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

1、    慧魚模型在機電專業(yè)創(chuàng)新性實驗教學(xué)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(xué)過程中，通過學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識和基本拼裝訓(xùn)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(xué)科競賽等，使學(xué)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(xué)生團隊意識和綜合素質(zhì)有了較大提高。引言隨著我?！白龃笮畔⒅圃祛悓W(xué)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(xué)校重點培育和建設(shè)的特色專業(yè)。機電專業(yè)的學(xué)生要求具有較熟練地應(yīng)用所學(xué)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

2、。所以培養(yǎng)學(xué)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(xué)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(xué)生創(chuàng)造一個發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力的學(xué)習(xí)空間。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，機電專業(yè)的實踐課程教學(xué)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

3、磨損，在保證可以反復(fù)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(xué)科都有所涉及?；埕~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(xué)、科研創(chuàng)新和生產(chǎn)流水線可行性論證提供了可能性?；埕~創(chuàng)意組合模型為學(xué)生提供了自主搭建模型和與軟件編程控制相結(jié)合的實

4、踐平臺，成為培養(yǎng)學(xué)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(xué)改革方案2.1已具備的研究與改革條件（1）學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生開始了慧魚組裝模塊的拼裝和編程軟件的學(xué)習(xí)，而且初步制定了慧魚創(chuàng)新設(shè)計實驗課程的教學(xué)文件。（3）學(xué)生已成功申請成立慧魚科技創(chuàng)新社團，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)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

5、。（4）已經(jīng)由學(xué)生牽頭組建了基于慧魚模型的大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計團隊。2.2第一階段：學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識和基本拼裝訓(xùn)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(xué)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(xué)習(xí)與使用中制作出較高水平的作品。因此，在實驗教學(xué)的第一個階段，主要由專業(yè)老師帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)。同時，組織學(xué)生利用慧魚創(chuàng)意組合模型的培訓(xùn)組合包進行慧魚模型的基本拼裝訓(xùn)練，使學(xué)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

6、，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(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)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(xué)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(dāng)接觸傳

7、感器探測到妨礙其前進的障礙物時，小車停止運行，當(dāng)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(dāng)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(xué)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(xué)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(xué)科競賽并申報專利通過參加學(xué)科競賽可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，使學(xué)生有機會將學(xué)到的專業(yè)知識應(yīng)用到實際中去。全國

8、大學(xué)生機械創(chuàng)新大賽就是機電類專業(yè)一項非常重要的學(xué)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(xué)生參加慧魚創(chuàng)新實驗的興趣，為學(xué)有余力的學(xué)生提供了展現(xiàn)才能的平臺。學(xué)生通過自由組隊報名參賽。 首先，按照當(dāng)年機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的競賽主題，學(xué)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(xué)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?；蛘邉赢嫷确绞秸故拘〗M討論后確定下來的最終方案，再經(jīng)過學(xué)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)

9、新性的優(yōu)秀作品。然后，指定專業(yè)指導(dǎo)老師對參賽隊伍進行更加深入培訓(xùn)指導(dǎo)，帶領(lǐng)參賽學(xué)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(xué)生申請專利。endprint3.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(xué)，學(xué)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，

10、并取得了以下成效 ：（1）發(fā)揮了學(xué)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(xué)生的潛能得以充分發(fā)掘的環(huán)境 ，使學(xué)生逐漸養(yǎng)成不墨守成規(guī)，不拘泥于傳統(tǒng)”的思維習(xí)慣，培養(yǎng)了學(xué)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(xué)習(xí)和再提高。有了教學(xué)實踐中師生共同探討問題的經(jīng)歷，學(xué)生有問題愿找老師答疑和探討，形成了一種互相學(xué)習(xí)、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(xué)

11、方案。在項目完成之后，進行了理論研究和實踐教學(xué)的總結(jié)，對實踐教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題進行研究改進，完善教學(xué)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(xué)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(xué)中，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心和主動性，學(xué)生參與度得到了極大提高。在基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中引入慧魚模型，增強了了學(xué)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(xué)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(xué)中， 學(xué)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)。參考文獻：1沈 瑜，金 京，賈 妍，羅 聲.“慧魚”創(chuàng)意組合模型在機械類專業(yè)探究性教學(xué)中的應(yīng)用探索j.紡織服裝教育，2017，32（1）：19-21.2辛穎，薛偉，王劍，狄海庭.基于“慧魚模型”的機器人課程實驗教學(xué)改革探索j.現(xiàn)代教育技術(shù)，2009， 7（19）：138-140.3肖曉