覃祖和 伍詠暉 莫興洋

【摘 要】本文針對目前機械類專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)狀況，以德國公司的“慧魚創(chuàng)意組合模型”為載體，以培養(yǎng)機械類專業(yè)創(chuàng)新型人才為目標，提出在培養(yǎng)機械類專業(yè)創(chuàng)新型人才過程中的新模式，即慧魚組合模型在專業(yè)課程教育、實訓(xùn)課程教育、綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的應(yīng)用，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的創(chuàng)新能力提供了借鑒和啟示。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新型人才 慧魚創(chuàng)意組合模型 創(chuàng)新能力 綜合創(chuàng)新

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）23-0138-03

目前，中國制造業(yè)規(guī)模已超越歐美發(fā)達國家，躍居世界第一位，成為中國經(jīng)濟快速、健康發(fā)展的重要支撐產(chǎn)業(yè)。為了提高中國制造業(yè)在世界中的競爭力，需要不斷地進行技術(shù)創(chuàng)新，加快企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。現(xiàn)階段，中國高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)的總體目標是培養(yǎng)具有扎實的理論知識、精湛的技術(shù)技能、較強的創(chuàng)新意識的應(yīng)用型、實踐型、創(chuàng)新型高級復(fù)合型人才。這樣的人才屬于知識技能型，能夠運用專業(yè)理論知識解決生產(chǎn)一線中的問題，同時在實踐操作中注重技術(shù)技能創(chuàng)新。

一、目前機械類專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

在現(xiàn)階段，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力與實踐能力已成為高校越來越緊迫的一項任務(wù)，尤其在國家實施“中國制造2025”制造強國戰(zhàn)略之后，培養(yǎng)機械類專業(yè)創(chuàng)新型人才對高校來說更是一個嚴峻的挑戰(zhàn)。一直以來，機械類專業(yè)人才培養(yǎng)模式是理論學(xué)習與實踐操作環(huán)節(jié)互相獨立，理論與實踐缺乏融合，這種人才培養(yǎng)模式無法實現(xiàn)“學(xué)中做、做中學(xué)”，導(dǎo)致學(xué)生無法將學(xué)到的理論知識與具體的工作實踐相聯(lián)系，缺乏實踐能力和創(chuàng)新能力。加之實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中教學(xué)設(shè)備硬件有限，實踐教學(xué)內(nèi)容大部分是演示式、模仿式和重復(fù)式，沒有引導(dǎo)學(xué)生自主分析、思考和研究，無法給學(xué)生一個自由發(fā)揮創(chuàng)造的空間，學(xué)生按部就班式完成實操任務(wù)，缺乏創(chuàng)造性和創(chuàng)新性，久而久之，學(xué)生的思維受到了嚴重束縛和禁錮，最終導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力不足。長期以來，中國高等職業(yè)教育人才培養(yǎng)缺乏企業(yè)的參與和引導(dǎo)，造成人才培養(yǎng)目標與企業(yè)需求脫節(jié)，嚴重影響和制約了機械類專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)質(zhì)量，主要原因是缺乏有效的產(chǎn)學(xué)研合作機制。高等學(xué)校、科研機構(gòu)、企業(yè)之間在人才培養(yǎng)方面仍然難以達成有效的運行機制，主要體現(xiàn)在高校熱、科研機構(gòu)和企業(yè)冷的尷尬局面。

為了能夠培養(yǎng)出更具有創(chuàng)造性和創(chuàng)新型的機械類專業(yè)人才，有必要探索一種新型的人才培養(yǎng)模式。機械類專業(yè)學(xué)生學(xué)習的專業(yè)課程主要包括機械設(shè)計、機械制造、液壓與氣動、PLC控制等課程，這些課程需要相應(yīng)的硬件設(shè)備來訓(xùn)練學(xué)生的專業(yè)能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。目前，很多學(xué)校由于擴招導(dǎo)致經(jīng)費投入不足，實踐教學(xué)設(shè)備的數(shù)量無法滿足學(xué)生的學(xué)習需求，同時現(xiàn)有的實踐教學(xué)設(shè)備功能過于單一，基本上只能用于某門專業(yè)課程、某個實訓(xùn)項目、某個學(xué)習階段的教學(xué)，不能滿足學(xué)生對不同專業(yè)課程、不同實訓(xùn)項目、不同學(xué)習階段的需求，因此迫切需要一種成本低、功能齊全、適合機械類專業(yè)學(xué)生對不同專業(yè)課程、不同實訓(xùn)項目、不同學(xué)習階段需求的實踐教學(xué)設(shè)備。

二、慧魚創(chuàng)意組合模型簡介

慧魚創(chuàng)意組合模型（fischertechnik）是一款用于工程技術(shù)智趣拼裝的組合模型，于1964年誕生在德國。它涵蓋了機械、氣動、電子、控制、傳感器技術(shù)、機器人技術(shù)、新能源技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)，以機械、電子、氣動元件作為基本構(gòu)件，加入控制器、傳感器、驅(qū)動器、控制軟件和控制程序，可用于實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、大型機械設(shè)備操作的模擬、技術(shù)原理的過程還原?；埕~創(chuàng)意組合模型作為科學(xué)原理展示、技術(shù)過程還原的理想載體，能夠為創(chuàng)新實踐教學(xué)、實驗實訓(xùn)教學(xué)、科研創(chuàng)新、生產(chǎn)流水線提供可行性驗證。在國內(nèi)，已有超過500所高校使用慧魚開展教學(xué)科研、科技創(chuàng)新活動，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中學(xué)習工程技術(shù)知識，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力和綜合素質(zhì)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，讓學(xué)生在驗證理論知識的同時，實現(xiàn)理論知識和實踐的統(tǒng)一。國際上也有一大批知名企業(yè)引進慧魚創(chuàng)意組合模型產(chǎn)品以論證生產(chǎn)流水線，如德國的西門子、寶馬，美國的IBM等。

三、慧魚模型在培養(yǎng)機械類專業(yè)創(chuàng)新型人才中的應(yīng)用

慧魚創(chuàng)意組合模型集教具和仿真模型于一身，是創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實踐的優(yōu)良載體，為創(chuàng)意的有形化提供了橋梁，可以用于培養(yǎng)機械類專業(yè)學(xué)生不同課程、不同實訓(xùn)項目、不同學(xué)習階段的實踐能力和創(chuàng)新能力。因?qū)I(yè)改革發(fā)展的需要，2017年，廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院引進了慧魚創(chuàng)意組合包模型，包括機械技術(shù)組合包、機械演繹組合包、工業(yè)機器人組合包、機器人探索組合包、機器人技術(shù)組合包、氣動機械組合包等不同學(xué)科技術(shù)的模型，并建立了慧魚創(chuàng)新實驗室，可用于機械類專業(yè)學(xué)生不同課程、不同實訓(xùn)項目、不同學(xué)習階段的實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（一）專業(yè)課程教育

學(xué)院機械類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課程有機械原理、機械設(shè)計基礎(chǔ)、液壓與氣動技術(shù)、PLC可編程控制技術(shù)等，這些課程專業(yè)性強，機械結(jié)構(gòu)抽象復(fù)雜、原理深奧，學(xué)習這些課程要求學(xué)生具有一定的空間想象能力和邏輯思維。一直以來，“機械原理”“機械設(shè)計基礎(chǔ)”“電氣控制”等課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式是以教師為中心，課堂集中傳授理論知識，學(xué)生被動式接受知識，學(xué)生在學(xué)習過程中缺乏對機械結(jié)構(gòu)、原理的觀察和思考。而引入慧魚創(chuàng)意組合模型授課可以改變傳統(tǒng)純理論式授課模式的枯燥乏味，教師講授理論知識后將慧魚模型組合包分發(fā)給各個學(xué)習小組，各小組根據(jù)任務(wù)書的要求，運用機械結(jié)構(gòu)、機構(gòu)運動原理、電氣控制原理進行設(shè)計和組裝實物模型，在設(shè)計和組裝實物模型過程中，學(xué)生可以加深對各種機械結(jié)構(gòu)、機構(gòu)運動原理、電氣控制原理的感性認識，鍛煉學(xué)生實踐能力的同時也提高他們的創(chuàng)新、創(chuàng)造能力，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。以“機械設(shè)計基礎(chǔ)”中鉸鏈四桿機構(gòu)教學(xué)為例，說明專業(yè)課程教育如何與慧魚創(chuàng)意組合模型進行結(jié)合。鉸鏈四桿機構(gòu)的傳動原理、運動規(guī)律是學(xué)生的學(xué)習難點，通過采用現(xiàn)場教學(xué)方式，教師講授完四桿機構(gòu)的理論知識后，學(xué)生運用慧魚創(chuàng)意組合模型設(shè)計并組裝汽車雨刷器模型（圖1所示），學(xué)生在課堂上親自參與設(shè)計、組裝、調(diào)整、測試、觀察和討論，使學(xué)生更容易理解鉸鏈四桿機構(gòu)的運動原理和運動特性特點。運用慧魚創(chuàng)意組合模型來輔助專業(yè)課程教學(xué)，極大地提高了教學(xué)效果，學(xué)生能夠把原理和方法與具體運用密切聯(lián)系起來，培養(yǎng)了學(xué)生運用理論知識解決工程實踐問題的能力。

（二）實訓(xùn)課程教育

實訓(xùn)課程主要是考查學(xué)生運用所學(xué)專業(yè)知識進行機電系統(tǒng)設(shè)計、加工、裝配的能力，由于慧魚創(chuàng)意組合模型具有集機械、電子、液壓、氣動、控制技術(shù)于一身的特點，可以將慧魚模型引入實訓(xùn)課堂，用于訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的綜合系統(tǒng)設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。教師設(shè)置綜合實訓(xùn)項目，項目盡可能結(jié)合生產(chǎn)實際并涵蓋機、電、液、氣、控制于一體，如數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控鉆床、立體倉庫、傳送帶、搬運機器人等，以2～3名學(xué)生為一個團隊小組，團隊小組根據(jù)實訓(xùn)項目任務(wù)書的要求進行作品創(chuàng)意構(gòu)思與結(jié)構(gòu)設(shè)計，并利用慧魚模型組合包設(shè)計和組裝作品實物、編寫作品控制程序、連接作品電路、調(diào)試作品控制程序并實現(xiàn)任務(wù)書要求實現(xiàn)的功能。實訓(xùn)期間，要求學(xué)生編寫作品設(shè)計說明書、制作項目答辯PPT、錄制與剪輯影像，目的是培養(yǎng)學(xué)生的文字應(yīng)用與編輯能力、影像和PPT制作與編輯能力。實訓(xùn)結(jié)束后，安排學(xué)生現(xiàn)場答辯和路演，答辯和路演環(huán)節(jié)需向指導(dǎo)教師、全體學(xué)生演示作品，目的是培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)場隨機應(yīng)變能力、溝通交流能力。以“慧魚創(chuàng)意組合模型”作為載體開展實訓(xùn)項目，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力、綜合應(yīng)用知識能力、團隊協(xié)作能力，極大地促進了學(xué)生綜合素質(zhì)能力的提升。為了提高學(xué)生運用所學(xué)專業(yè)知識進行機電系統(tǒng)設(shè)計，運用慧魚創(chuàng)意組合模型開設(shè)機電創(chuàng)新綜合實訓(xùn)，實訓(xùn)時間為2個星期，學(xué)生根據(jù)實訓(xùn)任務(wù)書設(shè)計一款三自由度工業(yè)機器人（圖2所示），其中三自由度工業(yè)機器人帶有識別物體表面顏色的傳感器，機器人能夠根據(jù)識別的結(jié)果把物體搬運到立體倉庫并按顏色歸類。通過這個實訓(xùn)項目，幫助學(xué)生把各部分的機械設(shè)計知識、電氣控制知識互相聯(lián)系起來，在程序調(diào)試階段，學(xué)生將會更深入理解電氣控制原理，同時也培養(yǎng)了學(xué)生運用所學(xué)基本理論與方法去分析和解決工程實際問題的能力。

（三）綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)

綜合創(chuàng)新能力是機械類專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的目標，這種能力的培養(yǎng)主要結(jié)合大學(xué)生第二課堂和學(xué)科競賽進行?；埕~創(chuàng)意組合模型涵蓋了機械設(shè)計、機械原理、電子控制、氣動控制、汽車技術(shù)、機器人技術(shù)、遙控技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)，以機械演繹組合包、工業(yè)機器人組合包、機器人探索組合包、機器人技術(shù)組合包、氣動機械組合包作為載體用于培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。學(xué)生在第二課堂中可以結(jié)合現(xiàn)實生活、生產(chǎn)需要進行作品創(chuàng)新、創(chuàng)意設(shè)計，再利用慧魚創(chuàng)意組合包模型將創(chuàng)新創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實作品，運用慧魚ROBO Pro編程軟件、PLC編程軟件編寫程序控制模型并驗證創(chuàng)新創(chuàng)意的可行性。例如，生活中許多學(xué)生喜歡玩一種彈球游戲，游戲過程中，小球從發(fā)射點出發(fā)后，參與者通過控制彈射手柄擊打小球，小球上升過程需要通過不同的分區(qū)，如果進入無效區(qū)，本輪游戲結(jié)束。根據(jù)彈球游戲的原理，學(xué)生可以運用慧魚創(chuàng)意組合模型設(shè)計一款彈球機（如圖3所示），該彈球機綜合了機、電、光、氣等技術(shù)，是一款技術(shù)復(fù)雜程度很高的產(chǎn)品原型機，可以用于驗證產(chǎn)品機的可行性方案和各項技術(shù)指標。這樣教學(xué)，有助于學(xué)生樹立創(chuàng)新思維觀念，激發(fā)創(chuàng)新欲望，了解創(chuàng)新方法。學(xué)生還可以根據(jù)自己的興趣和能力參加學(xué)科競賽，利用競賽平臺培養(yǎng)自己的綜合創(chuàng)新能力，目前，結(jié)合慧魚創(chuàng)意組合模型開展競賽的有全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國慧魚工程技術(shù)創(chuàng)新大賽。

圖3 ?彈球機

綜上所述，將慧魚創(chuàng)意組合模型引入機械類專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系中，有效地將理論學(xué)習和實踐操作深度融合，真正地實現(xiàn)了“學(xué)中做、做中學(xué)”的教學(xué)效果，克服了傳統(tǒng)人才培養(yǎng)中“學(xué)、做”互相獨立的不足之處。探索目前高等職業(yè)教育機械類專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新模式，為學(xué)生營造具有濃厚的創(chuàng)新創(chuàng)意學(xué)習氛圍，提高了學(xué)生自主學(xué)習的主動性和自由探索的積極性，更好地激發(fā)學(xué)生將創(chuàng)造性思維應(yīng)用到實踐中。由于慧魚創(chuàng)意組合模型的綜合性和開放性，學(xué)生可以將所學(xué)專業(yè)知識進行應(yīng)用性、創(chuàng)新性訓(xùn)練與實踐，培養(yǎng)了學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新實踐能力，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

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注：2020年廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目（2020KY32009）;2017年廣西職業(yè)教育專業(yè)發(fā)展研究基地“廣西職業(yè)教育數(shù)控技術(shù)專業(yè)及專業(yè)群發(fā)展研究基地”項目資助;廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項目（2017YKYZ004）

【作者簡介】覃祖和（1986— ），廣西象州人，碩士研究生，廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程師，研究方向為機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化、智能制造應(yīng)用技術(shù)。

（責編 黃桂嬋）