“慧鱼”创意组合模型在机械类专业探究性教学中的应用探索

沈 瑜，金 京，贾 妍，罗 声

(西安工程大学 机电学院，陕西 西安 710048)

“慧鱼”创意组合模型在机械类专业探究性教学中的应用探索

沈 瑜，金 京，贾 妍，罗 声

(西安工程大学 机电学院，陕西 西安 710048)

将“慧鱼”创意组合模型应用于机械类专业探究性教学活动，理论联系实际，以兴趣为导向，以专业为根本，以创新为动力，分层次、系统化地培养学生的创新实践能力，使学校培养的人才能满足现代社会经济发展的要求。

机械类专业；探究性教学；“慧鱼”创意组合模型；教学改革

机械学科是以自然科学和技术为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决机械相关的理论和实际应用的学科，具有很强的理论性、实践性和创新性。因此，如何提高学生的机械设计、分析以及实践创新能力，是机械类专业教学中亟需解决的问题。“慧鱼”创意组合模型涵盖机械、电子、控制、机器人等领域，集教具和仿真模型于一体，通过学生创意设计、动手装配，再配上计算机接口及软件，可广泛应用于不同专业的研究性工程实践和创新活动[1]。将“慧鱼”创意组合模型应用于机械类专业教学活动，使学生有一个自由发挥的空间，可以提高学生的研究性思维、创新精神，并且分层次地培养不同学生的实践能力，为学生进行探究性学习提供了很好的条件。

我校(西安工程大学)机电学院在引进“慧鱼”创意组合模型后，结合学校不同学院、不同专业的特点，对“慧鱼”创意组合模型的有效利用进行了尝试，以兴趣为导向，以专业为根本，以创新为动力，分层次、系统化地开展学生创新实践能力的培养[2]，取得了一定的成效。

一、 探究性教学活动的要求和特点

随着科技的飞速发展、经济全球化以及“互联网+”模式在制造业的深度渗透，机械行业对从业者提出了越来越高的要求。机械类从业者不仅要具备机械专业基础知识，而且要能够将机械、电子、控制、信息技术等知识灵活运用，还要具备较强的动手能力和各种实际技能。

探究性学习是以培养学生具有永不满足、追求卓越的态度，培养学生发现问题、提出问题、解决问题的能力为基本目标，以学生从学习和社会生活中获得的各种课题或项目设计、作品设计与制作等为基本的学习载体，在提出问题和解决问题的过程中学习科学研究方法，获得丰富且多方面的体验和科学文化知识为基本内容。探究性学习可以培养学生的观察能力、分析能力、实验能力、设计能力、动手能力以及团队合作精神等，是一种培养综合能力的有效方法。“慧鱼”创意组合模型应用于机械类专业学生的探究性学习，不仅能使学生获得很强的工程感性认识，也能使他们发挥无限的想象力和创造力。

二、 基于项目研究的“慧鱼”创意组合模型的应用

基于项目的探究性教学将综合实训与工程实践紧密结合，可以增强学生的实际动手能力、分析问题和解决问题的能力，以及与教师之间的互动，培养学生对机械工程的综合创新意识，也为以后的科学研究打下一定的基础。 在活动过程中，学生根据工程实际、竞赛主题或课程要求自主选择项目，成立活动小组，通过探究性学习，最终以论文的方式提交学习报告。

1． 专业基础教学

在本科教学中，专业基础知识的学习是首要任务，理论知识与实践的结合尤为重要。为了提高学生的专业技能，培养学生的创新精神，我校机电学院在教学中积极开展创新实践活动。以“慧鱼”创意组合模型为实验平台，以实际工程和应用为目标，以小组活动为模式，给学生最大的想象空间，让学生自己拟定项目、设计方案并付诸实施，充分发挥团队合作精神，最后通过提交作品和项目答辩的形式检查实践效果。

对于机械类专业低年级学生或者刚开始学习专业知识的学生来说，由于缺少实践经验，而理论知识又比较抽象难懂，给学生的学习带来了一定的困难[3]。为此可以先从兴趣入手，运用“慧鱼”创意组合模型完成各种机械运动模型的搭建,如装运车、牛头刨床主传动、自动装订机等常见机械。通过最初的模仿搭建熟悉机械中常见的连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、带传动和链传动等，培养学生对机械传动的构成和运动实现的认知, 锻炼学生的动手能力。学生对“慧鱼”创意组合模型有了基本的认知后，在后续的学习中就可以项目形式开展活动。

例如，在“机械原理”课程的学习中，学生利用“慧鱼”创意组合模型模拟实现了牛头刨床、插齿机、钻床等一些典型加工机械的功能。插齿机是一种常见的专门用于加工齿轮的机械，传统的插齿机是由一台电机驱动、多种运动合成的机械，在搭建中学生发现了一系列问题，如“慧鱼”创意组合模型中电机的功率偏小，承载负荷能力差，由于模型零件的限制导致传动比分配误差较大等，因此要准确地实现插齿机的功能存在困难。在实践探索中，有学生提出了新的方案，即改用多电机分路控制。经过多次实践，最终的插齿机设计采用了3台电机，分别用于驱动齿轮插刀上下运动、让刀运动和工作台运动，既解决了电机功率不足问题，又解决了传动比分配不合适问题，还较好地实现了插齿机工作时的运动配合。同时，学生还巧妙地在链传动中使用弹簧装置，实现链传动中的自动张紧。采用多电机驱动，使学生对不同种类电机及其控制方式有了进一步的认识，也提高了学生的电气设计及控制方面的能力。在“机电控制系统设计”课程学习中，学生将机械、传感器、控制等技术相结合，实现了搬运机、车库门自动控制装置等的模拟。

通过“慧鱼”创意组合模型在课程教学以及课外活动中的应用，学生对机械专业基础中的常用机构、机构的组合创新、传感器知识、控制理论等有了深入的感性认识，使他们能够将理论知识用于工程实际，创新组合，灵活运用。这样的教学改变了以往课堂教学的枯燥、乏味，提高了学生学习的积极性与主动性，实现了课本学习向探究、设计、实践型学习的转变，提高了学生的综合素质[2]。

2. 竞赛活动

目前，各种各样的大学生竞赛活动越来越多。全国大学生机械创新大赛是机械类专业一项非常重要的赛事，其中就设立了“慧鱼”专项比赛，这项比赛成为学生积极参与“慧鱼”活动小组的动力。

学生参赛采取自愿报名、自主组队、双向选择、分阶段进行的方式。在第一阶段，学生集思广益、充分调研，发现实际机械应用中的一些不足，确定新颖切题且适合“慧鱼”创意组合模型特点的题目，组队报名。第二阶段，通过初评的项目小组学生开展讨论，设计并初定制作方案，用绘图、动画等展示方案和创意，再经过学校机械创新大赛评审组的选拔、答辩，选出具有代表性、创新性的题目。第三阶段，稳定项目团队，确定参赛指导教师，深入研究“慧鱼”创意组合模型并模拟制作，通过制作对方案进一步修改、优化。在制作过程中要重视机、电、光一体化应用，编程实现控制，对作品进行实验、修正完善等。最后一个阶段，绘制相关图纸，撰写研究报告、作品说明书，制作答辩PPT等，提交竞赛组委会。

实践表明，经过“慧鱼”创意组合模型实践锻炼的学生往往表现突出。近年来，我校机械类专业学生创作了许多有竞争力的优秀作品，在全国大学生机械创新大赛中，第一次选送参加“慧鱼”组比赛的2件作品分别获得了一等奖和二等奖。学生在参赛过程中自主学习、研究，实践能力大大提高，同时开阔了视野，锻炼了团队合作精神和组织能力。

此外，结合我校专业特点，学生用“慧鱼”创意组合模型模拟实现了纺织生产、服装加工工艺过程，参加了有关行业竞赛，取得了良好成绩。特别是“慧鱼”创意组合模型在服装柔性加工生产中的应用，引起了相关企业的兴趣，并希望能够用“慧鱼”创意组合模型对服装加工流水线设备及工艺改良作进一步的验证。

3. 综合性实践教学

由于条件的限制，过去有些实践性较强科目的课程设计及毕业设计只能停留在“纸上谈兵”的阶段，无法确知能否圆满地完成任务。现在采用“慧鱼”创意组合模型，学生可以利用基础模型、声光电等传感器、控制模块等，对设计的结果进行模拟实现。如五层电梯的控制、服装吊挂系统设计等，在这些课题中，由于专业知识逐渐丰富，项目的复杂性及难度不断增加，控制方法也越来越多，有的学生采用“慧鱼”创意组合模型提供的控制板接口，还有的学生将“慧鱼”创意组合模型与PLC(可编程逻辑控制器)相结合。在高层建筑的电梯控制项目中，学生用“慧鱼”创意组合模型搭建了双坑道四层电梯模型，其中每层设有电梯移动门、联合呼叫按钮、轿厢位置信号，轿厢内设有楼层选择按键、报警按键等，并采用了PLC控制，对双电梯实现了联合控制。通过这些项目的实践，学生学会了学科知识的综合运用，获益匪浅。

为了提高学生的创新素质，我校机电学院在教学中还开展了“创新实践周”活动，开放“慧鱼”创新实验室，为研究生提供“慧鱼”创意组合模型，最大限度地为学生提供便利。通过这些实践活动，提高了学生学习的积极性与主动性，实现由理论知识学习向研究探索、综合应用、设计创新的转变；同时在活动中教师只起答疑及指导作用，真正做到了以学生为主体的教学。

三、 结语

自引入“慧鱼”创意组合模型以来，我校机电学院在教学中充分发挥该模型的作用，打破常规，分阶段、分层次地进行了一系列教学改革。学生对于这种有“实体”的研究型教学方法表现出了强烈的好奇心，反映良好，积极参与。首先，将“慧鱼”创意组合模型运用到基础课程教学中，使学生对理论知识的工程应用有了感性认识，提高了学习兴趣和动力；其次，将“慧鱼”创意组合模型运用到学科竞赛活动中，激发了学生的创新意识，加强了团队协作，不仅吸引了机械类专业学生，也吸引了其他院系的学生加入，形成了知识的相互渗透融合；再次，将“慧鱼”创意组合模型运用到综合实践活动中，增强了学生学习的积极性和主动性，使他们更好地将理论知识融会贯通。将“慧鱼”创意组合模型应用于机械类专业的探究性教学中，有效地培养了学生的实践能力和创新能力，扩大了学生的知识面，增强了学生的团队意识，大大提高了学生的综合素质，也为其以后的职业生涯奠定了一定的基础。

[1] 周述璋，王焰新.基于慧鱼模型的机械创新设计[J].机械制造与自动化，2016(1)：123-125.

[2] 方琳,张远明.基于“慧鱼”模型实习课程的改革与启迪[J].电气电子教学学报,2014(2):79-81.

[3] 黄朝阳.“工程对象教学法”在机电创新实践教学中的应用研究：以慧鱼模型为载体[J].大学教育，2014(4)：71-72.

[4] 王聪慧,罗彦茹,赵大威,等.基于创意实验实践实验教学的创新教育[J].教育教学论坛,2015 (2):229-230.

[5] 金悦,陈晓楠,杨培林.综合创新性实验中的学习引导[J].高等工程教育研究,2012(2):152-155.

[6] 任宁，马晓录.机械创新教育教学研究[J].大学教育，2014(12)：111-113.

[7] 张付祥,陈晓罗.“慧鱼”创意组合模型在个性化教育中的应用[J].科技创新与生产力，2014(6):35-36.

(责任编辑：姚时斌)

沈 瑜(1973—),女，陕西西安人，高级工程师，研究方向为机电一体化技术。E-mail:sheny5023@163.com

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2095-3860(2017)01-0019-03

2015 年度广东省高等职业教育质量工程项目之教育教学改革项目(GDJG2015150)；广东省高等职业教育外语教学指导委员会2015年教学改革课题(粤高职外语教指委〔2015〕03号)；“纺织之光”中国纺织工业联合会职业教育教学改革项目(中纺联函〔2015〕175号)；2014年度广东职业技术学院教育教学成果奖培育项目(粤职院教〔2015〕18号)；高等职业技术教育研究会“十二五”规划课题(GZYLX2015013)；2015年度广东省高职教育质量工程项目之大学生创新创业实践项目(粤教高函〔2016〕135号)；广东职业技术学院2014—2016“创新强校”教学改革项目(2014033)；2016年广东职业技术学院首届大学生创新中心科技创新团队项目(KJCX201607)