基于創客教育的職業院校教學實踐探索

李晶

摘要：隨著人工智能技術的不斷發展，以DIY和3D打印技術為代表的“創客文化”在教育領域得到了廣泛的應用。創客文化通過其特有的DIY、創新基因為構建全人發展的創客教育新生態奠定了基石。文章以石家莊理工職業學院創客教育為個案，通過分析其課程設置、教學經驗等特點，分析創客教育在高職院校開辦的可行性，并結合我國教育現狀，對創客教育、人工智能教育的應用趨勢進行展望。

關鍵詞：人工智能;創客文化;3D打印;職業教育

一、引言

近年來，以大數據、深度學習等技術為代表的人工智能（AI）領域得到了快速的發展[1]。其中，以AlphaGo（阿爾法圍棋）為代表的智能科技曾兩度打敗世界圍棋冠軍李世石、柯潔，掀起了全球人工智能發展的浪潮。隨著人工智能技術的不斷發展，對相應技術人員的需求越來越大，迫切需要相應的人才教育支持。而創客教育結合人工智能技術為傳統的教育行業帶來了全新的教學模式和顯著的教學成績[2]。創客教育是創客文化與傳統教育模式的結合，基于學生興趣，通過項目學習的方法，采用數字工具、倡導創作、鼓勵分享和發展訓練跨學科解決問題。同時在學習中鍛煉培養團隊協作能力和創新能力[3]。

創客起源于英國20世紀末的創意創業發展，其顯著特征是精英創造并主導創客運動[4-5]。隨著時間的推移，美國目前在創客教育方面處于世界領先地位，并具有一定的規模和影響力。2009年11月，美國總統奧巴馬計劃在未來十年內開展“教育創新”（Educate to Innovate）活動。這項全國性的教育創新改革將很大程度幫助美國學生提高其在數學、科技和其他領域的創新能力。2014年6月，“制匯節”成功舉辦，得到了全國上百所高校的支持，成為創客運動在美國發展興盛的里程碑事件。如今，創客運動不僅是對教育形式的改革，也是對未來制造業、金融業等不同行業發展的變革原動力。在未來兩到三年內，創客教育將引發傳統的基礎教育以及高等教育的重大變革。

在職業學校開展創客教育也具有非常重要的意義[6]。首先，在創客教育的幫助下，學生可以掌握科學和藝術知識，培養自己的創新精神與創新意識;其次，職業學校學生就業方向是企業，在職業學校開展創客教育，可以提升學生的就業能力。此外，開展創客教育將促進教學方法的轉變，改變傳統職業教育中以教師為中心的教育模式，提升學生的學習熱情與自主性[7]。

與此同時，高職院校在開展創客教育方面具有獨特的優勢[8-9]。職業院校的辦學理念即是就業，擁有大量先進的設備儀器，同時學生動手能力較強，具有很強的自主性。因此，高職院校應緊跟時代發展步伐，開展創客教育，拓寬學生的視野，培養創新素質。文章結合石家莊理工職業學院創客教育案例，通過分析在創客教育方面的課程設置、教師組合和辦學理念，分析職業教育中創客教育的可行性。并結合我國教育現狀，對創客教育、人工智能發展的發展趨勢進行了展望。

二、創客教育發展現狀

中國的創客教育始于2012年，與美國大學相比仍處于起步階段。目前，中國的創客教育主要是通過建立創客空間、舉辦創客競賽、成立創客俱樂部以及舉辦高校創新創業講座論壇的形式來開展。

目前，國內多所大學都建立了校園創客空間。其中，清華大學通過構思創客講座、工作坊等創客活動，在全校范圍內營造出“動手造萬物”的創客文化氛圍;上海師范大學主要聚焦創新教育和文化創意兩大方面，通過對校內外項目和團隊的選拔，有選擇地孵化了一大批創新創業團隊;吉林大學構建了以學生創新為核心的團隊，通過校內專業導師團隊服務，為學生提供了創新創業的全方位指導;天津大學成立了校園創新創業基地，通過開展創客沙龍、創客項目推介會對校內創新創業活動進行支持;北京郵電大學還對傳統的課程體系進行了改革，并將一部分大學三年級的課程提前安排，并取消了部分理論導論課程，使新生在初次入學時便能體驗到實踐學習的樂趣，為后續的創客教育打下良好的基礎。這些國內高校的創客項目表明，創客教育在國內的發展如火如荼，并成為實踐類教育熱點的關注話題。

在高職院校中，陽江職業技術學院以工匠精神為核心，進行創客教育的內涵建設;江蘇聯合職業技術學院宿遷經貿分院，通過建立興趣小組，成立創意發明社團等方式，對創客組織的建立進行了探索;深圳高級技工學校通過在校內建立“創客空間”，培養創客文化，提高創客們的實踐能力。目前，在教育、文化與商業的廣泛背景下，一個完整的創客教育研究系統和實施體系正在逐步實現。但是，這一體系在實際運行過程中仍然面臨眾多問題，一是創客教育如何實現與專業基礎教育之間的融合，并實現跨專業的知識流動;二是專業教師如何保持與時俱進的學習創新能力，實現真正的素質教育，這對專業教師提出了更高的要求。

三、創客教育經驗分析

石家莊理工職業學院通過整合校內各類資源，完善了創客教育的框架，并加以實施。目前，主要方式有以下三種。

（一）建立創客空間，培育創客文化

石家莊理工職業學院通過整合校內資源，面向大學生創業創客團隊創立青創空間。青創空間的成立，一是可以為后續的創客實踐活動的開展提供平臺，二是可以為學生提供自主創新創業的機會，三是可以基于統籌的資金和政策為學生的創業創客項目保駕護航。

經過近一年的發展，目前青創空間已成功入駐38家公司，并為近30家創新和創業團隊提供支持。在創業培訓和活動方面，青創空間曾組織大小創新創業活動百余場，其中涉及入駐企業項目的路演、大學生兼職培訓、創業項目講座、“請給我結果”主題演講、電子商務成功案例經驗分享會、商業聯盟項目說明會、縣域電商走進欒城專場、數字財富與思維、思維新時代、微首付購房購車等各式各樣的活動。

另外，在創客空間中舉辦創業沙龍等活動，促進創客之間的交流，鼓勵本校在校生能夠在創客空間多多交流，結合所學的專業知識，將好的創意與產品轉化成具有商業價值的創客項目。鼓勵教師與學生共同參與競賽，鼓勵校企合作。平臺也會將具有市場潛力的項目推薦到各類創客競賽中，與專業企業人士、其他高校同學交流，并最終完成項目的企業上線。依托于創客空間，石家莊理工職業學院將學生、學校和企業互相聯系起來，構成了一個創新創業的生態系統，不斷進行良性生態循環，統籌社會資源。目前以大學生創業、就業指導為重點開展工作，引導大學生一步步轉向專業化、技術性復合人才，為創新創業團隊輸送新鮮血液。

（二）開展創客教育，改革教學模式

目前，職業院校開展創客教育已經取得了一定的進步與發展，但隨著課程內容的不斷改革以及對實踐內容要求的不斷增加，傳統的教學模式也呈現出一些弊端，諸如教學方法過于單一、教學設計缺少趣味性、教育與實踐內容脫節等。這些問題都需要在后續的創客教育中，不斷摸索改革。

首先，制定科學、有效的教學模式。傳統的教學模式“填鴨式教學”效果明顯，只知道“是什么”，不知道“為什么”，教育模式的單一使得學生無法掌握所學的知識，更難以在生活中加以實踐應用。因此，應制定科學有效的教學方法，轉變教學理念。第一，在課堂教學環節要明確學生的主體地位，要以發揮學生的主體性作為核心，讓學生能夠在課堂活動中實現自主探究，用每堂課學到的知識去解決實踐中的問題。第二，為了保證課堂教學模式的豐富性，教師可以將合作學習、知識競答等方式有效結合起來，充分調動學生學習的積極性。在班級的設計方面，采取靈活的自主選擇方式，學生在可選擇的范圍內，想選什么就選什么，由興趣決定。

其次，基于創客特點，創新教學設計。在教學設計方面，重點培養學生的自主學習能力，采取情景式教學模式來引導學生在具體問題場景中解決問題。教學班級可容納不同專業的學生，吸引多學科知識在課堂中融合，并通過三維創意設計軟件將創意轉化為數字模型，并最終解決問題。例如在思維導引課中，機器人手臂的關節有問題，需要完善修補。然后引發學生自主思考修補的目的以及相對位置，通過測量尺寸、分析結構設計出相應零件，并通過小組合作的形式，利用3D打印技術制作出來;在計算機編程課程中，可以引進Scratch創作互動游戲來實現教學內容的可視化，讓學生在游戲過程中學會編程、獲取知識。

最后，應結合實際進行教學。一方面鼓勵學生將課堂所學知識融會貫通，以老師帶隊，組隊參加動手實踐比賽以及創業類比賽，諸如“挑戰杯”中國大學生創業計劃競賽、創青春全國大學生創業大賽等比賽，在競賽中與企業管理人員、專家廣泛合作交流，多專業融合培養，在實踐項目中強化技能培訓;另一方面開設創業課程，通過將企業員工與校內研究人員的合作，把創客文化教育融入到課程教育中，培養學生的創客思維，并鼓勵學生將好項目、好想法通過創客沙龍、創客項目推介會等形式與企業進行溝通，推動創業項目的落地。

（三）結合“我的洛克”，升級教學課程

課程方面，與“我的洛克”開展合作。我的洛克素質教育王國是一家為青少年提供教育服務的綜合素質教育中心，在創客課程設計方面具有較為廣泛的經驗。在合作課程中，融合了職業體驗、動手實踐等多元元素，目前開設了人工智能編程、機器人、無人機、3D打印、積木構建以及力學電學等課程，從計算機與機械兩大領域，在無人機、機器人以及編程等方面為學生提供較為完善的課程，提升了學生的創客品質。

1.無人機教育。無人機作為創客教育的一個重要環節，通過無人機科普知識、無人機實驗、無人機組裝以及無人機競賽等方面，能在很大程度上培養學生的動手實踐能力和分析問題能力。課程設置如圖1所示。

課程的設置具有年齡性。針對低年級同學，從理論、應用兩方面著手，分為三個層面：從飛機的發展歷程、空氣動力學原理入手，通過對飛機發展史的普及，培養學生的好奇心與探索欲;其次通過簡單的模型飛機的制作與調整，初步鍛煉學生的動手能力。期間展開紙飛機比賽，定期開展真機拆裝競賽，為后期的DIY創造奠定基礎;針對高年級同學，組成學習小組，由指導老師一對一教授無人機基本原理以及無人機相應傳感器，諸如GPS定位、陀螺儀以及加速度計等模塊。在技術理論學習之后，學生可根據自己對知識的理解，在老師的指導下，靈活搭配各個模塊，親自參與無人機項目制作傳感器、發動機、螺旋槳、控制器等組裝，切割無人機樣板，選擇固定翼或四旋翼飛機，設計組裝獨屬的無人機。經過模擬飛行培訓后，開展實施真機飛行教育，讓學生看到自己設計的飛機翱翔于藍天之上。在培訓之余，開展內部競賽：低年級同學之中，開展紙飛機競賽，自主折疊紙飛機，靠空氣動力學完成比賽目標;高年級同學，開展模擬器飛行大賽，由老師設定飛行難度以及飛行環境，按時完成者取得優勝，還可以組隊參加國內外無人機大賽。

通過無人機的組裝，學生可以了解各種材料與元器件的相關知識，并鍛煉設計與思考能力;通過實操飛機驗證科學原理，能開闊學生的思維，幫助其形成嚴謹的科學態度。此外，在競賽方面，長期操控無人機，可以鍛煉學生的手、眼以及大腦的協調能力，提高學生在思維以及協調方面的靈活性;此外，無人機競賽實操飛行中會遇到各種意外、困難，無人機競賽可以培養他們冷靜、沉著的判斷能力以及處理緊急問題的習慣能力，提升學生們的綜合素質。

2.機器人教育。在機器人結構教學方面，采用理論與實踐相結合的方式，開展了力學教學、積木搭建、3D打印以及機器人等相應課程，并配套開展大量匹配競賽，相應課程思路如圖2所示。

在機器人教學方面，分為以下兩個階段。

初級力學結構學習。從生活中常見的力學現象講起，逐步滲透課程所需的力學相關知識。并采用積木搭建的方法，在實踐方面進行教學，讓學生利用所學力學知識搭建出各種生活中常見的模型，如小路、房子、多米諾骨牌、蹺蹺板等等，培養其動手能力。并加強機器人基本操作技能的培訓，比如常見工具的使用，如螺絲刀、簽字、美工刀等;簡單結構的搭建，如齒輪、皮帶傳動、輪式結構等;常見電氣設備，如萬用表、電池及充電裝置等。另一方面，加強機器人各關節部位、動力結構的相關知識普及，比如力學原理、簡單電學原理（電流、電壓等）、簡單機械原理，還有常用電子元器件的認知培訓。最后在機器人相關專業術語的認識與理解、機器人工作原理及基本組成等方面，開展知識普及。

此外，課程中采用3D打印技術，引導學生利用所學3D建模打印技術，設計、規劃、打印簡單機器人的外殼以及機械傳動設備，并運用形體相融的思路，將多個簡單模塊混合組成復雜的機器人的外殼，逐步提升學生的設計動手以及創新能力。在此部分，采用“學習+項目”的方式進行教學。設計相關應用場景，比如運動機器人、搬運車，學生在教師的指導下，自行設計機器人外殼、搬運車框架，并結合3D建模打印技術深入思考，通過團隊協作的方式設計出相應場景下具有動力學結構的機器人框架。

高級機器人操控學習。在掌握了相應的力學知識、3D打印技術以及機器人設計的相關知識后，繼續教授學生圖形化編程思路，通過圖形化編程的方式，能提升學生的邏輯思維能力以及設計能力。在該部分中，課程使用Scratch2和ROS進行兒童圖形化編程的培訓工具。該部分包括一個圖形化設計的界面和Python語言編程界面，分別對應軟件開發的設計與編碼階段。學生只需在接線正確后，在窗口拖動相應圖形化程序，即可實現機器人的操控，而教師可利用Python語言編程界面調試相關程序，確保圖形化程序的正確。

在圖形化編程方面，設計了10個編程項目。通過完成上述編程項目，學生可以了解之前學習到機械運作、機器人控制等原理，諸如皮帶傳動、運動機器人工作以及搬運車的工作機制。比如上述搬運車項目，學生可以通過圖形化編程，控制搬運車的搬運結構，了解聯桿系統的運動傳動方式。在學習過圖形化編程后，可以結合相應硬件結構，通過軟硬結合，可以學習各模塊、傳感器的設計，實現機器人的操控。

（四）編程教育

在職業編程體系方面，開設了Scratch、Arduino、Python與C++課程教育，從啟蒙、提升到精英，分為三個層次教學，并開展大量匹配競賽。啟蒙班開設Scratch圖形編程培訓，通過動畫和游戲，結合智能硬件，讓學生在大量項目中提升能力;提升班開設Arduino硬件編程，結合Arduino與各種傳感器，在老師的啟發下，設計各種有趣實用的創客作品;精英班教授Python課程與算法編程，教授學生制作有趣的小游戲、開發網站，并掌握提升各種核心算法知識，真正培養程序員。具體思路如圖3所示。

1.初級思維培訓班。課程的設置，首先從Scratch動畫入門，為同學們介紹Scratch的界面以及相應編程的意義，之后隨著課程的進展，通過一個個小項目，引導學生學習掌握編程的基本知識，諸如：循環、判斷等基本知識。隨著知識的層層深入，為學生講授函數、列表等高級應用，并在老師的指導下，引導學生學會創作動畫、音樂、游戲等高級應用。在教授完相應課程后，可穿插教授學生多學科知識，最后在結項時，要求學生自行結組，設計獨屬的動畫或者電影，鍛煉了學生的想像思維和嚴謹的編程邏輯。

2.中級能力提升班。中級提升班采用Arduino編程語言。Auduino是一款基于開源電子平臺的程序語言，結合Auduino編程器，學生可以將程序與硬件相結合，利用一個個傳感器模塊、設計一個個智能家居小產品。現有的平臺兼容Scratch圖形化編程以及Auduino編程，學生在初級班培訓后，可以直接到中級提升班學習，無需過度。

中級提升班采用理論與實踐相結合的方式教學。入門時采用照片與文字相結合的方式，誘導學生學習簡單的電子電路知識、數碼管以及各種傳感器，并輔以相關考試進行考核。進一步教授相關編程知識，如循環、條件等相關知識。最后在教師的指導下結成小組，利用所學到的編程與硬件知識，參與項目的協同合作，諸如十字路口的紅綠燈控制、傳感器溫度控制的小風扇等等。

3.高級思維養成班。高級思維養成班采用Python語言進行教學，重點培養學生的算法邏輯觀念。目前Python語言因其移植性高、庫資源廣泛等特點，在互聯網、人工智能領域得到了廣泛的應用。高級班采用Python語言進行教學，有助于學生快速提升編程能力，為參加國內外編程競賽、留學出國等奠定基礎。

在學習完初級培訓與中級提升訓練后，對相關程序編程、應用已經有所了解。在基礎培訓方面，從類與對象、Python自帶函數講起，主要區分Python語言與其他語言的區別，該模塊的結題報告即設計開發簡單的游戲。之后結合音視頻處理、網頁制作、數據分析等模塊，講授Python高級編程思路，培養學生人工智能思維基礎。最后學生結組，在具有一定水平的教師指導下，參與大數據分析與人工智能算法設計。定期帶領學生到互聯網企業學習參觀并組織學生參加大數據相關競賽，開展競賽的輔導工作。

四、總結

石家莊理工職業學院通過構建創客空間與創客教育，大力提升了校園的創客文化氛圍。創客空間的發展，不僅可以為創客實踐活動的發展提供平臺，還可以將學生的自主創新創意付諸實踐;創客教育的發展，不僅改革了教學模式，還將無人機、機器人與編程教育納入到創客課程范圍，鼓勵倡導學生運用所學編程技術、硬件知識以及3D打印技術進行創新、創造，極大提升了學生們的邏輯思辨能力以及創新能力。

目前而言，在職業學院中開設創客教育仍處于發展的初始階段，有眾多問題需要進一步的討論和研究。培養創客不是最終目標，職業創客教育的最終目標，是使得一批具有動手實踐能力的學生在未來三到五年內成為真正的創業者。職業院校應以此為契機，改革教學模式，培養學生的動手實踐能力，并為大學生的創新創業提供新的平臺。

參考文獻：

[1]? 高婷.大數據時代人工智能在計算機網絡技術中的運用[J].電子技術與軟件工程，2019，（1）：6.

[2]? 孫乃瀅.人工智能在計算機網絡技術中的應用[J].科技風，2019，（5）：110.

[3]? 宮猛.淺談創客教育與學生創新能力的培養[J].課程教育研究，2018，（47）：32.

[4]? 馮文茜，劉凱.創客教育發展的現狀及挑戰[J].課程教育研究，2017，（13）：20-21.

[5]? Mildenhall P，Cowie B， Sherriff B.A STEM extended learning project to raise awareness of social justice in a Year 3 primary classroom [J].International journal of science education，2019，41（4）：471-489.

[6]? 劉曉武.基于雙創背景下的高職院校創客空間建設研究——以安徽城市管理職業學院為例[J].科技經濟市場，2018，（11）：114-116.

[7]? 張茜，華金科，譚慧.高職院校開展創客教育的意義、現狀與實施路徑[J].教育與職業，2018，（18）：74-76.

[8]? 李宏策，李文芳，顏志勇.高職院校創客工匠型師資現狀及培養對策[J].河北職業教育，2018，2（2）：33-36.

[9]? 單麗娜.高職院校創客教育發展路徑探究[J].廣東技術師范學院學報，2018，39（3）：31-35.