基于“慧鱼模型”的自动化工程实践教学改革探索

王妍萍　罗霄　何宁　刘晓洁

摘要：针对自动化专业传统教学中工程性、实践性和创新性薄弱的问题，以慧鱼模型为基础，探讨了针对不同年级进行工程实践教学应用，有针对性、多层次的为学生开展创新性的训练，将知识学习、能力培养和团队合作有机的结合起来，提升自动化学生的综合素质，为自动化专业学生创新能力的培养提供一种途径。

关键词：慧鱼模型 ；工程意识 ；综合素质 ；改革

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）30-7161-02

自动化专业是一个宽口径的专业，由于学校背景的不同，服务领域的不同，发展历史的不同，各个学校在人才培养模式及课程体系与课程设置方面会有比较大的差异。长期以来，传统的教学方法重视知识传播，容易造成学生只满足于死记硬背知识点，很少有机会进行思考和创新，工程意识缺失、就业能力低下。教育部要求工程教育以社会需求为导向，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力学生的工程意识和实践能力，创建具有中国特色的教育模式。[1]为了提高学生的工程意识、实践能力，北京服装学院的自动化专业在学科建设方面在不断探索，教育模式也由单纯的理论教育向实践运用能力的培养过渡。

为了能够培养出具有扎实的基础，创新的思维和工程项目管理能力的高素质人才，我们学校从本科一年级就开始让学生进行有效的自动化工程基础实践活动，只有这样才能尽量不出现在本科三、四年级学生在学习过程中仍然是一头雾水的情况。如何让本科一、二年级的的学生对机械、电子、信息、传感器等感兴趣愿意动手去实践？如何让本科三、四年级的学生发自内心的喜爱自己的专业？这是我们一直在思考的问题。经过多次调研和研讨，我们选用德国的慧鱼模型教具融入到自动化工程实践教学改革中。

1 慧鱼模型简介

慧鱼模型诞生于德国，是由机械元件、电气元件、气动元件、传感器、控制器及软件所组成的系统，可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车、能源和机器人技术等领域，可以逼真的表现机械系统的构成和控制过程及科学原理。目前德国西门子、德国宝马、美国IBM等一大批世界著名公司都采用慧鱼模型来论证生产流水线。[2]由于慧鱼模型采用模块化设计，可无限扩充，可反复拆装，便于学生自己动手搭建机械、气动、传感器部件，在控制器的控制下，实现自动控制。

2 慧鱼模型在基础工程实践中的应用

对于本科一、二年的学生而言，自动化专业是一个全新的对象，不知道它能干什么，尽管每年也进行新生入学专业教育，可是他们更关心的是这个专业未来工作好找吗？考研好考吗？只有少部分学生在高中阶段就对自动化有所了解，最后的结果就是大学一年级按照高中的方式学基础课，突然进入二年级学习很多独立的专业基础课（电路原理，自控原理等）时很茫然，在和学生的座谈会上听到最多的就是这个专业好难，自己不知道学这能干什么。我们学院针对这种情况，在大学二年级一上来就开设小学期的工程基础实践课程，目的是引导工程实践入门，让学生亲自动手制作一些简单东西，通过基础实践环节明白后面所开设的专业基础课和专业课都是自动化这个大系统中不可缺少的环节，提高学生对专业的认识。

在开设的工程基础实践课程中，我们利用慧鱼模型的拓展性、知识性和趣味性，吸引低年级的学生的注意力，教学内容以项目为导向，通过构思——设计——实现——运作的工程教育模式，将知识学习、能力培养和团队合作有机的结合起来。

在开设的工程基础实践课程中，每个实验小组平均5个学生，学习过程分为四个阶段：第一，慧鱼模型基础知识学习阶段。观看录像和图片，搭建简单模型，熟悉机械元件、电气元件和气动元件，了解各种传感器、控制器；上课讲解常见工业设备的基本工艺过程、慧鱼模型的基本原理、各种构件在机械传动中的应用、电气控制基本技术和计算机编程方法；第二，结合本校特色进行设备工艺介绍。观看服装纺织设备的录像，讲解典型设备的工艺过程，和学生一起分解典型设备的机构组成，讨论控制需求，考虑到学生的知识储备和动手能力，和学生一起简化机构和控制需求，搭建部分模型，为下一步进行项目设计打基础；第三，方案确定和模型搭建阶段。老师提前为学生拟定几个题目，鼓励学生根据前两个阶段的训练在此题目上有所变化和创新。由于学生专业课还没有学习，因此在方案设计和模型搭建过程中，老师一定要在机、电、控制、传感技术和编程方面多加指点和启发，让学生明白到这些知识是很有用、很重要的，为后续专业课的学习打下良好的基础；第四，汇报总结阶段。每组派一个学生参加答辩，并上交设计报告。老师指导学生写答辩提纲和设计报告，对于刚上二年级的学生不能过高要求，关键是锻炼学生的文字应用与编辑能力。这个环节的提出，主要是因为到了毕业设计写论文时，有一部分学生不知道怎么把自己做的东西写出来。

学生通过工程基础实践课的学习，自主学习的积极性提高了，也愿意主动思考，积极探索和研究，对专业有了新的认识和理解。学生一致认为慧鱼模型改变了他们对工程技术的畏难情绪，觉得课堂教学轻松活泼，确实是受益匪浅。

3 慧鱼模型在创新实践中的应用

对于本科三、四年级的学生，因为已经学习了部分专业课程，并且有了慧鱼模型的基础训练，结合全国大学生机械创新大赛慧鱼组竞赛，对有兴趣有能力的学生，鼓励他们积极参加竞赛。我们学校连续4年参赛，制作了10余件作品，其中“自动吊挂系统”获得了2014年度作品一等奖。由于全国大学生机械创新大赛慧鱼组竞赛是两年一次，我们为了保证学生学习的延续性，在没有竞赛的年份，也按照大赛的要求组织学生模拟比赛。学生通过头脑风暴、方案的提出、反复讨论、模型搭建、模型改进等过程，在知识综合应用能力、工程意识、团队协作能力等方面到锻炼，创新意识和创新能力有了进一步提高。最后答辩过程，不仅要有好的创意和好的作品说明书，还要有现场的随机应变能力、与人交流能力和口才等，这些都对学生的综合素质的提高有很大的帮助。

考虑到本科三、四年级的学生，将来要面临就业，如何调动他们的积极性，让他们在参加慧鱼的竞赛中学到更多有用的新技术，我们也是做了很多的尝试。例如：在流水线控制和立体仓库的控制中用PLC做控制器，学生能够提高PLC的编程技术；利用慧鱼组件搭建物智能控制小屋，在小屋内安装各种传感器，利用无线蓝牙将各种传感器和各种执行机构组合起来，并推送到移动通信设备上，更好地实现交互与控制，对智能控制和无线控制感兴趣的学生非常喜欢这种尝试；在服装镶钻设备的设计中，利用上位机进行图像的简单处理后，实现有特色的镶钻，吸引了对服装设计感兴趣的学生。

学生通过创新实践活动，激发了学生内在的原动力，调动了他们的主观能动性、自觉性和积极性，发挥了创造力和想象力，培养了学生的创新思维和创新能力。

4 结束语

在应用慧鱼模型进行自动化工程实践教学过程中，针对不同年级的学生，提出不同的要求，最终达到学生能够综合运用机械机构基础、气动技术、传感器技术、自动控制技术、机器人技术和编程等。为学生创造一个良好的实践体系和环境，富有创意性，引导学生自主性学习，把理论知识应用到实践中，充分发挥学生的才能，培养学生各方面能力。采用慧鱼模型进行自动化工程实践教学改革，提升了我校自动化学生的综合素质，是一条探索培养学生创新能力的有效途径。

参考文献：

[1] 李疆，杨秋萍，石文昌.基于CDIO模式下的一体化工程实训项目的设计与实践[J].贵阳学院学报，2013，8（3）：59-62.

[2] 辛颖，薛佳，王剑.基于“慧鱼模型”的机器人课程试验教学改革探索[J].现代教育技术，2009，19（7）：138-140.endprint