创客教育在土木工程CAD教学中的应用

齐麟　张杨

摘 要 将创客教育理念与《土木工程CAD》课程相结合，设计了符合创客项目八要点的教学项目，并以其为主线将知识技能融入其中。应用创客教育理念，设计了包含五个项目实施阶段的教学策略，将学生创造能力的培养融入到项目的实施过程中，实现“在创造中学习”。将教育活动的中心由教师转变为学生，教师为教学过程的设计者和组织者。建立了与传统考试评价方式相结合的创客项目评价标准，启发学习者的创新意识、激发学习者的创造能力。通过基于创客教育的《土木工程CAD》教学改革，改革当前软件技能类课程的“逐一介绍软件功能”的传统教学方法，使教学效果超越单纯技能培训的层面，提升到培养学生创造力的高度。

关键词 创客教育 创客项目 土木工程CAD 改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.055

Abstract Based on the Maker Education idea， teaching programs for the course Civil Engineering CAD with the accordance of eight key points of the Maker program are designed. The essential technique of the course is integrated into the programs. Teaching policy consisting of five stages is also designed based on the Maker Education idea. Training of the student creative ability is integrated into the teaching policy， so the study can be carried in the creative process. By the Maker Education， students rather than the teacher become the center of the teaching activity， and the teacher becomes the designer and the organizer. The new evaluation criterion considering the connection of the traditional examination evaluation for Maker program is established. By this criterion the innovation consciousness and creative ability of the student can be promoted. In the traditional software class， functions are introduced one by one， and the operation technique is the objective. By the Maker Education， creation promoting becomes the main objective.

Keywords Maker Education； Maker program； Civil Engineering CAD； reform

创客源于英文单词“Maker”，原意为“制造者”。创客运动源于美国麻省理工大学发起的Fab Lab项目。[1]该项目以个人创意、个人设计、个人制造为核心理念，旨在构建融合设计、制造、調试、分析以及文档管理全流程的创新制造环境。Fab Lab理念与实践在全球的传播，推动了创客运动的兴起与发展。[2]2015年李克强总理在《政府工作报告》中对创客运动给予了高度评价；[3]2016年5月国务院印发的《国家创新驱动发展战略纲要》也明确提出了发展创客运动的意见。[4]

创客运动对教育领域也产生了巨大的影响，创客运动与教育的结合正在改变传统教育的理念、组织、模式与方法。2015年《地平线报告》（New Horizon Report）高等教育版[5]将创客视为未来影响教育领域的关键技术。创客教育旨在提升学生的创新、创造和创业能力，掀起了一股席卷全球的教育变革浪潮。[6]作为创客运动的发源地，美国在2009年启动“创客教育计划”，斯坦福大学、威斯康星大学、内华达大学等60多所美国高校成立了创客空间。[7]2010年，国内创客空间的大本营“新空间”扎根上海，创客教育在我国悄然兴起。国内高校与部分中小学纷纷启动创客空间与创客社团的建设计划，清华大学创客教育论坛与中美青年创客大赛等一系列活动促进了创客教育在我国的发展。[8，9]

1 创客教育模式在土木工程CAD教学中的意义

土木工程CAD为高校课程中的软件技能类课程。传统观念认为软件技能类课程的主要目标是使学生熟练掌握软件的功能，能够使用软件进行工程的设计、计算与图纸绘制。因此在教学上也按部就班，按照章节循序渐进，将软件的各种功能逐一进行讲解。这样的教学方法虽可较全面介绍软件功能，却也会使学生产生麻木厌倦心理，课堂参与度不高，只懂操作不知应用，更无法培养学生的创造力。实际上，采用软件进行产品或工程设计是理论课程所学知识的集中应用过程，是最贴近产品的技术阶段，也是今后从事相关工作时最实用的专业技能。通过精心的教学设计与创新的教法改革，软件技能类课程不仅可使学生综合应用专业理论知识，还可以激发其创造力，提高其学习积极性。在国家大力倡导培养应用型人才的背景下，采用全新的教学理念对软件技能类课程进行教学改革，培养学生创造性地应用软件进行产品与工程的设计，而不仅仅停留在软件操作层面上，更具有重要的实践意义。

精心设计的软件技能类课程具有易于培养学生创造力的特性。本文引入创客理念，以土木工程CAD作为载体进行教学改革，探索基于创客教育理念的新教学模式，以提高学生的创造性为根本目标，以综合创意思维、课程知识与工程实际而设计的创客项目为主线，为学习者提供较大的创造空间。学生基于创客项目开展创造性的设计与学习活动，生成创造性的产品，并在此过程中获得知识、技能以及创造力的多重提升。

2 创客项目的设计

创客教育的载体是精心设计的创客项目。在土木工程CAD教学改革中，需精心设计创客项目，使学生在分析项目、设计方案、实施项目的过程中完成基于创造的学习，形成具有创造性的作品。

Sylvia Libow Martinez和Gary Stage[10]总结了创客项目所需要的八个要点，如表1所示。

本文作者在教学实践中建立了多个创客教学项目，下面以其中一例进行说明，具体项目要素如表2所示。

作者在题目设计时充分考虑了创客项目应具备的八个要点。

（1）切身性。中国民航大学新校区建设项目中机场学院科研教学大楼是其中一项重要工程。试验室、教室、研究室的建筑设计是机场学院每一位师生都极为关切的事情，涉及到每一位师生未来的学习、工作与生活。对教学对象来说，该项目具有极强的切身性。

（2）复杂性。新校区建设项目中机场学院科研教学大楼建筑面积达到1.5万平方米，这样大体量的建筑设计本身便具有复杂性。

（3）充足的资源。充分利用每周五晚上学院机房的空闲时间，开放机房为学生提供设计条件。机房电脑装有正版设计软件，同时便于各组成员互相讨论，共同工作。

（4）互动和合作。5位同学组成一个小组，集思广益，分工合作，共同完成任务。

（5）高强度。大三学生具有较多的课业任务，考虑到本项目的复杂性，在规定的时间内完成任务需要较高强度的精力投入，便于发掘学生的潜力，锻炼学生的自觉性。

（6）合理的时间安排。本项目要求学生在六周时间内完成，具体时间安排为每周土木工程CAD教学课堂，10～15教学周周五晚19：30～2：00。教学在周二，课外学习在周五，工作时间安排均匀，充分利用了课外时间。

（7）分享教育。项目设计完成后每组要分别介绍自己的设计思路，展示自己的设计方案，便于大家互相学习，互相进步。

（8）新颖性。本项目为开放式项目，建筑设计包含较强的创造性，指导教师除必要的技术性指导外没有给学生设置限制条件，便于学生发挥自己的创造力。

3 教学策略

专业化教学策略是创客教育的关键。对应于创造性学习的基本阶段，可将本项目的实施过程分为项目准备阶段、方案分项设计阶段、方案集中设计阶段、方案分享与评价阶段。分项设计与集中设计是模拟设计院工程人员在实际建筑设计过程中的各专业分工合作过程；方案分享与评价阶段是模拟实际工作中建筑设计方案的评选竞标过程。本项目实施阶段的设计使教学充分结合生产实际，使学生在学习阶段即切身体验真实的建筑设计过程。

（1）项目准备阶段：任课教师在项目开始前首先将项目的背景、意义、项目实施途径、实施方法进行详细的介绍，并讲授必要的Auto CAD绘图方法与技巧。

（2）方案分项设计阶段：项目组每人分别设计一层或一部分。重点观察学生开展项目的过程，制定一人一策的指导计划。掌握每人的学习状态与学习进度，针对每人的具体情况进行制图方法与技巧的指导。讲明优秀的设计方案将作为新校区设计师的参考，用于新校区大楼的方案设计，激发学生的创作动力，增强大家的参与热情。

（3）方案集中设计阶段：项目组多人将分项设计进行组合，核对设计是否有错误，分析设计图纸是否有相互矛盾的地方。

（4）方案分享与评价阶段：各组分别介绍设计方案的思路、设计过程，介绍方案设计如何满足建筑的功能性，结构设计如何满足承载安全性等，并开展设计方案评比。

4 明确教师定位

在传统教学模式下，教师的角色为知识传播者，在教学活动中处于中心地位。在知识传播过程中，教师具有极大权威。在创客教育背景下，原有的教学模式被打破，教学形式极为灵活，没有固定的教案，也没有固定的知识讲授。学生在完成创客项目的过程中会遇到各种意想不到的问题，而这些问题教师也可能不熟悉不明白。因此在创客教学模式下教师的定位发生了极大的改变，教学活动的中心由教师转变为学生。在土木工程CAD创客教学过程中，作者深刻感受到教师已不是传统教学模式下的知识传授者，而是变成了教学过程的设计者与组织者。学生在探索中学习，在创造中进步，通过创客教学学生可能成为某一方面的专家，在某些知识领域内超过了教师。随着教师定位的改变，教师不应再把自己当作专业权威，而是应放平心态与学生一同学习，共同探索未知的世界。

在教师定位改变的过程中，教师仍应牢记自己的作为教学设计者与组织者的职责，承担为学生提供必要指导的责任。基于教师的教学经验，考虑学生的知识水平与认知能力，制定合理有效的创客项目是开展创客教学改革的基础，也是教师教学设计中的重要环节。在创客项目开展过程中，教师应合理组织与调配教学资源。例如土木工程CAD创客教学中，教师应对机房、电脑、投影、软件、打印机等必要的教学资源进行安排与分配，当好调节者。利用自身丰富的专业知识与教学经验及时给予学生必要的技术指导，在学生遇到困难时提供必要的支持与帮助。在项目组学生分工合作的过程中发挥引导与鼓励作用，形成良好的合作氛围，当好指导者。

基于创客教育理念的教学改革过程中，教师在知识的宽度与广度方面也面临着深刻的挑战。在土木工程CAD创客式教学改革过程中，学生为完成创客项目会采用多种设计软件与设计手段。在使用新方法遇到困难时，学生期望从教师处得到帮助与支持。这就要求教师除了基本的课本知识外，还需拓宽专业知识的深度与广度，不断学习新知识，掌握新技术，提高自身能力，做到教學相长。

5 項目评价

基于创客教育理念的新型教学模式的最终目标是培养学生的创造力，而创造力最明显地体现在学生采用Auto CAD软件所完成的设计作品中。学生完成的创客项目是否发挥与提高了创造力，这个问题不仅可以衡量创客项目设计是否合理，还可衡量基于创客理念的教学改革是否达到预定的效果。因此，需制定有针对性的标准对学生作品进行评价。土木工程CAD课程中的创客项目为方案设计类题目，作者在教学中设计了五个考查维度：（1）结构设计与建筑设计的符合度；（2）方案设计是否满足工程的使用功能；（3）方案的经济性；（4）方案的新颖性；（5）过程考查，即学生在创作过程中的设计效率，考查其对软件的操作技巧与熟练程度。

各项目组设计作品的评价专家由任课教师与具有较丰富设计经验的外聘工程技术人员组成。任课教师重点考查结构设计是否满足工程的使用功能，以及完成过程的评价；外聘工程人员主要考查结构设计与建筑设计的符合度、方案的经济性与新颖性。评价过程中还加入了各项目组成员互相点评环节，极大地提高了学生的课堂参与程度。

为使创客教学模式下的项目评价结果与传统考试评价制度结合，采取了多元评价加权计分方法，即任课教师的评价对应40%的权重，外聘专业技术人员的评价对应30%的权重，项目组互评对应30%的权重。采用百分制加权计算分数，实现与传统考试评价方式的对接。在此评价机制下，教师不是唯一的评分主体，专业技术人员与授课对象本人都参与到评价过程中，提高了评分的客观性与公平性，具有操作性与实用性，实现了新型评价模式与传统考试评价的对接。

6 结语

将创客教育“创新、实践、分享”的理念与土木工程CAD课程相结合，设计了符合创客项目八要点的教学项目，并以其为主线将知识技能融入其中。应用创客教育理念，将创客项目的实施过程分为项目准备阶段、方案分项设计阶段、方案集中设计阶段、方案分享与评价阶段。将学生创造力的培养融入到项目的实施过程中，使学生在掌握实际操作能力的同时培养创新意识、创造能力和创新思维，实现“在创造中学习”。创客教育活动的中心由教师转变为学生，教师变成了教学过程的设计者和组织者。教师除了基本的课本知识外还需不断学习新知识，掌握新技术，拓宽专业知识的深度与广度。建立了与传统考试评价方式相结合的创客项目评价标准，以启发学习者的创新意识、激发学习者的创造能力。

通过基于创客教育的土木工程CAD教学改革，改进软件技能类课程的教学与评价方式，改革当前软件技能类课程“逐一介绍软件功能”的传统教学方法，使教学效果超越单纯技能培训的层面，提升到培养学生创造力的高度。同时，将创客教育与课程教学相结合的实践对发展创客教育理论也具有一定的价值。

参考文献

[1] Anderson， C. . Makers： The New Industrial Revolution[M].New York： Crown.， 2012.

[2] 祝智庭，孙妍妍.创客教育：信息技术使能的创新教育实践场[J].中国电化教育，2015（336）：14-21.

[3] 李克强.政府工作报告[R].北京：全国人民代表大会，2015.

[4] 中共中央、国务院.国家创新驱动发展战略纲要.北京，2016.

[5] NMC Horizon Report： 2015 higher education edition. Johnson， L， Adams Becker ，S， Estrada， V， Freeman， A. 2015.

[6] Halverson， E. R.， Sheridan， K. M.. The Maker Movement in Education[J]. Harvard Educational Review，2014.84（4）：495-504.

[7] Peppler， K.， Bender， S.. Maker Movement Spreads Innovation One Project at a Time[J]. PhiDeltaKappan，2014.95（3）：22-27.

[8] 吴俊杰.创客运动与STEM教育——专访：“创客教父”Mitch Altman[J].中小学信息教育，2013（12）：39-42.

[9] 徐思彦，李正风.公众参与创新的社会网络：创客运动与创客空间[J].科学学研究，2014.32（12）：1789-1796.

[10] Martinez S.， Stager G. Invent to learn： Making，tinkering，and engineering the classroom[M]. California： Constructing Modern Knowledge Press，2013.