基于慧魚創新活動的實驗室管理探索與實踐

張 穎 張繼平 宋 巖

海軍航空工程學院基礎實驗部 山東煙臺 264001

基于慧魚創新活動的實驗室管理探索與實踐

張 穎 張繼平 宋 巖

海軍航空工程學院基礎實驗部 山東煙臺 264001

慧魚模型以良好的拓展性、豐富的知識性和趣味性，成為很多高校的創新實踐教具。但慧魚創新作為實驗室開放的一項活動，在管理方面仍存在很多薄弱環節，結合2年來慧魚創新實驗室開放和管理經驗，對慧魚創新活動在制度、零件、開放和人員等管理方面進行了改進和探索，建立了分類管理和統一管理相結合的零件管理模式，提出了自主管理和項目管理的開放管理方法，同時針對開放實驗期間人員管理的薄弱環節，建立了交流平臺，促進學員的溝通、協作。各方面管理工作的不斷完善、相互促進，有效地保障了實驗室開放活動，并在實踐過程中取得了良好的效果。

慧魚；創新實踐活動；開放實驗；實驗室管理

隨著高等教育的迅速發展和教育理念的不斷更新，目前高等教育模式正由單純的理論教育向實踐運用能力的培養過渡，而轉變模式的主要途徑就是實驗教學。但由于高校實驗器材的限制，學生在實驗過程中，往往只能按照實驗要求操作完成，并不能給學生提供一個完全自由發揮的空間[1]。因此，實驗教學僅能在知識的驗證、認識和動手操作能力等方面起到一定的作用，但在培養學生的創新思維和創新能力方面，作用并不突出和顯著。因此，實驗教學應更多地探索能夠實現學生自主創新活動的實驗教學模式。

為了進一步突出實驗教學在創新能力方面的培養，我院機械實驗中心引進了慧魚創意組合模型，并建立了慧魚興趣小組?；埕~模型是1964年由德國發明家Arthur Fischer博士在其專利“六面拼接體”的基礎上發明的[2,3]。慧魚模型是由機械構件、電氣構件、傳感器、氣動構件、電腦控制器及軟件所組成的系統[4]；模型采用模塊式設計，可無限擴充，可反復拆裝；產品系統化，種類多樣化，可逼真地表現機械系統的構成和控制過程及科學原理，便于對機器人原理、組成、控制的全面認識；以機械傳動為核心，融傳感器技術、計算機技術、自動控制技術、機器人技術為一體的教學及仿真模型[5]。

學員可以通過自己動手搭建機械、氣動、傳感器部件，熟悉并掌握機器人產品的結構、工作原理，并可在此基礎上利用PLC、計算機接口或單片機接口板進行自動控制，培養學生的動手能力、創新能力。該模型代表了許多高科技領域，受到國內外各地教育工作者的關注和思考[5]。

我院機械實驗中心引進各種慧魚創意組合包，利用實驗室開放引導學員進行各種模型搭接和程序的編寫調試，使學員獲取技術知識、深入理解實現機電一體化的方法，培養工程意識?；埕~模型以良好的拓展性、豐富的知識性和趣味性吸引了大批學員。機械實驗中心將慧魚創新作為一項實驗室創新實踐活動長期開展，隨著慧魚創新活動的不斷深入和參與人員的不斷增多，暴露出在實驗室、慧魚零件和人員管理等方面的薄弱環節。

1 慧魚創新活動的特點分析

1.1 慧魚創新的三個階段

慧魚創新活動是機械創新活動的內容之一，主要通過對慧魚模型進行搭接和調試，使得學員掌握各類基本的機械結構、傳動方式等，并在此基礎上提出一定的改進和創新，最終實現對現有事物的創新。通過慧魚模型的搭接和調試，不僅可以讓學員將多學科、多領域的知識在實踐過程中融會貫通，更重要的是培養了他們的創新意識和創新能力?；埕~創新大致可分為三個階段：第一階段，根據操作手冊中的示范，簡單模仿，從而獲取技術知識；第二階段，根據現有的模型做出科學合理的改進，從而發揮想象力和創造力；最終，根據實際應用和知識的擴展，創造出新的模型，從而實現前所未有的創新。

機械創新實驗室籌備了各種慧魚創意組合包15個，包括13個組合包和2個成品。其中組合包有萬能組合包3個，機械與結構包3個，工業機器人2個，ROBO機器人起步包1個，ROBO移動組2個，自然能源包2個。2個成品為：雙工作臺操作流水線(成品)、三自由度機械手(成品)?；埕~創新活動，利用慧魚成品進行演示，充分調動學生的內在興趣，激發學員的好奇心和操作欲望，同時將學生的教育教學工作與工程實際、科研活動和科技競賽有機結合，構建了創新人才培養平臺，為學生創新能力的培養提供了廣闊的空間[6]。

1.2 管理難點

慧魚創新活動由于其零件的獨特特點，在實驗開放與管理上存在著一系列的問題。

(1)慧魚創意組合模型的主要部件采用優質尼龍塑膠制造，尺寸精確，不易磨損，可以保證反復拆裝時不影響模型結合的精確度；構件的工業燕尾槽專利設計使六面都可拼接，獨特的設計可實現隨心所欲的組合和擴充。正是由于慧魚模型零件的這種靈活性和反復拆裝的特點，吸引了大批學員走進實驗室，進行慧魚模型的搭接、設計和程序調試。而隨著慧魚模型搭接數量的不斷增多，使得慧魚的零件遠遠不能滿足學員制作慧魚模型的要求，而每一件搭接好的慧魚模型都是學員的創新成果，這就使得零件的利用和學員作品的保存相互矛盾。

(2)慧魚創意組合包中的零件形狀、尺寸差別較大，數量成百上千，在使用過程中經常會發生丟失、遺落的現象，這就使得對慧魚零件的清點、管理工作都難以開展。

(3)人員管理上的難點。由于機械實驗中心的創新實驗室面向全院學員進行開放，因此開放期間人員的流動性較大，同時由于學員專業、學歷層次和隸屬管理單位的不同，開放實驗室期間在人員的管控上顯得力不從心。

2 慧魚創新實踐活動的管理體系

根據慧魚創新模型零件種類多、數量大的特點，不斷總結慧魚創新活動開放過程中的管理難點和薄弱環節，逐步建立并完善了相應的管理措施和制度，進而形成一套適用于慧魚創新實踐活動長期發展、運行的規范管理體系。

2.1 制度管理

(1)機械創新實驗室結合慧魚產品和創新活動的特點，嚴格落實實驗室責任人制度。責任人全面負責實驗室的設備、文檔和衛生管理，包括設備的使用登記、維護維修、設備狀況清查等具體工作[7]。實驗室責任人通過培訓，做到能夠指導學員完成慧魚創新實踐活動；清楚掌握慧魚成品的使用操作，可對常見故障進行維修；熟練應用ROBO軟件進行編程和調試系統；明確設備廠家的聯系人和聯系方式，確保設備故障能及時處理，并定期對實驗設備進行整體的檢驗和維護。該制度規范了實驗室的日常管理，明確了管理的責任人及其職責，確保了設備的完好率和實驗室的正常運行。

(2)嚴格學員的履歷書填寫制度。學員完成實驗后需要認真填寫設備履歷書，并根據清單核對配件、工具等種類和數量，及時記錄設備的故障信息以及丟損情況，實驗結束后配合實驗室責任人根據履歷書上的記錄及時排除設備故障，對丟損情況進行確認，對正常的損耗及時補充。這樣的管理措施，一方面增強了學員的責任心，減少了工具、零件的丟損現象；另一方面減輕了實驗室責任人維護維修的工作量，確保了實驗室的高效有序運行。

(3)隨著實驗室開放和創新實踐活動的開展，機械創新實驗室設置了實驗室開放類文檔，用于管理實驗室開放的各類開放通知、學習資料、作品照片與視頻材料及開放成果等。對于慧魚創新活動，學員完成的每件作品均以視頻或者照片形式進行存檔，而后進行重新搭接或改進。創新活動文檔的建立和動態補充在一定程度上緩解了慧魚零件反復使用和慧魚作品保存這兩方面的矛盾。

2.2 零件管理

慧魚零件管理是機械創新實驗室管理工作中的重點和難點。前期我們根據所購置的慧魚組合包進行管理，將每個組合包中的零件放在一個零件盒中。由于每個組合包中的零件種類多、數量大、某些零件尺寸較小，學員在尋找零件時常常會翻亂盒中的零件，增加了對零件進行整理、清點的難度；同時由于所搭接的慧魚模型所需要的零件不同，經常會發生借用其他組合包中零件的現象，這就使得以慧魚組合包為管理單位的管理方式難以實現對慧魚零件的管理和清點。

結合慧魚模型零件可任意組合的特點，我們打破以慧魚組合包為單位的管理模式，采取零件分類管理和重點零件統一管理相結合的模式對慧魚零件進行管理和清點。零件分類管理就是將所有慧魚模型的零件進行分類整理后，放置在相應的零件盒中，并列出清單進行管理。這種管理模式在前期的零件分類、整理、清點過程中需要花費較大的精力，但方便了使用過程中的管理。在使用過程中，學員可根據所需的材料到相應的零件盒中尋找，方便了零件的收集，有效地避免了學員亂翻零件盒的現象。教員清點零件時，只需明確學員搭接所用的零件，即可完成清點工作。

對于慧魚模型中的重要零件和稀少零件，例如電機、太陽能板等，采用統一管理的模式，由教員負責管理，并建立相應的清單和使用登記，根據搭接模型的需要進行領取。這樣，有效地減少了貴重零件和稀少零件的耗損，杜絕了零件丟失現象的發生。

2.3 開放管理

慧魚創新活動充分利用網絡信息平臺上發布的開放計劃，學員自主與實驗室負責教員進行聯系溝通，確定實驗開放的具體時間，由教員進行集中的設備培訓。但實驗室開放后帶來了一系列的管理問題：人員流動多，管理難度大，零件擺放零亂或丟損，衛生狀況差等。同時由于實驗室開放期間的管理較為寬松，很多學員不能有效地利用時間，有時甚至會出現在實驗室打瞌睡的現象。根據實驗開放期間暴露出的問題，依據學員參與實驗的動機，將學員大致上分為長期活動和短期活動兩類，分別采取自主管理和項目管理的模式進行開放管理。

對興趣濃厚、有意長期參與實驗室開放活動的學員實行自主管理模式，指導他們組成創新設計小組，組長、副組長自己推選，由指導教員與學員管理單位進行溝通，小組成員定期到實驗室開展活動。在活動期間，實驗室的設備使用和管理、文檔填寫、衛生由組長全面負責?；顒咏Y束后，教員結合設備履歷書的登記情況填寫實驗室工作登記簿，及時檢修問題設備，確保實驗室正常開放。

對短期活動的學員，采用項目管理的模式進行管理。在開放實驗室期間，根據學員的能力和興趣愛好確定搭接的模型，再根據搭接模型的難易程度確定完成時間。這樣管理，不僅避免了學員在開放實驗室期間的碌碌無為，有利于促進慧魚作品的完成，而且便于教員清點、管理慧魚零件。

慧魚創新活動根據參與創新實踐活動人員的動機，制定了針對性的開放管理方法，一方面改善了實驗室開放的混亂狀況，另一方面解決了學員管理的難題。同時，慧魚創新活動利用網絡信息平臺[8]，及時將學員的作品放在校園網上進行展示，使得學員從實驗室開放活動中獲取成就感和自我認同感，有效地激發了學員不斷創作、革新的熱情。

2.4 人員管理

實驗室開放期間人員流動大，由于學員的學歷層次不同，年級不同，隸屬于不同的管理單位，在實驗室開放期間常會出現相互排斥的情緒，主要表現在長期活動的學員對短期活動學員的排斥、不同學歷層次學員間的抵觸和排斥以及高年級學員對低年級學員的領導意愿，使得開放實驗室期間學員不能相互融合、相互交流、相互協作。因此，人員的管理成了實驗室開放期間的薄弱環節。針對該環節，實驗室負責人一方面加強對參與開放學員的了解，主要包括學員隸屬管理單位、學員學歷層次等方面；另一方面，提供交流平臺，促進學員的交流協作，主要包括自我介紹和作品介紹。對于剛畢業踏入工作崗位的學生來說，溝通是最大的障礙[9]，某些學員有能力但無膽識，或是對自己的想法表達不清，這就嚴重影響了學員對新工作崗位的適應，甚至會制約他今后的發展。對于軍校學員而言，學員演講的活動很少，而創新設計的作品通常以陳列的方式進行展示，很少舉辦小組或個人演講的活動，學員缺乏的公眾交流能力。在創新實踐活動期間，根據學員完成作品的情況，不定期地開展基于作品介紹的小型演講活動，加強學員間的交流，逐步提高學員的語言表達能力和溝通交流能力。自我介紹和演講活動在某些程度上促進了學員間的相互認識和了解，加強了學員間的融合，有力地推動了學員間的合作。

3 實踐效果

通過慧魚創新活動的親身實踐，學員樹立了科學精神和科學態度，掌握了科學方法，提高了解決問題的綜合能力和創新能力；教師指導學員學會了如何試驗、如何觀察、如何查閱資料[10]。

慧魚創新實踐活動經過兩年的不斷發展和完善，設備、零件、文檔管理逐漸規范化，成為機械實驗中心開放實驗室活動中的亮點?；埕~模型以良好的拓展性、豐富的知識性和趣味性吸引了大批學員；制度管理、零件管理、開放管理、人員管理各方面的工作相互促進，有效地保障了實驗室的開放活動；校園網對學員作品進行展示，激發了學員的創新熱情；這三方面的相互作用使得慧魚創新活動具有長效性和規范性。

我們在此基礎上籌建的慧魚創新設計小組，完全實現了自主管理，在實驗室創新實踐活動中完成的作品，在學院開展的“四小活動”中分別榮獲二、三等獎，其中機械手被推薦參加山東省機電產品創新設計競賽，取得二等獎的優異成績。

[1] 蔡理,郭魯家.“慧魚模型”在本科教學中的多層次應用[J].實驗室研究與探索,2004,23(7):81-83.

[2] 肖曉萍,廖青.機器人教育與大學生創新能力培養的探索[J].電氣電子教學學報,2005,27(4):6-8.

[3] 蔣端六.探索型實驗帶動研究性課程的發展[J].無錫教育學院學報,2001,21(3):63-65.

[4] 文沛先,韓滿林.慧魚創新組合實驗與培養學生研究性學習的能力[J].常州信息職業技術學院學報,2002,1(2):70-71.

[5] 辛穎,薛佳,王劍,等.基于“慧魚模型”的機器人課程實驗教學改革探索[J].現代教育技術,2009,19(7):138-140.

[6] 閻世梁,張華,肖曉萍,等.師生共建科研團隊,構建創新人才培養平臺[J].實驗室研究與探索,2009,28(3):8-11.

[7] 張繼平,張穎,宋巖,等.機械實驗中心規范化管理的探索與實踐[A].//第九次全軍實驗室學術研討會論文集[C].武漢:海軍工程大學,2010.

[8] 孔保華,徐建成,姜瞻梅,等.“3+1”人才培養模式創新實驗區[J].實驗室研究與探索,2009,28(3):5-7,21.

[9] 顧艷紅,劉曉鴻,蔡曉君,等.借鑒美國明尼蘇達大學實驗室管理經驗加快我國開放實驗室管理[J].實驗技術與管理,2008,25(10):187-190.

[10] 李澤輝,陳彥國.談在創新活動中教師的主導地位—“慧魚比賽”有感[J].黑龍江科技信息,2008,29:153.

Exploration and practice of laboratory management for f scher innovative action

Zhang Ying, Zhang Jiping, Song Yan
Naval aeronautical and astronautical university, Yantai, 264001, China

In virtue of the expansibility, knowledge and interest, f scher has been used in innovative lessons in many colleges and universities. However, as a part of the laboratory opening activities, f scher lesson still need to be promoted in management. The thesis tried to improve the methods in rules, ancillary, opening and staff management in f scher lesson combining the daily teaching. At the same time new ancillary manage style combining labeling and unifying were given, independently management and project management were set. In addition, to f nish the vulnerable spot in personnel management, the communication plat created, the students’ connecting and cooperation had been improved. All of the measures had promoted the laboratory opening and teaching, and achieved good results.

f scher; innovative lesson; laboratory opening; laboratory management

2011-11-07

張穎，碩士，工程師。