创客视域下高职院校开源硬件创新实践课程的设计

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　　摘要：高职院校以培养服务区域经济的应用型高技能人才为目标，如何有效提升学生的创新创业能力，开展创新创业教育实践改革，值得关注。得益于3D打印及Arduino、树莓派等开源硬件的普及，创新创业变得更具可操作性，创客运动也迅速发展。借助开源硬件平台，修订人才培养计划，探索基于创客视域的创新实践课程设计，对于培养技能型复合人才具有积极的推动作用。
　　关键词：3D打印;Arduino;树莓派;创客
　　中图分类号：G642        文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2020）02-0164-02
　　1 高职院校创新创业教育问题
　　在“大众创业、万众创新”的时代背景下，创新创业能力的培养越来越重要，职业院校承担着服务区域经济，为各行业培养应用型高技能人才的重任，有效提升学生的创新创业能力是重要任务之一，高职院校如何高效推动创新创业教育有序开展值得重点关注。而审视创新教育实施过程中的常见问题如创新创业意识不够成熟、理念滞后;很多院校选择在既有课程体系上添加一门《创新创业基础》理论课程，试图满足对创新能力提升的需求，没有与专业课程充分融合，侧重理论，实践性差等弊端，是由现有的人才培养体系、教学模式与实践教学平台、师资的教育理论等诸多因素共同作用导致的。
　　2 创客教育
　　近年来，随着互联网浪潮、3D 打印技术、Arduino、树莓派等开源硬件日渐成熟，利用新兴技术，将创意转变为现实已从遥不可及变得触手可及，把创意转变为现实、勇于创新的人也被称为“创客”，创客运行蓬勃发展，在其带动下，创客教育也在多个教育层面以多种形式迅速开展，而创客的创新、融合、实践、开放和分享的精神与当今高职院校的人才培养理念也十分契合，高职院校如何把创客教育落到实处，积极优化人才培养方案并以课程设计为中心，将创新意识融入课堂，将创客精神融入血液，促进学生创新思维开拓，助力创意转换为产品原型甚至产品，充分激活创业因子，十分值得探索。
　　3 开源硬件与创新实践教学
　　开源硬件是以类似于开源软件的方式设计的硬件[1]，硬件设计的公开以及社区的支持，使得各种硬件产品层出不穷，符合不同要求，针对不同人群，从低端到高端资源十分丰富，为创客教育实践奠定了坚实的基础，极大地推动了创客运动的发展。共享协作的形式也激发了创客们积极创新制造，并积极分享，这使得创新变得更低成本和便捷，这种良性循环，反向驱策着实践教学的发展脚步。开源免费的软硬件平台、丰富完善的产品线、简单易用的产品特性，使得广大学生可以轻松上手，为培养学生的创客精神和推动校园创客文化发展提供了强有力的支撑。
　　4 基于开源硬件的创新实践课程设计
　　创新实践课程的开设涉及许多方面：从体系的构建到实践平台的选择，从教学方式的选择到教师与学生思想观念的转变，需要多方配合。
　　（1） 修订人才培养方案与开设创新实践课程：在传统的人才培养方案中，专业课程的设置基本遵循：通识课→专业基础课→专业课→综合实践/实训课原则，强调纵向递进，从易到难逐渐学习专业知识。这样的设置，本身没有问题，但在实施过程中往往会出现学生因为基础知识学习时间过长，而觉得枯燥，失去兴趣，到了创新实践的阶段动力不足，实践任务完成度低的问题。教育部《高等职业教育创新发展行动计划（2015-2018年）》中指出应“将学生的创新意识培养和创新思维养成融入教育教学全过程，促进专业教育与创新创业教育的有机融合”[2]，如何将创新实践教育贯穿整个教育过程，这需要优化人才培养方案，构建合理的课程体系，而依据创客教育的理念修订人才培养方案是一种好的解决方案。引入开源硬件，开设开源硬件基础创新实践课程，借助开源硬件优势，从大一的第一学期即开始接触，增强学生的动手、团队协作等能力，建立对工程实践的认知，之后逐步过渡到中阶、高阶以及综合项目上，形成基于多种开源硬件的多维度立体化实践教育体系。
　　（2） 开源硬件平台对比与选择：目前的开源硬件平台种类繁多，主要包括Arduino[3]系列及其衍生系列（microduino、Makeblock、Intel Galileo伽利略等）、micro：bit、树莓派、pcDuino等。各平臺情况简介如表1。
　　从易用程度来区分，Makeblock、Microduino、micro：bit难度相当，硬件连接简单，软件有图形化编程软件简单易用，低年龄层使用也基本无障碍;Arduino难度中等，适合青少年以及无基础或弱基础的大学生;树莓派、Intel Galileo、pcDuino有一定难度，更适合有一定基础（如Linux）的学习者。各种开源平台，各有所长，Arduino因为应用最为广泛，可作为大一新生的入门级平台首选，后续年级可以选择更多功能、更高端的开源平台如树莓派。部分院校建有创客空间，可以充分借助创客空间优势，利用创客空间器材，开展课程，我院创客空间以Makeblock器材为主，因此课程初期以Makeblock作为入门，然后过渡到Arduino，进阶迁移到树莓派。
　　（3） 开源硬件与3D打印：3D打印亦称“增材制造 ”（ additive manufacturing） ，是制造业的一项新兴技术，使用3D绘图软件建好3D模型并打印出来，非常有助于创新思维模式的培养，而将3D打印与开源硬件相结合，可以创造出更多富有想象力和创造力、充满科技感的智能化作品，二者结合也是目前智能化产品交互原型设计的首选，可以极大提升创新应用原型交付能力，是学生创新能力培养的良助。学习3D建模软件的使用，也可以提升学生的动手能力。
　　（4） 基于创客教育模式的课程设计：创客教育强调将创新想法从虚拟变为现实，而这种“梦想成真”的成就感，无疑会为后续的学习提供持续动力，课程设计中循序渐进且富有吸引力的创意项目是设计的核心。创新课程的实施遵循创客教育教学模式，采用项目制，以学生为中心，注重过程，强调做中学，以实现一个机器人为例，项目的实施过程为：主题确定→确定机器人主题→头脑风暴→小组讨论，设计构思出机器人的外形以及功能并形成构思草图→教师评估方案可行性并给出建议→外观方案确定（3D建模与打印、其他DIY方案或现成模型）→外观方案实施→开源硬件平台熟悉→电子与机械基础知识认知与学习→控制方案确定→电子、机械组装与调试→编程实现→操控端实现→效果检验→展示汇报。某学生完成的机器人作品展示汇报结果如图1所示。
　　通过项目的实施，将各种知识与技能穿插其中，包括：沟通与交流展示、资料收集分析与筛选、各种电子器件/传感器的识别与使用、机电基础、各种通信模块使用、Arduino编程与调试等。
　　（5） 师资创新教育理念形成：创新实践课程促使学生不断地学习，这同样适用于教师，作为综合性极强的创造性活动，这类课程需要师资具备较强的综合素质，当学生开展创新活动时，特别是创意头脑风暴之后，能适时的给予学生一些引导，帮助评估方案的可行性，并提供专业的技术支持，这往往涉及多学科交叉融合以及各种新技术的应用，既是对师资的一种挑战，也利于教师个人能力的提升和长期发展，师资创新教育理念的形式，有利于促使师生共同进步。
　　5 总结
　　基于开源硬件的创新实践课程使得工科专业甚至文科以及艺术专业的学生，都可以快速开展实践训练，通过开源平台快速完成项目，可激励学生主动学习专业课程，而项目的低成本也使得学生课后的自主学习、持续学习和创新更触手可及。通过创新实践课程有效衔接每个学年，可持续驱动学生积极学习的热情，为后续的专业课程（如物联网、机器人）打下基础，十分有利于长远的发展，作为一种创新型教学模式，特别是在高职院校强调的培养技能型复合人才的背景下更是具有积极的推动作用。
　　参考文献：
　　[1] 薛金.开源硬件师资培训的行动研究[D]. 上海师范大学教育学院，2018.8.
　　[2] 孙玉娣.创新创业教育与专业教育融合研究[J]. 新课程研究（下旬）， 2019（1）：27.
　　[3] 刘少江，许志明，等.创客教育背景下转型应用高校开源硬件实践课程的设计与探索[J].高教学刊，2019（9）：36.
　　【通联编辑：王力】
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