基于FESTO液壓氣動實訓平臺的任務驅動式實踐教學

摘 要：針對高職院校機械大類“液壓與氣動技術”課程特點和教育部關于切實提高學生實踐動手技能要求，提出基于FESTO液壓氣動實訓設備和FluidSIM軟件的任務驅動教學模式。應用此種模式進行理實一體化教學，可以鍛煉學生動手實踐技能并培養其設計、分析工程回路的能力，塑造其團結協作素質，養成踏實嚴謹工作作風。

關鍵詞：FESTO液壓氣動實訓平臺 FluidSIM軟件 教學模式改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（b）-0000-00

作者簡介：宋飛燕（1977-），女，滿族，內蒙古赤峰人。講師職稱，2007年獲碩士研究生學位，主要研究方向為控制理論與控制工程。

液壓與氣動技術是利用有壓流體（壓力油或壓縮空氣）為介質來實現控制和運動的技術，廣泛應用在國民經濟的各種領域，特別是近十幾年來，它與傳感技術、微電子技術密切結合，發展成包括傳動、控制與檢測在內的自動化技術，已成為生產自動化不可缺少的重要手段【1】。《液壓與氣動技術》在機械大類高等教育的課程中，已成為一門重要的專業課，同時也是一門能直接用于工程實際的學科。2010年，我院利用歐元貸款購置了德國FESTO公司全套教學培訓設備，其中包括20臺套液壓與氣動實訓系統和配套FluidSIM仿真軟件。設備的引進結束了黑板上做實驗的艱難教學條件，實現了“任務下達——設計和仿真（利用FluidSIM軟件）——安裝與調試（利用FESTO液壓氣動實訓設備）——任務檢查和評估”這種任務驅動式【2】教學。

1 FESTO液壓氣動實訓平臺和FluidSIM軟件

FESTO氣動實訓平臺包括能夠完成各種常規回路的控制閥十余套，能夠完成氣動線性工作元件基本控制、復合控制、步進控制、順序控制、壓力控制、電氣動回路的故障排除和維護保養等項目。液壓實訓平臺提取出實際生產過程中常用的液壓元件和各種電氣元件，按照工藝應用而配備，可以進行典型液壓元件、液壓回路等項目的實訓。FluidSIM軟件由德國FESTO公司專門用于液壓、氣動及電氣液壓、電氣氣動設計與仿真的軟件。包括FluidSIM-P和FluidSIM-H兩個子模塊，分別用于氣動系統和液壓系統的設計。該軟件操作簡便，靈活，具備豐富的多媒體教學資料，含有150多種標準的液壓、氣動和電氣元件。使用該軟件，可以方便的實現回路的連接和仿真，可以通過單步仿真逐步理解回路的原理或者進行回路的調試。通過設置，可實時觀察系統中各個元件的參數值，如缸體的運動速度、輸出力、油路壓力、泵體壓力等等。實訓設備和仿真軟件為任務驅動式教學做一體化教學提供了硬件基礎。

2 仿真和實操相結合的任務驅動式教學模式設計和實施

任務驅動教學本質是通過“任務”來誘發、加強和維持學習者的成就動機。成就動機是學生學習和完成任務的真正動力系統【3】。學生在實踐和學習的過程中，經過多次實踐獲得成功，體驗到需要得到滿足后的樂趣，逐漸鞏固了最初的求知欲，從而形成一種比較穩固的學習動機。在設計任務驅動教學模式時，教師作為設計者，需注意如下幾個問題：

1、 任務設計要契合工程應用實際，以工程項目作為引導。要讓任務的設計貼近學生學習和生活經驗，對于生產企業實際項目，要有相應的背景知識作鋪墊。例如，機械加工中心液壓回路任務，需要學生對加工中心的外觀、結構、工作原理具備初步的了解，否則，不易理解和分析出系統需要有夾緊缸、進給缸等執行元件。

2、 在任務實施過程中，引導學生認清任務的輪廓、所蘊含的目標指向和目的意義。教師要努力創造條件引導學生完成任務，但不可越俎代庖、過多干涉，否則學生無法真正體驗到成功的快樂。教師要保護學生的好奇心，提高學生發現問題和提出問題的勇氣，鼓勵學生自主探究完成任務。例如，液壓缸差動連接任務，學生已經在教師的傳授下理解了執行元件在回路中需要利用普通連接實現工速運動、利用差動連接實現快速運動，那么下一步，就需要自行選擇元器件實現二者在行程某點上的切換。這需要用到學生們在前序課程中習得的關于換向閥和行程控制的知識以及其邏輯推理能力。此時，教師要沉得住氣，激發學生自行設計，以期其取得成功后的快樂、自信和滿足。

3、 在任務檢查和評估過程中，教師要及時引導和總結，使學生對習得的技能、經驗和素養養成認識更加清晰化和深刻化。教師要不吝贊美之辭，對學生取得的成績和表現出來的人格閃光點給予肯定和鼓勵。培養學生之間相互尊重、相互欣賞，相互學習的風氣，營造和諧的師生關系。在學生通過自身或者團隊的努力成功完成了某個任務，教師要告訴學生：你具備較強的動手能力、推理能力、合作能力、表達能力、良好的環境保護意識、愛護集體財務意識等等，要明確告訴學生，你不遲到、不早退，就是養成了紀律意識和尊重他人的素質，你完成任務不作弊、不取巧、按時提交，這就是誠實守信和嚴謹務實。教師要善于總結，善于賞識教育，正所謂“我看青山多嫵媚，青山看我應如是”，良好師生關系不但是對學生人格的塑造具備強大的力量，同時教學相長，對教師育人能力的也是極好的促進。表1是我院液壓部分教學選取內容和任務設置。

表1 我院液壓部分教學選取內容和任務設置表

序號

學習情境

學習子情境（任務）

學時

合計學時

1

千斤頂液壓系統分析

1.1液壓傳動認知

4

8

1.2液體缸的拆裝

4

2

供熱油罐車的液壓系統分析

2.1液壓泵及液壓馬達

8

24

2.2方向閥及方向控制

8

2.3系統設計、仿真和安裝

8

3

機械加工中心液壓系統分析

3.1流量閥及流量控制

8

16

3.2系統設計、仿真和安裝

8

4

注塑機液壓系統分析

4.1壓力閥和壓力控制

8

16

4.2系統設計、仿真和安裝

8

5

動力滑臺液壓系統分析

5.1多種速度控制

8

16

5.2系統設計、仿真和安裝

8

3 任務驅動式“教、學、做”一體化教學模式教學效果和拓展

我院《液壓與氣動技術》課程自設備引進以來，采用任務驅動式結合“教、學、做”一體化模式開展教學已經多年，在提升學生動手實踐技能、加深其理論知識理解深度，塑造其團隊協作、交流表達能力和科學嚴謹、求真務實的工作作風等多方面取得良好效果，對其它滿足實訓硬件條件的課程具備示范意義。

參考文獻

[1] 許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動[M]. 北京：機械工業出版社，2007.6第三版

[2] 朱妍妍.基于教學輔助平臺的任務驅動式學習環境設計與實踐[D].上海師范大學，2013

[3] 施俊.基于動機模型的學習指導設計與應用研究[D].山東師范大學，2004