高職“電子產品開發”課程創客式教育教學的實踐與思考

蔡彬彬

（江蘇工程職業技術學院 建筑工程學院，江蘇 南通 226000）

近年來，我國高等職業教育取得了長足的發展，教育教學改革取得了大量成果，但在發展過程中亦暴露出一些問題，尤其是在學生創新能力培養上仍存在諸多不足。高職院校所開設的創新類課程，與專業課程缺乏緊密的聯系，難以指導本專業課程知識的學習。此外，教師在專業課程授課中缺乏對學生創新思維能力與主動探究能力的訓練，因而未能達到創新型學習的要求。

創客這個詞譯自“Maker”，通常指敢于創新，樂于將創意變為現實的人。當前，隨著國內外創客活動的迅猛發展，創客教育掀起了一股教育方式變革的浪潮[1]。創客教育分為“創客的教育”和“創客式教育”兩種類型[2]。創客的教育通常是對希望成為創客、樂于參與創客活動的人進行專門培訓，如“北京創客空間”“新車間”“柴火創客空間”等等，為其提供豐富的創客活動，舉辦創客聚會活動，分享最新的技術成果；而創客式教育的目的并不是為了培養創客，而是將創客理念引入學校課堂并進行改進，結合學校專業設置的具體課程開展創新型學習。就高職類院校而言，相對于創客的教育，開展創客式教育課程改革更具實際意義。

1 創客式教育的理論基礎

1.1 聯通主義理論

聯通主義是一種適合目前社會結構不斷變化的學習模式，其被定位為“數字時代的學習理論”，已受到社會的廣泛關注[3]。聯通主義理論認為現代學習不是內化的個人活動。當有了新的學習工具出現，學習者的學習目標和學習方式亦將發生改變，新的咨詢信息將持續被獲得。在這種條件下，區分重要信息與非重要信息的能力將至關重要。

由高云峰和高震合作提出的群創空間（GIS），是聯通主義學習理論的一種物化模型。GIS 包括三大原則：1）空間是活的。空間可以靈活地組合，可以根據具體的學習環境布置學習的空間；2）去中心和去結構化。比如在協作探究階段，可以采用圓桌、開放空間等自由的空間布設；3）支持創意視覺化和觸摸化。比如采用白板或筆記本等。當前，基于工作過程導向的課程建設與改革已成為我國高職課程改革的重要指導。因此，高職課堂應該依據群創空間理論，盡可能為學生提供完善的協作學習環境。完善的高職課堂學習環境的要素具體包括：課程、適于創新活動開展的空間布局、鼓勵創新活動開展的制度、教學提供的豐富案例、配備活動開展的教師，具有協作精神、樂于分享的創新者（學生）和專業的設備操作者等。

1.2 新建構主義學習理論

新建構主義學習注重學習者的主動性，其認為學習是一個重構——再重構的過程，對學習來說，創新比繼承更為重要[4]，新建構主義學習提出了一整套方法來解決知識創新。比如零存整取策略、模式識別策略、隱性知識挖掘策略、包容性思考方法等。對于高職課堂教學，教師應鼓勵學生進行線上自主學習，課堂上在教師的示范和引導下，開展協作學習，實現碎片化知識的加工、整合及創新。

1.3 混合學習理論

能夠將傳統課堂教學方式的優勢與E-learning教學方式的優勢結合起來的混合學習模式，是目前高職課程教學過程中被廣泛研究和采用的模式之一[5]。混合學習是一種結合面對面教學與在線學習的學習方法，它的目標是達到最好的學習效果，其依據是企業和組織的學習績效指標。混合學習中的“混合”具有多層含義，包括學習方式混合、學習環境混合、學習理論混合以及學習資源混合。教師可借助創客式教育的理念，對當下普遍認可的混合式學習進行升級，從而實現“以學為中心、以用為中心”的教學方式，提高學生的學習能力和創新能力[6]。

2 創客式教育教學模式設計

如圖1 所示，創客式教育教學模式由課前學習、創意設計、協作學習、交流與分享及模擬商業運作等5 個模塊組成。課前學習模塊由教師制作的網絡課程支持，采用共有的平臺，同時支持電腦和移動終端進行訪問，相較于常見的線上線下混合學習模式，其在課前學習和課堂協作活動之間增加了創意設計過程。通過課前學習，學生掌握了課程碎片化知識，然后教師布置開放性的工作任務，學生通過線下調研形成初步的設計創意。通過課題討論，教師和學生共同探討創意的可行性，同時剔除不合理的創意并形成具體開發任務。明確目標后，學生自由組建開發小組，開展協作活動。協作活動的場所布置基于GIS 空間理論指導，空間的布置模擬實際工作環境，有利于激發學生的創造力。在協作活動開展過程中，教師應鼓勵學生進行碎片化知識連通與重構[7]。在分享與交流環節，學生將作品原型進行演示，完善產品，形成商業計劃書。

3 課堂實施過程分析

本文基于電子信息工程類專業“電子產品開發”課程，以設計開發某一家用電子小產品為工作任務，實施創客式教育課程改革。一是電子產品開發綜合嵌入式技術、網絡通信技術和軟件開發技術，知識更新速度快，對創新設計思維要求較高，故高職電子信息類專業實施創客式教育改革，具有其內在的需要。二是課程實施所采用arduino 平臺，是現今主流的創客人才培養的技術應用平臺，符合創客及創客教育的實施理念。三是arduino 平臺具有豐富的案例資源和教學實驗平臺可供使用或參考，學生的創意可利用教學開發平臺快速實現，極大地縮短了開發時間，有助于學生開展創造性學習。

圖1 創客式教育課堂教學模式

3.1 課前學習

圖2 在線學習系統

課程在線學習系統的主要功能包括教學資源、在線測試、軌跡記錄等五大功能（見圖2）。學生可通過計算機或移動手機線上自學課程內容，以獲取課程的零散（即碎片化）知識。學生自學前需主修“C 語言設計”“單片機與嵌入式開發技術”“電工學”等課程。教師提供電子產品開發的技術資料、PPT 課件和教學視頻等資源，并根據arduino 技術開發特點，將教學內容分為arduino 平臺搭建、arduino 基本編程、arduino 傳感技術單元應用與開發、arduino 智能小車編程、arduino 創意機器人設計等5 個教學模塊，教學模塊內容呈現進階式。教師制作相應的教學微視頻，學生每完成一個單元的學習則進行一次測驗，達到基本分值后方能進入下一個單元的學習。而學習軌跡記錄系統將記錄學生每次在線學習的時長和時間節點，確保課前學習的有效性和真實性。在課前學習過程中，教師應嚴把質量關，確保平臺資源的合理性，嚴格監控學生在線學習進度，及時反饋學生在學習中遇到的問題。

3.2 創意實現

通過線上自學，學生初步掌握了課程碎片化知識，具備設計開發的基礎。因此，教師結合電子產品設計的特點，布置開放性工作課題：使用開源的arduino 平臺，結合自身生活實際，設計并開發家用電子小產品。學生根據任務通過網上查找、生活觀察與體驗等多種手段，充分了解當前家用電子產品的需求、客戶群體分類、電子產品的獨特賣點、成本、收入等指標，形成一個初步創意。教師應幫助學生共同研討創意的可實施性，形成共同的研發目標，剔除不合理的創意，形成3～5 個具有實際意義的家用電子產品創意。創意活動的設計可參考Design Thinking 設計思維訓練法中的同理心訓練方法實施，確保學生的創意可以利用現有的arduino 平臺得以實現，貼近市場實際需求。

3.3 基于GIS 空間的協作活動

在實施基于GIS 空間協作活動之前，教師應參考GIS 群創空間理論，為學生提供會議圓桌、投影設備供其在討論開發中遇到各類問題做演示匯報；提供電子操作臺、焊槍等供學生焊接PCB板，調試軟、硬件。由于在實驗過程中，將使用大量的電子元器件，教師應購買電子元器件組合架，并做好型號標號，從而縮短學生開發時間；提供arduino 開發者套件，以幫助學生實現創意。

圖3 基于GIS 空間的協作活動流程

協作開發活動包括分組階段和開發任務實施階段（見圖3）。在分組階段，學生模擬當前電子應用開發主流的項目組形式，3～4 人/組，分別負責arduino 硬件模塊搭建與設計、arduino 固件程序設計、設備測試。每組設1 名開發組長（即項目經理）負責電子創意總體設計。任務實施階段，小組成員著手完成各自的工作任務，通過自主學習、協作探究、共享資源、基于主流的開源Arduino 研發平臺，協作完成一個家用電子產品的原型開發。此階段，學生能利用arduino 平臺改進現有家用電子產品的某些功能即可。通過一系列相關協助活動，學習者對自主探究及協作活動形成的知識進行整合，生成團隊成果，完成對隱性知識的內化[8]。

3.4 交流與分享，形成商業計劃書

此階段，各團隊應針對開發的電子產品原型進行演示、講解設計的過程和開發的關鍵點，而教師全程參與、給予指導和意見，通過討論、修改與完善最終形成商業計劃書。若創意具備可操作性，則可指導學生申報實用新型專利，以強化學生的價值意識。

4 啟示與思考

創客式教育基于創客理念，融合創客人才培養特點，遵詢“以學為中心、以用為中心”的教學理念，針對課堂教學進行改進與升級，對培養學生的學習能力和創新能力具有積極作用。一是將創客教育理念引入高職課堂，目的并非為了培養創客，而是改進傳統課堂教學，改善課程的實施效果，因此，教師應針對各門課程的特點，有選擇性地使用該教學模式。二是該教學模式適用于綜合設計類課程，亦可為其它類型課程提供借鑒。三是運用GIS 群創空間旨在提高課堂的管理效果，空間的布設應盡量貼近實際工作環境，讓學生體驗到創新學習的快樂。