依托“创客工坊”培养大学生动手实践能力的探索

朱 辉，陈士县，李 季

(阜阳师范学院 物理与电子工程学院，阜阳 236041)

引言

进入21世纪以来，在国家推进高等教育大众化的形势下，人民群众对高等教育的需求得到了较好的满足。但另一方面，每年毕业的大学生数量也快速增长，就业形势日趋严峻[1]。大学生就业难不仅有供需数量上的问题，更多的是传统模式下培养的学生在实践能力上难以胜任产业变革所带来的社会的需求变化[2]。早在2010年国家中长期教育改革和发展规划纲要[3]中就特别强调高等教育要培养学生的实践能力和创新能力。2015年面向国家创新驱动发展需求，教育部牵头举办了首届中国“互联网+”大学生创新创业大赛[4]，以期以大赛为载体，形成推动创新创业人才培养和高校创新成果转化的长效机制。

工科大学生的创新创业能力的核心在于学生具有较好的实践能力[5-6]，其中动手实践能力，对于工科类专业学生尤为重要。动手实践能力的培养，一直是各大高校教学难点，没有统一的模式。许多高校根据自身特点提出不同的实践能力培养方法，其中，“创客”方式教学也被应用到工科工程训练中。清华大学的i.Center结合自身资源和优势，设计了一系列创新方法结合项目实践的教学活动[7]。吉首大学通过创客改进教学模式和考核方案。苏州科技学院的开放式的众创空间促进了不同学院学生的交流以及学生和社会接触。安阳师范学院等利用创客空间的形式将产学研合作与人才培养相结合，对学生的实践能力培养做了很好的尝试[8-11]。

阜阳师范学院创办于1956年，作为一所传统师范类高校，截止到2015年春阜阳师范学院仅有9个工学类专业，少于学校专业总数的六分之一。阜阳师范学院要补齐应用性专业偏少的短板，需要重点发展工学类专业。学校近年来加快了新增工科专业的建设力度，但由于工科专业基础薄弱，要把工科专业办大办强，有许多工作要做。分析社会需求情况和近年来的实践，我们认为对于工学类专业的学生，在创新的同时更需要的是以精益求精为重要特征的工匠精神，这一认识与文献[12]也是一致的。基于这一认识，我们在创客实验室的基础上提出了更加强调工匠精神的“创客工坊”的平台建设模式。依托“创客工坊”，我们进行了一系列提高学生实践能力的尝试和探索，旨在重点解决传统教学中精益求精思想重视不足、实践项目缺乏灵活性、师资缺乏和不易形成团队凝聚力的问题。

一、“创客”模式存在的问题

(一) “工匠精神”的启迪缺失

目前，大多数“创客”实验室基本上是开放实验室的升级或者是一个开放交流的空间配套一些用于常规实验室的硬件设施[13]。目的是为了大学生发挥创意和加强交流。由于“创客”实验室过于强调创新，对理工科的学生而言就会在实践上遇到很多问题，比如创意过程中认为一切元件都是理想的而不考虑电子元器件的性能；设计整体结构时不预留安装空间而导致产品的尺寸与想象中完全不一致等；更重要的是做出来的产品根本无法接受长时间的运行的考验。这些都突出反映了学生缺少基本的工匠精神。

(二)项目缺乏实践性

各高校的“创客”实验室更多时候是作为更进一步的教学而进行使用。这个过程中多以传统的实验教学方法[14]对学生进行实践训练。例如，单片机的学习，在“创客工坊”中通常是采用现有的开发板成品进行学习，软硬件都偏重实现基础功能。因此，学生在学习过程中一般不会遇到实际的工程问题。通过这种方法进行单片机的实践锻炼，虽然能够学会使用，但在解决实际问题时却无从下手。可见，目前 “工坊式”教学仅仅是对课堂教学的扩充，对学生实践动手能力的培养收效甚微，很难培养出符合社会需求的人才，以至于很难与社会需求接轨。

(三) 师资缺乏

近三年来，阜阳师范学院物电学院参加“互联网+”的团队超过200支，总参与人次超过800人。如果“创客”实验室全部由任课教师参与指导，所需教师达30人之多，这对整个学院的教学科研工作都将是一个沉重的负担。

(四) 团队建设不足

现在社会分工越来越细，完成一项工作需要各个行业紧密的合作，如探月工程、蛟龙下海等。同时任何一个具有强大战斗力的团队都需要团队精神，“创客”式教学方法对学生实践能力的培养，常常忽略培养和建设一系列的相对稳定的团队。

二、“创客工坊”的建设

(一)“创客工坊”组织模式

在省教育厅和学校项目的支持下，我们创建了阜阳师范学院大学生iCAN创客实验室。该实验室整合了包括创客空间、电子社团、竞赛团队以及北京大学和智慧树网开设的“创新工程实践”远程直播课程等资源。“创客工坊”的人员包含教师、学生以及企事业人员等，如图1所示。该组织模式特点是深度融合社团和竞赛，同时让每个培训对象也成为教学人员。

(二) “创客工坊”规划

“创客工坊”中的教学和学习空间，是进行一切教学活动的基础。在阜阳师范学院现有的创新实验室基础上，我们改造建设了一个供“创客工坊”教学使用的教学空间。该教学空间共包括学生学习空间、实践测试区域、加工区、元器件放置及展示区、教学交流区、成果展示区、学生休息区和社团竞赛团队活动区8个区域。

图1 “创客工坊”组织模式

教学和交流区配备一个具备远程在线互动直播教学条件的多媒体直播教室，该区域是在原有的开放实验室和良好网络支撑条件的基础上，于2016年初投资近10万元进行改造和升级的，具备可容80个用户远程在线互动直播教学和同时上网的WiFi网络条件；元器件放置和展示区尤其突出其展示功能，让培训人员对元器件有直观的认识；加工区提供了常用的焊接设备和耗材焊台、小机床、铣床、雕刻机、钻床、砂轮机、3D打印机等；测试区为学生提供实验及研发所需的稳压电源、万用表、信号源、示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪等。

与传统的创新实验室相比，我们建设的“创客工坊”教学空间具有以下特殊的设置。首先，在“创客工坊”设置有休息区，该设置是考虑到电子类专业的工作特殊性和完成作品的连续性，比如电子设计竞赛、智能车竞赛等训练项目。设置休息区不仅为了学生能够持续地进行学习和工作后的休息，同时也是对真实工作环境的模拟，能够使学生提前适应将来的工作环境，培养出来的学生能够很好地与社会接轨。其次，“创客工坊”设置了独立的学习空间和交流教学空间。而传统的创新实验室是两者设置在一起的，或不具有独立的学习空间。设置专门的学习空间，一方面是为学生创造学习环境。另一方面，“工坊”中有不同年级、不同专业的学生，人员结构多样化，并且他们也具有不同的分工。例如，高年级学生对低年级学生进行指导，不是“工坊”所有人员都参加，而只是部分需要的人员参加，另外一部分人员可能在学习、查找资料。因此，将交流教学区和学习空间分开，可以有效地避免不同工作的相互干扰。最后，留出足够大的空间供社团和竞赛团队活动，社团和竞赛团队参加的各种活动能够让学生接触到真实的选题，扩展学生视野。

三、“创客工坊”教学模式设计

(一)“创客工坊”教学中的实践项目的革新

针对传统的创新实验室培养出的学生动手能力弱、不能很好地与社会接轨等问题，我们提出利用“创客工坊”教学对学生进行创新实践能力的培养模式。“创客工坊”教学主要通过各类电子类竞赛和参与企业项目研发培养学生的实践能力，参与的学科竞赛主要围绕技术型竞赛，精选其中的具有锻炼学生专业技术能力的比赛，如“恩智浦”大学生智能汽车竞赛、“蓝桥杯”等。对于高年级同学，我们积极与企业开展产学研合作，如安徽爱姆恩智能科技有限公司、阜阳市棋剑节能环保设备有限公司、华信电子、蚌埠的千恩智能、国际知名企业中兴通讯等。这些企业可为学生的产品试提供条件，并由企业家对学生在生产、物流、管理、开拓市场、融资等方面给予直接指导和帮助。同时，积极与企业开展产学研合作，能够让学生直接接触并深入到实际项目中去，与企业一线人员进行面对面交流，提前了解以后的工作环境和最新的技术知识。通过这种模式培养出来的学生，不仅具有较强的实践能力，也更符合社会的需求，能够更好地与社会接轨。

(二) “创客工坊”教学中传承和师徒教学

“创客工坊”教学中的技术和知识传承方式是传统的创新实验室所不具备的[12]。其对学生实践能力的培养分为两个方面。一方面“创客工坊”教学注重基础知识的学习。例如，PCB设计、3D打印技术、焊接技术等。在“创客工坊”中，基础知识的传授方式是高年级学生传授给低年级学生，如高年级学生开经验交流会、专题知识讲座等方式传授知识。高年级和低年级学生在一起的时间要远远多于教师和学生在一起的时间，这样就给学习者提供了随时沟通和交流的机会。在“创客工坊”教学中，另外一种教学模式是高低年级学生混合组队，在实践的过程中进行知识教授，这也是“工坊式”的一个特点，师傅带徒弟。

另一方面，“创客工坊”教学注重工匠精神的培养和技术传承。实验室所具有的整体技术能力，往往决定着培养的学生能力的高低。传统实验室一般都是让学生学习某些固定的技术，学习过程就是获取这些技能的过程，而往往忽略实验室技术能力的逐步提升。“创客工坊”教学则强调技术传承。在“创客工坊”中，会对现有技术进行整理收集。新一届学生能够依靠现有实验技术资料等学习材料，快速获取“创客工坊”的现有技能，从而进一步获取新技术。而获取的新技能又反过来提高了“创客工坊”技术水平，这种模式能够逐步地提升实验室技术水平，培养出的学生能力也在逐步地提高，同时通过高年级同学带低年级同学也解决了师资缺乏的问题。

(三) 稳定团队建设方案

我们采用两种方案在“创客工坊”中进行团队的培养，一是利用学科竞赛组成一个相对稳定的团队。如“恩智浦”大学生竞赛，这是一项需要多人合作的综合型比赛，为了培养学生的团队协作精神和实践动手能力，我们将团队分为硬件组、软件组和机械组三个小组。硬件组负责智能车硬件电路设计和制作，软件组负责智能车嵌入式软件编写，机械组负责智能车机械设计与制作。为了使设计的智能车性能最佳，需要三个小组很好地配合，三个小组共同设计，共同论证方案，这样的方式不仅可以培养学生的团队合作精神，还可以使学生熟悉实际工作中项目的开发流程。由于每年的智能车比赛赛事要求不同，需要解决的问题不同。因此，在参与该类型竞赛时，学生不仅学习各种专业技能，而是更需要不断地去解决遇到的各种新问题，通过解决问题的过程提高自身的实践能力。

二是让学生通过大学生创新训练计划和参加“产学研”项目增强团队的凝聚力。例如学生参加“棋剑科技”的LED屏幕显示项目，指导教师按照每个学生个人的情况进行合理的分工并组成团队，期间团队成员虽然有过矛盾，由于项目目标的压力，他们采用的是解决矛盾继续前行，最后出色地完成了该项目。

四、小结

我们通过对现有实践能力的培养过程进行研究，发现学生普遍缺乏解决问题的能力、不能很好地与社会接轨、缺乏“工匠精神”、缺少团队合作精神、缺乏纪律性等问题，针对这些问题，提出了“创客工坊”教学模式并形成了一套行之有效的方法。通过该教学模式，不仅培养出符合社会需求的人才，还使学生获得了一系列成果，如大学生智能汽车竞赛全国一等奖多项；iCAN国际创新创业大赛国奖多项。培养的学生尚未出校门就接到多家公司的邀请，在校内外都产生了较为广泛的影响。