基于“慧魚(yú)模型”的工程綜合實(shí)踐課程教學(xué)改革探索

陸萍藍(lán)　張火明　王棟

摘 要 運(yùn)用“慧魚(yú)模型”作為創(chuàng)新教育的教學(xué)模式，針對(duì)不同層次學(xué)生的不同學(xué)習(xí)特點(diǎn)和知識(shí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行多層次的教學(xué)，以達(dá)到對(duì)不同層次學(xué)生實(shí)施創(chuàng)新教學(xué)的目的。學(xué)生可以獨(dú)立完成了一個(gè)機(jī)電控制系統(tǒng)模型，解決了高校實(shí)驗(yàn)器材的不足，并能有效提高學(xué)生的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力。

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

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)高等教育存在著重視知識(shí)的傳授、輕視能力的培養(yǎng)，重視理論教學(xué)、輕視實(shí)踐環(huán)節(jié)的問(wèn)題，學(xué)生滿足于死記硬背知識(shí)點(diǎn)和通過(guò)考試，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立動(dòng)手能力、綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。[1]利用德國(guó)慧魚(yú)公司的大型工業(yè)模型作為開(kāi)發(fā)機(jī)電創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)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(shí)踐能力、綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。[2]

我校開(kāi)展的“工程綜合實(shí)踐”是一門(mén)跟工程實(shí)際應(yīng)用結(jié)合很緊密的技術(shù)綜合實(shí)踐課程，該課程注重對(duì)學(xué)生的工程綜合實(shí)踐能力和集成創(chuàng)新意識(shí)方面的培養(yǎng)。課程的任務(wù)是結(jié)合工業(yè)大系統(tǒng)實(shí)踐資源，為學(xué)生提供多層次、多模式的工程項(xiàng)目實(shí)際操作編程實(shí)現(xiàn)的機(jī)會(huì)，使學(xué)生熟悉以后工程項(xiàng)目研發(fā)的過(guò)程，體驗(yàn)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施的過(guò)程，通過(guò)這樣的方式吧專業(yè)理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工程，提高學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

1 “工程綜合實(shí)踐”課程教學(xué)中存在的問(wèn)題

我們針對(duì)現(xiàn)有的“工程綜合實(shí)踐”課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，闡述了以“慧魚(yú)模型”為教具開(kāi)展“工程綜合實(shí)踐”課程教學(xué)的思想。由于受硬件條件、實(shí)踐場(chǎng)地、教師隊(duì)伍限制，目前的教學(xué)過(guò)程還存在著一些問(wèn)題：

（1）課堂教學(xué)方法單一，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣缺乏。“工程綜合實(shí)踐”課程涉及知識(shí)面廣，上課時(shí)理論教學(xué)課時(shí)少。大量的知識(shí)點(diǎn)，往往使學(xué)生聽(tīng)得一頭霧水，做實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)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(lái)龍去脈，似懂非懂， 不能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性， 課堂效率低。其次，上課過(guò)程中， 以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生按部就班做出實(shí)驗(yàn)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(huì)缺乏探究的興趣，實(shí)際的收效甚微。

（2）學(xué)校教學(xué)資源緊缺，實(shí)驗(yàn)設(shè)施缺乏。“工程綜合實(shí)踐”課程的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地在工程訓(xùn)練中心機(jī)電綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室里的實(shí)驗(yàn)設(shè)備品種有限，實(shí)驗(yàn)的臺(tái)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(shí)驗(yàn)設(shè)施上存在較大的困難。

（3）以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。現(xiàn)在我們開(kāi)設(shè)現(xiàn)行的“工程綜合實(shí)踐”課程中的實(shí)驗(yàn)大部分是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)（如三條皮帶的控制實(shí)驗(yàn)）。在做實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上寫(xiě)的參考程序和實(shí)驗(yàn)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(wú)阻，實(shí)驗(yàn)過(guò)程很順利，實(shí)驗(yàn)結(jié)果很理想。但是在這個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生只是按步驟將講過(guò)的內(nèi)容在電腦上編程在實(shí)物PLC上作了驗(yàn)證而已，學(xué)生實(shí)際動(dòng)腦的時(shí)候少，對(duì)相關(guān)的程序的設(shè)計(jì)思想體會(huì)不深。

（4）以教師為中心的被動(dòng)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(shí)。其主要缺點(diǎn)是：在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生處于被動(dòng)的、被灌輸?shù)牡匚弧Ｓ袝r(shí)候?qū)W生會(huì)覺(jué)得某部分知識(shí)不能理解，跟不上老師的思路。這樣的教學(xué)過(guò)程不利于學(xué)生展開(kāi)豐富的想象，不利于培養(yǎng)學(xué)生從多角度、多方位對(duì)問(wèn)題展開(kāi)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(shí)踐課程”目前現(xiàn)有的實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容（針對(duì)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(kāi)展項(xiàng)目研究、實(shí)施的能力有待提高，教學(xué)組織不夠完善。endprint

2 “工程綜合實(shí)踐課程”實(shí)踐教學(xué)中引入“慧魚(yú)模型”后的特點(diǎn)

（1）學(xué)生的動(dòng)手能力得到了提高，激發(fā)了對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)動(dòng)力。教師在課堂上要營(yíng)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(shí)踐機(jī)會(huì)少，對(duì)機(jī)電設(shè)備缺少感性認(rèn)識(shí)，容易失去興趣。在慧魚(yú)組合模型里，主要是一些工程應(yīng)用中的實(shí)際模型，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)合較為緊密，如在萬(wàn)能組合包中，有機(jī)械構(gòu)件、電氣構(gòu)件、傳感器、氣動(dòng)構(gòu)件等模型，這些模型都是工程中的實(shí)例，能再現(xiàn)真實(shí)的工業(yè)中的設(shè)備或儀器。[4]學(xué)生通過(guò)查閱大量的資料，經(jīng)過(guò)自己的設(shè)計(jì)，再動(dòng)手用慧魚(yú)構(gòu)件搭建實(shí)驗(yàn)裝置，整個(gè)過(guò)程中根據(jù)實(shí)驗(yàn)的想象不斷改進(jìn)模型，修改程序。經(jīng)過(guò)這樣的一個(gè)完整的過(guò)程，當(dāng)最終自己的設(shè)計(jì)得到了實(shí)現(xiàn)，程序成功調(diào)試出來(lái)，學(xué)生會(huì)有很高的成就感。

（2）引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—思考問(wèn)題—解決問(wèn)題。在講課的過(guò)程中，隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，學(xué)生會(huì)不斷地解決問(wèn)題，獲得成就感。同時(shí)作為老師，會(huì)不斷地提出更高的要求，對(duì)于現(xiàn)有的裝置或控制方案提出問(wèn)題，引導(dǎo)同學(xué)們?nèi)ニ伎紗?wèn)題，想盡一切辦法去解決問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)應(yīng)用到之前某門(mén)課所學(xué)的相關(guān)知識(shí)。這樣也可以讓學(xué)生切實(shí)體驗(yàn)到用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的樂(lè)趣。

（3）利用“慧魚(yú)模型”進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。“慧魚(yú)模型”的控制我們是采用西門(mén)子PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它的控制軟件和控制方式跟工廠里實(shí)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(dòng)化的設(shè)計(jì)提供了很好的模擬環(huán)境。在結(jié)構(gòu)上，可以利用慧魚(yú)組合模型組合出自己所設(shè)計(jì)的模型，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐的結(jié)合，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。我們可以采用PLC程序控制慧魚(yú)機(jī)構(gòu)外，也可以采用單片機(jī)程序控制，C語(yǔ)言編程，組態(tài)軟件控制等等，來(lái)來(lái)控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。

（4）增加學(xué)生創(chuàng)新性設(shè)計(jì)思維。在基于“慧魚(yú)模型”的“工程綜合實(shí)踐”課程實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生一開(kāi)始的時(shí)候可以根據(jù)慧魚(yú)教具所提供的樣本模型學(xué)習(xí)模型的搭建技巧，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間熟悉以后，可以自創(chuàng)或者參看其它書(shū)籍，根據(jù)自己的設(shè)想進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出更加優(yōu)秀的作品來(lái)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的發(fā)布、組隊(duì)、理論設(shè)計(jì)、模型制作、電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)幾個(gè)方面，其大致過(guò)程如圖1所示。

學(xué)生利用“慧魚(yú)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(gè)系統(tǒng)工程的制作過(guò)程，對(duì)于今后從事實(shí)際的工程設(shè)計(jì)提供了極大的幫助。

3 利用“慧魚(yú)模型”設(shè)計(jì)四層電梯模型控制系統(tǒng)

畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在校期間一次重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。對(duì)于一部分對(duì)“工程綜合實(shí)踐”課程較感興趣的同學(xué)可以選擇這方面的課題展開(kāi)研究，以完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。圖2，3是一位機(jī)電的學(xué)生做的畢業(yè)設(shè)計(jì)——《基于PLC的四層電梯模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，圖2是慧魚(yú)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(guò)該設(shè)計(jì)制作過(guò)程，學(xué)生學(xué)習(xí)了一個(gè)系統(tǒng)工程的制作過(guò)程，對(duì)今后從事實(shí)際的工程設(shè)計(jì)提供了極大的幫助。

4 結(jié)論

在“工程綜合實(shí)踐”課程中，通過(guò)組裝模型與接線、編寫(xiě)程序、調(diào)試模型的過(guò)程中學(xué)生可以獨(dú)立完成了一個(gè)機(jī)電控制系統(tǒng)模型，解決了高校實(shí)驗(yàn)器材的不足，并能有效提高學(xué)生的設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力。

教改項(xiàng)目：基于“慧魚(yú)模型”的“工程綜合實(shí)踐”課程教學(xué)改革探索研究（HEX2016036）

參考文獻(xiàn)

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