中美《液壓與氣壓傳動》課程教學的差異

上官倩芡，張鼎逆，楊曄

（上海師范大學信息與機電工程學院，上海201418）

中美《液壓與氣壓傳動》課程教學的差異

上官倩芡，張鼎逆，楊曄

（上海師范大學信息與機電工程學院，上海201418）

《液壓與氣壓傳動》課程是機械專業本科生一門重要的基礎課程。但是，中美大學在該課程的教學過程中教學內容、教學方式以及實踐環節等方面都存在一定的差異，這些差異為我國高校工科專業《液壓與氣壓傳動》課程的改革和創新指出了一個方向。

液壓與氣動；課程改革；中外合作辦學

由教育部批準，上海師范大學信息與機電工程學院機械設計制造及其自動化專業與美國代頓大學以3+1模式聯合培養現代制造工程方向的本科生。目前，該項目已有十三屆學生畢業并踏上工作崗位。

《液壓與氣壓傳動》課程作為一門重要的專業基礎課在“機械設計制造及其自動化”專業學生培養中占有重要的地位。為了提高我院合作化辦學的教學水平，增強教師對國外的教育理念、課堂教學模式的學習和了解，一方面引進國外具有豐富教學經驗的教師為本科三年級學生主講該門課程，另一方面選派優秀青年教師赴代頓大學進行觀摩和學習。在近幾年的引進和學習美國《液壓與氣壓傳動》課程資源的過程中發現，雖然該課程同樣都是機械工程類本科生的一門重要的專業基礎課，但美方的教學過程與我們相比存在著一系列的差異，主要表現在教學內容、教學方式以及實踐性環節等幾個方面。

1 根據學生不同的培養層次選擇不同的教學內容

在美國的工科類大學中，機械工程專業分為三個不同的培養層次。第一個層次稱為Mechanical Engineering，主要培養能夠從事機械領域設計、計算和研發的工程師，因此在教學內容上重點突出相關的理論、設計及計算。就《液壓與氣壓傳動》課程而言，該層次的教學內容涵蓋了流體力學的基礎知識、液壓系統的摩擦能量損失、各類液壓元件的介紹、液壓基本回路的設計分析、液壓系統的維護、氣動元件與系統、液壓與氣壓回路的基本電氣控制、液壓與氣壓回路的邏輯控制系統、伺服控制以及可編程控制等。各章節的教學中都強調學生要掌握相應的計算和設計的內容。第二個層次稱為Mechanical Engineering and Technology，主要培養機械工程相關領域內設計制造及應用研究的工程技術人才，因此該層次的教學更注重培養學生的應用能力。與第一個培養層次相比，在《液壓與氣壓傳動》課程中這一層次的教學內容首先取消了連續性方程、能量方程、動量方程等流體力學基礎知識，而代之以液壓油的物理特性；其次取消了回路電控部分的介紹；此外，在各個章節中也不再大量強調計算和設計的內容，而重點改為對基本原理的理解。第三個層次稱為Manufacturing and Technology，主要培養機械制造領域的應用型高級人才。在《液壓與氣壓傳動》課程教學中，這一層次的教學內容選擇上與第二層次類似，但在教學過程中更突出了實用性。比如，每位學生除了教材外還必須配備一本某液壓元件生產公司出版的液壓系統數據手冊。手冊中主要介紹公司生產的各種液壓元件的尺寸及性能參數。教師在課堂教學中除了講解元件的工作原理，還要根據手冊所列的內容告訴學生如何選擇適合參數的元件。這樣，學生在學習過程中就熟悉了工程中各類液壓元件的參數和選擇，有利于他們畢業后能較快地進一步掌握這些元件的實際應用。這種根據不同培養層次而采取不同教學內容的模式，使美方《液壓與氣壓傳動》課程的教學具有了很強的針對性和實用性。

2 注重形象教學，注重課堂上與學生的互動與溝通

在多年從事《液壓與氣壓傳動》課程教學的過程中，發現歷屆學生都反映對液壓系統的基本工作原理以及部分液壓元件的結構和工作原理感到費解，因為教材在介紹上述內容時不是枯燥的文字說明就是平面的結構示意圖，學生很難與具體實物建立起聯系。而通過與美方相關教師的交流，我們了解到為解決這一問題，美方在教學中主要采用了以下幾種方法：

（1）在教材上以形象的圖形來代替枯燥的文字說明。比如，在闡述液壓系統的壓力、作用面積和輸出力之間的關系時，美方教材中就采用了圖1所示的金字塔形的圖形來表述[1]：

圖1 液壓系統中壓力、作用面積及輸出力關系示意圖

這樣，學生就可以一目了然地理解并清晰的記住這三個參數間的互相關系。再比如為了讓學生理解液壓系統中進油路是高壓油液、回油路是低壓油液，美方教材上往往把系統圖中進油管路涂成紅色、回油管路涂成藍色以清晰地加以區分。此外，為了便于學生理解，美方教材在介紹液壓元件的結構時盡量采用立體加剖視的圖形。比如圖2所示的液壓缸工作原理示意圖[1]以及圖3所示的油箱結構示意圖[1]，可以把液壓元件立體、形象地展示給學生，以便于學生理解。

圖2 液壓缸工作原理圖

圖3 油箱結構示意圖

（2）利用動畫或實物進行輔助教學。為了便于學生理解液壓泵、液壓缸等典型液壓元件的工作原理，美方教師還采用動畫的方式展示這些元件的運動過程。這些動畫有來的源于液壓技術相關的網站，有的來源于液壓元件生產廠的培訓材料。在課堂上教師往往把這些網站的信息公布出來，并要求學生自己去下載或查找相關資料以加深理解。由于氣動元件往往比液壓元件體積小、重量輕，在氣動部分的教學中，教師直接選擇一些便于攜帶的元件（如氣缸、各種控制閥等）在課堂上進行實物教學。在介紹了這些元件的結構和原理后，還把這些實物在全班學生中傳閱，以保證每位同學都能切實理解所講解的內容。

除了采用上述形象生動的方式增強教學效果外，美方教師還非常注重教學過程中與學生的交流和溝通，以營造一個輕松、愉快、平等的學習氛圍。比如，上課前有的教師會在衣服口袋中放一些糖果。課堂上提問時，如果有同學回答正確，教師立即掏出一顆糖果并扔給這位同學以資鼓勵。此外，教師還經常在課堂上開一些小小的玩笑，以活躍氣氛并使學生得到短暫的放松。在這樣愉快的氣氛中學生的學習興趣、學習熱情以及理解能力都能得到提高，自然也就提高了教師的教學效果。

3 注重培養學生的實踐能力和獨立思考能力

與我方理論課教師只負責課堂教學、實驗員負責實驗教學不同，美方的理論教學和實驗教學往往由同一位教師擔任。這種教學模式的優點在于可以有效避免理論課程和實驗課程的脫節，任課教師可以控制整個教學過程。在對代頓大學Mechanical Engineering and Technology專業《液壓與氣壓傳動》課程的觀摩過程中發現，整門課程大約有一半的課時是在實驗室中進行的。特別是在液壓基本回路部分，教師一面在實驗室中搭建回路，一面向同學們講解原理，最后還要求每組同學都動手搭建能完成一定功能的液壓回路。這種理論教學和實驗教學相結合的模式既可以有效加深學生對書本知識的理解，又可增強學生的動手能力，同時還大大提高了教學效率。此外，美方還利用一些設計軟件來提高學生的實際應用能力。比如在代頓大學Mechanical Engineering and Technology專業有一間專門的電腦設計實驗室，在該實驗室的每臺電腦中都安裝了一個液壓系統設計軟件。學生可根據實際工況設計一個回路，并利用這個軟件模擬回路的工作過程，觀察油液的流動情況以及執行元件的運動方向等。這個實驗室是對本專業所有學生開放的，學生可以隨時到實驗室中進行模擬設計。

美方教師在教學過程中還非常注意課后作業的布置，這些課后作業有的是章節后的習題，有的則是調查報告。比如，教師經常會布置一些叫做Project的課后作業，有的要求大家舉幾個液壓系統典型的應用實例，有的則要求談談液壓系統的未來發展趨勢。這些作業看起來不難，但學生必須自己去圖書館或網上查資料才能回答，這樣就可以有效培養學生獨立查閱資料、思考問題、解決問題的能力。

通過中美《液壓與氣壓傳動》課程教學方式的比較，發現在中外合作辦學中引進外國優質教育資源，通過借鑒和學習外國教育機構的教育理念、教學方法、辦學特色和成功經驗，可以有效推動國內教學模式的改革和創新[2-5]。通過三年多的努力，《液壓與氣壓傳動》教研組確立了吸收國內外先進的教學模式，以培養學生的創造性思維能力和解決實際問題的能力為指導思想，提高學生綜合素質和能力為目標的課程建設思路，并已完成了課程大綱和實踐性環節的修訂和創新工作。預計經過建設和改革可使我校合作辦學專業《液壓與氣壓傳動》課程教學邁上一個新臺階。

[1]Ken Dulinski，Rod Erickson.Industrial Hydraulics Manual [M].Eaton Fluid Power Training，2007.

[2]王小萍，黃春，李昭鴻，等.《液壓與氣動》課程的工學結合教學改革的探討[J].裝備制造技術，2014（9）：271-272.

[3]楊紅艷，雷秀，那日蘇，等.以課程設計、畢業設計為延伸提高液壓與氣壓傳動課程教學質量的探索與實踐[J].內蒙古師范大學學報（教育科學版），2013，26（1）：135-137.

[4]范莉.液壓與氣壓傳動課程建設的探索[J].液壓氣動與密封，2013（6）：1-2.

[5]胡少剛，徐建方，吳小鋒.“液壓與氣壓傳動”精品課程建設的實踐[J].常州工學院學報，2014，27（3）：78-81.

Differences in Fluid Power Course Teaching Between Chinese and American Universities

SHANGGUAN Qian-qian，ZHANG Ding-ni，YANG Ye
（College of Information，Mechanical and Electronic Engineering，Shanghai Normal University，Shanghai 201418，China）

s：Fluid power is a very important course for students in mechanical engineering.However，there are differences in main content，method and lab class of the course teaching between chinese and american universities.These differences might be a direction for curriculum revolution of fluid power in engineering majors of chinese universities.

fluid power；curriculum revolution；sino-foreign educational cooperation

G642.4

A < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0239-03

上海師范大學校級科研項目（項目編號：SK201509）；上海高校青年教師培養自助計劃項目

上官倩芡（1974-），女，河南人，博士，副教授，主要從事《液壓與氣壓傳動》等課程教學工作；張鼎逆（1983-），男，江蘇人，博士，講師，主要從事《機械制造裝備設計》等課程教學工作；楊曄（1986-），男，上海人，博士，講師，主要從事《機械制造技術基礎》等課程教學工作。