课题驱动的液力传动课程改革研究
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【摘要】本文对工程机械专业的专业课“液力传动”课程改革进行以课题驱动为基础的探讨研究。首先分析该课程在教学培养中的必要性以及现阶段国内外该课程的教学现状，提出对教学单元内容设计单独的课题来提高课堂效率，激发学生的主动学习能力。并针对具体课题设计了相应的教学实施方案，来体现教师主导学习内容，学生成为学习主体的现代教学特征。
引言
液力传动作为区别于液压传动的特殊传动方式，以其独有的原理、结构与特点广泛运用在汽车传动、船舶以及工程机械中，相比较于液压传动，液力传动需要学生具备的理论基础知识更为广泛与专业，针对教育部提出的“卓越工程师教育培养计划”的要求，需要用新颖的教学方式来提高学生对于课程的全面掌握以及对于实际工程案例的分析解决问题的能力。目前传统的液力传动课程的教学方法即讲授式教学与实验教学相结合难以满足对于“卓越”人才的培养要求。
一、课程现状分析
国内高校中开展该门课程的工科院校较少，原因在于液力传动属于液压传动的一个分支，在工程机械中应用广泛但难以作为通用型专业课，而我院设有工程机械专业方向，旨在培养可在科研院所或工程机械装备和智能制造装备领域内从事工程机械设计、制造、集成维护以及管理营销等方面的工作的本科生。而随着现代设计工具的不断更新，课堂中也需要与工业实际前沿结合，突出了使用现代工具的重要性，即在扎实的理论基础上，能够针对工程机械装备、智能制造装备等的复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，对装备制造过程进行建模、预测、模拟与优化，并能够理解其局限性。为了激发学生的学习动机与学习兴趣，目前在课堂上广泛采用了问题导向式教学，例如项目驱动法以及任务驱动型教学，任务驱动教学是根据教学内容向学生下达任务需求，使学生在完成于教学内容有关的任务过程中，掌握相关教学内容的知识与应用。而如果对每一个教学内容设计出单独的学习单元课题，通过明确任务目标，学生分组讨论，学生自主查阅资料并在教师指导下完成任务的具体方式，体现了教师主导教学内容，学生为学习主体的特征。国外自20世纪40年代起在汽车行业大规模采用液力传动装置，并在工程机械中不断推广，而目前我国的液力传动行业，自主研发能力不足，存在的最大问题就是人才极度匮乏。在现有的课堂中，单纯的讲解书本中的理论知识，学生较难在24个课时中掌握并运用，因此，本文采用理论知识与现代仿真工具结合，并用实际工程机械案例结合课本内容，使得学生在学习理论的同时有更为具象化的理解，并且深入地掌握理论与工程实际的结合运用。
二、课程主体设计
并在授课过程中不断向学生引入目前工业发展中的先进技术与应用方式，例如，目前国际上先进的液力变矩器效率超过90%，国产液力变矩器的效率多在80%左右，要实现效率的提升，需要在液力元件的协调控制、液压补偿系统的精细控制以及三维流动的优化设计等方面的研究来提高液力变矩器的传动效率。本门课程安排24个课时，其中采用课题驱动的课程整体设计方案如表1所示。在液力偶合器的教学单元中，提出基于CFD的液力传动内部三维流动的数值模拟，利用计算机流体动力学来进行液力偶合器的流场数值模拟和流场分析，通过流场分析，向学生展示三维化的流场运动状态，更加具体形象的理解偶合器内部液流的循环运动，描述由相对运动和牵连运动复合成的环流运动；可以通过流场分析结果中液流矢量图来加深学生对于速度三角形的理解;通过改变循环圆的大小以及叶片结构得到的不同的偶合器特性来验证设计方法。以两个班80名学生为例，以8名学生为1个学习小组，分为十组。按组进行以下内容的任务安排：1.前期进行调查研究报告，了解目前国内外液力偶合器的发展应用现状，并抓住一两个值得探讨的突出技术点。2.了解有限元分析软件以及计算流体力学仿真分析软件，结合课堂上的液力偶合器内部液流流动的理论知识，进行基于CFD的液力偶合器内部三维流动的数值模拟仿真探索，给出几组具体的条件变量设置方案。3.针对计算机仿真的后处理结果，分析影响液力偶合器性能的物理结构参数，从而验证教材中偶合器的设计方法。由于在两周8个课时内，要求学生建模液力偶合器并得出正确的仿真计算结果难度较大，建议根据学生总结出的条件变量设置方案，由教师完成计算机模拟部分，并讲计算结果交由学生自行分析。在液力变矩器课程单元，同样按照上一课题中的学习小组，但其中的研究对象替换成液力变矩器。在分析了液力变矩器的计算机仿真结果后，与液力偶合器的流场进行对比，使得学生对于两者之间的区别与相似有更加透彻的理解。在液力传动装置课程单元中，引入基于AMESim的工程机械液力传动系统设计与校核作为该教学单元的拔高课题。根据前期分配的学习小组，进行小组课题自我学习，要求每一个学习小组在课后自行查阅资料，选择某一种工程机械的液力传动系统进行综述性分析，并采取课堂汇报的方式展示学习过程，最后尝试用AMESim仿真平台搭建模型，具体仿真过程由教师选择一组进行，并在课堂讲授结果分析方法。
三、课题教学结果预期
关于液力传动的三维流动模拟在研究领域已经开展十余年，液力传动的内部流动情况在现代流动测试技术的支持下已实现可视化，应当将这一成果运用到课堂教学当中去，使学生熟悉了解针对液力传动装置的现代设计方法，对学生今后的科研与实际工作具有重要的指导作用。因此，本文提出的基于课题驱动的课程改革研究契合学校创新应用型本科人才的培养模式，能够激发学生自主学习的兴趣和能力。
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作者:朱牧之 单位:南京工程学院
