罗 玮, 蔡立军, 邵 霞, 万 敏

(湖南大学 a.现代工程训练中心；b.电气信息与工程学院，长沙 410082)

0 引 言

“创客”源自英文单词“Maker”，是“创造者”的意思，可以理解为敢于创新并努力将自己的创意变为现实的人。当前，国内外创客运动风起云涌，创客教育应运而生。创客教育是创客文化与教育的结合，它是鼓励分享，倡导动手实践，从而培养学生跨学科解决问题的能力，团队合作能力和创新能力的新兴素质教育，其理念与现阶段我国大学生工程训练所强调的创新创造实践能力的培养方式和目标不谋而合。可以预见到，创客教育将有效地促进我国高校人才培养模式从标准化向个性化，从单一向多元化的升级转型，从而重构整个教育生态，实现真正意义上的创新教育。因此，创客教育的兴起为新时期高校工程训练实践教学质量的提升将提供可行的路径。

1 创客教育的内涵、特征

创客教育可以从两个角度来理解：①培养创客型人才的“创客教育”，②用创客的理念和方法来改革教育的“创客式教育”[1]。无论从哪个角度看，创客教育都不是一种具体的方法和手段，而是随着创客运动兴起出现的一种新型教育模式。创客教育融合了当前的信息技术，秉承“开放、创新、探究、体验”的教育理念，以“创造中学”为主要学习方式，以项目为基础开展创新创造活动，引导和增强人们对科学技术的兴趣和信心，让想法变为现实。创客教育强调个人使用技术创造事物的能力，其本质是在教与学的过程中去鼓励创造有价值的产物，从而实现梦想甚至改变世界[2]。人造物是具体的，但在其生产过程中使用的技术，方法和原则，是以知识的形态存在的。因此，创客教育的目的是去激发人们主动运用知识来造物，这些知识并非只是抽象地存在于头脑中，而是能够外化并被人们所认识、把握和分享[3]。在对创客教育内涵的诸多理解的基础上，可将其特征归纳成以下两个方面。

1.1 实现大众创造的重要途径

创客教育实际上是创客运动和文化在学校的延续和传播，它不仅满足了普通大众日益增长的创新创业需求，也引领并推进了社会创新，具有显著的互联网和信息技术高速发展的时代特征。新技术的兴起正全方位地影响着社会各个领域的发展和变革，新技术的成熟与应用也使得创造和发明不再是专业研究人员的专利。创客们可以是工匠，工程师，学者，也可以是设计师，艺术家和企业家，一些创客拥有专业知识，但大多数是创造产品的个人业余爱好者和非专业人士[4]。他们通常在家里、车库工作，或在成立的创客空间使用专业级工具，如3D打印和激光切割机等，通过分享知识进行创新学习，正逐渐成为一个蓬勃发展、日益壮大的群体[5]。同时，新世纪以来互联网与跨境电子商务的飞速发展，充分地释放了大众市场原本多元化但受传统单一供销渠道约束而无法得到充分满足的需求。通过阿里巴巴这类电商平台，世界各地的工厂向拥有数字设计和信用卡的社会大众敞开大门，提供基于互联网的按需定制服务。通过淘宝、亚马逊这类平台，让符合细分消费市场需求的各种小众化产品摆上虚拟的货架，于是任何人都可以将自己的创新产品进行出售，从而打破了原有精英主导的创新创造活动，使大众创造变为现实[6]。

1.2 STEAM教育理念的实践落脚点

创客教育是一种以真实项目实践为基础的教育新模式，它注重创意和科技的融合，强调跨学科跨专业的人之间的交流和合作，以技术为中心，整合各个科目知识的学习；不仅涉及科学与技术，还可涉及人文和艺术，因而创客教育也是实施STEM/STEAM 教育的一种重要方式[7]。与传统分科课程不同，STEAM科学、技术、工程、艺术和数学融合课程理念主张将不同领域的知识、技能整合成为一个整体的学习体验过程，强调学生在“杂乱无章”的学习情境中提升设计能力、合作能力、问题解决能力和实践创新能力，这与创客教育的理念是一致的[8]。越来越多的国家开始认同创客运动并认为它将改变人们在STEM(科学，技术，工程和数学)和艺术学科中学习的方式和内容。创客的思维方式不仅能让人们在STEM或创意领域找到工作，而且能够成就自己独创的行业，这取决于人们的兴趣以及在快速变化的社会中所发现的新兴需求[9]。因此，创客教育被认为是STEAM教育的优化和拓展，而起步较早的STEAM教育理念和教学方法也能作为创客教育可供参考借鉴的实践模式。

2 大学生工程训练与创客活动之比较

(1) 多专业协同、跨学科融合。高等工程教育越来越重视大学生工程实践能力和创新能力的培养。不断发展中的工程训练中心作为高校开展工程实践训练的公共平台，其工程训练的对象已拓展到各工科及理、农、医,甚至文科等学科的学生，所涉及的专业众多，且年级层次不同。大学生的工程训练是将基础技术理论、基本工艺知识和基本工艺实践结合起来，同时注重学生创新创造能力的提高。而创客活动可以是任何学生、教师、社会人士参与进来的实践活动，创客们因兴趣而自发地聚集在一起，将传统工艺与高科技工艺融为一体制造出任何想要的东西或产品，；他们乐于分享、善于合作，围绕创客项目的共同目标，通过网络空间、创客社区互相学习，进行创意的融汇和智慧的交流，这本身也是一种资源整合[10]。由此可见，大学生的工程训练与创客活动在多学科交叉、开放性、交互性、创造性、工程实践性等方面都是互通融合的。

(2) 以实践项目为载体的目标共同体。创客活动具有学习共同体的特点，由学习者及助学者(包括教师、专家、辅导者)共同构成的团体，在学习过程中进行互动交流，分享各种学习资源，共同完成一定的学习任务，在成员之间形成了相互影响、相互促进的人际关系[11]。在同一环境下，学习不仅仅是个体的也是群体性的行为，个体成员要产生集体的认同，融入团队并建立共同的目标。这都需要创客在学习的过程中以实际行动亲身参与。而现阶段“大工程观”理念下的工程训练已从传统的金工实习模式转型，以往单一的工艺技能实践已不能满足特别是研究型大学工程训练对于人才培养的要求。各大高校工程训练中心形成了以工程创新项目为主要类型的训练模式。以项目为载体，由不同学科的学生、教师共同参与，形成跨学科研究与实践模式，学生们在训练中互相学习、互相启示、互相激励，在共同的实践中了解工程的完整性、系统性。这与创客活动中创客们基于团队协作且个人深度参与的自主学习具有一脉相承的共性。

3 创客教育对工程训练的启示

我国高校工程训练的综合性和系统性对于工程教育的重要意义已经得到普遍共识，近年来工程训练中心在教学场地、教学条件和师资力量等软硬件环境上获得了迅速发展和提升，但是思维理念仍然受到传统实习教学模式的影响，实训内容缺乏创新，且普遍存在与工程实际脱节的现状。而创客教育理念或许是一场及时雨，能对转型发展中的工程训练破解创新困境起到重要的启示作用。

(1) 教学内容。创客教育的核心理念是基于兴趣的学习、创新和创造，并在创造中学习。基于自身兴趣和想法去主动创造与学习的过程被视为创客教育的最大优势。因此，创新创造是创客教育的逻辑起点和最终目标[12]。创客教育鼓励人们去创建他们受到启发的任何类型的项目，通过开放式探索，将内在的兴趣和创造性思想结合在一起，通过创客实践活动得以变为实物甚至是产品。当前大学生工程训练的内容正迫切需要从传统工艺技能实践面向创新创业综合能力的培养拓展和转型，以学生的专业兴趣为导向，开发立项综合创新项目，引导学生开展基于真实工程项目的实践活动，培养和提升学生的设计创意能力、团队合作能力以及实践创新能力，树立多学科交叉融合的学习理念。

(2) 教学策略。固定的时间、固定的课程内容、指定的实践教学场地，这是目前大部分工程训练形式的常态。只有打破这种金工实习时期的传统方式和观念的束缚，将教学相长的创客教育策略融入到实训课程中，才能改变学生的思维和学习方式，影响教师的教学目的和教学方法。在工程训练实践教学中，加强教师与学生之间的互动性、平等性，凸显学生的主体地位。教师应改变过去一讲到底的角色定位，运用创客思维变身为课堂教学的设计者、组织者、引导者和学习者，为学生创造条件并激励他们勇于将有价值的想法变为现实。首先，教师应研究了解学生参加工程训练实践活动的内在动机，内在动机包括兴趣、好奇心和挑战性等；然后在此基础上致力于有趣、有目的并且有价值的项目设计，鼓励和引导学生们主动参与到项目的创造活动中去；在这一过程中，教师帮助学生们互相学习、互相支持、互相合作，通过知识共享和点到点学习及时解决出现的问题，与此同时不断地为大家树立信心去促成项目团队协作创新并最终取得成果。因此，基于创客教育的教学策略可以改变以往传统实习的教学环节和顺序，突出自主学习的主导地位，使得实践教学更具有主动性和有效性[13]。

(3) 实践平台。创客教育实践活动离不开相关软件平台和硬件平台，离不开3D打印机、数控加工机床、激光切割机以及开源硬件等高效的数字化设备以及大量的仪器、工具和材料，离不开和互联网环境下的实时交流。在国家大力引导和推动下，很多高校工程训练中心的教学条件得到了极大的改善，工程训练平台已具备完备的加工制造硬件设施，包括机、电、控制、材料、计算机等多学科的实训设备，为学生提供的创新创造场地等这些教学资源优势都是社会创客空间无法比拟的。如果能将这些资源按照创客教育理念进行优化共享，整合配置完备的“自制造”工具，营造完善的现代化“自制造”环境，工程训练平台将成为集学习、交流、创造、创新、实践为一体的综合性开放共享空间[14]。

4 创客教育在工程训练实践课程中应用

著名的教育学家Martinez和Stager认为一个好的创客课题需要具备八大要素[15]：课题与学生的生活实际相关；课题需要利用多个学科的知识来合作完成；课题新颖，能激发学生的创新精神；课题强度高，能吸引学生长时间地高度自觉投入；教师要充分利用课内外时间，让学生完成课题；乐于分享，创造各种各样的分享方式和机会。笔者以所在高校工程训练中心开展的项目制课程作为载体，融入创客课题的要素及特征，引进教师团队中正在开展的科研课题，将课题项目进行分项规划并开发成“创客式工程创新项目”，引导学生开展基于真实工程环境的创新创造活动。首先，由不同学科专业背景的教师集结组成创客教育教师团队，同时整合相关专业实验室设备作为创客实践平台。在此基础上发布项目内容由学生团队自由选择，经考察立项后按创客教育实践课程路径分阶段实施，如图1所示。

(1) 项目课题的开发设计。创客教育教师团队作为创客课题的设计者和开发者需要将多学科的综合知识与技能嵌入各种技术工具中，引导大学生进行项目探究和成果表达；让大学生参与到真实的工程设计中，使其通过动手制造，建立自信，培养创新创造能力。以笔者近期开展的创客教育课程项目“静电纺丝设备研制”为例，项目也同属于指导教师团队中的在研课题。

图1 创客教育实践课程路径图

该设备拟为化工、材料类科研人员开发一套专业的静电纺丝装置，解决目前用于科研的静电纺丝装置存在的自动化程度低，操作不便，设备不专业等不足。静电纺丝装置结合科研人员需求而开发，采用所有执行机构自动化控制、所有操作控制集中化；分为作业仓模块、电控仓模块、上位机模块，总体要求结构设计紧凑、功能合理。作业仓模块内包括滚筒收集装置、静电纺丝液喷头固定模块(含横向、纵向移动模块)、微量医用泵、照明装置、加热装置、排风装置等。电控仓模块包括：静电纺丝液喷射工作电源、主控制器、各电气元器件等。作业仓模块与电控仓模块采用框架式箱体集成为一个整体，外形美观大方，便于移动、摆放。上位机模块包括专业上位机软件、通用个人电脑、各类通信转接头，实现操作人员操作过程的各种参数调节、记录。以上三大功能模块的实现需要化工、机械、电气类专业的工艺配合、功能设计到实施，即化工类专业作为产品的使用方提出详细的工艺需求；机械类专业负责装置的整体构造设计和制作；电气类专业按产品的技术指标实现装置的所有配电、通信及自控功能。

(2) 项目课题的跨学科团队构建。静电纺丝设备的研制属于面向解决业界问题的设计，需要利用多个学科的知识来合作完成，是较为复杂的系统工程，单凭本科学生的专业交叉合作是很难介入和深入的。因此，学科的交叉融合及协同创新必须是自上而下的，即师资构成跨学科、跨领域，由3个专业的创客教师围绕所属的功能模块进行架构设计、任务分解，引导各自的学生团队按创客实践课程路径进行分阶段实施；学生以3人小组为单位，各专业均有3～4组人员组成项目团队。在实施的过程中，无论是教师与教师，教师与学生，还是学生与学生之间，他们各自学科领域的创造思维将进行必要的交流与融合，技术措施以及设备仪器的应用进行有效的互联互通，如图2所示。

(3) 项目课题的实施与预期成效。关于静电纺丝设备研制的课题开展初期，由机械、电气、化工专业的创客教师及学生组成研发团队。项目组中的学生成员为大三学生，他们没有参与实际项目的经验，第一次接触到真实项目的研发感到新鲜好奇，但面对分配下来的项目任务时又觉得艰涩难懂、无从下手。通过数次项目讨论会的交流以及专业指导老师的引导，大家渐渐理清了思路，按照创客实践路径从方案设计开始先确定基本的实施方法、手段，在实施的过程中不断完善修正前期的方案，直到完成最后的原型设计。在项目实施过程中，学生们独立进行各项决策，并独立使用各种工具，大团队定期开讨论会进行沟通交流，遇到困难时，通过互联网的帮助、相关领域的专家指导以及老师的支持。目前，该装置已完成初装阶段的任务，所需功能基本实现，进入下一步的调试优化，预计将获得三到四项专利及论文成果。

图2 基于真实项目的多学科交叉创客实践

围绕着创客教育思维开展的此项目案例中，以学生为中心鼓励他们的创新创造意识和团队精神，教师不再机械地教授知识而是成为教学课题的设计者甚至学习者，与学生成为了以项目为载体的目标共同体[16]。这样的角色变化让大学生对工程训练有了全新的体验和收获,课题组各专业的同学们从项目一开始的茫然不知头绪到迎难而上解决问题，继而在取得初步成果后的成就感都让他们获益匪浅。其中，部分思维活跃、求知欲强且具有创新能力的学生更是脱颖而出，成为了课题团队里的核心和引领者，并以点带面，激发了整个团队对项目工程实践的热情和兴趣。

5 结 语

通过以上项目实践案例，深刻体会到创客教育与大学生工程训练之间天然的共生关系。引入教学相长的创客教育理念，围绕学生、教师、实训平台三位一体的实践教学模式进行创客式思维的改变，这将为高校工程训练水平的提高以及培养创新创业型人才目标的实现提供可见可行的“操作系统”。因此，作为高校重要实践教学基地的工程训练中心应始终保持与时俱进的步伐，顺应发展趋势，将创客教育结合于高校的工程训练课程，将“创造、快乐、协作与分享”的创客教育教学理念贯穿在整个工程实践教学过程中[17]。在“创客式工程训练项目”中引导大学生开展基于创造的学习，培养和提升大学生的设计创意能力、团队合作能力以及实践创新能力，并在这一过程中重塑教师角色，打造专业的创客教育师资队伍，打破传统的教学模式，树立多学科交叉融合的学习理念，让创客教育真正落地扎根于工程训练的土壤中。