王 徹，張繼東，張振東，王 儒

（安徽信息工程學(xué)院機械工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241100）

“液壓與氣壓傳動”作為機械專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，在學(xué)生培養(yǎng)體系中以及學(xué)科建設(shè)過程中占據(jù)了重要的地位[1]，同時，液壓與氣壓傳動技術(shù)具有工作平穩(wěn)、工作反應(yīng)速度快、調(diào)速范圍廣等特點，使得液壓與氣壓傳動技術(shù)在自動化生產(chǎn)控制、車輛、船舶、能源開采等諸多大型工程項目領(lǐng)域都有不可替代的應(yīng)用需求。但在新時期發(fā)展中，國家、社會面臨著新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，人們對于更加高效的經(jīng)濟發(fā)展，更加智能、更有深度的科學(xué)技術(shù)也提出了新的發(fā)展目標。在新的形式下，面對新的問題，對傳統(tǒng)的液壓與氣壓傳動技術(shù)也提出了更高的要求，需要液氣壓傳動技術(shù)在實際的工作中有著更加精準、高效的傳動控制，需要“液壓與氣壓傳動”與其他的專業(yè)課程、其他新的技術(shù)有著實質(zhì)性的深度融合。而目前的“液壓與氣壓傳動”課程的教學(xué)授課方式還是“教師理論講述，學(xué)生被動學(xué)習(xí)”方式，所講述的課程知識點相對于時代的發(fā)展沒有大的進步，難以滿足社會發(fā)展的需求[2]。同時，在2017年，國家教育部根據(jù)社會發(fā)展需求以及人才培養(yǎng)發(fā)展規(guī)律，提出了“新工科”的教育教學(xué)思路，在新的教學(xué)思路指導(dǎo)下，國內(nèi)各大高校紛紛進行課程教學(xué)改革，為中國未來具有創(chuàng)新意識強、工程實踐水平高的新型專業(yè)人才的培養(yǎng)添磚加瓦，因此“液壓與氣壓傳動”課程改革迫在眉睫[3]。

由于“液壓與氣壓傳動”既需要有較為深入的理論知識儲備，同時又需要很強的工程實踐的背景，所以對于“液壓與氣壓傳動”的改革還存在著許多的問題，而這些課程問題的處理直接影響到“液壓與氣壓傳動”課程改革乃至整個專業(yè)人才培養(yǎng)改革的成效。

1 “液壓與氣壓傳動”課程面臨的問題

1.1 課程內(nèi)容多而雜，知識點聯(lián)系緊密

“液壓與氣壓傳動”課程的知識點雜而多，且晦澀難懂，課程內(nèi)容前后聯(lián)系緊密。液壓元器件的工作原理在實際的課程講述過程中雖然可以通過PPT等進行動態(tài)演示，但是相比實際的元器件使用要求，學(xué)生掌握程度存在著一定的不足。如在液壓閥的講述過程中，大體上可將液壓閥分成3大類，分別是壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥，但是在每一類閥里面根據(jù)實際的液壓系統(tǒng)的工作情況又涉及了多種控制閥，比如在壓力控制閥中包括溢流閥、減壓閥、順序閥等，這些閥的結(jié)構(gòu)和工作原理基本類似，但是用途千差萬別，同時其液壓符號種類繁多，同一類不同的閥的符號表達區(qū)別小，在后續(xù)的液壓原理圖中學(xué)生要能看懂液壓回路，特別是在液壓基本回路的講解過程中基本上就是液壓閥的應(yīng)用講解，因此學(xué)生需要對液壓閥有著較深入的理解，但是由于課程的安排，學(xué)生一時之間難以掌握。

同時，學(xué)生對于“液壓與氣壓傳動”課程內(nèi)容知識點的掌握程度與其前期的先修課程的掌握程度有著密切的聯(lián)系，這直接關(guān)系到學(xué)生對知識點的理解情況。如課程中關(guān)于液壓流體力學(xué)基礎(chǔ)部分的知識與微積分、流體力學(xué)、大學(xué)物理等工科類基礎(chǔ)課程知識之間，齒輪泵、柱塞泵、液壓缸等元器件的結(jié)構(gòu)分析和工作原理的內(nèi)容與機械原理、機械設(shè)計等課程之間，電磁換向閥的動作分析和機電傳動課程之間都有著緊密的關(guān)聯(lián)[4-5]。

“液壓與氣壓傳動”課程中所講述的元器件都是液壓系統(tǒng)中比較基礎(chǔ)的元器件，都在實際的生產(chǎn)活動中都有著廣泛的應(yīng)用。因此，學(xué)生對于液壓元器件的工作原理、使用特性，液壓系統(tǒng)中的回路分析、典型液壓與氣壓回路的作用以及液壓與氣壓系統(tǒng)的設(shè)計，都需要在一定的工程實踐的背景下進行講解，學(xué)生才能理解透徹。如對于多缸同步運動，沒有實際的工程背景，學(xué)生很難理解其實際用途，所以也很難真正掌握其工作特性、使用條件與工況。

1.2 課程實踐不足

目前，在傳統(tǒng)的“液壓與氣壓傳動”課程中課程實踐是不足的，學(xué)生對“液壓與氣壓傳動”中的元器件的認識和基本回路的認識如調(diào)壓、調(diào)速回路都是從課程中所安排的幾個實驗來進行的感性認識[6]，并且“液壓與氣壓傳動”課程中的實驗都是基本的、簡單的且實驗學(xué)時較短。比如在進行液壓元器件拆裝試驗中，只安排了2個學(xué)時，所需要進行拆卸、觀察的液壓元器件包括了泵、閥、液壓缸等元器件，因此大多數(shù)學(xué)生只能做到為了拆裝而拆裝，對其中的各個零部件結(jié)構(gòu)并未進行詳細的觀察，對其作用不是很理解，實驗報告撰寫也只是表于形式，很難做到試驗反思。如對于柱塞泵的拆裝，學(xué)生對于柱塞泵的工作原理、斜盤是如何決定泵的排量依然很難理解。在實際的課程中，一般的課程安排都是理論課在前，實驗課在后，理論和實踐之間很難有較好的聯(lián)系。同時液壓元器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和零部件的相對運動也比較復(fù)雜，在理論學(xué)習(xí)的過程中學(xué)生很難想明白，而實驗課程又滯后于理論課程很長時間，所以對其工作原理學(xué)生不易進行深入的理解。并且目前的課程實驗所涉及的“液壓與氣壓傳動”的知識點的覆蓋面有限，通過實驗課對整個“液壓與氣壓傳動”的知識點的掌握存在較大的難度[7]。

1.3 課程創(chuàng)新性不足，偏于理論

“液壓與氣壓傳動”的課程教學(xué)還是針對課本上基礎(chǔ)性的知識點進行講解，偏重于理論，同時目前的課本內(nèi)容并沒有跟上行業(yè)發(fā)展的速度，對最新的液壓與氣壓的元器件的發(fā)展情況講述得很少，更多的還是針對傳統(tǒng)的元器件工作原理的介紹。并且，課程的考核方式還是比較重視學(xué)生的期末考試成績和平時作業(yè)成績，而對于學(xué)生的液壓與氣壓系統(tǒng)涉及創(chuàng)新能力以及實踐動手能力的考查相對較少，所以在現(xiàn)有的這種考核方式下，學(xué)生更多的還是將自己的精力放在課本知識和習(xí)題之上，更多的關(guān)心理論上的學(xué)習(xí)[8-9]，并沒有更多的精力和熱情去查找更加先進的液壓元器件進行學(xué)習(xí)研究。同時，部分的高校專業(yè)教師并沒有企業(yè)工作的經(jīng)歷，沒有參加過實際的生產(chǎn)設(shè)計工作，所以教師很難有實際的工程經(jīng)驗運用到課程教學(xué)過程中，而在實際的教學(xué)過程中也很難跟上行業(yè)的發(fā)展需求，對實際的工程實例很難做到比較深入的講解，并且教師對于企業(yè)的需求和行業(yè)的發(fā)展趨勢并沒有很好的把握。同時，在課程中，所安排學(xué)習(xí)的典型液壓回路系統(tǒng)的例子如“采煤機及其液壓牽引系統(tǒng)”“塑料注射機液壓系統(tǒng)”等，這些例子與學(xué)生的認識都比較遠，在現(xiàn)實的生活中可能并沒有見過，學(xué)生很難明白其液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的作用和部分的設(shè)計目的，所以很難激發(fā)學(xué)生對于“液壓與氣壓傳動”課程的學(xué)習(xí)熱情，所以在這種培養(yǎng)模式下很難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和工程能力[10]。

1.4 課程融合，課時壓縮

對于“液壓與氣壓傳動”課程的學(xué)習(xí)，“液壓與氣壓傳動”課程不單單是液壓或者氣壓回路的設(shè)計，還包括液壓與氣壓傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計。所以，“液壓與氣壓傳動”課程與其他課程的融合也越來越深入，如液壓氣壓傳動系統(tǒng)與PLC技術(shù)的融合、液壓與氣壓傳動與計算機技術(shù)的融合、液壓與氣壓傳動與機器人專業(yè)融合等。如今單獨的一個課程很難設(shè)計出一個獨立的系統(tǒng)，需要不同學(xué)科的相互交叉和融合，所以“液壓與氣壓傳動”課程的綜合性也會越來越強，課程中所接觸的新知識也越來越多[11-12]。但是隨著課程改革的深入，學(xué)生學(xué)習(xí)的專業(yè)內(nèi)容也越來越深入，而課程的教學(xué)課時量被不斷的壓縮，所以，很難對與“液壓與氣壓傳動”課程相融合交叉的知識點進行展開講解。

2 “液壓與氣壓傳動”改革趨勢

2.1 項目化教學(xué)，對知識點進行整合

增加課程的實踐環(huán)節(jié)，采用項目化教學(xué)的方式，將課程中的知識進行整合。將學(xué)生所需要掌握的知識點融入課程項目中，使學(xué)生通過實際的項目來學(xué)習(xí)課程知識，這樣既可以提升學(xué)生的理論知識，又可以提升學(xué)生實際操作的水平，初步可以做到理論和實踐相結(jié)合。在進行項目化教學(xué)的過程中，需要授課教師對課程項目進行精心的設(shè)計和管理，對目前的考核方式進行修改，加強對創(chuàng)新和實踐能力的考核，否則這些項目很難達到預(yù)期的目標，容易流于形式。所以，需要根據(jù)培養(yǎng)計劃和大綱，對項目進行設(shè)計，這些項目需要體現(xiàn)課程基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和強化，有一定的綜合性、對特定知識的針對性，同時，項目需要多樣化和不同階段的層次性。

比如在學(xué)習(xí)液壓泵的時候，根據(jù)課程目標將液壓泵的講述分成3個不同層次階段：①對學(xué)生進行分組，下發(fā)任務(wù)書和液壓泵實物，向?qū)W生初步講解液壓泵的作用和工作原理，根據(jù)實物讓學(xué)生對液壓泵有一個感官的認識；②在初步了解的基礎(chǔ)上，學(xué)生開始拆解液壓泵，每一組的液壓泵的類型都不一樣，在拆解的過程中分析液壓泵的結(jié)構(gòu)，了解液壓泵的裝配、密封腔的容積變化、運動關(guān)系和注意事項，通過查閱資料分析各種液壓泵的工作原理和優(yōu)缺點[13]；③利用三維軟件建立液壓泵的三維模型，進行運動仿真，最終完成項目書，進行歸納總結(jié)，使學(xué)生深入地了解液壓泵工作原理和裝配關(guān)系以及特點。

根據(jù)課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的不斷深入，項目的難度和挑戰(zhàn)也要不斷的提升，要通過一步步地完成一個個小項目，樹立學(xué)生可以學(xué)好本門課程的信心。同時，做好不同專業(yè)的融合情況，將不同的專業(yè)技術(shù)融合到項目中，根據(jù)“液壓與氣壓傳動”的不同章節(jié)的知識提出不同的挑戰(zhàn)項目，依托現(xiàn)有教學(xué)條件，提出合理的設(shè)計方案，這些具有針對性的項目，對學(xué)生的創(chuàng)新性具有一定的促進作用[14-15]。

2.2 線上教學(xué)

由于新技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)生所要學(xué)習(xí)、了解、掌握的知識也越來越多，專業(yè)課程的深度不斷加強，而落實到每一門課程上的學(xué)時又在不斷地壓縮。知識量增多，課時量減小，這是一個非?，F(xiàn)實的問題，目前很多的專業(yè)、課程都亟需解決這個問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為解決知識點多和課時量不足的問題提供了有效的途徑，即可以將部分知識點轉(zhuǎn)移到學(xué)習(xí)平臺上，利用網(wǎng)絡(luò)的共享資源進行線上教學(xué)。

根據(jù)教學(xué)大綱對于課程知識點的掌握要求，可以將部分簡單通俗易懂且需要在課堂上進行講解的知識點轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺上進行線上學(xué)習(xí)，同時結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，可以建立更加豐富有趣的資源庫如視頻、動畫等供學(xué)生下載觀看，用一種形象直觀的方式對知識點進行講解。線上教其優(yōu)勢十分顯著，但是其問題也顯而易見。因為線上教學(xué)中，教師與學(xué)生以及學(xué)生與學(xué)生之間很難形成面對面的交流，同時教師也很難在網(wǎng)絡(luò)平臺上了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和情況。所以在進行“液壓與氣壓傳動”課程線上教學(xué)的時候首要的問題就選擇合適的學(xué)習(xí)平臺。目前有許多使用成熟的學(xué)習(xí)平臺，如雨課堂、訊飛愛課堂等。這些平臺有著良好的互動性，可以進行線上簽到、課程資源發(fā)布、課程討論、課程問題點答、成績管理等。在新的“液壓與氣壓傳動”知識學(xué)習(xí)前，可以將學(xué)生納入學(xué)習(xí)平臺，提前在平臺上發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)目標和學(xué)習(xí)視頻，讓學(xué)生提前學(xué)習(xí)，對一些基本的知識點有所了解，比如“液壓系統(tǒng)的基本組成”“各個部分的代表元器件有哪些”等。當課前線上學(xué)習(xí)結(jié)束后，結(jié)合課程知識建立相應(yīng)的課后題庫，讓學(xué)生進行及時練習(xí)鞏固。在線下課堂中，根據(jù)發(fā)布知識以及線上課后習(xí)題的練習(xí)情況與學(xué)生面對面地學(xué)習(xí)交流，了解學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握情況，根據(jù)學(xué)生的反饋，進行有針對性和專業(yè)深度的講解。當線下課程完成以后，可以再在平臺上發(fā)布一些與本節(jié)內(nèi)容相關(guān)的液壓與氣壓傳動新的技術(shù)和設(shè)備等資料，如企業(yè)最新的液壓與氣壓的元器件、在高精端技術(shù)中液壓與氣壓傳動技術(shù)的應(yīng)用等，擴大學(xué)生的視野，使學(xué)生了解目前行業(yè)的發(fā)展狀態(tài)[16]。

2.3 虛擬仿真技術(shù)的使用

虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展為工程技術(shù)的創(chuàng)新提供的新的渠道，這極大地加快了工程的進度和降低了工程成本。而在液壓與氣壓傳動技術(shù)的課程中，使用虛擬仿真技術(shù)可以將復(fù)雜的液氣壓傳動情況進行形象的展示，并且可以對液壓元器件的內(nèi)部工作情況進行詳細的描述，同時由于液壓實驗設(shè)備結(jié)構(gòu)和控制都比較復(fù)雜，液壓油容易泄漏污染環(huán)境，高壓液壓油壓力大具有較大的危險性，所以在剛剛開始的液壓回路搭建的實驗中，學(xué)生使用一些液壓設(shè)備的過程中危險系數(shù)會很高，因此教師對會實驗回路進行搭建和操作演示，而學(xué)生則是對實驗進行觀摩，記錄實驗過程中的數(shù)據(jù)，學(xué)生對自己搭建的實驗回路無法進行實際的操作和驗證，這在一定程度上影響了學(xué)生的創(chuàng)造性和創(chuàng)新性，而采用虛擬仿真技術(shù)就可以有效地降低學(xué)生操作液壓設(shè)備的危險性。學(xué)生可以先利用仿真軟件對所設(shè)計的液壓回路實施運動虛擬仿真，根據(jù)仿真結(jié)果對所設(shè)計的液壓回路中不合適的地方進行改進，然后再進行調(diào)試，最后在虛擬仿真中沒有出現(xiàn)問題的條件下，再進行實驗驗證。同時，由于液壓與氣壓傳動的元器件種類繁多，比如“方向控制閥”，一般的學(xué)校實驗室難將市場上所有的液壓或者氣壓元器件買全，而這些客觀條件的限制也制約了學(xué)生對實驗所要求達到預(yù)期目標功能的液壓與氣壓回路的設(shè)計和分析，而虛擬仿真可以有效地彌補這一不足，因為虛擬仿真軟件有著較大的元器件資源庫，給學(xué)生探究性的研究提供了很多的可能。

在實際的學(xué)習(xí)過程中，常用的液壓虛擬仿真軟件主要包括AMEsim、FluidSIM等。其中FluidSIM軟件安裝、操作都十分簡單，同時會對執(zhí)行機構(gòu)如“液壓缸”輸出的力和速度進行直觀的展示，十分適合教師課堂教學(xué)。通過采用該軟件進行仿真模擬，可以對比較復(fù)雜的液氣壓回路進行快速的計算與分析，通過動畫、圖像等形式可以形象地對液壓與氣壓回路中的液體或者氣壓在液壓或氣壓元器件中的流動進行詳細的展示，可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。同時對于液壓與氣壓傳動相關(guān)的控制技術(shù)也可以進行拓展，比如在控制電磁換向閥或者壓力繼電器進行運動控制時，就需要設(shè)計電控圖或者是編寫合適的PLC控制程序，這樣在這個軟件中就很好地融合其他專業(yè)的知識，對學(xué)生所學(xué)習(xí)的知識也是一個綜合的考察，并且該仿真軟件具有良好的設(shè)計性能，可以進行不同回路的搭建并進行仿真調(diào)試，然后在一下液壓實訓(xùn)平臺上進行搭建驗證，通過這種理論和實踐相結(jié)合的方式，可以真正地鍛煉學(xué)生的設(shè)計能力和動手能力，極大地提升學(xué)生的創(chuàng)造性和創(chuàng)新性[17-18]。

3 結(jié)語

“液壓與氣壓傳動”作為機械、車輛等工程類專業(yè)的核心課程，隨著國家科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及社會對符合時代發(fā)展的高素質(zhì)專業(yè)型人才的需求越發(fā)旺盛，對“液壓與氣壓傳動”課程的改革刻不容緩。由于液壓與氣壓傳動技術(shù)本身的復(fù)雜性、綜合性以及使用的多樣性，注定“液壓與氣壓傳動”課程的改革難度之大、任務(wù)之艱巨，需要更多的同行持續(xù)不斷地進行改革。而在未來項目化教學(xué)的持續(xù)推進、網(wǎng)絡(luò)平臺資源的不斷豐富、虛擬仿真軟件在教學(xué)活動中不斷深化使用，“液壓與氣壓傳動”的課程改革必然會有著較大程度的突破，對培養(yǎng)專業(yè)知識廣、工程實踐能力強、創(chuàng)新能力好的現(xiàn)代化專業(yè)人才有著重要的意義。