慧鱼模型在机电专业创新性实验教学中的应用与研究

摘要：将慧鱼创意组合模型应用于机电专业创新性实验教学过程中，通过学习基础理论知识和基本拼装训练，开展基于慧鱼模型的创新性实验项目，依托慧鱼模型参加学科竞赛等，使学生的创新能力和实践动手能力得到了较好的锻炼和发挥，学生团队意识和综合素质有了较大提高。

引言

随着我校“做大信息制造类学科专业”的发展定位的确定，机电专业作为制造类专业必然成为学校重点培育和建设的特色专业。机电专业的学生要求具有较熟练地应用所学专业知识和理论解决工程实际问题的能力，具有较强的创新意识及进行本专业相关技术改造与创新的初步能力。所以培养学生实际动手操作能力和创新意识为目标的创新性实验课程就显得尤为重要。但是，目前我校机电专业的实验课程大多是依附于专业理论课的以演示性和验证性为主的实验项目，极少有相对独立的设计性和创新性实验项目，不能有效为学生提供锻炼主动发现问题和自主分析问题的能力的机会，不能给学生创造一个发挥创造力和想象力的学习空间。为了提高学生的创新意识和实践能力，机电专业的实践课程教学必须要由单一的演示性和验证性实践项目向多样化的的设计性和创新性实验项目转变。

1.慧鱼模型简介

慧鱼创意组合模型于1964年诞生于德国。由于采用优质尼龙塑胶作为大部分零部件的制造材质，慧鱼创意组合模型的尺寸相对来说比较精确，而且不易磨损，在保证可以反复拆装的同时又不会影响模型之间拼装组合的精确度；慧鱼模型的大部分构件是六面都可拼装的拼装体结构，这种设计可以使得构件按照设计者的设计意愿进行任意拼装组合。慧鱼创意组合模型涵盖领域非常广泛，包括机械、电子、控制、气动、汽车技术、机器人技术和能源技术等领域以及高新学科都有所涉及。慧鱼创意组合模型采用模块化设计，由机械构件、电气构件、气动构件、传感器和编程软件等组成，运用创新设计思维和实验分析验证，可以还原任何技术过程，更可以模拟工业生产和大型机械设备操作，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能性。慧鱼创意组合模型为学生提供了自主搭建模型和与软件编程控制相结合的实践平台，成为培养学生创新性思维和动手实践能力的重要载体。

2.基于慧鱼模型的机电专业实验教学改革方案

2.1已具备的研究与改革条件

（1）學校已投入17万余元建成慧鱼模型创新设计实验室，拟再投入30万元购置慧鱼创意组合模型，保证了实验设备的充足。

（2）学校专门派遣了相关老师到兄弟院校进行调研，并参观了全国大学生机械创新设计大赛慧鱼组比赛，收获了很多有关慧鱼模型的使用经验和实验室建设经验。并已经组织部分学生开始了慧鱼组装模块的拼装和编程软件的学习，而且初步制定了慧鱼创新设计实验课程的教学文件。

（3）学生已成功申请成立慧鱼科技创新社团，激发了学生学习兴趣，为开设基于慧鱼模型的 创新性实验创造了良好的氛围。

（4）已经由学生牵头组建了基于慧鱼模型的大学生创新设计团队。

2.2第一阶段：学习基础理论知识和基本拼装训练

慧鱼创意组合模型涉及到机械、电气、气动、控制等各方面的专业领域，所以学生想要比较好的使用慧鱼创意组合模型，就必须对这些领域的专业基础知识有所了解，不然很难在后续的慧鱼模型学习与使用中制作出较高水平的作品。因此，在实验教学的第一个阶段，主要由专业老师带领学生学习相关领域的专业基础知识，包括常用的机械零件、机构、传感器、电动机等相关专业基础知识的学习。同时，组织学生利用慧鱼创意组合模型的培训组合包进行慧鱼模型的基本拼装训练，使学生能够在较短的时间内熟悉并掌握慧鱼模型的使用方法和拼装技巧。另外，由于慧鱼模型是采用ROBPro软件进行编程控制的，所以还需要学生学习ROBPro编程软件的使用方法。

2.3第二阶段：开展创新性实验项目

在学生学习了专业理论基础知识，掌握了慧鱼创意组合模型使用方法和拼装技巧并会使用ROBPro编程软件后，就可以组织学生开展创新性实验项目。比如，在原有的寻迹小车的基础上，要求学生开动脑筋，发挥想象力，进一步的改进小车功能。有的同学根据寻迹机器人的工作原理，在此基础上加入接触传感器，设计出具有寻光避障功能的新型机器人，该机器人将寻光和避障的功能良好结合起来。改进后的寻光避障小车的工作方案是这样的：小车开始运行，机器人先寻找光源，发现光源后，对光源进行跟踪，当接触传感器探测到妨碍其前进的障碍物时，小车停止运行，当障碍全部被清除后，小车继续寻找并跟踪光源前行。在该方案中，进行寻光功能的光电传感器被连接到两个输入端，当小车向左右转向时，采用接触传感器计算脉冲。该方案主要分成三部分：检测机器人是否搜索到光源，检测机器人是否遇到障碍物，机器人鉴于上述检测结果做出相应的反应动作（停止，转向或者继续前行）。通过对该寻迹机器人设计方案的改进，学生的创新思维和时间动手能力得到了较好的锻炼，同时学生的编程能力也得到了进一步的提高，取得了良好的效果。

2.4第三阶段：参加学科竞赛并申报专利

通过参加学科竞赛可以激发学生的创新思维，使学生有机会将学到的专业知识应用到实际中去。全国大学生机械创新大赛就是机电类专业一项非常重要的学科竞赛，其中就设立了“慧鱼”组的专项比赛，该项赛事激发了学生参加慧鱼创新实验的兴趣，为学有余力的学生提供了展现才能的平台。学生通过自由组队报名参赛。 首先，按照当年机械创新设计大赛的竞赛主题，学生们通过查阅文献资料和市场调研，找出市场中现有产品的缺点和不足，寻找创意灵感，从而确定适合用“慧鱼”创意组合模型来制作的创意作品，学生自由组队报名参赛。接着，项目小组的成员集思广益，团队讨论，设计并初步确定创意作品的制作方案，并用CAD图样、三维建模或者动画等方式展示小组讨论后确定下来的最终方案，再经过学校机械创新大赛评审组的选拔、答辩，选出具有代表性、创新性的优秀作品。然后，指定专业指导老师对参赛队伍进行更加深入培训指导，带领参赛学生深入研究“慧鱼”创意组合模型，并模拟制作参赛作品，通过创意作品的制作对作品进一步完善和优化。 在作品制作过程中一定要重视机、电、光一体化应用，通过编程实现对作品运动的控制，对作品进行不断的实验、修正并完善。最后，绘制相关图纸，撰写研究报告、作品说明书，并制作答辩 PPT 等，提交竞赛组委会。对于特别有创意和实用价值比较高的的优秀作品，鼓励学生申请专利。endprint

3.改革成效

通过将慧鱼创意组合模型应用于机电专业创新性实验教学，学生在对模型方案的设计与组装中，逐渐熟悉并掌握机械和自动化装置的常用结构和工作原理，并取得了以下成效 ：

（1）发挥了学生创造性思维的积极性。在“实践与创新”的宗旨下，通过慧鱼创新方案的实施与应用，提供使学生的潜能得以充分发掘的环境 ，使学生逐渐养成不墨守成规，不拘泥于传统”的思维习惯，培养了学生的实际动手能力、解决实际问题能力和创新设计能力。

（2）促进了教师自身素质的提高，形成了新的师生关系。由于创意组合模型涉及方案的创意和设计，许多内容超出教材，甚至超出教师的知识范围，因此必然督促教师自身的再学习和再提高。有了教学实践中师生共同探讨问题的经历，学生有问题愿找老师答疑和探讨，形成了一种互相学习、互相促进的新型师生关系。

（3）形成了一套完善的基于慧鱼创意组合模型的创新性实验教学方案。在项目完成之后，进行了理论研究和实践教学的总结，对实践教学过程中出现的问题进行研究改进，完善教学方案，从而形成了一套完善的、行之有效的基于慧鱼创意模型的创新性实验教学方案。

4.总结

我校将慧鱼创意组合模型应用于机电专业创新性实验教学中，激发了学生学习的好奇心和主动性，学生参与度得到了极大提高。在基础课程教学过程中引入慧鱼模型，增强了了学生对工程应用的感性认识；通过参加基于慧鱼模型的创新設计大赛，学生的创新意识和团队协作能力得到了极大提高；将“慧鱼”创意组合模型应用于机电类专业的创新性实验教学中， 学生的实践动手能力和创新思维意识得到了较好的培养，综合素质得到了较大提高，也为其以后的职业生涯奠定了一定的基础。

参考文献：

[1]沈 瑜，金 京，贾 妍，罗 声.“慧鱼”创意组合模型在机械类专业探究性教学中的应用探索[J].纺织服装教育，2017，32（1）：19-21.

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[4]文沛先，韩满林.慧鱼创新组合实验与培养学生研究性学习的能力[J].常州信息职业技术学院学报，2002，1（2）：70- 71.

项目资助情况：本项目为2017年湖南城市学院教研教改一般项目

立项文号：湘城院发【2017】120号，项目序号：20

作者简介：郭高峰（1985-），男，汉族，湖南城市学院机械与电气工程学院教师，硕士，研究方向：机械设计及其自动化。endprint