机械《创新设计》实验课程与大学生创新思想培养的研究与探索

孙承峰，谭 洪，王明娣，刘秀波

（苏州大学 a.机电工程学院；b.工程训练中心，江苏 苏州 215021）

机械《创新设计》实验课程与大学生创新思想培养的研究与探索

孙承峰a，谭 洪b，王明娣a，刘秀波a

（苏州大学 a.机电工程学院；b.工程训练中心，江苏 苏州 215021）

本文基于以慧鱼创意组合模型为载体对机械《创新设计》实验课程进行设置，并对实验课程内容方法步骤及所取得的效果成果进行了详细的阐述，指出机械《创新设计》实验课程的开设有利于大学生创新思维和创新能力的培养。

机械创新；创新设计；实验课程；创新思想；慧鱼

高校教育的目标是培养高层次创新型人才。特别对于工科机械类人才培养而言，学生除了要有扎实的机械理论基础知识外，还应兼备开拓、创新的意识、思维和能力。机械《创新设计》课程的内容是以培养学生的创造性素质为目标，讲授创新设计理论知识。而《创新设计》课程的实验是以实践为基础，注重培养学生的动手实践能力、创新思维和团队协作能力。本研究重点主要是通过慧鱼创意组合模型为实验载体来激励和开发学生的创造性思维，把《创新设计》课程中的创新思维、创新技法通过亲自动手搭建模型来表达和实现，从而调动学生的创新设计的积极性和对科学研究的兴趣。最终达到对学生的专业能力培养和科学研究、创新能力培养并重的结果，培养基础扎实、创新能力强的高素质人才。

一、实验课程内容

本实验主要以慧鱼创意组合模型为实验设备，倡导的是开放式学习，以学生动手实践为主，教师为辅的教学方式进行，结合既定项目和选题项目学生自由分组搭配完成模型搭建、调试、运行。

1.实验设备。慧鱼创意组合模型产于德国，是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，它是一个涵盖结机械结构、传感器、执行器、控制器和软件的创新实验平台。它的构件主要包含机械，电气，气动三大类。机械元件包含齿轮、齿条、涡轮、涡杆、凸轮、曲轴、齿轴、联杆、链条、履带、弹簧、万向节、差速器、减速箱、铰链等。电气元件包含各种传感器

（光敏、热敏、磁敏、触敏）、直流电机、PLC、红外线发射接收装置、声光器件，接口电路板和扩展版等。气动元件包含气缸、气阀（手动、电磁阀）、气管、管接头（三通、四通）、气泵、储气罐等。如图1所示。

图1 慧鱼模型部分构件

慧鱼模型主要有三种控制方法：ROBO智能接口板控制、PLC控制和单片机控制。其最主要用ROBO智能接口板控制，利用慧鱼自带的ROBO pro软件进行图形化编程，方便简洁易懂。

2.实验方法及步骤。本实验教学方法主要让学生小团队的自由组合（2-4人），选作自己喜爱的作品，实验按照三个阶段来实施：入门阶段，提高阶段，创意阶段。

第一阶段：入门阶段，该阶段主要选择的是机械与结构组合包、气动组合包、电子技术组合包、机器人起步技术组合包等入门模型。通过该阶段让学生了解慧鱼模型的搭接原理和方法，并进行调试和运行。该阶段要求学生掌握机械、电子、气动、机器人、传感器的入门知识及其控制应用，并通过搭接模型，绘制出机构简图、电路图和气路图，分析掌握所搭模型的构造与工作原理。经老师提问，学生自主改进，进一步加强对模型的理解。由于模型众多，现选部分模型结构如图2所示。

图2 第一阶段模型（部分）

第二阶段：提高阶段，该阶段主要选择的是机器人组合包，涵盖机器人综合训练包、仿生机器人、ROBO探险家机器人、工业机器人、气动机器人等组合包。通过该阶段让学生熟练掌握ROBO接口板和ROBO pro软件的应用，掌握编程方法，在线调试和下载程序控制机器人的运动。培养和提高学生的自主设计和编程设计能力，增强如何结合传感器技术、机械机构、气动装置、电子技术做成套机电一体化装置并进行装配、调试的综合能力，从而提升学生的创新意识。由于模型众多，现选部分模型结构如图3所示。

图3 第二阶段模型（部分）

第三阶段：创意阶段，该阶段主要进行创意设计，组件不定，自由选择。主要通过某些主题或结合创新设计大赛来要求学生进行自由设计，完成作品的搭建、调试和运行。该阶段需要课后查阅收集资料，建模等，教师从旁进行指导。图4为部分学生创意作品。

图4 第三阶段 学生创意作品

二、研究效果及成果

通过慧鱼创意模型的使用，能很好地体现机械《创新设计》这课程的主旨，不仅让学生将多学科多领域的综合知识融会贯通于实践过程中，更重要的是培养了他们的创新意识和创新设计能力。实验发现通过一段时间的学习实践，学生普遍有了对解决问题的信心，通过自己动手制作、编写程序、结合一部分传感器的使用成功地控制机器人运动，感觉很有成就感。通过创新实验的活动还培养了同学之间新型的“团队合作”精神。另外我们把好的创意跟机械创新设计大赛结合起来进行组队参赛，其中在2012年第五届全国大学生机械创新设计大赛慧鱼组比赛中，三件作品有两件获得了国家二等奖，一件三等奖。在校级比赛中也屡获特等奖和一等奖，有些作品也还申请了专利，从中发现学生的科研创新能力提升很快。

机械《创新设计》实验课程--慧鱼创意模型实验打破了原有的实验模式，为学生创造了一个良好的动手环境，使之可以进行开放式的创新性实验，充分发挥了学生的机智才能，让各类知识加以串联运用，进行创意、创新、创造，可以使学生对实验学习有成就感，通过不同的设计思路和方法增长了学生的见识，通过运用如观察、实验、比较、归纳、演绎、分析、综合、假设等研究方法，分析已掌握的实验信息资料，提取创意精华，培养了学生研究性，创新性学习的能力。总之，通过实验可以使学生开阔视野，拓宽思路，培养创新思维和创新能力。

[1]刘秀波，王明娣.孙承峰.《创新设计》课程随想-创新与实践[J].中国科技纵横，2010，（18）：81.

[2]姚士强，李晓利.机电一体化创意实验教学探讨[J].实验技术与管理，2001，（3）：113-115.

[3]王胜曼，张建华，陈占伟.关于培养大学生机械创新设计能力的探讨[J].科技信息，2010，（15）：182-183.

[4]牟向伟.大学生机械创新设计教学改革思考与实践[J].佳木斯教育学院学报，2012，（05）：176-177.

[5]王树才，宗望远，丁幼春，程友联，王巧华.大学生机械创新设计大赛与创新人才的培养[J].高等农业教育，2007，（10）：63-65.

[6]娄保东.慧鱼模型在学生创新教育中的运用[J].职业，2007，（17）：62-63.

[7]宋志强.关于机械创新设计实例与实践的研究[J].呼伦贝尔学院学报，2008，（01）：96-99.

[8]杨叔子，吴昌林，彭文生.机械创新设计大赛很重要[J].高等工程教育研究，2007，（2）：1-5.

[9]吴丽华.机械创新设计的几点思考[J].黑龙江科技信息，2007，（06）：13，178.

[10]宋岩，张继平，张立新.机械创新设计实验室开放式管理的思考与实践[J].中国现代教育装备，2011，（1）：97-99.

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1674-9324（2014）04-0280-02

苏州大学高等教育教改研究课题——机械《创新设计》实验课程与大学生创新思想培养的研究与探索。