现代教育技术在高校“液压与气压传动”课程中的应用探索

张明军

（江苏师范大学科文学院，江苏 徐州 221132）

“液压与气压传动”课程是机械、机电及自动化专业的一门专业性较强的专业基础课程[1-2]。且该课程抽象性高、实践性强，理论与实践并重[3]，故在教学中仅讲授理论，不采用先进的教育技术和手段，教学效果明显欠佳[4]。特别是液压元件的结构与原理、液压与气动回路的设计与验证等内容更是需要与实际生产相结合，采用动画、视频、仿真软件及实验实训设备等进行辅助教学，定能将抽象性的理论知识直观化、可视化，帮助学生理解与记忆，并学以致用，提高教学效果[5]。笔者根据“液压与气压传动”课程的特点，结合个人多年的教学经验，在课堂教学的各个环节中充分利用多媒体、展台、FluidSIM软件、实验实训设备、故障集成模块等现代教育技术进行教学的设计与探索，旨在充分调动学生学习的积极性，增强师生与生生互动，理实结合，提升课堂教学质量。

为实现师生、生生之间的有效沟通，每个班级都会拥有QQ群、微信群或钉钉群，这样，老师和学生之间就可以畅通的进行沟通与交流。

众所周知，温故知新是教学中一个重要环节，学生如果能够预习好，教师能够导入好，定然能够实现课堂翻转，有效提高课堂教学质量。

在教学中，不论是液压元件还是液压系统都可以先给学生提供一个学习的纲要，如液压元件可以从分类、结构、原理、特点及应用的角度进行学习，通过交流平台提前将任务发布，并上传一些动画或视频来帮助学生理解，这样，在课堂上教学时，先让同学们进行分享，然后进行讨论优化答案，最后老师再进行纠偏与拓展，并通过一个小任务或提问，再或者是一段实际应用的视频引入新课，这样便有效抓住了学生的猎奇心理，引人入胜，导入新课。

另外，也可以利用交流平台给学生布置具有层次性的拓展任务，同学们可以根据自己的实际情况有选择地进行思考完成，与老师沟通确认方案后可根据实验室开放情况进行实验验证，教师进行过程监督与指导，以确保实验效果。

液压元件与液压系统的学习较为抽象，不采用一些直观的教学手段辅助教学，学生总是会感到一团雾水，故动画与视频在教学中的重要性就突显而出。例如，齿轮泵、叶片泵和柱塞泵是常用的三大液压泵，其工作原理相对抽象，但通过三种液压泵工作原理动画的展示，同学们便能够动态地理解吸、压油过程及变量泵的变量过程，同时也能加深对其结构组成的理解，效果较好。液压阀也是如此，例如，溢流阀、减压阀、顺序阀是三种典型的压力控制阀，其结构还非常相似，通过动画不仅可以帮助大家理解其工作原理，而且还可结合动画分析三者的异同点，有效增强了教学效果。

视频和动画一样，也是增强师生交流与互动，提高学生感性认知，提高课堂教学效果的有效手段，在教学中，许多环节都可以将视频融入教学中，如液压基本回路的工作原理，教师可以提前根据动作工况，录制好视频帮助学生理解，又如在帮助学生理解所学液压知识在什么场合应用上，可以将企业实际产品工作的视频与学生分享，增强学生学习相关知识的动机，还有就是在一些示范环节，由于人多，无法在短时间内让每一位学生都能看清楚示范过程，可以将示范过程提前录制好视频给同学们集中播放等，这些都将有效增强学生对相关知识的理解和认知，提高学习兴趣，增强教学效果。

3.1 FluidSIM软件的特点及应用

FluidSIM软件是德国FESTO公司所开发，用于液压、气压传动及其电气控制系统设计与模拟仿真[6]。它主要包括FluidSIM-H和FluidSIM-P两个软件，分别用于液压与气动系统设计。FluidSIM软件能快速地进行回路搭建、修改、验证与模拟，具有功能强大，界面直观的特点。采用该软件，师生可以根据任务要求进行回路搭建，修改与仿真，方便快捷，既提升了系统的设计与验证效率，又提高了学生学习的积极性。

FluidSIM软件不仅适用于基本液压或气动回路的搭建和验证，而且对于逻辑性较强的纯气动或电气动程序控制回路更能体现其应用优势，有效提高了回路的设计效率和质量。总之，可根据任务要求灵活进行回路设计与仿真，具有良好的应用效果。

3.2 FluidSIM软件的使用与操作方法

使用FluidSIM软件进行回路设计时，先新建一个文件后，通过拖入或插入的方式将所需要的元件添加到设计界面，接着对每一个液压气动元件的类型、控制方式及相关参数进行设置，根据工作原理及液压气动系统的设计要求进行回路连接，连接时只需从起点按住鼠标拖动至连接终点，待形状由向外的箭头变为向内的箭头后，松开鼠标即可完成连接，同时注意元件布局的规范和美观。

液压气动回路设计完成后，将FluidSIM软件切换到仿真模式，根据工作原理操纵相应起动阀或起动按钮，即可按要求完成相应的动作演示。图1所示即为采用FluidSIM软件所设计的单缸单循环自动往复气动控制回路的气路原理图和模拟仿真图。通过操作和观察，就可以验证所设计回路是否正确，减少了直接在实验台上连接回路的时间，如果出现问题，修改也较为方便，大大提高了设计与验证的效率和效果。

图1 单缸单循环自动往复气动回路原理图及模拟仿真图

实验教学是“液压与气压传动”课程教学中的重要内容，时间安排一般也比较紧凑，学生也没有实践经验，不能快速将理论与实践知识相结合，使得实验环节推进受阻，进度减慢，甚至不能在实际安排时间内完成相应的实验内容。且在示范或操作环节，由于人数多，无法照顾到每一位同学，对同学们的操作也无法进行全面有效地实时监控，教学效果不佳，还存在着一定的安全隐患。故在教学中可依托先进的现代教育技术采取以下三个方面的措施化解这些难题。

4.1 采用实物或实操过程演示，增强师生互动效果

在液压元件拆装实验中，讲授原理与拆装演示是其中的两个重要环节，但受到演示场所空间的限制，部分学生将无法全程观察到教师的讲授过程，分组过多既耽误时间又增加了老师的劳动强度。故在实施中，可充分利用展台的作用，将实物放在上面进行讲解演示，学生坐在座位上便能清楚地看到整个演示过程，例如，在讲解齿轮泵存在的问题及解决措施时，就可以在展台上进行一一讲解，通过转动齿轮，使同学们直观地观察到齿轮泵的脉动现象和困油现象的产生过程及径向不平衡力的产生原因等，效果良好。如有条件，还可以安装实时摄像头在拆装工位上进行直播投影，效果更佳，学生也可以通过演示来汇报学习成果，提问与讨论均可进行，总之是以增强师生互动，提高教学效果为目的。

4.2 模拟与实际工况相对应，增强学生对原理的感性认识

在液压实验台上完成液压回路时，同学们仅能看到液压缸的运动过程及液压阀的换向过程，但对其中的油流走向没有直观的感受，故可以开发相应模拟软件，使液压回路在工作过程中，电脑屏幕上能够显现出与实际油流走向相同或相似的模拟结果，这样便能将理论与实际相对应，增强感性认识，学生更容易理解其工作原理。图2所示即为采用力控组态软件进行的定量泵性能实验的实时动画界面，不仅能模拟液压油路走向，还能实时采集压力和流量变化，观察方便，一目了然。

图2 定量柱塞泵性能实验组态界面

4.3 集成装置快速设置故障，培养学生分析问题和解决问题的能力

故障分析与排除是培养学生分析问题、解决问题的重要举措，故在学生完成液压或气动回路的装调后，通过设置故障让学生去分析排除，能够有效提高学生的思维能力和创新意识。但设置故障的方式多种多样，可以由老师直接连错一根油管或气管，或者拆掉某一元件的关键零件等，也可以在某个位置增加堵头进行较为隐蔽的故障设置，但这些故障设置均费时费力，需要教师全程进行操作与监督，无法提高实验教学的效率，故可以采取集成块的方式进行，这种集成块可以是液压气动模块，也可以是电气模块，在模块上进行油路切断或电路切断较为方便，如果是液压气动模块，可以在上面设置电磁阀，将电磁阀的电路控制集成在一个控制器上，由触摸屏进行故障设置和清除，可以将多个故障进行集成，分类编号，赋予代码，这样会更加便于设故和排查；
电路故障则通过继电器进行故障设置，继电器控制同前面液压气动模块中电磁阀控制相同，均能提高故障设置的自动化、程序化，也较大地提高了课堂教学效果和效率。

通过将现代教育技术手段和方法融入到“液压与气压传动”课程教学中的重要教学环节，化复杂为简单，化抽象为直观，化被动为主动，有效促进了师生和生生之间的交流，提高了课堂教学的效率和质量。动画的演示、视频的播放、仿真软件的模拟、展台的拓展、实验设备的更新及故障模块的集成都将现代教育技术与理论和实验教学进行了充分地融合，实现了无缝对接，将枯燥无味的课堂教学衬托地活灵活现，增强了学生学习的兴趣和热情，提高了课堂教学效果。从实际运用结果来看，整体效果良好，有效提高了理论与实验教学质量和学生的满意度。