创新工程教育的理念与探索——面向未来的创客实践

汪思源，杨凯悦，王文标

（大连海事大学 信息科学技术学院,辽宁 大连 116026）

创新工程教育的理念与探索
——面向未来的创客实践

汪思源，杨凯悦，王文标

（大连海事大学 信息科学技术学院,辽宁 大连 116026）

教育的本源是帮助人们更好地守护心灵和完善人格，获得更高层面的快乐与健康；而好奇与探求未知是人类与生俱来的“快乐”本能，这种创新追求就是在不断认识世界和改造世界中实现自我价值。但当前大学的教与学在理念与行为中存在严重的偏差，表现于师生双方都功利性地更多面向既往而弱于开拓，缺乏创新思维构建的主观作为。通过打造设问质疑、碎片重构、作品检验、循环上升的问题引领和目标导向的培养模式，强化知行合一的能力训练。以网络化支撑、个性化培养和创客化共生，着力培养一大批应对未来社会变化和社会需求的创新型人才。

创新能力；工程教育；创客；问题导向；翻转课堂

一、引言

叶圣陶先生曾说：“教育是农业而不是工业。受教育的人跟种子一样，全都是有生命的，能自己发育自己成长。”不能当作瓶子进行灌输，强调“所谓办教育，最主要的就是给受教育者提供充分的合适条件。”教学的艺术不在于告知与传授，更在于激励、唤醒和鼓舞，就是要点燃学习者的自我学习热情。最新研究表明，学习的本质可以是自组织与自构行为。陶行知先生也在《创造宣言》中表述：“教师的成功是创造出值得自己崇拜的人。先生之最大的快乐，是创造出值得自己崇拜的学生。说得正确些，先生创造学生，学生也创造先生，学生先生合作而创造出值得彼此崇拜之活人。”教育的本源就在于塑造具有真善美品格的活生生的人。

科技改变着生活，也在倒逼着教育变革。传统教育滞后于社会发展，内容陈旧，方式落后，效率低下，培养目标则是以满足以往社会和现有社会的需求，而并未着眼于未来。田园书院式的教育是以农耕经济为背景的；铃声、班级、教室等则具有鲜明的规模化、标准化的大工业化的特征；而今天的学习具有移动便捷、个性多样、随时随处可行、包括了在线体验和碎片化的特点，这些都离不开网络化的支撑。学习者在互联网平台上利用各种技术和非技术手段，通过团队协作发现问题，解构问题，寻找解决方案，最终收获包括人际沟通、团队协作、批判性思维、自我知识与能力的个性化重构等多维度的全方位立体化的成长。“互联网+”让教育从封闭走向开放，打破了权威对知识的垄断。网络让世界变平，每个有知识和有技能的人在这个平台上都能成为老师，所有需要知识和技能的人在这个平台上也都能找到榜样，从而改变了每个人影响世界的方式。单个人、单学科、单知识点等必须置于网络背景下思考，这种跨时空的新型教育生态必然是社会发展的需求和教育发展的趋势。爱因斯坦说：“所谓的教育，就是把在学校学到的知识忘掉，剩下的那一部分才是教育。”大学不是不重要了，而是必须变革。

二、确立以兴趣为坐标的创新欲望点燃方法

创造的细胞是蕴藏在兴趣中的。[1]只有兴趣，才会激发和产生别人没有、前人不曾有的想法与行为，从而伴随崭新的结果。创新的教育观与教育的灵魂，就在于激发、引导和服务学生的兴趣，由“传道、授业、解惑”发展到在“启志、启惑”基础上的导学与示例。不是简单的记忆已有的结论，而是从学科和专业的宽广视角“求”“悟”社会的发展与进步，审视先哲的探索之路，感慨于己之生不在其时，而未成为昨日的牛顿与爱迪生，立志于站上巨人的肩膀，成为明天的哥伦布。教师通过展示学科前沿的风光，激发和培养学习者的兴趣。教育不是简单的“告知”和“打造”，而是“服务”于学生的兴趣和提供富有人文精神的“生活”；是告诉每个学生“你可能对这门学问感兴趣？看看这几本书是否适合你”；就是要唤醒学生的兴趣，教授工具书的使用、资料的查询和每门课的特点及学习方法；还要告诉他不要迷信权威（包括老师自己），“不唯书，不唯上”。努力很重要，但好奇心更重要，没有人比一个拥有好奇心的孩子学习更努力和更易于走向成功的。国家科技进步特等奖获得者，有“小麦之父”美誉的李振声院士曾说，科研工作需要“以兴趣始，以毅力终”，不同于“一分耕耘，一分收获”，更可能是“十分耕耘，十分收获”。在教学中需不断激发学生的内在兴趣，并逐步上升为“为伊消得人憔悴，衣带渐宽终不悔”的“乐学境界”。如缺乏兴趣，就不愿意做第一第二分的耕耘，而没有毅力，也就没有第八第九分的努力，也获取不了最后的十分收获，也就难以收获“会当凌绝顶，一览众山小”的喜悦和成就感，胜利往往在于最困难时候的再坚持一下。美国麻省理工学院等多所高校提出的“将对市场利润的追逐和对高端学术的精进追求相融合”的工程教育模式尤其受到关注和认可。当今世界，已有众多的示例证明了：人们出于爱好所做的事情和出于经济利益所做的事情之间重合之处已经是越来越多。关注学生整个学习与研究的内在动力，突出兴趣的引导作用，视学生培养过程为一个完整人格的塑造。因为，只有认同兴趣在学生学习过程中具有原动力的作用，使学生学习动力中最活跃的基因动起来，学生的创新性学习才有原创性，学生的自主性学习才有不竭的动力源。[2]经典的“木桶理论”新解为该桶的价值是在于强化长板和长板群，而非补长短板，短板可以由网络上的其他板料替代。教育是在“学科专业平台化”上梳理知识点，编织网状结构，从而构建面向一大类问题的宽口径多任务的支撑环境。

但也需注意到，由于学生的阅历与生长环境等局限，如果任由学生兴趣驱使，也会造成“娇宠溺爱”的不良后果，因为兴趣也是可以因时因地而培养的。教师角色能否准确定位，直接关系到创新工程教育的改革成败。教师工作没有爱是不行的，但是仅有爱又是远远不够的。多年灌输教育下的学生习惯于标准答案的“喂养”，如同“笼中鸟”，并且可悲于在打开笼门时的不想飞也不会飞。此时教师的“教练”角色更应成为课堂的“主角”，严格对学生的兴趣爱好和习惯加以引导、规范和约束，严师方能出高徒，管理就是一种严肃的爱。教师不能作为“选手”替学生跑完人生的旅途，他应是教会学生训练方法的教练，让学生掌握学习方法，真正做到“授人以渔”。

三、探索以问题为导向的创新技能培养模式

欲有学问先学“问”，强化问题意识。提出问题、分析问题、解决问题，对这三方面的理解和权重分配在创新教学中提升新的认识。既往老师给学生写评语常评价后两项而忽视和不够重视首项[3]。互联网时代教师职责的重点必须有所转移，“启惑导学”更优于或融于“解惑授业”中。教学只有在学习者学习真实发生的地方才有可能成为成功的教学，而绝非是教学者自认为的严谨流畅和华美。爱因斯坦说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。因为解决一个问题也许仅仅是一个数学上的或实验上的技能而已，而提出新问题、新可能性，从新角度去看旧问题，都需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”问题一词重点在问，问何题到提何问。那么，问号又从何而来呢？问号来自思考，问号来自观察，问号来自生活。问号的本质和核心是来自——需求，人类进步的发明史已清楚地表明，需求不仅是一切创新的出发点和归宿，也是检测创新有效性的试金石。不断地寻找需求，跟踪需求，满足需求，在需求的深入和具体化中日益改变自己与影响周边。马斯洛的理论为不同层面的需求分析提供了借鉴和参考，同时建立起一个泛化的需求概念，即人们需求的常常是功能而非简单直接的物品。在事物发展过程中总存在着一些不方便和缺欠，而解决这些问题正是创客们工程实践的靶心与目标。

如何构建“自然的批判性的学习环境”[1]，提问非常有助于建立学习者的知识体系，在学习和修正思维模式的过程中起着极为重要的作用。当教育者能成功地刺激学生问自己的问题时，也就为其自主学习奠定了基础。人类是富有求知欲的动物，人们在努力解决跟自己息息相关的问题时就在自然地学习，他们逐渐培养起一种内在的兴趣，这种兴趣引导着他们对知识的追求，自构和重构自我独特的知识树，并借此转化为主动的行为，提升自我能力。学生是学习的主人，而老师则提供督导帮助，也是某种意义上的工具，外因只有通过内因才起作用。师者，更应该是众生学习和模仿进行科研的楷模和表率，如何能够“知其然，且知其所以然”，并落实于知行合一，老师自身的质疑能力，以及其释惑过程，更应该在教学工作中放大和加强。

思想指导行动，目标引导结果，缺少创新思维，就难以有创新的行为与成果。质疑是其重要组成部分，导师的质疑、启惑与学生的自我释疑，贯穿研究的全过程。必要的模式训练，也可为创新带来事半功倍的效果，实现在逻辑与非逻辑间游走。概括而简洁的通用提问模板有：“问题是什么？原因是什么？办法是什么？结果是什么？”简称为“四问法”，并要求学生不断进行迭代深入，螺旋上升，实现“从不知道到知道，再到新的不知道”（见表1）。

表1 四问法及其原则和关键点

在社会生活中也如是，自我不试图求解的问题，可能仅仅是消极的牢骚；科学和逻辑思考后的问题，就可能是积极的建议。在学校不是由你来给老师出题，职场中也不是由你来给领导出题；问题导向式的学习与求教，就不是简单的虚心、听讲和“装瓶”，而应该是带着你的思考和解决的预案，来听取别人对此的建议、指导和决断，并进而分析执行方案与自我预案的差异，在修正完善中得以提高。陶行知先生说“发明千千万，起点是一问，智者问的巧，愚者问的笨”，如何训练质疑设问是构建学生创新思维的重要组成部分。

这是一个碎片化的时代，网络被称为第一杀手，学科与专业化知识常被时空多维度地“撕成碎片”，不同的问题在不同关注点下的链接、切入与深浅不同的阐述和跳出，打乱了原有知识体系的强逻辑性和相关性。快节奏的生活是碎片化的又一杀手，直截了当的答案跳过繁杂的推导过程[7]。因此，有了基于联通主义的学习过程，由过去按部就班的了解、记忆与掌握知识，让位于方便快捷的搜索、甄别和应用知识。个人不可能什么都知道和什么都会，而如何获取知识和知道谁会变得更为重要。学习的成本在降低，动动鼠标而已；创新的成本在飞升，难以形成独到的发现和发明。网络化的学习易于具有“浅、泛、散”的不足，简单的多与杂而不构成体系和能力只能够是无用的散沙，即“碎片化”形成一系列如同拼图游戏中的散件，没有经过整理的知识不易于提取，没有得到运用的知识也会快速遗忘；建构主义的学说意在提出“能力与重构的个性化”，即在教育中进行非标准化的面向个体特征的碎片化知识与能力的重构建设，打破人才培养中的工业化大批量标准件生产格局。这需要师生间在主客观认识上进行更为主动的作为。

四、构建基于翻转课堂的创新知识结构和课程体系

新的科技改变着教学手段和教学理念，“翻转课堂”“慕课”“微课”等教学环境的出现使学生在学习自主性、团队协作精神、创新精神等的培养上更具有优势。“翻转课堂”是一种由“以教为主”向“以学为主”转变的有效形式。在翻转课堂中，典型的课堂讲解时间由实验和课内讨论等活动代替，而原有的课堂讲解则以视频等其他媒介形式由学生在课外时间完成[5]，把课堂的时间用来更高效地进行面对面的讨论探究，强化学生对知识的消化吸收，进行“深层次”的学习。“慕课”是“大规模在线开放课程”的简称。“大规模”既指参与者众多，又指课程活动范围广、涵盖内容多；“开放”指它所提供的教学资源、教学环境和评价体系都是全程开放，面向全球各地的学习者；“在线”强调它所依赖的网络技术、信息技术和智能背景，同时也显示它所提供的教学内容不因时空限制而影响传授。“微课”是将知识体系碎片化，以知识点为单元构建独立的网络视频教程，更便于教学双方根据需要而方便地组合应用。

在传统网络课程中，学习者只能单方面地从网络课程中获取知识，缺少对课程的贡献以及个性化的培育，更缺少与其他学习者及时的互动交流。以“翻转课堂”为代表的创新型教学手段是基于关联主义学习理论的，其主要观点包括：信息是节点，知识是连接，理解是网络的凸显特性；学习者通过路径寻找和意义建构对知识领域进行探索和协商，其中路径寻找涉及信息导航的各类线索，意义建构是创建连接的过程，学习者通过“作品”来表征自己对知识的理解，并听取他人的点评、意见、建议和老师的针对性指导。采用讨论式、启发式、研究式、讲评式等多样化的教学方法，师生互动、教学相长，从而激发学生的潜能，实现个性化特色。在“翻转课堂”中学生以课内作业、实践和讨论的形式参与活动，特别是学生在鼓励同伴讨论的实验环境中学习，他们能利用相互解释概念的过程，进行强化、巩固或纠偏自己对概念的理解，建构自己的知识体系和提升能力。“翻转课堂”的贡献在于，依赖网络技术将课堂教学纵向延伸到了课前和课后，而且横向拓宽和加深了学习者（包括老师）之间的互动交流。

三人行必有我师。网络时空下教育资源的丰富性以及伴随最新科技的时效性，“世界是平的[4]”，每个人都既是知识的消费者，又能够成为知识的提供者。传统的老师是知识和学生之间的媒介，网络时代的老师提升为学习资源的整合管理与参与者。师生间的探究研讨，教学相长的自构、互构、重构，以个性化特色、开放式学习，为创新提供良好的基础。

五、平行于课堂教育创建工程实践的创客空间

面对教学质量下滑，学生学习热情不高、主动性不强等问题，强化问题意识、目标导向，推动“以教为主”向“以学为主”的转变。诚如国务院在（国办发[2015]36号）《创新创业教育改革的实施意见》中指出的，许多高校的创新创业教育理念滞后，与专业教育结合不紧，与实践脱节；教师开展创新创业教育的意识和能力欠缺，教学方式方法单一，针对性实效性不强；实践平台短缺，指导帮扶不到位，创新创业教育体系亟待健全。一切理论学习的根本目的还是在于应用，在于如何能够服务于实现教育质量的提升、创新创业意识的增强和创新创业人数的增加。可以切实利用学校已有的工程训练中心，增加设计性、综合性实验内容，开设专题实验，让学生有一个完整的“做中学”和“学中做”的经历。让学生自由进入实训基地、自愿组成项目小组、自己拟定实验方案、自己准备实验条件、自主完成创新实验。

拟建立完善的实训基地直接依托于学校的“供热物联网系统”。历经十余年的研发和不断升级改造，在教学科研中持续发挥积极的作用。借助于该网络化教学实践基础平台，有可能经过归纳提炼，达成省级和国家级教学实训示范基地的要求。该基地直接覆盖了本校的“热源、热网、热用户”，形成管控一体化的真实工业应用系统，有锅炉控制、换热站控制以及楼宇控制等诸多环节，并通过网络已辐射到校外的诸多工业现场进行大数据服务，可构建触手可得的信息物理系统（Cyber-Physical System）。在时间轴的纵向全程，可面向大一到大四的本科生，直至研究生等，并可科研推广与服务社会；同时也涵盖了工科类多专业的横向空间，如自动化、测控、物联网、计算机、热能、环境等专业；能够包括有参观学习、专业认识、专业教育与实验、毕业设计、跟班实习、研究探索等内容，尤其可在保证生产安全的前提下，实现真实工业现场与实验室仿真的模拟联通、数据交互，进行在线与离线分析、操作切换等。在校园网环境下，可融入多种先进技术直接进课堂、进实验室等，具体可包括有移动APP、大数据、云服务等。整个建设内容可直接服务于“卓越工程师培养”体系，努力做到：特征让学生观察，思路让学生探索，方法让学生寻找，意义让学生概括，结论让学生验证，难点让学生突破，实现“纵向打通专业由浅入深，横向整合多学科专业的跨界交叉”，培养知行合一的创新型专业人才。

通过“互联网+”实现虚拟与实际的平行构架，为学生展示和身临其境地体会工业化与信息化的“二化”深度融合，构建具体真实且可参与其中的案例。同时建立与企业密切联系和稳定的现代工程实习、实践、实训基地，使学生更多地和尽早接触企业、了解工程，掌握必要的工程技术和控制算法等。同样，让教师也能走进企业进行必要的工程培训，并与企业技术人员联合进行科研项目研究和攻关，进行新产品、新技术开发，并能够解决工程实际问题，增强工程创新能力。从而实现将师生的论文不仅写在纸上，而是更多地写在产品上，以“师生全员的创客化”进行包括教与学双方的，面向问题、作品导向和理论结合实践的全时空的创新驱动。

六、总结与展望

教师是创新教育的发起者和组织者，也是创新教改的最关键部分。目前很大的问题不是教育资源的缺乏，也许是许多教师还在错误的方向上勤奋地工作着[6]，如何提高这一群体的认识理念和改进教学行为是当务之急。未来已经发生，作为“唤醒者”的老师自身不能够还沉浸在其所熟知的不变的世界而昏睡不醒。“聪者听于未声，明者见于未形”，创新教育是以面向世界的格局和面向未来的视野，点燃学生创新欲望的“火种”，并非是只满足于了解和掌握过去和现有问题的已知答案，“不能够总是拿着别人的昨天来装扮自己的明天”，而要通过探究方法，剖析瓶颈和区别差异，提升学习者的能力，以解决未知问题。

没有目标的帆船，什么风对其都非顺风。明确问题导向和目标导向，质疑提问，聚焦关键，大胆假设，仔细求证，联通建构，纲举目张地落实于“提出问题、分析问题和解决问题”的能力的全面提升。网络技术提供的富有沉浸感的虚拟世界与现实世界的并行和无缝对接，在广域的时空下能够整合丰富的资源，为师生的理论联系实际提供了真实具体的鲜活的创客空间。“互联网+”的本质就在于跨界，针对宽泛与未知的需求，博雅教育与通识教育更加凸显必要，现代工程教育就是要以网络化支撑、个性化培养和创客化共生，持续推出大批具有终身学习和不断提高能力以应对未来社会变化的创新型人才。

[1] 肯·贝恩.如何成为卓越的大学教师[M].明廷雄,彭汉良,译.北京：北京大学出版社，2007.

[2] 娄延常.大学生学习兴趣与创新人才的培养[J].复旦教育论坛，2004，2（2）：68-71.

[3] 汪思源，王文标.工科研究生创新思维的模式培养[J].航海教育研究，2014（2）:28-31.

[4] 托马斯·弗里德曼.世界是平的[M].何帆,肖莹莹,郝正非,译.长沙：湖南科学技术出版社，2008.

[5] GERALD C.G.,JANET E.B., MICHAEL T. H. Using the Inverted Classroom to Teach Software Engineering.[S]Leipzig, Germany：30th International Conference on Software Engineering （ICSE 2008）, May 10-18, 2008.

[6] 魏忠.教育正悄悄发生一场变革[M].上海：华东师范大学出版社，2014.

[7] 王竹立.碎片与重构——物联网思维重塑大教育[M].北京：电子工业出版社,2015.

2015-07-15

大连海事大学教改项目和教师发展专项资助

汪思源（1963-），男，博士，教授，主要从事工业过程控制领域研究。

G640 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A

1006-8724（2015）04-0040-05