張明軍

（江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院，江蘇 徐州 221132）

0 引言

“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程是機(jī)械、機(jī)電及自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1-2]。且該課程抽象性高、實(shí)踐性強(qiáng)，理論與實(shí)踐并重[3]，故在教學(xué)中僅講授理論，不采用先進(jìn)的教育技術(shù)和手段，教學(xué)效果明顯欠佳[4]。特別是液壓元件的結(jié)構(gòu)與原理、液壓與氣動(dòng)回路的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證等內(nèi)容更是需要與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，采用動(dòng)畫、視頻、仿真軟件及實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備等進(jìn)行輔助教學(xué)，定能將抽象性的理論知識直觀化、可視化，幫助學(xué)生理解與記憶，并學(xué)以致用，提高教學(xué)效果[5]。筆者根據(jù)“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程的特點(diǎn)，結(jié)合個(gè)人多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在課堂教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中充分利用多媒體、展臺、FluidSIM軟件、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備、故障集成模塊等現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的設(shè)計(jì)與探索，旨在充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)師生與生生互動(dòng)，理實(shí)結(jié)合，提升課堂教學(xué)質(zhì)量。

1 充分利用溝通平臺，有效實(shí)現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)

為實(shí)現(xiàn)師生、生生之間的有效溝通，每個(gè)班級都會擁有QQ群、微信群或釘釘群，這樣，老師和學(xué)生之間就可以暢通的進(jìn)行溝通與交流。

眾所周知，溫故知新是教學(xué)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，學(xué)生如果能夠預(yù)習(xí)好，教師能夠?qū)牒?，定然能夠?qū)崿F(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，有效提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

在教學(xué)中，不論是液壓元件還是液壓系統(tǒng)都可以先給學(xué)生提供一個(gè)學(xué)習(xí)的綱要，如液壓元件可以從分類、結(jié)構(gòu)、原理、特點(diǎn)及應(yīng)用的角度進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過交流平臺提前將任務(wù)發(fā)布，并上傳一些動(dòng)畫或視頻來幫助學(xué)生理解，這樣，在課堂上教學(xué)時(shí)，先讓同學(xué)們進(jìn)行分享，然后進(jìn)行討論優(yōu)化答案，最后老師再進(jìn)行糾偏與拓展，并通過一個(gè)小任務(wù)或提問，再或者是一段實(shí)際應(yīng)用的視頻引入新課，這樣便有效抓住了學(xué)生的獵奇心理，引人入勝，導(dǎo)入新課。

另外，也可以利用交流平臺給學(xué)生布置具有層次性的拓展任務(wù)，同學(xué)們可以根據(jù)自己的實(shí)際情況有選擇地進(jìn)行思考完成，與老師溝通確認(rèn)方案后可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室開放情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，教師進(jìn)行過程監(jiān)督與指導(dǎo)，以確保實(shí)驗(yàn)效果。

2 融入動(dòng)畫與視頻，提高課堂教學(xué)質(zhì)量

液壓元件與液壓系統(tǒng)的學(xué)習(xí)較為抽象，不采用一些直觀的教學(xué)手段輔助教學(xué)，學(xué)生總是會感到一團(tuán)霧水，故動(dòng)畫與視頻在教學(xué)中的重要性就突顯而出。例如，齒輪泵、葉片泵和柱塞泵是常用的三大液壓泵，其工作原理相對抽象，但通過三種液壓泵工作原理動(dòng)畫的展示，同學(xué)們便能夠動(dòng)態(tài)地理解吸、壓油過程及變量泵的變量過程，同時(shí)也能加深對其結(jié)構(gòu)組成的理解，效果較好。液壓閥也是如此，例如，溢流閥、減壓閥、順序閥是三種典型的壓力控制閥，其結(jié)構(gòu)還非常相似，通過動(dòng)畫不僅可以幫助大家理解其工作原理，而且還可結(jié)合動(dòng)畫分析三者的異同點(diǎn)，有效增強(qiáng)了教學(xué)效果。

視頻和動(dòng)畫一樣，也是增強(qiáng)師生交流與互動(dòng)，提高學(xué)生感性認(rèn)知，提高課堂教學(xué)效果的有效手段，在教學(xué)中，許多環(huán)節(jié)都可以將視頻融入教學(xué)中，如液壓基本回路的工作原理，教師可以提前根據(jù)動(dòng)作工況，錄制好視頻幫助學(xué)生理解，又如在幫助學(xué)生理解所學(xué)液壓知識在什么場合應(yīng)用上，可以將企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品工作的視頻與學(xué)生分享，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識的動(dòng)機(jī)，還有就是在一些示范環(huán)節(jié)，由于人多，無法在短時(shí)間內(nèi)讓每一位學(xué)生都能看清楚示范過程，可以將示范過程提前錄制好視頻給同學(xué)們集中播放等，這些都將有效增強(qiáng)學(xué)生對相關(guān)知識的理解和認(rèn)知，提高學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)教學(xué)效果。

3 引入FluidSIM軟件，助力液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 FluidSIM軟件的特點(diǎn)及應(yīng)用

FluidSIM軟件是德國FESTO公司所開發(fā)，用于液壓、氣壓傳動(dòng)及其電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與模擬仿真[6]。它主要包括FluidSIM-H和FluidSIM-P兩個(gè)軟件，分別用于液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。FluidSIM軟件能快速地進(jìn)行回路搭建、修改、驗(yàn)證與模擬，具有功能強(qiáng)大，界面直觀的特點(diǎn)。采用該軟件，師生可以根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行回路搭建，修改與仿真，方便快捷，既提升了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證效率，又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

FluidSIM軟件不僅適用于基本液壓或氣動(dòng)回路的搭建和驗(yàn)證，而且對于邏輯性較強(qiáng)的純氣動(dòng)或電氣動(dòng)程序控制回路更能體現(xiàn)其應(yīng)用優(yōu)勢，有效提高了回路的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量?？傊?，可根據(jù)任務(wù)要求靈活進(jìn)行回路設(shè)計(jì)與仿真，具有良好的應(yīng)用效果。

3.2 FluidSIM軟件的使用與操作方法

使用FluidSIM軟件進(jìn)行回路設(shè)計(jì)時(shí)，先新建一個(gè)文件后，通過拖入或插入的方式將所需要的元件添加到設(shè)計(jì)界面，接著對每一個(gè)液壓氣動(dòng)元件的類型、控制方式及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)工作原理及液壓氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行回路連接，連接時(shí)只需從起點(diǎn)按住鼠標(biāo)拖動(dòng)至連接終點(diǎn)，待形狀由向外的箭頭變?yōu)橄騼?nèi)的箭頭后，松開鼠標(biāo)即可完成連接，同時(shí)注意元件布局的規(guī)范和美觀。

液壓氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)完成后，將FluidSIM軟件切換到仿真模式，根據(jù)工作原理操縱相應(yīng)起動(dòng)閥或起動(dòng)按鈕，即可按要求完成相應(yīng)的動(dòng)作演示。圖1所示即為采用FluidSIM軟件所設(shè)計(jì)的單缸單循環(huán)自動(dòng)往復(fù)氣動(dòng)控制回路的氣路原理圖和模擬仿真圖。通過操作和觀察，就可以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)回路是否正確，減少了直接在實(shí)驗(yàn)臺上連接回路的時(shí)間，如果出現(xiàn)問題，修改也較為方便，大大提高了設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的效率和效果。

圖1 單缸單循環(huán)自動(dòng)往復(fù)氣動(dòng)回路原理圖及模擬仿真圖

4 優(yōu)化信息技術(shù)應(yīng)用，輕松化解實(shí)驗(yàn)教學(xué)難題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程教學(xué)中的重要內(nèi)容，時(shí)間安排一般也比較緊湊，學(xué)生也沒有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不能快速將理論與實(shí)踐知識相結(jié)合，使得實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)推進(jìn)受阻，進(jìn)度減慢，甚至不能在實(shí)際安排時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。且在示范或操作環(huán)節(jié)，由于人數(shù)多，無法照顧到每一位同學(xué)，對同學(xué)們的操作也無法進(jìn)行全面有效地實(shí)時(shí)監(jiān)控，教學(xué)效果不佳，還存在著一定的安全隱患。故在教學(xué)中可依托先進(jìn)的現(xiàn)代教育技術(shù)采取以下三個(gè)方面的措施化解這些難題。

4.1 采用實(shí)物或?qū)嵅龠^程演示，增強(qiáng)師生互動(dòng)效果

在液壓元件拆裝實(shí)驗(yàn)中，講授原理與拆裝演示是其中的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，但受到演示場所空間的限制，部分學(xué)生將無法全程觀察到教師的講授過程，分組過多既耽誤時(shí)間又增加了老師的勞動(dòng)強(qiáng)度。故在實(shí)施中，可充分利用展臺的作用，將實(shí)物放在上面進(jìn)行講解演示，學(xué)生坐在座位上便能清楚地看到整個(gè)演示過程，例如，在講解齒輪泵存在的問題及解決措施時(shí)，就可以在展臺上進(jìn)行一一講解，通過轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，使同學(xué)們直觀地觀察到齒輪泵的脈動(dòng)現(xiàn)象和困油現(xiàn)象的產(chǎn)生過程及徑向不平衡力的產(chǎn)生原因等，效果良好。如有條件，還可以安裝實(shí)時(shí)攝像頭在拆裝工位上進(jìn)行直播投影，效果更佳，學(xué)生也可以通過演示來匯報(bào)學(xué)習(xí)成果，提問與討論均可進(jìn)行，總之是以增強(qiáng)師生互動(dòng)，提高教學(xué)效果為目的。

4.2 模擬與實(shí)際工況相對應(yīng)，增強(qiáng)學(xué)生對原理的感性認(rèn)識

在液壓實(shí)驗(yàn)臺上完成液壓回路時(shí)，同學(xué)們僅能看到液壓缸的運(yùn)動(dòng)過程及液壓閥的換向過程，但對其中的油流走向沒有直觀的感受，故可以開發(fā)相應(yīng)模擬軟件，使液壓回路在工作過程中，電腦屏幕上能夠顯現(xiàn)出與實(shí)際油流走向相同或相似的模擬結(jié)果，這樣便能將理論與實(shí)際相對應(yīng)，增強(qiáng)感性認(rèn)識，學(xué)生更容易理解其工作原理。圖2所示即為采用力控組態(tài)軟件進(jìn)行的定量泵性能實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)動(dòng)畫界面，不僅能模擬液壓油路走向，還能實(shí)時(shí)采集壓力和流量變化，觀察方便，一目了然。

圖2 定量柱塞泵性能實(shí)驗(yàn)組態(tài)界面

4.3 集成裝置快速設(shè)置故障，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力

故障分析與排除是培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的重要舉措，故在學(xué)生完成液壓或氣動(dòng)回路的裝調(diào)后，通過設(shè)置故障讓學(xué)生去分析排除，能夠有效提高學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新意識。但設(shè)置故障的方式多種多樣，可以由老師直接連錯(cuò)一根油管或氣管，或者拆掉某一元件的關(guān)鍵零件等，也可以在某個(gè)位置增加堵頭進(jìn)行較為隱蔽的故障設(shè)置，但這些故障設(shè)置均費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要教師全程進(jìn)行操作與監(jiān)督，無法提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，故可以采取集成塊的方式進(jìn)行，這種集成塊可以是液壓氣動(dòng)模塊，也可以是電氣模塊，在模塊上進(jìn)行油路切斷或電路切斷較為方便，如果是液壓氣動(dòng)模塊，可以在上面設(shè)置電磁閥，將電磁閥的電路控制集成在一個(gè)控制器上，由觸摸屏進(jìn)行故障設(shè)置和清除，可以將多個(gè)故障進(jìn)行集成，分類編號，賦予代碼，這樣會更加便于設(shè)故和排查；電路故障則通過繼電器進(jìn)行故障設(shè)置，繼電器控制同前面液壓氣動(dòng)模塊中電磁閥控制相同，均能提高故障設(shè)置的自動(dòng)化、程序化，也較大地提高了課堂教學(xué)效果和效率。

5 結(jié)語

通過將現(xiàn)代教育技術(shù)手段和方法融入到“液壓與氣壓傳動(dòng)”課程教學(xué)中的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，化復(fù)雜為簡單，化抽象為直觀，化被動(dòng)為主動(dòng)，有效促進(jìn)了師生和生生之間的交流，提高了課堂教學(xué)的效率和質(zhì)量。動(dòng)畫的演示、視頻的播放、仿真軟件的模擬、展臺的拓展、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新及故障模塊的集成都將現(xiàn)代教育技術(shù)與理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了充分地融合，實(shí)現(xiàn)了無縫對接，將枯燥無味的課堂教學(xué)襯托地活靈活現(xiàn)，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，提高了課堂教學(xué)效果。從實(shí)際運(yùn)用結(jié)果來看，整體效果良好，有效提高了理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的滿意度。