論慧魚模型對機(jī)電類大學(xué)生能力培養(yǎng)的作用

單玉霞 許 薔

南京林業(yè)大學(xué) 江蘇南京 210037

目前，由于受傳統(tǒng)教育的長期影響，我國大學(xué)教育存在著灌輸知識(shí)、忽視對學(xué)生能力培養(yǎng)的弊端。加之近年來擴(kuò)招的影響，學(xué)生人數(shù)激增，受教學(xué)條件和經(jīng)費(fèi)的限制，此問題顯得愈發(fā)突出，致使在許多大學(xué)生中出現(xiàn)了高分低能和低分低能的現(xiàn)象。這導(dǎo)致的直接后果就是學(xué)生無法快速適應(yīng)未來的實(shí)際工作，更談不上創(chuàng)新工作的開展。顯然，這對于我國實(shí)現(xiàn)由制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變是極為不利的，嚴(yán)重影響著我國向創(chuàng)新型國家轉(zhuǎn)變的進(jìn)程。

怎樣培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力呢？我國著名教育家劉道玉認(rèn)為，最重要的是，必須大力進(jìn)行教學(xué)改革，要把培養(yǎng)學(xué)生的能力放在首位。他認(rèn)為，至少應(yīng)當(dāng)采取3個(gè)措施：一是改革舊的教學(xué)大綱，刪繁就簡，設(shè)置有實(shí)用價(jià)值的新課；二是增加實(shí)驗(yàn)課、實(shí)踐課；三是改革灌輸式的教學(xué)方法，實(shí)施啟發(fā)式和案例教學(xué)。從而把大學(xué)生從“三中心”(即以課堂為中心，以書本為中心，以教師為中心)的束縛中解放出來，充分發(fā)揮他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性[1]。

我校是以林科為特色，以理、工、農(nóng)、文、管、經(jīng)、哲、法、藝等多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合性大學(xué)，現(xiàn)有全日制學(xué)生3萬余人，其中機(jī)電類學(xué)生約3 000人。機(jī)電專業(yè)是集機(jī)械、電子、信息、傳感器等技術(shù)為一體的綜合學(xué)科，技術(shù)含量高，應(yīng)用性強(qiáng)，尤其需要加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手和創(chuàng)新能力方面的培養(yǎng)。為此，我校于2011年選購了德國原裝生產(chǎn)的慧魚模型教具。

1 慧魚模型簡介

慧魚創(chuàng)意組合模型(fischertechnik)誕生于德國，是技術(shù)含量較高的工程技術(shù)類智趣拼裝模型，其主要零部件采用優(yōu)質(zhì)尼龍塑膠制造，可以反復(fù)拆裝；其構(gòu)件具有工業(yè)燕尾槽設(shè)計(jì)，六面都可拼接，可實(shí)現(xiàn)各種形式的組合和擴(kuò)充。慧魚創(chuàng)意組合模型主要有組合包、培訓(xùn)模型、工業(yè)模型三大系列，涵蓋了機(jī)械、電子、控制、氣動(dòng)、汽車、能源和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域，利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基本構(gòu)件(機(jī)械元件、電氣元件、氣動(dòng)元件)，輔以傳感器、控制器、執(zhí)行器和軟件，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和大型機(jī)械設(shè)備操作的模擬，從而為實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研創(chuàng)新和生產(chǎn)流水線可行性論證提供了可能，德國西門子、德國寶馬、美國IBM等一大批世界著名公司都采用慧魚模型來論證生產(chǎn)流水線[2]。

2 慧魚模型在課堂教學(xué)和實(shí)踐活動(dòng)中的應(yīng)用

2.1 在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

機(jī)電類學(xué)生在大三之前主要學(xué)習(xí)的是專業(yè)基礎(chǔ)課，尤其是機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程的學(xué)習(xí)和掌握需要一定的空間想象和空間思維能力，傳統(tǒng)的教學(xué)模型一般比較笨重，不方便教師攜帶；即使攜帶，也只能是單一的零件或機(jī)構(gòu)，無法體現(xiàn)零件或機(jī)構(gòu)在整個(gè)機(jī)器中的應(yīng)用和功能，因而無法做到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。慧魚模型的組合包包括所有常用的機(jī)械零件，體積小，重量輕，攜帶方便，不僅可以實(shí)現(xiàn)各種常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，給學(xué)生直觀地演示各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理，加深學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，而且可以搭建各種典型機(jī)器，展示機(jī)器的工作原理，體現(xiàn)各種零件和機(jī)構(gòu)在機(jī)器中的應(yīng)用，將理論與實(shí)際聯(lián)系起來，這樣不僅能增加課堂教學(xué)的趣味性，而且能做到活學(xué)活用。此外，教師還可以對慧魚模型進(jìn)行創(chuàng)意性開發(fā)，搭建各種機(jī)電一體化工業(yè)模型，結(jié)合相應(yīng)的知識(shí)進(jìn)行講解，鍛煉學(xué)生對于機(jī)械、電子、控制、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多方面知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。

2.2 在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

為了使理論聯(lián)系實(shí)際，機(jī)電專業(yè)都設(shè)置有機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)課程和課外作業(yè)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的做法一般是教師布置題目，方案、原理和數(shù)據(jù)也由教師給出，學(xué)生只需按部就班計(jì)算、畫圖即可；由于學(xué)生人數(shù)多，多名學(xué)生乃至全班學(xué)生做相同題目的現(xiàn)象屢見不鮮，這造成的后果是學(xué)生積極性不高，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，無法達(dá)到預(yù)期的效果；更嚴(yán)重的后果在于學(xué)生缺乏獨(dú)立思考、獨(dú)立分析和解決問題能力的訓(xùn)練，創(chuàng)新能力得不到培養(yǎng)，不能為后續(xù)的實(shí)踐環(huán)節(jié)打下良好的基礎(chǔ)，更無法勝任將來的實(shí)際工作。本學(xué)期，我們利用慧魚組合模型，對原有的課程設(shè)計(jì)模式進(jìn)行試點(diǎn)改革。由5名學(xué)生組成一個(gè)設(shè)計(jì)小組，結(jié)合某個(gè)主題，讓他們自己選定題目，自己擬定方案和工作原理，然后利用慧魚模型搭建實(shí)物和編制程序，最后完成設(shè)計(jì)制圖和設(shè)計(jì)說明書。從試點(diǎn)的效果來看，這樣的課程設(shè)計(jì)方式很受學(xué)生歡迎，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)熱情和創(chuàng)新熱情。在方案實(shí)施過程中，難免遇到各種困難，這些困難也主要由學(xué)生自行解決。實(shí)踐證明，這樣一種開放性的、以學(xué)生為主體的實(shí)踐教學(xué)模式，激活了學(xué)生內(nèi)在的原動(dòng)力，調(diào)動(dòng)了他們的主觀能動(dòng)性、自覺性和積極性，發(fā)揮了他們的創(chuàng)造力和想象力，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

2.3 在課外機(jī)械創(chuàng)新實(shí)踐中的應(yīng)用

2.3.1 在課外科技活動(dòng)中的應(yīng)用

為了豐富學(xué)生的課余生活，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行科技創(chuàng)新，我院成立了力學(xué)、CAD、機(jī)械設(shè)計(jì)和電學(xué)等創(chuàng)新協(xié)會(huì)，建立了機(jī)械創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，開展了豐富多彩的課外科技活動(dòng)，并鼓勵(lì)大學(xué)生積極參加各種學(xué)科競賽，參加“大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃”“大學(xué)生實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新項(xiàng)目”“大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目”等。慧魚構(gòu)件所采用的材料，堅(jiān)固而有韌性，經(jīng)久耐用，可以反復(fù)拆裝；慧魚構(gòu)件種類豐富，可以滿足各種專業(yè)、技術(shù)的需求，慧魚創(chuàng)意組合模型作為一種開放性的載體，為我院學(xué)生參加各種科技創(chuàng)新活動(dòng)提供了強(qiáng)有力的物質(zhì)保障。

2.3.2 在全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中的應(yīng)用

為引導(dǎo)高校在教學(xué)過程中注重學(xué)生創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐訓(xùn)練，提高學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)和制作的實(shí)際能力，教育部高等教育司組成了以楊叔子和艾興院士為首的全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽組委會(huì)，組織開展大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，每兩年一屆，今年是第五屆。我校是第三次組織學(xué)生參賽，通過參加機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，不僅豐富了學(xué)生的課外生活，而且也提高了他們的專業(yè)素質(zhì)，鍛煉了他們各方面的能力。目前，全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽分為實(shí)物和慧魚兩個(gè)組別，分別進(jìn)行比賽。本屆比賽我校有10件作品參加了江蘇省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽實(shí)物組比賽，其中3件作品獲得江蘇省一等獎(jiǎng)，7件作品獲得二等獎(jiǎng)，2件作品獲得全國二等獎(jiǎng)。在實(shí)物作品設(shè)計(jì)的初期，各種方案和原理尚不明確和清晰，這時(shí)可以利用慧魚模型來驗(yàn)證各種方案和設(shè)想，經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐和修改，最終獲得一個(gè)可行性方案，然后再進(jìn)行實(shí)物制作。這樣不僅節(jié)約時(shí)間，還避免了實(shí)物加工的浪費(fèi)，降低了參賽成本。本屆比賽，我校有4件作品參加了全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽慧魚組的比賽，其中“新型智能窗”作品獲得一等獎(jiǎng)。該作品集機(jī)械、機(jī)構(gòu)、控制器和各種傳感器于一體，既可平開又能推拉，通過編程可以實(shí)現(xiàn)多種情況下推拉窗的自動(dòng)啟閉。

3 慧魚模型對大學(xué)生能力培養(yǎng)的作用

3.1 對大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

建設(shè)創(chuàng)新型國家，需要?jiǎng)?chuàng)新人才。大學(xué)生是國家的棟梁之才，他們創(chuàng)新能力的大小，直接影響著我國邁向創(chuàng)新型國家的進(jìn)程。對大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，已經(jīng)成為我國高校科技創(chuàng)新教育的重要培養(yǎng)目標(biāo)。目前，我國大學(xué)生普遍存在邏輯思維能力較強(qiáng)、創(chuàng)新性的形象思維與靈感思維能力較差的現(xiàn)象；科學(xué)知識(shí)掌握得較好，但是缺乏技術(shù)素養(yǎng)；大學(xué)生希望自己能夠創(chuàng)新，但親歷創(chuàng)新實(shí)踐太少[3]。慧魚模型為大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐提供一個(gè)平臺(tái)，大學(xué)生可以盡情發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，結(jié)合專業(yè)知識(shí)，通過慧魚模型來實(shí)現(xiàn)各種功能和方案，為后續(xù)實(shí)物制作乃至新產(chǎn)品的開發(fā)打下基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)的新作品還可以申請國家專利。

3.2 對大學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的培養(yǎng)

我國現(xiàn)代偉大的教育家陶行知認(rèn)為，“做”是培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的關(guān)鍵，離開了“做”，創(chuàng)造能力、創(chuàng)造人才便無從談起[4]。利用慧魚模型開展課外科技創(chuàng)新活動(dòng)和實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生需要經(jīng)歷課題調(diào)研、題目選定、方案設(shè)計(jì)、模型搭建、線路連接和程序編制與調(diào)試等具體操作，然后創(chuàng)建三維造型圖、繪制二維工程圖，編寫設(shè)計(jì)說明書；有時(shí)還需要制作視頻和PPT文件并上臺(tái)講解。經(jīng)過這樣一系列的鍛煉，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，在一定程度上提高了他們的專業(yè)水平，同時(shí)書面和口頭表達(dá)能力也顯著提高。

3.3 對大學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的培養(yǎng)

如今的重大科學(xué)研究項(xiàng)目，無論是基礎(chǔ)研究還是應(yīng)用研究，都必須實(shí)行緊密合作。可以肯定地說，現(xiàn)代科學(xué)研究不僅取決于人才，還取決于科學(xué)研究人員之間的有效合作。因此，作為創(chuàng)造型人才，一定要具有合作共事的能力，這也是充分發(fā)揮個(gè)人創(chuàng)造才能的重要保證[5]。目前的大學(xué)生，大多數(shù)為獨(dú)生子女，他們思想活躍，視野開闊，創(chuàng)新潛力大，但是也存在著以自我為中心，不善于與人溝通與合作的缺點(diǎn)。高校教育理所當(dāng)然應(yīng)肩負(fù)起培養(yǎng)學(xué)生合作精神的任務(wù)。以慧魚模型為平臺(tái)，以小組成員為單位，開展各種課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，在活動(dòng)中大家分工協(xié)作，共同討論問題、解決問題，這無疑培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的合作能力。

4 結(jié)束語

毋庸置疑，慧魚創(chuàng)意組合模型為高校開展大學(xué)生素質(zhì)教育，推動(dòng)創(chuàng)新教育提供了很好的平臺(tái)，它使機(jī)電類大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)即可完成，無需外出采購，這必然降低了創(chuàng)新實(shí)踐的難度和成本，增加了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的機(jī)會(huì)。當(dāng)然，慧魚模型畢竟是模型，它與實(shí)際的產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)實(shí)踐存在很大差距。例如，缺乏零件設(shè)計(jì)、加工工藝的制定和裝配調(diào)試等實(shí)踐內(nèi)容。因此，筆者以為，要切實(shí)全面提高大學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力，僅靠慧魚模型這樣的平臺(tái)是不夠的，學(xué)校應(yīng)該給學(xué)生提供多種多樣的創(chuàng)新實(shí)踐途徑和機(jī)會(huì)，如參與科研、建立與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的機(jī)制等。

[1] 劉道玉.創(chuàng)造教育新論[M].2版.武漢:武漢大學(xué)出版社,2009.

[2] 慧魚模型[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/74975.htm.

[3] 錢貴晴,劉文利.創(chuàng)新教育概論[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2009.

[4] 袁迪.生活教育與創(chuàng)新教育[M].南京:南京師范大學(xué)出版社,2006.

[5] 劉道玉.創(chuàng)造教育概論[M].3版.武漢:武漢大學(xué)出版社,2009.