課題驅動的液力傳動課程改革研究
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【摘要】本文對工程機械專業的專業課“液力傳動”課程改革進行以課題驅動為基礎的探討研究。首先分析該課程在教學培養中的必要性以及現階段國內外該課程的教學現狀，提出對教學單元內容設計單獨的課題來提高課堂效率，激發學生的主動學習能力。并針對具體課題設計了相應的教學實施方案，來體現教師主導學習內容，學生成為學習主體的現代教學特征。
引言
液力傳動作為區別于液壓傳動的特殊傳動方式，以其獨有的原理、結構與特點廣泛運用在汽車傳動、船舶以及工程機械中，相比較于液壓傳動，液力傳動需要學生具備的理論基礎知識更為廣泛與專業，針對教育部提出的“卓越工程師教育培養計劃”的要求，需要用新穎的教學方式來提高學生對于課程的全面掌握以及對于實際工程案例的分析解決問題的能力。目前傳統的液力傳動課程的教學方法即講授式教學與實驗教學相結合難以滿足對于“卓越”人才的培養要求。
一、課程現狀分析
國內高校中開展該門課程的工科院校較少，原因在于液力傳動屬于液壓傳動的一個分支，在工程機械中應用廣泛但難以作為通用型專業課，而我院設有工程機械專業方向，旨在培養可在科研院所或工程機械裝備和智能制造裝備領域內從事工程機械設計、制造、集成維護以及管理營銷等方面的工作的本科生。而隨著現代設計工具的不斷更新，課堂中也需要與工業實際前沿結合，突出了使用現代工具的重要性，即在扎實的理論基礎上，能夠針對工程機械裝備、智能制造裝備等的復雜工程問題，開發、選擇與使用恰當的技術、資源、現代工程工具和信息技術工具，對裝備制造過程進行建模、預測、模擬與優化，并能夠理解其局限性。為了激發學生的學習動機與學習興趣，目前在課堂上廣泛采用了問題導向式教學，例如項目驅動法以及任務驅動型教學，任務驅動教學是根據教學內容向學生下達任務需求，使學生在完成于教學內容有關的任務過程中，掌握相關教學內容的知識與應用。而如果對每一個教學內容設計出單獨的學習單元課題，通過明確任務目標，學生分組討論，學生自主查閱資料并在教師指導下完成任務的具體方式，體現了教師主導教學內容，學生為學習主體的特征。國外自20世紀40年代起在汽車行業大規模采用液力傳動裝置，并在工程機械中不斷推廣，而目前我國的液力傳動行業，自主研發能力不足，存在的最大問題就是人才極度匱乏。在現有的課堂中，單純的講解書本中的理論知識，學生較難在24個課時中掌握并運用，因此，本文采用理論知識與現代仿真工具結合，并用實際工程機械案例結合課本內容，使得學生在學習理論的同時有更為具象化的理解，并且深入地掌握理論與工程實際的結合運用。
二、課程主體設計
并在授課過程中不斷向學生引入目前工業發展中的先進技術與應用方式，例如，目前國際上先進的液力變矩器效率超過90%，國產液力變矩器的效率多在80%左右，要實現效率的提升，需要在液力元件的協調控制、液壓補償系統的精細控制以及三維流動的優化設計等方面的研究來提高液力變矩器的傳動效率。本門課程安排24個課時，其中采用課題驅動的課程整體設計方案如表1所示。在液力偶合器的教學單元中，提出基于CFD的液力傳動內部三維流動的數值模擬，利用計算機流體動力學來進行液力偶合器的流場數值模擬和流場分析，通過流場分析，向學生展示三維化的流場運動狀態，更加具體形象的理解偶合器內部液流的循環運動，描述由相對運動和牽連運動復合成的環流運動；可以通過流場分析結果中液流矢量圖來加深學生對于速度三角形的理解;通過改變循環圓的大小以及葉片結構得到的不同的偶合器特性來驗證設計方法。以兩個班80名學生為例，以8名學生為1個學習小組，分為十組。按組進行以下內容的任務安排：1.前期進行調查研究報告，了解目前國內外液力偶合器的發展應用現狀，并抓住一兩個值得探討的突出技術點。2.了解有限元分析軟件以及計算流體力學仿真分析軟件，結合課堂上的液力偶合器內部液流流動的理論知識，進行基于CFD的液力偶合器內部三維流動的數值模擬仿真探索，給出幾組具體的條件變量設置方案。3.針對計算機仿真的后處理結果，分析影響液力偶合器性能的物理結構參數，從而驗證教材中偶合器的設計方法。由于在兩周8個課時內，要求學生建模液力偶合器并得出正確的仿真計算結果難度較大，建議根據學生總結出的條件變量設置方案，由教師完成計算機模擬部分，并講計算結果交由學生自行分析。在液力變矩器課程單元，同樣按照上一課題中的學習小組，但其中的研究對象替換成液力變矩器。在分析了液力變矩器的計算機仿真結果后，與液力偶合器的流場進行對比，使得學生對于兩者之間的區別與相似有更加透徹的理解。在液力傳動裝置課程單元中，引入基于AMESim的工程機械液力傳動系統設計與校核作為該教學單元的拔高課題。根據前期分配的學習小組，進行小組課題自我學習，要求每一個學習小組在課后自行查閱資料，選擇某一種工程機械的液力傳動系統進行綜述性分析，并采取課堂匯報的方式展示學習過程，最后嘗試用AMESim仿真平臺搭建模型，具體仿真過程由教師選擇一組進行，并在課堂講授結果分析方法。
三、課題教學結果預期
關于液力傳動的三維流動模擬在研究領域已經開展十余年，液力傳動的內部流動情況在現代流動測試技術的支持下已實現可視化，應當將這一成果運用到課堂教學當中去，使學生熟悉了解針對液力傳動裝置的現代設計方法，對學生今后的科研與實際工作具有重要的指導作用。因此，本文提出的基于課題驅動的課程改革研究契合學校創新應用型本科人才的培養模式，能夠激發學生自主學習的興趣和能力。
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作者:朱牧之 單位:南京工程學院
