“流體傳動與控制”雙室聯動教學方案的探索

袁容　歐陽　袁萍　鐘斌

摘 要：為提升學生對“流體傳動與控制”課程的學習質量，以重視產出式培養目標為導向，提出采用“教室+實驗室”的雙室聯動教學方案，重視實驗操作的規范性以及理論支撐的必要性，更重要的是鍛煉學生將理論應用于實踐、根據實踐反向審視課堂理論知識的思維習慣，激發學生對本課程理論知識的學習熱情，充分發揮學生的主觀能動性。

關鍵詞：流體傳動 聯動教學 小組討論 動態調整

自改革開放以來，我國的綜合實力得到了顯著的提升，國家的面貌發生了翻天覆地的變化，人民的生活水平得到了質的飛躍，科技發展是最能體現一個國家綜合實力最主要的方面之一。高校是為祖國輸送各專業崗位人才最主要的來源，因此對高校學生綜合素養的培養是十分重要的。我國正處于飛速發展的關鍵時期，這對高等教育下人才的質量提出了更高的要求和考驗，迫切要求高等院校對相關專業課程進行優化[1]?！傲黧w傳動與控制”課程是成都大學機械工程學院開設的學科必修課程。

流體傳動在工業中的應用特別廣泛，可以說是覆蓋了我們生活中的方方面面[2]。汽車作為我們日常生活出行最重要的交通工具之一，其內部的能量傳遞就包含有流體傳動，并且占據了不可替代的作用。通過“流體傳動與控制”課程的教室教學和實驗室教學環節，使學生掌握流體力學的數學理論、傳動裝置的機械結構、各零部件的連接方式等。相當于對硬件設計、數學計算、數據分析等有一個全面的認識，可很大程度提升學生的綜合能力，為今后從事工程技術工作、科學研究等打下堅實的基礎。

1 雙室聯動教學總體方案

為充分利用教室教學與實驗室教學，提出采用雙室聯動教學機制，如圖1所示。通過雙室聯動教學，培養學生對理論知識學習的積極性，重視實驗操作的規范性以及理論支撐的必要性，更重要的是鍛煉學生將理論應用于實踐、根據實踐反向審視課堂理論知識的思維習慣。

本課程旨在鍛煉學生的動手能力，能獨立設計簡單的液壓系統，為將來從機械設計及其自動化相關專業的工作打下一個良好的專業基礎。圍繞這個總目標，進一步細化為三個子目標：1）了解流體力學基礎知識，掌握各種液壓泵的工作原理、工作特點以及在液壓系統中的應用，能正確地選擇液壓泵；2）掌握各種常見液壓基本回路的特點，根據流體傳動與控制系統工作原理的分析方法，能夠建立和計算常見的液壓系統分析模型；3）理解流體傳動與控制系統的設計思路及方法，了解對液壓系統故障的排除，了解流體傳動與控制技術的現狀和發展趨勢，還要能獨立設計簡單的液壓系統。

1.1 教室教學

圍繞課程的作用和任務、以及課程的目標，在學習“流體傳動與控制”課程之前，建議學生需要先學習的課程有：高等數學，工程制圖、大學物理、機械制圖、機械原理、機械設計、機電傳動技術基礎、電工學、微機原理、控制工程基礎等。

（1）章節知識講授

合理梳理與總結各章節的知識點及授課內容。提煉緒論的授課內容，包括：1）流體傳動的工作原理；2）流體傳動的組成和表示方法；3）流體傳動的優缺點；4）流體傳動的應用與發展?？偨Y出兩個知識點：液壓傳動的工作原理及其組成；液壓傳動的發展概況、優缺點及其應用。

提煉第一章的授課內容，包括：1）工作介質；2）流體靜力學；3）流體運動學和動力學；4）管道流動；5）孔口流動；6）縫隙流動；7）瞬變流動?？偨Y出四個知識點：工作介質基本要求與種類、物理性質；靜壓力特性及其基本方程；流體運動學和動力學的公式推導及其應用；管道內壓力損失的計算、孔口流動、縫隙流動、瞬變流動和氣穴現象，截流口氣穴現象，產生原因及減小措施。

提煉第二章的授課內容，包括：1）液壓泵；2）油箱；3）氣源裝置?？偨Y出三個知識點：容積式泵的工作原理；泵的性能參數、齒輪泵工作原理和排流量計算；齒輪泵的困油現象和泄漏問題、葉片泵和柱塞泵的工作原理及結構。

提煉第三章的授課內容，包括：1）直線往復運動和執行元件；2）旋轉運動執行元件；3）設計計算?？偨Y出三個知識點：液壓缸的結構與分類、單桿活塞液壓缸的計算；差動連接、液壓馬達的工作原理與結構；液壓馬達性能參數、液壓缸的設計。

提煉第四章的授課內容，包括：1）閥芯的結構和性能；2）常用液壓控制閥；3）電液伺服控制閥；4）電液比例控制閥?？偨Y出六個知識點：換向閥的位、通、滑閥機能的概念；先導式溢流閥的結構、工作原理、特性；減壓閥、溢流閥的區別；調速閥的結構、工作原理、特性；比例閥與普通閥的區別；各種控制閥符號的含義。

提煉第五章的授課內容，包括：1）液壓基本回路；2）氣動基本回路?？偨Y出三個知識點：調壓回路、卸荷回路、保壓回路；節流閥節流調速及各種調速回路的調速原理；順序動作、同步動作、多元件互不干擾等回路。

提煉第六章的授課內容，包括：1）液壓系統應用與分析；2）氣動系統應用與分析?？偨Y出三個知識點：調壓回路、卸荷回路、保壓回路；節流閥節流調速及各種調速回路的調速原理；順序動作、同步動作、多元件互不干擾等回路。

（2）教學課件展示

采用多媒體課件（PPT）結合動態圖形進行展示。使學生了解液壓傳動的發展概況，掌握液壓傳動的工作原理及其組成，了解液壓傳動的優缺點及其應用；掌握液壓油性能特點以及靜力學理論，掌握流體動力學基本理論知識，掌握管道內壓力損失計算，掌握小孔及間隙流動，掌握液壓沖擊及孔穴現象；了解液壓泵主要性能參數、分類、常用液壓泵的結構及工作原理，掌握泵原理、必要條件、排流量、齒輪泵原理、困油，了解氣源裝置與氣動三聯件工作原理，了解常用的液壓與氣動輔件；了解液壓與氣壓傳動中各種執行元件的結構形式、工作原理，掌握執行元件的設計計算方法和特點；了解液壓與氣壓傳動中各種控制元件的功用、工作原理、結構形式和性能特點，掌握主要控制元件的控制機制及其特性分析方法；掌握液氣基本回路所具有的功能、特點以及回路元件的組成，了解各種功能回路的實現方法、工作原理、控制方式及其典型應用；學習典型液氣壓傳動系統的應用實例，掌握分解液氣壓系統構成、剖析各種元件在系統中作用以及分析系統性能的方法。

（3）應用視頻分析

在章節知識提煉與總結階段，搜集及歸納對應知識點在國內外各行業中的典型應用，下載及剪輯重要的視頻片段，在課堂中給學生播放帶語音解說的應用視頻。特別地，為更大程度給學生普及國外的典型應用，針對國外視頻的英語解說，適當配對相應的中文字幕。在視頻播放完畢后，通過知識回顧的方式，再次加深學生對課堂理論知識的熟悉程度。

（4）日常應用描述

課堂上講解的理論知識在各行業中的應用雖然已經概括得十分全面，但是對于與社會相關行業接觸較少甚至缺失這方面經驗的學生來說，對這些典型應用的印象不會太深。因此，需要結合日常生活中的應用進行進一步的描述，更能體現課堂理論知識的重要性和實用性?！傲黧w傳動與控制”課程中的理論知識在我們的生活中應用很廣，以汽車傳動為例進行講解，汽車中存在一種液力式的傳動系統，該系統是一種以液體為工作介質，利用液體動能來傳遞能量的流體傳動。

（5）重要理論推導

“流體傳動與控制”課程中涵蓋了流體力學基礎、能量裝置及輔件、執行元件、控制元件等理論知識，涉及的理論公式也較多。對于學生而言，由于空間的限制，課本上或課件上往往省略了理論公式的中間推導步驟，造成學生對理論的深層次理解具有一定的難度。因此，在教室課堂上講授相關理論時，可適當引導學生推到重要理論，加深學生對重要知識的印象。

（6）小組方案討論

俗話說：“三人行必有我師焉”。每一個學生都是生命中獨立的個體，對事物及知識的理解和吸收能力會有所差別。因此，提出采用小組討論的方式，針對課堂中的一些典型例題，或者生活中一些存在多種方案解的案例，讓學生們根據自己的理解，勇敢提出自己的簡介和初步方案，充分發揮學生自我的主觀能動性，這也有利于培養學生對本課程學習的積極性。

1.2 實驗室教學

時間追溯到1978年5月11日，《光明日報》發表了《實踐是檢驗真理的唯一標準》的文章。2019年8月27日，教育部召開新聞發布會，《實踐是檢驗真理的唯一標準》入選普通高中語文教材。這都足以彰顯實踐的重要性，也體現了實踐對于理論知識的價值。所以，對于理論性極強的“流體傳動與控制”課程，實踐教學環節是相當重要的。

（1）工作原理闡述

本課程制定了兩個特別重要的實驗，包括液壓泵的性能實驗和液壓基本回路實驗。實際操作之前，必須使學生掌握該實驗的工作原理，這不僅能夠使學生明確實驗內容和目的，還能夠清楚認識各環節的輸入與輸出。實現對各環節知識的全面覆蓋，不僅要知其然，還要知其所以然。

（2）性能參數剖析

液壓泵里存在有多種工作性能參數，例如壓力和流量等。各性能參數之間存在著一定的數學關系，因此需要采用一定的技術手段或技術方法對各液壓參數進行測量，搭建數學模型對模型參數進行剖析。

（3）實驗元件拆分

液壓基本回路里包含有多種實驗元件，首先向學生介紹先導式溢流閥、直動溢流閥的工作原理，以及溢流閥的二級調壓及多級調壓工作原理。然后給學生介紹一些常見基本回路的設計、安裝和調試。使學生進一步了解液壓基本回路里包含的各實驗元件的組成和功能。

（4）分析方法總結

實驗中要求學生掌握液壓參數的測量方法。學生可通過實際操作，分析合理有效的測量路線，并且總結不同條件下各參數的測量手段，培養學生自我總結的能力。

（5）數據處理手段

由于數據測量會存在系統誤差和測量誤差，在系統誤差較難控制的條件下，學生應盡可能克服測量所產生的誤差，從而保證測量結果的精確程度。因此，對于采集到的數據，采用有效的數據處理手段是十分有必要的。

（6）理論知識回顧

實驗課的實際操作中，學生難免會遇到多種問題，其中的主要原因是對課堂教學中理論知識的掌握不牢固。因此，在學生實驗受阻的時候，實驗教師應適當引導學生回顧本實驗所需要應用的理論知識。

1.3 雙室聯動機制

雙室聯動機制旨在將教室與實驗室的教學有效融合起來，根據其中一室的情況，動態調整另一室的教學安排。具體而言，將課堂講授的理論知識適時合理的應用于學生在實驗室的實踐操作中，相應地，根據實驗室的實踐操作情況，反射學生對理論知識的吸收程度，以此動態調整在教室課堂中的理論教學安排。

2 導師制的作用

為更大程度發揮老師對學生綜合素質的提升能力，拉進教師與學生的溝通距離，成都大學機械工程學院提出了導師制[3]。該制度是為每一個本科學生搭配一位專業導師，專業老師不僅能夠給學生帶來各專業課知識的輔導，最重要的是為學生講授課程思政的目標[4-5]。比如：1）強化社會責任感；2）提高分析專業問題的能力；3）增強團隊合作的思維模式。通過直接講授、視聽展示、互動討論等形式，引導學生樹立正確的三觀，培養良好的自學能力和社會責任感。

3 結語

“流體傳動與控制”課程不僅具有復雜的理論公式，還要求學生具備過硬的實踐操作素養。受限于該課程要求的先修課程較為寬泛，傳統的教學模式難以適用于本課程的有效教學。我們通過“教室+實驗室”的雙室聯動機制教學來提高教學效果，傾斜于基于產出的過程性考核方式，通過教室教學應用于實驗室的實踐中，通過實驗室的實踐反射教室的理論知識學習。不再將教室教學和實驗室教學離散化，而是相互融合，實現教學效果互通，加深學生對知識點的吸收。有助于培養學生自主思考的能力，并將該學習模式推廣至其他相關課程的學習中。

基金項目：

1、教育部產學合作協同育人項目，“智能制造背景下基于TRIZ的高校機械專業學生創新創業實踐教育探索”，編號：220504392300615。

2、成都大學2021-2023年人才培養質量和教學改革立項項目，挑戰性課程“流體傳動與控制”教學設計改革探索與實踐，編號：Cdjgb2022289。

參考文獻：

[1] 陸雅君. 高等教育教學改革發展之理論創新——評《高等教育改革理論創新的探索》[J]. 教育理論與實踐， 2022， 42（35）： 65.

[2] 馮瑛. 高職教改探索——以電氣控制課程思政為例[J]. 時代汽車， 2023（5）： 67-69.

[3] 曹陽. 以“導師制”為基礎的青年教師培養路徑[J]. 藥學教育， 2022， 38（6）： 7-10.

[4] 路珍， 夏連鵬， 束世辰. 建設科技強國——流體傳動與控制思政“全鏈條”教學模式[J]. 液壓與氣動， 2021， 45（9）： 180-188.

[5] 戴環宇， 羅琳. “課程思政”融入高職大學語文課的教學分析[J]. 教師博覽， 2022（18）： 21-22.