高校工程训练之创客实践

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  摘 要 基于创客运动在我国的蓬勃发展以及国家对创客空间的高度重视,介绍创客的起源和它在国内外的发展历程,研究国内高校近年来工程训练建设的发展方向,探索工程训练与创客教育相结合的方式方法,揭示高校工程训练在创客教育实践中的平台作用和未来发展趋势。
  关键词 工程训练;创客空间;创客教育;实践教学
  中图分类号:G642 文献标识码:B
  文章编号:1671-489X(2017)02-0001-05
  Practice of Maker Education for University Engineering Training//
  LI Bei, LIU Hongmei, JIANG Yan
  Abstract Based on the vigorous development of maker movement in
  our country and the great attention and support to the maker space
  from the government, this paper introduces the origin and develop-ment process of the maker, describes the development of the engi-neering training of domestic universities in recent years, and explores
  the ways and means of the combination of engineering training with maker education. It reveals the platform function and development trend of the college engineering training in the practice of the maker education.
  Key words engineering training; maker space; maker education; practice teaching
  1 前言
  随着科技进步、知识经济和大数据时代的来临,全球都在加紧部署科技创新战略。互联网和信息技术的飞速发展,极大地推动了现代数字技术与教育教学方式的不断融合,创客运动应运而生。2015年,李克强总理探访深圳柴火创客空间,随后在国务院常务会议上提出发展“众创空间”的政策措施,为创业创新搭建新平台;2015年政府工作报告中指出“大众创业、万众创新”是我国经济转型和保增长的“双引擎”之一,国家先后出台了《关于发展众创空间推进大众创新创业的指导意见》(国办发〔2015〕9 号文件)、《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》(国办发〔2015〕36号文件);5月4日青年节,清华大学生创客收到总理回信鼓励。以上均表明了国家对创客空间发展的高度重视与支持。
  2 创客的由来与发展
  创客的起源 “创客”一词源于英文单词“Maker”,指出于兴趣和爱好,努力把各种创意转变为现实的人。尤其创客空间是一种开放性的物理空间,该场所通过配备实用工具、材料和资源,将人们组织聚集在一起,促进学习讨论、创意分享和动手实践[1]。2015年的国际高等教育权威报告《地平线报告》中指出,创客空间作为教育变革的重要技术手段,将在未来5年内成为影响全球教育变革和发展的关键趋势。目前创客运动正以迅猛姿态在全球范围内蓬勃发展,创客教育成为教育改革和发展的必然趋势和重要途径。
  创客与创客空间的全球发展历程 从1975年Homebrew Computer Club在硅谷诞生,1978年乔布斯在此发布第一代苹果电脑开始,到1995年全球第一家Hackerspace——C-base成立,如今创客及其创客空间在北美、欧洲以及亚洲等许多国家出现并壮大。
  美国时任总统奥巴马于2009年11月在教育推动创新(Educate to Innovate)运动中发言呼吁“每个学生都应成为创造者,而不仅仅是消费者”。之后,美国白宫启动“创客教育计划”(Maker Education Initiative,MEI),并由创客运动的领导者、《创客》杂志创始人Dale Dougherty担任首席执行。该计划依托创客项目的发展和创客空间的建设,激发孩子的兴趣、信心和创造力,使每个孩子都成为创客。目前,美国已有哈佛大学、MIT、斯坦福大学等近百所高校开设了创客空间,超越年级和学科限制,面向所有学生开放,并尝试将学校内教育与学校外教育连接起来,构建无所不在的创客空间[2]。
  创客的国内起步与发展现状 创客教育在美国、英国、加拿大等发达国家风行之后,包括我国在内的很多发展中国家也逐渐意识到创客教育的战略价值,开始积极推动创客教育。
  2010年,国内首个正式的创客空间——“新车间”在上海诞生,随后,“深圳柴火空间”“北京创客空间”“杭州洋葱胶囊”等创客空间相继成立。英特尔等科技公司相继举办“创客”大赛和“创客”嘉年华,“创客运动”在中国传播开来。清华大学、同济大学、深圳大学等知名高校及部分中小学也陆续成立“创客空间”。目前国内创客空间大致分为3种类型:
  1)社会人士创办的创客空间,如上海的新车间,会员通过缴纳会费来参与创客活动;
  2)图书馆创建的创客空间,如上海图书馆的创新空间;
  3)学校某部门牵头成立的创客空间,如温州大学创客空间[3]。
  目前国内创客空间发展不均衡,场地的租赁、设备的引进、人员的配备都需要大笔资金,部分创客空间入不敷出,日常运行难以为继;而有的创客空间发展迅速,表现在人员数量的急速增长,场地、设备需求和规模的不断增加[4]。其中以清华大学创客空间发展最具代表性。清华大学依托学校基础工业训练中心平台的设备、场地、师资、学科、技术等方面的雄厚资源,积极开展高校创客空间和创客教育的探索,并凭借学校深远的影响力,在全国范围内联合50余所高校、10余家企業共同发起并成立高校创客教育基地联盟,聚合创客教育的资源,进行高等教育协同创新,推动创客教育的可持续发展,起到很好的示范和引领作用。   3 国内高校工程训练的发展
  高校工程训练中心的设立 实践教学是实现高等教育人才培养目标的重要环节,对提高学生的综合素质,培养学生的创新意识和创新能力,有着非常重要的作用。在“面向现代化、面向世界、面向未来”思想的指导下,国内高等教育进入不断深化高等教育体制改革,促进规模发展的道路[5]。高校实践教学改革也正是高校通过提升实践教学质量达到促进高校办学品质提升进而解决高校毕业生就业难的主要途径。
  近年来,许多文理专业需要对工程实践有所了解,这一类需求催生了高校工程训练中心的诞生,绝大部分高校依托原有的金工实习厂设立了工程训练中心,以提供面向全校大部分专业开设的工程训练和工程认识等系列课程,以期达到“畅想”的发展理念和“实践”的工程目标。
  国内高校工程训练的变革 目前高校工程训练中心功能目标有工程教育、创新教育、通识教育和社会服务等,教学体系包含资源整合挖潜的工程训练系列、资源开放的创新创业系列以及资源拓展的工程文化教育系列等。其创新工程训练模式从教学理念与模式到教学的内容、体系、方法、对象、环境、手段、功能及管理等均较以往的金工实习发生根本颠覆式的变化[6]。从以往的知识传授、技能培养,过渡到系统集成、工程能力训练,到以学生为主体的创新驱动培养,对教学的师资和软硬件配备都提出极高的要求。
  清华大学定位“助力学生梦想变成现实”的i·Center,引领国内的工程训练中心在创客空间的队伍构架、基础设施、教学内容、运作机制、空间规划和过程度量等方面的全面建设与发展。
  4 工程训练与创客实践
  南通大学工程训练中心成立于2011年,占地近10 000平方米,总建筑面积约18 800平方米。它以“大工程教育”思想为指导,以贴近现代工程实际的实践训练为手段,坚持以学生为主体、以教师为主导,以工程师能力培养为目标,知识、能力和素质协调发展,构筑以现代产业需求为导向、产学研紧密结合为载体、实践能力培养为核心的人才培养模式,培养适应现代企业文化、适应现代企业岗位要求的工程技术人才。在教学模式上以专业、学科交叉的综合工程训练为出发点,打破院系壁垒,集成和优化机械制造、电子电气、现代交通运输、计算机应用、系统工程和经营管理等学科的工程实践教学资源,建立包括工程基础训练、现代制造技术训练,对接产业需求、学科复合的工程训练平台。
  在工程训练中心构建创客空间的过程中,以创客空间建设为载体,以大学生创意创新创业能力和实践动手能力培养为目标,整合教学资源,在现有工程训练条件与课程体系的基础上,向融合科技孵化、先进加工制造、创意创新创业实践等多元化发展的创新实践教学平台进行转型升级。近年来培训课内学生约2万人次,课外逾600人次;接待国内外人员来访逾50次,近千人。
  平台条件 利用工程训练中心在创客教育中的天然优势和平台条件,在工程训练中心实践教学平台的基础上构建高校创客空间,其中平台条件主要包括实践创新理念、物理空间、材料设备等方面。
  南通大学创客空间依托工程训练中心在创客教育中的优越平台条件,在较短的时间内实现从无到有、从有到优的长足发展。作为实践教学基地,工程训练中心始终坚持通过实践教学平台培养和训练学生的创新意识、创新思维和创新精神,帮助他们提高动手实践能力和创造性地解决问题的能力,这与创客空间实践创意的精神内涵是一致的。
  其次,工程训练中心为创客教育提供了宽敞的物理空间和优良的工作平台。近年来,工程训练中心(以下简称“中心”)十分重视创客空间建设与发展,相继建成大学生创新创业工作室、陶艺社团、3D打印创客空间等不同功能的创客活动场所。创新创业工作室面向全校大学生社团提供创新创业平台和服务,包括场地、设备工具和研究经费等。仅2015年,中心大学生创新创业工作室入驻接受竞赛培训和指导的学生92队、224人;2016年,中心立项资助大学生创新训练项目9项。
  此外,3D创客体验中心为大学生提供了前沿的、最生动直观的3D创客空间体验。体验室拥有优越的创客活动条件,配备了先进的仪器、设备和材料,推动创业孵化,助力学生项目研究和创新创业。中心相继引进的设备资源,主要包括五轴加工软硬件系统、FMS柔性制造生产线和SMT表面贴装生产线、快速成型系统、桌面型3D打印机、手持式扫描仪、智能机器人等,这些先进的设备最大限度地为创客活动提供了各种便利,并逐渐成为名副其实的“创新工场”。
  教育模式 成立创客空间以来,为了在日常实践教学活动中潜移默化地对学生进行创客教育,中心以原有课程资源为依托,将创新教育与部分实训环节相结合,与工程综合创新训练相结合,积极探索高校创客教育的教学模式,尝试扩展实践教育的领域,设计和完善适合大学生创新教育的课程,以适应不同兴趣和不同学科、专业、年级的学生开展动手实践和创意、创新、创业的不同层次需求。
  中心针对不同专业的学生采取不同的教育方式,对经、管、理、医、艺分别开设多模块组合的菜单式工程认识课程,面向工科专业的学生开放补充工程知识、工程技能、工程素质的菜单式工程训练A、工程训练B、工程训练C三类课程,强化“工程认识”“工程实践”“工程综合”和“创新实践”四层次递进式实践教学环节的建设,注重训练项目的综合性、实用性和创新性,使得工程实训成为专业课的最佳补充、优化和提高。
  同时,尝试开设“机器人创新训练”“陶艺制作”等综合训练动手实践与创新创造能力相结合的公共选修课。近3年,学生对中心所开设课程的总体满意度均在96%以上。
  此外,积极探索项目化教学设计与实践,研究开设面向全校本科学生的创客公选课。如基于Arduino开源平台的创客基础课程,以Arduino软硬件系统作为实践平台,指导学生在体验、讨论、分工协作的基础上,进行个性化产品的方案设计,再依据实际需求搭建硬件平台,编写程序,将想法变为现实。通过项目化教学,引导学生开展基于项目的學习、创造、交流与分享,在项目化的教学过程中培养学生创客的思维品质、动手实践创意的能力以及乐于分享、团队协作、科学探索的创客精神。   竞赛载体 以竞赛活动为重要载体,着力培养学生的创新创业能力。
  1)围绕创新的主题,通过与多个部门协同联动,积极参与主办、协办相关科技创新类竞赛活动,逐步积累组织大型竞赛经验,努力为大学生实践创新创业提供广阔平台。开展创新创业活动以来,中心与团委、科协联合主办南通大学科技节“自行车拆装、3D打印、陶艺”大赛等赛事;与教务处、机械工程学院联合,顺利承办“第四届南通大学大学生机械创新设计大赛”暨第六届江苏省大学生机械创新设计大赛选拔赛等多项赛事活动,受到学生的欢迎和喜爱。
  2)积极为学生团队参与竞赛和项目研究提供场地和竞赛指导。同时,大力支持中心教师指导学生参加各类创新竞赛,不断提高教师竞赛指导水平和参赛队伍实力。通过上述措施,学生在各级各类创新竞赛中均取得优异成绩,自2011年中心成立至今,获奖数量和级别逐年上升。2012年至今,中心教师个人获奖共42项,中心教师指导的学生参加各级各类学科竞赛共获奖85项,其中特等奖5项、一等奖20项、二等奖35项、三等奖25项。
  制度建设 高校创客教育工作想要走向深入,实现创客空间的内涵建设和长足发展,就要积极探索、努力健全创客空间运行机制和管理制度,使创客教育得到制度保障和可持续发展。为此,工程训练中心专门制定了创客空间运行和管理的一系列规章制度,既规定了入驻创客空间的创新创业团队的权利、义务,也明确了创客空间为入驻的团队所提供的场地、设备、资金、管理、科技等资源与服务。
  创客空间的日常运行采用自主申请、滚动入驻的模式,每年接受一定数量的创新创业社团入驻,为其提供开展创新创业活动、研究跨学科的创新项目、分享知识和交流创意的固定场所。同时,尝试设立创新训练项目基金资助,对入驻的创新创业团队择优予以扶持;中心定期召集创新创业团队开展总结、交流和检查等活动,尤其对创新创业团队的业绩、项目进展以及创客空间工作室日常使用和管理情况进行考察和评价,对业绩突出者予以奖励,对考核不合格者限期整改甚至清退。
  此外,注重加强安全管理工作,建立健全安全保障体系。中心专门制定包括45个相关安全管理制度文件在内的安全管理制度,其中《安全管理责任书》由中心、实训部和个人分别签订,通过层层落实安全责任的方式,规范日常管理,强化安全检查;“门禁安全管理规定”,规定了入驻创客中心的学生和指导教师可通过填报“门禁授权(个人/团队)申请表及人员登记表”,经本人所在学院、工程训练中心批准后,由中心对其校园卡予以授权,实行一人一卡,刷卡出入制。通过采用智能化门禁管理系统,为学生的日常出入提供便利和安全保障,使入驻的学生能够充分利用课余时间来此开展创意创新创业等活动。
  在充分发挥创客空间创新创业工作室平台的服务作用的同时,系统规范了工作室的运行管理,也营造了安全、有序的创客空间环境,保障了创客空间朝着科学、优质、可持续的方向发展。
  师资队伍 教师队伍是开展创新教育的主力军,然而高校教师普遍存在创新创业教育意识和能力欠缺,教学方式、方法单一,针对性、实效性不强等现状。因此,建设一支覆盖多学科方向、多学历层次,擅长创新创业指导,拥有管理和实践经验的师资队伍就尤为重要[7]。针对这一问题,中心励精图治、开拓创新,相继推行“走出去,请进来”“师资培训”“企业挂职”“一人多岗”“教学比武”和“项目式教学课程改革”等一系列重要举措,狠抓队伍建设,提升教师教学科研水平。
  1)注重加强交流学习。作为清华创客联盟首批成员,积极组织教师参加清华大学、深圳职业科技学院和浙江大学创客日高端论坛以及市内发明创造学会论坛,与国内外创客进行面对面交流,开阔眼界,创新理念。
  2)多途径多渠道加强师资培训。2015年中心参加校外交流培训的教师共有13批次、51人次;2016年的教师培训计划则涵盖了微课、慕课、翻转课堂等现代教育技术培训,3D打印、三维扫描、机器人、五轴机床操作等操作技术类培训,以及创新创业导师、国际焊接工程师等职业资格类培训等各级各类培训,在全面加强教师创新教育与实践教学技能的同时,也为更好地推行“一人多岗”创造条件。
  3)以校企合作为支撑,有计划、有步骤地安排青年教师赴企业挂职锻炼,通过在企业参加四轴机床操作等生产实践,学习企业先进理念,提升实践操作技能。
  4)以教学比武为举措,提升教学质量和水平。2015年中心组织开展“微课比赛”“优秀教学作品评选”“项目化教学方案设计评比”“教师教学质量综合考核”四大教学比武活动,展示了教师风采,提升了教学能力,成效明显。2015年,中心教师在“南通大学第二届微课教学比赛”中获一、二、三等奖各1项,在“江苏省高校微课教学比赛”中获一等奖1项、三等奖2项,在“第一届全国高等院校工程应用教师大赛”中获一等奖、二等奖各1项,在“第五屆江苏省大学生机械创新设计大赛”中获2个优秀指导教师奖。
  5 高校创客发展之趋势
  创客教育在全球范围内蓬勃发展,高校工程训练中心创客空间在其建设发展过程中体现出一系列优势,代表着未来创新教育改革的发展趋势。
  开放性 高校创客空间有别于传统的科学实验室,它并不隶属于任何院系,而是独立向广大师生开放,不同学科、专业、年级的学生都可以自由地开展知识的学习、创意设计、观念碰撞、项目开发、产品制作等活动。高校创客空间作为一个开放系统,既体现了制度上和组织形式上的开放,又体现了资源的开放、知识获取的开放,还兼具课堂教学、实践操作、课外活动、生产实习、科技孵化、创新创业多种功能,将创新人才与地方经济、产业结构和企业需求紧密地联系起来。
  颠覆性 创客教育彻底颠覆了传统教育理念,通过动手实践、协作探究、项目合作等多种富有创造性的学习方式,激发学生的兴趣和创造潜能,有助于彻底解决传统教育授课方法单一、课程内容陈旧、课程结构不够灵活、与社会实践脱节等诸多问题,带动整个课程体系的有效变革[8]。   实践性和创新性 创客空间以强化学生的实践能力为目标,关注学生在实践中解决问题的态度、能力,使其充分地在实践中获得直接经验。同时,创客空间致力于培养学生的创新思维,为其提供先进的设备和自由开放的环境,鼓励学生以创造性的思维进行天马行空的创作与实验,从而提升学生的创新思维和创新能力[9]。
  融合性 创客空间体现了信息技术的融合,通过引入相关技术工具、软件平台、媒体素材等,有利于学生与前沿科技的近距离接触,可以普及科技前沿知识,开拓学生视野,激发创造性思维,培养学生综合运用多种先进科技将创意变为现实的实践能力。高校创客空间依托多学科专业背景,有助于学生对知识融会贯通和整合,灵活地发现问题、解决问题。同时,通过项目和小组学习等活动,积极融入团队,开展分工协作,培养团队精神。
  协同性 创客教育的发展,将有助于推动我国整个教育系统关键要素(课程体系、教学方法和手段、师资队伍、评价机制、技术条件等)的资源优化和转型升级。随着创客运动的蓬勃发展,教育环境将被重构,即学校、家庭、社区、企业和政府等相关社会力量和资源将被全面、充分地调动起来,通过多元协同联动,推动正规教育和非正规教育的有效衔接,建设无处不在的创客空间,实现真正的创新教育。
  高校创新教育应基于创客空间建设开展高校实践教学改革;设计基于创意、基于项目和基于产品为导向的创意、创新、创业的螺旋上升式的多层次实践创新训练课程体系;结合前沿科技、地方经济发展和企业需求,设计丰富的创客教育实践活动,培养大学生的知识运用、实践动手和创新创业能力,注重创业项目孵化,服务创客课程教学、大众创业和地方经济[10];对实施创客教育的教师所需要具备的教学方法和学科知识素养与能力进行探索;依托综合性大学多学科交叉融合的优势,探索地方高校创客空间建设方案和运行发展模式,研究构建校内、校际、企业、政府等多元协同联动的可持续发展的创客教育生态环境,推动地方高校创客空间内涵建设和可持续发展。
  6 结语
  高校工程训练中心创客实践包括:搭建实践创意创新创业的创客环境;建设创客教育课程体系;变革学习方式和策略;组织创客活动,培育创客文化;打造创客教师队伍,提供专业指导;成立高校大学生创客社团;建立健全创客空间相关的制度文件,保障创客教育工作有序发展;吸引多方力量参与,形成协同效应和可持续发展。通过多元协同联动,共同带动整个教育生态的系统变革,营造良好的创客教育生态环境,实现创客空间的可持续发展。■
  参考文献
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