翻轉課堂和現場教學在液壓教學創新中的應用*

阮廣東 ， 何彥虎

(湖州職業技術學院　機電與汽車工程學院, 浙江　湖州　313000)

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翻轉課堂和現場教學在液壓教學創新中的應用*

阮廣東 ， 何彥虎

(湖州職業技術學院機電與汽車工程學院, 浙江湖州313000)

針對當前高職高專液壓傳動教學理論與實踐脫節問題，以某發電設備制造企業汽輪機液壓調節系統為例，提出了采用翻轉課堂和現場教學相結合的方法進行創新教學。在該教學模式中，學生主動學習，主動實踐；教師總體策劃教學過程，精心準備教學視頻資料，合理安排實踐項目，科學進行課程考核。實踐證明，采用該教學模式后，學生的學習成效顯著，學習的主動性、積極性大大提高，分析問題解決問題的能力得到大幅度提升。

翻轉課堂；現場教學；液壓氣動學習平臺；汽輪機液壓調節系統；課程考核

《液壓與氣壓傳動》是一門實踐性很強的專業基礎課，在機電、自動化、電氣等相關專業都開設了這門課程，其重要性不言而喻。為培養符合企業崗位要求的高技能人才，許多學校對該課程從多方面做了深入的教學改革與創新，并取得了不少成果。在教學模式上，突破了以往理論講解結合實驗實訓的方式，以工程項目為教學內容，使該門課程緊密聯系工程實際[1](P41-45)。為提高學習成效，翻轉課堂、先學后教模式也被很多學校采用[2](P73-75)。在教學手段上，除了采用多媒體教學、實物拆裝、回路連接等方式外，仿真軟件FluidSIM、AMESIM也被廣泛使用。有些學校充分利用企業資源，建立校企聯合實驗室，將課堂搬到工廠，直接為企業培養人才。但是，許多學校進行的教學改革與創新僅著眼于某一方面，沒有進行系統的研究，理論與實踐的銜接工作也做的相對較少，即便是一體化的教學模式在教學銜接與過渡上也做的不夠充分。鑒于這樣的現狀，本文提出了運用翻轉課堂和現場教學相結合進行工程液壓系統的講解、實訓，使課前學習、課堂聽講、工廠實訓等幾方面有機結合起來，讓學生從課堂走向工廠，運用理論知識解決工程實際問題，通過實踐加深對理論的認識，從而真正做到教學做一體化，徹底解決理論與實踐脫節的問題，為培養創新創造性人才打下堅實基礎。

一、教學實施策略與方案

(一)教學實施策略

翻轉課堂教學方法是對傳統教學方法的顛覆。傳統教學模式中，課堂是教師傳授知識與技能的場所，學生在課后完成作業、復習鞏固所學；而在翻轉課堂中，知識的獲取交給學生通過網絡課前自學完成，課堂上，教師與學生就重點難點問題進行探討，指導學生運用課前所學對問題進行深入分析并給出解決方案。學生是整個學習過程的主體，教師僅起輔助、引導與解惑的作用。在此過程中，學生的學習興趣大大增強，學習成效顯著提升[3](P99-101)。現場教學是在真實生產環境中，教師針對工程實際問題對學生進行現場指導，學生則圍繞問題主動觀察、思考與實踐。這種教學方法形象、生動、直觀，貼合高職高專學生思維特點，學生的積極性主動性也較高。而且，理論與實踐的結合能夠加深學生對理論的認識，有利于培養學生運用理論知識分析、解決問題的能力，學生以小組形式進行現場實踐也有利于培養他們的團隊精神[4](P29-32)。

鑒于翻轉課堂和現場教學的優點，將這兩種方法結合起來用于汽輪機液壓調節系統的講解，效果明顯。在翻轉課堂實施過程中，教師將學習視頻、課件等項目式教學資料上傳到液壓氣動學習平臺上。課前，學生登錄平臺進行學習并完成相關基礎知識考核作業。課中學習分為兩部分，一部分在課堂上探討重點難點問題，一部分在工廠進行現場學習。課堂上，教師針對學生在網上提到的問題進行綜合匯總并詳細分析導致學生不理解的原因，并就汽輪機液壓調節系統工作原理進行重點分析。在工廠，學生觀看分析汽輪機調節器圖紙、結構、工人裝配過程并進行裝配實訓。課后，學生要完成學習報告，總結歸納通過網上學習、課堂學習及現場學習獲得的知識、經驗、技巧。下圖1為汽輪機液壓調節系統教學實施策略圖。

圖1　汽輪機液壓調節系統教學實施策略

(二)教學實施方案

結合工廠生產實際，本課時將以18MW抽凝式汽輪機調節系統作為教學研究的對象。本堂課之前網上已上傳了YT4543動力滑臺液壓系統工作原理資料，并在課堂上對系統所采用的基本回路、液壓元件進行深入分析。為保證課堂的銜接性，本課時平臺上所上傳的資料除了汽輪機基本資料視頻、該型號汽輪機進氣調節原理視頻、調節器結構分析視頻外，還包括對YT4543動力滑臺液壓系統的簡單回顧及液壓系統原理圖的閱讀步驟視頻[5](P58-90)。汽輪機視頻資料包含大量真實結構圖片、工作原理動畫。據此，學生可在課前全面深入的學習所涉及知識點，并可根據自己的理解程度掌控學習節奏，對于不懂的知識點，可反復重點觀看；另外，學生可以通過答疑系統就學習中遇到的問題和老師進行溝通。

翻轉課堂進行的關鍵在于學習平臺的開發。液壓氣動學習平臺是一個獨立的課程學習平臺，上面有本課程所有學習資料，學生可據此方便的進行課前學習、課后復習。課程改革與創新后，學習平臺顯得愈發重要，它適應教學改革與創新的需要，符合學生學習的特點，適合各層次的學生，對于培養學生主動學習、終身學習的習慣至關重要。

翻轉課堂的課堂教學部分，教師和學生主要針對汽輪機的數字液壓調節系統原理、汽輪機調節器結構組成進行探討，使學生做到真正理解問題并能加以拓展應用，從而實現知識的遷移。

圖2為主汽門啟閉系統原理圖[6](P68-73)。啟動掛閘裝置控制主汽門執行機構(主汽門自動關閉器)上下動作進而控制主汽門開啟，同時可以對機組機械超速復位。掛閘電磁鐵得電建立復位油，壓力油經過節流孔建立起安全油。安全油將啟動掛閘裝置切換閥壓下，接通啟動油路開啟主汽門，停機時安全油泄掉，切換閥切斷啟動油，并泄掉自動關閉器的油缸腔室中的油，使主汽門快速關閉。主汽門開關電磁閥正常不帶電，得電時切斷壓力油卸掉啟動油關閉主汽門。

數字電液調節系統比一般液壓系統精度要高，自動化水平也大大提高。它可配合電氣并網，并能實現升速(手動或自動)控制，負荷控制(閥位控制或功頻控制)，抽汽熱負荷控制及其他輔助控制，還可與控制系統在線通訊，實現控制參數實時調整[7](P37)。這些功能可使汽輪機適應各種工況并長期安全運行。對數字電液調節系統的講解，應結合電氣控制、PLC控制相關知識進行，其控制原理與數控機床等數字控制設備原理相同，區別在于此系統有自動保護功能，當超速時，傳感器檢測到相關信號，控制系統進行自動調整油動機的升降。

圖3為電液伺服進氣調節系統原理圖[6](P68-73)。油動機與錯油門的滑閥上下受壓力油作用，滑閥上部作用面積是下部作用面積的一半。上部油壓與主油泵出口油壓相同，下部油壓通過錯油門套筒一動態進油口進油，并通過外部一可調固定節流孔排油，由此實現基本流量平衡并建立控制油。控制油壓力為壓力油的一半左右，該油稱為脈動控制油。DEH發出的閥位指令信號，經伺服放大器后，伺服閥將電信號轉換成脈動控制油壓信號，控制動態進油，從而直接控制油動機帶動調節汽閥以改變機組的轉速或功率。油動機移動時，帶動位移傳感器，作為負反饋與閥位指令信號相加。當兩個電信號相平衡時，伺服放大器的輸出就保持原穩態值不變，這時伺服閥回到原平衡位置，保持脈動控制油不變，油動機就穩定在一個新的工作位置。系統中OPC電磁閥組提供超速保護，AST電磁閥組用于停機，可調節流孔用來調整油動機錯油門的偏置。

圖2　主汽門啟閉系統原理圖

圖3　數字電液伺服系統原理

在調節器結構的講解中，應使學生明白調節器原理圖中各元件是分散布置的，而調節器是一個集成器件，它將各閥、油動機、錯油門等集裝在一個殼體里，并通過殼體內部通道來實現元器件之間油路的連接。

為保證學習的連貫性及深刻性，在翻轉課堂教學之后還要進行現場教學。現場教學中，先將汽輪機的數字電液系統調節原理圖、調節器裝配圖分發給各位學生，讓學生以小組形式討論原理圖中各圖形符號的名稱、基本回路組成、液壓系統調節原理、調節器裝配圖中各零部件的結構，然后以汽輪機調節器的安裝為著手點，將圖中元件及安裝位置與真實元件及其管路連接結合起來。學生在觀察討論之后，教師再進行集中講解。實際的原理圖與結構圖是不同的，原理圖是將各個元件(如溢流閥、減壓閥、調速閥、換向閥、液壓缸)以分別獨立的形式連接起來，而結構圖是將控制元件、執行元件合并在一塊，裝在一個調節器殼體里，而且名稱也與常見結構有所不同，比如液壓缸活塞桿稱作油動機。分析結構圖與原理圖之后，學生應明白，調節器殼體是容納調節桿、控制閥閥芯、連接離心泵的一個容器，控制閥之間及控制閥和活塞之間的連接是靠殼體內部通道而不是靠管路連通的。最后，學生分組進行調節器安裝現場實訓。

二、課程考核方法和支撐手段

(一)課程考核方法

汽輪機調節系統創新課程考核由網上考核、課堂考核、現場考核及作業考核四部分組成，它們所占比例分別為20 %、20 %、40 %、20 %。網上考核中，學生如果沒有觀看學習視頻，則沒有網上成績；觀看了視頻資料，則以視頻后問題的回答程度作為評分標準。課堂考核方式中，教師提出問題，學生以小組為單位進行討論，教師根據答案的全面正確與否評分。現場考核也是以小組為單位進行，考核分為4個等級，采用提問和實操方式考核。其中，液壓系統原理圖及調節器結構圖的識別與分析采取提問方式考核，液壓元件及調節器的安裝采取實操方式考核。教師根據學生對液壓系統工作原理、調節器結構組成的掌握程度及能否正確裝配調節器與否進行評分。

(二)支撐手段

本課程創新教學的實施需要得到液壓氣動學習平臺、企業技術中心、企業培訓中心、企業裝配車間等多種教學設施和各部門的支撐。

三、結　論

實踐證明，基于此教學模式的液壓傳動系統的教學取得了良好的效果。第一，采用翻轉式課堂教學后，學生主動在課前進行學習，一改以往被動接受知識的現狀，學習成效得到大幅度提升；第二，采用現場教學模式后，學生能夠直觀感性深刻的掌握理論知識，并通過動手操作提升實踐能力，這符合高職高專學生的學習特點；第三，進企業后，學生能夠身臨其境感受企業氛圍，這對于學生職業素養的提升，職業品格的養成極其重要。因此，以此教學模式為例，教師可以結合當地生產實際，以其它機電制造業液壓系統工程實例為講解實踐對象，展開液壓傳動系統的教學工作，從而解決系統分析與實踐脫節問題。

[1] 劉文婷,胡云萍,王波.以推土機為載體的《液壓與氣動》教學研究[J].液壓與氣動,2014(1).

[2] 包海濤.“先學后教”在《液壓與液力傳動》課程教學改革中的應用[J].液壓與氣動,2013(3).

[3] 戴月紅,徐德愛,張志鳳.“液壓與氣動”實施“教學做”一體化教學模式探索[J].鎮江高專學報,2012(7).

[4] 梁新平,代禮前,郭艷珠.基于工作過程導向的液壓與氣壓傳動應用課程開發[J].當代職業教育,2015(5).

[5] 李松晶,叢大成,姜洪洲.液壓系統原理圖分析技巧[M].北京:化學工業出版社,2009.

[6] 紀云峰,劉康寧.汽輪機數字電液控制(DEH)技術綜述[J].通用機械,2015(9).

[7] 張少康.汽輪機數字電液控制系統技術應用研究[J].科技創新,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

阮廣東(1986-)，男，山東鄒城人，助教，碩士，主要從事液壓氣動方面的教學與科研工作；何彥虎(1972-)，男，甘肅白銀人，副教授，碩士，主要從事液壓氣動、PLC等方面的教學與科研工作。

G712

A

1672-2388(2016)01-0034-04