邱小群 鄧小瑜 李春云

（1.珠海城市職業(yè)技術(shù)學院；2.珠海市數(shù)理化學會，廣東 珠海 519000）

1 背景與現(xiàn)狀

2015年對中國教育界來說注定是不平凡的一年，李克強總理在國務(wù)院常務(wù)會議上發(fā)表了“順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時代推動大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的形勢，構(gòu)建面向人人的‘眾創(chuàng)空間’等創(chuàng)業(yè)服務(wù)平臺”，將“創(chuàng)客”一詞寫入政府工作報告中。該詞也成為當年兩會的熱點。接著，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于發(fā)展眾創(chuàng)空間推進大眾創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的指導(dǎo)意見》。同年，教育部辦公廳關(guān)于征求對《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》中提出“探索STEAM教育”“創(chuàng)客教育”等新教育模式。隨著幾年的發(fā)展，高職院校基本建有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院并積累了較多教學經(jīng)驗，特別是在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ)、企業(yè)運營管理、職業(yè)發(fā)展規(guī)劃等創(chuàng)業(yè)通識內(nèi)容已經(jīng)形成課程體系。創(chuàng)新教育中，最難培養(yǎng)的是創(chuàng)新意識和創(chuàng)造思維并使其自覺形成創(chuàng)新和創(chuàng)造能力。這種能力是知識、經(jīng)驗與技能經(jīng)過類化、概括后形成的，是在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過程中表現(xiàn)出執(zhí)行某種行動的技巧，協(xié)調(diào)理智解決問題的技能。目前，國內(nèi)大數(shù)分高校較重視“面子工程”的建設(shè)，通過參加各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，各類學科競賽，通過取得獎項來證明創(chuàng)新教育的成功，創(chuàng)新教育的實施沒有實現(xiàn)由精英化向普及化的轉(zhuǎn)變。目前，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院開設(shè)的專業(yè)課程基本是從現(xiàn)有的電子或計算機學院代為開設(shè)編程課程，然后購買一些用于參觀的無人機、3D打印機設(shè)備，學生進入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院后便忙于參賽和路演，教師忙于幫學生包裝，領(lǐng)導(dǎo)忙于拉各種企業(yè)關(guān)系進行聯(lián)合參賽，最后包裝出來的是一個又一個華麗的項目。但這其中有多少是學生的原創(chuàng)作品，有多少是學生創(chuàng)新能力的體現(xiàn)。20世紀初80年代美國提出的STEM教育教學理念迅速被英、德、日等多個國家應(yīng)用并取得許多創(chuàng)新性與有效性的應(yīng)用案例和教學經(jīng)驗。“機器人創(chuàng)客實踐”是珠海城市職業(yè)技術(shù)學院（以下簡稱“學院”）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院開設(shè)的一門創(chuàng)新平臺課，選修的學生可能來自不同的專業(yè)，知識基礎(chǔ)和學習背景不一樣。為了保證教學實施的效果，本課程在平臺選擇、項目開展等方面必須具有易學性、趣味性、觀賞性等特點，技術(shù)門檻不能太高，以學生為中心，讓學生學會“折騰”，培養(yǎng)學生的DIY精神。筆者提出基于STEM理念和創(chuàng)客教育的培養(yǎng)模式，從課程設(shè)計、平臺選擇、項目開展等方面進行闡述并提供明確的實施策略，讓創(chuàng)客精神在課程中培育并成長。

2 基于開源硬件課程設(shè)計

基于理實一體化的“機器人創(chuàng)客實踐”平臺課程將培養(yǎng)目標落在STEM素養(yǎng)上，引導(dǎo)學生把新奇創(chuàng)意變成現(xiàn)實，開始從研究有用的技術(shù)轉(zhuǎn)向研究有趣的技術(shù)。傳統(tǒng)編程學習一般是基于知識點進行，理論性較強，入門門檻也較高，如C語言、JAVA程序設(shè)計、單片機程序設(shè)計等課程，在項目展現(xiàn)上不夠直觀，許多學生望而卻步。本課程在編程語言及平臺的選擇上，自由度較大。由于學生的專業(yè)知識背景不一樣，電子類專業(yè)的學生底層編程語言掌握較好、動手能力強；計算機類專業(yè)學生所學軟件知識較多，編程基礎(chǔ)好；其他專業(yè)的學生很少有編程基礎(chǔ)，但具有其他專業(yè)能力的優(yōu)勢，如策劃、市場分析、財務(wù)分析等，這些能力對后續(xù)團隊的建設(shè)起到重要的作用。在開源硬件平臺的選擇上，主要以micro：bit、Arduino、Raspberry Pi（樹莓派）為主要平臺。這些平臺價格便宜，通用性強，軟硬件資源相當豐富，不同平臺之間還可以互相通聯(lián)，可玩性相當高。表1為主流開源硬件對照表，學生可以根據(jù)自己的興趣愛好、專業(yè)特長進行平臺選擇，開展課程的項目開發(fā)。

表1 主流開源硬件對照

課程活動開展一般以項目為單元，以團隊為活動單位，從而可以提高學生項目管理能力、小組協(xié)作能力，提高組員的交流能力。在課程內(nèi)容規(guī)劃方面，首先制訂“機器人創(chuàng)客實踐”課程達標項目表（如表2）。這是“機器人創(chuàng)客實踐”課程入門必須掌握的基礎(chǔ)，每個任務(wù)的劃分都有其知識能力要求。在項目實施過程中，與傳統(tǒng)課程正向教學不同，學習過程是逆向開展的。學生對達到項目功能需要用到的必要理論知識進行學習，掌握基本的編程技巧，而不需要系統(tǒng)的學習所學知識內(nèi)容。這是典型的項目驅(qū)動。當對項目有更多的功能要求時，學生便會查詢相關(guān)的技術(shù)文檔，實現(xiàn)更多的功能效果。項目的選取需要符合循序漸進的教學規(guī)律，設(shè)計的核心是富有吸引力的創(chuàng)意項目，項目內(nèi)容需要根據(jù)模塊及開發(fā)平臺的更新進行維護，以持項目的實用性與創(chuàng)新性。

在課程資源選擇方面，由于目前此類課程及教學法在高職院校開設(shè)較少，資源和平臺相對陳舊，難以實現(xiàn)本課程的知識要求。因此，作者及其課程團隊，通過查找資料和實踐探索，將每個達標項目從原理圖—流程圖—程序—硬件搭建等進行設(shè)計，供學生輔助參考，并提出各種項目變換要求，讓學生靈活調(diào)試，避免死記硬背。值得欣喜的是：一些新興的創(chuàng)客類公司為開源硬件平臺開發(fā)了很多軟硬件模塊，如小喵科技、i創(chuàng)學院、矽遞科技等。他們設(shè)計了一些便捷的傳感器模塊、驅(qū)動模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊等，使開源平臺更具魅力。學生通過簡單的函數(shù)調(diào)用就可以實現(xiàn)原來要花很多專業(yè)知識才能實現(xiàn)的效果，趣味性大大提高。在國際上，開源硬件平臺的DIY精神早已如火如荼地進行。學生可以進入micro：bit社區(qū)、Arduino社區(qū)、pyhon論壇進行學習。里面有許多已經(jīng)制作成型的開源創(chuàng)客作品，這些作品能極大地開闊學生的思維。在完成一系列的基本達標項目后，學生相當于“出關(guān)”，也正是他們大展身手的時候。學生團隊們可以通過搭配不同的基本項目，實現(xiàn)較為復(fù)雜的功能，特別是基于生活、工作現(xiàn)實場景的實際項目，能使學生體會到DIY的樂趣。當然，由于大部分學生沒有開發(fā)項目的經(jīng)驗，學生的項目思維需要教師正確引導(dǎo)并通過具體項目進行打磨。本課程要求學生對每個項目按完整的項目實施過程進行落實，以形成性考核方式達到課程的綜合評價效果。圖1為實踐項目實施過程。

表2 機器人創(chuàng)客實踐課程達標項目

圖1 實踐項目實施過程

課程的開展并不基于傳統(tǒng)的知識點開展，而是以基本達標項目+綜合項目+創(chuàng)新拓展項目為考核標準開展，以項目實施引導(dǎo)知識內(nèi)容學習。學生操作過程中，能很深刻地掌握到一些項目知識，例如：如何繪制流程圖、如何編寫順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)程序等。課程以學生為中心，以引導(dǎo)的方式帶領(lǐng)學生解決問題。整個教學流程是靈活的。學生的學習過程就如打闖關(guān)游戲一樣，過了基本達標項目關(guān)，才能進行綜合項目關(guān)，是一種遞進式學習流程。學生也會感受到一種闖關(guān)的滿足感。如圖2為闖關(guān)游戲流程與課程學習流程對照。我們發(fā)現(xiàn)，這種將學習與游戲結(jié)合起來的教學方法會讓學生更加專注和更具學習熱情。學生難以在課程中濫竽充數(shù)。如果課程項目一直沒有進展，學生也無法獲得課程的學分。這能很好地避免學生混學分不努力學習的現(xiàn)狀。

單純由技術(shù)員組成的團隊不叫項目團隊，只能是研發(fā)隊伍。項目團隊的角色設(shè)計及團隊協(xié)作也是本課程的評價內(nèi)容。根據(jù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院前期的創(chuàng)業(yè)項目參賽經(jīng)驗，本課程引導(dǎo)學生將課程團隊按角色進行分配（如圖3所示），達到分工明確、合理搭配的效果，保持團隊的持續(xù)學習力與合作凝聚狀態(tài)。由于項目團隊建設(shè)不是本文的重點，在此不詳細展開。

圖2 闖關(guān)游戲流程與課程學習流程對照

圖3 項目團隊角色分配

3 創(chuàng)客課程實訓(xùn)空間的建設(shè)

本課程采用的開源硬件平臺不斷更新?lián)Q代，建設(shè)之初，首先要滿足“動起來”的基本要求，不能一味追求外表、參觀等表面工作，也不要追求以競賽開展為主的實訓(xùn)設(shè)備。其實，目前大部分的競賽，無論是教育部還是行業(yè)協(xié)會組織的競賽，在比賽內(nèi)容或規(guī)則上太依賴于硬件的投入，只要買了設(shè)備，就基本能獲獎。但問題是這些設(shè)備為了保證自身知識產(chǎn)權(quán)，關(guān)鍵技術(shù)都是不開源的，可玩性不高，而且設(shè)備幾乎每年都需要更新，設(shè)備的使用率不高。綜合企業(yè)開發(fā)實驗室的設(shè)計靈感和開源硬件平臺的課程特點，在實訓(xùn)空間的布置上，建議參照開發(fā)部的樣品間進行設(shè)計。常規(guī)零件如電阻、電容、LED燈、電源、面包板等以元件柜的形式設(shè)計，配套采購超聲波、聲音、電機、顯示等模塊，以便快速構(gòu)建開發(fā)硬件平臺。開源硬件以Arduino、micro：bit、樹莓派（Raspberry Pi）三大平臺的開發(fā)板為主，可以采購基本型號作為主體教學使用。為了拓展部分較復(fù)雜項目，可以采購相關(guān)開源芯片方案的升級板，如Arduino Leonardo、Arduino Due等。這樣采購的設(shè)備不會花太多的錢，但能起到很好的項目效果。在創(chuàng)客實訓(xùn)空間，學生可以接觸到各種開源硬件平臺，組建的團隊根據(jù)自身的專業(yè)背景選擇不同的開發(fā)工具，充分發(fā)揮學生的特長。對部分項目團隊如果有需要，可以在課程投入經(jīng)費上支持PCB打板、3D打印模型等，以使作品更具有觀賞性和實用性。無開源，不創(chuàng)客。創(chuàng)客的最大特點就是開源、可復(fù)制。目前，國內(nèi)一些知名的創(chuàng)客論壇如DFRobot、MakeBlock、ARDUINO中文社區(qū)都有相關(guān)的開源項目，甚至還眾籌一些DIY產(chǎn)品或模塊，其創(chuàng)新性和開拓性時常讓人意想不到。將這些創(chuàng)客項目引入課程并加以啟發(fā)，能引起學生強烈的興趣和創(chuàng)新想法。

4 以創(chuàng)客項目服務(wù)創(chuàng)客市場的創(chuàng)新理念

基于STEM理念的課程設(shè)計，可以大大滿足學生對創(chuàng)新想法的實施激情，但如果僅停留于此，還不足以發(fā)揮課程的創(chuàng)新效果。筆者擔任本市的科協(xié)科普講師團成員及數(shù)理化學會科普創(chuàng)客類課程講師職務(wù)，常年在社區(qū)或者中小學進行科普類課程的講座。為了讓講座的課題更有吸引力，將“機器人創(chuàng)客實踐”課程中學生制作的作品引入并轉(zhuǎn)化為講座內(nèi)容，同時帶領(lǐng)學生參與到科普講座的實施環(huán)節(jié)，讓團隊學生演示并講解作品的功能及知識內(nèi)容。團隊可以在講座開展過程中不斷發(fā)現(xiàn)和完善作品的一些問題。學生參與科普講座，既磨練了自己的膽量和演講水平，也感受到“實踐是檢驗真理唯一標準”的道理。通過高職學生的創(chuàng)意實踐項目，以科普講座的形式引入到中小學，在項目磨合和創(chuàng)新過程中，真正體現(xiàn)產(chǎn)品的價值。在項目實施的兩年多時間里，本地許多中小學和社區(qū)已將本課程中的部分趣味項目引入到他們的創(chuàng)新教育講座中去。

5 結(jié)束語

基于STEAM教學理念，圍繞創(chuàng)客教育新方式+開源硬件的新優(yōu)勢，合理設(shè)計課程，提高理實一體化創(chuàng)意項目的觀賞性、實用性和創(chuàng)新性。從而激發(fā)學生的發(fā)散性思維思維、工程素養(yǎng)、實踐能力和創(chuàng)新精神，為解決高職教育體制中創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足的問題，探索一種開放性、實踐性、創(chuàng)造性、綜合性的新型教學模式。創(chuàng)客運動的本質(zhì)就是教育，是面向所有人的教育，創(chuàng)客和教育者之間有著密不可分的關(guān)系。創(chuàng)客關(guān)注造物，崇尚造物，這正是當前教育的最大短板。我們希望更多人能關(guān)注創(chuàng)客教育。面對目前我國創(chuàng)新教育中存在的種種問題，我們不要抱怨，大家嘗試著去摸索和改變這一現(xiàn)狀創(chuàng)客教育是一個很好的切入點。