基于产品化过程的机器人创客教育范式研究

黄紫微 ，金艾裙

(1.安徽财经大学 创新创业与企业成长学科特区,安徽 蚌埠 233000； 2 安徽工程大学 人文学院,安徽 芜湖 241000)

十九大报告中提出，加快建设制造强国，加快发展先进制造业，就要推动人工智能与互联网、大数据和实体经济产业的深度融合。在工业4.0智能制造时代，党中央、国务院高度重视支持人工智能发展，2019年5G网络的正式商用更加速了物联网与人工智能的整合应用，智能制造业迈入增长期。[1]以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起，已成为时代科技创新的一个重要标志，然而产业蓬勃发展的同时，人才供给却难以跟上。工信部发布的《AI产业人才发展报告(2020-2021年版)》指出，人工智能领域存在人才储备不足且培养机制不完善的问题，预计当前我国有效AI人才缺口达30万。

“中国智造2025”进入关键节点，需要教育和产业的共同努力，以实现从“中国制造”到“中国智造”的飞跃。人工智能教育是当前创新人才培养的重要途径，[2]我国目前仅有30所大学拥有专注于人工智能产学研的实验室，致力于探索技术、商业教育和创业孵化结合的产学研合作的创客工程教育新范式，这种工程技术支撑的垂直化、项目一站式的创客工程教育，尝试精准满足人工智能产业的工程科技创客人才培养。

作为人工智能物联网的入口和重要载体，拥有核心技术和产品创意的机器人创客大量涌现。从产品定义到商业化，机器人创客需经历概念验证、原型开发、小批量、量产到经销渠道管理，围绕供应链、经销渠道和资源网构建的长周期和高成本的生产模式难以独立完成。[3]具有感知、分析和交互功能的机器人产品还面临着产业周期长和产品迭代成本高等诸多考验，加上管理能力欠缺等商业体系的知识短板，存在着商科教育+工程支持的全新教育需求。[4]

针对机器人创客，当工商管理的商科教育引入创客工程教育领域时，存在以下两个问题：创客工程教育作为一种新型教育模式，引入工商管理商科教育是否具有合理性；如果合理，应遵循什么样的教育范式？因此，本研究针对机器人产品化全过程，分析机器人创客的教育需求转变，阐述商科教育融合创客工程教育开展智能引进创客教育的合理性，探索一种有机结合新工科教育和新商科教育的机器人创客教育新范式，详细阐述主体框架、流程与结构，以弥补促进大众创业教育的可持续发展。

一、机器人创客教育的相关研究

(一)创客教育

创客教育是近年来的研究热点，我国学者对创客教育的定义莫衷一是，理论研究中多数学者更倾向于特指“创客式教育”，即致力于应用创客的理念与方式去改造教育培养创新人才。[5]现实实践中，“创客教育”虽然也自下而上地逐渐引入跨学科教育整合的大众创业教育，[6]更多地也表现为“创客式教育”，作为一种教育新理念、新模式、新课程边缘性介入大众创业教育教学系统，究其本质仍是定位于提升就业层次和就业质量转型的解决方法，仍属于流水线式的就业教育的一种表现形式。[7-8]这种“创客式教育”的内涵具有一定局限性，与创客概念的本义存在偏差，“创客的教育”需求内嵌难以融入项目课程教学中。

在这种质疑下，一部分学者提出了“创客的教育”，[9-11]即培养能利用各种技术手段与方法，把创意转化成真实产品的创客人才，这一内涵回归了创客教育中产品化的工程本质与价值分享的商业本质，也体现了创客教育的基本价值取向。虽然“创客式教育”中形态多样的创客空间与形式各异的创客活动，能有效地助推创意的产品化，但是一批已具备创新思维和能力的创客更迫切地需要专业系统的创客课程与培养方案。[10]在现实实践中，“创客的教育”需求也更为旺盛，创客欠缺想法转换为产品的能力，“创客的教育”为创客存在的现实问题与关键痛点提供了可操作性的解决方案。[11]另外创客的专业背景各不相同，教育需求的侧重点也存在偏差，一般意义上的创客式教育难以提供不同产品所需的设计开发能力、工程实践能力及商业竞争与合作能力。

(二)机器人创客教育

创客工程教育是“创客的教育”的重要探索方向，是一种深度融合了创客教育与工程教育，以发展工程科技创客的核心素养的新型创客教育模式。[12]2010年以来，物联网作为新工科的发展方向，激发了创客工程教育理论研究对机器人创客的关注，不仅包含新技术研发的工科研究，更有关于技术商业化范式的商科研究，但是工科和商科彼此并未结合。[13]早期的机器人创客教育借鉴了互联网思维的软件创客教育模式，但由于机器人创客的技术性和专业性，且软硬件产品商业模式基础差异大，软件创客教育模式落实到工程产品化实践过程中却发现举步维艰。[14]因此，在创客工程教育基础上，机器人工程专业体系结合工商管理商业教育，专注于机器人创客的教育，更加有目的、有计划、有组织地开展以机器人产品化为核心的创客学习实践。

二、机器人创客的教育需求转变

现阶段的大众创业教育具有同质性的特征，是就业教育的一部分，依据的是学生的就业需求，根据现有工作的要求与现有的创业机会，培养学生的创业能力，追求通过创建新企业获取利润来解决就业压力。物联网产业革命引发人工智能、大数据、物联网、5G等新兴技术出现，核心算法的涌现、计算能力的提速以及大数据的聚集，给予了全球教育资源获取成本降低，也为机器人创客在项目实现过程中能获得专业实践的训练，使得机器人创客在情境化教学中可实现“因材施教”。因此，机器人创客教育的内涵应超过大众创业内涵的范畴，具有异质性的特征，从创客个体需求出发，以机器人兴趣和创客专业优势为导向，追求创客将想法付诸行动的能力，教师的角色也由单纯的知识讲述转变为协助创客建构科学认知理论体系。

在此背景下，机器人创客的教育需求和物联网产业发展逻辑是相对应的，共有六个维度，如表1所示，包括机器人创客教育必须关注的5W1H六个问题。与互联网推动软件创业的逻辑不同，物联网推动了机器人创业由以制造为核心转向以服务为核心，机器人创客的教育培养与支持体系都面临着挑战。

1． 教育目标(Why)

大众创业教育的目标是创建以获利为前提的新企业，这是解决就业的一种有效途径，其教育目标是培养创业技能，识别筛选创业机会，提高创业成功率，这是一种同质化的就业教育，要求学生最终都具备特定的创业素养。

机器人创客的教育目标是由同质化的就业教育转向差异化的硬件创新创业教育，不再以创业获利为目标，而是要构建以创客优势与个人兴趣为基础的机会创造与实现能力，这也是创客创造力与自信心的来源。

2．学生定位(Who)

大众创业概念中的教育依然是以就业为目标的教育，在教育过程中增设的创业课程，倾向于根据现有工作要求，将学生定位于智能机器的一部分，教会学生识别利用现有机会，学习解决现有问题的各种方案，最终具备同质化的创业技能。

不同于就业人才的培养定位，机器人创客教育倾向于主动发现问题并识别筛选有价值的问题，将学生定位为智能机器的创造者，学生应学习创造机会的能力与扬长避短付诸行动的能力，最终具备异质化的创造力与自信心。

3．教学时间(When)

大众创业教育作为就业教育的一部分，开设的创业课程必备标准化的教学大纲与教学模式，在此范式下，教与学要有预备地在固定时间内同时完成。机器人创客教育中，教学时间为任何时间，知识的传授时间与学生的学习时间无需同步，依据学生产生问题的时间，强调学生主动学习与解决问题的即时性，即产生问题就去学习。

4．教学场景的转变(Where)

大众创业教育作为就业教育一部分，教学场景无论是成立创新创业学院还是开设创业类课程，都是由固定的教学团队面对同一年龄段的学生在固定的学习场所中同时完成教与学。

面对机器人创客的教学场景是每一个创客的独立学校，针对每一个创客在任何时候提出的任何问题，理论知识问题通过全球的教育资源快速提取学习，机器人产品问题通过一个内外协作与一站式硬件样品化的实操工厂付诸实践，包含电子模块、元器件测试、机械结构、加工耗材、品牌设计及完善的软件模块。因此，教学场景是无边界的全球化教育资源搭载有边界的实操工厂的一种协同空间。

5．课程形式的转变(What)

大众创业教育的课程形式是以就业教育类课程为基础模板，按照现有大纲与培养方案，将创业课程增设在统一的课程生产线上，即统一的课堂设计与教学环境、严谨的学科分类、精准的教师主导的评价方式。[11]

机器人创客教育的课程组织形式是创客组成专业协同小组，教学内容根据学生的兴趣与能力安排，着重培养自我管理、主动学习与组织协作的能力，以项目与作品为导向，让学生利用现有技术进行自组织学习，引入企业与投资等社会外部资源，根据产业链要求，布局教育创新链，导向服务链，最终实现教育与生产的良性互动。

6．教学方式的转变(How)

大众创业教育沿用就业教育可复制的模式，究其根本仍是技能型教育的范式与逻辑，即使是创业教育，也是针对现有工作的通用式创业流程的能力教育。在此逻辑下，大众创业教育的范式首先考虑现有工作有哪些创业机会；然后学习成功企业的创业经验；最后培养学生完成此类创业并实现获利需要具备的能力与知识。评估方式依然是教师通过课堂表现与测试成绩予以评判，没有任何实质的创业结果。

机器人创客的需求沿用自我实现人的理论逻辑，前提假设是创客是有学习动机与自我管理能力的，他们主动发掘问题，以问题为动力主动学习并希望利用一切资源解决问题。在此逻辑下，机器人创客教育范式首先是创造内在动力激发与自我实现的环境，协助创客完成自己的想法；然后以产品为导向开展教学，教学过程也是想法产品化的过程；最后培养创客在想法产品化过程中的发现问题解决问题的能力、自信心、决策力与创造力，这种想法付诸行动的能力是机器人创客教育培养的核心能力。评估方式是通过真实可用的产品来衡量能力。

三、机器人创客教育的新范式

(一)机器人创客教育的主体框架

机器人创客教育依托机器人产业+精益创业教育的课程体系，主体框架是与创客的机器人产品化过程相契合的。首先，为确保创客思考完问题就可以立马开展学习，线上将创客的理论知识需求贯穿到适用于WEB端、PC端及移动终端的小规模限制性在线课程，打造无边界化全球化课堂，实时记录可追溯的创客理论元数据；其次，依托机器人产业，围绕创客产品化过程与岗位技能两个核心点建设一站式硬件样品化的共享流动教室，成为线下将创客的想法落实为产品的有边界的实操工厂，开展创新活动，实时记录可追溯的创客产品元数据；最后，机器人创客教育也要将创客的机器人契合进物联网产业需求中，依托物联网产业大数据与创客理论元数据，协助组建管理机器人创新创业项目团队，创造创业机会，协同物联网产业资源，链接物联网产业系统，配合物联网产业轨迹。

综上所述，机器人协同教育的主体框架由三个系统组成，可以概括为以物联网产业大数据为基础设施，从创客的主动需求出发，以物联网产业定制化课程为关键手段，匹配机器人产品化的学习过程，在此过程中启发创客创新活动，创客创造创业机会、形成创客元数据中心，在商业智能管理中实现创客机器人项目的积累、跟踪与协同，如图1所示。

1．创客元数据中心

创客元数据中心是创客理论知识与项目实践的过程数据采集库，可反映每一个创客在机器人产品化过程中具体的教育需求。围绕创客及时发现问题、定义问题与推进问题研究的能力，在机器人产品付出行动的过程中，涵盖协同物联网产业内多专业合作、多课程共享与精细化实训的教育全过程，具体工作为利用大数据技术采集创客学习过程，切实记录各学生的日常学习表现与实践成果，预测处理项目团队的岗位技能需求，形成可追溯的创客需求元数据，并为机器人项目的终身制管理提供数据支持。

2．项目全周期智能管理系统

根据机器人产品的特性，机器人的产品化过程属于产品驱动型项目，项目管理系统遵循产品为王，项目管理要服务于产品的管理思路，项目周期从想法设计持续到产品量产。加上机器人的沉没成本巨大，产品决策必须要由团队来做足够严谨的讨论，因此机器人创客教育的课程体系特别需要项目全周期智能管理系统给予创客实践支持。针对单个机器人产品线，项目全周期智能管理系统需要配置一个硬件项目经理、一个软件产品经理以及一个整体把控的协调人。工作职能具体表现在，项目全周期智能管理系统根据每一个机器人创客的想法，按照软件与硬件先后和限制的关系，通过瀑布流项目管理模式，协助每一个机器人创客输出一份完整的产品规划报告，指导机器人创客团队具体落地执行，包括但不限于以下要素：项目目标、项目管理范围说明、项目团队、投入资源、项目预算、项目方案、合作方、项目风险、进度计划、沟通管理。

3． 物联网产业资源协同系统

针对机器人创客链接物联网产业系统，关键在于资源整合与应用，重点关注物联网产业利益相关者的价值共创。围绕物联网产业链协作机制，通过自主学习，机器人创客在软件开发、设计演算与硬件制造各有所长，但软硬件连接壁垒难以突破，物联网产业资源协同系统定位于物联网开发平台，为机器人创客提供CPU解决方案、关键零组件方案、软硬件连接方案及人机交互方案。

具体来看，在物联网产业资源协同系统中，首先在产品化阶段，所有的机器人创客可以共享物联网产业软件研发平台，所有创客之间双向共享资源，根据资源匹配度组建机器人产品化团队；其次在创客创业阶段，借助物联网区块链技术，链接物联网行业平台、合伙人、入驻商企和消费者，明确划分权力、责任和利益，解决利益冲突，设定共同目标，确保链接进物联网产业资源协同系统的所有创客从传统竞争关系转化为竞合关系，竞合利他实现价值共创；再次，链接物联网产业阶段，所有的机器人创客都是资源配置的一部分，物联网产业系统自动关联资源，针对机器人创客的可追溯的实践经验元数据，开展学科诊断评估、终身制项目跟踪和任务管理，形成独特的平台元数据价值，并以企业为桥梁，深度融合产业资源，共建机器人相关课程，共享科研成果，共育机器人创客人才；最后，提供商品化全产业链支持，如公司结构梳理、员工激励制度与品牌营销等。

(二)机器人创客教育的流程

机器人创客教育的流程是以每一个机器人创客的真实产品为主线，线上定制化课程与线下流动教室均围绕该创客的教育需求，基于创客元数据的“产业+教育”知识网络图谱，高度共享集成产业教育资源与创业教学课程，将物联网产业逻辑贯通到机器人产品化理论教学中，以创客元数据采集为核心，融合产业大数据与创客元数据，满足创客教育需求的过程中匹配物联网产业链，在创客教育与物联网产业链之间形成闭合链条完成价值传递。

机器人创客教育的流程如图2所示：第一步，根据创客元数据完成数字基础设施建设，量化创客的学习过程和机器人产品化的学习状态，形成创客资历框架的独特价值；第二步，开设教育智课完成线上定制课程与线下流动教室的无缝链接，实现创客元数据间的交流，利用大数据技术，追踪和整合教育数据与产业链数据，形成硬件产品特征数据和创客的学习状况数据；第三步，大数据技术下，以创客元数据为纽带，与物联网产业链相匹配，识别市场主导需求，在产学研深度融合的基础上，形成数据驱动型的协同教育平台，开展适应性教学，做到精准管理与有效决策；最后，从研发角度来看，创客开发零件、按标准完成接口和产品架构，创业教育平台收集创客数据、存储机器人产品诊断数据、整理集成教育资源数据、挖掘物联网产业需求数据和反馈物联网产业链匹配应用数据，形成机器人协同教育平台的闭合链条，协同耦合创客教育认知和机器人产品化的过程，连接从创意开发到产品生产的全过程与全流程。

(三)机器人创客的协同教育平台结构

机器人协同教学系统引入物联网产业逻辑形成机器人协同教育平台，主要功能针对机器人产品化过程，产教融合过程中协同共享资源，以贯通理论教学与技能实践的创客创意产品化程度为考核指标，以创客积累机器人项目化知识的全面整合能力为终极目标。

机器人协同教育平台的教学系统如图3所示：

图3 机器人创客教育的平台结构

具体如下：搭建机器人孵化系统完成创客产品化，培养创客想法付诸行动的能力；搭建创客资质学习系统开展创客终身制管理，培养创客在产品化实践中运用专业知识与技能的能力；搭建创客测评认证系统组建机器人产品化团队，培养创客跨专业知识的组合协同能力；搭建产品规划系统实现机器人产品化全过程的数据追踪，培养创客在机器人产品化过程中的决策能力；搭建产业链协同实训系统引入物联网产业链资源，培养创客组织协调产业链条的能力。基于以上五个系统搭建机器人创客教育平台，集中管控创客元数据资源，精细化管理线下共享流动教室与线上教学过程，追溯机器人产品化的流程与协同物联网产业链业务。

聚焦智能制造与物联网产业国家发展战略的基础是人才储备，机器人创客教育的根本是把高校的机器人研究成果和物联网产业衔接起来，帮助创客意识到机器人研究成果与商业成果间的鸿沟。现有的大众创业教育难以弥补这种鸿沟，也与机器人创客的教育需求难以匹配[12]。本文探索的机器人创客教育是面向人工智能的一种未来教育，是针对机器人制造这一细分领域的一种个性化的教育模式，是以创客教育需求为中心、以真实产品为引导，在工科与商科交叉融合的过程中，追求培养每一个创客自我管理能力与想法付诸实践能力。值得注意的是机器人创客教育是一种个性化的教育模式，并非具有复制性，也并非适合所有学生，机器人创客教育应与多种教育模式并存，且需要更多细节化与具体化的教育实践。