慧魚模型在機電專業(yè)創(chuàng)新性實驗教學中的應(yīng)用與研究

摘要：將慧魚創(chuàng)意組合模型應(yīng)用于機電專業(yè)創(chuàng)新性實驗教學過程中，通過學習基礎(chǔ)理論知識和基本拼裝訓練，開展基于慧魚模型的創(chuàng)新性實驗項目，依托慧魚模型參加學科競賽等，使學生的創(chuàng)新能力和實踐動手能力得到了較好的鍛煉和發(fā)揮，學生團隊意識和綜合素質(zhì)有了較大提高。

引言

隨著我校“做大信息制造類學科專業(yè)”的發(fā)展定位的確定，機電專業(yè)作為制造類專業(yè)必然成為學校重點培育和建設(shè)的特色專業(yè)。機電專業(yè)的學生要求具有較熟練地應(yīng)用所學專業(yè)知識和理論解決工程實際問題的能力，具有較強的創(chuàng)新意識及進行本專業(yè)相關(guān)技術(shù)改造與創(chuàng)新的初步能力。所以培養(yǎng)學生實際動手操作能力和創(chuàng)新意識為目標的創(chuàng)新性實驗課程就顯得尤為重要。但是，目前我校機電專業(yè)的實驗課程大多是依附于專業(yè)理論課的以演示性和驗證性為主的實驗項目，極少有相對獨立的設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗項目，不能有效為學生提供鍛煉主動發(fā)現(xiàn)問題和自主分析問題的能力的機會，不能給學生創(chuàng)造一個發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力的學習空間。為了提高學生的創(chuàng)新意識和實踐能力，機電專業(yè)的實踐課程教學必須要由單一的演示性和驗證性實踐項目向多樣化的的設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗項目轉(zhuǎn)變。

1.慧魚模型簡介

慧魚創(chuàng)意組合模型于1964年誕生于德國。由于采用優(yōu)質(zhì)尼龍塑膠作為大部分零部件的制造材質(zhì)，慧魚創(chuàng)意組合模型的尺寸相對來說比較精確，而且不易磨損，在保證可以反復拆裝的同時又不會影響模型之間拼裝組合的精確度；慧魚模型的大部分構(gòu)件是六面都可拼裝的拼裝體結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計可以使得構(gòu)件按照設(shè)計者的設(shè)計意愿進行任意拼裝組合。慧魚創(chuàng)意組合模型涵蓋領(lǐng)域非常廣泛，包括機械、電子、控制、氣動、汽車技術(shù)、機器人技術(shù)和能源技術(shù)等領(lǐng)域以及高新學科都有所涉及。慧魚創(chuàng)意組合模型采用模塊化設(shè)計，由機械構(gòu)件、電氣構(gòu)件、氣動構(gòu)件、傳感器和編程軟件等組成，運用創(chuàng)新設(shè)計思維和實驗分析驗證，可以還原任何技術(shù)過程，更可以模擬工業(yè)生產(chǎn)和大型機械設(shè)備操作，從而為實驗教學、科研創(chuàng)新和生產(chǎn)流水線可行性論證提供了可能性。慧魚創(chuàng)意組合模型為學生提供了自主搭建模型和與軟件編程控制相結(jié)合的實踐平臺，成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新性思維和動手實踐能力的重要載體。

2.基于慧魚模型的機電專業(yè)實驗教學改革方案

2.1已具備的研究與改革條件

（1）學校已投入17萬余元建成慧魚模型創(chuàng)新設(shè)計實驗室，擬再投入30萬元購置慧魚創(chuàng)意組合模型，保證了實驗設(shè)備的充足。

（2）學校專門派遣了相關(guān)老師到兄弟院校進行調(diào)研，并參觀了全國大學生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽慧魚組比賽，收獲了很多有關(guān)慧魚模型的使用經(jīng)驗和實驗室建設(shè)經(jīng)驗。并已經(jīng)組織部分學生開始了慧魚組裝模塊的拼裝和編程軟件的學習，而且初步制定了慧魚創(chuàng)新設(shè)計實驗課程的教學文件。

（3）學生已成功申請成立慧魚科技創(chuàng)新社團，激發(fā)了學生學習興趣，為開設(shè)基于慧魚模型的 創(chuàng)新性實驗創(chuàng)造了良好的氛圍。

（4）已經(jīng)由學生牽頭組建了基于慧魚模型的大學生創(chuàng)新設(shè)計團隊。

2.2第一階段：學習基礎(chǔ)理論知識和基本拼裝訓練

慧魚創(chuàng)意組合模型涉及到機械、電氣、氣動、控制等各方面的專業(yè)領(lǐng)域，所以學生想要比較好的使用慧魚創(chuàng)意組合模型，就必須對這些領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)知識有所了解，不然很難在后續(xù)的慧魚模型學習與使用中制作出較高水平的作品。因此，在實驗教學的第一個階段，主要由專業(yè)老師帶領(lǐng)學生學習相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)知識，包括常用的機械零件、機構(gòu)、傳感器、電動機等相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識的學習。同時，組織學生利用慧魚創(chuàng)意組合模型的培訓組合包進行慧魚模型的基本拼裝訓練，使學生能夠在較短的時間內(nèi)熟悉并掌握慧魚模型的使用方法和拼裝技巧。另外，由于慧魚模型是采用ROBPro軟件進行編程控制的，所以還需要學生學習ROBPro編程軟件的使用方法。

2.3第二階段：開展創(chuàng)新性實驗項目

在學生學習了專業(yè)理論基礎(chǔ)知識，掌握了慧魚創(chuàng)意組合模型使用方法和拼裝技巧并會使用ROBPro編程軟件后，就可以組織學生開展創(chuàng)新性實驗項目。比如，在原有的尋跡小車的基礎(chǔ)上，要求學生開動腦筋，發(fā)揮想象力，進一步的改進小車功能。有的同學根據(jù)尋跡機器人的工作原理，在此基礎(chǔ)上加入接觸傳感器，設(shè)計出具有尋光避障功能的新型機器人，該機器人將尋光和避障的功能良好結(jié)合起來。改進后的尋光避障小車的工作方案是這樣的：小車開始運行，機器人先尋找光源，發(fā)現(xiàn)光源后，對光源進行跟蹤，當接觸傳感器探測到妨礙其前進的障礙物時，小車停止運行，當障礙全部被清除后，小車繼續(xù)尋找并跟蹤光源前行。在該方案中，進行尋光功能的光電傳感器被連接到兩個輸入端，當小車向左右轉(zhuǎn)向時，采用接觸傳感器計算脈沖。該方案主要分成三部分：檢測機器人是否搜索到光源，檢測機器人是否遇到障礙物，機器人鑒于上述檢測結(jié)果做出相應(yīng)的反應(yīng)動作（停止，轉(zhuǎn)向或者繼續(xù)前行）。通過對該尋跡機器人設(shè)計方案的改進，學生的創(chuàng)新思維和時間動手能力得到了較好的鍛煉，同時學生的編程能力也得到了進一步的提高，取得了良好的效果。

2.4第三階段：參加學科競賽并申報專利

通過參加學科競賽可以激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，使學生有機會將學到的專業(yè)知識應(yīng)用到實際中去。全國大學生機械創(chuàng)新大賽就是機電類專業(yè)一項非常重要的學科競賽，其中就設(shè)立了“慧魚”組的專項比賽，該項賽事激發(fā)了學生參加慧魚創(chuàng)新實驗的興趣，為學有余力的學生提供了展現(xiàn)才能的平臺。學生通過自由組隊報名參賽。 首先，按照當年機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的競賽主題，學生們通過查閱文獻資料和市場調(diào)研，找出市場中現(xiàn)有產(chǎn)品的缺點和不足，尋找創(chuàng)意靈感，從而確定適合用“慧魚”創(chuàng)意組合模型來制作的創(chuàng)意作品，學生自由組隊報名參賽。接著，項目小組的成員集思廣益，團隊討論，設(shè)計并初步確定創(chuàng)意作品的制作方案，并用CAD圖樣、三維建模或者動畫等方式展示小組討論后確定下來的最終方案，再經(jīng)過學校機械創(chuàng)新大賽評審組的選拔、答辯，選出具有代表性、創(chuàng)新性的優(yōu)秀作品。然后，指定專業(yè)指導老師對參賽隊伍進行更加深入培訓指導，帶領(lǐng)參賽學生深入研究“慧魚”創(chuàng)意組合模型，并模擬制作參賽作品，通過創(chuàng)意作品的制作對作品進一步完善和優(yōu)化。 在作品制作過程中一定要重視機、電、光一體化應(yīng)用，通過編程實現(xiàn)對作品運動的控制，對作品進行不斷的實驗、修正并完善。最后，繪制相關(guān)圖紙，撰寫研究報告、作品說明書，并制作答辯 PPT 等，提交競賽組委會。對于特別有創(chuàng)意和實用價值比較高的的優(yōu)秀作品，鼓勵學生申請專利。endprint

3.改革成效

通過將慧魚創(chuàng)意組合模型應(yīng)用于機電專業(yè)創(chuàng)新性實驗教學，學生在對模型方案的設(shè)計與組裝中，逐漸熟悉并掌握機械和自動化裝置的常用結(jié)構(gòu)和工作原理，并取得了以下成效 ：

（1）發(fā)揮了學生創(chuàng)造性思維的積極性。在“實踐與創(chuàng)新”的宗旨下，通過慧魚創(chuàng)新方案的實施與應(yīng)用，提供使學生的潛能得以充分發(fā)掘的環(huán)境 ，使學生逐漸養(yǎng)成不墨守成規(guī)，不拘泥于傳統(tǒng)”的思維習慣，培養(yǎng)了學生的實際動手能力、解決實際問題能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。

（2）促進了教師自身素質(zhì)的提高，形成了新的師生關(guān)系。由于創(chuàng)意組合模型涉及方案的創(chuàng)意和設(shè)計，許多內(nèi)容超出教材，甚至超出教師的知識范圍，因此必然督促教師自身的再學習和再提高。有了教學實踐中師生共同探討問題的經(jīng)歷，學生有問題愿找老師答疑和探討，形成了一種互相學習、互相促進的新型師生關(guān)系。

（3）形成了一套完善的基于慧魚創(chuàng)意組合模型的創(chuàng)新性實驗教學方案。在項目完成之后，進行了理論研究和實踐教學的總結(jié)，對實踐教學過程中出現(xiàn)的問題進行研究改進，完善教學方案，從而形成了一套完善的、行之有效的基于慧魚創(chuàng)意模型的創(chuàng)新性實驗教學方案。

4.總結(jié)

我校將慧魚創(chuàng)意組合模型應(yīng)用于機電專業(yè)創(chuàng)新性實驗教學中，激發(fā)了學生學習的好奇心和主動性，學生參與度得到了極大提高。在基礎(chǔ)課程教學過程中引入慧魚模型，增強了了學生對工程應(yīng)用的感性認識；通過參加基于慧魚模型的創(chuàng)新設(shè)計大賽，學生的創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作能力得到了極大提高；將“慧魚”創(chuàng)意組合模型應(yīng)用于機電類專業(yè)的創(chuàng)新性實驗教學中， 學生的實踐動手能力和創(chuàng)新思維意識得到了較好的培養(yǎng)，綜合素質(zhì)得到了較大提高，也為其以后的職業(yè)生涯奠定了一定的基礎(chǔ)。

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項目資助情況：本項目為2017年湖南城市學院教研教改一般項目

立項文號：湘城院發(fā)【2017】120號，項目序號：20

作者簡介：郭高峰（1985-），男，漢族，湖南城市學院機械與電氣工程學院教師，碩士，研究方向：機械設(shè)計及其自動化。endprint