基于虚拟仿真技术的液压与气动技术课程的教学改革实践研究

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2019.21.097

2019 NO.21SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯基于虚拟仿真技术的液压与气动技术课程的

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教学改革实践研究

林雪冬

(重庆工程职业技术学院机械工程学院 重庆 402260)

摘 要：随着信息化技术与教育教学的不断融合，传统的教学手段已无法吸引学生的兴趣和关注度，难以实现教育效果的最优化。借助虚拟仿真技术，让液压元件、液压系统回路“动起来”，提高学生的学习兴趣，加深学生对液压知识的理解。该文基于虚拟仿真的液压与气动技术，将虚拟仿真技术应用在液压的教学之中，探讨以虚拟仿真技术提高教学效果的策略。关键词：虚拟仿真技术 液压与气动技术 教学改革中图分类号：G642.0

文献标识码：A

文章编号：1672-3791(2019)07(c)-0097-03

液压与气动技术是高校机械类专业开设的一门实践性较强的专业基础课程，其元件结构较为抽象，基本回路众多，单单依靠理论讲解比较枯燥乏味，难以提起同学们的兴趣。因此，教学中需要辅以大量的实训帮助学生对知识点进行理解和掌握。而一些高职院校实验设备缺乏，且现有设备不少都已老旧不能正常运行，造成了学生实训时多人1组，每个学生动手操作的时间不足，实训教学达不到理想的效果[1]。为此，对液压与气动技术课程的教学改革实践，可以考虑利用现有的计算机机房引入虚拟仿真技术，对各种液压元件的工作原理和基本回路功能进行模拟仿真，并且，通过下发学习任务的方式进行任务驱动教学，不断激发学生的学习兴趣，提高学习效果。

1 虚拟仿真与任务驱动

虚拟仿真是20世纪80年代出现的一种新的综合集成技术，即用虚拟的电子信息系统对真实场景系统的一种模拟仿真技术。使用虚拟仿真技术可以很好地解决实训条件不充分的问题。任务驱动教学法是目前高职教学中一种较

为有效的教学手段。“任务驱动”教学是以任务为主线、学

生为主体，将所要学习的新知识隐含在任务之中，学生对下达的任务进行分析、讨论，找出解决问题的方法；同时，在完成任务后及时总结、交流讨论直至融会贯通，从而实

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现对所学知识的掌握。

教学过程中，教师安排虚拟任务给学生，学生则基于虚拟仿真技术，在完成任务的过程中实现对理论知识点的学习与应用。以液压为例，可以将某个基本回路的功能讲解融入到某个实际工程案例中去，比如：挖掘机是如何实现其挖掘动作的？通过软件模拟仿真这一基本回路的功能，使同学们有相对直观的了解。同时，教师辅以讲解，这样就能形象生动地向学生阐释回路的工作原理。虚拟仿真技术的应用，使学生在学习抽象的液压回路时既不会有陌生感，又能提高他们动手动脑的兴趣。

2 虚拟仿真技术在教学过程中的应用

2.1 模拟液压元件的拆解过程

液压缸、控制阀是液压系统的重要元件，且它们的结

图1 齿轮泵拆装模拟

①基金项目：重庆工程职业技术学院校级重点教改课题（项目编号：JG181002）。

󰀁󰀁󰀁󰀁作者简介：林雪冬（1983—），男，汉族，湖北宜昌人，博士，副教授，主要从事机械设计与制造专业的教学与改革研究。

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科技资讯2019 NO.21SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科 技 教 育图2 液压单向阀动画演示

图3 顺序阀动画演示

图4 学生动手搭建的液压基本回路

构与功能学习起来较为抽象。一般可通过拆装实验使学生了解各元件的结构组成和工作原理，并掌握分析常见故障和排除方法。但是传统的拆装实验需要使用实物，实验过程长，设备损耗大，且部分设备拆卸后零件损坏或丢失，导致无法进行多次重复实验[3]。

教师在课下借助Unigraphics󰀁NX和eDrawings软件，开发液压泵和控制阀的虚拟拆装系统。首先，采用UG进行液压泵和控制阀的实体建模；然后，采用eDrawings对泵阀的各个元件进行虚拟拆装。课堂上教师将准备好的文件发给学生，带领学生在电脑上进行泵阀的虚拟拆装，认识各

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元件的内部结构，从而了解其组成。图1所示为学生使用虚拟拆装系统对齿轮泵进行模拟拆装实验。2.2 模拟液压元件工作原理

液压泵如何输出压力油？液压控制阀怎样控制液压油流动方向、压力及流量？这些问题在传统的教学过程中只能依靠教师比划，文字叙述，因而学生很难真正理解其工作过程。通过Flash对液压泵、液压控制阀的工作过程进行动画模拟，可以帮助学生通过动画演示清晰地观察泵阀的工作过程。图2所示为液控单向阀的Flash动画演示。该动画分别演示了控制口通油与不通油两种情况下，从A口进油、从B口进油的情形，帮助学生掌握什么情况下A、B油口互通，什么条件下液控单向阀只作为普通单向阀使用。图3所示为顺序阀的工作原理演示。通过该演示，学生能够直观地分辨出内控内泄式、内控外泄式、外控内泄式、外控外泄式4种不同类型的顺序阀，清楚了解4种不同顺序阀的结构以及工作原理上的不同之处。2.3 液压回路基本功能的虚拟仿真

一个液压系统是由若干具有不同功能的基本回路组成，掌握基本回路的功能对学生分析和设计液压系统至关

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重要。传统的液压基本回路的功能讲解主要还是依靠PPT，

或者通过实训课由学生拆装/操作综合实验台进行功能测试。但是由于设备老旧，不利于学生实验和操作；并且，各种液压元件的组装、拆卸以及功能测试过程中不可避免地要沾上液压油和机油，导致学生们主动性不够。且实物拆装时容易出错，影响实验效果，导致学习效果一般。在计算机上安装宇龙液压仿真软件，可直观、动态地观察液压回路的功能展现以及执行元件的速度和位移变化。利用模拟软件，学生容易操作，对学习理解液压基本回路有较大帮助。实训过程中，教师可先引导学生搭建基本回路并演示，然后布置任务，由学生进行回路搭建并仿真，完成回路的功能模拟。图4所示为学生动手搭建的液压基本回路。通过对该回路的功能仿真演示，可使学生直观地感受到电磁换向阀的换向功能。同时，通过改变溢流阀的调定值和液压缸的外负载大小，可以理解系统压力、工作压力和局部管路实际压力之间的关系，帮助于学生理解液压系统中各元件的作用以及基本回路的功能实现情况。

在学习液压典型回路时，对照液压原理图，让学生自己动手搭建整个系统，通过模拟仿真来理解整个回路的工作原理，并给出电磁铁的动作顺序表，甚至对回路进行更改、创新。例如，在学习YT4543型动力滑台液压系统的工作原理的过程中，依照工作要求，下达任务：（1）完成系统实现“快进→一工进→二工进→停留→快退→停止”工作过程的模拟仿真。（2）分析系统中涉及到哪些基本回路？这些回路的基本功能是什么，是否能够由其他元件或回路结构进行代替？学生可以先分组进行讨论，初步给出电磁铁及行程阀的动作顺序表，然后，根据给出的答案进行仿真、验证。并且，尝试着将其中的参数进行改变或者更换

（下转101页)

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地的历史背景和当地的民俗民情以及草地畜牧业生产状况、草地畜牧业生产中的关键技术和存在的问题等，强调野外实习期间的安全注意事项。在每个实习项目外出前进行室内培训，指导老师简要讲授实习内容，让学生明晰相应的实习目标和基本思路，学生在野外实习的过程中，共同完成观测记录、数据分析和报告撰写等全部工作。3.3 综合教学实习的总结与拓展

在实习期间，指导老师还要根据相关课程的关联性，举办与专业知识密切相关的专题讲授，可以开展植物群落调查、标本制作与鉴定、数据整理和统计分析，整个过程按不同小组的进展和实习内容掌握的程度，进行答疑和专题辅导。学生通过阅读相关资料，结合野外实际，对已经获得的数据资料进行合理推断与分析，将不同课程的知识有机地联系起来，使知识得以巩固和系统化。利用空闲或雨天等时间，组织相关老师从不同课程交叉的角度及学生感兴趣的内容，设计讲授如藏区草原文化专题等内容，提高学生的人文素养。

2019 NO.21SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯梁。在创新实践教学体系、探索实践教学模式，是新时期高等教学的理念。但在实践教学过程中，也存在一些问题，需要反复讨论和分析，今后，继续依托稳定的野外教学实习基地，进一步完善综合性实习内容，不断优化实践教学的模式，为实现草业科学专业应用型人才的培养目标发挥应有的作用。

参考文献

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[6]󰀁赵亮.生物学野外综合实习改革实践与成效[J].安徽农业科学,2013,41(21):9163-9164.

4 结语

草业科学专业实践课程很大程度上是对理论知识的巩固和延伸，是学生从学校向企业和科研岗位过渡的桥

(上接98页）

4 结语

该文基于虚拟仿真技术的液压与气动技术课程的教学实践研究，采用仿真软件具有以下优势：（1）利用虚拟仿真技术可以消除学生在学习液压抽象知识过程中的陌生感，通过生动的仿真过程使学生对各液压元件、液压与气动回路的工作原理、工作状态有更深刻的理解。（2）学生可以根据老师布置的任务设计液压回路，并进行模拟仿真。通过任务驱动增强学生的自主学习能力，提高学习效果。（3）利用仿真软件，学生可根据要求方便地设计出不同回路。通过比较与分析，选出最佳方案，从而培养学生的分析与创新能力。（4）将多媒体技术与虚拟仿真相结合，辅助液压与气动技术课程教学，抽象的知识点更加直观、生动，教学内容更易被学生接受。

其中的液压元件，来观察系统回路的表现，以此加深对系

统回路的理解；再进一步，进行回路的创新再设计。

3 虚拟仿真教学实践效果分析

以虚拟仿真技术融入液压课堂教学，能使复杂问题简单化、抽象问题具象化。学生通过虚拟仿真操作，能够更加形象生动地理解液压系统的工作原理。同时，通过虚拟仿真软件代替实训室，可以缓解实验设备不足的局面。尤其，软件平台可以实现很多实际生活案例的模拟仿真，带给学生更加亲切、更易接受的学习体验。比如，自卸式卡车在各基建场所都能见到，但其自卸的工作过程，学生则不一定清楚。通过建立自卸式卡车的虚拟动画，可让学生了解自卸动作原来是通过伸缩式液压缸完成的。这样既激发了学生的学习兴趣，又提高了学习效果。另外，虚拟仿真软件的引入使课程内容更加贴近工程实践，对学生的设计创新有着无可比拟的优势。为此，在高职液压与气动技术课程中可以通过布置虚拟任务，将需要学习掌握的知识点融入到这些预设的虚拟任务中来引导学生的自主学习。其具体的实施过程是：（1）明确需要讲解的知识点。（2）设计具体的虚拟任务。对虚拟任务所涉及的每个知识点给出参考解，并引导同学们解决这个虚拟问题。（3）在解决问题的过程中，引导同学们分组讨论、相互协作，明确学习内容与重点并进行自主学习。（4）对同学们提出的解决方案进行分析与评价。（5）总结与回顾，强调重点内容。

参考文献

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应用[J].液压气动与密封,2017(6):43-45.[2]󰀁朱节宏,龙有强.基于任务驱动的《液压与液力传动》课程教学改革[J].装备制造技术,2014(12):245-247.[3]󰀁任敬卫,佛新岗.FluidSIM在《液压与气动技术》课程实践教学中的应用[J].大众科技,2014(9):202-204.

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