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[摘 要]针对现阶段高校人才培养中工程性和创新性薄弱的问题，结合机电专业知识结构特点，将慧鱼模型作为典型的工程对象引入机电创新实践教学中，并对传统的实践教学平台、教学方法、教材等作系统的变革，建立基于工作过程的创新型工程教学法，达到培养具有较强工程意识的创新型复合人才的目的。
[关键词]工程对象 创新实践 慧鱼模型
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）04-0071-03
随着社会需求的不断变化，高等教育的教育观念和模式也在发生根本性的转变。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020 年）》明确对本科教育提出了“营造自由的探索环境，鼓励学生主动发现、分析和解决问题，坚持教育教学与社会实践相结合，培养具有较强工程意识和创新能力的复合人才”的要求。机电工程是一门实践性非常强的综合性工程技术学科，实践教学在学生综合能力的培养和工程意识的形成方面具有独特的作用。因此强化实践创新，培养工程应用型人才已成为国内许多高校机电实践教学改革的目标。我校在以慧鱼模型为载体的“工程对象教学法”实践体系建设中，也做出了积极有益的探索。
一、机电创新实验教学现状
目前许多院校机电专业课程设置和教学模式还是围绕着以学科为主体的行政主导模式，教学偏重理论讲解，实验实践依然以分立的技能训练为主，面向现代工程系统特点的工程训练体系和创新模式尚未完全形成。主要表现在：教学地位上，依然强调以理论体系为核心的教学和考核方式，注重理论指导实践、实践附属于理论，实验实践是为加深理论知识的理解服务；教学内容上，服务于理论教学的实验实践内容，缺乏与实际工程问题结合，不能培养学生工程应用能力和创新思维能力；教学组织上，以专业课程为单元，理论实践教学分开，往往是老师讲解，学生按要求操作完成，并不能给学生一个完全自由发挥创造的空间，缺乏开放性和创新性；教学条件上，由于师资、设备、安全等主客观原因，使创新教育只是集中在少部分比较优秀和主动的学生身上，无法对学生开展普遍创新教育，这与“大众化”的教育理念相背。
二、工程对象教学法
工程对象教学法是基于工作过程的创新型工程教学方法，是在理论和实践教学中引入各种典型的工程对象，以典型工程对象作为创新教学平台，将理论讲解、实验实践教学与创新活动等融为一体的新型教学方法。在机电工程专业教学中，“工程对象教学法”模式是对传统实验实践教学的一种创新和突破。
首先，将典型工程对象、项目和案例引入机电实验教学，使实践更加具有“真实性和直观性”。丰富的工程对象可使学生更系统地理解所学知识，并在此基础上熟练掌握所专业技能。
其次，按照“任务驱动”的模式分解课程的知识点，围绕具体任务展开教学，能激发学生的学习兴趣和探索欲望，变被动学习为主动学习。
最后，打破了常规的“讲课+实验”的教学形式，将理论讲解、实践教学与创新活动等融为一体，采用教师引导、学生主体的方式开展，使教与学的有效性得到最大限度的发挥。
三、以慧鱼模型为载体的“工程对象教学法”的机电创新实验教学
（一）慧鱼创意组合模型
慧鱼创意组合模型（Fischertechnik）1964年诞生于德国，是技术含量较高的工程技术类拼装模型。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、汽车技术、能源技术和机器人技术等学科领域。模型采用标准的工业基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），配合传感器、控制器、执行器和软件，运用设计构思和实验分析，可以逼真地表现机械系统的构成、控制过程及科学原理，实现工业生产和大型机械设备操作的模拟。为课堂及实验室教学提供了良好的教具，也为工程培训、项目开发及可行性论证提供了有力的工具。
（二）以慧鱼模型为载体的“工程对象教学法”在机电创新实践教学中的应用
作为典型的工程对象引入机电创新实践教学中的慧鱼模型主要包括组合包、培训模型、工业模型三大系列，以慧鱼模型为载体的机电创新实践教学体系如图1所示。
慧鱼组合包模型包括基础组合包、专业组合包和机器人组合包。基础组合包提供大量机构系统，如连杆、齿轮、铰链、履带、齿轮箱等。学生通过模仿和动手实验，能达到对基本机械结构的感官认识，并能建立起科学的实验方法和理念。适合刚接触机电专业的学生的创新基础教育。
专业组合包括机械结构组合、气动组合、电子组合、机器人起步包等。可满足机电专业基础课的教学实验，面对大二学生的基础创新实践。例如机械结构组合模型可以在机械原理和设计课程实验中提供多种机械结构套件，学生能自主搭建各种模型，模拟各种机械运动，复现机构工作原理。电子组合将开放的面包板引入传统的电子制作和自主电子实习。气动技术能针对气动技术课程开展实验等。
机器人组合系列是汇聚了工程实践中各种典型的机器人，是集教学、研究和比赛于一体的综合平台。在专业课程实验时，控制器能提供灵活和丰富的接口，支持多种开发语言，可用于单片机C语言、PLC、测试技术，智能控制等课程的实验教学，作为创新实践平台，能够满足高年级专业认知与创新，课程设计、毕业设计和开展学科竞赛等的需要。
培训模型和工业模型是系列工业现场模型，如多自由度机械手，柔性流水线、综合仓储加工系统等。能精确搭建、生动地模拟各种复杂的工业化生产设备和流水线，常用于生产实习的前期准备和毕业设计。
（三）机电创新实践教学体系中“工程对象教学法”的特点
1.典型的工程对象与机电创新实践教学相结合
在机电创新实践教学中，作为典型工程对象的慧鱼系列模型既可以面向本科学习的某个阶段、某门课程，也可以覆盖大学学习的全过程。既可用于课内理论实验教学，也可面向课外创新实践教学。基础性的工程对象的引入，能达到对基本构件的感官认识，并能建立起科学的实验方法和理念。专用型工程对象，主要服务于某类课程，比如机械、电子等专业基础课的实验教学与实训。综合型工程对象机器人，主要用于专业课的教学与实训、综合训练、课程设计、课外创新活动等。 2.系统的多层次的实践体系
以慧鱼模型作为工程对象主线，将技能和创新训练融入大学四年的创新实践，形成多层次、系列化的创新实验体系。基础认知层，实现机电专业初步认知，培养创新兴趣。中级应用层承上启下，提供教学机械电子专业课程实验，锻炼动手能力；专业创新层，实现对专业知识的应用，通过综合性的项目和开放自主的实践方式，来培养学生工程意识、协作精神以及提高创新能力等。
3.丰富的教学组织和形式
在以“工程对象教学法”为核心的机电创新实践教学体系中，实践教学形式、实训项目、考核方法与传统相比，都有了很大的变化。按照项目驱动来设计任务，教学实践合二为一，时间和空间更加灵活。考核方法也多样和丰富，既有按传统的实验预习、出勤、报告、课内问答等综合评定的方式，也有以设计说明书、创新创意和赛事成绩来评审确定。
四、基于慧鱼模型的机电创新教学方案的实施
（一）总体规划，分步实施的策略
基于慧鱼模型的创新工程训练方案的内容丰富，在实施过程中可采用“统一规划，分步实施”的策略。结合实际情况，由简单到复杂，逐步投入资金，积累师资力量和教学经验。从课程选修到专业推广必修，循序渐进，深入开展。
按照总体规划的思路，整个计划分三个阶段来完成。在第一个教学阶段，通常以认识工程系统对象为重点，通过简单和典型的工程系统对象的认知或拆装，熟悉机电工程系统的基本组成。第二阶段，将机械电子、自动控制、传感器等课程教学内容融入第一个教学循环的典型工程对象系统中，学生通过亲自设计、组建、调试到最后完成系统控制，全面掌握机电工程系统的分析、设计、建模和调试等方法。第三阶段，通过给出一些典型工程对象的设计课题，提升学生的融会贯通能力和创新能力，获得相应机电专业的设计和开发技能。
（二）循序渐进，逐步完善教材等教学资源
实验实践教学顺利实施，需要打破常规理论知识排列，基于工程对象来设计典型的操作任务，按照任务驱动的形式编写教材，按照项目教学法的形式来编排课程。在教学初期，教材选用可借助慧鱼模型的产品说明书、企业提供的教学资源和成果首先开课，在教学实践基础上逐渐策划、编著更贴合自身需求的教材。
（三）充分利用外部资源，校企合作优势互补
典型工程对象是实验实践教学顺利实施的基础。慧鱼模型的选择与维护、软硬件的升级、师资的培训、专业教学的指导等需要企业和学校共同完成，因此建立良好、紧密的校企合作关系可以充分发挥各方优势，更好地为学生服务。由教育部组织，慧鱼产品代理商中教仪器公司主办的两年一届全国机械创新设计大赛慧鱼赛区竞赛，以及创新设计论坛，给高校机电创新实践教学经验交流提供了一个很好的平台，对于进一步推动和完善机电创新工程实践训练方案的实施具有非常重要的意义。
五、结束语
在机电实践创新教学中系统地引入慧鱼模型，把专业基础课和专业课的教学与实践放到典型的工程对象环境中，同时对实践教学内容、教学方法、组织形式等方面进行改革，创造了一个良好的符合应用型本科工程教学要求的实践模式。作为人才培养体系建设的一部分，以慧鱼为载体的“工程对象教学法”模式的实施和完善，为我院创新型人才的培养开辟了一条新的途径。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 杨红涛.慧鱼模型在机电类创新型人才培养中的应用[J].科技信息，2010，（20）.
[2] 吴建平，成毅.“工程对象教学法系”模式应用的研究[J].成都理工大学学报，2009，17（4）.
[3] 孙璨，姜军，杨彦鑫，黄兆波，郑永春.以提高大学生创新实践能力为目的的人才培养模式的探讨与研究[J].云南农业大学学报，2010，8（8）.
[4] 肖晓萍，廖青.“慧鱼创意组合模型”在大学生创新教育中的应用[J].高等教育研究，2006，22（2）.
[5] 王咏梅，葛建宏，王炳谦.机器人创新开放实验室建设[J].实验室研究与探索，2009，28（10）：4-5.
[6] 韩蕾，郑轩，孙雪.慧鱼创意组合模型的实践与开发[J].机电技术，2010，（5）.
[7] 蔡理，郭鲁家.“慧鱼”模型在本科教学中的多层次应用[J].实验室研究与探索，2004，23，（7）.
[8] 朱志松等.机电专业创新实践项目的设计与实现[J].实验室研究与探索，2009，28（9）.
[责任编辑：碧 瑶]
[关键词]工程对象 创新实践 慧鱼模型
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）04-0071-03
随着社会需求的不断变化，高等教育的教育观念和模式也在发生根本性的转变。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020 年）》明确对本科教育提出了“营造自由的探索环境，鼓励学生主动发现、分析和解决问题，坚持教育教学与社会实践相结合，培养具有较强工程意识和创新能力的复合人才”的要求。机电工程是一门实践性非常强的综合性工程技术学科，实践教学在学生综合能力的培养和工程意识的形成方面具有独特的作用。因此强化实践创新，培养工程应用型人才已成为国内许多高校机电实践教学改革的目标。我校在以慧鱼模型为载体的“工程对象教学法”实践体系建设中，也做出了积极有益的探索。
一、机电创新实验教学现状
目前许多院校机电专业课程设置和教学模式还是围绕着以学科为主体的行政主导模式，教学偏重理论讲解，实验实践依然以分立的技能训练为主，面向现代工程系统特点的工程训练体系和创新模式尚未完全形成。主要表现在：教学地位上，依然强调以理论体系为核心的教学和考核方式，注重理论指导实践、实践附属于理论，实验实践是为加深理论知识的理解服务；教学内容上，服务于理论教学的实验实践内容，缺乏与实际工程问题结合，不能培养学生工程应用能力和创新思维能力；教学组织上，以专业课程为单元，理论实践教学分开，往往是老师讲解，学生按要求操作完成，并不能给学生一个完全自由发挥创造的空间，缺乏开放性和创新性；教学条件上，由于师资、设备、安全等主客观原因，使创新教育只是集中在少部分比较优秀和主动的学生身上，无法对学生开展普遍创新教育，这与“大众化”的教育理念相背。
二、工程对象教学法
工程对象教学法是基于工作过程的创新型工程教学方法，是在理论和实践教学中引入各种典型的工程对象，以典型工程对象作为创新教学平台，将理论讲解、实验实践教学与创新活动等融为一体的新型教学方法。在机电工程专业教学中，“工程对象教学法”模式是对传统实验实践教学的一种创新和突破。
首先，将典型工程对象、项目和案例引入机电实验教学，使实践更加具有“真实性和直观性”。丰富的工程对象可使学生更系统地理解所学知识，并在此基础上熟练掌握所专业技能。
其次，按照“任务驱动”的模式分解课程的知识点，围绕具体任务展开教学，能激发学生的学习兴趣和探索欲望，变被动学习为主动学习。
最后，打破了常规的“讲课+实验”的教学形式，将理论讲解、实践教学与创新活动等融为一体，采用教师引导、学生主体的方式开展，使教与学的有效性得到最大限度的发挥。
三、以慧鱼模型为载体的“工程对象教学法”的机电创新实验教学
（一）慧鱼创意组合模型
慧鱼创意组合模型（Fischertechnik）1964年诞生于德国，是技术含量较高的工程技术类拼装模型。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、汽车技术、能源技术和机器人技术等学科领域。模型采用标准的工业基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），配合传感器、控制器、执行器和软件，运用设计构思和实验分析，可以逼真地表现机械系统的构成、控制过程及科学原理，实现工业生产和大型机械设备操作的模拟。为课堂及实验室教学提供了良好的教具，也为工程培训、项目开发及可行性论证提供了有力的工具。
（二）以慧鱼模型为载体的“工程对象教学法”在机电创新实践教学中的应用
作为典型的工程对象引入机电创新实践教学中的慧鱼模型主要包括组合包、培训模型、工业模型三大系列，以慧鱼模型为载体的机电创新实践教学体系如图1所示。
慧鱼组合包模型包括基础组合包、专业组合包和机器人组合包。基础组合包提供大量机构系统，如连杆、齿轮、铰链、履带、齿轮箱等。学生通过模仿和动手实验，能达到对基本机械结构的感官认识，并能建立起科学的实验方法和理念。适合刚接触机电专业的学生的创新基础教育。
专业组合包括机械结构组合、气动组合、电子组合、机器人起步包等。可满足机电专业基础课的教学实验，面对大二学生的基础创新实践。例如机械结构组合模型可以在机械原理和设计课程实验中提供多种机械结构套件，学生能自主搭建各种模型，模拟各种机械运动，复现机构工作原理。电子组合将开放的面包板引入传统的电子制作和自主电子实习。气动技术能针对气动技术课程开展实验等。
机器人组合系列是汇聚了工程实践中各种典型的机器人，是集教学、研究和比赛于一体的综合平台。在专业课程实验时，控制器能提供灵活和丰富的接口，支持多种开发语言，可用于单片机C语言、PLC、测试技术，智能控制等课程的实验教学，作为创新实践平台，能够满足高年级专业认知与创新，课程设计、毕业设计和开展学科竞赛等的需要。
培训模型和工业模型是系列工业现场模型，如多自由度机械手，柔性流水线、综合仓储加工系统等。能精确搭建、生动地模拟各种复杂的工业化生产设备和流水线，常用于生产实习的前期准备和毕业设计。
（三）机电创新实践教学体系中“工程对象教学法”的特点
1.典型的工程对象与机电创新实践教学相结合
在机电创新实践教学中，作为典型工程对象的慧鱼系列模型既可以面向本科学习的某个阶段、某门课程，也可以覆盖大学学习的全过程。既可用于课内理论实验教学，也可面向课外创新实践教学。基础性的工程对象的引入，能达到对基本构件的感官认识，并能建立起科学的实验方法和理念。专用型工程对象，主要服务于某类课程，比如机械、电子等专业基础课的实验教学与实训。综合型工程对象机器人，主要用于专业课的教学与实训、综合训练、课程设计、课外创新活动等。 2.系统的多层次的实践体系
以慧鱼模型作为工程对象主线，将技能和创新训练融入大学四年的创新实践，形成多层次、系列化的创新实验体系。基础认知层，实现机电专业初步认知，培养创新兴趣。中级应用层承上启下，提供教学机械电子专业课程实验，锻炼动手能力；专业创新层，实现对专业知识的应用，通过综合性的项目和开放自主的实践方式，来培养学生工程意识、协作精神以及提高创新能力等。
3.丰富的教学组织和形式
在以“工程对象教学法”为核心的机电创新实践教学体系中，实践教学形式、实训项目、考核方法与传统相比，都有了很大的变化。按照项目驱动来设计任务，教学实践合二为一，时间和空间更加灵活。考核方法也多样和丰富，既有按传统的实验预习、出勤、报告、课内问答等综合评定的方式，也有以设计说明书、创新创意和赛事成绩来评审确定。
四、基于慧鱼模型的机电创新教学方案的实施
（一）总体规划，分步实施的策略
基于慧鱼模型的创新工程训练方案的内容丰富，在实施过程中可采用“统一规划，分步实施”的策略。结合实际情况，由简单到复杂，逐步投入资金，积累师资力量和教学经验。从课程选修到专业推广必修，循序渐进，深入开展。
按照总体规划的思路，整个计划分三个阶段来完成。在第一个教学阶段，通常以认识工程系统对象为重点，通过简单和典型的工程系统对象的认知或拆装，熟悉机电工程系统的基本组成。第二阶段，将机械电子、自动控制、传感器等课程教学内容融入第一个教学循环的典型工程对象系统中，学生通过亲自设计、组建、调试到最后完成系统控制，全面掌握机电工程系统的分析、设计、建模和调试等方法。第三阶段，通过给出一些典型工程对象的设计课题，提升学生的融会贯通能力和创新能力，获得相应机电专业的设计和开发技能。
（二）循序渐进，逐步完善教材等教学资源
实验实践教学顺利实施，需要打破常规理论知识排列，基于工程对象来设计典型的操作任务，按照任务驱动的形式编写教材，按照项目教学法的形式来编排课程。在教学初期，教材选用可借助慧鱼模型的产品说明书、企业提供的教学资源和成果首先开课，在教学实践基础上逐渐策划、编著更贴合自身需求的教材。
（三）充分利用外部资源，校企合作优势互补
典型工程对象是实验实践教学顺利实施的基础。慧鱼模型的选择与维护、软硬件的升级、师资的培训、专业教学的指导等需要企业和学校共同完成，因此建立良好、紧密的校企合作关系可以充分发挥各方优势，更好地为学生服务。由教育部组织，慧鱼产品代理商中教仪器公司主办的两年一届全国机械创新设计大赛慧鱼赛区竞赛，以及创新设计论坛，给高校机电创新实践教学经验交流提供了一个很好的平台，对于进一步推动和完善机电创新工程实践训练方案的实施具有非常重要的意义。
五、结束语
在机电实践创新教学中系统地引入慧鱼模型，把专业基础课和专业课的教学与实践放到典型的工程对象环境中，同时对实践教学内容、教学方法、组织形式等方面进行改革，创造了一个良好的符合应用型本科工程教学要求的实践模式。作为人才培养体系建设的一部分，以慧鱼为载体的“工程对象教学法”模式的实施和完善，为我院创新型人才的培养开辟了一条新的途径。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 杨红涛.慧鱼模型在机电类创新型人才培养中的应用[J].科技信息，2010，（20）.
[2] 吴建平，成毅.“工程对象教学法系”模式应用的研究[J].成都理工大学学报，2009，17（4）.
[3] 孙璨，姜军，杨彦鑫，黄兆波，郑永春.以提高大学生创新实践能力为目的的人才培养模式的探讨与研究[J].云南农业大学学报，2010，8（8）.
[4] 肖晓萍，廖青.“慧鱼创意组合模型”在大学生创新教育中的应用[J].高等教育研究，2006，22（2）.
[5] 王咏梅，葛建宏，王炳谦.机器人创新开放实验室建设[J].实验室研究与探索，2009，28（10）：4-5.
[6] 韩蕾，郑轩，孙雪.慧鱼创意组合模型的实践与开发[J].机电技术，2010，（5）.
[7] 蔡理，郭鲁家.“慧鱼”模型在本科教学中的多层次应用[J].实验室研究与探索，2004，23，（7）.
[8] 朱志松等.机电专业创新实践项目的设计与实现[J].实验室研究与探索，2009，28（9）.
[责任编辑：碧 瑶]