基于“慧魚模型”的工程綜合實踐課程教學(xué)改革探索

陸萍藍(lán)　張火明　王棟

摘 要 運用“慧魚模型”作為創(chuàng)新教育的教學(xué)模式，針對不同層次學(xué)生的不同學(xué)習(xí)特點和知識結(jié)構(gòu)，進(jìn)行多層次的教學(xué)，以達(dá)到對不同層次學(xué)生實施創(chuàng)新教學(xué)的目的。學(xué)生可以獨立完成了一個機(jī)電控制系統(tǒng)模型，解決了高校實驗器材的不足，并能有效提高學(xué)生的設(shè)計、創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 慧魚模型 創(chuàng)新教育 創(chuàng)新能力

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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

隨著高等教育的迅速發(fā)展，教育觀念和模式也發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。長期以來，我國高等教育存在著重視知識的傳授、輕視能力的培養(yǎng)，重視理論教學(xué)、輕視實踐環(huán)節(jié)的問題，學(xué)生滿足于死記硬背知識點和通過考試，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的獨立動手能力、綜合分析問題和解決問題的能力。[1]利用德國慧魚公司的大型工業(yè)模型作為開發(fā)機(jī)電創(chuàng)意實驗的教具，使學(xué)生了解機(jī)電設(shè)備的基本組成、控制方式和工作原理，可以大大提高學(xué)生的工程實踐能力、綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。[2]

我校開展的“工程綜合實踐”是一門跟工程實際應(yīng)用結(jié)合很緊密的技術(shù)綜合實踐課程，該課程注重對學(xué)生的工程綜合實踐能力和集成創(chuàng)新意識方面的培養(yǎng)。課程的任務(wù)是結(jié)合工業(yè)大系統(tǒng)實踐資源，為學(xué)生提供多層次、多模式的工程項目實際操作編程實現(xiàn)的機(jī)會，使學(xué)生熟悉以后工程項目研發(fā)的過程，體驗工程項目設(shè)計和實施的過程，通過這樣的方式吧專業(yè)理論知識應(yīng)用到實際工程，提高學(xué)生分析、解決實際問題的能力。

1 “工程綜合實踐”課程教學(xué)中存在的問題

我們針對現(xiàn)有的“工程綜合實踐”課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，闡述了以“慧魚模型”為教具開展“工程綜合實踐”課程教學(xué)的思想。由于受硬件條件、實踐場地、教師隊伍限制，目前的教學(xué)過程還存在著一些問題：

（1）課堂教學(xué)方法單一，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣缺乏?！肮こ叹C合實踐”課程涉及知識面廣，上課時理論教學(xué)課時少。大量的知識點，往往使學(xué)生聽得一頭霧水，做實驗時，實驗箱的電路連接是事先做好的，學(xué)生不清楚內(nèi)部具體的來龍去脈，似懂非懂， 不能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性， 課堂效率低。其次，上課過程中， 以驗證性實驗為主，學(xué)生按部就班做出實驗結(jié)果，具體怎么樣去控制執(zhí)行裝置，并不是很清楚，往往會缺乏探究的興趣，實際的收效甚微。

（2）學(xué)校教學(xué)資源緊缺，實驗設(shè)施缺乏。“工程綜合實踐”課程的實驗場地在工程訓(xùn)練中心機(jī)電綜合創(chuàng)新實驗室。實驗室里的實驗設(shè)備品種有限，實驗的臺套數(shù)有限，要想滿足不同專業(yè)學(xué)生，相同專業(yè)學(xué)生的分層次教學(xué)，實驗設(shè)施上存在較大的困難。

（3）以驗證性實驗為主。現(xiàn)在我們開設(shè)現(xiàn)行的“工程綜合實踐”課程中的實驗大部分是驗證性的實驗（如三條皮帶的控制實驗）。在做實驗的整個過程中，學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書上寫的參考程序和實驗步驟，按部就班地操作一遍。按照老師的思路去做，一路暢通無阻，實驗過程很順利，實驗結(jié)果很理想。但是在這個學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生只是按步驟將講過的內(nèi)容在電腦上編程在實物PLC上作了驗證而已，學(xué)生實際動腦的時候少，對相關(guān)的程序的設(shè)計思想體會不深。

（4）以教師為中心的被動授課模式。現(xiàn)在我們采用的上課方式是授課老師按照預(yù)先準(zhǔn)備好的PPT給認(rèn)知主體的學(xué)生傳授知識。其主要缺點是：在這個過程中，學(xué)生處于被動的、被灌輸?shù)牡匚?。有時候?qū)W生會覺得某部分知識不能理解，跟不上老師的思路。這樣的教學(xué)過程不利于學(xué)生展開豐富的想象，不利于培養(yǎng)學(xué)生從多角度、多方位對問題展開思考，不利于創(chuàng)新能力的提高和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

（5）學(xué)生的層次不同， 有些學(xué)生基礎(chǔ)好，有些學(xué)生基礎(chǔ)差。“工程綜合實踐課程”目前現(xiàn)有的實踐項目內(nèi)容（針對不同層次的學(xué)生）不夠豐富，由于上課學(xué)生較多，如何培養(yǎng)學(xué)生自主開展項目研究、實施的能力有待提高，教學(xué)組織不夠完善。endprint

2 “工程綜合實踐課程”實踐教學(xué)中引入“慧魚模型”后的特點

（1）學(xué)生的動手能力得到了提高，激發(fā)了對課程學(xué)習(xí)的興趣。興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)動力。教師在課堂上要營造一種寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境， 善于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。[3]學(xué)生在校實踐機(jī)會少，對機(jī)電設(shè)備缺少感性認(rèn)識，容易失去興趣。在慧魚組合模型里，主要是一些工程應(yīng)用中的實際模型，與現(xiàn)場實際結(jié)合較為緊密，如在萬能組合包中，有機(jī)械構(gòu)件、電氣構(gòu)件、傳感器、氣動構(gòu)件等模型，這些模型都是工程中的實例，能再現(xiàn)真實的工業(yè)中的設(shè)備或儀器。[4]學(xué)生通過查閱大量的資料，經(jīng)過自己的設(shè)計，再動手用慧魚構(gòu)件搭建實驗裝置，整個過程中根據(jù)實驗的想象不斷改進(jìn)模型，修改程序。經(jīng)過這樣的一個完整的過程，當(dāng)最終自己的設(shè)計得到了實現(xiàn)，程序成功調(diào)試出來，學(xué)生會有很高的成就感。

（2）引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題—思考問題—解決問題。在講課的過程中，隨著項目的進(jìn)展，學(xué)生會不斷地解決問題，獲得成就感。同時作為老師，會不斷地提出更高的要求，對于現(xiàn)有的裝置或控制方案提出問題，引導(dǎo)同學(xué)們?nèi)ニ伎紗栴}，想盡一切辦法去解決問題。在這個過程中，會應(yīng)用到之前某門課所學(xué)的相關(guān)知識。這樣也可以讓學(xué)生切實體驗到用科學(xué)知識解決實際問題的樂趣。

（3）利用“慧魚模型”進(jìn)行實踐教學(xué)?！盎埕~模型”的控制我們是采用西門子PLC來實現(xiàn)的。它的控制軟件和控制方式跟工廠里實際工程所需要的環(huán)境和控制的器件都非常相似。這為我們的學(xué)生以后從事工業(yè)工程自動化的設(shè)計提供了很好的模擬環(huán)境。在結(jié)構(gòu)上，可以利用慧魚組合模型組合出自己所設(shè)計的模型，實現(xiàn)了理論和實踐的結(jié)合，提高了學(xué)生的動手能力。我們可以采用PLC程序控制慧魚機(jī)構(gòu)外，也可以采用單片機(jī)程序控制，C語言編程，組態(tài)軟件控制等等，來來控制機(jī)構(gòu)的運動。

（4）增加學(xué)生創(chuàng)新性設(shè)計思維。在基于“慧魚模型”的“工程綜合實踐”課程實驗中，學(xué)生一開始的時候可以根據(jù)慧魚教具所提供的樣本模型學(xué)習(xí)模型的搭建技巧，經(jīng)過一段時間熟悉以后，可以自創(chuàng)或者參看其它書籍，根據(jù)自己的設(shè)想進(jìn)行自主設(shè)計，創(chuàng)造出更加優(yōu)秀的作品來。創(chuàng)新實驗項目的實施是一個復(fù)雜的過程，包括實驗項目的發(fā)布、組隊、理論設(shè)計、模型制作、電路設(shè)計、程序設(shè)計和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)幾個方面，其大致過程如圖1所示。

學(xué)生利用“慧魚模型”學(xué)習(xí)掌握了電路硬件接線，PLC的程序編制和調(diào)試，學(xué)習(xí)了一個系統(tǒng)工程的制作過程，對于今后從事實際的工程設(shè)計提供了極大的幫助。

3 利用“慧魚模型”設(shè)計四層電梯模型控制系統(tǒng)

畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校期間一次重要的實踐環(huán)節(jié)。對于一部分對“工程綜合實踐”課程較感興趣的同學(xué)可以選擇這方面的課題展開研究，以完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。圖2，3是一位機(jī)電的學(xué)生做的畢業(yè)設(shè)計——《基于PLC的四層電梯模型控制系統(tǒng)設(shè)計》，圖2是慧魚構(gòu)件搭建四層電梯模型，圖3是四層電梯的組態(tài)界面。通過該設(shè)計制作過程，學(xué)生學(xué)習(xí)了一個系統(tǒng)工程的制作過程，對今后從事實際的工程設(shè)計提供了極大的幫助。

4 結(jié)論

在“工程綜合實踐”課程中，通過組裝模型與接線、編寫程序、調(diào)試模型的過程中學(xué)生可以獨立完成了一個機(jī)電控制系統(tǒng)模型，解決了高校實驗器材的不足，并能有效提高學(xué)生的設(shè)計、創(chuàng)新能力。

教改項目：基于“慧魚模型”的“工程綜合實踐”課程教學(xué)改革探索研究（HEX2016036）

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡理，郭魯家.“慧魚”模型在本科教學(xué)中的多層次應(yīng)用[J].實驗室研究與探索，2004.23（7）：81-83.

[2] 付順玲，宋彥.機(jī)電創(chuàng)意實驗的探索與實踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011.31：114.

[3] 程雨梅.改進(jìn)液壓傳動課教學(xué)方法培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].長春大學(xué)學(xué)報，2007.17（4）：84-86.

[4] 騰敏君.慧魚組合模型在機(jī)械課程實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技促進(jìn)發(fā)展，2011.6：88-90.endprint