創客教育在工科院校的應用探究

呂 國 肖瑞雪 白振榮 孟凡興

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創客教育在工科院校的應用探究

呂 國1肖瑞雪1白振榮2孟凡興1

（1．河北建筑工程學院現代教育技術中心，河北張家口 075000；2．河北建筑工程學院社科部，河北張家口 075000）

創客教育應用于工科院校，有助于提升學習者的實踐創新能力、交流協作能力和項目開發運營能力。文章論證了創客教育應用于工科院校的必要性和可行性，重構了創客教育視野下工科生的能力結構和與之相匹配的課程模塊，搭建了創客的教育生態系統和實施平臺，并從指導理念、發展體系和運行機制三個層面分析了創客教育在工科院校的應用模式，以期為創客教育的應用和工科教育的發展提供參考。

創客教育；工科院校；課程結構；教育模式

2015年1月，李克強總理參觀深圳柴火創客空間，并在同年3月召開的十二屆全國人大三次會議上號召“大眾創業、萬眾創新”。政府層面的關注與支持源于創客運動對科技和經濟發展的推動作用，而創客運動發展的速度、規模、效益取決于創新性人才的數量與質量。工科院校作為工程人才的重要輸出基地，承擔著教學育人和科學研究的重任，在新的時代背景下必須改革變通、與時俱進，積極開展創客教育。

一 創客教育應用于工科院校的背景

創客源于英文“Maker”，意指每個人無論性別、年齡、職業，都可以跟隨自己的興趣，利用一切可獲取的資源將頭腦中的創意變為現實[1]。美國麻省理工學院于2001年建立的Fab Lab是創客空間的雛形，既是提供工具和材料的小型工廠，也是創意和思想的集散地[2]。隨著硬件開源和“互聯網+工業”的興起，全球逐漸掀起了創客運動的熱潮。Hackerspaces官網的數據顯示，創客空間在歐美發展的數量較多、形式較為成熟，其它區域的數量也在逐步擴充[3]。在我國，伴隨著政府和社會的廣泛關注與支持，近年來創客空間呈現出了井噴式的發展態勢。但是，中國的創客事業如何從發育走向成熟，還需要進行不斷的探索。

當前國際上的創客空間可分為三類：獨立的創客空間、以學校為基地服務于教育的創客空間、以公共圖書館為基地服務于社區的創客空間[4]，而本研究重點關注的是創客給學校和教育帶來的變革。創客運動倡導的實踐與創新理念與STEM教育不謀而合，在科學、技術、工程和數學領域有廣泛的推廣和應用價值；而據《2015年地平線報告（高等教育版）》預測，創客將在2～3年內進入高校的主流應用，推動技術規劃和決策[5]。基于此，一些工科院校紛紛身先士卒，從MIT的Fab Lab到清華大學的iCenter，都從理念、設備、環境、師資等多個方面服務于創造性人才的培養。目前，將創客思維引入工科教育雖然尚處于起步階段，還未見明顯成效，但縱觀我國工科院校的現狀，發展創客教育勢在必行。

創客教育是指以輸出人才和產品為導向，利用創客的理念和方式開展日常教學。《中國工程教育質量報告（2013年度）》[6]指出，我國的工程人才培養模式重視知識傳授，導致畢業生動手能力弱、合作意識差、創新水準低，專業技能同行業發展嚴重脫節。因此，創客教育正試圖打破這一固定的培養模式，通過開展自主創新實踐，切實提升畢業生的就業能力。但目前創客教育尚處于借鑒和摸索階段，還沒有現成的模式可供遵循，因此本研究就創客教育在工科院校的應用進行了探究，旨在為創客教育的應用和工科教育的發展提供參考。

二 創客教育的能力結構與課程模塊

1 創客的能力結構

在“互聯網+DIY”時代，大學生兼具知識消費者和生產者的雙重身份：一方面通過課堂、網絡、實踐等多種渠道獲取并內化知識；另一方面將自身知識結構進行解構和再構，并將重組后的知識以物化形式輸出。創客教育的實質是行動、協作和分享，強調學習者由被動的知識接受者轉化為主動思考、應用和創造的實踐者，這就對人才的能力結構提出了新的要求。

能力是指完成活動所必須具備的穩定的個性心理特征。斯皮爾曼[7]把人的能力分為一般能力（General Ability）和特殊能力（Special Ability）：一般能力指在一般活動中體現出的能力，如觀察、記憶、思維和想象等；特殊能力指在特定實踐活動中表現出的能力特征。作為一種新生的社會角色，創客既是科研專家，又是工程師、技師，有些還要承擔產品經營和人力管理的工作，因此其能力結構更加復雜多元。考慮到高校學生普遍具有較高的一般能力，故本研究結合創客的實踐需求和我國工科院校的人才培養目標，設計了創客的特殊能力結構，具體包括：

①信息素養。創客是互聯網時代的產物，建立在硬件開源的基礎之上，需要創客具備較強的信息加工能力，能從浩瀚的信息中篩選出有價值的資源，并進行分析、匯總、存儲和再利用。

②知識的整合與應用。創造是一個劣構問題，沒有固定的方案可供遵循，需要創客具備高階思維，既通曉理工科，又通曉人文社科，并將各學科領域的知識加以融會貫通、學以致用。

③設計與制作能力。創客活動的直接導向是方案和產品，需要創客具備扎實的設計功底和機械操作技能等基本素質。

④交流與協作。創客空間是產品研發和項目孵化的最初載體，一個完整的項目需要多名參與者的協同工作，同時要求每個成員都具備良好的溝通能力、團隊合作能力和組織能力。

⑤經營與管理能力。創客研發的項目與產品最終會投入市場、服務社會，創客團隊也需承擔產品的后續推廣與運營工作，因此需要通技術、懂經濟、會管理的高級專門人才。

⑥冒險精神與求真態度。創客的價值在于創新，而創新是一種在原有資源的基礎上進行再配置、再整合的手段，包括對舊事物的改造甚至是顛覆。創客對于從事的活動往往出于興趣而不具有功利性，對新生事物保有強烈的好奇心，思想上敢于嘗試，行動上嚴謹細致。

2 創客教育的課程模塊

在工科院校開展創客教育，需要調整課程模塊以實現與能力結構的無縫對接。我國工科院校的課程設置以理工課程為主，人文社科類和經管類課程鮮有涉及；教學計劃里必修課占絕大比例，選課缺乏彈性，偏重于基礎理論的學習而忽視專業實踐[8]。為此，袁慧等[9]提出了現代工科院校的課程改革方向：注重人文社科和自然科學的融匯與交叉、扎實的工程設計與操作基礎、較為寬廣的專業口徑、增加選修課的彈性與比例、靈活自由的學習環境、豐富的實踐課程活動。

基于上述研究成果，結合創客能力結構，本研究構建了在工科院校開展創客教育的課程模塊，具體包括：①公共基礎課程——用于提升學習者的科學素養和人文素養、外語能力和計算機能力；②專業方向課程——用于夯實學習者的專業基礎，在整個課程體系中占有較大比例；③技術基礎課程——培養學習者的操作能力、技術素養，了解科學方法論；④實踐課程——創客教育的重要組成環節，學習者在實踐中驗證理論、鍛煉技能；⑤課外活動——創客教育的必要環節，學習者通過參與社會實踐、人事實習、競賽活動等，得以接觸真實的社會需求，積累項目經驗，提升組織能力、協作能力和溝通能力；⑥選修課程——使學習者拓寬知識面、增強跨學科領域的知識整合能力，為創新活動奠定知識基礎；⑦經管類課程——要求學習者掌握經濟學和管理學的基本理論知識，支持后續的產品運營和團隊管理工作。

三 創客教育應用于工科院校的平臺構建

1 創客的教育生態系統

教育生態系統關注的是以教育為中心，對教育的產生、發展起制約和調控作用的多元環境體系[10]。創客教育現正處于一個開放、動態、不穩定的系統環境中，受到學校、社會等多種因素的制約。本研究結合高校教育實踐，構建了創客的教育生態系統，如圖1所示。

圖1 創客的教育生態系統

（1）微觀系統

創客教育生態的微觀系統可以縮小至班級、教室、課程、師生關系等層面，這些都是直接影響學習者學習狀態和成效的重要因素。在高校開展創客教育，首先要有先進教學理念指導下的課程體系，其次要提供完成教學、創造和制作所必須的物質基礎（如工作場所、設備儀器等），最后還要保證指導教師的專業性以及交流平臺的可利用性和高效性。高校的創客教育應關注細節，以實踐為出發點，努力為學習者提供可獲取的、良好的學習與創作體驗。

（2）中觀系統

中觀系統是介于宏觀和微觀之間的環境類型，也是聯系學校教育與社會需求的中間環節。高校創客教育的目的涉及人才培養和產品輸出兩個層面，而人才終將步入社會，產品也終將流入市場，因此需要在學校與社會之間建立一個有效的銜接機制。目前，許多企業和高校紛紛創辦科技園區作為產品研發和項目孵化的基地，以鼓勵大學生自主創業；政府也在出臺政策，積極推動產學研一體化，充分整合企業和高校的既有資源，通過為高校項目引入資金流，助推創新產品轉化為產業成果。在此過程中，政府、企業和高校形成了三位一體的產業系統，為高校創客教育的起步、成型和發展提供了平臺與保障。

（3）宏觀系統

創客教育生態的宏觀系統可從廣義上擴展到生態圈、人類文明進程，也可從狹義上擴展至以國家為單位的社會環境（包括社會氛圍、政策導向、創業環境和就業環境）。對創客教育生態宏觀系統的分析要依循“輸入—轉化—輸出”的機制，包括關注人力、財力、信息的輸入，轉化過程的彈性調控以及人才與產品的輸出。目前，我國具有影響力的創客空間已超過百家，蓄勢待發的創客團隊更是不計其數，而國家在政策引導、物質支持等方面也開通了創客教育發展的綠色通道。可以說，目前創客的教育模式和成長路徑雖然還處于探索階段，但民主開放的宏觀系統環境已為其成熟和發展打下了堅實的基礎。

總之，創客教育生態的三層系統既有區別也有聯系，既相互影響又相互制約。至于工科院校創客教育的平臺搭建，則主要作用于微觀和中觀層面。

2 創客教育的平臺搭建

目前，美國的斯坦福大學、麻省理工學院和我國的清華大學、天津大學等上百所高校均已設立了創客空間，并且不設專業、年級限制，面向所有學生開放。高校創客空間為學生提供了交流空間、創作場所、師資力量，有的還幫助年輕的創客們引入項目和資金支持。結合我國工科院校的教學實際，本研究搭建了工科院校的創客教育平臺（如圖2所示），并從以下六個方面為創客教育提供全方位、立體化的支持平臺：

圖2 工科院校的創客教育平臺

（1）教學平臺

高校的基本功能是通過教學實現文化的傳播和傳承。創新離不開扎實的知識基礎，為此，高校必須樹立先進的課程理念，及時調整培養目標和課程計劃，實時更新教學內容；教務處、二級學院和各系部作為教學發生的基本單位，則要履行好自身職責，完善教學質量監督體系。

（2）實驗平臺

實驗是工科教育體系的重要組成部分，也是培養學生實踐能力、創新能力的重要環節。工科院校開展創客教育的首要改革重點，是搭建先進的、可利用的、開放性強的實驗平臺：①擴建實驗室規模，規范實驗室管理體制，提升實驗室人員的業務素質；②推動實驗內容由驗證性向設計性、研究性轉化，實驗范圍則擴展至課程實驗、金工實習、畢業設計等方面。

（3）資源獲取平臺

創客的興起源于硬件開源。在知識膨脹的時代背景下，如何迅速獲取并整合有效信息，是決定高校能否走在創新隊伍前列的重要因素。為此，工科院校要為學生提供豐富的物化和信息資源獲取環境，通過圖書館、數字學習空間等平臺引入最新的科技發展動態；還可以創立創客教研室，培養一批具有創客精神的精英教師為學生提供指導，同時邀請科學家、企業家、工程師到校開展交流活動，為學生提供一線的、豐富的、多元的整合資源。

（4）交互協作平臺

創新是一個復雜的思維和實踐過程，需要具有不同學科背景、不同專業技能的參與者互相交流協作，共同完成方案并予以貫徹落實。學校為學生搭建交流協作平臺可從兩個方面入手：一是通過創新工作坊的形式組織社團活動；二是專門開辟論壇或網上交互平臺，支持創客分享知識、跨界交流和資源對接。

（5）創作平臺

創客教育的核心在于校內創作平臺的搭建，其基本形式是創客空間。創客空間既是創意的集散地，也是想法轉化為現實的實干地，支持知識、人力、物資的循環和流動[11]。創客空間既可以由高校獨立開設，也可以由工廠、企業、科研機構和高校等合作開設。而在工科院校開設創客空間，需要教學部門、行政部門和教輔部門等從多方面予以支持：①從硬件上要保證有足夠面積的場所，配備交流空間和創作空間，提供計算機、機械加工設備、電子開發等設備；②從管理上要去除行政和學術壓力，營造民主輕松的創作氣氛，充分挖掘參與者自身的潛力，提高知識的轉移和轉化效率；③從服務上要完善體系、提高質量，擴充創客空間的服務對象，延長開放時間，提供專門的教師指導。

（6）產品運營平臺

創客教育輸出的產品不是針對教育系統本身，而是直接指向市場，最終作為生產力推動經濟和社會進步，所以產品的后續推廣和運營是創客教育必不可少的環節。通常情況下，創客教育產品結合了科技前沿，專注于“長尾市場”，具有明確的目標用戶，而這種注重用戶個性化需求的產品在成熟的運營平臺上會有極大的市場潛力[12]。基于此，學習者不僅要學習經管類課程，還要依托學校的運營平臺獲取實踐經驗；高校要充分發揮科研處、學生處和校園社團的作用，組織開展專利申請指導、就業創業指導、經管培訓等活動，主動與企業建立聯系，為學生提供實習或參與實踐項目的機會。此外，目前有許多高校成立了大學生創業園區，孵化了諸多由在校師生注冊成立的科技公司，對此高校要做好支持和監督工作，為項目的順利實施提供保障。

四 創客教育在工科院校的應用模式分析

創客教育在工科院校的應用模式建立在合理的課程結構和完善的平臺體系之上，涉及指導理念、發展體系和運行機制等三個層面的內容。

1 指導理念

創客教育包含學習共同體、內容、情境、活動、作品等要素，具有劣構性、挑戰性和差異性，遵循以下指導理念：①注重實踐——創客教育要注重學習者實踐操作能力和問題解決能力的培養，強調以實踐為導向，注重在“學中做，做中學”；②以學習為中心——在整個創客教育開展的過程中，學習者既是學習的中心，也是創作的中心，一切教師、管理人員、服務人員的工作都應圍繞學習者展開，以人才培養為主、產品輸出為輔；③跨學科整合——教學內容要緊跟時代步伐，強調不同學科的交叉和整合，拓寬知識廣度，為創新活動奠定基礎；④信息技術融合——通過互聯網獲取開源硬件，提供各種資源、平臺和技術支持；⑤項目驅動的協作學習——創客空間聚集了眾多志同道合的學習者，他們在創意的基礎上進行交流與協作，共同設計項目方案并通過實踐予以落實。在此過程中，學習者要親自參與調研，收集資料，分析研究，將知識運用到實踐中，并在活動中重構知識體系[13]。

2 發展體系

創客教育發展的宏觀背景是中國創新體系中的產學研一體化，即企業、高校和研究機構建立協同創新關系，三者在雙向選擇的基礎上對科技資源、人才和設備進行優化設置，實現更高的效益輸出[14]。當高校的創客教育取得突破性成果后，便可與企業聯合進行成果的產業化推廣。具體來說，就是高校負責基礎理論研究并投入實驗；企業則充分發揮自身的動力轉化機制和資金投放機制，將創新成果轉化為市場產品和經濟效益。產學研協同發展的體系為高校的創客教育提供了動力機制和后續的輸出保障，也重塑了高校教研的基本形態。當前高校教學改革的走向包括注重培養高階能力、注重知行合一、注重“用技術學習”的方法取向，以及注重多樣化的教學組織形式、注重學習者的個性化發展等[15]的內容取向，與創客教育的應用模式基本吻合。

3 運行機制

創客教育的推廣和運行，需要從環境、課程、教學、師資、組織形式等多方面協同推進。創客教育的運行機制如圖3所示，該機制架構體現了與創客教育平臺搭建之間的耦合關系。首先，在先進教育理念和課程體系的指引下，教學與實驗環節為學習者奠定知識與技能基礎。其次，當學習者具備一定的知識儲備之后，在有效整合資源和學習共同體交流協作的基礎上，逐步開展始終以實際問題為導向的創作活動。最后，創客平臺的參與者通過頭腦風暴分析問題，找到解決問題的思路和方案，并親自動手實踐、開發產品，通過多重測試和優化后投送到運營平臺，最終輸出面向市場的成熟產品和創新型人才。

圖3 創客教育的運行機制

五 結語

創客教育源于教育內部的改革張力和社會經濟的發展助力。目前，創客教育在我國的發展和推廣還存在經費不足、指導教師經驗有限、沒有形成科學系統的創客教育體系等問題。為應對這些挑戰，一方面要在學習國外院校創客教育成果的基礎上推進我國創客教育的本土化；另一方面還要從多方面積極嘗試，由政府、企業、社會和高校共同發力，積極探索有中國特色的創客教育之路。

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編輯：小米

Exploration on the Application of Maker Education in Engineering Colleges

LV Guo1XIAO Rui-xue1BAI Zhen-rong2MENG Fan-xing1

The application of maker education in engineering colleges can help to improve learners’ abilities of practice and innovation, communication and collaboration, project development and operation. This paper not only proved the feasibility and necessity of maker education applied in engineering colleges, but also constructed learners’ abilitystructure and corresponding curriculumsystem. The application mode of maker education in engineering colleges was analyzed from the levels of guiding concept, development framework and operation mechanism, providing reference for the application of maker education and the development of engineering education.

maker education; engineering college; course structure; educational mode

G40-057

A

1009—8097（2016）07—0113—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2016.07.017

呂國，副主任，副教授，碩士，研究方向為計算機網絡教學與物聯網，郵箱為19895739@qq.com。

2015年11月26日