基于CDIO教育模式的创客培育探究

孙 伟，刘迪昱，向泽熙

（1．四川广播电视大学，四川 成都 610073；2．阿坝广播电视大学，四川 阿坝 623000）

基于CDIO教育模式的创客培育探究

孙 伟1，刘迪昱1，向泽熙2

（1．四川广播电视大学，四川 成都 610073；2．阿坝广播电视大学，四川 阿坝 623000）

近年来兴起的“创客教育”将创新与实践结合视为人才培育的核心目标。相较于传统教育的单一学科专才培养模式，在创客培育中“翻转”现行的教学法，培育具有创客思维的跨领域人才尤为重要。以项目导向式学习PBL为主轴，融合MIT工程CDIO教育模式，以及Stanford的D-School跨领域合作思维的“创客培育法”，有利于推动创客教育实践、应用。

CDIO教育模式；创客培育；项目导向；教学设计

近年来，高等职业教育蓬勃发展，而“中国制造2025”“大众创业、万众创新”“互联网+”“一带一路”等重大国家战略为高等职业教育培育技术技能人才提出了更新要求。在此形势下，与社会接轨的职业教育该如何培育社会目前所需用的人才以提升国家竞争力，便成为世界各国争相探讨的重要课题。创客教育除了重新定义了产业环境与制造模式外，同时也逐渐地反推回到教育人才培育的变革，培养具有创客思维的跨领域人才俨然成为世界教育发展的重点趋势。[1]然而创客文化与过去的DIY有着本质上的区别，当代的创客须具备创意设计善用科技、创新思维动手实践、跨领域合作开源共享、开创生活社会关怀等四大特质。

传统高等教学模式大多为教师单向授课，学习者只能学习老师规划好的内容，学习内容单一。除此之外，在学习过程中学习者之间也缺乏有效的互动来进行同伴学习。近年来由于产业之间的横向交流频繁，所产生的问题也逐渐复杂化，亟需具备跨领域复合的人才投入，因此跨领域学习的教育逐渐在大学教育中盛行起来。在此前提下，大学教育的思维已逐渐从以往的教师为主体，转变成以学生为主体的“学习者中心”教学模式，并且强调能够向多元领域伸出触手的T型人才培育，形成有别于传统培育模式的翻转教育。翻转教育其特质在于以学习者为中心，根据每位学生的特性做调整而因材施教，给予学习者弹性的空间与时间去学习。而学校也不再完全以知识传授作为唯一的核心价值，而是将学校视为一个提供学习者间共同学习与合作的场所，塑造出跨领域合作解决问题与行动实践能力的氛围与环境。[2]本研究以项目导向学习（PBL，project-based learning）、MIT工程教育CDIO教育模式及Stanford的D-School跨领域合作思维的相关文献作为研究基础，而形成一套“创客培育法”。

一、创客培育模式和教学设计

翻转课堂由英语“flipped classroom”翻译而来，由来自美国科罗拉多州落基山林地公园高中的两位化学老师乔纳森·伯尔曼和亚纶·萨姆斯提出。[3]翻转教学建立了一个让学习者可以获得适应性且个人化教育的架构，这种创新教学模式已有许多国内外研究指出确实能有效提升学习效果。翻转教学可提高学习专注力和批判思考能力，并改进学习态度。翻转教育打破传统以教师为中心的教学模式，将中心转换到学习者身上，根据每位学生的特性做调整，让课堂致力于探索更深度的主题、创造更多元的学习机会，因此学习者的知识建构是主动的。翻转教育给予学习者更多弹性的空间与时间去学习，能够让学习者自行建构知识且达到自学的目的，将知识转化为能力。在翻转教学中如何应用此思维培育具有创客思维的创客？我们探索了PBL、CDIO工程教育模式及Stanford D-School的跨领域合作思维，应用于“创客培育法”。

1．PBL教学原理与应用

学校教育的目标除了着重于专业知识的获得外，也更应该培养学生具备创意、批判、思考、合作和应用等特质。将项目导向学习（project-based learning，简称PBL）应用于学习历程中，学习者以小组方式被置于专案实务的情境中，探究真实世界问题及挑战，由问题引起学习者对知识的好奇并启发其使用先前知识，让学习者应用各种讯息资源来建构项目，并通过教师引导与设计学习环境来启发学生的问题解决能力，以帮助学习者对于该项目有更深入的实作应用成效。PBL教学法以小组方式进行，通过项目实务小组讨论，探究并形成结果，改进学习策略和思维技巧，以引发问题、发现需求、以学生中心、必备技能、深入调查、回馈与修正、原型发表、关键知识建构为核心架构。我们以PBL为核心，并更进一步导入CDIO的教育模式做为课程操作的流程。

2．CDIO工程教育模式

CDIO分别代表构思（conceive）、设计（design）、实现（implement）、运作（operate）。其中：“构思”阶段分析顾客需求，以发散性思维考虑所面临的问题与需求；“设计”以使用者导向来进行需求设计，寻求跨领域的设计解决方案；“实现”系指将设计转换为原型的过程，包括方案确认与原型制作；“运作”阶段根据实际运作的考验，改进所遭遇的实际问题，并不断修正及反复测试，使该项目达到最佳状态。CDIO工程教育模式就是将工程教育理念潜移默化地植入理论教学、实验教学、企业实训和科技创新活动中，使学生在获得知识的同时，其工程理念、工程素质和工程实践能力都得到不同程度的锻炼和提高。[4]在PBL的核心架构下，以CDIO工程教育模式作为人才培育的操作流程，使教学与项目实践的流程能更为聚焦与系统化。

CDIO通过实施一个完整的项目来达到教学目标，强调培养学生掌握扎实的工程基础理论和专业知识，并应用于实际环境中。CDIO教育理念提倡在基础知识、个人能力、团队沟通能力和系统能力四个层面上进行综合培养的教学模式，使之能够成为符合企业实际需要的人才，是“做中学”（learning by doing） 和“项目式的教育和学习”概念的诠释，通过主动解决真实问题为导向的学习方法，把理论与实践结合。然而CDIO不是一个固定的模式，而是一个开放性的系统，CDIO提供一个普遍适用于人才培育的基准，是工程教育的系统化发展基础。

3．Stanford D-School的跨领域合作思维

本研究除以CDIO教育模式为流程的规划外，更纳入stanford D-School的跨领域合作思维，使小组成员能将各自专业相互结合，形成有效的跨域同伴学习与合作，强调realProject、realDesign、realCompany，找出真实存在的问题，进行真实设计，并实作出成品或服务模式，再接受运作测试及使用者回馈。跨领域合作思维分为五个阶段（如图 1所示）：共鸣 （empathy）、定义 （define）、创造（ideate）、原型制作（prototype）、测试（test）。

图1 跨领域设计思考流程

“共鸣”阶段以人为本思考，发散思考各种问题；“定义”阶段收敛前一阶段的问题，找出使用者的核心需求，定义核心问题；“创造”阶段以不同背景的学习者，发散各种不同专业可能解决问题的方法，帮助使用者解决问题；“原型制作”时以现有资源来收敛及开始制作产品原型或方案；“测试”阶段实际寻找受试者来体验并完成项目。整个过程并不是一个以跨领域无限发散的过程，是以缩放的方式来进行整个项目，跨领域主要发散于两个部分：“共鸣”阶段由各个不同领域的人去思考发散探讨不同面向的问题；“创造构想”阶段，各领域发散可能解决的方法，提出各种可能解决方案。将不同的技术整合收敛，最后得出最合适该专案的方式去呈现原型。

D-school的跨领域合作思维通过跨领域设计思考流程创造出不同领域学习者皆能相互交流与脑力激荡的学习环境，并通过发散与收敛的操作模式来管理专案发展的过程，增加跨领域团队创新开发时合作的密合度。[5]

二、创客培育方法与应用

新工业革命要求工程人才具有全球视野、工程伦理意识、创新意识、合作意识、发展意识和服务意识，特别需要具备跨界创新能力。[6]本研究以PBL的教学方式进行教学，强调项目导向做为学习主轴，在实践过程中直接找到对应的知识应用面，形成“创客培育法”。在执行上，通过CDIO为流程安排整个架构，由构思、设计、实践、运转的流程操作。在执行过程中，以D-School跨域合作的方式来做发散与收敛，使不同领域的学习者相互合作与学习，最后培育出具有创客精神的跨域合作型人才。

创客精神最重要的核心价值在于动手实践的过程，并通过团队实际的进行跨域合作。为培育具有这些特质的学习者，我们以PBL为整体架构，导入CDIO工程教育模式与D-School的跨域合作思维，形成“创客培育四大阶段”（如图2所示）。

图2 创客培育法应用于课程规划设计

1．发散性流程找出多元需求

导论阶段对应CDIO的构思（conceive）部分，通过使用者模拟访谈找出需求。在开始时，教师首先明确题目，详细解说题目，以确保学员都能对题目有共同的认知与理解，避免因题目认知的误解而产生后续操作上的偏差。再建立学习者创客及设计的基本概念，激发学习者对工作坊的好奇与相关知识。随后引导学习者分组并发题，要求各小组对于该项目主题以分组仿真用户访谈的方式查找需求。模拟使用者访谈时，组员轮流分别以受访者及访谈者的角色相互进行访谈，分享生活中有关的想法、意象或生活经验，并将访谈内容记录下来。完成分组模拟后，整理各访谈内容最后归纳出待解决的问题与潜力的需求。

2．设计理解与思考

将构思（conceive） 及设计（design） 对应于发展设计理解与思考阶段，引导学习者通过使用者需求分析、脑力激荡创意发散与收敛，规划以人为中心的设计与服务。将CDIO实现（implement）阶段，利用数字制造机具将设计转换为产品原型、过程或系统整合与测试，发现并解决问题。将运作（operate）阶段通过商业画布的实际应用，思考商业模式中的元素相互作用，满足市场需求。最终以简报发表、摊位摆设的方式让学习者实际演练产品呈现与营销。各阶段的发展流程是在操作上的收放属性。

第一阶段导论是属于逐步发散的过程，有利于找出多元的使用者需求；第二阶段则是从众多的需求中逐步的收敛成具体的设计方案，有利于最适方案的产生；第三阶段则侧重于通过跨领域的知识与技术寻求复杂问题的解决，因此建议要进行多向度的原型初步实作；最后一阶段则是正式收敛到最适切的可运行原型（workable prototype)，并对该具体成果进行使用者测试和营销策略。

在设计理解与思考中，教师应尽量退居成辅助与引导的角色，并将主轴放在小组导向（team-based）的学习与合作上。操作手法应从第一阶段的需求中找出最适于进行设计的方向，通过小组讨论寻求创新解决方案，并借助合作学习的方式，以实践智能生活。小组讨论的过程可运用脑力激荡法、5W1H分析法及情境故事法。运用脑力激荡法（brainstorming）结合讨论，将小组成员聚集在一起并选出小组领头人，以开放式的讨论将脑中和研讨主题有关的见解提出来写在“便利贴”上。在整个过程中，小组领头人尽量维持不打断发言和不进行批评的原则，务求成员都能够表达立场与想法。最后，再将大家的想法重新分类整理，从而产生新观点和问题解决方法，帮助学习者进行讨论，并通过5W1H法及情境故事法分析其讨论出的项目设计。

3．设计制作与应用

为了能协助学习者将设计方案转换成可制作的原型，故融入计算机辅助设计 （CAD） 与计算机辅助制造（CAM），主要内容为3DsMax与3Dprinter的应用。学习者可以有效的设计作品的原型，尤其是3Dprinter的应用有效的缩短了过去从设计到原型之间的成本花费与原型制造上的门坎，使学习者可以大量且多元的测试不同的原型，从中逐渐找出最适合的解决方案。故本阶段的特色在于应用多元的工具形成多套的解决方案与原型，使得跨领域的专业能发挥所长进行互补与整合，找出解决复杂问题的策略。

4．设计呈现与营销

本阶段应用SWOT及商业画布分析法引导学员思考商业模式，并通过简报与作品展览的方式让学员习得呈现与营销的知识和技巧。对于SWOT分析所设计的作品内外部优势及劣势、机会与威胁，在分析时，将所有的内部因素（即优劣势）集中在一起，尔后用外部的力量来对这些因素进行评估。另外，也可应用商业画布分析法，切入客群与其主要问题，据此设计独特价值主张，规划解决方案，将之产品化，并根据质化与量化依据进行决策。通过模块元素组合，辨识出新创事业的三大风险。除思考如何设计及制作之外，设计产品特色、价格、通路等也要考虑。过程不仅可应用于商品与服务，包括理念、事件及个人皆可作为营销的对象，并能确认市场机会及迎合现有或潜在顾客的需求。以设计营销作为如何以人为本的设计思考，能够更完善思考整个设计的生命周期。

三、成效影响的关键要素

创客教育不是旧式的科技制作课，而是培育学生从初学者，逐渐成为消费者、制造者和创新者，最后培育成为具备创新能力的人。[7]面对与过去学习模式不同的创客培育法，以CDIO的构思、设计、实现、运作的流程融入到PBL的教学，学习者普遍能够接受并给予正面的肯定。而课程的分组实做特色以及跨域学习模式亦能刺激学员的创意并帮助整体的学习成效，学习者能将技能与知识的获得实际转化应用到项目的发展。在以PBL作为操作核心的课程类型当中，阶段性实作是影响学习成效的关键要素之一。同时，还需更进一步辅导学员进行深入的创客课程，甚至辅助其就业或创业，并进行长期性的追踪，以观察此项能力是否能够有效的提升。创客培育教学法改变了学习者原先的学习方式，使学习者体验跨域合作的概念也经历其优势，协助学习者初步建立了多元竞争力、跨领域学习、团队沟通合作等能力。

高校应将创业教育以培养自主创业者为主，转为以培养提高综合素质的创客教育为主。[8]发展创客培育法进行高等教育翻转，以学习者为中心发展CDIO工程教育设计课程流程，进行导论、设计理解与思考、设计制作与应用、设计呈现营销，并以Stanford D-School倡导的realProject、realDesign、realCompany的精神进行跨域专题实作，培育学习者具备创新实作精神的创客，并能在合作的过程中培养出团队合作与跨域学习的软硬能力。通过实施工作坊、施测、问卷分析、探讨问题与建议、修正这样的循环，可以帮助创客培育法持续改善，并变得更加完整与适用。

总之，本研究以CDIO精神所发展的PBL创客培育法，帮助学生能在接受高等教育期间导入较多的实际团队操作的机会，并预先演练如何发挥所学的知识与技能于团队中，以期能培育学习者在未来进入职场时，成为具备自身专业又能横向连结资源整合能力的人才。现阶段创客培育法虽仅为初步验证对象，但本研究在操作过程中也发现，短时间并不能够完全满足构思、设计、实现、运作四大阶段所需要的专业训练。运作部分是最难以被彻底执行之处，但短时间内要将所形成的产品原型立即投入市场机制检验是有困难的。因此本研究认为未来应进一步与课程结合，形成体制化的训练模式。

[1]Halverson E R, Sheridan K. The Maker Movement in Education[J].Harvard Educational Review,2014(4):495-504.

[2]Shen Y T,Lu P W.Engage the PowerofSocial Community in the Lecture-based Learning by Using the Collaborative Tagging System[J].Journal of Convergence Information Technology,2013(11):485-493.

[3]石端银,张晓鹏.“翻转课堂”在数学实验课教学中的应用[J].实验室研究与探索,2016(1):176-178.

[4]吴宝华,张辉.CDIO工程教育理念内化路径探究[J].黑龙江教育,2016(5):61-62.

[5]Kimbell L.Rethinking Design Thinking:PartI[J].Design and Culture[J].2011(3):285-306.

[6]周绪红.中国工程教育人才培养模式改革创新的现状与展望:在2015年国际工程教育论坛上的专题报告[J].高等工程教育研究,2016(1):1-4.

[7]杨晓慧.我国高校创业教育与创新型人才培养研究[J].中国高教研究,2015(1):39-44．

[8]王佑镁,叶爱敏.从创客空间到众创空间:基于创新2.0的功能模型与服务路径[J].电化教育研究,2015(11):5-12.

Discussion on Maker Training Based on CDIO Education Mode

SUN Wei1,LIU Di-yu1,XIANG Ze-xi2
(1.Sichuan Radio and TV University，Chengdu 610073,China;2.Aba Radio and TV University,Aba 623000,China)

The emergence of Maker education in recent years views the combination of innovation and practice as the core of talent training.Compared with the mono-discipline training mode of traditional education,it is important to flip the current teaching method and cultivate interdisciplinary talents with creative thinking.Using project-oriented learning PBL as the main axis,integrating MIT engineering CDIO education mode,and Stanford's D-school cross-domain cooperative thinking,the Maker breeding method is conducive to promoting the practice and application of Maker education.

CDIO teaching pattern;Maker training;project orientation;teaching design

G712

A

1009—7600（2017）10—0096—04

2017-08-20

四川省教育厅2015年立项科研课题（15ZB0437）；四川广播电视大学2016年立项科研课题（KTKYC2016008Y）

孙伟（1979—），男，四川巴中人，副教授、高级工程师；刘迪昱（1977—），女，四川绵阳人，高级工程师；向泽熙（1968—），男，四川遂宁人，高级讲师。

[责任编辑，抚顺职院：陈 辉]