機械《創(chuàng)新設計》實驗課程與大學生創(chuàng)新思想培養(yǎng)的研究與探索

孫承峰，譚 洪，王明娣，劉秀波

（蘇州大學 a.機電工程學院；b.工程訓練中心，江蘇 蘇州 215021）

機械《創(chuàng)新設計》實驗課程與大學生創(chuàng)新思想培養(yǎng)的研究與探索

孫承峰a，譚 洪b，王明娣a，劉秀波a

（蘇州大學 a.機電工程學院；b.工程訓練中心，江蘇 蘇州 215021）

本文基于以慧魚創(chuàng)意組合模型為載體對機械《創(chuàng)新設計》實驗課程進行設置，并對實驗課程內容方法步驟及所取得的效果成果進行了詳細的闡述，指出機械《創(chuàng)新設計》實驗課程的開設有利于大學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

機械創(chuàng)新；創(chuàng)新設計；實驗課程；創(chuàng)新思想；慧魚

高校教育的目標是培養(yǎng)高層次創(chuàng)新型人才。特別對于工科機械類人才培養(yǎng)而言，學生除了要有扎實的機械理論基礎知識外，還應兼?zhèn)溟_拓、創(chuàng)新的意識、思維和能力。機械《創(chuàng)新設計》課程的內容是以培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性素質為目標，講授創(chuàng)新設計理論知識。而《創(chuàng)新設計》課程的實驗是以實踐為基礎，注重培養(yǎng)學生的動手實踐能力、創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力。本研究重點主要是通過慧魚創(chuàng)意組合模型為實驗載體來激勵和開發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，把《創(chuàng)新設計》課程中的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技法通過親自動手搭建模型來表達和實現(xiàn)，從而調動學生的創(chuàng)新設計的積極性和對科學研究的興趣。最終達到對學生的專業(yè)能力培養(yǎng)和科學研究、創(chuàng)新能力培養(yǎng)并重的結果，培養(yǎng)基礎扎實、創(chuàng)新能力強的高素質人才。

一、實驗課程內容

本實驗主要以慧魚創(chuàng)意組合模型為實驗設備，倡導的是開放式學習，以學生動手實踐為主，教師為輔的教學方式進行，結合既定項目和選題項目學生自由分組搭配完成模型搭建、調試、運行。

1.實驗設備?；埕~創(chuàng)意組合模型產(chǎn)于德國，是技術含量很高的工程技術類智趣拼裝模型，它是一個涵蓋結機械結構、傳感器、執(zhí)行器、控制器和軟件的創(chuàng)新實驗平臺。它的構件主要包含機械，電氣，氣動三大類。機械元件包含齒輪、齒條、渦輪、渦桿、凸輪、曲軸、齒軸、聯(lián)桿、鏈條、履帶、彈簧、萬向節(jié)、差速器、減速箱、鉸鏈等。電氣元件包含各種傳感器

（光敏、熱敏、磁敏、觸敏）、直流電機、PLC、紅外線發(fā)射接收裝置、聲光器件，接口電路板和擴展版等。氣動元件包含氣缸、氣閥（手動、電磁閥）、氣管、管接頭（三通、四通）、氣泵、儲氣罐等。如圖1所示。

圖1 慧魚模型部分構件

慧魚模型主要有三種控制方法：ROBO智能接口板控制、PLC控制和單片機控制。其最主要用ROBO智能接口板控制，利用慧魚自帶的ROBO pro軟件進行圖形化編程，方便簡潔易懂。

2.實驗方法及步驟。本實驗教學方法主要讓學生小團隊的自由組合（2-4人），選作自己喜愛的作品，實驗按照三個階段來實施：入門階段，提高階段，創(chuàng)意階段。

第一階段：入門階段，該階段主要選擇的是機械與結構組合包、氣動組合包、電子技術組合包、機器人起步技術組合包等入門模型。通過該階段讓學生了解慧魚模型的搭接原理和方法，并進行調試和運行。該階段要求學生掌握機械、電子、氣動、機器人、傳感器的入門知識及其控制應用，并通過搭接模型，繪制出機構簡圖、電路圖和氣路圖，分析掌握所搭模型的構造與工作原理。經(jīng)老師提問，學生自主改進，進一步加強對模型的理解。由于模型眾多，現(xiàn)選部分模型結構如圖2所示。

圖2 第一階段模型（部分）

第二階段：提高階段，該階段主要選擇的是機器人組合包，涵蓋機器人綜合訓練包、仿生機器人、ROBO探險家機器人、工業(yè)機器人、氣動機器人等組合包。通過該階段讓學生熟練掌握ROBO接口板和ROBO pro軟件的應用，掌握編程方法，在線調試和下載程序控制機器人的運動。培養(yǎng)和提高學生的自主設計和編程設計能力，增強如何結合傳感器技術、機械機構、氣動裝置、電子技術做成套機電一體化裝置并進行裝配、調試的綜合能力，從而提升學生的創(chuàng)新意識。由于模型眾多，現(xiàn)選部分模型結構如圖3所示。

圖3 第二階段模型（部分）

第三階段：創(chuàng)意階段，該階段主要進行創(chuàng)意設計，組件不定，自由選擇。主要通過某些主題或結合創(chuàng)新設計大賽來要求學生進行自由設計，完成作品的搭建、調試和運行。該階段需要課后查閱收集資料，建模等，教師從旁進行指導。圖4為部分學生創(chuàng)意作品。

圖4 第三階段 學生創(chuàng)意作品

二、研究效果及成果

通過慧魚創(chuàng)意模型的使用，能很好地體現(xiàn)機械《創(chuàng)新設計》這課程的主旨，不僅讓學生將多學科多領域的綜合知識融會貫通于實踐過程中，更重要的是培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新設計能力。實驗發(fā)現(xiàn)通過一段時間的學習實踐，學生普遍有了對解決問題的信心，通過自己動手制作、編寫程序、結合一部分傳感器的使用成功地控制機器人運動，感覺很有成就感。通過創(chuàng)新實驗的活動還培養(yǎng)了同學之間新型的“團隊合作”精神。另外我們把好的創(chuàng)意跟機械創(chuàng)新設計大賽結合起來進行組隊參賽，其中在2012年第五屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽慧魚組比賽中，三件作品有兩件獲得了國家二等獎，一件三等獎。在校級比賽中也屢獲特等獎和一等獎，有些作品也還申請了專利，從中發(fā)現(xiàn)學生的科研創(chuàng)新能力提升很快。

機械《創(chuàng)新設計》實驗課程--慧魚創(chuàng)意模型實驗打破了原有的實驗模式，為學生創(chuàng)造了一個良好的動手環(huán)境，使之可以進行開放式的創(chuàng)新性實驗，充分發(fā)揮了學生的機智才能，讓各類知識加以串聯(lián)運用，進行創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)造，可以使學生對實驗學習有成就感，通過不同的設計思路和方法增長了學生的見識，通過運用如觀察、實驗、比較、歸納、演繹、分析、綜合、假設等研究方法，分析已掌握的實驗信息資料，提取創(chuàng)意精華，培養(yǎng)了學生研究性，創(chuàng)新性學習的能力?？傊?，通過實驗可以使學生開闊視野，拓寬思路，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

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G642.0

A

1674-9324（2014）04-0280-02

蘇州大學高等教育教改研究課題——機械《創(chuàng)新設計》實驗課程與大學生創(chuàng)新思想培養(yǎng)的研究與探索。