基于慧魚模型的教學(xué)模式在“萬眾創(chuàng)新”背景下的發(fā)展

張育林馬 鑫王 晶王 娜

1.西安交通大學(xué)工程坊 陜西西安 710049 2.西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 陜西西安 710049

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基于慧魚模型的教學(xué)模式在“萬眾創(chuàng)新”背景下的發(fā)展

張育林1馬 鑫2王 晶1王 娜1

1.西安交通大學(xué)工程坊 陜西西安 710049 2.西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 陜西西安 710049

摘 要：“萬眾創(chuàng)新”的局面在為大學(xué)生提供機(jī)會的同時(shí)也對其創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力提出了更高的要求，而基于慧魚模型的教學(xué)模式能夠較好地幫助大學(xué)生提高這些能力，經(jīng)過7年的教學(xué)實(shí)踐，這一模式已經(jīng)取得了一系列成果并且仍有較大的發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：慧魚創(chuàng)意組合模型；大學(xué)教學(xué)；萬眾創(chuàng)新；大學(xué)生

自李克強(qiáng)總理于2014年在夏季達(dá)沃斯論壇上提出“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”以來，“雙創(chuàng)”在全國引起了廣泛關(guān)注，在后續(xù)的落實(shí)過程中，政府出臺了一系列與之相關(guān)的政策［1］，這為大學(xué)生創(chuàng)新或創(chuàng)業(yè)提供了良好的政策環(huán)境。擁有豐富知識儲備的大學(xué)生在“萬眾創(chuàng)新”中擁有自己的優(yōu)勢，但是我國的高等教育仍然存在著重理論輕實(shí)踐的問題，并且由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量和種類的限制，學(xué)生基本只能按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的步驟完成實(shí)驗(yàn)，很難發(fā)揮提高學(xué)生的創(chuàng)造能力［2］，所以學(xué)生在動手和創(chuàng)新能力方面仍然不足，作為教育工作者，我們應(yīng)該補(bǔ)足大學(xué)教育在這方面的短板，在大學(xué)階段幫助學(xué)生提高這些能力，為學(xué)生在校或者畢業(yè)后的創(chuàng)新或創(chuàng)業(yè)打好這方面的基礎(chǔ)。

意識到這一問題，我校在國內(nèi)較早引入了“慧魚”創(chuàng)意組合模型并在工程坊建立了慧魚創(chuàng)意組合模型隊(duì)以幫助學(xué)生增強(qiáng)創(chuàng)新意識，提高動手和創(chuàng)新能力，彌補(bǔ)高等教育中的短板，在7年的發(fā)展過程中也取得了一系列成果。

1 “慧魚”創(chuàng)意組合模型特點(diǎn)和優(yōu)勢

“慧魚”創(chuàng)意組合模型是由德國發(fā)明家Artur Fischer博士于1964年發(fā)明的，主要部件采用優(yōu)質(zhì)尼龍塑膠制造，尺寸精確，不易磨損，可以保證反復(fù)拆裝的同時(shí)不影響模型結(jié)合的精確度。其主要有創(chuàng)意組合包、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、汽車技術(shù)、能源技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域，利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基本構(gòu)件（機(jī)械元件/電氣元件/氣動元件），輔以傳感器、控制器、執(zhí)行器和軟件，幾乎可以實(shí)現(xiàn)任何技術(shù)過程的還原，更可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和大型機(jī)械設(shè)備操作的模擬，從而為實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研創(chuàng)新和生產(chǎn)流水線進(jìn)行可行性論證提供幫助，世界知名的德國西門子、德國寶馬、美國IBM等一大批著名公司都采用慧魚模型來論證生產(chǎn)流水線［3］。

學(xué)生通過使用學(xué)校提供的“慧魚”模型，可以方便快速地實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意，并且學(xué)生基本不需要承擔(dān)任何經(jīng)濟(jì)壓力，這有效地降低了創(chuàng)新的門檻，使更多有想法的學(xué)生參與到創(chuàng)新中來。

2 教學(xué)實(shí)踐

2.1 慧魚創(chuàng)意組合模型隊(duì)

我校工程坊慧魚創(chuàng)意組合模型隊(duì)成立于2009年，主要以“慧魚”創(chuàng)意組合模型為基礎(chǔ)對學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)?；顒雨?duì)實(shí)行指導(dǎo)教師指導(dǎo)，學(xué)生自主管理的管理模式，學(xué)生經(jīng)過討論后自主制定活動計(jì)劃，確定技術(shù)比賽和工程項(xiàng)目訓(xùn)練的題目，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，盡量滿足學(xué)生的需求，并且活動隊(duì)定期開展技術(shù)交流，項(xiàng)目答辯，并邀請有經(jīng)驗(yàn)的老隊(duì)員和老師進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)。通過這些措施，活動隊(duì)幫助學(xué)生打好基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新能力。

至今，約有300名學(xué)生在慧魚隊(duì)進(jìn)行過學(xué)習(xí)，并取得了一定的成績。在這一科技活動隊(duì)中，經(jīng)過師生的不斷探索，已初步形成了將技術(shù)培訓(xùn)，技術(shù)比賽，工程項(xiàng)目訓(xùn)練和參加國家級大學(xué)生比賽等內(nèi)容結(jié)合的活動形式，來自機(jī)械、能動、電氣、力學(xué)等專業(yè)的學(xué)生在老師和老隊(duì)員的指導(dǎo)下自由合作交流，組成項(xiàng)目小組來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意。在兩次全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中共獲得全國一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，全國二等獎(jiǎng)4項(xiàng)，慧魚賽區(qū)一等獎(jiǎng)5項(xiàng)，并且承擔(dān)大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目3項(xiàng)，獲得已授權(quán)專利4項(xiàng)。

2.2 優(yōu)秀創(chuàng)意作品

在該活動隊(duì)涌現(xiàn)出一批具有一定市場前景的創(chuàng)意作品，如圖1所示為“秦腔木偶”，其將傳統(tǒng)戲曲藝術(shù)和現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行了融合，將戲曲中關(guān)羽和張飛用現(xiàn)代科技打造成了自動化控制的提線木偶，從而打造出一款家用的娛樂機(jī)器人，可以進(jìn)行戲曲表演，用戶手動表演等功能，該作品也獲得了第五屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)，并獲得了評委和觀眾的廣泛好評。

圖1 秦腔木偶實(shí)物圖

圖2所示為“家庭小伴侶”，其為一款家庭多用途機(jī)器人，其配有超聲波傳感器，顏色傳感器，太陽能電池板，履帶式底盤，氣動機(jī)構(gòu)等，可以實(shí)現(xiàn)垃圾清理，服裝整理，輔助閱讀，自主充電和清潔等功能，是一款功能較為綜合并且比較實(shí)用的機(jī)器人，該作品也在第五屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中獲得二等獎(jiǎng)。

圖2 家庭小伴侶主視及左視圖

該活動隊(duì)隊(duì)員還依托“慧魚”創(chuàng)意組合模型設(shè)計(jì)制作了面向廣大創(chuàng)客的“創(chuàng)客桌”，如圖3所示為其機(jī)電設(shè)計(jì)功能部分?！皠?chuàng)客桌”搭載有專門設(shè)計(jì)的控制開發(fā)平臺，該平臺包括單片機(jī)控制模塊，驅(qū)動模塊，傳感器模塊，輸入和顯示模塊，USB通信模塊等，功能較為齊全，并且“創(chuàng)客桌”發(fā)揮了“慧魚”創(chuàng)意組合模型零件種類齊全，裝配和修改方便，可以多次使用的優(yōu)勢，進(jìn)而方便了創(chuàng)客們設(shè)計(jì)搭建并調(diào)試機(jī)電系統(tǒng)，從而進(jìn)行產(chǎn)品原型的開發(fā)。

圖3 創(chuàng)客桌機(jī)電設(shè)計(jì)功能模塊圖

3 基于慧魚的教學(xué)模式的進(jìn)一步發(fā)展

3.1 科學(xué)劃分層次 擴(kuò)大覆蓋規(guī)模

繼續(xù)完善教學(xué)模式，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)和個(gè)人情況科學(xué)劃分層次，為之匹配合適的培養(yǎng)計(jì)劃；擴(kuò)大該教學(xué)模式覆蓋的規(guī)模，建立更廣闊的平臺，促進(jìn)工科各學(xué)科學(xué)生交流，理工科學(xué)生交流合作，甚至將該范圍擴(kuò)展至文科等專業(yè)，從而幫助學(xué)生提高綜合素質(zhì)，為學(xué)生的創(chuàng)新提供更多幫助，并且為學(xué)生以后的創(chuàng)業(yè)打下基礎(chǔ)。

3.2 慧魚與非慧魚組件結(jié)合

近年來，各高校對“慧魚”創(chuàng)意組合模型的應(yīng)用和研究水平不斷提高，已經(jīng)有基于Internet進(jìn)行慧魚試驗(yàn)的方式出現(xiàn)［4］，應(yīng)用非圖形化編程語言進(jìn)行模型控制等的研究［5］，我校也在積極進(jìn)行這方面探索以幫助學(xué)生更好地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意，如將3D打印技術(shù)應(yīng)用于“慧魚”模型搭建，將工業(yè)中多種常用的傳感器應(yīng)用于模型等，這一方法較好地解決的“慧魚”模型零件尺寸和種類固定帶來的不便，以及其傳感器種類較少而造成的功能限制的問題。

3.3 與工程實(shí)際相結(jié)合

學(xué)生學(xué)習(xí)與工程實(shí)際結(jié)合較少一直是大學(xué)教育的短板之一，“慧魚”模型作為一種能夠較為方便地模擬論證工程實(shí)際問題的模型在解決這一問題上有著較大的優(yōu)勢，教師和學(xué)生可以尋找合適的問題并使用該模型進(jìn)行模擬，從而幫助學(xué)生在大學(xué)階段就能夠與工程實(shí)際緊密結(jié)合，提高工程素養(yǎng)，做出符合工程實(shí)際的創(chuàng)新。

4 結(jié)束語

現(xiàn)在我們面臨著“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的良好機(jī)遇，政府也出臺了對應(yīng)的政策進(jìn)行大力支持。我們應(yīng)該幫助學(xué)生在大學(xué)階段就培養(yǎng)起很好的創(chuàng)新意識和能力，使大學(xué)生發(fā)揮好自己的優(yōu)勢。通過進(jìn)一步發(fā)展基于“慧魚”模型的教學(xué)模式，能夠幫助更多學(xué)生享受更為科學(xué)完善的高等教育，利用“慧魚”創(chuàng)意組合模型這一很好的工具幫助學(xué)生在校內(nèi)或者校外更好地實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意，進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，抓住這一良好的機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)

［1］杜剛，李亞光.“大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新”背景下高校創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)模式研究［J］.時(shí)代金融，2015（5）:174-175.

［2］肖曉萍，廖青.“慧魚”教具在大學(xué)生創(chuàng)新教育中的探索性研究［J］.西南科技大學(xué):高教研究，2006（2）:36-37.

［3］曲凌.慧魚創(chuàng)意機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)踐教程［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，2007.

［4］李育良，王曉平，陸劍鋒.基于Internet的慧魚模型遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究與開發(fā)［J］.機(jī)電一體化，2010（1）:40-41.

［5］申?duì)D.應(yīng)用VB6.0實(shí)現(xiàn)對慧魚機(jī)器人的控制［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2007，36（1）:67-68.

The Development of the Fischertechnik-based Teaching Model in the Mass Innovation Background

Zhang Yulin， Ma Xin， Wang Jing， Wang Na
1. Engineering Workshop， Xi'an Jiaotong University， Xi'an， 710049， China 2.School of Mechanical Engineering， Xi'an Jiaotong University， Xi'an， 710049， China

Abstract:The Mass Innovation situation provides many opportunities for college students while makes higher requirements about their innovation and practical ability at the same time.The Fischertechnik-based teaching model is able to help students improve these abilities. After seven years of teaching practices， this teaching model has made a series of achievements and there is still much room for development.

Key words:fschertechnik； university teaching； mass innovation； college students

收稿日期：2015-11-17

作者簡介：張育林，碩士，講師。馬鑫，在讀本科生。王晶，碩士，教授，主任。王娜，博士，講師。

基金項(xiàng)目：西安交通大學(xué)本科教學(xué)改革專題研究項(xiàng)目。