基于慧鱼模型的教学模式在“万众创新”背景下的发展

张育林马 鑫王 晶王 娜

1.西安交通大学工程坊 陕西西安 710049 2.西安交通大学机械工程学院 陕西西安 710049



基于慧鱼模型的教学模式在“万众创新”背景下的发展

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1.西安交通大学工程坊 陕西西安 710049 2.西安交通大学机械工程学院 陕西西安 710049

摘 要：“万众创新”的局面在为大学生提供机会的同时也对其创新能力和实践能力提出了更高的要求，而基于慧鱼模型的教学模式能够较好地帮助大学生提高这些能力，经过7年的教学实践，这一模式已经取得了一系列成果并且仍有较大的发展空间。

关键词：慧鱼创意组合模型；大学教学；万众创新；大学生

自李克强总理于2014年在夏季达沃斯论坛上提出“大众创业，万众创新”以来，“双创”在全国引起了广泛关注，在后续的落实过程中，政府出台了一系列与之相关的政策［1］，这为大学生创新或创业提供了良好的政策环境。拥有丰富知识储备的大学生在“万众创新”中拥有自己的优势，但是我国的高等教育仍然存在着重理论轻实践的问题，并且由于实验设备数量和种类的限制，学生基本只能按照实验指导书上的步骤完成实验，很难发挥提高学生的创造能力［2］，所以学生在动手和创新能力方面仍然不足，作为教育工作者，我们应该补足大学教育在这方面的短板，在大学阶段帮助学生提高这些能力，为学生在校或者毕业后的创新或创业打好这方面的基础。

意识到这一问题，我校在国内较早引入了“慧鱼”创意组合模型并在工程坊建立了慧鱼创意组合模型队以帮助学生增强创新意识，提高动手和创新能力，弥补高等教育中的短板，在7年的发展过程中也取得了一系列成果。

1 “慧鱼”创意组合模型特点和优势

“慧鱼”创意组合模型是由德国发明家Artur Fischer博士于1964年发明的，主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度。其主要有创意组合包、培训模型、工业模型三大系列，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，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，几乎可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线进行可行性论证提供帮助，世界知名的德国西门子、德国宝马、美国IBM等一大批著名公司都采用慧鱼模型来论证生产流水线［3］。

学生通过使用学校提供的“慧鱼”模型，可以方便快速地实现自己的创意，并且学生基本不需要承担任何经济压力，这有效地降低了创新的门槛，使更多有想法的学生参与到创新中来。

2 教学实践

2.1 慧鱼创意组合模型队

我校工程坊慧鱼创意组合模型队成立于2009年，主要以“慧鱼”创意组合模型为基础对学生进行培训。活动队实行指导教师指导，学生自主管理的管理模式，学生经过讨论后自主制定活动计划，确定技术比赛和工程项目训练的题目，充分发挥学生的主观能动性，尽量满足学生的需求，并且活动队定期开展技术交流，项目答辩，并邀请有经验的老队员和老师进行技术指导。通过这些措施，活动队帮助学生打好基础，实现创意，培养创新意识，提高创新能力。

至今，约有300名学生在慧鱼队进行过学习，并取得了一定的成绩。在这一科技活动队中，经过师生的不断探索，已初步形成了将技术培训，技术比赛，工程项目训练和参加国家级大学生比赛等内容结合的活动形式，来自机械、能动、电气、力学等专业的学生在老师和老队员的指导下自由合作交流，组成项目小组来实现创意。在两次全国大学生机械创新设计大赛中共获得全国一等奖2项，全国二等奖4项，慧鱼赛区一等奖5项，并且承担大学生创新基金项目3项，获得已授权专利4项。

2.2 优秀创意作品

在该活动队涌现出一批具有一定市场前景的创意作品，如图1所示为“秦腔木偶”，其将传统戏曲艺术和现代机器人技术进行了融合，将戏曲中关羽和张飞用现代科技打造成了自动化控制的提线木偶，从而打造出一款家用的娱乐机器人，可以进行戏曲表演，用户手动表演等功能，该作品也获得了第五届全国大学生机械创新设计大赛一等奖，并获得了评委和观众的广泛好评。

图1 秦腔木偶实物图

图2所示为“家庭小伴侣”，其为一款家庭多用途机器人，其配有超声波传感器，颜色传感器，太阳能电池板，履带式底盘，气动机构等，可以实现垃圾清理，服装整理，辅助阅读，自主充电和清洁等功能，是一款功能较为综合并且比较实用的机器人，该作品也在第五届全国大学生机械创新设计大赛中获得二等奖。

图2 家庭小伴侣主视及左视图

该活动队队员还依托“慧鱼”创意组合模型设计制作了面向广大创客的“创客桌”，如图3所示为其机电设计功能部分。“创客桌”搭载有专门设计的控制开发平台，该平台包括单片机控制模块，驱动模块，传感器模块，输入和显示模块，USB通信模块等，功能较为齐全，并且“创客桌”发挥了“慧鱼”创意组合模型零件种类齐全，装配和修改方便，可以多次使用的优势，进而方便了创客们设计搭建并调试机电系统，从而进行产品原型的开发。

图3 创客桌机电设计功能模块图

3 基于慧鱼的教学模式的进一步发展

3.1 科学划分层次 扩大覆盖规模

继续完善教学模式，根据学生的专业和个人情况科学划分层次，为之匹配合适的培养计划；扩大该教学模式覆盖的规模，建立更广阔的平台，促进工科各学科学生交流，理工科学生交流合作，甚至将该范围扩展至文科等专业，从而帮助学生提高综合素质，为学生的创新提供更多帮助，并且为学生以后的创业打下基础。

3.2 慧鱼与非慧鱼组件结合

近年来，各高校对“慧鱼”创意组合模型的应用和研究水平不断提高，已经有基于Internet进行慧鱼试验的方式出现［4］，应用非图形化编程语言进行模型控制等的研究［5］，我校也在积极进行这方面探索以帮助学生更好地实现创意，如将3D打印技术应用于“慧鱼”模型搭建，将工业中多种常用的传感器应用于模型等，这一方法较好地解决的“慧鱼”模型零件尺寸和种类固定带来的不便，以及其传感器种类较少而造成的功能限制的问题。

3.3 与工程实际相结合

学生学习与工程实际结合较少一直是大学教育的短板之一，“慧鱼”模型作为一种能够较为方便地模拟论证工程实际问题的模型在解决这一问题上有着较大的优势，教师和学生可以寻找合适的问题并使用该模型进行模拟，从而帮助学生在大学阶段就能够与工程实际紧密结合，提高工程素养，做出符合工程实际的创新。

4 结束语

现在我们面临着“大众创业，万众创新”的良好机遇，政府也出台了对应的政策进行大力支持。我们应该帮助学生在大学阶段就培养起很好的创新意识和能力，使大学生发挥好自己的优势。通过进一步发展基于“慧鱼”模型的教学模式，能够帮助更多学生享受更为科学完善的高等教育，利用“慧鱼”创意组合模型这一很好的工具帮助学生在校内或者校外更好地实现自己的创意，进行创新创业，抓住这一良好的机遇。

参考文献

［1］杜刚，李亚光.“大众创业万众创新”背景下高校创业人才培养模式研究［J］.时代金融，2015（5）:174-175.

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

［3］曲凌.慧鱼创意机器人设计与实践教程［M］.上海:上海交通大学出版社，2007.

［4］李育良，王晓平，陆剑锋.基于Internet的慧鱼模型远程实验系统的研究与开发［J］.机电一体化，2010（1）:40-41.

［5］申燚.应用VB6.0实现对慧鱼机器人的控制［J］.机电工程技术，2007，36（1）:67-68.

The Development of the Fischertechnik-based Teaching Model in the Mass Innovation Background

Zhang Yulin， Ma Xin， Wang Jing， Wang Na
1. Engineering Workshop， Xi'an Jiaotong University， Xi'an， 710049， China 2.School of Mechanical Engineering， Xi'an Jiaotong University， Xi'an， 710049， China

Abstract:The Mass Innovation situation provides many opportunities for college students while makes higher requirements about their innovation and practical ability at the same time.The Fischertechnik-based teaching model is able to help students improve these abilities. After seven years of teaching practices， this teaching model has made a series of achievements and there is still much room for development.

Key words:fschertechnik； university teaching； mass innovation； college students

收稿日期：2015-11-17

作者简介：张育林，硕士，讲师。马鑫，在读本科生。王晶，硕士，教授，主任。王娜，博士，讲师。

基金项目：西安交通大学本科教学改革专题研究项目。