果的提升十分有限。

因此，目前液壓課程教學中的多媒體技術尚不能有效調動學生學習的積極性和主動性，致使教師所期待的多媒體教學效果大打折扣，這需要教師在多媒體技術應用中加以調整和改進。

2 液壓CAI課件應用的科學理念

通過上述分析可知，液壓課件的科學設計以及在教學過程中的合理使用是提高教學質量的關鍵。按照教育教學規律，引入多媒體技術輔助教學應遵循以下原則：

2.1 教師主導的原則

教育不僅僅是傳授知識，還承載著人格培育的重任，“師者，傳道授業解惑也。”多媒體技術可以替我們完成授業，但傳道要求教師必須親力親為，通過講課，用自己的人格魅力感染學生，對學生人格養成施加潛移默化的影響，這是任何多媒體技術無法替代的。因此，教學過程中引入多媒體技術，教師主導是基本原則，它要求多媒體課件在性質上處于從屬地位，在制作上盡可能模塊化、單元化，以便于教師授課時根據需要隨意擷取。

2.2 學生主體的原則

學生是認知的主體，教學的最終目的在于保證學生掌握知識、提升能力。因此，多媒體技術的引入，不應僅把教師作為使用對象而停留在課堂教學上，還應走入學生的課后學習中。這就要求多媒體技術的設計使用還必須從學生自學或復習的實用性角度出發，對教學內容的描述不能簡單翻版教材，而應做深入淺出的再加工，同時還要具備答疑、解惑、測試功能，以體現助力學生的實用性特點。

現在很多課件刻意追求色彩、動畫、圖形、文字的綜合表現，實際上陷入了迷信多媒體的心理誤區，無益于教學效果的提升。人在認知過程中對色彩最為敏感，其次是動畫，然后是圖形，最后是文字。作為課堂教學，文字才是承載知識的最重要載體，若多媒體技術處理不當，文字很容易被湮滅于色彩、動畫和圖形之中。此外，現有課件模式單一，難以適應不同認知能力學生的需求，這也是影響多媒體課件使用效果的主要原因。因此，多媒體技術想成功融入教學過程，技術的表現應在因材施教的理念下符合學生的認知模式。

兼顧了上述原則，教學過程中的多媒體技術，必能化靜為動，變難為易，達到強化重點、減輕認知難度的助教、助學之功效。

3 探索與實踐

基于上述理念，我們借助Soldworks和Flash軟件，并配合經典教材《液壓傳動》(王積偉、章宏甲著)開發了液壓傳動與控制課程輔助學習系統(HYCASS)，目的是在輔助學生自學、復習的同時兼顧課堂教學，故此系統整體上采用模塊化的層次結構。

將所有教學內容依據性質分為緒論、基礎知識、動力元件、執行元件、控制元件、輔助元件、液壓回路七大模塊，構成系統基本平臺(如圖1所示)。在此框架之下，每個模塊又分為內容詳解、內容輔導和學習測試3個層次(如圖2所示)。

內容詳解：這部分是對教學內容的詳細講解，必要時加以動畫輔助。自學或聽課效果不夠理想的學生可自此起步。

圖1 系統主界面

圖2 系統層次結構

內容輔導：是對教學內容的提煉，并以典型例題對重點內容的體現加以強化。在這一部分，我們又詳細劃分了主要概念、重點難點、易混易錯辨析和典型例題詳解四項基本內容，并將之設置為熱鍵，以便于對基本內容掌握較好的學生有針對性地復習，提高學習效率(如圖3所示)。

圖3 基礎知識模塊及級聯內容

學習測試：設置了判斷正誤和選擇兩種測試題型，用于對學生基本知識的掌握情況進行測試。測試結果可以給學生提供解答正確的題數、答錯的題號、得分率，這樣便于學生對照答案了解錯誤，分析不足。通過測試，學生可以了解和檢驗自己的學習效果以及對基本知識的掌握程度。

為便于教師使用，將教材中的重要元件及系統油路生成虛擬實體，動畫匯集成動畫庫，并將其置于系統主界面，便于教師選用(如圖4所示)。此外，系統將主界面上的9個按鈕匯集為菜單條置于所有學習界面的頂部，師生可在不同知識點間快速跳轉，十分方便。

圖4 元件動畫

系統對一些不影響后續學習的非重點知識用卡通問號加以隱藏，借助多媒體技術對復雜液壓元件、油路的組成及工作原理加以動態化、立體化講解，重要結論及提示用綠色顯示，使得系統界面簡潔活潑、重點突出。

系統投入使用后，教師、學生各取所需。課件的模塊化結構打破了強制性邏輯框架的限制，便于教師靈活組織教學。以學生為中心的開發理念，使其具有較強的輔學功能，激發了學習興趣，調動了學生學習的積極性、主動性，對教師主導的課堂教學起到了明顯的助力作用。正是由于良好的教學輔助特性，該系統于2009年先后獲遼寧省第十屆教育軟件大賽一等獎、全國第九屆教育軟件大賽二等獎。

4 結束語

液壓傳動與控制是集理論與實踐于一體，且運用相當廣泛的一門實用技術，內容包括抽象的理論知識和復雜的元件結構，在教學過程中引入多媒體技術加以輔助是時代發展的必然選擇。

然而，教學中引入多媒體技術利弊兼存，教師在使用過程中應最大可能地興利去弊。我們的多媒體輔助教學實踐表明，以學生主體性為主旨開發的HYCASS改變了液壓CAI的傳統模式，與教師課堂教學的主導性配合，對教學質量的提升效果十分明顯。這種液壓CAI的開發和使用理念，對其他工學專業課程的計算機輔助教學具有借鑒意義。

[1] 王長江.中國應該成為液壓的大國和強國[J].液壓氣動與密封,2009,2:1-3.

[2] 黃人豪.液壓技術與中國裝備制造業[J].流體傳動與控制,2008,2:1-3.

[3] 孫先明,付艷峰.多媒體教學中存在的問題及對策[J].教育探索,2006,9:47-48.

[4] 吳夢秋,鄭瑋華,史萍,等.高等數學多媒體教學的利與弊調查分析[J].高等理科教育,2009,5:33-36.

[5] 梁曼,魏喜新.液壓傳動課程CAI的實踐與思考[J].現代教育技術,2000,1:20-22.

[6] 趙振江.用VB6.0制作液壓傳動多媒體課件[J].液壓氣動與密封,2005,3:39-41.

[7] 徐英,趙曉薇,趙艷華.液壓傳動創作理念綜述[J].信息教育技術,2009,7:71-73.

[8] 何芹,秦月霞.液壓與氣壓傳動多媒體課件開發及應用研究[J].機床與液壓,2009,37(8):223-227.

Research and practice for the CAI courseware of hydraulic transmission and control

Fei Ye, Zheng Xijian, Han Yanping
Shenyang jianzhu university, Shenyang, 110168, China

This paper analyzed the current application status of multimedia technology in hydraulic transmission teaching, and put forward the development and application concept, that the hydraulic CAI courseware should not only be good for aid teaching but also for aid learning. From this, the aid learning system for hydraulic transmission and control was created by using multimedia software. Teaching practice showed that, this hydraulic CAI model could arouse the enthusiasm and initiative of students in learning, considerable improvement in the quality of teaching. Further, it provided a reference in multimedia teaching for other engineering courses.

hydraulic transmission; teaching; CAI courseware; development concept

2011-08-24

費燁，副教授。