基于創客文化開放實驗室的大學生創新實踐能力培養

應明峰　司立眾　莫曉暉

[摘 要]當代大學生實踐創新能力的培養離不開實驗室教學，開放實驗室這種教學形式不僅能夠調動學生的主觀能動性，而且對培養學生的實踐創新能力有著重要的作用。該研究針對金陵科技學院當前電氣工程及其自動化專業實驗教學存在的問題，分析了實驗教學中實驗室開放的必要性和可能性；結合該專業的特點，通過引入創客文化，建立創客開放實驗室，探索了培養學生實踐創新能力的新途徑，以推動實驗教學改革，為探索創新型人才培養模式提供一定的參考。

[關鍵詞]創新能力；創客文化；開放實驗室

[中圖分類號] TP75 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）04-0173-03

《國家教育事業發展“十三五”規劃》中明確指出：高校要培養學生創新創業精神與能力，鼓勵引導學生創新創業。在創新創業這一戰略主題引領下，各式各樣的教育教學理念如雨后春筍般不斷涌現。國外首先以創新的理念、個人的設計、個人的制造作為核心，將參與完成課題的各個成員定義為“創客”，引發了創客運動在全球的蓬勃發展，為教育創新提供了一個新的發展方向。在高校開放實驗室建設的改革和創新中引入創客文化，以促進大學生創新實踐能力的培養，已成為我國當前教育模式研究領域的新熱點[1]。

一、開放實驗室引入創客文化的基礎與內涵

（一）高校實驗室的時空開放性是創客文化的基礎

傳統實驗課程中實驗時間、實驗地點相對比較固定，而創客實驗室是鼓勵學生進行創意實踐的地方，學生興趣的產生具有即時性，這就決定了其應具有時空的開放性，實驗室中各種設備儀器等硬件資源也需要互相開放共享。此外，實驗室的開放不僅是資源的開放，還要對使用對象開放以及各類創新活動開放[2]。創客實驗室具備了傳統實驗室所不具備的獨立性，管理上也要有一定的靈活性。實驗室可以結合人臉識別技術、紅外線感應技術等進行24小時自動進出識別，這樣可以在整合各種儀器設備的基礎上提高創客實驗室的使用和管理效率。學生在進入實驗室后可以實操儀器設備，實現了創客實驗室的自動開放[3]。

（二）高校圍繞學生為本建立創客開放實驗室

和以往的創新型人才培養目標相比，創客教育在現代科技的浪潮下成長起來，它更加以學生為中心強調“做中學”，更符合現代科技發展的要求，這是其優勢所在。這種理念擺脫了傳統教學過程中師生不對等的原則，代之以一種全新的體系。在這種體系中，學生可以與教師共同研究、共同討論，并將自己的想法付諸實驗設計，以及不斷對其進行修正和調整，最后獲得理想的實驗結果和實驗產品。這種體系將使學生的學習興趣和創新能力得到最大限度的激發。

進入創客時代，學生不只是知識的消費者，更應是知識的創造者。他們的思維更為活躍，創新創意的想法層出不窮。他們結合自己的實際情況和研究能力選擇出的課題更有可能向生產力轉化。但是由于學生所學專業的局限性，必須與其他專業和學科的最前沿技術進行結合，逐步實現專業之間的有效融合。因此，以學生為中心，要求其學習方式更加自主，在體驗教育、項目學習法和DIY等傳統教學理念的基礎上融合現代信息技術，這為高校創客實驗室的信息化建設起了很好的推進作用。

（三）前沿的技術為高校創客實驗室開放提供支持

李克強總理提出中國將真正推動一次新的工業革命，目前先進制造技術、機器人技術、物聯網技術、3D打印技術、智能硬件等新技術的廣泛應用已經標志著它的到來[4]。而大數據、云計算等“互聯網+”技術為高校創客實驗室提供了強大的信息技術支持，同時大眾創業與萬眾創新從中獲得了良好的技術環境，實驗進程和管理過程得到了很好的優化，尤其是基于人臉識別技術、無線射頻技術、傳感器技術的良好應用，高校的固定資產管理得到了優化和簡化，資產信息的共享實現非常簡便[5]，這讓創客實驗室的運行得到了有力支持。此外，實驗過程中的困惑可以通過互聯網社區和各種網上交流平臺獲得及時的解答，創客們在網絡上分享自己的經驗和資源，交流學習并取長補短，加速了實驗進程，高校的創客文化發展也得到了很大推動，社會化學習、分享文化得以構建起來[6]。

二、金陵科技學院人才創新能力培養的現狀

高校是為社會輸送高素質創新人才的重要基地，貫徹黨中央文件精神加強當代大學生的創新教育，這是新時代賦予高校的重要使命。但是由于諸多客觀問題的存在，比如部分學生的鉆研精神不夠，導致他們在課題研究中缺乏足夠的耐心，高校的學術氛圍不夠濃厚等，在一定程度上制約了高校大學生科技創新能力培養質量的提升。

（一）學生創新能力培養過程中耐心和毅力不足

眾所周知，從事科技工作如果沒有長期的堅持和平時的積累不可能輕易獲得成果。科技工作者不僅要有創新的態度和嚴謹的學術作風，更要有明確的目標、堅忍不拔的毅力與勇氣。我校部分學生雖然在申報科創項目時很有熱情，但是在后續工作中缺乏足夠的耐心，有的就是“三分鐘熱度”。而且在項目實施的過程中一旦遇到較多困難就容易退縮和萌生負面的情緒，導致其項目實施工作難以達到預期的效果。

（二）學生個人主義表現明顯，團隊合作精神缺乏

絕大部分科技創新項目都是以團隊形式開展的，研究過程的長期性要求團隊成員之間必須進行良好的溝通與合作[7]。而少數學生身上個人主義思想較為嚴重，往往因過于追求自己個人利益的最大化而沒有考慮到他人的利益。他們在面對推優、先進個人、獎學金等評選時會有較強的競爭意識，導致出現了一些不和諧的因素，同學間人際關系緊張的情況時有發生。

（三）學生對科技創新活動的基本情況認識不足

很多學生缺乏主動了解科技創新活動的興趣，對各種科技創新比賽的內容、規則、獎勵制度不夠了解，也就缺乏參加這類活動的主動性，造成自身科技創新能力得不到很好的培養與提高。另外，良好的科學研究環境是大學生科技創新能力培養的沃土，可以極大激發學生的創新熱情。

三、探索創客教育模式，創新開放實驗室建設

將創客教育引入我校電氣工程及其自動化專業教學領域，順應了當前“互聯網+”新技術下電氣行業的飛快發展，也迎合了社會對電氣工程及其自動化專業高級復合人才的需求。我們在電氣工程及其自動化實驗室的建設中，一切以學生創新能力培養為中心，結合創客教育的模式來設計創新實驗、實訓項目，采用觀察發現—分析思考—創新實踐這一方式引導學生，讓他們的創客精神、創客意識得到循序漸進的培養[8]。

（一）實驗模式的創新使創客教育空間得到擴展

引入創客教育的模式，電氣工程及其自動化專業的實驗課程采用了開放性的教學。首先體現在教學空間上的開放，教師將學習資料放入校內網絡共享空間，實現本地資源的互聯和互通。之后擴展到國際互聯網，引導學生主動去獲取更為豐富的教育教學資源，使教學資源得到無限地擴展。學生獨立探索與學習知識的能力得到了培養，最終能夠成為一個創客[9]。

引入創客教育的模式，教學內容也需要具有開放性。與以往傳統的實驗教學不同，從每個創客的創作需求出發，彈性學習、按需學習在教學內容中要有所體現。因此，我們在電氣工程及其自動化專業的實驗教學中對教學內容做了科學的調整，尤其是在一些重要的環節和關鍵的節點上做了更新和擴展。結合每位學生的不同需求、學習特點以及能力實際開展有針對性的教育教學，引導學生邊做邊學和為做而學。

（二）實驗平臺的創新使創客教育的載體得到豐富

教學中要善于利用各種資源，電氣工程及其自動化的實驗教學平臺可以充分利用最新的工業資訊、“互聯網+”新技術、各種電氣工程類軟件來全方位地構建，這為學生向創客轉變進行創作、創新提供資源和條件[10]。這是一個綜合性的平臺，它集成了電氣工程方面的實訓軟件、數據管理分析工具，具有創新實驗室管理、信息共享、成功轉化等多種功能，可以真正實現課堂實驗教學與創客教育模式的對接。

另外，大學生創新意識和創新能力的培養需要搭建一個進行創新訓練的網絡平臺。創客教育中強調創新意識和創新能力的培養，這是一個復雜和系統的過程，但學生工程實踐知識的缺乏造成其在申報項目的時候面臨一系列的困難：項目的創新點在哪里？項目申報表如何填寫？成果如何推廣？而有了創新訓練的網絡平臺，可以將之前申報創新項目的相關資料、創新成果以文字、圖片、視頻等方式展示出來供學習借鑒和激發創作靈感；網絡平臺加入咨詢區和討論區，創客們在項目申報和項目開展中遇到的問題可以通過咨詢區得到解答，也可以在討論區暢所欲言、交流學習，逐步營造良好的學術氛圍。

（三）實驗項目的創新使創客教育的實效提升

創客教育模式下專業的實驗項目應該由傳統的驗證性實驗向綜合性、設計性實驗轉變。學生在開放性的實驗教學中不再是知識的被動接受者，而是可以根據自己的特點、興趣、專業方向自主選擇對應的實驗項目，重點培養自己的獨立思考問題、解決問題的能力[11]。指導老師需要引入區別化、個性化的教學方式，充分結合每個學生的特點和能力，有針對性地設計開放實驗教學內容。設計性實驗的發揮空間較大，教師只需給出實驗目標，學生自由組建團隊，集體討論分工，依托實驗的軟硬件條件進行資料的搜集、實驗方案的設計、實驗方法的選擇、實驗結果的檢驗以及最后的分析和總結。在多樣化、個性化的設計性實驗的整個過程中，學生學習的主動性和創新性得到了充分的調動[12]。教師在實驗中的地位由傳統的主導轉變為引導，整個過程基本上由學生獨立完成，其獨立分析問題、解決問題的能力得到了鍛煉和提高，做到了邊實踐邊創新，年輕人的創新思維得到了激發，學習變成了一種樂趣。

（四）科技創新成果轉化研究提升創客教育實效

高校定期舉辦各類大學生創新項目大賽。隨著創客教育在教學活動中的深入開展，學生的科技創新成果不斷涌現，高校精神文化生活得到了極大的豐富，科技成果的轉化也獲得了大量的儲備資源。我們應該創造條件為學生提供更多的舞臺，讓他們充分展示自己的成果。引導學生走向社會，樹立市場意識，將自己的成果與社會的需求相結合，嘗試在一定的模擬運營條件下做實際應用產品轉化，造福社會，學生必將以極大的熱情投入科技創新成果的轉化中去。

加強高校實驗實習實訓基地與企業的對接，做到互通有無。高校的優勢在于人才的培養，但是很少創辦企業，因此它的定位是一個“孵化器”，孵化人才與技術，這都是企業所需要的。而企業的優勢在于有良好的實踐場所和資金保障，這是高校所需要的。將二者進行產學研模式的結合，高校提供科技創新成果給企業，企業為科技創新項目提供各種有力的支持，這種模式下科技創新成果得到快速的孵化與轉化。

培養學生的科技成果知識產權保護意識。學校通過經常開展相關輔導講座，讓學生明白科技創新成果轉化的必要性和重要性，告訴他們如何通過專利申請對自己的知識產權進行保護，重視自己無形資產的保護，為之后的創業做好準備。

高?！鄤撝行摹髽I對接機制的建立可以進一步推動成果的轉化。青創中心聯合高校開辦專利技術超市，吸引企業的風險投資；青創中心根據企業的需求，將最新的技術需求反饋給高校，促使高校的科技創新成果更有針對性，更能滿足社會需求，成果轉化更為便利。

四、基于創客文化的開放實驗室建設成果

實驗儀器設備利用率得到提高。以往實驗室基本上只是按照實驗課的安排而開放，閑置率較高，創客實驗室的開放性使實驗室利用率大大提高。

實驗教學的質量得到提高。在創客實驗室中學生學習的興趣和主動性得到了激發，獲得了良好的實驗教學效果。通過對部分學生進行調查走訪發現，大家普通反映在創客實驗室中自己的實驗操作技能得到提高。

學生的綜合素質、創新能力獲得提高。學生可以利用業余時間在創客實驗室中開展自己感興趣的實驗項目。一個完整的實驗過程需要學生獨立綜合自己的專業基礎知識，收集閱讀相關文獻后完成實驗方案的設計，實驗過程中問題的解決，實驗數據結果的分析與處理，這些工作提高了學生的綜合素質、創新能力。

依托創客實驗室，我校電氣工程及其自動化專業學生共參與了30余項教師課題。2016年，在第三屆“臺達杯”高校自動化設計大賽中獲得一等獎1項，GE自動化大獎賽全國三等獎2項，教育部“西門子杯”中國智能制造挑戰賽國家級獎項2項、省級獎項4項，中國機器人大賽一等獎2項。

五、結語

基于創客文化的開放實驗室使教學與科研得到了融合，學生的團隊合作精神、綜合分析解決問題的能力、實踐創新能力、科學素養得到了培養。我校的開放實驗室建設仍處于探索階段，實驗室的使用和管理中也存在著一些有待改進的問題。只有不斷摸索、總結經驗，有步驟地開展，才能進一步發揮實驗室的功能，獲得滿意的建設成果，為高校實驗教學質量的提高提供保障。

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