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        機(jī)器人創(chuàng)客教育與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

        2019-05-09 13:33:34伍永豪余正紅
        計(jì)算機(jī)教育 2019年4期
        關(guān)鍵詞:創(chuàng)客創(chuàng)新能力機(jī)器人

        楊 帆 ,伍永豪 ,余正紅

        (1.武漢科技大學(xué)城市學(xué)院 信息工程學(xué)部,湖北 武漢 430083;2. 武漢外語外事職業(yè)學(xué)院 信息技術(shù)學(xué)部,湖北 武漢 430083)

        0 引 言

        “十二五”期間,教育部在“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”中,啟動了“高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升計(jì)劃”“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”和“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”,支持大學(xué)生參與創(chuàng)新活動,早進(jìn)課題、早進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、早進(jìn)團(tuán)隊(duì)[1]。但是大學(xué)生基礎(chǔ)理論教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)之間確實(shí)很難平衡,其主要問題如下。

        (1)基礎(chǔ)理論知識與行業(yè)前沿技術(shù)之間的權(quán)衡。堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)對于提高基本素養(yǎng)和創(chuàng)新能力無疑非常重要,行業(yè)前沿技術(shù)也需要不斷深入研究,但是大學(xué)生的精力是有限的,如何既能夯實(shí)理論知識基礎(chǔ),又能跟上行業(yè)前沿技術(shù),是高校需要思考的問題。

        (2)創(chuàng)新課程體系不系統(tǒng)、不完備。高校目前比較重視大學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng),但往往依靠實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng),或設(shè)置一門或幾門創(chuàng)新課程,沒有形成完備的課程體系,如何創(chuàng)建完備的創(chuàng)新課程體系,需要關(guān)注。

        (3)傳統(tǒng)教學(xué)方式不利于大學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展?,F(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容一般以教師準(zhǔn)備的教材或建議的參考資料為主,沒有給學(xué)生充分的自主思維空間。此外,學(xué)生的知識面窄,缺乏對各類知識的整合,實(shí)踐動手能力相對較差,難以很好地適應(yīng)社會,從而影響了學(xué)生的就業(yè)與創(chuàng)業(yè)能力。如何改變教學(xué)方式,值得思考。

        那么,如何解決上述問題呢?以機(jī)器人創(chuàng)客教育為契機(jī)培養(yǎng)大學(xué)的創(chuàng)新能力是一種有效的解決辦法。

        1 機(jī)器人創(chuàng)客教育定位

        1.1 什么是機(jī)器人創(chuàng)客教育

        機(jī)器人創(chuàng)客教育包含機(jī)器人教育和創(chuàng)客教育,其中機(jī)器人教育需要深入理解機(jī)器人技術(shù)、機(jī)器人行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r、理科工科知識的融合等[2],而創(chuàng)客教育需要激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識,提高學(xué)生創(chuàng)新能力[3]。但機(jī)器人創(chuàng)客教育并不是簡單拼湊機(jī)器人教育與創(chuàng)客教育,需要研究它們之間的融合。

        本文定義“機(jī)器人創(chuàng)客教育”為:以機(jī)器人研究、教學(xué)和競賽為載體,通過綜合各學(xué)科知識培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力,最終讓每一位大學(xué)生憑借創(chuàng)新能力實(shí)現(xiàn)就業(yè)或創(chuàng)業(yè)。

        1.2 機(jī)器人創(chuàng)客教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)之間的關(guān)系

        通過對國內(nèi)外科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展與布局的分析,可以得出一個結(jié)論:機(jī)器人創(chuàng)客教育是目前解決大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效途徑,主要原因有如下幾方面。

        (1)機(jī)器人創(chuàng)客教育符合國家戰(zhàn)略趨勢。美國近幾年一直強(qiáng)調(diào)制造業(yè)回歸,其核心之一就是機(jī)器人;德國率先提出“工業(yè)4.0”,其支撐點(diǎn)之一也是機(jī)器人[4];《中國制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃了一張清晰的有關(guān)未來機(jī)器人發(fā)展的路線圖[5]。因此,培養(yǎng)機(jī)器人領(lǐng)域的創(chuàng)新型人才對于我國智能制造和產(chǎn)業(yè)升級至關(guān)重要,甚至可能在制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車。

        (2)機(jī)器人創(chuàng)客教育為大學(xué)生能力培養(yǎng)提供了巨大的發(fā)展空間。在培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)能力方面,機(jī)器人融合了機(jī)械制造、電子技術(shù)、傳感器、無線通訊、聲音識別、圖像處理和人工智能等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù),代表著現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的前沿;在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力方面,創(chuàng)客教育可提升學(xué)生整合資源、策劃方案、演講表達(dá)等方面的綜合能力。

        (3)機(jī)器人創(chuàng)客教育為大學(xué)生就業(yè)與創(chuàng)業(yè)提供方向。國家已經(jīng)在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的區(qū)域、創(chuàng)新領(lǐng)域、標(biāo)準(zhǔn)制定、產(chǎn)品認(rèn)證、基礎(chǔ)研發(fā)等方面進(jìn)行了布局。在這個背景下,國家對機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的人才需求量非常之大,培養(yǎng)機(jī)器人方面的技術(shù)人才是順勢而為,為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)輸送專業(yè)人才。

        2 機(jī)器人創(chuàng)客教育需要解決的問題

        關(guān)于機(jī)器人創(chuàng)客教育與大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)模式,雖然可以借鑒以往的部分教育經(jīng)驗(yàn),但在實(shí)踐中存在一些問題。因?yàn)榍捌谌狈C(jī)器人創(chuàng)客教育定義的理解,引發(fā)許多疑慮,加上師資的匱乏與課程的缺失,現(xiàn)有的機(jī)器人創(chuàng)客教育淪為了設(shè)備的展陳與宣傳,缺少真正的實(shí)踐與成果[6]。筆者認(rèn)為,目前機(jī)器人創(chuàng)客教育亟須解決的問題是跨學(xué)科融合、學(xué)習(xí)環(huán)境、師資培養(yǎng)以及學(xué)習(xí)方式。

        1)跨學(xué)科融合。

        機(jī)器人創(chuàng)客教育涉及的學(xué)科門類較多,集合了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多門學(xué)科。它與傳統(tǒng)課程以學(xué)科進(jìn)行條塊分割的方式不同,更注重學(xué)科之間的融合,突出靈活運(yùn)用多學(xué)科、跨學(xué)科創(chuàng)造性解決現(xiàn)實(shí)問題的能力??鐚W(xué)科面臨最大的困難是如何整合現(xiàn)有課程,如何引導(dǎo)這些課程與創(chuàng)新課程相融合,如何將創(chuàng)客教育分化到真實(shí)情景的學(xué)習(xí)中。

        2)學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)。

        機(jī)器人創(chuàng)客教育的學(xué)習(xí)環(huán)境不能再局限于教室,應(yīng)該是一個可以聚會、社交、合作的平臺。學(xué)習(xí)環(huán)境面臨的困難是地點(diǎn)選擇、學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)習(xí)環(huán)境的差異化。

        3)師資培養(yǎng)。

        教師在學(xué)生的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)過程中處于“隱形”地位,不再起主導(dǎo)作用,而是啟蒙學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)意識,并在學(xué)生的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)過程中及時答疑解惑、指明方向。師資問題的困難是現(xiàn)有師資無法承擔(dān)創(chuàng)新課程。怎樣培養(yǎng)機(jī)器人創(chuàng)客教育師資,可以嘗試引進(jìn)校外企業(yè)在學(xué)校開展創(chuàng)客教育。

        4)學(xué)習(xí)方式選擇。

        機(jī)器人創(chuàng)客教育學(xué)習(xí)方法多樣化,強(qiáng)調(diào)以項(xiàng)目為依托,將學(xué)生置身于機(jī)器人創(chuàng)造的真實(shí)情景之內(nèi),以問題為導(dǎo)向、以學(xué)生為主體、以團(tuán)隊(duì)之間的互動實(shí)現(xiàn)問題解決和知識分享。學(xué)習(xí)方式的困難在于如何選擇合適的學(xué)習(xí)方式,讓教師、課程與平臺為學(xué)習(xí)服務(wù);如何讓學(xué)生充分利用真實(shí)問題,積極實(shí)踐操作,調(diào)用各學(xué)科知識與技能解決問題。

        3 機(jī)器人創(chuàng)客教育模式

        根據(jù)上節(jié)的分析,機(jī)器人創(chuàng)客教育側(cè)重于大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),其教育模式的設(shè)計(jì)應(yīng)有別于傳統(tǒng)模式,新教育模式更關(guān)注學(xué)生知識融合能力、問題解決能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng),這3種能力概括起來就是3個字——“融、做、創(chuàng)”。機(jī)器人創(chuàng)客教育模式見圖1。

        將“融、做、創(chuàng)”的思想貫穿整個機(jī)器人創(chuàng)客教育模式的設(shè)計(jì)過程,教學(xué)資源分析、教學(xué)活動設(shè)計(jì)、教學(xué)評價設(shè)計(jì)3個教學(xué)模式環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)如下。

        3.1 教學(xué)資源分析

        創(chuàng)客教育資源主要包括教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生、教學(xué)環(huán)境、教師情況等。

        圖1 機(jī)器人創(chuàng)客教育模式

        研究明確的教學(xué)目標(biāo),這個教學(xué)目標(biāo)既要關(guān)注顯性的“知識與技能目標(biāo)”,也要重視“態(tài)度與價值觀目標(biāo)”等隱性目標(biāo),更關(guān)鍵的是要能將這些顯性和隱性的教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為可操作的教學(xué)行為。

        研究學(xué)生,充分考慮學(xué)生的理論知識基礎(chǔ)、實(shí)踐能力、閱讀能力、理解能力,考慮學(xué)生的性格特點(diǎn),才能設(shè)計(jì)出更符合學(xué)生實(shí)際的學(xué)習(xí)活動。

        研究教學(xué)活動環(huán)境,教學(xué)活動環(huán)境建設(shè)方案的設(shè)計(jì)既要符合行業(yè)前沿,又要利于教學(xué)活動,考慮建立可隨機(jī)器人行業(yè)風(fēng)向變化的不斷更新的教學(xué)環(huán)境。

        研究教師情況,機(jī)器人創(chuàng)客教育對教師自身的能力要求非常高,除了研究教師團(tuán)隊(duì)的現(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)外,還需要研究教師知識體系迭代更新的培訓(xùn)方案。

        3.2 教學(xué)活動設(shè)計(jì)

        創(chuàng)客教育理念指導(dǎo)下的教學(xué)活動設(shè)計(jì)既關(guān)注學(xué)生的設(shè)計(jì)過程體驗(yàn),又重視學(xué)生的創(chuàng)作能力培養(yǎng)?;灸芰Φ呐囵B(yǎng)是表達(dá)想法的基礎(chǔ),而創(chuàng)新思維又是基本能力的升華。教師要在活動過程中引導(dǎo)學(xué)生按照“觀察—模仿—微創(chuàng)新—原創(chuàng)”的梯度發(fā)展。

        觀察:問題來源于生活,觀察生活、各行業(yè)的需要,如根據(jù)家務(wù)、物流、服務(wù)等方面的需要,設(shè)計(jì)主題教學(xué)活動,如以物流機(jī)器人為主題。

        模仿:確定主題后,教師啟發(fā)學(xué)生查找資料或互相討論以找到解決問題的方法。

        創(chuàng)新:利用學(xué)生想法的差異,設(shè)計(jì)創(chuàng)新方案。

        3.3 教育資源開發(fā)

        在教學(xué)活動中,學(xué)生要能借助機(jī)器人和編程等信息技術(shù)手段將想法迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樵突蚰P?。因此,教師需要為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供支持,輔助他們順利轉(zhuǎn)化創(chuàng)意。

        主題學(xué)習(xí)資源的開發(fā):為了激發(fā)學(xué)生的興趣,教師需要準(zhǔn)備與主題相關(guān)的多媒體資料,方便學(xué)生快速融入學(xué)習(xí)情境 。

        學(xué)習(xí)支架資源的開發(fā):基于創(chuàng)客教育理念的機(jī)器人教學(xué)期望學(xué)生能完整地體驗(yàn)設(shè)計(jì)和制作的全過程,親歷設(shè)計(jì)和創(chuàng)造,用機(jī)器人套裝和程序?qū)蝇F(xiàn)實(shí)世界的各種真實(shí)功能。這時,需要教師開發(fā)設(shè)計(jì)記錄表等支架資源。

        學(xué)習(xí)活動環(huán)境的創(chuàng)設(shè):最大化滿足學(xué)生主題活動的要求,如桌椅、資料、硬件設(shè)備等。

        3.4 效果評價

        效果評價是創(chuàng)客教育最后一環(huán),是學(xué)生參與主題教育活動的一種激勵機(jī)制。評價機(jī)制是在效果評價的設(shè)計(jì)中,教師需依據(jù)知識與技能測試結(jié)果、作品評價結(jié)果、展示與匯報(bào)表現(xiàn)以及機(jī)器人設(shè)計(jì)記錄表對學(xué)生和教學(xué)做出綜合評估。

        4 機(jī)器人創(chuàng)客教育模式的實(shí)施

        學(xué)校已建成機(jī)器人創(chuàng)客教育基地,教育基地根據(jù)上節(jié)提出的機(jī)器人創(chuàng)客教育模式,從培養(yǎng)學(xué)生3個方面的能力(知識融合、解決問題、創(chuàng)新創(chuàng)造,即“融、做、創(chuàng)”)出發(fā),按學(xué)生能力逐步進(jìn)階的步驟實(shí)施。

        (1)搭建機(jī)器人創(chuàng)客教育的跨學(xué)科融合空間。在學(xué)習(xí)空間搭建之初,積極組織管理人員和部分教師到北京、深圳、武漢等地的本科院校、機(jī)器人企業(yè)以及職業(yè)技術(shù)學(xué)院調(diào)研,對機(jī)器人行業(yè)發(fā)展情況以及各院校的教學(xué)情況做了正式調(diào)研。

        根據(jù)調(diào)研報(bào)告,立足獨(dú)立學(xué)院的本專科學(xué)生特點(diǎn),組織教師制定了明確的、合適的機(jī)器人創(chuàng)客教育學(xué)習(xí)目標(biāo)。

        吸收國內(nèi)外機(jī)器人創(chuàng)客教育的經(jīng)驗(yàn),依據(jù)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展趨勢,教師撰寫了適應(yīng)機(jī)器人創(chuàng)客教育的課程體系,構(gòu)建了線上線下互通的融合空間。

        (2)設(shè)計(jì)適應(yīng)機(jī)器人創(chuàng)客教育的教學(xué)方案。教學(xué)方案包括跨界學(xué)習(xí)及知識融合方案、創(chuàng)客活動方案、創(chuàng)客基地運(yùn)營方案。

        跨界學(xué)習(xí)及知識融合采用研討式學(xué)習(xí)模式,學(xué)生和教師以團(tuán)隊(duì)形式合作,因?yàn)閷W(xué)生和教師來自不同領(lǐng)域,只能從解決問題的角度進(jìn)行探討。

        以活動促發(fā)展是創(chuàng)客基地的基本方案,創(chuàng)客活動以項(xiàng)目或競賽為導(dǎo)向,創(chuàng)客團(tuán)隊(duì)分成小組,分別申請或參與國家級、省級或市級機(jī)器人相關(guān)的科研項(xiàng)目,也可參與各類機(jī)器人比賽。

        創(chuàng)客基地的運(yùn)營需要吸納知識和背景廣泛的教師,吸收和積累各種社會資源,包括資金。每一個機(jī)器人研究項(xiàng)目最終要轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品,孵化出創(chuàng)業(yè)公司,甚至上市。

        (3)設(shè)計(jì)合理的機(jī)器人創(chuàng)客教育評價機(jī)制。與傳統(tǒng)教育評價機(jī)制相比,機(jī)器人創(chuàng)客教育難以評價,學(xué)校機(jī)器人創(chuàng)客基地設(shè)計(jì)的評價體系盡可能地體現(xiàn)合理、公平及公證。該評價體系主要包含4個維度:機(jī)器人項(xiàng)目展示、團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作的能力、產(chǎn)品的技術(shù)成熟度、項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)資助額度或融資額度。

        機(jī)器人項(xiàng)目的展示工作是創(chuàng)客教育的重要組成部分。展示過程中,學(xué)生闡述為達(dá)到某一成果而經(jīng)歷的思考過程。主要考察展示過程的完整性、邏輯性、創(chuàng)新型等,并予以不同的評價分。

        團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作的能力評價主要考慮組織能力、工作效率、紀(jì)律性、默契程度等方面,并給予不同的評價。

        產(chǎn)品的技術(shù)成熟度,項(xiàng)目組的創(chuàng)新產(chǎn)品由創(chuàng)客基地教師進(jìn)行評價,分成5級技術(shù)成熟度:1-3級成熟度的項(xiàng)目為預(yù)研項(xiàng)目,4-5級成熟度項(xiàng)目可考慮與企業(yè)合作生產(chǎn)產(chǎn)品或融資。

        項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)資助額度或融資額度,通過教師審核的創(chuàng)新項(xiàng)目均可獲得創(chuàng)客基地的少量經(jīng)費(fèi)資助,也可申請市級、省級、國家級項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助,或者獲取社會融資,根據(jù)額度的高低予以不同層次的評價分。

        5 結(jié) 語

        本文明確了機(jī)器人創(chuàng)客教育的定位,調(diào)查國家機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略以及對創(chuàng)新能力的需求,理清了機(jī)器人創(chuàng)客教育與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)之間的重要關(guān)系,深入挖掘了機(jī)器人創(chuàng)客教育面臨的問題,從學(xué)生的知識融合能力、復(fù)雜問題問題解決能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力3個層次設(shè)計(jì)逐步提升學(xué)生能力的教學(xué)模式。目標(biāo)是研究一種新的教育模式,以主題活動教學(xué)為主線,在機(jī)器人教育中融合創(chuàng)客精神培養(yǎng)的空間和方向,重構(gòu)面向創(chuàng)客教育的機(jī)器人教學(xué)模型,設(shè)計(jì)機(jī)器人教學(xué)框架,讓學(xué)生參與機(jī)器人創(chuàng)客教育的全過程,進(jìn)行創(chuàng)新、創(chuàng)造甚至創(chuàng)業(yè),從而全面提升大學(xué)生創(chuàng)新能力。

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