機器人創(chuàng)客教育與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

楊 帆 ，伍永豪 ，余正紅

（1.武漢科技大學(xué)城市學(xué)院 信息工程學(xué)部，湖北 武漢 430083；2. 武漢外語外事職業(yè)學(xué)院 信息技術(shù)學(xué)部，湖北 武漢 430083）

0 引 言

“十二五”期間，教育部在“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”中，啟動了“高等學(xué)校創(chuàng)新能力提升計劃”“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗計劃”和“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”，支持大學(xué)生參與創(chuàng)新活動，早進課題、早進實驗室、早進團隊[1]。但是大學(xué)生基礎(chǔ)理論教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)之間確實很難平衡，其主要問題如下。

（1）基礎(chǔ)理論知識與行業(yè)前沿技術(shù)之間的權(quán)衡。堅實的理論基礎(chǔ)對于提高基本素養(yǎng)和創(chuàng)新能力無疑非常重要，行業(yè)前沿技術(shù)也需要不斷深入研究，但是大學(xué)生的精力是有限的，如何既能夯實理論知識基礎(chǔ)，又能跟上行業(yè)前沿技術(shù)，是高校需要思考的問題。

（2）創(chuàng)新課程體系不系統(tǒng)、不完備。高校目前比較重視大學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，但往往依靠實驗課程培養(yǎng)，或設(shè)置一門或幾門創(chuàng)新課程，沒有形成完備的課程體系，如何創(chuàng)建完備的創(chuàng)新課程體系，需要關(guān)注。

（3）傳統(tǒng)教學(xué)方式不利于大學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容一般以教師準備的教材或建議的參考資料為主，沒有給學(xué)生充分的自主思維空間。此外，學(xué)生的知識面窄，缺乏對各類知識的整合，實踐動手能力相對較差，難以很好地適應(yīng)社會，從而影響了學(xué)生的就業(yè)與創(chuàng)業(yè)能力。如何改變教學(xué)方式，值得思考。

那么，如何解決上述問題呢？以機器人創(chuàng)客教育為契機培養(yǎng)大學(xué)的創(chuàng)新能力是一種有效的解決辦法。

1 機器人創(chuàng)客教育定位

1.1 什么是機器人創(chuàng)客教育

機器人創(chuàng)客教育包含機器人教育和創(chuàng)客教育，其中機器人教育需要深入理解機器人技術(shù)、機器人行業(yè)發(fā)展狀況、理科工科知識的融合等[2]，而創(chuàng)客教育需要激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生創(chuàng)新能力[3]。但機器人創(chuàng)客教育并不是簡單拼湊機器人教育與創(chuàng)客教育，需要研究它們之間的融合。

本文定義“機器人創(chuàng)客教育”為：以機器人研究、教學(xué)和競賽為載體，通過綜合各學(xué)科知識培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，最終讓每一位大學(xué)生憑借創(chuàng)新能力實現(xiàn)就業(yè)或創(chuàng)業(yè)。

1.2 機器人創(chuàng)客教育與創(chuàng)新能力培養(yǎng)之間的關(guān)系

通過對國內(nèi)外科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展與布局的分析，可以得出一個結(jié)論：機器人創(chuàng)客教育是目前解決大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效途徑，主要原因有如下幾方面。

（1）機器人創(chuàng)客教育符合國家戰(zhàn)略趨勢。美國近幾年一直強調(diào)制造業(yè)回歸，其核心之一就是機器人；德國率先提出“工業(yè)4.0”，其支撐點之一也是機器人[4]；《中國制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃了一張清晰的有關(guān)未來機器人發(fā)展的路線圖[5]。因此，培養(yǎng)機器人領(lǐng)域的創(chuàng)新型人才對于我國智能制造和產(chǎn)業(yè)升級至關(guān)重要，甚至可能在制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車。

（2）機器人創(chuàng)客教育為大學(xué)生能力培養(yǎng)提供了巨大的發(fā)展空間。在培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)能力方面，機器人融合了機械制造、電子技術(shù)、傳感器、無線通訊、聲音識別、圖像處理和人工智能等領(lǐng)域的先進技術(shù)，代表著現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的前沿；在培養(yǎng)學(xué)生綜合能力方面，創(chuàng)客教育可提升學(xué)生整合資源、策劃方案、演講表達等方面的綜合能力。

（3）機器人創(chuàng)客教育為大學(xué)生就業(yè)與創(chuàng)業(yè)提供方向。國家已經(jīng)在機器人產(chǎn)業(yè)的區(qū)域、創(chuàng)新領(lǐng)域、標準制定、產(chǎn)品認證、基礎(chǔ)研發(fā)等方面進行了布局。在這個背景下，國家對機器人產(chǎn)業(yè)的人才需求量非常之大，培養(yǎng)機器人方面的技術(shù)人才是順勢而為，為機器人產(chǎn)業(yè)輸送專業(yè)人才。

2 機器人創(chuàng)客教育需要解決的問題

關(guān)于機器人創(chuàng)客教育與大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)模式，雖然可以借鑒以往的部分教育經(jīng)驗，但在實踐中存在一些問題。因為前期缺乏對機器人創(chuàng)客教育定義的理解，引發(fā)許多疑慮，加上師資的匱乏與課程的缺失，現(xiàn)有的機器人創(chuàng)客教育淪為了設(shè)備的展陳與宣傳，缺少真正的實踐與成果[6]。筆者認為，目前機器人創(chuàng)客教育亟須解決的問題是跨學(xué)科融合、學(xué)習(xí)環(huán)境、師資培養(yǎng)以及學(xué)習(xí)方式。

1）跨學(xué)科融合。

機器人創(chuàng)客教育涉及的學(xué)科門類較多，集合了科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等多門學(xué)科。它與傳統(tǒng)課程以學(xué)科進行條塊分割的方式不同，更注重學(xué)科之間的融合，突出靈活運用多學(xué)科、跨學(xué)科創(chuàng)造性解決現(xiàn)實問題的能力。跨學(xué)科面臨最大的困難是如何整合現(xiàn)有課程，如何引導(dǎo)這些課程與創(chuàng)新課程相融合，如何將創(chuàng)客教育分化到真實情景的學(xué)習(xí)中。

2）學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)。

機器人創(chuàng)客教育的學(xué)習(xí)環(huán)境不能再局限于教室，應(yīng)該是一個可以聚會、社交、合作的平臺。學(xué)習(xí)環(huán)境面臨的困難是地點選擇、學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)標準、學(xué)習(xí)環(huán)境的差異化。

3）師資培養(yǎng)。

教師在學(xué)生的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)過程中處于“隱形”地位，不再起主導(dǎo)作用，而是啟蒙學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)意識，并在學(xué)生的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)過程中及時答疑解惑、指明方向。師資問題的困難是現(xiàn)有師資無法承擔創(chuàng)新課程。怎樣培養(yǎng)機器人創(chuàng)客教育師資，可以嘗試引進校外企業(yè)在學(xué)校開展創(chuàng)客教育。

4）學(xué)習(xí)方式選擇。

機器人創(chuàng)客教育學(xué)習(xí)方法多樣化，強調(diào)以項目為依托，將學(xué)生置身于機器人創(chuàng)造的真實情景之內(nèi)，以問題為導(dǎo)向、以學(xué)生為主體、以團隊之間的互動實現(xiàn)問題解決和知識分享。學(xué)習(xí)方式的困難在于如何選擇合適的學(xué)習(xí)方式，讓教師、課程與平臺為學(xué)習(xí)服務(wù)；如何讓學(xué)生充分利用真實問題，積極實踐操作，調(diào)用各學(xué)科知識與技能解決問題。

3 機器人創(chuàng)客教育模式

根據(jù)上節(jié)的分析，機器人創(chuàng)客教育側(cè)重于大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，其教育模式的設(shè)計應(yīng)有別于傳統(tǒng)模式，新教育模式更關(guān)注學(xué)生知識融合能力、問題解決能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，這3種能力概括起來就是3個字——“融、做、創(chuàng)”。機器人創(chuàng)客教育模式見圖1。

將“融、做、創(chuàng)”的思想貫穿整個機器人創(chuàng)客教育模式的設(shè)計過程，教學(xué)資源分析、教學(xué)活動設(shè)計、教學(xué)評價設(shè)計3個教學(xué)模式環(huán)節(jié)設(shè)計如下。

3.1 教學(xué)資源分析

創(chuàng)客教育資源主要包括教學(xué)目標、學(xué)生、教學(xué)環(huán)境、教師情況等。

圖1 機器人創(chuàng)客教育模式

研究明確的教學(xué)目標，這個教學(xué)目標既要關(guān)注顯性的“知識與技能目標”，也要重視“態(tài)度與價值觀目標”等隱性目標，更關(guān)鍵的是要能將這些顯性和隱性的教學(xué)目標轉(zhuǎn)化為可操作的教學(xué)行為。

研究學(xué)生，充分考慮學(xué)生的理論知識基礎(chǔ)、實踐能力、閱讀能力、理解能力，考慮學(xué)生的性格特點，才能設(shè)計出更符合學(xué)生實際的學(xué)習(xí)活動。

研究教學(xué)活動環(huán)境，教學(xué)活動環(huán)境建設(shè)方案的設(shè)計既要符合行業(yè)前沿，又要利于教學(xué)活動，考慮建立可隨機器人行業(yè)風(fēng)向變化的不斷更新的教學(xué)環(huán)境。

研究教師情況，機器人創(chuàng)客教育對教師自身的能力要求非常高，除了研究教師團隊的現(xiàn)有知識結(jié)構(gòu)外，還需要研究教師知識體系迭代更新的培訓(xùn)方案。

3.2 教學(xué)活動設(shè)計

創(chuàng)客教育理念指導(dǎo)下的教學(xué)活動設(shè)計既關(guān)注學(xué)生的設(shè)計過程體驗，又重視學(xué)生的創(chuàng)作能力培養(yǎng)。基本能力的培養(yǎng)是表達想法的基礎(chǔ)，而創(chuàng)新思維又是基本能力的升華。教師要在活動過程中引導(dǎo)學(xué)生按照“觀察—模仿—微創(chuàng)新—原創(chuàng)”的梯度發(fā)展。

觀察：問題來源于生活，觀察生活、各行業(yè)的需要，如根據(jù)家務(wù)、物流、服務(wù)等方面的需要，設(shè)計主題教學(xué)活動，如以物流機器人為主題。

模仿：確定主題后，教師啟發(fā)學(xué)生查找資料或互相討論以找到解決問題的方法。

創(chuàng)新：利用學(xué)生想法的差異，設(shè)計創(chuàng)新方案。

3.3 教育資源開發(fā)

在教學(xué)活動中，學(xué)生要能借助機器人和編程等信息技術(shù)手段將想法迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樵突蚰Ｐ汀Ｒ虼耍處熜枰獮閷W(xué)生的學(xué)習(xí)提供支持，輔助他們順利轉(zhuǎn)化創(chuàng)意。

主題學(xué)習(xí)資源的開發(fā)：為了激發(fā)學(xué)生的興趣，教師需要準備與主題相關(guān)的多媒體資料，方便學(xué)生快速融入學(xué)習(xí)情境 。

學(xué)習(xí)支架資源的開發(fā)：基于創(chuàng)客教育理念的機器人教學(xué)期望學(xué)生能完整地體驗設(shè)計和制作的全過程，親歷設(shè)計和創(chuàng)造，用機器人套裝和程序?qū)蝇F(xiàn)實世界的各種真實功能。這時，需要教師開發(fā)設(shè)計記錄表等支架資源。

學(xué)習(xí)活動環(huán)境的創(chuàng)設(shè)：最大化滿足學(xué)生主題活動的要求，如桌椅、資料、硬件設(shè)備等。

3.4 效果評價

效果評價是創(chuàng)客教育最后一環(huán)，是學(xué)生參與主題教育活動的一種激勵機制。評價機制是在效果評價的設(shè)計中，教師需依據(jù)知識與技能測試結(jié)果、作品評價結(jié)果、展示與匯報表現(xiàn)以及機器人設(shè)計記錄表對學(xué)生和教學(xué)做出綜合評估。

4 機器人創(chuàng)客教育模式的實施

學(xué)校已建成機器人創(chuàng)客教育基地，教育基地根據(jù)上節(jié)提出的機器人創(chuàng)客教育模式，從培養(yǎng)學(xué)生3個方面的能力（知識融合、解決問題、創(chuàng)新創(chuàng)造，即“融、做、創(chuàng)”）出發(fā)，按學(xué)生能力逐步進階的步驟實施。

（1）搭建機器人創(chuàng)客教育的跨學(xué)科融合空間。在學(xué)習(xí)空間搭建之初，積極組織管理人員和部分教師到北京、深圳、武漢等地的本科院校、機器人企業(yè)以及職業(yè)技術(shù)學(xué)院調(diào)研，對機器人行業(yè)發(fā)展情況以及各院校的教學(xué)情況做了正式調(diào)研。

根據(jù)調(diào)研報告，立足獨立學(xué)院的本專科學(xué)生特點，組織教師制定了明確的、合適的機器人創(chuàng)客教育學(xué)習(xí)目標。

吸收國內(nèi)外機器人創(chuàng)客教育的經(jīng)驗，依據(jù)機器人行業(yè)發(fā)展趨勢，教師撰寫了適應(yīng)機器人創(chuàng)客教育的課程體系，構(gòu)建了線上線下互通的融合空間。

（2）設(shè)計適應(yīng)機器人創(chuàng)客教育的教學(xué)方案。教學(xué)方案包括跨界學(xué)習(xí)及知識融合方案、創(chuàng)客活動方案、創(chuàng)客基地運營方案。

跨界學(xué)習(xí)及知識融合采用研討式學(xué)習(xí)模式，學(xué)生和教師以團隊形式合作，因為學(xué)生和教師來自不同領(lǐng)域，只能從解決問題的角度進行探討。

以活動促發(fā)展是創(chuàng)客基地的基本方案，創(chuàng)客活動以項目或競賽為導(dǎo)向，創(chuàng)客團隊分成小組，分別申請或參與國家級、省級或市級機器人相關(guān)的科研項目，也可參與各類機器人比賽。

創(chuàng)客基地的運營需要吸納知識和背景廣泛的教師，吸收和積累各種社會資源，包括資金。每一個機器人研究項目最終要轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，孵化出創(chuàng)業(yè)公司，甚至上市。

（3）設(shè)計合理的機器人創(chuàng)客教育評價機制。與傳統(tǒng)教育評價機制相比，機器人創(chuàng)客教育難以評價，學(xué)校機器人創(chuàng)客基地設(shè)計的評價體系盡可能地體現(xiàn)合理、公平及公證。該評價體系主要包含4個維度：機器人項目展示、團隊協(xié)同工作的能力、產(chǎn)品的技術(shù)成熟度、項目的經(jīng)費資助額度或融資額度。

機器人項目的展示工作是創(chuàng)客教育的重要組成部分。展示過程中，學(xué)生闡述為達到某一成果而經(jīng)歷的思考過程。主要考察展示過程的完整性、邏輯性、創(chuàng)新型等，并予以不同的評價分。

團隊協(xié)同工作的能力評價主要考慮組織能力、工作效率、紀律性、默契程度等方面，并給予不同的評價。

產(chǎn)品的技術(shù)成熟度，項目組的創(chuàng)新產(chǎn)品由創(chuàng)客基地教師進行評價，分成5級技術(shù)成熟度：1-3級成熟度的項目為預(yù)研項目，4-5級成熟度項目可考慮與企業(yè)合作生產(chǎn)產(chǎn)品或融資。

項目的經(jīng)費資助額度或融資額度，通過教師審核的創(chuàng)新項目均可獲得創(chuàng)客基地的少量經(jīng)費資助，也可申請市級、省級、國家級項目經(jīng)費資助，或者獲取社會融資，根據(jù)額度的高低予以不同層次的評價分。

5 結(jié) 語

本文明確了機器人創(chuàng)客教育的定位，調(diào)查國家機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略以及對創(chuàng)新能力的需求，理清了機器人創(chuàng)客教育與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)之間的重要關(guān)系，深入挖掘了機器人創(chuàng)客教育面臨的問題，從學(xué)生的知識融合能力、復(fù)雜問題問題解決能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力3個層次設(shè)計逐步提升學(xué)生能力的教學(xué)模式。目標是研究一種新的教育模式，以主題活動教學(xué)為主線，在機器人教育中融合創(chuàng)客精神培養(yǎng)的空間和方向，重構(gòu)面向創(chuàng)客教育的機器人教學(xué)模型，設(shè)計機器人教學(xué)框架，讓學(xué)生參與機器人創(chuàng)客教育的全過程，進行創(chuàng)新、創(chuàng)造甚至創(chuàng)業(yè)，從而全面提升大學(xué)生創(chuàng)新能力。