李晶

摘要：隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，以DIY和3D打印技術為代表的“創(chuàng)客文化”在教育領域得到了廣泛的應用。創(chuàng)客文化通過其特有的DIY、創(chuàng)新基因為構建全人發(fā)展的創(chuàng)客教育新生態(tài)奠定了基石。文章以石家莊理工職業(yè)學院創(chuàng)客教育為個案，通過分析其課程設置、教學經(jīng)驗等特點，分析創(chuàng)客教育在高職院校開辦的可行性，并結合我國教育現(xiàn)狀，對創(chuàng)客教育、人工智能教育的應用趨勢進行展望。

關鍵詞：人工智能;創(chuàng)客文化;3D打印;職業(yè)教育

一、引言

近年來，以大數(shù)據(jù)、深度學習等技術為代表的人工智能（AI）領域得到了快速的發(fā)展[1]。其中，以AlphaGo（阿爾法圍棋）為代表的智能科技曾兩度打敗世界圍棋冠軍李世石、柯潔，掀起了全球人工智能發(fā)展的浪潮。隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，對相應技術人員的需求越來越大，迫切需要相應的人才教育支持。而創(chuàng)客教育結合人工智能技術為傳統(tǒng)的教育行業(yè)帶來了全新的教學模式和顯著的教學成績[2]。創(chuàng)客教育是創(chuàng)客文化與傳統(tǒng)教育模式的結合，基于學生興趣，通過項目學習的方法，采用數(shù)字工具、倡導創(chuàng)作、鼓勵分享和發(fā)展訓練跨學科解決問題。同時在學習中鍛煉培養(yǎng)團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力[3]。

創(chuàng)客起源于英國20世紀末的創(chuàng)意創(chuàng)業(yè)發(fā)展，其顯著特征是精英創(chuàng)造并主導創(chuàng)客運動[4-5]。隨著時間的推移，美國目前在創(chuàng)客教育方面處于世界領先地位，并具有一定的規(guī)模和影響力。2009年11月，美國總統(tǒng)奧巴馬計劃在未來十年內開展“教育創(chuàng)新”（Educate to Innovate）活動。這項全國性的教育創(chuàng)新改革將很大程度幫助美國學生提高其在數(shù)學、科技和其他領域的創(chuàng)新能力。2014年6月，“制匯節(jié)”成功舉辦，得到了全國上百所高校的支持，成為創(chuàng)客運動在美國發(fā)展興盛的里程碑事件。如今，創(chuàng)客運動不僅是對教育形式的改革，也是對未來制造業(yè)、金融業(yè)等不同行業(yè)發(fā)展的變革原動力。在未來兩到三年內，創(chuàng)客教育將引發(fā)傳統(tǒng)的基礎教育以及高等教育的重大變革。

在職業(yè)學校開展創(chuàng)客教育也具有非常重要的意義[6]。首先，在創(chuàng)客教育的幫助下，學生可以掌握科學和藝術知識，培養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神與創(chuàng)新意識;其次，職業(yè)學校學生就業(yè)方向是企業(yè)，在職業(yè)學校開展創(chuàng)客教育，可以提升學生的就業(yè)能力。此外，開展創(chuàng)客教育將促進教學方法的轉變，改變傳統(tǒng)職業(yè)教育中以教師為中心的教育模式，提升學生的學習熱情與自主性[7]。

與此同時，高職院校在開展創(chuàng)客教育方面具有獨特的優(yōu)勢[8-9]。職業(yè)院校的辦學理念即是就業(yè)，擁有大量先進的設備儀器，同時學生動手能力較強，具有很強的自主性。因此，高職院校應緊跟時代發(fā)展步伐，開展創(chuàng)客教育，拓寬學生的視野，培養(yǎng)創(chuàng)新素質。文章結合石家莊理工職業(yè)學院創(chuàng)客教育案例，通過分析在創(chuàng)客教育方面的課程設置、教師組合和辦學理念，分析職業(yè)教育中創(chuàng)客教育的可行性。并結合我國教育現(xiàn)狀，對創(chuàng)客教育、人工智能發(fā)展的發(fā)展趨勢進行了展望。

二、創(chuàng)客教育發(fā)展現(xiàn)狀

中國的創(chuàng)客教育始于2012年，與美國大學相比仍處于起步階段。目前，中國的創(chuàng)客教育主要是通過建立創(chuàng)客空間、舉辦創(chuàng)客競賽、成立創(chuàng)客俱樂部以及舉辦高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)講座論壇的形式來開展。

目前，國內多所大學都建立了校園創(chuàng)客空間。其中，清華大學通過構思創(chuàng)客講座、工作坊等創(chuàng)客活動，在全校范圍內營造出“動手造萬物”的創(chuàng)客文化氛圍;上海師范大學主要聚焦創(chuàng)新教育和文化創(chuàng)意兩大方面，通過對校內外項目和團隊的選拔，有選擇地孵化了一大批創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊;吉林大學構建了以學生創(chuàng)新為核心的團隊，通過校內專業(yè)導師團隊服務，為學生提供了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的全方位指導;天津大學成立了校園創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地，通過開展創(chuàng)客沙龍、創(chuàng)客項目推介會對校內創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動進行支持;北京郵電大學還對傳統(tǒng)的課程體系進行了改革，并將一部分大學三年級的課程提前安排，并取消了部分理論導論課程，使新生在初次入學時便能體驗到實踐學習的樂趣，為后續(xù)的創(chuàng)客教育打下良好的基礎。這些國內高校的創(chuàng)客項目表明，創(chuàng)客教育在國內的發(fā)展如火如荼，并成為實踐類教育熱點的關注話題。

在高職院校中，陽江職業(yè)技術學院以工匠精神為核心，進行創(chuàng)客教育的內涵建設;江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院宿遷經(jīng)貿分院，通過建立興趣小組，成立創(chuàng)意發(fā)明社團等方式，對創(chuàng)客組織的建立進行了探索;深圳高級技工學校通過在校內建立“創(chuàng)客空間”，培養(yǎng)創(chuàng)客文化，提高創(chuàng)客們的實踐能力。目前，在教育、文化與商業(yè)的廣泛背景下，一個完整的創(chuàng)客教育研究系統(tǒng)和實施體系正在逐步實現(xiàn)。但是，這一體系在實際運行過程中仍然面臨眾多問題，一是創(chuàng)客教育如何實現(xiàn)與專業(yè)基礎教育之間的融合，并實現(xiàn)跨專業(yè)的知識流動;二是專業(yè)教師如何保持與時俱進的學習創(chuàng)新能力，實現(xiàn)真正的素質教育，這對專業(yè)教師提出了更高的要求。

三、創(chuàng)客教育經(jīng)驗分析

石家莊理工職業(yè)學院通過整合校內各類資源，完善了創(chuàng)客教育的框架，并加以實施。目前，主要方式有以下三種。

（一）建立創(chuàng)客空間，培育創(chuàng)客文化

石家莊理工職業(yè)學院通過整合校內資源，面向大學生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)客團隊創(chuàng)立青創(chuàng)空間。青創(chuàng)空間的成立，一是可以為后續(xù)的創(chuàng)客實踐活動的開展提供平臺，二是可以為學生提供自主創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的機會，三是可以基于統(tǒng)籌的資金和政策為學生的創(chuàng)業(yè)創(chuàng)客項目保駕護航。

經(jīng)過近一年的發(fā)展，目前青創(chuàng)空間已成功入駐38家公司，并為近30家創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)團隊提供支持。在創(chuàng)業(yè)培訓和活動方面，青創(chuàng)空間曾組織大小創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動百余場，其中涉及入駐企業(yè)項目的路演、大學生兼職培訓、創(chuàng)業(yè)項目講座、“請給我結果”主題演講、電子商務成功案例經(jīng)驗分享會、商業(yè)聯(lián)盟項目說明會、縣域電商走進欒城專場、數(shù)字財富與思維、思維新時代、微首付購房購車等各式各樣的活動。

另外，在創(chuàng)客空間中舉辦創(chuàng)業(yè)沙龍等活動，促進創(chuàng)客之間的交流，鼓勵本校在校生能夠在創(chuàng)客空間多多交流，結合所學的專業(yè)知識，將好的創(chuàng)意與產品轉化成具有商業(yè)價值的創(chuàng)客項目。鼓勵教師與學生共同參與競賽，鼓勵校企合作。平臺也會將具有市場潛力的項目推薦到各類創(chuàng)客競賽中，與專業(yè)企業(yè)人士、其他高校同學交流，并最終完成項目的企業(yè)上線。依托于創(chuàng)客空間，石家莊理工職業(yè)學院將學生、學校和企業(yè)互相聯(lián)系起來，構成了一個創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)，不斷進行良性生態(tài)循環(huán)，統(tǒng)籌社會資源。目前以大學生創(chuàng)業(yè)、就業(yè)指導為重點開展工作，引導大學生一步步轉向專業(yè)化、技術性復合人才，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊輸送新鮮血液。

（二）開展創(chuàng)客教育，改革教學模式

目前，職業(yè)院校開展創(chuàng)客教育已經(jīng)取得了一定的進步與發(fā)展，但隨著課程內容的不斷改革以及對實踐內容要求的不斷增加，傳統(tǒng)的教學模式也呈現(xiàn)出一些弊端，諸如教學方法過于單一、教學設計缺少趣味性、教育與實踐內容脫節(jié)等。這些問題都需要在后續(xù)的創(chuàng)客教育中，不斷摸索改革。

首先，制定科學、有效的教學模式。傳統(tǒng)的教學模式“填鴨式教學”效果明顯，只知道“是什么”，不知道“為什么”，教育模式的單一使得學生無法掌握所學的知識，更難以在生活中加以實踐應用。因此，應制定科學有效的教學方法，轉變教學理念。第一，在課堂教學環(huán)節(jié)要明確學生的主體地位，要以發(fā)揮學生的主體性作為核心，讓學生能夠在課堂活動中實現(xiàn)自主探究，用每堂課學到的知識去解決實踐中的問題。第二，為了保證課堂教學模式的豐富性，教師可以將合作學習、知識競答等方式有效結合起來，充分調動學生學習的積極性。在班級的設計方面，采取靈活的自主選擇方式，學生在可選擇的范圍內，想選什么就選什么，由興趣決定。

其次，基于創(chuàng)客特點，創(chuàng)新教學設計。在教學設計方面，重點培養(yǎng)學生的自主學習能力，采取情景式教學模式來引導學生在具體問題場景中解決問題。教學班級可容納不同專業(yè)的學生，吸引多學科知識在課堂中融合，并通過三維創(chuàng)意設計軟件將創(chuàng)意轉化為數(shù)字模型，并最終解決問題。例如在思維導引課中，機器人手臂的關節(jié)有問題，需要完善修補。然后引發(fā)學生自主思考修補的目的以及相對位置，通過測量尺寸、分析結構設計出相應零件，并通過小組合作的形式，利用3D打印技術制作出來;在計算機編程課程中，可以引進Scratch創(chuàng)作互動游戲來實現(xiàn)教學內容的可視化，讓學生在游戲過程中學會編程、獲取知識。

最后，應結合實際進行教學。一方面鼓勵學生將課堂所學知識融會貫通，以老師帶隊，組隊參加動手實踐比賽以及創(chuàng)業(yè)類比賽，諸如“挑戰(zhàn)杯”中國大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽、創(chuàng)青春全國大學生創(chuàng)業(yè)大賽等比賽，在競賽中與企業(yè)管理人員、專家廣泛合作交流，多專業(yè)融合培養(yǎng)，在實踐項目中強化技能培訓;另一方面開設創(chuàng)業(yè)課程，通過將企業(yè)員工與校內研究人員的合作，把創(chuàng)客文化教育融入到課程教育中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)客思維，并鼓勵學生將好項目、好想法通過創(chuàng)客沙龍、創(chuàng)客項目推介會等形式與企業(yè)進行溝通，推動創(chuàng)業(yè)項目的落地。

（三）結合“我的洛克”，升級教學課程

課程方面，與“我的洛克”開展合作。我的洛克素質教育王國是一家為青少年提供教育服務的綜合素質教育中心，在創(chuàng)客課程設計方面具有較為廣泛的經(jīng)驗。在合作課程中，融合了職業(yè)體驗、動手實踐等多元元素，目前開設了人工智能編程、機器人、無人機、3D打印、積木構建以及力學電學等課程，從計算機與機械兩大領域，在無人機、機器人以及編程等方面為學生提供較為完善的課程，提升了學生的創(chuàng)客品質。

1.無人機教育。無人機作為創(chuàng)客教育的一個重要環(huán)節(jié)，通過無人機科普知識、無人機實驗、無人機組裝以及無人機競賽等方面，能在很大程度上培養(yǎng)學生的動手實踐能力和分析問題能力。課程設置如圖1所示。

課程的設置具有年齡性。針對低年級同學，從理論、應用兩方面著手，分為三個層面：從飛機的發(fā)展歷程、空氣動力學原理入手，通過對飛機發(fā)展史的普及，培養(yǎng)學生的好奇心與探索欲;其次通過簡單的模型飛機的制作與調整，初步鍛煉學生的動手能力。期間展開紙飛機比賽，定期開展真機拆裝競賽，為后期的DIY創(chuàng)造奠定基礎;針對高年級同學，組成學習小組，由指導老師一對一教授無人機基本原理以及無人機相應傳感器，諸如GPS定位、陀螺儀以及加速度計等模塊。在技術理論學習之后，學生可根據(jù)自己對知識的理解，在老師的指導下，靈活搭配各個模塊，親自參與無人機項目制作傳感器、發(fā)動機、螺旋槳、控制器等組裝，切割無人機樣板，選擇固定翼或四旋翼飛機，設計組裝獨屬的無人機。經(jīng)過模擬飛行培訓后，開展實施真機飛行教育，讓學生看到自己設計的飛機翱翔于藍天之上。在培訓之余，開展內部競賽：低年級同學之中，開展紙飛機競賽，自主折疊紙飛機，靠空氣動力學完成比賽目標;高年級同學，開展模擬器飛行大賽，由老師設定飛行難度以及飛行環(huán)境，按時完成者取得優(yōu)勝，還可以組隊參加國內外無人機大賽。

通過無人機的組裝，學生可以了解各種材料與元器件的相關知識，并鍛煉設計與思考能力;通過實操飛機驗證科學原理，能開闊學生的思維，幫助其形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。此外，在競賽方面，長期操控無人機，可以鍛煉學生的手、眼以及大腦的協(xié)調能力，提高學生在思維以及協(xié)調方面的靈活性;此外，無人機競賽實操飛行中會遇到各種意外、困難，無人機競賽可以培養(yǎng)他們冷靜、沉著的判斷能力以及處理緊急問題的習慣能力，提升學生們的綜合素質。

2.機器人教育。在機器人結構教學方面，采用理論與實踐相結合的方式，開展了力學教學、積木搭建、3D打印以及機器人等相應課程，并配套開展大量匹配競賽，相應課程思路如圖2所示。

在機器人教學方面，分為以下兩個階段。

初級力學結構學習。從生活中常見的力學現(xiàn)象講起，逐步滲透課程所需的力學相關知識。并采用積木搭建的方法，在實踐方面進行教學，讓學生利用所學力學知識搭建出各種生活中常見的模型，如小路、房子、多米諾骨牌、蹺蹺板等等，培養(yǎng)其動手能力。并加強機器人基本操作技能的培訓，比如常見工具的使用，如螺絲刀、簽字、美工刀等;簡單結構的搭建，如齒輪、皮帶傳動、輪式結構等;常見電氣設備，如萬用表、電池及充電裝置等。另一方面，加強機器人各關節(jié)部位、動力結構的相關知識普及，比如力學原理、簡單電學原理（電流、電壓等）、簡單機械原理，還有常用電子元器件的認知培訓。最后在機器人相關專業(yè)術語的認識與理解、機器人工作原理及基本組成等方面，開展知識普及。

此外，課程中采用3D打印技術，引導學生利用所學3D建模打印技術，設計、規(guī)劃、打印簡單機器人的外殼以及機械傳動設備，并運用形體相融的思路，將多個簡單模塊混合組成復雜的機器人的外殼，逐步提升學生的設計動手以及創(chuàng)新能力。在此部分，采用“學習+項目”的方式進行教學。設計相關應用場景，比如運動機器人、搬運車，學生在教師的指導下，自行設計機器人外殼、搬運車框架，并結合3D建模打印技術深入思考，通過團隊協(xié)作的方式設計出相應場景下具有動力學結構的機器人框架。

高級機器人操控學習。在掌握了相應的力學知識、3D打印技術以及機器人設計的相關知識后，繼續(xù)教授學生圖形化編程思路，通過圖形化編程的方式，能提升學生的邏輯思維能力以及設計能力。在該部分中，課程使用Scratch2和ROS進行兒童圖形化編程的培訓工具。該部分包括一個圖形化設計的界面和Python語言編程界面，分別對應軟件開發(fā)的設計與編碼階段。學生只需在接線正確后，在窗口拖動相應圖形化程序，即可實現(xiàn)機器人的操控，而教師可利用Python語言編程界面調試相關程序，確保圖形化程序的正確。

在圖形化編程方面，設計了10個編程項目。通過完成上述編程項目，學生可以了解之前學習到機械運作、機器人控制等原理，諸如皮帶傳動、運動機器人工作以及搬運車的工作機制。比如上述搬運車項目，學生可以通過圖形化編程，控制搬運車的搬運結構，了解聯(lián)桿系統(tǒng)的運動傳動方式。在學習過圖形化編程后，可以結合相應硬件結構，通過軟硬結合，可以學習各模塊、傳感器的設計，實現(xiàn)機器人的操控。

（四）編程教育

在職業(yè)編程體系方面，開設了Scratch、Arduino、Python與C++課程教育，從啟蒙、提升到精英，分為三個層次教學，并開展大量匹配競賽。啟蒙班開設Scratch圖形編程培訓，通過動畫和游戲，結合智能硬件，讓學生在大量項目中提升能力;提升班開設Arduino硬件編程，結合Arduino與各種傳感器，在老師的啟發(fā)下，設計各種有趣實用的創(chuàng)客作品;精英班教授Python課程與算法編程，教授學生制作有趣的小游戲、開發(fā)網(wǎng)站，并掌握提升各種核心算法知識，真正培養(yǎng)程序員。具體思路如圖3所示。

1.初級思維培訓班。課程的設置，首先從Scratch動畫入門，為同學們介紹Scratch的界面以及相應編程的意義，之后隨著課程的進展，通過一個個小項目，引導學生學習掌握編程的基本知識，諸如：循環(huán)、判斷等基本知識。隨著知識的層層深入，為學生講授函數(shù)、列表等高級應用，并在老師的指導下，引導學生學會創(chuàng)作動畫、音樂、游戲等高級應用。在教授完相應課程后，可穿插教授學生多學科知識，最后在結項時，要求學生自行結組，設計獨屬的動畫或者電影，鍛煉了學生的想像思維和嚴謹?shù)木幊踢壿嫛?/p>

2.中級能力提升班。中級提升班采用Arduino編程語言。Auduino是一款基于開源電子平臺的程序語言，結合Auduino編程器，學生可以將程序與硬件相結合，利用一個個傳感器模塊、設計一個個智能家居小產品?，F(xiàn)有的平臺兼容Scratch圖形化編程以及Auduino編程，學生在初級班培訓后，可以直接到中級提升班學習，無需過度。

中級提升班采用理論與實踐相結合的方式教學。入門時采用照片與文字相結合的方式，誘導學生學習簡單的電子電路知識、數(shù)碼管以及各種傳感器，并輔以相關考試進行考核。進一步教授相關編程知識，如循環(huán)、條件等相關知識。最后在教師的指導下結成小組，利用所學到的編程與硬件知識，參與項目的協(xié)同合作，諸如十字路口的紅綠燈控制、傳感器溫度控制的小風扇等等。

3.高級思維養(yǎng)成班。高級思維養(yǎng)成班采用Python語言進行教學，重點培養(yǎng)學生的算法邏輯觀念。目前Python語言因其移植性高、庫資源廣泛等特點，在互聯(lián)網(wǎng)、人工智能領域得到了廣泛的應用。高級班采用Python語言進行教學，有助于學生快速提升編程能力，為參加國內外編程競賽、留學出國等奠定基礎。

在學習完初級培訓與中級提升訓練后，對相關程序編程、應用已經(jīng)有所了解。在基礎培訓方面，從類與對象、Python自帶函數(shù)講起，主要區(qū)分Python語言與其他語言的區(qū)別，該模塊的結題報告即設計開發(fā)簡單的游戲。之后結合音視頻處理、網(wǎng)頁制作、數(shù)據(jù)分析等模塊，講授Python高級編程思路，培養(yǎng)學生人工智能思維基礎。最后學生結組，在具有一定水平的教師指導下，參與大數(shù)據(jù)分析與人工智能算法設計。定期帶領學生到互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)學習參觀并組織學生參加大數(shù)據(jù)相關競賽，開展競賽的輔導工作。

四、總結

石家莊理工職業(yè)學院通過構建創(chuàng)客空間與創(chuàng)客教育，大力提升了校園的創(chuàng)客文化氛圍。創(chuàng)客空間的發(fā)展，不僅可以為創(chuàng)客實踐活動的發(fā)展提供平臺，還可以將學生的自主創(chuàng)新創(chuàng)意付諸實踐;創(chuàng)客教育的發(fā)展，不僅改革了教學模式，還將無人機、機器人與編程教育納入到創(chuàng)客課程范圍，鼓勵倡導學生運用所學編程技術、硬件知識以及3D打印技術進行創(chuàng)新、創(chuàng)造，極大提升了學生們的邏輯思辨能力以及創(chuàng)新能力。

目前而言，在職業(yè)學院中開設創(chuàng)客教育仍處于發(fā)展的初始階段，有眾多問題需要進一步的討論和研究。培養(yǎng)創(chuàng)客不是最終目標，職業(yè)創(chuàng)客教育的最終目標，是使得一批具有動手實踐能力的學生在未來三到五年內成為真正的創(chuàng)業(yè)者。職業(yè)院校應以此為契機，改革教學模式，培養(yǎng)學生的動手實踐能力，并為大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供新的平臺。

參考文獻：

[1]? 高婷.大數(shù)據(jù)時代人工智能在計算機網(wǎng)絡技術中的運用[J].電子技術與軟件工程，2019，（1）：6.

[2]? 孫乃瀅.人工智能在計算機網(wǎng)絡技術中的應用[J].科技風，2019，（5）：110.

[3]? 宮猛.淺談創(chuàng)客教育與學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].課程教育研究，2018，（47）：32.

[4]? 馮文茜，劉凱.創(chuàng)客教育發(fā)展的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)[J].課程教育研究，2017，（13）：20-21.

[5]? Mildenhall P，Cowie B， Sherriff B.A STEM extended learning project to raise awareness of social justice in a Year 3 primary classroom [J].International journal of science education，2019，41（4）：471-489.

[6]? 劉曉武.基于雙創(chuàng)背景下的高職院校創(chuàng)客空間建設研究——以安徽城市管理職業(yè)學院為例[J].科技經(jīng)濟市場，2018，（11）：114-116.

[7]? 張茜，華金科，譚慧.高職院校開展創(chuàng)客教育的意義、現(xiàn)狀與實施路徑[J].教育與職業(yè)，2018，（18）：74-76.

[8]? 李宏策，李文芳，顏志勇.高職院校創(chuàng)客工匠型師資現(xiàn)狀及培養(yǎng)對策[J].河北職業(yè)教育，2018，2（2）：33-36.

[9]? 單麗娜.高職院校創(chuàng)客教育發(fā)展路徑探究[J].廣東技術師范學院學報，2018，39（3）：31-35.