创客教育在工科院校的应用探究

吕 国 肖瑞雪 白振荣 孟凡兴



创客教育在工科院校的应用探究

吕 国1肖瑞雪1白振荣2孟凡兴1

（1．河北建筑工程学院现代教育技术中心，河北张家口 075000；2．河北建筑工程学院社科部，河北张家口 075000）

创客教育应用于工科院校，有助于提升学习者的实践创新能力、交流协作能力和项目开发运营能力。文章论证了创客教育应用于工科院校的必要性和可行性，重构了创客教育视野下工科生的能力结构和与之相匹配的课程模块，搭建了创客的教育生态系统和实施平台，并从指导理念、发展体系和运行机制三个层面分析了创客教育在工科院校的应用模式，以期为创客教育的应用和工科教育的发展提供参考。

创客教育；工科院校；课程结构；教育模式

2015年1月，李克强总理参观深圳柴火创客空间，并在同年3月召开的十二届全国人大三次会议上号召“大众创业、万众创新”。政府层面的关注与支持源于创客运动对科技和经济发展的推动作用，而创客运动发展的速度、规模、效益取决于创新性人才的数量与质量。工科院校作为工程人才的重要输出基地，承担着教学育人和科学研究的重任，在新的时代背景下必须改革变通、与时俱进，积极开展创客教育。

一 创客教育应用于工科院校的背景

创客源于英文“Maker”，意指每个人无论性别、年龄、职业，都可以跟随自己的兴趣，利用一切可获取的资源将头脑中的创意变为现实[1]。美国麻省理工学院于2001年建立的Fab Lab是创客空间的雏形，既是提供工具和材料的小型工厂，也是创意和思想的集散地[2]。随着硬件开源和“互联网+工业”的兴起，全球逐渐掀起了创客运动的热潮。Hackerspaces官网的数据显示，创客空间在欧美发展的数量较多、形式较为成熟，其它区域的数量也在逐步扩充[3]。在我国，伴随着政府和社会的广泛关注与支持，近年来创客空间呈现出了井喷式的发展态势。但是，中国的创客事业如何从发育走向成熟，还需要进行不断的探索。

当前国际上的创客空间可分为三类：独立的创客空间、以学校为基地服务于教育的创客空间、以公共图书馆为基地服务于社区的创客空间[4]，而本研究重点关注的是创客给学校和教育带来的变革。创客运动倡导的实践与创新理念与STEM教育不谋而合，在科学、技术、工程和数学领域有广泛的推广和应用价值；而据《2015年地平线报告（高等教育版）》预测，创客将在2～3年内进入高校的主流应用，推动技术规划和决策[5]。基于此，一些工科院校纷纷身先士卒，从MIT的Fab Lab到清华大学的iCenter，都从理念、设备、环境、师资等多个方面服务于创造性人才的培养。目前，将创客思维引入工科教育虽然尚处于起步阶段，还未见明显成效，但纵观我国工科院校的现状，发展创客教育势在必行。

创客教育是指以输出人才和产品为导向，利用创客的理念和方式开展日常教学。《中国工程教育质量报告（2013年度）》[6]指出，我国的工程人才培养模式重视知识传授，导致毕业生动手能力弱、合作意识差、创新水准低，专业技能同行业发展严重脱节。因此，创客教育正试图打破这一固定的培养模式，通过开展自主创新实践，切实提升毕业生的就业能力。但目前创客教育尚处于借鉴和摸索阶段，还没有现成的模式可供遵循，因此本研究就创客教育在工科院校的应用进行了探究，旨在为创客教育的应用和工科教育的发展提供参考。

二 创客教育的能力结构与课程模块

1 创客的能力结构

在“互联网+DIY”时代，大学生兼具知识消费者和生产者的双重身份：一方面通过课堂、网络、实践等多种渠道获取并内化知识；另一方面将自身知识结构进行解构和再构，并将重组后的知识以物化形式输出。创客教育的实质是行动、协作和分享，强调学习者由被动的知识接受者转化为主动思考、应用和创造的实践者，这就对人才的能力结构提出了新的要求。

能力是指完成活动所必须具备的稳定的个性心理特征。斯皮尔曼[7]把人的能力分为一般能力（General Ability）和特殊能力（Special Ability）：一般能力指在一般活动中体现出的能力，如观察、记忆、思维和想象等；特殊能力指在特定实践活动中表现出的能力特征。作为一种新生的社会角色，创客既是科研专家，又是工程师、技师，有些还要承担产品经营和人力管理的工作，因此其能力结构更加复杂多元。考虑到高校学生普遍具有较高的一般能力，故本研究结合创客的实践需求和我国工科院校的人才培养目标，设计了创客的特殊能力结构，具体包括：

①信息素养。创客是互联网时代的产物，建立在硬件开源的基础之上，需要创客具备较强的信息加工能力，能从浩瀚的信息中筛选出有价值的资源，并进行分析、汇总、存储和再利用。

②知识的整合与应用。创造是一个劣构问题，没有固定的方案可供遵循，需要创客具备高阶思维，既通晓理工科，又通晓人文社科，并将各学科领域的知识加以融会贯通、学以致用。

③设计与制作能力。创客活动的直接导向是方案和产品，需要创客具备扎实的设计功底和机械操作技能等基本素质。

④交流与协作。创客空间是产品研发和项目孵化的最初载体，一个完整的项目需要多名参与者的协同工作，同时要求每个成员都具备良好的沟通能力、团队合作能力和组织能力。

⑤经营与管理能力。创客研发的项目与产品最终会投入市场、服务社会，创客团队也需承担产品的后续推广与运营工作，因此需要通技术、懂经济、会管理的高级专门人才。

⑥冒险精神与求真态度。创客的价值在于创新，而创新是一种在原有资源的基础上进行再配置、再整合的手段，包括对旧事物的改造甚至是颠覆。创客对于从事的活动往往出于兴趣而不具有功利性，对新生事物保有强烈的好奇心，思想上敢于尝试，行动上严谨细致。

2 创客教育的课程模块

在工科院校开展创客教育，需要调整课程模块以实现与能力结构的无缝对接。我国工科院校的课程设置以理工课程为主，人文社科类和经管类课程鲜有涉及；教学计划里必修课占绝大比例，选课缺乏弹性，偏重于基础理论的学习而忽视专业实践[8]。为此，袁慧等[9]提出了现代工科院校的课程改革方向：注重人文社科和自然科学的融汇与交叉、扎实的工程设计与操作基础、较为宽广的专业口径、增加选修课的弹性与比例、灵活自由的学习环境、丰富的实践课程活动。

基于上述研究成果，结合创客能力结构，本研究构建了在工科院校开展创客教育的课程模块，具体包括：①公共基础课程——用于提升学习者的科学素养和人文素养、外语能力和计算机能力；②专业方向课程——用于夯实学习者的专业基础，在整个课程体系中占有较大比例；③技术基础课程——培养学习者的操作能力、技术素养，了解科学方法论；④实践课程——创客教育的重要组成环节，学习者在实践中验证理论、锻炼技能；⑤课外活动——创客教育的必要环节，学习者通过参与社会实践、人事实习、竞赛活动等，得以接触真实的社会需求，积累项目经验，提升组织能力、协作能力和沟通能力；⑥选修课程——使学习者拓宽知识面、增强跨学科领域的知识整合能力，为创新活动奠定知识基础；⑦经管类课程——要求学习者掌握经济学和管理学的基本理论知识，支持后续的产品运营和团队管理工作。

三 创客教育应用于工科院校的平台构建

1 创客的教育生态系统

教育生态系统关注的是以教育为中心，对教育的产生、发展起制约和调控作用的多元环境体系[10]。创客教育现正处于一个开放、动态、不稳定的系统环境中，受到学校、社会等多种因素的制约。本研究结合高校教育实践，构建了创客的教育生态系统，如图1所示。

图1 创客的教育生态系统

（1）微观系统

创客教育生态的微观系统可以缩小至班级、教室、课程、师生关系等层面，这些都是直接影响学习者学习状态和成效的重要因素。在高校开展创客教育，首先要有先进教学理念指导下的课程体系，其次要提供完成教学、创造和制作所必须的物质基础（如工作场所、设备仪器等），最后还要保证指导教师的专业性以及交流平台的可利用性和高效性。高校的创客教育应关注细节，以实践为出发点，努力为学习者提供可获取的、良好的学习与创作体验。

（2）中观系统

中观系统是介于宏观和微观之间的环境类型，也是联系学校教育与社会需求的中间环节。高校创客教育的目的涉及人才培养和产品输出两个层面，而人才终将步入社会，产品也终将流入市场，因此需要在学校与社会之间建立一个有效的衔接机制。目前，许多企业和高校纷纷创办科技园区作为产品研发和项目孵化的基地，以鼓励大学生自主创业；政府也在出台政策，积极推动产学研一体化，充分整合企业和高校的既有资源，通过为高校项目引入资金流，助推创新产品转化为产业成果。在此过程中，政府、企业和高校形成了三位一体的产业系统，为高校创客教育的起步、成型和发展提供了平台与保障。

（3）宏观系统

创客教育生态的宏观系统可从广义上扩展到生态圈、人类文明进程，也可从狭义上扩展至以国家为单位的社会环境（包括社会氛围、政策导向、创业环境和就业环境）。对创客教育生态宏观系统的分析要依循“输入—转化—输出”的机制，包括关注人力、财力、信息的输入，转化过程的弹性调控以及人才与产品的输出。目前，我国具有影响力的创客空间已超过百家，蓄势待发的创客团队更是不计其数，而国家在政策引导、物质支持等方面也开通了创客教育发展的绿色通道。可以说，目前创客的教育模式和成长路径虽然还处于探索阶段，但民主开放的宏观系统环境已为其成熟和发展打下了坚实的基础。

总之，创客教育生态的三层系统既有区别也有联系，既相互影响又相互制约。至于工科院校创客教育的平台搭建，则主要作用于微观和中观层面。

2 创客教育的平台搭建

目前，美国的斯坦福大学、麻省理工学院和我国的清华大学、天津大学等上百所高校均已设立了创客空间，并且不设专业、年级限制，面向所有学生开放。高校创客空间为学生提供了交流空间、创作场所、师资力量，有的还帮助年轻的创客们引入项目和资金支持。结合我国工科院校的教学实际，本研究搭建了工科院校的创客教育平台（如图2所示），并从以下六个方面为创客教育提供全方位、立体化的支持平台：

图2 工科院校的创客教育平台

（1）教学平台

高校的基本功能是通过教学实现文化的传播和传承。创新离不开扎实的知识基础，为此，高校必须树立先进的课程理念，及时调整培养目标和课程计划，实时更新教学内容；教务处、二级学院和各系部作为教学发生的基本单位，则要履行好自身职责，完善教学质量监督体系。

（2）实验平台

实验是工科教育体系的重要组成部分，也是培养学生实践能力、创新能力的重要环节。工科院校开展创客教育的首要改革重点，是搭建先进的、可利用的、开放性强的实验平台：①扩建实验室规模，规范实验室管理体制，提升实验室人员的业务素质；②推动实验内容由验证性向设计性、研究性转化，实验范围则扩展至课程实验、金工实习、毕业设计等方面。

（3）资源获取平台

创客的兴起源于硬件开源。在知识膨胀的时代背景下，如何迅速获取并整合有效信息，是决定高校能否走在创新队伍前列的重要因素。为此，工科院校要为学生提供丰富的物化和信息资源获取环境，通过图书馆、数字学习空间等平台引入最新的科技发展动态；还可以创立创客教研室，培养一批具有创客精神的精英教师为学生提供指导，同时邀请科学家、企业家、工程师到校开展交流活动，为学生提供一线的、丰富的、多元的整合资源。

（4）交互协作平台

创新是一个复杂的思维和实践过程，需要具有不同学科背景、不同专业技能的参与者互相交流协作，共同完成方案并予以贯彻落实。学校为学生搭建交流协作平台可从两个方面入手：一是通过创新工作坊的形式组织社团活动；二是专门开辟论坛或网上交互平台，支持创客分享知识、跨界交流和资源对接。

（5）创作平台

创客教育的核心在于校内创作平台的搭建，其基本形式是创客空间。创客空间既是创意的集散地，也是想法转化为现实的实干地，支持知识、人力、物资的循环和流动[11]。创客空间既可以由高校独立开设，也可以由工厂、企业、科研机构和高校等合作开设。而在工科院校开设创客空间，需要教学部门、行政部门和教辅部门等从多方面予以支持：①从硬件上要保证有足够面积的场所，配备交流空间和创作空间，提供计算机、机械加工设备、电子开发等设备；②从管理上要去除行政和学术压力，营造民主轻松的创作气氛，充分挖掘参与者自身的潜力，提高知识的转移和转化效率；③从服务上要完善体系、提高质量，扩充创客空间的服务对象，延长开放时间，提供专门的教师指导。

（6）产品运营平台

创客教育输出的产品不是针对教育系统本身，而是直接指向市场，最终作为生产力推动经济和社会进步，所以产品的后续推广和运营是创客教育必不可少的环节。通常情况下，创客教育产品结合了科技前沿，专注于“长尾市场”，具有明确的目标用户，而这种注重用户个性化需求的产品在成熟的运营平台上会有极大的市场潜力[12]。基于此，学习者不仅要学习经管类课程，还要依托学校的运营平台获取实践经验；高校要充分发挥科研处、学生处和校园社团的作用，组织开展专利申请指导、就业创业指导、经管培训等活动，主动与企业建立联系，为学生提供实习或参与实践项目的机会。此外，目前有许多高校成立了大学生创业园区，孵化了诸多由在校师生注册成立的科技公司，对此高校要做好支持和监督工作，为项目的顺利实施提供保障。

四 创客教育在工科院校的应用模式分析

创客教育在工科院校的应用模式建立在合理的课程结构和完善的平台体系之上，涉及指导理念、发展体系和运行机制等三个层面的内容。

1 指导理念

创客教育包含学习共同体、内容、情境、活动、作品等要素，具有劣构性、挑战性和差异性，遵循以下指导理念：①注重实践——创客教育要注重学习者实践操作能力和问题解决能力的培养，强调以实践为导向，注重在“学中做，做中学”；②以学习为中心——在整个创客教育开展的过程中，学习者既是学习的中心，也是创作的中心，一切教师、管理人员、服务人员的工作都应围绕学习者展开，以人才培养为主、产品输出为辅；③跨学科整合——教学内容要紧跟时代步伐，强调不同学科的交叉和整合，拓宽知识广度，为创新活动奠定基础；④信息技术融合——通过互联网获取开源硬件，提供各种资源、平台和技术支持；⑤项目驱动的协作学习——创客空间聚集了众多志同道合的学习者，他们在创意的基础上进行交流与协作，共同设计项目方案并通过实践予以落实。在此过程中，学习者要亲自参与调研，收集资料，分析研究，将知识运用到实践中，并在活动中重构知识体系[13]。

2 发展体系

创客教育发展的宏观背景是中国创新体系中的产学研一体化，即企业、高校和研究机构建立协同创新关系，三者在双向选择的基础上对科技资源、人才和设备进行优化设置，实现更高的效益输出[14]。当高校的创客教育取得突破性成果后，便可与企业联合进行成果的产业化推广。具体来说，就是高校负责基础理论研究并投入实验；企业则充分发挥自身的动力转化机制和资金投放机制，将创新成果转化为市场产品和经济效益。产学研协同发展的体系为高校的创客教育提供了动力机制和后续的输出保障，也重塑了高校教研的基本形态。当前高校教学改革的走向包括注重培养高阶能力、注重知行合一、注重“用技术学习”的方法取向，以及注重多样化的教学组织形式、注重学习者的个性化发展等[15]的内容取向，与创客教育的应用模式基本吻合。

3 运行机制

创客教育的推广和运行，需要从环境、课程、教学、师资、组织形式等多方面协同推进。创客教育的运行机制如图3所示，该机制架构体现了与创客教育平台搭建之间的耦合关系。首先，在先进教育理念和课程体系的指引下，教学与实验环节为学习者奠定知识与技能基础。其次，当学习者具备一定的知识储备之后，在有效整合资源和学习共同体交流协作的基础上，逐步开展始终以实际问题为导向的创作活动。最后，创客平台的参与者通过头脑风暴分析问题，找到解决问题的思路和方案，并亲自动手实践、开发产品，通过多重测试和优化后投送到运营平台，最终输出面向市场的成熟产品和创新型人才。

图3 创客教育的运行机制

五 结语

创客教育源于教育内部的改革张力和社会经济的发展助力。目前，创客教育在我国的发展和推广还存在经费不足、指导教师经验有限、没有形成科学系统的创客教育体系等问题。为应对这些挑战，一方面要在学习国外院校创客教育成果的基础上推进我国创客教育的本土化；另一方面还要从多方面积极尝试，由政府、企业、社会和高校共同发力，积极探索有中国特色的创客教育之路。

参考文献：

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编辑：小米

Exploration on the Application of Maker Education in Engineering Colleges

LV Guo1XIAO Rui-xue1BAI Zhen-rong2MENG Fan-xing1

The application of maker education in engineering colleges can help to improve learners’ abilities of practice and innovation, communication and collaboration, project development and operation. This paper not only proved the feasibility and necessity of maker education applied in engineering colleges, but also constructed learners’ abilitystructure and corresponding curriculumsystem. The application mode of maker education in engineering colleges was analyzed from the levels of guiding concept, development framework and operation mechanism, providing reference for the application of maker education and the development of engineering education.

maker education; engineering college; course structure; educational mode

G40-057

A

1009—8097（2016）07—0113—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2016.07.017

吕国，副主任，副教授，硕士，研究方向为计算机网络教学与物联网，邮箱为19895739@qq.com。

2015年11月26日