“液壓與氣壓傳動”教學策略探索

張國慶++劉保軍++盧滿懷

摘 要：針對培養創新型、應用型人才的教學目標，從“液壓與氣壓傳動”作為一門機電工程學科交叉性的課程的角度出發，將課程教學內容方式從元件機械設計和系統設計兩個方面進行針對學科方向的優化組織，并且采用“面向問題的學習”教學方式和互動平臺，以此激發學生學習的主動性，提升教學效果。

關鍵詞：機電工程；液壓與氣壓傳動；高校

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2017）04-0006-03

當今世界科學前沿的重大突破、重大原創性科研成果的產生，大多是多學科交叉融合的結果。因此，多學科交叉融合促進了優勢學科的發展，新興學科的產生，以及重大創新的推出，同時也對擁有交叉學科知識技能人才的培養提出了新的要求。機電工程作為一個典型的交叉學科，在其專業教學中越來越多的課程呈現出學科交叉性。相比其他一些專業基礎課程，其在課程內容和課程實踐等方面具有自身的特點。其中“液壓與氣壓傳動”課程是機械工程方向中機電結合比較典型的一門傳統課程[1]。該門課程融合了流體力學、機械設計及原理以及自動化控制等多門相關課程的知識運用，是一門將機械與電子控制技術相結合的具有交叉學科代表性的一門課程。

“液壓與氣壓傳動”課程知識點繁雜，理論性、系統性和邏輯性都較強，部分內容較抽象。同時作為一門傳統課程，雖然其教學理論基礎比較豐富，但是隨著當前應用領域和場景的變化，目前的課程體系已經不適應社會發展對創新型、應用型人才的需求，因此在課程教學上還需要與時俱進，進行相應的教學改革和調整。

一、“液壓與氣壓傳動”課程教學現狀

隨著我國高等教育由精英化向大眾化階段的穩步發展，人才培養的多元化格局日益明顯，將應用型本科人才作為學校主要的人才培養目標是很多普通高校的必然選擇。應用型人才指的是一切從事非學術研究性工作的實際操作者，他們需要把科學原理應用到社會實

踐中，以創造直接的經濟利益和物質財富。“液壓與氣壓傳動”作為一門經典的機械類專業基礎課，已經形成了“理論教學、驗證實驗、課程設計”的課程體系。在該體系下，結合我國高等教育的應用性趨勢，通過本課程的學習，學生要掌握液壓與氣壓傳動技術的基本概念和基本原理，掌握常見的液壓和氣壓元件的結構、工作原理、特點、應用和選用方法，熟悉各類液壓基本回路的功用、組成和應用場合，了解和掌握現有的系統，能夠分析系統和設計系統。本課程要使學生具有液壓設備的維護技能和自學能力，同時注重培養學生的工程實踐能力和創新能力。但是和上述課程定位矛盾的是，現有的教學內容安排和教學方式都無法完全達到相應效果和要求[2]。

（一）教材內容編排不合理，內容陳舊

現有的教材內容仍然是以流體力學基本理論、液壓氣壓傳動元件、液壓氣壓傳動回路為主，各章節的編排關聯性并不明顯，而且部分章節內容過于陳舊，與實際應用結合的部分比較缺乏，使得學生在學習過程中，難以抓住重點，對課程沒有形成整體準確的認識，造成學習興趣不高，學習效果不好的結果。例如，大部分傳統教材在傳動力學理論這一章中介紹了流體三大方程，引入了“液動力”的概念和計算方法。但是在舉例時，選擇的是比較抽象的示例，其和實際應用關聯不大，而且在后續的元件介紹章節中卻沒有對“液動力”做相關的介紹，導致學生在學習這部分內容時，感覺抽象難懂，且和液壓與氣壓傳送課程相關性不高，使得他們對此的學習興趣不高。

（二）教學方式單一

受教材和教學資源的限制，傳統教學方式還是以多媒體演示的方式進行輔助教學，即將部分教學內容以圖片或動畫的方式展示給學生，配以教師的講解，使得學生比較直觀地學習液壓系統工作原理。但是這種方式的缺點在于學生缺乏學習的自主性和互動性，學生學習還是處于被動，同時原理的展示與系統的實際應用關聯性較小，因此教學效果仍然差強人意。例如，在介紹各種液壓泵的工作原理時，傳統的教學材料是以簡化后的動畫來進行展示，這種方式的優點是原理性展示簡單直觀，但是展現不出實際元件的特征，例如在介紹齒輪泵的困油現象時，就無法展示清楚現象發生的所在位置和原因。

（三）實驗環節

在實踐實驗環節，目前的實驗平臺主要以液壓和氣壓傳動系統搭接平臺為主。其中以液壓傳動系統為例，受硬件配置的限制，搭接的回路比較有限，另外接口的拆裝費時費力，導致實驗環節的時間大部分浪費在連接系統元件上，而在系統的設計與整體認識上著力過少，導致學生對實驗學習的內容沒有清晰的認識，進而對實驗學習的積極性不高。

二、“液壓與氣壓傳動”教學策略

（一）優化教學內容

早期高等教育以精英教育為培養目標和培養群體，而隨著高教規模的擴大，高等教育逐漸向著普及性教育方向發展，教學培養的目標也針對群體需求逐漸多樣化，大學教育培養的不再僅僅是研究型人才，更多的是應用型人才。對于研究型人才，教學內容可著重放在課程的理論和推導部分，而對于應用型人才則應把教學內容重點放在工程應用上。前者的自學能力相對較強，其培養目標在于學科課程的繼續深造和學科理論知識的研究，而后者的培養目標在于實際工程應用系統設計和操控能力的培養[3]。因此在進行教學內容的選擇和組織時，不能再把時間花費在基本公式的推導和演算上，而

是把系統實際情況和流體理論基礎結合起來，強調理論的應用，而非理論的證明和推導。

作為一門綜合應用型的課程，“液壓與氣壓傳動”系統融合機電專業多門課程的內容。例如，系統中采用的各種液壓元件涉及了機械原理、機械設計等課程的相關知識，系統的控制部分涉及了傳感器、電路控制、PLC控制等課程的相關知識。因此，在講授這門課程時，不能將其看作一門獨立的課程進行介紹，而應該在講授過程中，引導學生結合之前所學的相關課程知識進行拓展性、思考性的學習。圖1所示為講授液壓溢流閥時的思路拓展。

當前大學畢業生到社會，特別是到企業工作，雖然需要有廣泛的知識，但由于任何工作單位都有重點有分工，因此，即便是到液壓元件或系統制造企業工作，也有不同的針對性和著重點。例如，做液壓元件設計的，需要對元件的設計及制造比較了解；而做系統設計的，則只需要了解元件的使用功能，而不需要掌握元件的設計制造過程。因此，在教學過程中，可以針對授課對象的學習興趣和特長，從這兩個方面分別進行引導和講解。如表1所示，兩種教學引導方向決定了講授內容的重點，以及對學生學習的重點要求不同。

表1 教學引導方向與教學內容重點

每一個學生的學習基礎不同，學習興趣不同，設定的學習重點方向也不同。在機電專業的“液壓與氣壓傳動”教學中，有些學生對機械設計方向感興趣，有些學生對機電系統控制技術感興趣，由此也決定了他們未來就業的方向，這樣在課程教學中教師應針對這些不同的方向，對其進行有針對性的引導，使得他們在各自感興趣的領域進行更多的課程實踐和學習。例如，對機械設計方向感興趣的學生，可引導他們著重液壓與氣壓傳動元件的機械結構設計的學習，如分析實用性較強且比較典型的元件結構設計方法，利用CAD軟件進行元件的設

計和圖紙的繪制等。而對機電系統控制方向感興趣的學生，則引導他們著重液壓與氣壓自動化系統的設計方面的學習，如機電伺服轉換技術、PLC控制等技術的應用，掌握自動化系統設計軟件的使用，完成液壓與氣壓傳動系統圖的繪制和軟件設計。

（二）運用基于問題的教學方式

“授人以魚，不如授人以漁”，自主學習能力是現代社會中對工科畢業生的最基本要求，同時自主學習也是學習效果較好的一種學習方式，因此在課程教學過程中要引導學生的這種自主學習的主動性。在“液壓與氣壓傳動”這類與工程類的課程教學中，要實現學生的自主學習能力的培養，就是把工程實際問題引入課堂，采用“面向問題的學習”的教學法，引導學生去尋找解決問題的方法[4]。

例如，在講解液壓損失的章節時，傳統的方式就是把液壓損失計算的相關參數和公式演算給學生，讓學生了解怎么計算液壓管道的液流壓力損失。但是從“面向問題的學習”角度出發，學生應該了解液壓管道中液壓損失的基本原則，并能應用這些原則來解決系統中設計損失的問題，還能選擇適當的原則來獲取解決液壓損失的方案和措施，進而能夠評價一個液壓管道設計的優劣，或能為一個新應用設計一個相應的液壓管道。

為了能夠實現“面向問題的學習”，首先在教學材料的準備上，相對傳統教材來說，需要準備更多開發的資料信息提供給學生。因此，開發數字信息化的教學資源平臺是一種必要手段。但是傳統的教學資源平臺，往往只是通過網站平臺提供一些課件PPT、教材插圖靜態信息，缺少互動性和對學生學習的漸進式引導，所以對提高學習效果并不明顯。隨著網絡技術的發展，Web平臺具有越來越強的動態特性，包括互動性、動態圖形、立體圖像的處理能力、移動性等。尤其是HTML5標準的Web平臺，它支持離線訪問、支持全媒體內容展示、支持交互式的2D/3D 圖像渲染、提供豐富的API 以調用移動設備的硬件，以此為基礎開發互動式數字化教學平臺，可以達到“面向問題的學習”的互動性和引導性的功能。在平臺中，對液壓與氣壓傳動系統的教學資源進行優化分類，采用更直觀和有趣的方式進行展示，同時展示的內容要與工程實際相適應，不再用抽象簡單的圖片或動畫來進行原理說明，而是結合工程實際，用現實系統和元件來加以展示。平臺的內容要方便學生檢索，同時要便于學生進行知識點的串聯和總結，幫助他們能夠對整個課程內容進行歸納，形成一個清晰的認識。

其次，在教學方式上，課前可提出液壓與氣壓傳動的實際工程問題，由學生自行查閱資料，課堂上展開小組討論或問題陳述和演示，然后教師再引導進行理論性的分析，帶出課程相關的知識點。目前比較有代表性的形式就是“翻轉課堂式教學”。通常情況下，學生的學習過程由兩個階段組成：第一個階段是“信息傳遞”，是通過教師和學生、學生和學生之間的互動來實現的；第二個階段是“吸收內化”，是在課堂前后由學生自己來完成的。由于缺少教師的支持和同伴的幫助，“吸收內化”階段常常會讓學生產生挫敗感，喪失學習的動機和成就感。“翻轉課堂”對學生的學習過程進行了重構。“信息傳遞”是學生在課前進行的，教師不僅提供視頻，還可以提供在線的輔導；“吸收內化”是在課堂上通過互動來完成的，教師能夠提前了解學生的學習困難，在課堂上給予有效的輔導，學生之間的相互交流更有助于促進他們知識的吸收內化過程。

（三）改進實驗教學方式

實驗實踐教學是對學生專業應用能力的一種訓練和培養，目前國家逐漸推進本科教育向應用型大學教育的方向發展，實驗實踐教學的比重也越來越大，要求實驗、實訓、實習環節，實訓實習的課時占總的專業教學課時的30%以上，并建立實訓實習質量保障機制。這樣使得其在課程教學中的重要性也越來越大，影響最終的教學效果。因為應用型教學的目的是要培養應用型人才，其強調專業性、職業性知識與能力的培養和訓練[5]。

目前大部分高校的“液壓與氣壓傳動”課程的實驗內容分為兩個部分：認知型實驗和驗證式綜合訓練型實驗。認知型實驗主要是通過對液壓與氣壓傳動元件進行拆裝實驗，進而了解其工作原理及其性能；驗證式綜合訓練型實驗主要是搭建液壓與氣壓傳動系統的幾個典型回路，進行性能驗證性實驗。因此，在進行“液壓與氣壓傳動”實驗教學時，教師不能再局限于傳統實驗臺的回路搭接，而應利用現有的仿真軟件，拓展實驗平臺，完成多種多樣的綜合性的工程實際系統的設計，加強對學生系統設計能力的培養。同時，教師在實驗教學過程中，引入工程實際問題，要求學生通過小組分析和討論，完成解決工程問題的方案設計。通過這種方式，學生的專業能力、個性能力、社會能力和方法能力將得到綜合性的訓練和培養。例如，在進行系統設計教學時，要求學生設計完成一個實際液壓與氣壓傳動控系統，要求學生利用仿真軟件，搭接出系統圖，并能夠完成系統的控制和運行操作。

同時在現有實驗條件下，在實驗實踐考核方式上做一些改進，也可以提高教學效果。例如，最終的實驗考核，采用抽簽選題，分組搭接的方式。題目從實驗項目中提取，只給學生提供所需的液壓與氣壓元件，按要求搭接相應功能的回路。這種帶有游戲色彩的考核方式，能讓學生避免呆板地應對考試，而體驗到考核的挑戰性和趣味性。通過題目給出的元件符號，學生選擇尋找正確合適的搭接元件進行回路搭接，由此體現學生平時的理論學習和實際動手的成果。

三、結語

從“液壓與氣壓傳動”作為一門機電工程學科交叉性應用課程的角度出發，提出在教學內容上從元件設計和系統設計兩個方面進行有針對性的優化組織。教學方式上采用“面向問題的學習”教學方式，將工程實例更多引入教學過程，以教會學生掌握系統綜合分析與設計為目的，同時開發互動性好的Web平臺輔助教學，引導學生帶著問題主動學習，這對提高課程的教學質量有積極的作用。

參考文獻：

[1]伍紅軍，羅英姿.交叉學科人才培養的幾個理論問題研

究[J].江蘇高教，2010，（2）.

[2]張國慶，劉保軍.機電工程專業傳感器課程的教學探索

與研究[J].課程教育研究，2014，（16）.

[3]李笑，肖體兵，楊雪榮等.液壓與氣壓傳動課程體系的改

革與實踐[J].中國現代教育裝備，2012，（7）.

[4]芮宏斌，周春國，高峰.以“卓越工程師教育培養計劃”促

進“液壓與氣壓傳動”課程教學改革實踐[J].液壓與氣

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[5]邵波.論應用型本科人才[J].中國大學教學，2014，（5）.