機(jī)械《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程與大學(xué)生創(chuàng)新思想培養(yǎng)的研究與探索

孫承峰，譚 洪，王明娣，劉秀波

（蘇州大學(xué) a.機(jī)電工程學(xué)院；b.工程訓(xùn)練中心，江蘇 蘇州 215021）

機(jī)械《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程與大學(xué)生創(chuàng)新思想培養(yǎng)的研究與探索

孫承峰a，譚 洪b，王明娣a，劉秀波a

（蘇州大學(xué) a.機(jī)電工程學(xué)院；b.工程訓(xùn)練中心，江蘇 蘇州 215021）

本文基于以慧魚創(chuàng)意組合模型為載體對(duì)機(jī)械《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行設(shè)置，并對(duì)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容方法步驟及所取得的效果成果進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，指出機(jī)械《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)有利于大學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

機(jī)械創(chuàng)新；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)課程；創(chuàng)新思想；慧魚

高校教育的目標(biāo)是培養(yǎng)高層次創(chuàng)新型人才。特別對(duì)于工科機(jī)械類人才培養(yǎng)而言，學(xué)生除了要有扎實(shí)的機(jī)械理論基礎(chǔ)知識(shí)外，還應(yīng)兼?zhèn)溟_拓、創(chuàng)新的意識(shí)、思維和能力。機(jī)械《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程的內(nèi)容是以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性素質(zhì)為目標(biāo)，講授創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論知識(shí)。而《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程的實(shí)驗(yàn)是以實(shí)踐為基礎(chǔ)，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。本研究重點(diǎn)主要是通過慧魚創(chuàng)意組合模型為實(shí)驗(yàn)載體來激勵(lì)和開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，把《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程中的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技法通過親自動(dòng)手搭建模型來表達(dá)和實(shí)現(xiàn)，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的積極性和對(duì)科學(xué)研究的興趣。最終達(dá)到對(duì)學(xué)生的專業(yè)能力培養(yǎng)和科學(xué)研究、創(chuàng)新能力培養(yǎng)并重的結(jié)果，培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的高素質(zhì)人才。

一、實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容

本實(shí)驗(yàn)主要以慧魚創(chuàng)意組合模型為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，倡導(dǎo)的是開放式學(xué)習(xí)，以學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐為主，教師為輔的教學(xué)方式進(jìn)行，結(jié)合既定項(xiàng)目和選題項(xiàng)目學(xué)生自由分組搭配完成模型搭建、調(diào)試、運(yùn)行。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備。慧魚創(chuàng)意組合模型產(chǎn)于德國，是技術(shù)含量很高的工程技術(shù)類智趣拼裝模型，它是一個(gè)涵蓋結(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器、執(zhí)行器、控制器和軟件的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。它的構(gòu)件主要包含機(jī)械，電氣，氣動(dòng)三大類。機(jī)械元件包含齒輪、齒條、渦輪、渦桿、凸輪、曲軸、齒軸、聯(lián)桿、鏈條、履帶、彈簧、萬向節(jié)、差速器、減速箱、鉸鏈等。電氣元件包含各種傳感器

（光敏、熱敏、磁敏、觸敏）、直流電機(jī)、PLC、紅外線發(fā)射接收裝置、聲光器件，接口電路板和擴(kuò)展版等。氣動(dòng)元件包含氣缸、氣閥（手動(dòng)、電磁閥）、氣管、管接頭（三通、四通）、氣泵、儲(chǔ)氣罐等。如圖1所示。

圖1 慧魚模型部分構(gòu)件

慧魚模型主要有三種控制方法：ROBO智能接口板控制、PLC控制和單片機(jī)控制。其最主要用ROBO智能接口板控制，利用慧魚自帶的ROBO pro軟件進(jìn)行圖形化編程，方便簡潔易懂。

2.實(shí)驗(yàn)方法及步驟。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法主要讓學(xué)生小團(tuán)隊(duì)的自由組合（2-4人），選作自己喜愛的作品，實(shí)驗(yàn)按照三個(gè)階段來實(shí)施：入門階段，提高階段，創(chuàng)意階段。

第一階段：入門階段，該階段主要選擇的是機(jī)械與結(jié)構(gòu)組合包、氣動(dòng)組合包、電子技術(shù)組合包、機(jī)器人起步技術(shù)組合包等入門模型。通過該階段讓學(xué)生了解慧魚模型的搭接原理和方法，并進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。該階段要求學(xué)生掌握機(jī)械、電子、氣動(dòng)、機(jī)器人、傳感器的入門知識(shí)及其控制應(yīng)用，并通過搭接模型，繪制出機(jī)構(gòu)簡圖、電路圖和氣路圖，分析掌握所搭模型的構(gòu)造與工作原理。經(jīng)老師提問，學(xué)生自主改進(jìn)，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)模型的理解。由于模型眾多，現(xiàn)選部分模型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 第一階段模型（部分）

第二階段：提高階段，該階段主要選擇的是機(jī)器人組合包，涵蓋機(jī)器人綜合訓(xùn)練包、仿生機(jī)器人、ROBO探險(xiǎn)家機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人、氣動(dòng)機(jī)器人等組合包。通過該階段讓學(xué)生熟練掌握ROBO接口板和ROBO pro軟件的應(yīng)用，掌握編程方法，在線調(diào)試和下載程序控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。培養(yǎng)和提高學(xué)生的自主設(shè)計(jì)和編程設(shè)計(jì)能力，增強(qiáng)如何結(jié)合傳感器技術(shù)、機(jī)械機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)裝置、電子技術(shù)做成套機(jī)電一體化裝置并進(jìn)行裝配、調(diào)試的綜合能力，從而提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。由于模型眾多，現(xiàn)選部分模型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 第二階段模型（部分）

第三階段：創(chuàng)意階段，該階段主要進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)，組件不定，自由選擇。主要通過某些主題或結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽來要求學(xué)生進(jìn)行自由設(shè)計(jì)，完成作品的搭建、調(diào)試和運(yùn)行。該階段需要課后查閱收集資料，建模等，教師從旁進(jìn)行指導(dǎo)。圖4為部分學(xué)生創(chuàng)意作品。

圖4 第三階段 學(xué)生創(chuàng)意作品

二、研究效果及成果

通過慧魚創(chuàng)意模型的使用，能很好地體現(xiàn)機(jī)械《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》這課程的主旨，不僅讓學(xué)生將多學(xué)科多領(lǐng)域的綜合知識(shí)融會(huì)貫通于實(shí)踐過程中，更重要的是培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)實(shí)踐，學(xué)生普遍有了對(duì)解決問題的信心，通過自己動(dòng)手制作、編寫程序、結(jié)合一部分傳感器的使用成功地控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，感覺很有成就感。通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)還培養(yǎng)了同學(xué)之間新型的“團(tuán)隊(duì)合作”精神。另外我們把好的創(chuàng)意跟機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽結(jié)合起來進(jìn)行組隊(duì)參賽，其中在2012年第五屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽慧魚組比賽中，三件作品有兩件獲得了國家二等獎(jiǎng)，一件三等獎(jiǎng)。在校級(jí)比賽中也屢獲特等獎(jiǎng)和一等獎(jiǎng)，有些作品也還申請了專利，從中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力提升很快。

機(jī)械《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程--慧魚創(chuàng)意模型實(shí)驗(yàn)打破了原有的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑸閷W(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)良好的動(dòng)手環(huán)境，使之可以進(jìn)行開放式的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮了學(xué)生的機(jī)智才能，讓各類知識(shí)加以串聯(lián)運(yùn)用，進(jìn)行創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)造，可以使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)有成就感，通過不同的設(shè)計(jì)思路和方法增長了學(xué)生的見識(shí)，通過運(yùn)用如觀察、實(shí)驗(yàn)、比較、歸納、演繹、分析、綜合、假設(shè)等研究方法，分析已掌握的實(shí)驗(yàn)信息資料，提取創(chuàng)意精華，培養(yǎng)了學(xué)生研究性，創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的能力。總之，通過實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生開闊視野，拓寬思路，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

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G642.0

A

1674-9324（2014）04-0280-02

蘇州大學(xué)高等教育教改研究課題——機(jī)械《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程與大學(xué)生創(chuàng)新思想培養(yǎng)的研究與探索。