基于“慧鱼模型”的工程综合实践课程教学改革探索

陆萍蓝　张火明　王栋

摘 要 运用“慧鱼模型”作为创新教育的教学模式，针对不同层次学生的不同学习特点和知识结构，进行多层次的教学，以达到对不同层次学生实施创新教学的目的。学生可以独立完成了一个机电控制系统模型，解决了高校实验器材的不足，并能有效提高学生的设计、创新能力。

关键词 慧鱼模型 创新教育 创新能力

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.09.051

Explorations on Experimental Teaching Reform of Engineering Integrated Training Course Based on Fischer Model

LU Pinglan[1] ， ZHANG Huoming[2]， WANG Dong[1]

（[1] Engineering Training Center， China Jiliang University， Hangzhou， Zhejiang 310018；

[2] College of Metrology and Technology Engineering， China Jiliang University， Hangzhou， Zhejiang 310018）

Abstract This paper uses Fischer model as the teaching model of innovation education， and aims at the teaching of different levels of students to carry out innovative teaching for different levels of students' different learning characteristics and knowledge structure. Students can independently complete a mechanical and electrical control system model to solve the lack of college experimental equipment， and can effectively improve the students' design and innovation.

Keywords Fischer model； innovative education； innovation ability

随着高等教育的迅速发展，教育观念和模式也发生了根本性的转变。长期以来，我国高等教育存在着重视知识的传授、轻视能力的培养，重视理论教学、轻视实践环节的问题，学生满足于死记硬背知识点和通过考试，这不利于培养学生的独立动手能力、综合分析问题和解决问题的能力。[1]利用德国慧鱼公司的大型工业模型作为开发机电创意实验的教具，使学生了解机电设备的基本组成、控制方式和工作原理，可以大大提高学生的工程实践能力、综合设计能力和创新能力。[2]

我校开展的“工程综合实践”是一门跟工程实际应用结合很紧密的技术综合实践课程，该课程注重对学生的工程综合实践能力和集成创新意识方面的培养。课程的任务是结合工业大系统实践资源，为学生提供多层次、多模式的工程项目实际操作编程实现的机会，使学生熟悉以后工程项目研发的过程，体验工程项目设计和实施的过程，通过这样的方式吧专业理论知识应用到实际工程，提高学生分析、解决实际问题的能力。

1 “工程综合实践”课程教学中存在的问题

我们针对现有的“工程综合实践”课程教学中发现的问题，阐述了以“慧鱼模型”为教具开展“工程综合实践”课程教学的思想。由于受硬件条件、实践场地、教师队伍限制，目前的教学过程还存在着一些问题：

（1）课堂教学方法单一，学生学习兴趣缺乏。“工程综合实践”课程涉及知识面广，上课时理论教学课时少。大量的知识点，往往使学生听得一头雾水，做实验时，实验箱的电路连接是事先做好的，学生不清楚内部具体的来龙去脉，似懂非懂， 不能调动学生学习的积极性， 课堂效率低。其次，上课过程中， 以验证性实验为主，学生按部就班做出实验结果，具体怎么样去控制执行装置，并不是很清楚，往往会缺乏探究的兴趣，实际的收效甚微。

（2）学校教学资源紧缺，实验设施缺乏。“工程综合实践”课程的实验场地在工程训练中心机电综合创新实验室。实验室里的实验设备品种有限，实验的台套数有限，要想满足不同专业学生，相同专业学生的分层次教学，实验设施上存在较大的困难。

（3）以验证性实驗为主。现在我们开设现行的“工程综合实践”课程中的实验大部分是验证性的实验（如三条皮带的控制实验）。在做实验的整个过程中，学生按照实验指导书上写的参考程序和实验步骤，按部就班地操作一遍。按照老师的思路去做，一路畅通无阻，实验过程很顺利，实验结果很理想。但是在这个学习过程中，学生只是按步骤将讲过的内容在电脑上编程在实物PLC上作了验证而已，学生实际动脑的时候少，对相关的程序的设计思想体会不深。

（4）以教师为中心的被动授课模式。现在我们采用的上课方式是授课老师按照预先准备好的PPT给认知主体的学生传授知识。其主要缺点是：在这个过程中，学生处于被动的、被灌输的地位。有时候学生会觉得某部分知识不能理解，跟不上老师的思路。这样的教学过程不利于学生展开丰富的想象，不利于培养学生从多角度、多方位对问题展开思考，不利于创新能力的提高和创新人才的培养。

（5）学生的层次不同， 有些学生基础好，有些学生基础差。“工程综合实践课程”目前现有的实践项目内容（针对不同层次的学生）不够丰富，由于上课学生较多，如何培养学生自主开展项目研究、实施的能力有待提高，教学组织不够完善。endprint

2 “工程综合实践课程”实践教学中引入“慧鱼模型”后的特点

（1）学生的动手能力得到了提高，激发了对课程学习的兴趣。兴趣是学生学习的内动力。教师在课堂上要营造一种宽松的学习环境， 善于激发学生的学习兴趣。[3]学生在校实践机会少，对机电设备缺少感性认识，容易失去兴趣。在慧鱼组合模型里，主要是一些工程应用中的实际模型，与现场实际结合较为紧密，如在万能组合包中，有机械构件、电气构件、传感器、气动构件等模型，这些模型都是工程中的实例，能再现真实的工业中的设备或仪器。[4]学生通过查阅大量的资料，经过自己的设计，再动手用慧鱼构件搭建实验装置，整个过程中根据实验的想象不断改进模型，修改程序。经过这样的一个完整的过程，当最终自己的设计得到了实现，程序成功调试出来，学生会有很高的成就感。

（2）引导学生发现问题—思考问题—解决问题。在讲课的过程中，随着项目的进展，学生会不断地解决问题，获得成就感。同时作为老师，会不断地提出更高的要求，对于现有的装置或控制方案提出问题，引导同学们去思考问题，想尽一切办法去解决问题。在这个过程中，会应用到之前某门课所学的相关知识。这样也可以让学生切实体验到用科学知识解决实际问题的乐趣。

（3）利用“慧鱼模型”进行实践教学。“慧鱼模型”的控制我们是采用西门子PLC来实现的。它的控制软件和控制方式跟工厂里实际工程所需要的环境和控制的器件都非常相似。这为我们的学生以后从事工业工程自动化的设计提供了很好的模拟环境。在结构上，可以利用慧鱼组合模型组合出自己所设计的模型，实现了理论和实践的结合，提高了学生的动手能力。我们可以采用PLC程序控制慧鱼机构外，也可以采用单片机程序控制，C语言编程，组态软件控制等等，来来控制机构的运动。

（4）增加学生创新性设计思维。在基于“慧鱼模型”的“工程综合实践”课程实验中，学生一开始的时候可以根据慧鱼教具所提供的样本模型学习模型的搭建技巧，经过一段时间熟悉以后，可以自创或者参看其它书籍，根据自己的设想进行自主设计，创造出更加优秀的作品来。创新实验项目的实施是一个复杂的过程，包括实验项目的发布、组队、理论设计、模型制作、电路设计、程序设计和系统联调几个方面，其大致过程如图1所示。

学生利用“慧鱼模型”学习掌握了电路硬件接线，PLC的程序编制和调试，学习了一个系统工程的制作过程，对于今后从事实际的工程设计提供了极大的帮助。

3 利用“慧鱼模型”设计四层电梯模型控制系统

毕业设计是学生在校期间一次重要的实践环节。对于一部分对“工程综合实践”课程较感兴趣的同学可以选择这方面的课题展开研究，以完成毕业设计任务。图2，3是一位机电的学生做的毕业设计——《基于PLC的四层电梯模型控制系统设计》，图2是慧鱼构件搭建四层电梯模型，图3是四层电梯的组态界面。通过该设计制作过程，学生学习了一个系统工程的制作过程，对今后从事实际的工程设计提供了极大的帮助。

4 结论

在“工程综合实践”课程中，通过组装模型与接线、编写程序、调试模型的过程中学生可以独立完成了一个机电控制系统模型，解决了高校实验器材的不足，并能有效提高学生的设计、创新能力。

教改项目：基于“慧鱼模型”的“工程综合实践”课程教学改革探索研究（HEX2016036）

参考文献

[1] 蔡理，郭鲁家.“慧鱼”模型在本科教学中的多层次应用[J].实验室研究与探索，2004.23（7）：81-83.

[2] 付顺玲，宋彦.机电创意实验的探索与实践[J].科技創新导报，2011.31：114.

[3] 程雨梅.改进液压传动课教学方法培养创新型人才[J].长春大学学报，2007.17（4）：84-86.

[4] 腾敏君.慧鱼组合模型在机械课程实践教学中的应用[J].科技促进发展，2011.6：88-90.endprint