论慧鱼模型对机电类大学生能力培养的作用

单玉霞 许 蔷

南京林业大学 江苏南京 210037

目前，由于受传统教育的长期影响，我国大学教育存在着灌输知识、忽视对学生能力培养的弊端。加之近年来扩招的影响，学生人数激增，受教学条件和经费的限制，此问题显得愈发突出，致使在许多大学生中出现了高分低能和低分低能的现象。这导致的直接后果就是学生无法快速适应未来的实际工作，更谈不上创新工作的开展。显然，这对于我国实现由制造大国向制造强国的转变是极为不利的，严重影响着我国向创新型国家转变的进程。

怎样培养学生独立分析和解决问题的能力呢？我国著名教育家刘道玉认为，最重要的是，必须大力进行教学改革，要把培养学生的能力放在首位。他认为，至少应当采取3个措施：一是改革旧的教学大纲，删繁就简，设置有实用价值的新课；二是增加实验课、实践课；三是改革灌输式的教学方法，实施启发式和案例教学。从而把大学生从“三中心”(即以课堂为中心，以书本为中心，以教师为中心)的束缚中解放出来，充分发挥他们学习的主动性、积极性和创造性[1]。

我校是以林科为特色，以理、工、农、文、管、经、哲、法、艺等多学科协调发展的综合性大学，现有全日制学生3万余人，其中机电类学生约3 000人。机电专业是集机械、电子、信息、传感器等技术为一体的综合学科，技术含量高，应用性强，尤其需要加强学生实践动手和创新能力方面的培养。为此，我校于2011年选购了德国原装生产的慧鱼模型教具。

1 慧鱼模型简介

慧鱼创意组合模型(fischertechnik)诞生于德国，是技术含量较高的工程技术类智趣拼装模型，其主要零部件采用优质尼龙塑胶制造，可以反复拆装；其构件具有工业燕尾槽设计，六面都可拼接，可实现各种形式的组合和扩充。慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车、能源和机器人技术等领域，利用工业标准的基本构件(机械元件、电气元件、气动元件)，辅以传感器、控制器、执行器和软件，可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，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，德国西门子、德国宝马、美国IBM等一大批世界著名公司都采用慧鱼模型来论证生产流水线[2]。

2 慧鱼模型在课堂教学和实践活动中的应用

2.1 在课堂教学中的应用

机电类学生在大三之前主要学习的是专业基础课，尤其是机械制图、机械原理、机械设计等课程的学习和掌握需要一定的空间想象和空间思维能力，传统的教学模型一般比较笨重，不方便教师携带；即使携带，也只能是单一的零件或机构，无法体现零件或机构在整个机器中的应用和功能，因而无法做到理论与实践的统一。慧鱼模型的组合包包括所有常用的机械零件，体积小，重量轻，携带方便，不仅可以实现各种常用机构的运动，给学生直观地演示各种机构的运动原理，加深学生的感性认识，而且可以搭建各种典型机器，展示机器的工作原理，体现各种零件和机构在机器中的应用，将理论与实际联系起来，这样不仅能增加课堂教学的趣味性，而且能做到活学活用。此外，教师还可以对慧鱼模型进行创意性开发，搭建各种机电一体化工业模型，结合相应的知识进行讲解，锻炼学生对于机械、电子、控制、传感器技术和计算机技术等多方面知识的综合应用能力。

2.2 在实践教学环节中的应用

为了使理论联系实际，机电专业都设置有机械原理、机械设计课程和课外作业等实践教学环节，传统的做法一般是教师布置题目，方案、原理和数据也由教师给出，学生只需按部就班计算、画图即可；由于学生人数多，多名学生乃至全班学生做相同题目的现象屡见不鲜，这造成的后果是学生积极性不高，抄袭现象严重，无法达到预期的效果；更严重的后果在于学生缺乏独立思考、独立分析和解决问题能力的训练，创新能力得不到培养，不能为后续的实践环节打下良好的基础，更无法胜任将来的实际工作。本学期，我们利用慧鱼组合模型，对原有的课程设计模式进行试点改革。由5名学生组成一个设计小组，结合某个主题，让他们自己选定题目，自己拟定方案和工作原理，然后利用慧鱼模型搭建实物和编制程序，最后完成设计制图和设计说明书。从试点的效果来看，这样的课程设计方式很受学生欢迎，极大地调动了学生的设计热情和创新热情。在方案实施过程中，难免遇到各种困难，这些困难也主要由学生自行解决。实践证明，这样一种开放性的、以学生为主体的实践教学模式，激活了学生内在的原动力，调动了他们的主观能动性、自觉性和积极性，发挥了他们的创造力和想象力，培养了学生分析问题和解决问题的能力。

2.3 在课外机械创新实践中的应用

2.3.1 在课外科技活动中的应用

为了丰富学生的课余生活，引导学生结合所学知识进行科技创新，我院成立了力学、CAD、机械设计和电学等创新协会，建立了机械创新实验室，开展了丰富多彩的课外科技活动，并鼓励大学生积极参加各种学科竞赛，参加“大学生实践创新训练计划”“大学生实验室创新项目”“大学生科技创新项目”等。慧鱼构件所采用的材料，坚固而有韧性，经久耐用，可以反复拆装；慧鱼构件种类丰富，可以满足各种专业、技术的需求，慧鱼创意组合模型作为一种开放性的载体，为我院学生参加各种科技创新活动提供了强有力的物质保障。

2.3.2 在全国机械创新设计大赛中的应用

为引导高校在教学过程中注重学生创新能力和动手能力的培养，加强学生工程实践训练，提高学生机械设计和制作的实际能力，教育部高等教育司组成了以杨叔子和艾兴院士为首的全国大学生机械创新设计大赛组委会，组织开展大学生机械创新设计大赛，每两年一届，今年是第五届。我校是第三次组织学生参赛，通过参加机械创新设计大赛，不仅丰富了学生的课外生活，而且也提高了他们的专业素质，锻炼了他们各方面的能力。目前，全国机械创新设计大赛分为实物和慧鱼两个组别，分别进行比赛。本届比赛我校有10件作品参加了江苏省大学生机械创新设计大赛实物组比赛，其中3件作品获得江苏省一等奖，7件作品获得二等奖，2件作品获得全国二等奖。在实物作品设计的初期，各种方案和原理尚不明确和清晰，这时可以利用慧鱼模型来验证各种方案和设想，经过反复实践和修改，最终获得一个可行性方案，然后再进行实物制作。这样不仅节约时间，还避免了实物加工的浪费，降低了参赛成本。本届比赛，我校有4件作品参加了全国机械创新设计大赛慧鱼组的比赛，其中“新型智能窗”作品获得一等奖。该作品集机械、机构、控制器和各种传感器于一体，既可平开又能推拉，通过编程可以实现多种情况下推拉窗的自动启闭。

3 慧鱼模型对大学生能力培养的作用

3.1 对大学生创新能力的培养

建设创新型国家，需要创新人才。大学生是国家的栋梁之才，他们创新能力的大小，直接影响着我国迈向创新型国家的进程。对大学生创新能力的培养，已经成为我国高校科技创新教育的重要培养目标。目前，我国大学生普遍存在逻辑思维能力较强、创新性的形象思维与灵感思维能力较差的现象；科学知识掌握得较好，但是缺乏技术素养；大学生希望自己能够创新，但亲历创新实践太少[3]。慧鱼模型为大学生创新实践提供一个平台，大学生可以尽情发挥想象力和创造力，结合专业知识，通过慧鱼模型来实现各种功能和方案，为后续实物制作乃至新产品的开发打下基础。设计的新作品还可以申请国家专利。

3.2 对大学生动手实践能力的培养

我国现代伟大的教育家陶行知认为，“做”是培养创造性人才的关键，离开了“做”，创造能力、创造人才便无从谈起[4]。利用慧鱼模型开展课外科技创新活动和实践教学活动，学生需要经历课题调研、题目选定、方案设计、模型搭建、线路连接和程序编制与调试等具体操作，然后创建三维造型图、绘制二维工程图，编写设计说明书；有时还需要制作视频和PPT文件并上台讲解。经过这样一系列的锻炼，不仅培养了学生的动手能力，在一定程度上提高了他们的专业水平，同时书面和口头表达能力也显著提高。

3.3 对大学生团队合作意识的培养

如今的重大科学研究项目，无论是基础研究还是应用研究，都必须实行紧密合作。可以肯定地说，现代科学研究不仅取决于人才，还取决于科学研究人员之间的有效合作。因此，作为创造型人才，一定要具有合作共事的能力，这也是充分发挥个人创造才能的重要保证[5]。目前的大学生，大多数为独生子女，他们思想活跃，视野开阔，创新潜力大，但是也存在着以自我为中心，不善于与人沟通与合作的缺点。高校教育理所当然应肩负起培养学生合作精神的任务。以慧鱼模型为平台，以小组成员为单位，开展各种课外科技创新实践活动，在活动中大家分工协作，共同讨论问题、解决问题，这无疑培养和锻炼了学生的合作能力。

4 结束语

毋庸置疑，慧鱼创意组合模型为高校开展大学生素质教育，推动创新教育提供了很好的平台，它使机电类大学生的创新实践在实验室内即可完成，无需外出采购，这必然降低了创新实践的难度和成本，增加了学生创新实践的机会。当然，慧鱼模型毕竟是模型，它与实际的产品研发和生产实践存在很大差距。例如，缺乏零件设计、加工工艺的制定和装配调试等实践内容。因此，笔者以为，要切实全面提高大学生的专业素质和创新能力，仅靠慧鱼模型这样的平台是不够的，学校应该给学生提供多种多样的创新实践途径和机会，如参与科研、建立与企业联合培养人才的机制等。

[1] 刘道玉.创造教育新论[M].2版.武汉:武汉大学出版社,2009.

[2] 慧鱼模型[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/74975.htm.

[3] 钱贵晴,刘文利.创新教育概论[M].北京:北京师范大学出版社,2009.

[4] 袁迪.生活教育与创新教育[M].南京:南京师范大学出版社,2006.

[5] 刘道玉.创造教育概论[M].3版.武汉:武汉大学出版社,2009.