黃朝陽(yáng)

[摘 要]針對(duì)現(xiàn)階段高校人才培養(yǎng)中工程性和創(chuàng)新性薄弱的問(wèn)題，結(jié)合機(jī)電專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將慧魚模型作為典型的工程對(duì)象引入機(jī)電創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)中，并對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)方法、教材等作系統(tǒng)的變革，建立基于工作過(guò)程的創(chuàng)新型工程教學(xué)法，達(dá)到培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程意識(shí)的創(chuàng)新型復(fù)合人才的目的。

[關(guān)鍵詞]工程對(duì)象 創(chuàng)新實(shí)踐 慧魚模型

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2014）04-0071-03

隨著社會(huì)需求的不斷變化，高等教育的教育觀念和模式也在發(fā)生根本性的轉(zhuǎn)變?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》明確對(duì)本科教育提出了“營(yíng)造自由的探索環(huán)境，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題，堅(jiān)持教育教學(xué)與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的復(fù)合人才”的要求。機(jī)電工程是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的綜合性工程技術(shù)學(xué)科，實(shí)踐教學(xué)在學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和工程意識(shí)的形成方面具有獨(dú)特的作用。因此強(qiáng)化實(shí)踐創(chuàng)新，培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才已成為國(guó)內(nèi)許多高校機(jī)電實(shí)踐教學(xué)改革的目標(biāo)。我校在以慧魚模型為載體的“工程對(duì)象教學(xué)法”實(shí)踐體系建設(shè)中，也做出了積極有益的探索。

一、機(jī)電創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

目前許多院校機(jī)電專業(yè)課程設(shè)置和教學(xué)模式還是圍繞著以學(xué)科為主體的行政主導(dǎo)模式，教學(xué)偏重理論講解，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐依然以分立的技能訓(xùn)練為主，面向現(xiàn)代工程系統(tǒng)特點(diǎn)的工程訓(xùn)練體系和創(chuàng)新模式尚未完全形成。主要表現(xiàn)在：教學(xué)地位上，依然強(qiáng)調(diào)以理論體系為核心的教學(xué)和考核方式，注重理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐附屬于理論，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐是為加深理論知識(shí)的理解服務(wù)；教學(xué)內(nèi)容上，服務(wù)于理論教學(xué)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容，缺乏與實(shí)際工程問(wèn)題結(jié)合，不能培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維能力；教學(xué)組織上，以專業(yè)課程為單元，理論實(shí)踐教學(xué)分開(kāi)，往往是老師講解，學(xué)生按要求操作完成，并不能給學(xué)生一個(gè)完全自由發(fā)揮創(chuàng)造的空間，缺乏開(kāi)放性和創(chuàng)新性；教學(xué)條件上，由于師資、設(shè)備、安全等主客觀原因，使創(chuàng)新教育只是集中在少部分比較優(yōu)秀和主動(dòng)的學(xué)生身上，無(wú)法對(duì)學(xué)生開(kāi)展普遍創(chuàng)新教育，這與“大眾化”的教育理念相背。

二、工程對(duì)象教學(xué)法

工程對(duì)象教學(xué)法是基于工作過(guò)程的創(chuàng)新型工程教學(xué)方法，是在理論和實(shí)踐教學(xué)中引入各種典型的工程對(duì)象，以典型工程對(duì)象作為創(chuàng)新教學(xué)平臺(tái)，將理論講解、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新活動(dòng)等融為一體的新型教學(xué)方法。在機(jī)電工程專業(yè)教學(xué)中，“工程對(duì)象教學(xué)法”模式是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的一種創(chuàng)新和突破。

首先，將典型工程對(duì)象、項(xiàng)目和案例引入機(jī)電實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使實(shí)踐更加具有“真實(shí)性和直觀性”。豐富的工程對(duì)象可使學(xué)生更系統(tǒng)地理解所學(xué)知識(shí)，并在此基礎(chǔ)上熟練掌握所專業(yè)技能。

其次，按照“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的模式分解課程的知識(shí)點(diǎn)，圍繞具體任務(wù)展開(kāi)教學(xué)，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

最后，打破了常規(guī)的“講課+實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)形式，將理論講解、實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新活動(dòng)等融為一體，采用教師引導(dǎo)、學(xué)生主體的方式開(kāi)展，使教與學(xué)的有效性得到最大限度的發(fā)揮。

三、以慧魚模型為載體的“工程對(duì)象教學(xué)法”的機(jī)電創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)

（一）慧魚創(chuàng)意組合模型

慧魚創(chuàng)意組合模型（Fischertechnik）1964年誕生于德國(guó)，是技術(shù)含量較高的工程技術(shù)類拼裝模型?；埕~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)、汽車技術(shù)、能源技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域。模型采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)基本構(gòu)件（機(jī)械元件/電氣元件/氣動(dòng)元件），配合傳感器、控制器、執(zhí)行器和軟件，運(yùn)用設(shè)計(jì)構(gòu)思和實(shí)驗(yàn)分析，可以逼真地表現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的構(gòu)成、控制過(guò)程及科學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和大型機(jī)械設(shè)備操作的模擬。為課堂及實(shí)驗(yàn)室教學(xué)提供了良好的教具，也為工程培訓(xùn)、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)及可行性論證提供了有力的工具。

（二）以慧魚模型為載體的“工程對(duì)象教學(xué)法”在機(jī)電創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

作為典型的工程對(duì)象引入機(jī)電創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)中的慧魚模型主要包括組合包、培訓(xùn)模型、工業(yè)模型三大系列，以慧魚模型為載體的機(jī)電創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系如圖1所示。

慧魚組合包模型包括基礎(chǔ)組合包、專業(yè)組合包和機(jī)器人組合包?；A(chǔ)組合包提供大量機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，如連桿、齒輪、鉸鏈、履帶、齒輪箱等。學(xué)生通過(guò)模仿和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，能達(dá)到對(duì)基本機(jī)械結(jié)構(gòu)的感官認(rèn)識(shí)，并能建立起科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法和理念。適合剛接觸機(jī)電專業(yè)的學(xué)生的創(chuàng)新基礎(chǔ)教育。

專業(yè)組合包括機(jī)械結(jié)構(gòu)組合、氣動(dòng)組合、電子組合、機(jī)器人起步包等。可滿足機(jī)電專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，面對(duì)大二學(xué)生的基礎(chǔ)創(chuàng)新實(shí)踐。例如機(jī)械結(jié)構(gòu)組合模型可以在機(jī)械原理和設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)中提供多種機(jī)械結(jié)構(gòu)套件，學(xué)生能自主搭建各種模型，模擬各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)，復(fù)現(xiàn)機(jī)構(gòu)工作原理。電子組合將開(kāi)放的面包板引入傳統(tǒng)的電子制作和自主電子實(shí)習(xí)。氣動(dòng)技術(shù)能針對(duì)氣動(dòng)技術(shù)課程開(kāi)展實(shí)驗(yàn)等。

機(jī)器人組合系列是匯聚了工程實(shí)踐中各種典型的機(jī)器人，是集教學(xué)、研究和比賽于一體的綜合平臺(tái)。在專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)時(shí)，控制器能提供靈活和豐富的接口，支持多種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，可用于單片機(jī)C語(yǔ)言、PLC、測(cè)試技術(shù)，智能控制等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，作為創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，能夠滿足高年級(jí)專業(yè)認(rèn)知與創(chuàng)新，課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和開(kāi)展學(xué)科競(jìng)賽等的需要。

培訓(xùn)模型和工業(yè)模型是系列工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)模型，如多自由度機(jī)械手，柔性流水線、綜合倉(cāng)儲(chǔ)加工系統(tǒng)等。能精確搭建、生動(dòng)地模擬各種復(fù)雜的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備和流水線，常用于生產(chǎn)實(shí)習(xí)的前期準(zhǔn)備和畢業(yè)設(shè)計(jì)。

（三）機(jī)電創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系中“工程對(duì)象教學(xué)法”的特點(diǎn)

1.典型的工程對(duì)象與機(jī)電創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合

在機(jī)電創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)中，作為典型工程對(duì)象的慧魚系列模型既可以面向本科學(xué)習(xí)的某個(gè)階段、某門課程，也可以覆蓋大學(xué)學(xué)習(xí)的全過(guò)程。既可用于課內(nèi)理論實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也可面向課外創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)?；A(chǔ)性的工程對(duì)象的引入，能達(dá)到對(duì)基本構(gòu)件的感官認(rèn)識(shí)，并能建立起科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法和理念。專用型工程對(duì)象，主要服務(wù)于某類課程，比如機(jī)械、電子等專業(yè)基礎(chǔ)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)訓(xùn)。綜合型工程對(duì)象機(jī)器人，主要用于專業(yè)課的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)、綜合訓(xùn)練、課程設(shè)計(jì)、課外創(chuàng)新活動(dòng)等。

2.系統(tǒng)的多層次的實(shí)踐體系

以慧魚模型作為工程對(duì)象主線，將技能和創(chuàng)新訓(xùn)練融入大學(xué)四年的創(chuàng)新實(shí)踐，形成多層次、系列化的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)體系?；A(chǔ)認(rèn)知層，實(shí)現(xiàn)機(jī)電專業(yè)初步認(rèn)知，培養(yǎng)創(chuàng)新興趣。中級(jí)應(yīng)用層承上啟下，提供教學(xué)機(jī)械電子專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)，鍛煉動(dòng)手能力；專業(yè)創(chuàng)新層，實(shí)現(xiàn)對(duì)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用，通過(guò)綜合性的項(xiàng)目和開(kāi)放自主的實(shí)踐方式，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)、協(xié)作精神以及提高創(chuàng)新能力等。

3.豐富的教學(xué)組織和形式

在以“工程對(duì)象教學(xué)法”為核心的機(jī)電創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系中，實(shí)踐教學(xué)形式、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、考核方法與傳統(tǒng)相比，都有了很大的變化。按照項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)來(lái)設(shè)計(jì)任務(wù)，教學(xué)實(shí)踐合二為一，時(shí)間和空間更加靈活?？己朔椒ㄒ捕鄻雍拓S富，既有按傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、出勤、報(bào)告、課內(nèi)問(wèn)答等綜合評(píng)定的方式，也有以設(shè)計(jì)說(shuō)明書、創(chuàng)新創(chuàng)意和賽事成績(jī)來(lái)評(píng)審確定。

四、基于慧魚模型的機(jī)電創(chuàng)新教學(xué)方案的實(shí)施

（一）總體規(guī)劃，分步實(shí)施的策略

基于慧魚模型的創(chuàng)新工程訓(xùn)練方案的內(nèi)容豐富，在實(shí)施過(guò)程中可采用“統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施”的策略。結(jié)合實(shí)際情況，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐步投入資金，積累師資力量和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。從課程選修到專業(yè)推廣必修，循序漸進(jìn)，深入開(kāi)展。

按照總體規(guī)劃的思路，整個(gè)計(jì)劃分三個(gè)階段來(lái)完成。在第一個(gè)教學(xué)階段，通常以認(rèn)識(shí)工程系統(tǒng)對(duì)象為重點(diǎn)，通過(guò)簡(jiǎn)單和典型的工程系統(tǒng)對(duì)象的認(rèn)知或拆裝，熟悉機(jī)電工程系統(tǒng)的基本組成。第二階段，將機(jī)械電子、自動(dòng)控制、傳感器等課程教學(xué)內(nèi)容融入第一個(gè)教學(xué)循環(huán)的典型工程對(duì)象系統(tǒng)中，學(xué)生通過(guò)親自設(shè)計(jì)、組建、調(diào)試到最后完成系統(tǒng)控制，全面掌握機(jī)電工程系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、建模和調(diào)試等方法。第三階段，通過(guò)給出一些典型工程對(duì)象的設(shè)計(jì)課題，提升學(xué)生的融會(huì)貫通能力和創(chuàng)新能力，獲得相應(yīng)機(jī)電專業(yè)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)技能。

（二）循序漸進(jìn)，逐步完善教材等教學(xué)資源

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)順利實(shí)施，需要打破常規(guī)理論知識(shí)排列，基于工程對(duì)象來(lái)設(shè)計(jì)典型的操作任務(wù)，按照任務(wù)驅(qū)動(dòng)的形式編寫教材，按照項(xiàng)目教學(xué)法的形式來(lái)編排課程。在教學(xué)初期，教材選用可借助慧魚模型的產(chǎn)品說(shuō)明書、企業(yè)提供的教學(xué)資源和成果首先開(kāi)課，在教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上逐漸策劃、編著更貼合自身需求的教材。

（三）充分利用外部資源，校企合作優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

典型工程對(duì)象是實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)順利實(shí)施的基礎(chǔ)。慧魚模型的選擇與維護(hù)、軟硬件的升級(jí)、師資的培訓(xùn)、專業(yè)教學(xué)的指導(dǎo)等需要企業(yè)和學(xué)校共同完成，因此建立良好、緊密的校企合作關(guān)系可以充分發(fā)揮各方優(yōu)勢(shì)，更好地為學(xué)生服務(wù)。由教育部組織，慧魚產(chǎn)品代理商中教儀器公司主辦的兩年一屆全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽慧魚賽區(qū)競(jìng)賽，以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)論壇，給高校機(jī)電創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流提供了一個(gè)很好的平臺(tái)，對(duì)于進(jìn)一步推動(dòng)和完善機(jī)電創(chuàng)新工程實(shí)踐訓(xùn)練方案的實(shí)施具有非常重要的意義。

五、結(jié)束語(yǔ)

在機(jī)電實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)中系統(tǒng)地引入慧魚模型，把專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的教學(xué)與實(shí)踐放到典型的工程對(duì)象環(huán)境中，同時(shí)對(duì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、組織形式等方面進(jìn)行改革，創(chuàng)造了一個(gè)良好的符合應(yīng)用型本科工程教學(xué)要求的實(shí)踐模式。作為人才培養(yǎng)體系建設(shè)的一部分，以慧魚為載體的“工程對(duì)象教學(xué)法”模式的實(shí)施和完善，為我院創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)開(kāi)辟了一條新的途徑。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 楊紅濤.慧魚模型在機(jī)電類創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的應(yīng)用[J].科技信息，2010，（20）.

[2] 吳建平，成毅.“工程對(duì)象教學(xué)法系”模式應(yīng)用的研究[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，17（4）.

[3] 孫璨，姜軍，楊彥鑫，黃兆波，鄭永春.以提高大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力為目的的人才培養(yǎng)模式的探討與研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，8（8）.

[4] 肖曉萍，廖青.“慧魚創(chuàng)意組合模型”在大學(xué)生創(chuàng)新教育中的應(yīng)用[J].高等教育研究，2006，22（2）.

[5] 王詠梅，葛建宏，王炳謙.機(jī)器人創(chuàng)新開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（10）：4-5.

[6] 韓蕾，鄭軒，孫雪.慧魚創(chuàng)意組合模型的實(shí)踐與開(kāi)發(fā)[J].機(jī)電技術(shù)，2010，（5）.

[7] 蔡理，郭魯家.“慧魚”模型在本科教學(xué)中的多層次應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2004，23，（7）.

[8] 朱志松等.機(jī)電專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（9）.

[責(zé)任編輯：碧 瑤]