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液压传动课程教学内容和教学方法改革思路

发布时间:2018-03-08 11:37所属分类:教育论文浏览:1

液压转动课程是机械专业学生的必修课程,主要是为了培养学生的实践动手能力,液压课程中包含了机械电子,先进制造,自动控制等知识,其中知识点零碎有繁多,因此,教师在教学过程中应分清主次,科学合理安排相关教学内容。也要加强改革实验内容和完善教学手

  液压转动课程是机械专业学生的必修课程,主要是为了培养学生的实践动手能力,液压课程中包含了机械电子,先进制造,自动控制等知识,其中知识点零碎有繁多,因此,教师在教学过程中应分清主次,科学合理安排相关教学内容。也要加强改革实验内容和完善教学手段,依据新的教学方案实现实验流程,从基础到综合,由理论到创新,引导学生注重自己的实践能力,提升动手能力。

  [关键词]液压传动,课程教学,教学改革

  液压与气压传动作为机械设计及其自动化专业的主干课程,其定位为专业基础课,覆盖机械设计及其自动化专业下属的机电一体化、先进制造技术、车辆工程等专业方向,同时也是过程装备及控制专业的主干课程。按照《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年》,新形势下的高校应顺应经济社会的发展需求,准确定位,培养出更多更好的合格人才。[1][2]对于工科专业而言,合格的毕业生在熟练掌握专业知识的同时,必须要备一定的工程实践动手能力。

  高等教育承担着培养高级专门人才、发展科学技术文化、促进现代化建设的重大任务,提高高等教育质量是高等教育发展的核心任务,是建设高等教育强国的基本要求。提高高校才人培养质量的主要途径在于专业课程的教学改革,即要使专业课程的设置和教学方法能满足新形势下人才培养目标的需求。目前,国内同类课程均已按照“宽基础、宽口径、重能力、强素质、促创造”的原则,积极开展液压与气动课程创新加特色的培养模式,并取得了一定的教学成果[3][4],形成了一套由课堂讲授、多媒体辅助教学、实验教学、课外练习和科学考评相结合的全方位、多层次的教学体系。这套教学体系能保證学生真正学到知识和技能,能够让学生适应以后工作岗位的要求。

  [5]由于液压与气压传动课程本身涉及的学科相对较多,相关的概念与原理都较为抽象,仅仅通过理论教学,学生往往难以有效掌握知识内容。由于理论与实践密切结合是液压传动课程极为显著的特征,所以实验教学在整个液压传动教学课程中都具有重要的作用。[6]当前液压传动在教学尤其是实验教学方面仍然存在许多问题,如教材和教辅资料较为陈旧,重点和难点不够突出,教师授课方法较为落后等,这些问题严重影响了液压传动课程的教学质量。随着工科高校液压传动课程课时量的减少,教师很难把液压传动的重点难点讲深讲透,学生学得一知半解。

  此外,由于实验教学的设备比较陈旧,且液压实验台中的油路均已经接好,学生在实验课程中不能进行回路搭接,通常只需要进行简单的操作并记录相关的数据资料即可。与此同时,这些陈旧的试验台往往只可以进行几个固定元件的性能试验,无法满足新形势下工科学生的培养要求。为了进一步提高液压传动课程的教学质量,深化液压传动课程教学改革势在必行。

  通过教学内容和方法的改革来明确液压传动课程的教学特点和主要知识点,改革现有的液压传动实验方案,改善实验条件,这可以为学生更好地理解课堂教学内容提供有力的支持。

  一、教学内容和方法的改革

  教育的生命力在于与时俱进,液压传动课程的教学内容和教学方法应该逐渐得到完善。教师应以发展的眼光看待新形势下的课程教学,对液压传动课程的教学特点有充分的认识,不断探索教学方法,完善教学体系。

  (一)合理安排教学重点

  液压传动课程涉及机械、电气和流体等方面的知识,知识点繁多。在课时量有限的情况下,如何科学合理地安排教学重点内容,是教师不得不重点思考的问题。在理论课程的讲解中,教师应该重点讲解课程的精华,部分知识点稍加点拨,安排学生课后自习或查阅参考书。在教学过程中,教师应通过精心选择教学重点,做到以点带面,保证课程的完整性和系统性。

  例如在讲解孔口和缝隙流量时,孔口有多种不同的类型,包括薄壁孔、短孔和细长孔等。其中短孔是应用最广泛的,在液压传动中常利用液体通过短孔来控制系统的压力和流量,以此来达到调压或调速的目的。为了让学生牢固掌握这一知识点,教师可以短孔为例,重点讲解孔的流量计算公式推导过程,然后鼓励学生自主推导其余两种孔的流量公式。这样学生既能明白短孔是应用最广泛的液压孔,又能在有限的课程时间内系统全面地掌握流体传动流量控制中的关键问题。

  在讲解叶片泵时,如果把课堂时间花在讲解泵的具体机械结构方面,不仅教学时间不够,学生也很难掌握。叶片泵在液压传动课程中非常重要,教师应该重点讲解它的工作特性,包括它的排量和流量计算方法。通过对叶片泵优缺点的讲解,学生才能深入理解不同液压泵的工作特性以及不同的应用场合,在以后的学习和工作中才能正确地选用液压泵。

  (二)理论教学和实际科研相结合

  理论来源于实践,反过来又能指导实践。脱离理论的实践就像是盲人摸象,没有实践支撑的理论则像是空中楼阁。液压传动虽然是一门典型的工科应用课程,但其中也有一些理论知识值得深入探索和研究。教师要善于将最新的科研成果和工程项目贯穿到教学中去,这样不仅能使教学内容更加饱满、教学过程更加生动,而且会让学生感受到学习液压传动课程的价值和意义,并能培养他们解决实际生产问题的能力。

  例如在讲解液压缸缓冲装置的设计和计算时,课本上只有几幅典型缓冲装置的图片,学生看着也很难理解。缓冲的原理是使活塞或缸筒在其走向行程终端时,在出口腔内产生足够的缓冲压力,增大工作介质出口阻力,避免活塞与缸盖相撞。如果教师只是简单地讲解书本上的理论知识,学生最多只是记住缓冲装置有圆柱形和圆锥形环隙式、可变式流槽缓冲装置和可调节流孔等四种,很难明白缓冲装置的应用场合和重要性。实际上,缓冲装置在液压传动中起着重要的作用。

  如果教师能够结合实际科研或者工程项目中遇到的问题,结合生动形象的例子来讲解会取得更好的教学效果。一些制造技术发达国家的厂商,已能实现活塞的匀减速平稳制动,采用的缓冲节流技术包括抛物线渐变环形缝隙节流、多级台阶阶梯形渐变缝隙节流、圆柱笛孔形渐变节流等。工业发达国家的缓冲装置设计制造厂商很多,这些厂商均建立有相关的研发团队,并将计算机仿真技术应用到缓冲的设计过程中,相关技术水平都比国内厂商要高。通过理论结合科研项目和工程实践,教师不仅能让学生深入了解液压缸缓冲装置,还能让学生熟悉国内外液压缓冲装置的研发和制造水平,可谓是一举多得。

  (三)加强课程建设

  针对高等教育的特点,我们以专业能力培养为核心,理论讲授与实践实训并举、校企合作与工学结合并举。在教学中,我们以典型液压系统为项目作为教学案例和实训内容,采用多媒体教学手段,坚持教、学、做一体化的原则,进行现场教学、企业实习等实践活动,在实训中坚持学生独立操作的原则,将实践教学与考核有机地结合在一起,确保课程内容贴近实际,特色鲜明。为了达到本门课程的建设要求,我们主要从以下几个方面开展工作。联合其他高职院校和工学结合单位,重新编写教材和习题集,使教学内容更适合学生的需求。

  重新编写液压传动技术教学大纲,根据这门课的特点开发了动态电子教材和电子教案。在课程教辅资料的编写过程中,除了联合高校教辅人员,积极整合他们的经验建议外,还根据需要深入到企业一线调研,了解液压生产和应用企业在实际使用和制造过程中所面临的主要问题,这对新的教材的编写有重要的指导意义。以项目驱动、模块搭接的形式组织课程教学,这样才能实现理论与实践的有机结合。

  (四)转变传统的师生关系

  传统的课堂教学是单方向的知识传授,教师和学生是严格意义上的从属关系,教师居于主导地位,学生居于从属地位,学生的积极性和参与度不高。在液压传动教学改革中,教师要增加课堂教学的开放性,遵循以教师为主体、学生为主导和教学相长的教学观念,鼓励学生积极参与有关教学内容的讨论,从而活跃课堂气氛。在这一过程中,教师和学生亦师亦友,这会显著提高学生的学习积极性,也能够促进课堂教学质量的提高。

  例如在讲授液体的流动状态时,实际液体流动时管道会产生阻力,为了克服阻力,流动的液体需要损耗一部分能量。液体在流经管道时损失的能力程度和管道的水力半径直接相关。在以往的课堂教学中,教师对水力半径的讲解就是直接给出几组典型的管道界面,然后告诉学生如何选择不同的截面管道。在转变教学方式后,教师鼓励学生们推导各种截面的水力半径并互相比较。

  一般而言,面积相等但形状不同的通流截面,其水力半径是不同的。笔者和学生们经过一番仔细的推导,发现在以前的课堂教学中,笔者直接让学生死记硬背的水力半径计算公式居然有误。笔者通过和学生良好的互动,一起推导计算公式,最终纠正了一起教材错误,这让笔者感觉非常有意义。同时这也拉近了师生距离,课堂教学气氛变得更加活跃起来。

  (五)利用先进的教学手段

  建立多种媒体构成的立体化教学载体,在学校内部建立网络课程学习网站,包括案例集、习题库、试题库、多媒体课件、在线测试、在线交流等教学辅助资料,为学生的自主学习开列并提供了丰富有效的资料。利用现代化的通信手段,让学生和教师的沟通更加便捷;利用互联网技术,通过互动反馈式的双向教学沟通,努力营造教师随时“在线”的效果。

  二、实验教学改革

  (一)实验内容的改革

  我们根据本课程本科教学的特点,编写实验教学大纲和实验指导书,并对全部实验项目逐一进行设计和安排。此外,我们还积极购置先进的实验装置为教学服务,以达到实践教学和液压行业发展的零距离对接。目前,液压实验室仅能实现齿轮泵、限压式变量叶片泵和柱塞泵等液压动力元件的拆装分析,后期要开展溢流阀、减压阀顺序阀、节流阀和调速阀等液压控制元件的拆装分析,以及节流调速回路的实现,液压系统与PLC控制,计算机控制的机-电-液综合实验。

  我们根据教学方案来设计实验流程,引导学生从基本实践能力入手,逐步提高学生的实验动手能力。首先,我们通过各种实物零件让学生正确认识液压传动的主要零部件,熟悉各种液压元器件及基本操作。在对元器件和基本操作熟悉的基础上,我们让学生根据实验指导书给出的原理搭建回路,让他们学会使用不同的液压传动零部件来搭建液压回路,以实现特定的控制与传动策略。设计是指在完成前两个阶段后,根据选定的实验项目指导学生进行综合设计,让学生自主改良液压传动零部件设计和回路控制搭建策略,达到综合训练学生动手、动脑能力的目的。

  (二)实验教学方法和手段的改革

  实验教学要以学生为主体,激发每个学生的特长和潜能。教学方法应由注入式教育转变为研究式教育。同时,应注意实验教学过程中师生的良好互动,由单一的课堂教学转化为多形式的互动交流。所选实验内容应该有助于培养学生的发散思维,激发他们的探索兴趣。比如采用起重机械支腿液压系统的液压锁为案例讲解液控单向阀的应用时,可以引导学生比较起重机械所用液压锁和千斤顶液压锁的区别。以挖掘机工作装置液压系统讲解平衡回路时,除了讲解最常见的单向顺序阀组成的平衡回路外,還要让学生明白液控单向阀也能实现平衡回路。

  可以进一步延伸实验教学内容,指导学生设计不同的回路,这些回路用来完成特定功能,是液压传动系统的基本组成单元。一般而言,首先指导学生设计基本的回路,比如一般方向回路、卸荷回路和平衡回路。在学生掌握回路设计原则和方法后,再拓展到复杂回路的设计上来,比如增压回路和释压回路等。这些实际案例的理解对提高学生的实践动手能力大有裨益。在实验教学课上,在讲到零件结构和回路原理时,我们采用透明元件、录像、动画演示等简单易懂的方法帮助学生理解实验内容和对象。

  除了注意实验所使用的教材与教科书有机结合,以免加大学生理解难度之外,还需要在实验手段上有所创新,比如实行网上预约,学生随时可来实验室做实验,以弥补传统实验教学环节中学生人数多、时间不足的问题。在实践教学方面,结合紧密的教学内容实行案例式、讨论启发式、现场教学式等教学方法,使学生能在实践中学习、接触实际现场,培养学生的综合应用能力。我们借助于先进的软件开发平台,开发液压传动实验CAI软件,实现了液压系统动态性能仿真。

  三、结论

  总之,教师不仅要教会学生液压传动的基本知识和理论,更重要的是让他们掌握液压技术的传动特点以及回路搭建。本文针对液压传动课程改革进行了探讨,提出了从教学内容和实验方法两个方面来提高液压传动课程教学效果的方法,同时强调教师的“教”和学生的“学”应该具有良好的互动性,应采用不同的教学方法来保证学生能够较好地掌握教学内容,并能学以致用,举一反三。

  [ 参 考 文 献 ]

  [1] 李天明.液压传动课程教学改革实践[J].科技信息(学术研究),2008(1):315.

  [2] 付亚中.浅析《液压传动》教学改革的探索与实践[J].科技致富向导,2012(2):147.

  [3] 冯志君,申其芳.液压传动课程教学改革探索[J].广西教育,2009(30):30-31.

  [4] 罗蓉.液压应用技术与课程教学改革相融合的探索[J].机械职业教育,2009(1):47-48.

  [5] 张文峰.液压与气动技术的项目化教学改革探索[J].现代企业教育,2014(24):498.

  [6] 朱建公,张俊俊.液压传动虚拟实验的研究[J].机电产品开发与创新,2003(4):15-16.

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  《液压气动与密封》创刊于1981年,1996年被评为中文核心期刊。主要报道国内外最新的液压气动密封技术、发展趋势和市场调研,有实用价值的新产品、新成果、新经验,及其在主机上应用实例和前景分析,世界主要国家和地区的流体动力行业动态、数据统计分析和标准化工作等。

  

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