基于“慧魚模型”的工程綜合實踐課程教學改革探索

昝杰 胥光申 沈瑜 汪成龍 賈妍

[摘? ? ? ? ? ?要]? 新時期，工程綜合實踐教學也面臨著改革，其中慧魚模型屬于創新教育中的重要教學模式，如果把該模式引入綜合實踐課程中，不但能結合學生特點或者知識結構，開展多層次教學，而且能讓學生有效完成系統模型，提升他們的設計能力，改進創新教學效果。

[關? ? 鍵? ?詞]? 慧魚模型;工程綜合實踐;教學改革

[中圖分類號]? G612? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0602（2020）40-0194-02

當前，高等教育正在迅速發展，使得教育觀念以及模式也有了新的變化，傳統高等教育模式重視知識傳授，輕視能力培養，導致學生缺乏良好的分析問題的能力。其中在工程綜合實踐中，高校可以把慧魚模型有效引入其中，把其作為機電實驗的主要教具，一方面便于學生對機電設備的認識，使其掌握工作原理或者控制方式;另一方面能對工程實踐能力予以正確培養。

一、工程綜合實踐課程的教學現狀

工程綜合實踐屬于與工程聯系比較緊密的課程，從該課程特點可知，其更加關注對學生創新意識以及實踐能力的科學培養。同時該課程任務主要是整合實踐資源，讓學生擁有參與項目進行編程的機會，這樣他們熟悉工程項目之后，可以對項目設計或者實施過程科學參與，從而把工程理論知識運用到實際工程中，增強他們工程實踐的能力。但從現階段實踐課程教學情況來看，仍存在一些問題。首先，教學方法單一。[1]由于綜合實踐課程包含諸多知識，并且涉及的知識面也比較廣，所以理論教學課時相對較少，但面對龐雜的知識，使得學生理解或者操作有一定困難，比如在做實驗時，由于實驗箱中各電路連接往往是事先做好的，但有的學生不了解內部結構，教師也沒有講解，致使學生似懂非懂，無法調動他們的積極性，導致實踐課程教學效果不高。并且在實踐教學時，大多都是驗證性實驗，只需要學生按步驟操作就可以得到實驗結果，但對一些學生來說，整個實驗過程缺少探究性，使得他們逐漸失去實踐興趣。例如，學生在做三條皮帶控制實驗時，他們只需要參照實驗指導書中的內容，根據參考程序逐步操作實驗，在這個過程中，學生缺少動腦思考的機會，使得他們在對程序進行設計時，沒有較深思想體會。其次，教學資源短缺。對于工程實踐課程來說，其需要完備的實驗場地，學生可以在創新實驗室中進行實驗，但有的學校沒有做好實驗設施建設工作，不僅實驗設備品種比較有限，而且實驗臺數量也較少，不能滿足機電學生實驗需求，造成實踐教學成效不高。此外，在教學時，有的實踐教師采取灌輸模式，比如把準備好的PPT進行課堂演示，沒有對學生的能動性予以考慮，有時學生在思考某一知識時，教師已經翻開下一頁PPT，使得學生無法跟上教師課堂思路，[2]不僅影響了學生對實驗想象力的發揮，還使得他們缺少創新思考空間。

二、工程綜合實踐課程中引入慧魚模型的作用

（一）可以提升實踐能力

興趣應該是學生學習最主要的內動力，如果教師能營造出相對寬松的實踐學習環境，不僅能實現興趣激發，還能為實踐課程打下基礎，增強實踐課程總體教學質量。[3]其中在慧魚模型中，主要包含工程中某些實際模型，同時與現場實際有著緊密聯系，比如在萬能組合包中，會涉及機械構件以及電氣構件等相關模型，并且這些模型都屬于工程中的實例，可以對工業設備進行再現，從而強化學生認知。另外，當學生查閱工程資料后，他們能夠自己設計，然后動手操作，利用慧魚模型有效搭建實驗裝置，在此期間，學生會結合實驗情況科學改進模型，從而修改程序。這樣通過一個相對完整的實驗過程，不僅能讓學生設計得到有效展示，而且當程序調試成功之后，學生會擁有較高的成就感，激發對實踐課程的興趣。此外，在實踐教學時，伴隨著項目的逐漸推進，學生會對問題進行逐一解決，可以增強他們內心的成就感。與此同時，教師應該提出更高要求，例如，對現有裝置以及控制方案提出某些問題，引導學生能夠自主思考，提升解決問題方面的能力。

（二）可以改進教學效果

從當前慧魚模型來看，其主要采用西門子PLC進行實現，所以，其控制軟件以及控制方式與工程各方面情況都比較相似[4]，比如所需環境或者控制器件等，因此在教學時，可以引進慧魚模型，不但能為學生今后進行工程設計打下基礎，為其提供模擬環境，而且能強化其對工業工程的了解，從而盡快適應工程自動化相關環境，提升實踐能力。從結構來看，運用慧魚模型能夠讓學生自由組合，設計出自己想要的模型，這樣既能讓理論和實踐達到科學結合，還能增強學生的動手能力。此外，在實踐課程中，最初學生會參照慧魚教具中的一些樣本模型學習相關搭建技巧，但當學生逐漸熟悉模型之后，不僅可以根據自身設想實現自主設計，還能創造出比較優秀的作品。由于創新實驗項目比較復雜，包含諸多方面，如理論設計以及模型制作等，所以在教學時，教師能夠逐漸滲透實驗項目內容，讓學生通過慧魚模型可以掌握電路硬件各個接線，并利用PLC程序有效編制，從而理解工程制作過程，提升設計質量。

三、慧魚模型在工程綜合實踐課程中的應用

新時期，一些工程學校開始關注工程實踐課程，并在教學中有效運用慧魚模型，使得實踐課程質量得到較大改善。其中在具體應用慧魚模型時，必須先基于慧魚模型有效制定實驗教學體系，并從模塊化以及遞進式等方面搭建實驗教學框架，下面對此進行具體分析。

（一）基本實驗階段

在這一階段中，學生最重要的任務是模仿以及學習。首先，教師應該對一些基礎實驗項目進行開發，并參照實驗項目有效編寫實驗大綱甚至實驗指導書，在此期間，還應提供某些資料或者圖片，這樣既便于實踐課程講解，還能幫助教師對實驗流程進行梳理，提升教學效果。其次，教師要對慧魚模型予以充分了解，確保可以對模型全面講授，讓學生掌握模型基本操作流程的同時，能夠對模型機械原理有著正確認知。接著教師進行分組，讓學生以小組方式開始實驗，在這個過程中，學生能運用教師提供的某些圖片或者視頻資料形成一定感性認知。最后在實驗指導書一步步的指引下，對機械結構予以熟練組裝，并對其拆卸練習，進而學會慧魚模型裝拆方法，提升學習質量。

（二）綜合設計實驗階段

與前一階段不同，本階段需要引入電氣控制這一模塊，因此，教師應該對學生加以指導，讓其有效學習控制軟件，如ROBOPro，并讓學生利用LLWIN有效編寫控制程序。[5]在這個過程中，學生不需要編寫復雜的控制程序，一方面他們實踐水平畢竟有限，很難對復雜程序進行編寫;另一方面能節省程序編寫時間，從而為后續系統搭建做出準備。與此同時，教師應讓學生對機電系統予以有效搭建，并讓其完成整個控制工作，在此期間，教師能提供相關的系統主體構架，常見的有智能避障小車或者工業機械手等，這樣學生結合這些主體構架可以對控制方案進行討論，然后參照方案科學搭建結構，從而完成電氣控制調試工作。這樣在對系統進行構建時，不僅能讓學生全程參與整個設計以及實驗，而且能對他們的實踐能力進行強化，鍛煉操作技能。需要注意的是，本實驗階段涵蓋諸多知識，如機構設計以及電路搭建等，同時還包含軟件編程，所以教師必須對該實驗階段予以重視，利用綜合設計實驗有效傳授工程知識，提升學生機電專業技能。

（三）創新實驗階段

如果說前兩階段屬于基礎階段，那么本階段屬于提升階段，需要學生在掌握前兩階段實驗知識的基礎上，積極實現創新，一方面他們要打破實驗指導書中各個條框，形成屬于自己的設計思路;另一方面要對搭建好的系統予以改進，達到創新目的。比如，可以在工業機械中有效加入電子元件或者控制元件，這樣既能對系統科學改進，還能使其完成更多動作，提升總體效果。如果學生有著清晰的設計思路，可以拋開之前搭建好的系統，對其重新構建，從而創造出新型系統。[6]最后就是研究實驗階段。在這一階段，需要教師參照工程實際提出一些具體問題，讓學生可以構建新模型，實現對問題的解決。與此同時，學生也能通過小組對題目予以論證，并對簡圖有效繪制，從而完成機械結構搭建工作。這樣當學生完成探究實驗后，既能對他們的探究以及實驗能力實現培養，還能使其具有處理大型工程問題的良好能力。此外，教師應對實驗考核方式進行轉變，由于傳統實驗主要依據實驗報告以及實驗操作進行評價，從而給出學生相應成績，但在慧魚模型背景下，應該讓實驗考核方式實現創新，關注學生創新能力，同時增加創新實驗在整個實驗中的比重，著重考查學生的創新能力，這樣既能避免學生受實驗指導書方面的限制，還能對他們真實能力進行反映。

在新形勢下，慧魚模型得到廣泛應用，所以在工程綜合實踐中，要尤為關注慧魚模型，并把其納入實踐教學中，讓學生通過對模型進行組裝以及接線，并對模型有效調試，從而完成系統模型制作工作，這樣既能改善高校實驗器材短缺現象，而且能培養學生設計和創新能力。

參考文獻：

[1]王妍萍，羅霄，何寧，等.基于“慧魚模型”的自動化工程實踐教學改革探索[J].電腦知識與技術，2014，10（30）：7161-7162.

[2]王蕾，陳桂，林健.慧魚模型在機器人電子設計認識實習中的應用探索[J].中國現代教育裝備，2015（5）：10-12.

[3]黃朝陽.“工程對象教學法”在機電創新實踐教學中的應用研究：以慧魚模型為載體[J].大學教育，2014（4）：71-72，75.

[4]方琳，張遠明.基于“慧魚”模型實習課程的改革與啟迪[J].電氣電子教學學報，2014，36（2）：79-81.

[5]沈瑜，金京，賈妍，等.“慧魚”創意組合模型在機械類專業探究性教學中的應用探索[J].紡織服裝教育，2017，32（1）：19-21.

[6]范興鐸，應偉軍，李映平.慧魚創意組合模型在近機類專業機械設計基礎課程教學中的應用[J].裝備制造技術，2017（12）：95-97，111.

編輯 張 俐