沈 瑜，金 京，賈 妍，羅 聲

(西安工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，陜西 西安 710048)

“慧魚”創(chuàng)意組合模型在機(jī)械類專業(yè)探究性教學(xué)中的應(yīng)用探索

沈 瑜，金 京，賈 妍，羅 聲

(西安工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，陜西 西安 710048)

將“慧魚”創(chuàng)意組合模型應(yīng)用于機(jī)械類專業(yè)探究性教學(xué)活動(dòng)，理論聯(lián)系實(shí)際，以興趣為導(dǎo)向，以專業(yè)為根本，以創(chuàng)新為動(dòng)力，分層次、系統(tǒng)化地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，使學(xué)校培養(yǎng)的人才能滿足現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。

機(jī)械類專業(yè)；探究性教學(xué)；“慧魚”創(chuàng)意組合模型；教學(xué)改革

機(jī)械學(xué)科是以自然科學(xué)和技術(shù)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，研究和解決機(jī)械相關(guān)的理論和實(shí)際應(yīng)用的學(xué)科，具有很強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性。因此，如何提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)、分析以及實(shí)踐創(chuàng)新能力，是機(jī)械類專業(yè)教學(xué)中亟需解決的問題。“慧魚”創(chuàng)意組合模型涵蓋機(jī)械、電子、控制、機(jī)器人等領(lǐng)域，集教具和仿真模型于一體，通過學(xué)生創(chuàng)意設(shè)計(jì)、動(dòng)手裝配，再配上計(jì)算機(jī)接口及軟件，可廣泛應(yīng)用于不同專業(yè)的研究性工程實(shí)踐和創(chuàng)新活動(dòng)[1]。將“慧魚”創(chuàng)意組合模型應(yīng)用于機(jī)械類專業(yè)教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生有一個(gè)自由發(fā)揮的空間，可以提高學(xué)生的研究性思維、創(chuàng)新精神，并且分層次地培養(yǎng)不同學(xué)生的實(shí)踐能力，為學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)提供了很好的條件。

我校(西安工程大學(xué))機(jī)電學(xué)院在引進(jìn)“慧魚”創(chuàng)意組合模型后，結(jié)合學(xué)校不同學(xué)院、不同專業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)“慧魚”創(chuàng)意組合模型的有效利用進(jìn)行了嘗試，以興趣為導(dǎo)向，以專業(yè)為根本，以創(chuàng)新為動(dòng)力，分層次、系統(tǒng)化地開展學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)[2]，取得了一定的成效。

一、 探究性教學(xué)活動(dòng)的要求和特點(diǎn)

隨著科技的飛速發(fā)展、經(jīng)濟(jì)全球化以及“互聯(lián)網(wǎng)+”模式在制造業(yè)的深度滲透，機(jī)械行業(yè)對(duì)從業(yè)者提出了越來越高的要求。機(jī)械類從業(yè)者不僅要具備機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，而且要能夠?qū)C(jī)械、電子、控制、信息技術(shù)等知識(shí)靈活運(yùn)用，還要具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力和各種實(shí)際技能。

探究性學(xué)習(xí)是以培養(yǎng)學(xué)生具有永不滿足、追求卓越的態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的能力為基本目標(biāo)，以學(xué)生從學(xué)習(xí)和社會(huì)生活中獲得的各種課題或項(xiàng)目設(shè)計(jì)、作品設(shè)計(jì)與制作等為基本的學(xué)習(xí)載體，在提出問題和解決問題的過程中學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，獲得豐富且多方面的體驗(yàn)和科學(xué)文化知識(shí)為基本內(nèi)容。探究性學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒃O(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力以及團(tuán)隊(duì)合作精神等，是一種培養(yǎng)綜合能力的有效方法?！盎埕~”創(chuàng)意組合模型應(yīng)用于機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)，不僅能使學(xué)生獲得很強(qiáng)的工程感性認(rèn)識(shí)，也能使他們發(fā)揮無限的想象力和創(chuàng)造力。

二、 基于項(xiàng)目研究的“慧魚”創(chuàng)意組合模型的應(yīng)用

基于項(xiàng)目的探究性教學(xué)將綜合實(shí)訓(xùn)與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，可以增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力，以及與教師之間的互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)械工程的綜合創(chuàng)新意識(shí)，也為以后的科學(xué)研究打下一定的基礎(chǔ)。 在活動(dòng)過程中，學(xué)生根據(jù)工程實(shí)際、競(jìng)賽主題或課程要求自主選擇項(xiàng)目，成立活動(dòng)小組，通過探究性學(xué)習(xí)，最終以論文的方式提交學(xué)習(xí)報(bào)告。

1． 專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)

在本科教學(xué)中，專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)是首要任務(wù)，理論知識(shí)與實(shí)踐的結(jié)合尤為重要。為了提高學(xué)生的專業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，我校機(jī)電學(xué)院在教學(xué)中積極開展創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。以“慧魚”創(chuàng)意組合模型為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以實(shí)際工程和應(yīng)用為目標(biāo)，以小組活動(dòng)為模式，給學(xué)生最大的想象空間，讓學(xué)生自己擬定項(xiàng)目、設(shè)計(jì)方案并付諸實(shí)施，充分發(fā)揮團(tuán)隊(duì)合作精神，最后通過提交作品和項(xiàng)目答辯的形式檢查實(shí)踐效果。

對(duì)于機(jī)械類專業(yè)低年級(jí)學(xué)生或者剛開始學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的學(xué)生來說，由于缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而理論知識(shí)又比較抽象難懂，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了一定的困難[3]。為此可以先從興趣入手，運(yùn)用“慧魚”創(chuàng)意組合模型完成各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)模型的搭建,如裝運(yùn)車、牛頭刨床主傳動(dòng)、自動(dòng)裝訂機(jī)等常見機(jī)械。通過最初的模仿搭建熟悉機(jī)械中常見的連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)等，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的構(gòu)成和運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的認(rèn)知, 鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。學(xué)生對(duì)“慧魚”創(chuàng)意組合模型有了基本的認(rèn)知后，在后續(xù)的學(xué)習(xí)中就可以項(xiàng)目形式開展活動(dòng)。

例如，在“機(jī)械原理”課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生利用“慧魚”創(chuàng)意組合模型模擬實(shí)現(xiàn)了牛頭刨床、插齒機(jī)、鉆床等一些典型加工機(jī)械的功能。插齒機(jī)是一種常見的專門用于加工齒輪的機(jī)械，傳統(tǒng)的插齒機(jī)是由一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、多種運(yùn)動(dòng)合成的機(jī)械，在搭建中學(xué)生發(fā)現(xiàn)了一系列問題，如“慧魚”創(chuàng)意組合模型中電機(jī)的功率偏小，承載負(fù)荷能力差，由于模型零件的限制導(dǎo)致傳動(dòng)比分配誤差較大等，因此要準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)插齒機(jī)的功能存在困難。在實(shí)踐探索中，有學(xué)生提出了新的方案，即改用多電機(jī)分路控制。經(jīng)過多次實(shí)踐，最終的插齒機(jī)設(shè)計(jì)采用了3臺(tái)電機(jī)，分別用于驅(qū)動(dòng)齒輪插刀上下運(yùn)動(dòng)、讓刀運(yùn)動(dòng)和工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，既解決了電機(jī)功率不足問題，又解決了傳動(dòng)比分配不合適問題，還較好地實(shí)現(xiàn)了插齒機(jī)工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)配合。同時(shí)，學(xué)生還巧妙地在鏈傳動(dòng)中使用彈簧裝置，實(shí)現(xiàn)鏈傳動(dòng)中的自動(dòng)張緊。采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生對(duì)不同種類電機(jī)及其控制方式有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，也提高了學(xué)生的電氣設(shè)計(jì)及控制方面的能力。在“機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生將機(jī)械、傳感器、控制等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了搬運(yùn)機(jī)、車庫門自動(dòng)控制裝置等的模擬。

通過“慧魚”創(chuàng)意組合模型在課程教學(xué)以及課外活動(dòng)中的應(yīng)用，學(xué)生對(duì)機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)中的常用機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)的組合創(chuàng)新、傳感器知識(shí)、控制理論等有了深入的感性認(rèn)識(shí)，使他們能夠?qū)⒗碚撝R(shí)用于工程實(shí)際，創(chuàng)新組合，靈活運(yùn)用。這樣的教學(xué)改變了以往課堂教學(xué)的枯燥、乏味，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)了課本學(xué)習(xí)向探究、設(shè)計(jì)、實(shí)踐型學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)[2]。

2. 競(jìng)賽活動(dòng)

目前，各種各樣的大學(xué)生競(jìng)賽活動(dòng)越來越多。全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽是機(jī)械類專業(yè)一項(xiàng)非常重要的賽事，其中就設(shè)立了“慧魚”專項(xiàng)比賽，這項(xiàng)比賽成為學(xué)生積極參與“慧魚”活動(dòng)小組的動(dòng)力。

學(xué)生參賽采取自愿報(bào)名、自主組隊(duì)、雙向選擇、分階段進(jìn)行的方式。在第一階段，學(xué)生集思廣益、充分調(diào)研，發(fā)現(xiàn)實(shí)際機(jī)械應(yīng)用中的一些不足，確定新穎切題且適合“慧魚”創(chuàng)意組合模型特點(diǎn)的題目，組隊(duì)報(bào)名。第二階段，通過初評(píng)的項(xiàng)目小組學(xué)生開展討論，設(shè)計(jì)并初定制作方案，用繪圖、動(dòng)畫等展示方案和創(chuàng)意，再經(jīng)過學(xué)校機(jī)械創(chuàng)新大賽評(píng)審組的選拔、答辯，選出具有代表性、創(chuàng)新性的題目。第三階段，穩(wěn)定項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，確定參賽指導(dǎo)教師，深入研究“慧魚”創(chuàng)意組合模型并模擬制作，通過制作對(duì)方案進(jìn)一步修改、優(yōu)化。在制作過程中要重視機(jī)、電、光一體化應(yīng)用，編程實(shí)現(xiàn)控制，對(duì)作品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、修正完善等。最后一個(gè)階段，繪制相關(guān)圖紙，撰寫研究報(bào)告、作品說明書，制作答辯PPT等，提交競(jìng)賽組委會(huì)。

實(shí)踐表明，經(jīng)過“慧魚”創(chuàng)意組合模型實(shí)踐鍛煉的學(xué)生往往表現(xiàn)突出。近年來，我校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)作了許多有競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)秀作品，在全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽中，第一次選送參加“慧魚”組比賽的2件作品分別獲得了一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)。學(xué)生在參賽過程中自主學(xué)習(xí)、研究，實(shí)踐能力大大提高，同時(shí)開闊了視野，鍛煉了團(tuán)隊(duì)合作精神和組織能力。

此外，結(jié)合我校專業(yè)特點(diǎn)，學(xué)生用“慧魚”創(chuàng)意組合模型模擬實(shí)現(xiàn)了紡織生產(chǎn)、服裝加工工藝過程，參加了有關(guān)行業(yè)競(jìng)賽，取得了良好成績(jī)。特別是“慧魚”創(chuàng)意組合模型在服裝柔性加工生產(chǎn)中的應(yīng)用，引起了相關(guān)企業(yè)的興趣，并希望能夠用“慧魚”創(chuàng)意組合模型對(duì)服裝加工流水線設(shè)備及工藝改良作進(jìn)一步的驗(yàn)證。

3. 綜合性實(shí)踐教學(xué)

由于條件的限制，過去有些實(shí)踐性較強(qiáng)科目的課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)只能停留在“紙上談兵”的階段，無法確知能否圓滿地完成任務(wù)?，F(xiàn)在采用“慧魚”創(chuàng)意組合模型，學(xué)生可以利用基礎(chǔ)模型、聲光電等傳感器、控制模塊等，對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)。如五層電梯的控制、服裝吊掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，在這些課題中，由于專業(yè)知識(shí)逐漸豐富，項(xiàng)目的復(fù)雜性及難度不斷增加，控制方法也越來越多，有的學(xué)生采用“慧魚”創(chuàng)意組合模型提供的控制板接口，還有的學(xué)生將“慧魚”創(chuàng)意組合模型與PLC(可編程邏輯控制器)相結(jié)合。在高層建筑的電梯控制項(xiàng)目中，學(xué)生用“慧魚”創(chuàng)意組合模型搭建了雙坑道四層電梯模型，其中每層設(shè)有電梯移動(dòng)門、聯(lián)合呼叫按鈕、轎廂位置信號(hào)，轎廂內(nèi)設(shè)有樓層選擇按鍵、報(bào)警按鍵等，并采用了PLC控制，對(duì)雙電梯實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合控制。通過這些項(xiàng)目的實(shí)踐，學(xué)生學(xué)會(huì)了學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，獲益匪淺。

為了提高學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)，我校機(jī)電學(xué)院在教學(xué)中還開展了“創(chuàng)新實(shí)踐周”活動(dòng)，開放“慧魚”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，為研究生提供“慧魚”創(chuàng)意組合模型，最大限度地為學(xué)生提供便利。通過這些實(shí)踐活動(dòng)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)由理論知識(shí)學(xué)習(xí)向研究探索、綜合應(yīng)用、設(shè)計(jì)創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變；同時(shí)在活動(dòng)中教師只起答疑及指導(dǎo)作用，真正做到了以學(xué)生為主體的教學(xué)。

三、 結(jié)語

自引入“慧魚”創(chuàng)意組合模型以來，我校機(jī)電學(xué)院在教學(xué)中充分發(fā)揮該模型的作用，打破常規(guī)，分階段、分層次地進(jìn)行了一系列教學(xué)改革。學(xué)生對(duì)于這種有“實(shí)體”的研究型教學(xué)方法表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的好奇心，反映良好，積極參與。首先，將“慧魚”創(chuàng)意組合模型運(yùn)用到基礎(chǔ)課程教學(xué)中，使學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的工程應(yīng)用有了感性認(rèn)識(shí)，提高了學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力；其次，將“慧魚”創(chuàng)意組合模型運(yùn)用到學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)中，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作，不僅吸引了機(jī)械類專業(yè)學(xué)生，也吸引了其他院系的學(xué)生加入，形成了知識(shí)的相互滲透融合；再次，將“慧魚”創(chuàng)意組合模型運(yùn)用到綜合實(shí)踐活動(dòng)中，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使他們更好地將理論知識(shí)融會(huì)貫通。將“慧魚”創(chuàng)意組合模型應(yīng)用于機(jī)械類專業(yè)的探究性教學(xué)中，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，大大提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，也為其以后的職業(yè)生涯奠定了一定的基礎(chǔ)。

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(責(zé)任編輯：姚時(shí)斌)

沈 瑜(1973—),女，陜西西安人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)。E-mail:sheny5023@163.com

G642.0

A

2095-3860(2017)01-0019-03

2015 年度廣東省高等職業(yè)教育質(zhì)量工程項(xiàng)目之教育教學(xué)改革項(xiàng)目(GDJG2015150)；廣東省高等職業(yè)教育外語教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)2015年教學(xué)改革課題(粵高職外語教指委〔2015〕03號(hào))；“紡織之光”中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)職業(yè)教育教學(xué)改革項(xiàng)目(中紡聯(lián)函〔2015〕175號(hào))；2014年度廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院教育教學(xué)成果獎(jiǎng)培育項(xiàng)目(粵職院教〔2015〕18號(hào))；高等職業(yè)技術(shù)教育研究會(huì)“十二五”規(guī)劃課題(GZYLX2015013)；2015年度廣東省高職教育質(zhì)量工程項(xiàng)目之大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目(粵教高函〔2016〕135號(hào))；廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院2014—2016“創(chuàng)新強(qiáng)?！苯虒W(xué)改革項(xiàng)目(2014033)；2016年廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院首屆大學(xué)生創(chuàng)新中心科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(KJCX201607)