機械《創新設計》實驗課程與大學生創新思想培養的研究與探索

孫承峰，譚 洪，王明娣，劉秀波

（蘇州大學 a.機電工程學院；b.工程訓練中心，江蘇 蘇州 215021）

機械《創新設計》實驗課程與大學生創新思想培養的研究與探索

孫承峰a，譚 洪b，王明娣a，劉秀波a

（蘇州大學 a.機電工程學院；b.工程訓練中心，江蘇 蘇州 215021）

本文基于以慧魚創意組合模型為載體對機械《創新設計》實驗課程進行設置，并對實驗課程內容方法步驟及所取得的效果成果進行了詳細的闡述，指出機械《創新設計》實驗課程的開設有利于大學生創新思維和創新能力的培養。

機械創新；創新設計；實驗課程；創新思想；慧魚

高校教育的目標是培養高層次創新型人才。特別對于工科機械類人才培養而言，學生除了要有扎實的機械理論基礎知識外，還應兼備開拓、創新的意識、思維和能力。機械《創新設計》課程的內容是以培養學生的創造性素質為目標，講授創新設計理論知識。而《創新設計》課程的實驗是以實踐為基礎，注重培養學生的動手實踐能力、創新思維和團隊協作能力。本研究重點主要是通過慧魚創意組合模型為實驗載體來激勵和開發學生的創造性思維，把《創新設計》課程中的創新思維、創新技法通過親自動手搭建模型來表達和實現，從而調動學生的創新設計的積極性和對科學研究的興趣。最終達到對學生的專業能力培養和科學研究、創新能力培養并重的結果，培養基礎扎實、創新能力強的高素質人才。

一、實驗課程內容

本實驗主要以慧魚創意組合模型為實驗設備，倡導的是開放式學習，以學生動手實踐為主，教師為輔的教學方式進行，結合既定項目和選題項目學生自由分組搭配完成模型搭建、調試、運行。

1.實驗設備。慧魚創意組合模型產于德國，是技術含量很高的工程技術類智趣拼裝模型，它是一個涵蓋結機械結構、傳感器、執行器、控制器和軟件的創新實驗平臺。它的構件主要包含機械，電氣，氣動三大類。機械元件包含齒輪、齒條、渦輪、渦桿、凸輪、曲軸、齒軸、聯桿、鏈條、履帶、彈簧、萬向節、差速器、減速箱、鉸鏈等。電氣元件包含各種傳感器

（光敏、熱敏、磁敏、觸敏）、直流電機、PLC、紅外線發射接收裝置、聲光器件，接口電路板和擴展版等。氣動元件包含氣缸、氣閥（手動、電磁閥）、氣管、管接頭（三通、四通）、氣泵、儲氣罐等。如圖1所示。

圖1 慧魚模型部分構件

慧魚模型主要有三種控制方法：ROBO智能接口板控制、PLC控制和單片機控制。其最主要用ROBO智能接口板控制，利用慧魚自帶的ROBO pro軟件進行圖形化編程，方便簡潔易懂。

2.實驗方法及步驟。本實驗教學方法主要讓學生小團隊的自由組合（2-4人），選作自己喜愛的作品，實驗按照三個階段來實施：入門階段，提高階段，創意階段。

第一階段：入門階段，該階段主要選擇的是機械與結構組合包、氣動組合包、電子技術組合包、機器人起步技術組合包等入門模型。通過該階段讓學生了解慧魚模型的搭接原理和方法，并進行調試和運行。該階段要求學生掌握機械、電子、氣動、機器人、傳感器的入門知識及其控制應用，并通過搭接模型，繪制出機構簡圖、電路圖和氣路圖，分析掌握所搭模型的構造與工作原理。經老師提問，學生自主改進，進一步加強對模型的理解。由于模型眾多，現選部分模型結構如圖2所示。

圖2 第一階段模型（部分）

第二階段：提高階段，該階段主要選擇的是機器人組合包，涵蓋機器人綜合訓練包、仿生機器人、ROBO探險家機器人、工業機器人、氣動機器人等組合包。通過該階段讓學生熟練掌握ROBO接口板和ROBO pro軟件的應用，掌握編程方法，在線調試和下載程序控制機器人的運動。培養和提高學生的自主設計和編程設計能力，增強如何結合傳感器技術、機械機構、氣動裝置、電子技術做成套機電一體化裝置并進行裝配、調試的綜合能力，從而提升學生的創新意識。由于模型眾多，現選部分模型結構如圖3所示。

圖3 第二階段模型（部分）

第三階段：創意階段，該階段主要進行創意設計，組件不定，自由選擇。主要通過某些主題或結合創新設計大賽來要求學生進行自由設計，完成作品的搭建、調試和運行。該階段需要課后查閱收集資料，建模等，教師從旁進行指導。圖4為部分學生創意作品。

圖4 第三階段 學生創意作品

二、研究效果及成果

通過慧魚創意模型的使用，能很好地體現機械《創新設計》這課程的主旨，不僅讓學生將多學科多領域的綜合知識融會貫通于實踐過程中，更重要的是培養了他們的創新意識和創新設計能力。實驗發現通過一段時間的學習實踐，學生普遍有了對解決問題的信心，通過自己動手制作、編寫程序、結合一部分傳感器的使用成功地控制機器人運動，感覺很有成就感。通過創新實驗的活動還培養了同學之間新型的“團隊合作”精神。另外我們把好的創意跟機械創新設計大賽結合起來進行組隊參賽，其中在2012年第五屆全國大學生機械創新設計大賽慧魚組比賽中，三件作品有兩件獲得了國家二等獎，一件三等獎。在校級比賽中也屢獲特等獎和一等獎，有些作品也還申請了專利，從中發現學生的科研創新能力提升很快。

機械《創新設計》實驗課程--慧魚創意模型實驗打破了原有的實驗模式，為學生創造了一個良好的動手環境，使之可以進行開放式的創新性實驗，充分發揮了學生的機智才能，讓各類知識加以串聯運用，進行創意、創新、創造，可以使學生對實驗學習有成就感，通過不同的設計思路和方法增長了學生的見識，通過運用如觀察、實驗、比較、歸納、演繹、分析、綜合、假設等研究方法，分析已掌握的實驗信息資料，提取創意精華，培養了學生研究性，創新性學習的能力。總之，通過實驗可以使學生開闊視野，拓寬思路，培養創新思維和創新能力。

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G642.0

A

1674-9324（2014）04-0280-02

蘇州大學高等教育教改研究課題——機械《創新設計》實驗課程與大學生創新思想培養的研究與探索。