創新2.0模式下開源創新教育的電子認知實習改革探索與實踐

李姮　　許金　　葉懋

［摘 要］文章基于創新2.0模式，結合電子認知實習現狀，探索實踐型課程的開源創新教育改革。文章引入“共享、開放、協作”的思想，以共同創新、開放創新為教學目標，提出通過教學內容的開源設計與教學方法的應用創新形成雙螺旋呼應，輔以教學過程的良性互動，構建開源創新“三部曲”，實現開源創新教育實踐教學新生態。課程改革旨在由淺入深、循序漸進地培養和提高學生的開源創新意識及分析解決實際問題的能力，加速推進創新驅動新常態在實踐教學中的演變。

［關鍵詞］創新2.0；開源；電子認知；實踐教學

［中圖分類號］G642.0［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）01-0061-04

一、改革背景分析

創新2.0（Innovation 2.0）模式是知識社會條件下，以人為本、以社會實踐為平臺、以協同創新和開放創新為特點[1]、用戶參與的新型創新驅動模式。LivingLab、FabLab、Wiki、Crowdsourcing等為其典型代表[2]，其核心在于強調“人人創新”“大眾創新”，通過搭建共同創新、開放創新的應用創新平臺，建立以用戶為中心、面向服務、開放協同的創新驅動新常態[1]。

作為桂林電子科技大學（以下簡稱本校）電子工程與自動化學院的基礎實驗教學中心，電子工程訓練中心主要承擔著學校工科專業學生的電子工藝實習基礎教學和電子產品創新設計制作指導任務，開設有多門電子工程實踐性教學課程[3]。其中，電子認知實習是本校為電子信息類及相關專業新生開設的一門先導性公共基礎實踐類課程，設課目的是通過貼近現代工程實際的小型電子產品裝配實訓項目，使學生對電子基本知識形成初步的認知。本課程作為國內高校電工類專業普遍設置的基礎實踐類課程，是本科學生入學后接觸的第一門電子實踐類課程，在大學生素質教育環節中具有公認的重要性，更能在學生的電子技術興趣和工程創新意識培養的啟蒙階段起到向導性的作用，為后續相關專業課程的學習奠定概念化基礎。同時，本課程作為一門重要的基礎實踐通識課程，對提高學生的電子工程實踐能力和理論聯系實際能力有著重要的作用[4]。

本文以創新2.0模式為基礎，提出了創新2.0模式下針對電子認知實習課程的開源創新教育改革方法，旨在為實踐型實驗教學引入“共享、開放、協作”的思想，充分開發學生的開源多元創新思維，提升學生的就業創業能力，為培養具有一定實踐能力的創新復合型人才提供有力支撐，推進創新2.0模式在實踐教學中新常態的演變。

二、課程改革總體方案

緊緊圍繞本校創新型人才培養目標，依托國家級實驗教學示范中心的硬件設施條件，電子工程訓練中心從基礎設計實驗到創新設計實驗，從實踐教學到廣西漓江學堂網絡開放教學，從創新意識培養到創新應用實踐等方面，提供了一套完整的創新人才培養方案。但隨著創新2.0模式的演變，面向大一新生開設的電子認知實習課程在創新意識培養、創新思想啟蒙方面有待加強。鑒于該課程教學現狀，課程組以教學內容和教學方法為突破口，結合創新2.0模式內涵提出“開源創新教育”。課程改革總體方案如圖1所示，通過將Arduino開源硬件引入課程開展開源教學，在教學過程中實現應用創新，探索生生、師生間良好的互動形式，形成有利于創新涌現的開源創新教育“三部曲”模式，由淺入深、循序漸進地培養和提高學生的創新能力，為整個創新教育體系鋪好奠基石，完善電子實踐創新創業教育體系。

三、開源硬件平臺開發與教學過程設計

開源創新教育“三部曲”第一步，將Arduino開源硬件引入課程，使課堂像眾創空間一樣，在資源、技術和知識等方面有選擇性、開放性和共享性，學生可以根據興趣愛好選擇設備、材料和模塊，通過分享經驗、技術，共享知識和資源，共同完成創新項目。第二步，在課程的教學方法、教學內容和評價體系等方面提出創新性的改革，變測量性實驗為探究性實驗，將學生變為課程中的創新主體，實現“人人創新”。第三步，在實踐實驗過程中探索“橫向”（學生之間、師生之間）和“縱向”（不同實驗批次學生之間）兩方面的良性互動，培養學生協作、多元、分享甚至跨界的思想，強調知識分享和實體互動。

（一）開源硬件平臺選型及優化設計

Arduino UNO是開源硬件陣營中最常見、應用最廣泛的一款開源平臺，因其易用性和擴展性，被廣泛用于設計師的初期模型、工程師的硬件驗證平臺、手工制造者的創意實現原型。在電子認知實習課程中開展開源創新教育，引入較成熟的開源硬件Arduino方案可提高課程的普適性。但由于Arduino本土生產化較難，因此課程組以Arduino UNO開源硬件為模板，設計一款面向實踐教學的開源硬件平臺。此平臺一方面需從接口、功能兼容、器件采購等方面擇優選用適合于初學者的方案，另一方面需考慮能夠使用實訓環境中現有的設備實現小批量生產。根據本校電子工程訓練中心SMT生產線設備的精度，結合本校電類專業特色，采用“研究—實踐—優化”的設計路線，在Arduino系列開源硬件的基礎上，對Arduino UNO標準版進行兼容化、簡單化、本土化改進。首先，大一新生是手工焊接工藝的初學者，需考慮其能否使用普通電烙鐵對開源硬件平臺進行電路檢修；其次，制造工藝流程方面，需考慮能否利用普通自動貼片機和回流焊進行小批量的生產；最后，需設計活動型、擴展型、模塊型教學內容，能針對不同專業靈活改變教學內容。鑒于上述需求，課程組以官方Arduino UNO為模板，設計了GDuino UNO，其兼容官方Arduino UNO板子，可以使用相同的第三方模塊進行功能擴展。

（二）教學過程設計方案

下文具體探索在電子認知實習課程中，從教學內容、教學方法和評價體系等方面進行Arduino應用創新。在電子認知實習課程中引入開源教學后，教學過程分為演示—制造—實踐—驗收四級應用進階創新模式[3]。課程組通過自主開發設計GDuino開源硬件的樣例作品演示，錄制課堂演示案例，變測量性實驗為探究性實驗，以激發學生的創新潛能及學習主動性，以學生興趣為導向進行教學。在教學過程中，添加硬件實踐過程，使學生從認知到熟悉再到使用，循序漸進。以學生自制的GDuino開發電路板為基礎，課程組設計了五個循序漸進的實踐環節，要求學生基于GDuino平臺完成硬件搭建和軟件編程，以最少課時完成了軟件編程入門的教學目標。

1.演示創新

通過GDuino UNO開源硬件的樣例形成課堂演示案例，為學生解惑（GDuino是什么？它能做什么？），由此將學生的關注點從“課程最后要我交什么”轉變為“我要用GDuino做什么”，激發學生的學習主動性。將Arduino編程入門和學生創意實現的部分有機地劃分為興趣演示、編程入門以及創意實現等環節。面向電子類專業學生，重在培養學生對電子技術、光電信息技術、控制技術的認知能力，演示階段的作品可選取專業性和趣味性都較強的項目；針對非電類專業學生，應重點激發學生的創意和想法，演示階段的作品可選擇形象化、創意性較強的作品；而針對機電專業學生，為使學生更充分地了解專業定向、引導學生認識機電結合的應用場合，演示階段的作品可選擇機電結合的項目[3]。

2.制造創新

增設GDuino UNO的SMT工藝制造實訓環節，使學生了解開源硬件的元器件選型、電路設計、布局規劃和生產工藝等。學生通過裝配環節，不僅能認知常用的電子元器件、學會常規參數測量方法、熟悉傳統焊接和SMT焊接工藝、體驗電子產品的生產過程及裝配工藝和方法，而且能從元器件級了解Arduino開發板的硬件組成，增強對開源硬件的感性認識。在本環節中，為強調學生基礎技能的培養，強化SOP封裝芯片的拆焊訓練，既能鍛煉學生手工維修SMT線上瑕疵產品的能力，也能為后續實驗、競賽提供必要的支撐。

3.實踐創新

在GDuino開發實戰環節中，利用易上手的GDuino開源硬件，引導學生逐步熟悉各模塊功能。基于降低外設硬件使用難度、基本覆蓋常用語句和使用方法的思想，實踐項目需突出模塊化、層次化的特點，由易到難、由既定到拓展地引導學生學習。課程包含五個循序漸進的實踐環節，要求學生基于GDuino平臺完成硬件搭建和軟件編程。課程設置“LED閃爍”“按鍵控制LED”“LCD1602顯示”“數字溫度器”“可見光參數檢測”五個由淺入深的基礎教學實驗，分別從理論學習、實驗硬件連接圖、實驗效果等方面進行教學，循序漸進地引導學生由簡入繁地學習使用Arduino開源硬件。教師在學生掌握工作原理的前提下，讓學生設計外圍電路，以共享資源庫為基礎，結合學科知識，完成創意功能性作品，比如互聯網花盆、數控平臺、四軸飛行器等。無論是基礎入門的“LED閃爍”實驗，還是中期的綜合性實操項目，以及最后不受約束的創意設計，學生在教師的引導下，都較好地避免了直接學習語言代碼的單一乏味[5]。教師引導學生進入每個項目的思考過程、實現過程以及發現并解決問題的過程，將學生從課堂的“聽眾”轉變為設計思考過程與實現過程的積極參與人。

4.驗收創新

課程總成績由占比20%的平時成績和占比80%的作品成績組成，作品驗收不以固定的作品對學生的能力進行檢驗，而是選擇不受約束的創意設計方式。學生可以選擇單人獨立完成一項作品，也可以選擇以團隊形式完成一項創意作品，由權重20%的學生自行評分、權重40%的大眾評分和權重40%的教師評分構成新的評價模式，綜合三者形成學生作品的最終成績。最后根據各組學生實際操作情況及實驗結果評定實驗成績，并對實驗結果不理想的學生進行針對性指導。

（三）多維良性互動評價機制

在課程改革實施過程中，采用“橫向互動”和“縱向互動”的方式實現良性互動，使學生將課堂知識融會貫通。“橫向互動”主要是生生間和師生間的互動，“縱向互動”則是在不同批次、不同專業的學生間形成的互動。

1.學生間良性互動

為了使電子認知實習課程適應相關專業學生需求、消除學生對代碼的畏懼，教師在眾多小組創意實驗中明確不同團隊分工，不限定學生的任務，使學生不再是統一的“制造者”角色，而是以“設計者”“制造者”“包裝者”甚至“宣傳者”等不同角色針對問題提出解決方案，各成員分別負責實驗流程設計、硬件結構搭建、交互分析等，共同完成實驗。

2.師生間良性互動

在實踐階段，教師參與學生任務的分配和討論，提出相關指導意見、改進方案，并在其中扮演一定的角色，引導學生把聚焦點轉移到對生活器具、材料、生物等的觀察上，而不是放在代碼的實現上，以減少設計之外的壓力。當學生發現能將生活中不同屬性的物體設計成一套有趣的系統或流程時，代碼便很好地隱退到后臺，成為學生設計的輔助工具。當學生的興趣點不集中于代碼的實現時，代碼才能自然地被活用來創造他們想要的趣味、完成他們構想的創新設計[5]。

3.構建開放共享的開源庫，實現“縱向”良性互動

電子認知實習課程屬于集中短暫型授課，倘若每一批學生在實踐階段都采用從零開始的方式，這將導致所有學生在短期內所能完成的作品大同小異。因此，課程驗收后，教師對每一批次中比較優秀的個人作品或團隊作品進行收集，建成開源庫，對后批次學生開源這些優秀的硬件設計和代碼，讓后批次的學生能快速利用前人的成果實現自己新的創意。由此，課程組建立了一個相對齊全、具有一定數量規模、兼容Arduino的外設模塊硬件庫及代碼共享軟件庫。在線軟件代碼庫網站可促進后期學生進行廣西漓江學堂網絡課程的學習、學科綜合競賽的開展和創新創業基地的建設等。課程組在項目實施階段，根據實踐經驗，總結了一套為學生提供模塊外借服務的管理運行機制，為已經完成電子認知實習課程的學生繼續學習提供模塊外借服務，以最大限度地幫助學生實現自己的創意，推動開源硬件在本校創新創業教育中的運用。此外，建立在線開源軟件庫，涵蓋學習案例應用、優秀作品采集、參賽作品分享等，鼓勵學生形成學習代碼—使用代碼—設計代碼回庫共享的良性循環。隨著課程的開展，軟硬件庫資料會在學生不斷使用—更新—使用—再更新的良性循環中不斷地增加，進而在校內形成自主學習的濃厚氛圍。

四、結語

創新2.0模式下，本校秉承開源創新教育“共享、開放、協作”的思想，將開源創新教育融入電子認知實習課程，結合不同專業背景創設不同的教學方式，強調“以生為本”，注重激發學生的興趣，促進學生個體自身的發展，發揮師生、生生“橫向”互動及不同批次、不同專業學生“縱向”互動優勢，充分調動師生的積極性，切實培育學生創新創業思維和動手實踐能力，實現“共同創新、開放創新”的教學目標，不斷完善本校國家級實驗教學示范中心創新創業教育體系。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 解學芳，劉芹良.創新2.0時代眾創空間的生態模式：國內外比較及啟示[J].科學學研究，2018，36（4）：577-585.

[2] TANG T A， WU Z Y， HAMALAINEN M， et al. From Web 2.0 to living lab： an exploration of the evolved innovation principles[J]. Journal of emerging

technologies in web intelligence， 2012，4（4）：379-385.

[3] 李姮，許金，李珊，等.面向電子實踐課程的開源創新教學平臺設計與應用[J].科技視界，2019（23）：97-98.

[4] 王路平，李正強，吳燕燕，等.電工電子實習教學內容體系優化與改進[J].高教學刊， 2020（23）： 126-128.

[5] 馮侃，陳姝言.教育創新中的“開源創新”與“創客文化”[J].設計，2016（23）：106-107.

［責任編輯：周侯辰］