加強創客文化建設 提升教學實驗室開放共享

趙廣元, 潘 峰, 張二鋒

(1西安郵電大學 a.自動化學院;b教務處,西安 710121；2東北大學 信息科學與工程學院 沈陽 110819)

0 引 言

2015年5月，國務院辦公廳頒發《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》[1]，指出要培育創客文化，努力營造敢為人先、敢冒風險、寬容失敗的氛圍環境；教育部在傳達學習李克強總理在五四青年節給清華大學學生創客的重要回信精神，研究部署貫徹落實工作時強調“充分利用大學科技園、實驗教學示范中心、工程實踐教育中心等，建設一批大學生創客空間，不斷壯大大學生創客隊伍[2]”。在2016年5月中共中央、國務院印發的《國家創新驅動發展戰略綱要》則圍繞創新將以下內容作為戰略任務[3]：推動教育創新，改革人才培養模式，把科學精神、創新思維、創造能力和社會責任感的培養貫穿教育全過程。鼓勵人人創新。推動創客文化進學校，設立創新創業課程，開展品牌性創客活動，鼓勵學生動手、實踐、創業。強調創新能力從“跟蹤、并行、領跑”并存、“跟蹤”為主向“并行”“領跑”為主轉變[4]。

從以上分析看，我國高校創客文化建設受到國家政策的大力支持。服務于創客文化，已上升到國家教育改革和創新驅動戰略層面。

關于創客教育，雖未有統一的標準定義，但在相關的研究中對其意義的描述基本統一。文獻[5]認為可以從兩個角度去理解創客教育：①旨在培養創客人才的“創客的教育”；②旨在應用創客的理念與方式去改造教育的“創客式教育”。對于“創客的教育”，可以通過開設專門的創客課程，建立創客空間，配備專業化的指導教師進行實施；對于“創客式教育”，則需要將創客運動倡導的“動手操作、實踐體驗”理念融入各學科教學過程，開展基于創造的學習。二者的最終教育目標是一致的，即培養具有創新意識、創新能力和創新思維的創新型人才。二者又是融合的，可以相互支撐。實施創客式教育必將使更多的學生具備創客思維和創客能力，進而成為真正的創客；專門的創客課程開設以及創客人才培養，又將促進學生在其他學科開展基于創造的學習。

教學實驗室經適當改造后，其環境可以全面支持這兩種創客教育方式。隨著更多創客課程的建設，對于“創客式教育”的支持甚至成為教學實驗室適應新的需求所必須面對的挑戰和發展機遇。而對于“創客的教育”的支持則為教學實驗室及相關的師資提升自身價值提供了有效途徑。由遍布全校的教學實驗室所形成的教育創客空間將成為高校創客文化建設不可或缺的重要組成部分。

本文首先對現實需求和研究現狀進行分析，其次結合實踐對教學實驗室價值提升各路徑分別探討。最后給出研究結論。

1 教學實驗室環境和師資的現實需求

目前，學校對大規模建設的創客空間及運行情況較為關注，獨立的創新實驗室建設也有一定研究[6-9]。在廣義上，能夠開展創客教育或進行創客實踐的場所都可稱為創客空間，教學實驗室應用于創客教育時當屬此列。但目前的大多數教學實驗室專用于課程的實驗教學，主要設備是各類實驗箱、計算機，以及部分配套工具與儀器。這類實驗室的總體特點是：①開放程度不高，一般只服務于專業課程教學，在課余(包括假期)基本處于關閉狀態；②資源利用不足，如有的實驗室可作為小組討論的空間，有的實驗工具和儀器在實驗室關閉時基本處于閑置狀態；③支持創客教學開展的環境設施配備不足，表現在相應的儀器、器材等方面。加強這些教學實驗室的開放和資源利用，將會大大地促進學生創客實踐。

實驗室和實驗系列教師的邊緣化問題是不爭事實，是當前高校實驗室作為創新創業平臺的障礙。如教學實驗室普遍作為教學的“墊腳石”，其作用僅僅是配合各學科專業完成一般教學任務，甚有高層次學歷的實驗教師不過是負責實驗室的安全與衛生管理和設備的基本維護。在實驗室人才職業發展上，制約因素較多。目前高校專業職稱評定中“實驗系列”的職稱架構、實驗專職人員職業技能的系統化培訓、長期將實驗室作為輔助教學單位，是導致實驗系列教師思想和工作狀態不穩定的因素。

以上問題為教學實驗室價值提升提出了現實需求。創客教育為教學實驗室提升價值提供了機遇。

2 教學實驗環境價值提升路徑

2.1 全面開放改造實踐場地

(1) 全面開放實踐場地。為實現教學實驗室的復用，只有全天候開放，保障課余、假期、晚上等所有時間段的開放，才能為學生的創客實踐騰出充分的時間和場地。為此，通過制定由教師作為負責人、學生作為安全員的教學實驗室管理方法，加強實驗室管理，實現實驗室的完全開放，為創客教育提供更寬松的環境，營造良好的動手實踐和自由交流氛圍，有力保障這種模式的順利實施。目前，除專門的創新實驗室外，所有教學實驗室全部實現了24 h對學生開放。這種全開放的模式，在其他兄弟院校也得到了充分實踐[10]，證明了實驗室不僅僅是關起門來做實驗的地方，更可以打造成為永不關閉的夢工廠。學生可以充分利用實驗室硬件設備和學習條件圓夢。

(2) 與時俱進改造實踐環境。教學實驗室基礎環境的改造需與時俱進。如為應對以小班形式開出的創客實踐課程，增添了投影儀供教學使用。再如面對越來越多的師生自帶設備(BYOD)，實驗室提供了充足的電源插座、無線網絡接入點等以滿足實際需求。

2.2 提升實踐支持能力

(1) 共享工具提升加工能力。創客空間的必備利器有各類二維、三維繪圖軟件、3D打印機、3D掃描儀、激光切割機、數控機床，基本的電子元件工具則有Arduino工具包、焊接烙鐵、萬用表等[11]。在基于教學實驗室建設創客空間初期，曾帶領學生自制3D打印機、激光雕刻機等。這些工具顯視出重要的教育價值。如3D打印在塑造可重用的多態教育對象、促進學習者從教育消費者到創造者的轉變方面、基于協同創造打造虛實結合的教育應用平臺多個方面富于教育價值，并共同促進基于創造的學習[12]。

但上述工具顯然不全部適合放置于教學實驗室。既受限于實驗室的物理空間，又因工具本身在加工過程中可能產生噪音或氣體等污染。為此，與校內其他部門協作或與校外的加工企業合作是一條提升自身機械加工能力且節約成本的途徑。如在建設初期曾與校外2家加工企業達成合作協議，以較低價格使用大型加工設備；在后期學校建設工程訓練中心后，實現了大型加工設備的共享使用，同時還爭取獲批為院級創新創業孵化基地，因此獲得了學校的更多基本器件的持續支持。這些來自各方共同的努力,提升了實踐支持能力，促進教學實驗室形成一個可以充分拓展的大教育創客空間。

(2) 多方協作科學管理器材。隨著器件和工具的不斷積累增加，將面臨如下問題,這些器件或工具如何租借？如何引導學生入門以正確使用這些器件或工具？我們在實踐中借鑒了以下做法[13]：①器材管理。為器件套件列出詳細內容清單便于清點。考慮到器件的損耗以及部分小的且便宜的器件(如電阻和LED燈等)丟失的情況，聘請電子設計方面的學生高手來幫助進行每學期的庫存清點；②器材補充。考慮到購買的周期等問題，供貨商合作，由供貨商來提供零件更換包(Parts Refill Pack)服務；③相關服務。聘請相關專業的學生增強服務，提供諸如器件的技術咨詢、輔助開展課程、支持材料的開發以及教學研討會等。

3 教學實驗師資價值提升路徑探索

創客教育離不開對教師的創造型培育。主動實踐應是教師培育的重要手段。創造型教師需要堅持進行創造教育的實踐，需要做學生創造活動的引導者和支持者[14]。

3.1 協作創客課程與教學改革

學生參與創客學習的關鍵因素之一是課程[15]。課程化是創客教育扎根并惠及全體學生的必由之路[16]。創客教育進課程將形成面向創客教育的課程體系。大課程觀強調，課程本質上是一種教育進程，課程作為教育進程包含了教學過程。課程不僅僅是存在于觀念狀態的可以分割開的計劃，課程根本上是生成于實踐狀態的無法分解的、整體的教育活動[17]。因此，創客課程是包含了教育的內容、方式、過程等的總稱，是高校創客教育不可或缺的組成部分。

(1) 協作專業課程的改革。如對于理論課程的改革。①較為徹底的課程改造，如基于開源硬件Arduino開展C語言的教學改革。因為Arduino的編程語言的語法類似C語言，只在程序框架區別于C語言，同時還引入了C++的面向對象概念，而對于硬件基礎的要求則非常寬松，對于基本器件的一般使用只需有常識性的知識即可。實踐證明：在課程開始前做簡要的單片機硬件知識鋪墊、引入面向對象概念，基于Arduino設計各知識點實驗并貫穿課程是可行的。創客空間組織的多期“創客實踐班”吸納了包括大一或大二低年級的學生，他們均能較快熟悉起編程環境和硬件。較之傳統的C語言教學，開源硬件Arduino豐富了表現形式，帶來了更加多樣的體驗。②僅對課程的部分實驗進行改造。如結合測控技術專業的特點，對“計算機網絡”課程進行部分實驗的改革[18]。基于Arduino設計網絡測控應用系統，有效加深學生對于本門課程的興趣及對本專業的認知。在這些課程的改革中，實驗系列教師的角色主要是協作進行創客教學案例的制作、指導學生創客實驗等。

(2) 協作實踐教學改革。如在相關學科的課程設計，畢業設計中鼓勵使用Arduino或樹莓派等開源硬件進行原型系統設計，之后再利用教學使用的具體型號器件設計系統。對于學生作品的版權問題，采用了知識共享協議(Creative Commons，CC)。這種方法被證明是有效的。如在文獻[19]中給出的創新教育的課堂實用方法中，將頒布CC協議作為促進學生創新的手段。而在文獻[20]中則進行了使用CC來提升協作學習效果的具體實踐研究。結果表明：CC可能是一個提升責任感并激勵他們參與協作學習的潛在途徑。在實踐教學改革的第一階段原型設計過程中，實驗系列教師可負責主要的指導工作。

在這些教學改革實踐中，實驗教師參與到具體的教學實踐中，提升了自身價值。而專業教師也更加深入地理解了創客教育的內涵、更加準確地了解到學生的創客實踐需求，增強了自身的創客教學能力。

3.2 主導開發入門創客課程

開發一定數量的入門創客課程，對于提升學生的創客實踐的信心有重要意義。實驗系列教師在這一方面應主動主導實施。

(1) 創客入門技術課程的開發。鑒于Arduino的易用，適合多學科背景的學生使用，涉及電子、編碼、設計和工程等多個領域，且易于激發創新思維，開設Arduino的基礎課程是非常必要的。這樣的課程從另一側面也達到了創新學生信息素養培養的目的，可謂一舉兩得。這一課程的開發包括了實驗室聘請的學生和實驗系列教師的協作。

(2) 知識產權入門課程的開發。對于創客成果的知識產權問題需值得特別重視。開設知識產權的入門課程，促進對知識共享(Creative Commons)等協議的理解應用也是非常有必要的。

(3) 創客實踐安全教育課程的開發。如何正確安全地使用創客共享空間的工具器件等是需要特別重視的，應此，安全教育課程應是必備的首選課程。典型的案例如西安交通大學工程坊要求學生在選修其他所有課程之前，必選安全教育課程[21]。

3.3 參與創客項目的指導

在實踐中，強調以共同體的理念有效促進創客實踐活動的開展。堅持學生為主體、實驗教師為主導的原則，成立了學生自治小組，負責教育創客空間活動的具體組織與實施；為加強對參加創客活動的學生實踐指導，形成人員滾動機制，實現以老帶新。如在開展的多期創客實踐班中，邀請有豐富經驗的同學共同指導新同學。在這一過程中，將使原先是邊緣性參與者的新成員逐步成為核心成員，不斷對這一共同體做出貢獻和支持，使之不斷進行自我再生產，并最終引導共同體走向未來[22]。為提高項目指導水平，還邀請多名青年教師參加沙龍，并具體指導學生的創客實踐。這些實踐同時也為促進師生互動營造了良好氛圍。

4 改革成效

通過近幾年的實踐，我們在加強創客文化建設、提升教學實驗室開放共享取得了一定經驗和改革成效。

(1) 形成了基于聯動機制的教學實驗室的開放運行管理操作方法并得到推廣。這一操作方法通過師生聯動管理、多方聯動協作加強運行管理。學校新聞網通過對創客空間指導教師采訪報道、以“自動化學院推進創客教育提高人才培養質量”為題的做法介紹、多項創客活動的宣傳報道等進行了全面推廣；兄弟院校實驗班借鑒該操作方法之“創客實踐班”做法，通過開設“開源硬件創新設計”課程促進學生應用開源硬件創新實踐，迅速提高學生系統實踐能力,達到班級全員參與創新實踐的目的具有重要意義；對于實驗班制定培養計劃、設計面向專業的課程實驗均具有較強的借鑒意義。

(2) 形成了基于開源硬件和原型系統的創客教學法。該操作方法提出將開源硬件和原型系統分層次嵌入教學各環節，強調在實施中結合不同課程特點具體應用，努力解決學生興趣不高、專業認知不深的問題。同時注重通過微信平臺等新媒體立體輔助課程教學、通過開設“雙創專欄”加強創客文化宣傳引導。

(3) 創客成果收獲頗豐。近年來，共獲批5項研究生創新基金項目，在27項各類學科競賽中獲獎(代表性的有：2011～2015年挑戰杯大賽連續獲國家獎，教師獲全國優秀指導教師；2015年2支隊伍闖入華南區創業大賽30強)，完成大學生創新創業訓練計劃國家級項目18項、省級項目3項、校級項目10項，15篇畢業設計論文評為陜西省自動化學會優秀畢業論文，共有19項學生作品獲得學校科技立項并順利結題，2項開放實驗項目以優秀成績通過驗收，參與學生達500余人，有效增強了學生動手實踐能力，培養了學生的創新精神，提高了人才培養質量。組隊和實踐情況曾分別被《科技日報》《中國青年報》《陽光報》《西安晚報》《西安郵電大學報》等多家媒體報道，同時被“中國高校之窗”“新華網”“鳳凰網”等多家網絡媒體轉載報道。

5 結 語

本文從全面服務于創客教育、形成全員參與的創客學習環境角度出發，分別在教學實驗環境和教學實驗師資兩個方面對教學實驗室價值提升路徑進行探索研究。在實踐中形成了基于聯動機制的教學實驗室的開放運行管理操作方法和基于開源硬件和原型系統的創客教學方法。教學實驗室的價值提升對于落實教育相關政策、充分利用實驗室資源、提升學生專業興趣以及提高學生實踐創新能力、促進人才培養等方面有重要意義。但在進一步的推廣過程中，還需要學校層面系統性的規劃與實施。

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