教案改革在《液气压传动》教学中的应用研究

　　《液气压传动》课程是机械工程及自动化专业一门重要的专业基础课。为提高学生的学习兴趣和实践认知能力，实现在师生之间、生生之间对教学内容的多向互动、平等对话和积极研讨，培养和发展学生主动参与课堂讨论，提高学生的实践能力，改革教案结构形式并对教案进行科学设计就显得至关重要。经过教学实践，笔者认为，对于液气压传动这一实践性和应用性较强的课程，对教案的科学设计有利于实现理论与实践之间的应用连接，有利于提高教学质量，提高学生实践动手能力和科研素质，因此，对教案改革是十分必要的。本文以《液气压传动》中“容积式液压泵工作原理”为例，进行一系列教学环节的设计，使学生切身感受到工程类课程的魅力。

　　教学目标

　　教学目标可以分为知识目标、能力目标和素质目标。知识目标为能够用自己的话说出容积式液压泵的工作原理，总结出容积式液压泵的工作三要素；能够讲述外啮合齿轮泵的工作原理；能够根据外啮合齿轮泵中齿轮的运动方向判断吸油口和压油口。能力目标为培养学生对工程问题的分析能力，敢于设想、思考和修改，尝试提出解决方法。素质目标为通过依次对容积式液压泵和外啮合齿轮泵工作原理的介绍，引导学生树立工程技术服务于工程应用的意识，培养学生分析问题、解决问题和综合应用的能力；在授课过程中，通过多次展示图片和动画，以提高学生的学习兴趣，激发学生对液气压传动技术的运用热情。

　　实施过程

　　（一）引入

　　通过问题的形式，将本节课的内容引入课堂。液压泵是液压传动系统中的动力装置，它把输入的机械能转换为压力能，再输出到系统中去。简言之，液压泵是能量转换元件。那么，液压泵是如何将机械能转换成液压能的呢？本环节的教案设计中，采用提出问题的方法，让学生感知泵作为动力元件为液压系统提供液压能，领略到本节课学习的意义，引导学生进入课程学习。

　　（二）内容讲授

　　利用多媒体设备，以课件形式呈现讲授内容，添加小标题，化繁为简，使讲授内容形成清晰的脉络，以提高教学效果。

　　对容积式液压泵工作原理的讲授对容积式液压泵工作原理的讲授可分为以下几步进行。首先，结合投影出的容积式液压泵的工作原理图（如图1所示），对其中的各个零部件进行逐一介绍，为其工作原理的讲授奠定基础。其次，讲授容积式液压泵的工作原理。图中柱塞2装在缸体4中形成一个密封容积a，柱塞在弹簧3的作用下始终压紧在偏心轮1上。原动机驱动偏心轮1旋转使柱塞2作往复运动，使密封容积a的大小发生周期性的交替变化。当a由小变大时就形成部分真空，使油箱中油液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀6进入密封容腔a而实现吸油；反之，当a由大变小时，密封容腔中吸满的油液将顶开单向阀5流向系统而实现压油。这样容积式液压泵就将原动机输入的机械能转换为液体的压力能。原动机驱动偏心轮不断旋转，容积式液压泵就不断地吸油和压油，为系统送去压力油。最后，采取设问的形式向学生提出问题，根据容积式液压泵工作原理的讲解，让学生总结容积式液压泵工作的三个要素：可靠的工作密封容腔；密封工作容腔的容积能周期性变化；有配油装置，吸油时与吸油口相通，压油时与压油口相通，吸压油口永不相通。再次结合容积式液压泵的工作原理图，在图中依次找到工作三要素，以加深学生对容积式液压泵工作原理的理解和掌握。给学生留一道思考题，引导学生进一步思考：图中的两个单向阀5和6，如果改变其安装方向，容积式液压泵还能正常工作吗？为什么？在本环节的教案设计中，向学生展示了彩色动画图，使枯燥的讲授内容变得生动形象，激发了学生的学习热情；在工作原理讲授完之后，引导学生总结出容积式液压泵工作三要素，以培养学生的分析总结能力；之后给学生留一道思考题，旨在培养学生思考问题的好习惯，使学生分析问题、解决问题的能力得到提高。

　　对外啮合齿轮泵工作原理的讲授对外啮合齿轮泵工作原理的讲授，可分为以下几步进行。直接投影出外啮合齿轮的结构解剖图（如图2所示），介绍其基本组成为一对外啮合齿轮、泵体、前泵盖、后泵盖、传动轴。此处将外啮合齿轮结构的解剖图直观展示在学生面前，使学生对其结构能够快速理解，为其工作原理的讲授做好准备。然后，以设问的形式向学生提问：作为典型的容积式液压泵，外啮合齿轮泵是如何实现吸油和排油的呢？这时，将动画式外啮合齿轮泵的工作原理图投影出来，同时，复述容积式液压泵的工作三要素，采取循序渐进的方法，引导学生从容积式液压泵工作三要素的角度来分析外啮合齿轮泵的工作原理，为下面的教学内容奠定基础。这种提示方法使学生感知到自己已经掌握了分析外啮合齿轮泵工作原理的理论知识，从而产生较为强烈的学习动机。从容积式液压泵的工作三要素的角度来分析外啮合齿轮泵的工作原理。首先分析外啮合齿轮泵的密封容腔是如何形成的。如图3所示，泵体的内曲面、两个齿轮的齿顶、还有前后端盖就构成了密封容腔，同时，啮合轮齿的啮合线，将齿轮泵的密封容腔一分为二，左右各一个密封容腔。接着，分析密封容腔的体积是如何进行周期性变化的。结合投影出的动画图，引导学生来观察，当齿轮在传动轴的带动下按图中方向旋转时，左侧轮齿退出啮合，右侧轮齿进入啮合。退出啮合的一侧，轮齿从齿间退出，使左侧密封容积变大，形成局部真空，压力降低，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路和吸油口进入齿间，实现了泵的吸油过程，相应地，就左边的密封容腔为吸油腔。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被旋转的齿轮带到右侧，右侧的齿轮进入啮合，也就是轮齿进入齿间，使密封容积减小，压力升高，齿间的部分油液在高压下被挤出，从压油口排出送往系统，这就实现了泵的压油过程。同样，右边的密封容腔称之为压油腔。当齿轮泵的主动齿轮在电动机的带动下不断旋转时，就实现了齿轮泵左侧吸油腔的不断吸油和右侧压油腔的不断压油，源源不断地向系统供油。外侧的轮齿进入啮合状态，相对应的油口就是—压油口，内侧的轮齿必然是退出啮合状态的，相对应的油口就是—吸油口。最后，笔者将分析外啮合齿轮泵的配油装置。外啮合齿轮泵在吸油和压油过程中，其一对啮合轮齿的啮合线将吸油口和压油口隔开，使二者永不相通，起到了配油作用。在教案设计时，此处采用了图片展示、动画展示、讲述等多种方式结合的方法，使教学内容变的更加直观，变抽象教学为形象教学，使学生透彻理解教学内容，有利于下一步教学内容的进行。同时，在讲述过程中，与容积式液压泵的工作三要素相呼应，引导学生去寻找外啮合齿轮泵的工作三要素，使学生清晰地理解和掌握外啮合齿轮泵的工作原理。投影出一张立体动画图（如图4所示），让学生根据图中外啮合齿轮主动轮的运动方向，判断哪个是泵的吸油口，哪个是压油口。在学生回答问题的过程中顺次投影出“吸油”和吸油箭头、压油和压油箭头。在此教案设计中，通过提问的方式与学生进行互动，活跃课堂气氛；鼓励学生大胆想象，让学生正确应用所学知识，使学生体验成功的喜悦，点燃进一步学习的激情，培养学生根据所学理论知识进行工程应用的信心。

　　对讲授内容进行归纳总结课程内容讲授完毕后，将所讲授内容以课件形式进行重复播放，播放时简要复述本节主要内容，课件被“重复”利用，增强了教学效果。同时，要求学生阅读教材，对容积式液压泵工作原理和外啮合齿轮泵工作原理进行强化理解。最后，需给学生留一些问题。任何机器都不是完美的，外啮合齿轮泵也毫不例外，齿轮泵的结构和工作原理决定了它在运转过程中存在一些哪样的问题？针对这些问题该采取什么措施进行控制呢？这将是下一节的讲授内容。对学生提出了这些问题，旨在留给学生一个想象的空间，激励学生在课后对下一节课的内容进行预习。

　　结语

　　作为机械工程及自动化专业的一门重要的专业基础课，需要对《液气压传动》的教学形式进行精心设计和分析，以达到满意的教学效果。在课件准备时，针对教学内容，应尽量使用教材中的资料以保证教学内容的严谨性，同时要大量收集和制作资料并进行反复修改，以实现教学内容的生动性和趣味性，提高学生的学习热情。在课程讲授过程中，多次采用提问的讲授方式，既能给学生留下思考的余地，也让学生体会到答出问题的喜悦，培养了学生分析问题、解决问题的能力，同时利用多媒体将生动多彩的动画和图片引入课堂，学生在课堂上便能将课本讲授内容与实物对应起来，使课堂内容变得更加生动形象，极大地激发了学生的学习兴趣，提高了学生的实践认知能力，有助于学生对教学内容的理解和掌握。通过对“液压泵的工作原理”教案的设计、分析和实施，在教学过程中体现三位目标的有机整合，取得了良好的教学效果。

　　参考文献：

　　[1]姜继海，宋锦春，高常识.液压与气压传动[M].北京：高等教育出版社，2009.

　　[2]赵芳，郭新荣.浅谈液压传动技术教学改革[J].高校实验室工作研究，2006，87（1）：22-24.

　　[3]姚春东，高殿荣，刘劲军.液压与气压传动教学改革的探索与实践[J].教学研究，2006，29（2）：155-156.

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