關(guān)于提高液壓傳動課程中學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的方法研究

沈偉+黃洪磊+麥云飛

摘 要 液壓傳動作為一門實踐性較強的課程，在液壓傳動教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)方法對于較為抽象復(fù)雜的內(nèi)容難以做到讓學(xué)生理解透徹。隨著教育技術(shù)的不斷發(fā)展，許多高校都采用了現(xiàn)代新型教育手段以提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的效率，如仿真軟件和視頻教學(xué)。本文通過介紹它們在實際教學(xué)中的實例或應(yīng)用，并分析了各自的優(yōu)缺點，為高校使用現(xiàn)代教育手段與液壓傳動課程結(jié)合提出建議。

關(guān)鍵詞 液壓傳動 教學(xué) FluidSIM軟件 MOOC 微視頻

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.12.054

Abstract Hydraulic drive as a practical course， in the teaching of hydraulic transmission， the traditional teaching methods for more abstract and complex content is difficult to make students understand thoroughly. With the continuous development of education technology， many colleges and universities have adopted modern new educational methods to improve students' learning efficiency， such as simulation software and video teaching. This paper introduces them in the actual teaching examples or applications， and analyzes their advantages and disadvantages， for the use of modern education in Colleges and universities and the hydraulic transmission course.

Keywords hydraulic transmission； teaching； FluidSIM software； MOOC； micro video

液壓傳動是一門涉及機械、電子、控制等多學(xué)科重要的專業(yè)課程，以其高效率、高精度、高性能的特點廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、航空航天等各個領(lǐng)域。①②隨著多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，在多媒體教學(xué)基礎(chǔ)上使用仿真軟件、微視頻和網(wǎng)絡(luò)課程進行輔助教學(xué)不斷在高校中普及。本文分別介紹了這些現(xiàn)代教育手段的特點，通過教學(xué)實例介紹它們的應(yīng)用方法，分析對比優(yōu)點和缺點，提出建議。

1 Simulink簡介及應(yīng)用

1.1 Simulink軟件簡介

Simulink由美國Mathworks公司推出，屬于Matlab的一個框圖仿真工具，可以進行動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。③在Simulink中提供了許多基本數(shù)學(xué)模型，使用者將所需的功能模塊拖出模型庫，通過直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出需要仿真的系統(tǒng)。憑借Simiulink圖形化操作、清晰的仿真流程結(jié)構(gòu)可以靈活地對液壓元件或系統(tǒng)、回路的特性進行模擬仿真。通過scope模塊能直觀地看到結(jié)果，并可通過改變參數(shù)來觀察系統(tǒng)中發(fā)生的變化。

Simulink是通過建立數(shù)學(xué)模型，直觀展示系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)曲線，如時間、壓力、行程等動態(tài)響應(yīng)曲線。并通過對參數(shù)的改變，觀察響應(yīng)曲線的變化，以此來讓學(xué)生對液壓元件、液壓系統(tǒng)的性能參數(shù)進行直觀的了解學(xué)習(xí)。因此Simulink更偏向于輔助在課堂中對微觀理論知識教學(xué)。

1.2 Simulink教學(xué)實例

以進口節(jié)流調(diào)速液壓回路為例，運用Simulink軟件可以對系統(tǒng)中液壓缸響應(yīng)進行仿真，其示意圖如圖1所示。

建立好數(shù)學(xué)模型后，利用Simulink中提供的求和運算模塊、微分子模塊等各類功能模塊建立其仿真模型，如圖2。

圖2可以得到回路在不同節(jié)流閥通流截面積下的液壓缸速度響應(yīng)曲線。通過在Simulink中進行仿真模擬，并對其中參數(shù)做出更改再進行多次模擬對比，可以將枯燥的理論變得更加生動，讓學(xué)生更直觀地理解各參數(shù)對液壓回路的影響。

1.3 Simulink教學(xué)建議

Simulink進行液壓傳動仿真首先得建立數(shù)學(xué)模型或傳遞函數(shù)，建立子系統(tǒng)后合成總系統(tǒng)。雖然其操作方法比較直觀和方便，但是需要強的專業(yè)知識基礎(chǔ)和較好的數(shù)學(xué)功底，其仿真內(nèi)容一般用于優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，相對于學(xué)生來說比較晦澀難懂。在液壓傳動的教學(xué)過程中，可以使用Simulink進行拔高教學(xué)，對學(xué)有余力的學(xué)生加以進一步的培養(yǎng)。

2 FluidSIM簡介與應(yīng)用

2.1 FluidSIM軟件簡介

FluidSIM軟件由德國Festo公司開發(fā)，是專門用于液壓與氣動方面的模擬仿真軟件。FluidSIM同樣為圖框操作，其軟件界面直觀，仿真時只需要從元件庫中將元件拖出，使用鼠標進行連接操作后即可完成油路仿真的建立。FluidSIM可以查找回路存在的斷點并標出，從而能夠在設(shè)計完回路后，驗證設(shè)計的正確性，并演示其動作過程。④和Simulink通過建立數(shù)學(xué)模型的仿真不同，F(xiàn)luidSIM是通過建立回路圖，對液壓系統(tǒng)的動態(tài)運行過程進行仿真。在FluidSIM中可以直觀地看到液壓閥的啟閉，液壓缸的往返運動，油路的走向、各液壓元件的動作都能清晰、動態(tài)地顯示出來。所以FluidSIM在教學(xué)中，能直觀地幫助學(xué)生理解液壓元件、分析、設(shè)計回路。

2.2 FluidSIM教學(xué)應(yīng)用

由于FluidSIM有著直觀，簡便的特點，它在可以在液壓傳動教學(xué)中有許多發(fā)揮之地。FluidSIM自帶有100多種液壓元件的原理作用說明、液壓圖標、詳細運作動畫和實物圖。在對液壓元件的教學(xué)中，利用軟件可以詳細展示各類元件的結(jié)構(gòu)，對于復(fù)雜的元件結(jié)構(gòu)，軟件中清晰明了地以不同顏色標出。此外點擊“工作原理”菜單，能以動畫的形式演示液壓元件的工作過程，學(xué)生就能對其原理有著直觀的理解。并在“元件說明”菜單中附有對元件的技術(shù)說明和實物照片，補充學(xué)生對元件的而在典型液壓回路和系統(tǒng)分析的教學(xué)中，F(xiàn)luidSIM也有著很多應(yīng)用。FluidSIM能動態(tài)展示液壓回路的運作過程，并可以手動或自動進行換閥，每種油路的走向都能清晰動態(tài)地展示出來，免去了教師抽象的講解，大大提高了上課效率，學(xué)生也能更直觀地理解回路運作原理。⑤

在課下自主學(xué)習(xí)或是實驗教學(xué)過程中學(xué)生可以直接在FluidSIM中進行回路繪制和模擬，免去了使用紙筆的作圖時間，在提高效率的同時，軟件可以為學(xué)生自動找出回路中的錯誤以改正和完善。

2.3 FluidSIM教學(xué)建議

FluidSIM軟件操作簡單，借助軟件很容易仿真出液壓回路的動作過程，仿真過程直觀易懂。其仿真內(nèi)容相對比較宏觀，不屬于深層次的數(shù)據(jù)仿真，非常適合用于液壓傳動的基礎(chǔ)內(nèi)容的教學(xué)工作，可以對多數(shù)學(xué)生進行廣泛的應(yīng)用，對于幫助學(xué)生理解、分析、設(shè)計回路或系統(tǒng)有著非常好的效果。

3 大規(guī)模開放在線課程（MOOC）與微視頻教學(xué)

3.1 大規(guī)模開放在線課程（MOOC）簡介

MOOC是大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)開放課程，是為了增強知識傳播而由具有分享和協(xié)作精神的個人或組織發(fā)布的、散布于互聯(lián)網(wǎng)上以視頻為主的開放課程。⑥借由網(wǎng)絡(luò)的幫助MOOC的資源非常多元化，其學(xué)習(xí)工具和內(nèi)容包羅萬象、豐富且非常新穎。并且它突破傳統(tǒng)課堂時間地點的拘束，學(xué)習(xí)者不管何時何地通過互聯(lián)網(wǎng)就可以進行學(xué)習(xí)。MOOC的受眾面非常廣，并且需要學(xué)習(xí)者有較強的自主學(xué)習(xí)意識。

3.2 微視頻教學(xué)

微視頻是指將教學(xué)內(nèi)容錄制成為一段短視頻，長度一般在10分鐘以內(nèi)。其內(nèi)容可以是實驗實踐也可以是動畫解析。因為微視頻內(nèi)容比較精簡之所以其目的性較強，知識點明確，科學(xué)性規(guī)范性強。

3.3 MOOC和微視頻在液壓傳動中的教學(xué)應(yīng)用和建議

MOOC和微視頻的教學(xué)手段都以視頻為主要載體，其表現(xiàn)形式是動態(tài)的、具體形象的。對于液壓傳動課程來說這種教學(xué)方式既幫助老師能夠更加生動，形象地展現(xiàn)出在課堂上無法實際操作的內(nèi)容，同時又真實地記錄了教學(xué)內(nèi)容，方便學(xué)生能夠隨時隨地反復(fù)學(xué)習(xí)。視頻教學(xué)可分為：課前用微視頻，主要功能是講解基礎(chǔ)知識點，與課堂結(jié)合，為學(xué)生討論做準備；課中微視頻：豐富資源，增強體驗，起著增加和補充課堂內(nèi)容的作用；課后為視頻：輔導(dǎo)學(xué)生，培優(yōu)不差，主要糾正難點、易錯點。

3.4 MOOC和微視頻在液壓傳動中的教學(xué)應(yīng)用和建議

通過MOOC和微視頻能為教師開辟一條新的教學(xué)路徑，又為學(xué)生自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造了平臺。教學(xué)過程中將液壓系統(tǒng)或是元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)等一般課堂上無法呈現(xiàn)出來的內(nèi)容錄入視頻，即幫助了學(xué)生快速理解原理重點難點，課后學(xué)生也依靠視頻教程進行鞏固和復(fù)習(xí)。其最大優(yōu)點在于不受時間和空間的限制，隨時隨地就可以為學(xué)生提供教學(xué)服務(wù)，對于學(xué)習(xí)積極性強的學(xué)生會起到極佳的效果。

4 結(jié)論

各種仿真軟件、微視頻及MOOC能大大提高液壓傳動課程教學(xué)工作效率，快速幫助學(xué)生理解理論知識，讓抽象的內(nèi)容變得直觀而形象，可以讓學(xué)生更好地理解液壓元件和液壓回路或系統(tǒng)的原理特性。這些現(xiàn)代教學(xué)手段著相對于傳統(tǒng)教學(xué)更直觀、方便的優(yōu)勢，是液壓傳動教學(xué)中一條可以深入探索的道路。本文通過對比了解FluidSim、Simulink、微視頻及MOOC在液壓傳動教學(xué)中的應(yīng)用和特點，分析它們的優(yōu)勢所在并提出了針對在實際教學(xué)中的應(yīng)用建議，嘗試將現(xiàn)代教學(xué)手段引進液壓傳動教學(xué)中，為提高學(xué)生理論學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)綜合能力做出努力。

上海理工大學(xué)教師教學(xué)發(fā)展研究項目（J201621）

注釋

① 胡增榮，李曉村，吳明，劉鑫培，張衛(wèi)華，楊娜.“卓越工程師計劃”背景下液壓與氣動課程的改革[J].液壓氣動與密封，2014（8）：1-3.

② 錢振華.基于FluidSim 的液壓與氣動課程仿真教學(xué)研究[J].液壓氣動與密封，2009（4）：25-27.

③ 石紅雁，許純新，付連宇.基于Simulink 的液壓系統(tǒng)動態(tài)仿真[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2000（9）：94-96.

④ 王青.FluidSIM 在液壓與氣壓傳動教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息，2008（34）：300.

⑤ 蔣丹，楊平，王叢嶺.AMESim 在《液壓傳動》實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2012.10（2）：48.

⑥ 王永，固張慶.MOOC：特征與學(xué)習(xí)機制[J].教育科學(xué)，2014（9）：112.