基于慧魚模型的教學模式在“萬眾創新”背景下的發展

張育林馬 鑫王 晶王 娜

1.西安交通大學工程坊 陜西西安 710049 2.西安交通大學機械工程學院 陜西西安 710049

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基于慧魚模型的教學模式在“萬眾創新”背景下的發展

張育林1馬 鑫2王 晶1王 娜1

1.西安交通大學工程坊 陜西西安 710049 2.西安交通大學機械工程學院 陜西西安 710049

摘 要：“萬眾創新”的局面在為大學生提供機會的同時也對其創新能力和實踐能力提出了更高的要求，而基于慧魚模型的教學模式能夠較好地幫助大學生提高這些能力，經過7年的教學實踐，這一模式已經取得了一系列成果并且仍有較大的發展空間。

關鍵詞：慧魚創意組合模型；大學教學；萬眾創新；大學生

自李克強總理于2014年在夏季達沃斯論壇上提出“大眾創業，萬眾創新”以來，“雙創”在全國引起了廣泛關注，在后續的落實過程中，政府出臺了一系列與之相關的政策［1］，這為大學生創新或創業提供了良好的政策環境。擁有豐富知識儲備的大學生在“萬眾創新”中擁有自己的優勢，但是我國的高等教育仍然存在著重理論輕實踐的問題，并且由于實驗設備數量和種類的限制，學生基本只能按照實驗指導書上的步驟完成實驗，很難發揮提高學生的創造能力［2］，所以學生在動手和創新能力方面仍然不足，作為教育工作者，我們應該補足大學教育在這方面的短板，在大學階段幫助學生提高這些能力，為學生在校或者畢業后的創新或創業打好這方面的基礎。

意識到這一問題，我校在國內較早引入了“慧魚”創意組合模型并在工程坊建立了慧魚創意組合模型隊以幫助學生增強創新意識，提高動手和創新能力，彌補高等教育中的短板，在7年的發展過程中也取得了一系列成果。

1 “慧魚”創意組合模型特點和優勢

“慧魚”創意組合模型是由德國發明家Artur Fischer博士于1964年發明的，主要部件采用優質尼龍塑膠制造，尺寸精確，不易磨損，可以保證反復拆裝的同時不影響模型結合的精確度。其主要有創意組合包、培訓模型、工業模型三大系列，涵蓋了機械、電子、控制、氣動、汽車技術、能源技術和機器人技術等領域，利用工業標準的基本構件（機械元件/電氣元件/氣動元件），輔以傳感器、控制器、執行器和軟件，幾乎可以實現任何技術過程的還原，更可以實現工業生產和大型機械設備操作的模擬，從而為實驗教學、科研創新和生產流水線進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流水線［3］。

學生通過使用學校提供的“慧魚”模型，可以方便快速地實現自己的創意，并且學生基本不需要承擔任何經濟壓力，這有效地降低了創新的門檻，使更多有想法的學生參與到創新中來。

2 教學實踐

2.1 慧魚創意組合模型隊

我校工程坊慧魚創意組合模型隊成立于2009年，主要以“慧魚”創意組合模型為基礎對學生進行培訓。活動隊實行指導教師指導，學生自主管理的管理模式，學生經過討論后自主制定活動計劃，確定技術比賽和工程項目訓練的題目，充分發揮學生的主觀能動性，盡量滿足學生的需求，并且活動隊定期開展技術交流，項目答辯，并邀請有經驗的老隊員和老師進行技術指導。通過這些措施，活動隊幫助學生打好基礎，實現創意，培養創新意識，提高創新能力。

至今，約有300名學生在慧魚隊進行過學習，并取得了一定的成績。在這一科技活動隊中，經過師生的不斷探索，已初步形成了將技術培訓，技術比賽，工程項目訓練和參加國家級大學生比賽等內容結合的活動形式，來自機械、能動、電氣、力學等專業的學生在老師和老隊員的指導下自由合作交流，組成項目小組來實現創意。在兩次全國大學生機械創新設計大賽中共獲得全國一等獎2項，全國二等獎4項，慧魚賽區一等獎5項，并且承擔大學生創新基金項目3項，獲得已授權專利4項。

2.2 優秀創意作品

在該活動隊涌現出一批具有一定市場前景的創意作品，如圖1所示為“秦腔木偶”，其將傳統戲曲藝術和現代機器人技術進行了融合，將戲曲中關羽和張飛用現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器人，可以進行戲曲表演，用戶手動表演等功能，該作品也獲得了第五屆全國大學生機械創新設計大賽一等獎，并獲得了評委和觀眾的廣泛好評。

圖1 秦腔木偶實物圖

圖2所示為“家庭小伴侶”，其為一款家庭多用途機器人，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，氣動機構等，可以實現垃圾清理，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用的機器人，該作品也在第五屆全國大學生機械創新設計大賽中獲得二等獎。

圖2 家庭小伴侶主視及左視圖

該活動隊隊員還依托“慧魚”創意組合模型設計制作了面向廣大創客的“創客桌”，如圖3所示為其機電設計功能部分。“創客桌”搭載有專門設計的控制開發平臺，該平臺包括單片機控制模塊，驅動模塊，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“創客桌”發揮了“慧魚”創意組合模型零件種類齊全，裝配和修改方便，可以多次使用的優勢，進而方便了創客們設計搭建并調試機電系統，從而進行產品原型的開發。

圖3 創客桌機電設計功能模塊圖

3 基于慧魚的教學模式的進一步發展

3.1 科學劃分層次 擴大覆蓋規模

繼續完善教學模式，根據學生的專業和個人情況科學劃分層次，為之匹配合適的培養計劃；擴大該教學模式覆蓋的規模，建立更廣闊的平臺，促進工科各學科學生交流，理工科學生交流合作，甚至將該范圍擴展至文科等專業，從而幫助學生提高綜合素質，為學生的創新提供更多幫助，并且為學生以后的創業打下基礎。

3.2 慧魚與非慧魚組件結合

近年來，各高校對“慧魚”創意組合模型的應用和研究水平不斷提高，已經有基于Internet進行慧魚試驗的方式出現［4］，應用非圖形化編程語言進行模型控制等的研究［5］，我校也在積極進行這方面探索以幫助學生更好地實現創意，如將3D打印技術應用于“慧魚”模型搭建，將工業中多種常用的傳感器應用于模型等，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 與工程實際相結合

學生學習與工程實際結合較少一直是大學教育的短板之一，“慧魚”模型作為一種能夠較為方便地模擬論證工程實際問題的模型在解決這一問題上有著較大的優勢，教師和學生可以尋找合適的問題并使用該模型進行模擬，從而幫助學生在大學階段就能夠與工程實際緊密結合，提高工程素養，做出符合工程實際的創新。

4 結束語

現在我們面臨著“大眾創業，萬眾創新”的良好機遇，政府也出臺了對應的政策進行大力支持。我們應該幫助學生在大學階段就培養起很好的創新意識和能力，使大學生發揮好自己的優勢。通過進一步發展基于“慧魚”模型的教學模式，能夠幫助更多學生享受更為科學完善的高等教育，利用“慧魚”創意組合模型這一很好的工具幫助學生在校內或者校外更好地實現自己的創意，進行創新創業，抓住這一良好的機遇。

參考文獻

［1］杜剛，李亞光.“大眾創業萬眾創新”背景下高校創業人才培養模式研究［J］.時代金融，2015（5）:174-175.

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

［3］曲凌.慧魚創意機器人設計與實踐教程［M］.上海:上海交通大學出版社，2007.

［4］李育良，王曉平，陸劍鋒.基于Internet的慧魚模型遠程實驗系統的研究與開發［J］.機電一體化，2010（1）:40-41.

［5］申燚.應用VB6.0實現對慧魚機器人的控制［J］.機電工程技術，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。

基金項目：西安交通大學本科教學改革專題研究項目。