基于“慧鱼”模型实习课程的改革与启迪

方 琳，张远明

(东南大学机械工程学院，江苏南京 211102)

0 引言

常规以演示和验证为主的实验教学，缺乏引导学生自主分析、思考和研究，无法给学生一个自由发挥创造的空间［1，2］。“慧鱼”创新组合模型是技术含量较高的工程技术类智趣模型，它由机械构件、电气构件、传感器、气动构件、电脑控制器及软件所组成的系统等不同模块组成［3，4］。通过模块的不同拼装、重构和软件设计形成不同种类产品。图1所示的“慧鱼”模型产品为工业机器人。这个“慧鱼”产品给学生提供了自主搭建模型和与电脑程序相结合的实践平台，已成为培养学生创新思维和动手实践能力的重要载体之一。它所提供的思维开放性实验方式充分体现了“以学生发展为本，以能力发展为主”的现代教育方式。

图1 “慧鱼”模型构成的产品—工业机器人

利用该产品所提供的思维开放性实验方式是培养学生研究性学习能力的有效途径，是高等学校培养应用型人才进行创新素质教育的一个重要教学环节。该课程计划虽只有两天的时间，仍能在有限的条件下较好完成教学任务。

然而，我国一些高校过去引进“慧鱼”模型仅仅只是作为教具，侧重于操作训练，对学生学习的开放性、思维创新性开拓重视不够，达不到创新性素质教育的目的。

本文结合我校的基于“慧鱼”模型开放性实习课程教学改革，提出了计算机辅助教学、理论和实践结合、反思讨论型教学等开展“慧鱼”创新实习教学的改革思路。

1 “慧鱼”模型开放性实习教学原则

要想使“慧鱼”模型开放性实习教学上档次，关键是要明确开放性实习教学的基本原则和改革的基本思路。

开放性实习应确立以项目启动方式为主，采用启发式教学原则，重视创新性思维和实践技能的训练，同时掌握机械工艺和电气工艺的基本理论，将理论、工艺实践、工艺分析和实验结果讨论等多方面的教学融为一体。实习教学应强调创新性、综合性和整体性，使学生在“慧鱼”模型开放性实习教学中获取机械产品创新能力，以得到科学研究创新性思维的初步训练。

2 开放性实习教学内容改革思路

2.1 优化现有教学内容

“慧鱼”模型是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，自从其创始人ArturFishen博士1964年发明以来，已在欧、美国家大、中、小学作为教具得到广泛应用，在我国许多高校也以作为创新教具开始了“慧鱼”模型开放性教学。其开放性实习教学内容也已成为较为成熟和稳定的基础知识，同时能展示和体现现代科技发展及先进的机械和电气工艺水平，但我们不能把所有的先进内容都包含到教学内容里，必须突出重点，兼顾全面。我们针对不同类专业和不同层次水平的学生，在“慧鱼”模型开放性教学整体知识稳定的基础上，体现不同的重点和个性，在实践中不断探索和完善。如针对基于“慧鱼”模型的机器人部分，要介绍机器人技术入门实验、移动机器人实验、气动机器人实验、仿生机器人实验和工业机器人实验等内容。

机械类专业学生必须更多注重于机械模块设计内容，而自动化类专业学生应着重于自动控制知识和编程内容的训练，而土木类专业，学生可以只学习机器人技术入门实验部分。

2.2 创新思维和实践能力同时提高

“慧鱼”模型开放性实习教学内容应重视创新思维训练，重视实践，反映出模型具有的科学性和实践性。我们在教学过程侧重创意、理论、实践和分析综合，启发学生思路，注重自由创新，提高解决问题的能力。

“慧鱼”模型拥有很多不同的模块，不同的组合会形成不同的产品，要启发学生要有开放性思维，对生活中所见的任何平台，都可以通过对不同模块的重新组合设计而得到。如对“慧鱼”智能机器人的制作，学生在开始的模仿学习阶段，通过对提供的资料、图片、教具进行观察、研究和琢磨，加强对传感器、机器人技术和Robo Pro编程等原理的理解，进行自主的学习模仿性实验，获取感性认识。我们根据实验指导书上的提示制作慧鱼机器人，学习各种经典的机构组合方式，结合电脑语言编程，对设计的机器人进行编程和控制;学生应在此基础上对已制作好的机器人进行改进，使之实现更多的动作;最后学生应当摆脱实验指导书的束缚，创造出具有新的机构和功能的机器。

2.3 建立较为完整的教学内容体系

我们安排“慧鱼”模型开放性实习教学内容时，应在实习教学中既要考虑到少量的比较完整的机械工艺理论和电气知识，又要防止片面强调课程的系统性和全面性。

开放性实习教学内容涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工业标准的基本构件(机械元件/电气元件/气动元件)，辅以传感器、控制器、执行器和软件配合，运行设计构思和实验分析，实现工业过程和大型设备的模拟和还原。作为一个教学内容体系，我们应针对不同专业和不同层次的学生，对内容有所侧重，适时进行调整。如在一、二年级可以结合机械类课程或金工实习，安排机械运动模型搭建，而在三年级可以安排各种机电智能模型制作。同时我们应鼓励学生自由创新，让其掌握基本知识后，以项目形式，自由申请或安排小作品制作。

3 教学方式的改革

3.1 计算机辅助教学

教师在讲解过程中应当采用计算机辅助进行。“慧鱼”的模块化给计算机辅助教学带来了很多便利。课程中的机械运动模型的搭建、机电智能小车、工业机器人、步行机器人以及多足机器人等，都可以用三维动画的方式进行讲解。Flash动画也是辅助教学的一个重要方式，藉此可以使学生加深思考。通过计算机辅助教学，可以扩大实践知识的视野，介绍一些新的技术及其应用，同时也可弥补实践条件不足的机械或电气工艺。对不同类专业的学生，根据侧重点的不同，选择计算机辅助教学更为方便。

3.2 开展专题探讨

教师和学生从示范操作和独立实践过程中可组织专题研讨。我们结合新的设计工艺和技术评议以及结合实践技能的研究进行讨论评议，加以总结，通过学生的思维、视觉、听觉、语言以及动手操作等得出切身体会的结论。以此培养学生策划项目、统筹协调能力及团队精神。

3.3 开展反思型教学

20世纪80年代以来，北美教育界掀起了开展反思型教学的教育运动。在“慧鱼模型”开放性实习教学中，由于实践性强，师生通过语言对话、操作行为对话、与自己对话、与备课内容对话以及学生间对话等方式进行反思，既可提高教师本身的专业水平，从应试教育教师向创新素质教育教师转变，同时也使学生受到良好的素质教育。

反思教学的重点是:教师在知识介绍、讲解及示范操作过程中，不是单纯把信息传递给学生，而是让学生自己学会建构知识;在讲解过程和实践操作时，教师担当的是启发、引导和辅助的角色，主动与学生对话，鼓励学生在学习的过程中能够张杨个性，勇于创新。

如动手操作示范时，对于一般机械专业的学生可讲解并实践智能小车的设计。方案解析、硬件搭建和软件编程时均在教师启发下进行，鼓励学生多提疑问。学生如已实现了点对点的单一控制，那么一点对多个小车的控制可能会出现问题，需要有解决办法。教师在讲解时，应更多地让学生自己到实践中体会和思考。示范操作当中，不仅要讲解自己体会，应更多让学生自己到实践中体会和思考，去分析失败与成功的原因。学生在作品制作阶段自己选择课题，完成制作过程和制作工艺，独立完成创新作品。这样一来，学生整个的学习过程将会成为一个在实习教师启发下的自我学习和修正自我的过程，学生的素质会大为提高。

3.4 成绩的评定

实习教学成绩通常考虑学生的学习态度、操作能力和作品质量来综合评定。为了更为全面地考核学生，在综合考虑上面三个因素外，还可以考虑口试方式，询问在设计和完成作品中遇到的问题和解决办法，如遇见问题如何处理等。并且，我们还要根据作品的创新程度、自我学习的学习效果、安全教育和德育品质等方面综合评定。

4 结语

“慧鱼”模型在高校实验室的引进使用，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造性实验。学生可以在四年的时间里，衔接对应所学课程开展具有针对性的多层次应用。学生可将已学习过的各类知识加以串联运用，进行创新。为了实现培养创新型和应用型人才的目标，需要对“慧鱼”模型开放性实习实验课程的实验教学内容、教学方式与教学环节进行改革，在实验内容的选定以及创新性、综合性、设计性实验项目的开设方面进行改革。

［1］肖晓萍，廖青.“慧鱼”教具在大学生创新教育中的探索研究［J］.绵阳:西南科技大学高教研究，2006，22(2):36-37.

［2］田亚平.基于“慧鱼”模型的开放性实验创新模式探索［J］.北京:中国电力教育，2011，27(19):128-129.

［3］朱志松，徐海黎，等.机电专业创新实践项目的设计与实现［J］.上海:实验室研究与探索，2009，28(9):8-10.

［4］张铁异，曹晓中，黄炳琼.慧鱼实验系统的二次开发［J］.南宁:广西大学学报(自然科学版)，2007，32(S):12-14