创新2.0模式下开源创新教育的电子认知实习改革探索与实践

李姮　　许金　　叶懋

［摘 要］文章基于创新2.0模式，结合电子认知实习现状，探索实践型课程的开源创新教育改革。文章引入“共享、开放、协作”的思想，以共同创新、开放创新为教学目标，提出通过教学内容的开源设计与教学方法的应用创新形成双螺旋呼应，辅以教学过程的良性互动，构建开源创新“三部曲”，实现开源创新教育实践教学新生态。课程改革旨在由浅入深、循序渐进地培养和提高学生的开源创新意识及分析解决实际问题的能力，加速推进创新驱动新常态在实践教学中的演变。

［关键词］创新2.0；开源；电子认知；实践教学

［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2024）01-0061-04

一、改革背景分析

创新2.0（Innovation 2.0）模式是知识社会条件下，以人为本、以社会实践为平台、以协同创新和开放创新为特点[1]、用户参与的新型创新驱动模式。LivingLab、FabLab、Wiki、Crowdsourcing等为其典型代表[2]，其核心在于强调“人人创新”“大众创新”，通过搭建共同创新、开放创新的应用创新平台，建立以用户为中心、面向服务、开放协同的创新驱动新常态[1]。

作为桂林电子科技大学（以下简称本校）电子工程与自动化学院的基础实验教学中心，电子工程训练中心主要承担着学校工科专业学生的电子工艺实习基础教学和电子产品创新设计制作指导任务，开设有多门电子工程实践性教学课程[3]。其中，电子认知实习是本校为电子信息类及相关专业新生开设的一门先导性公共基础实践类课程，设课目的是通过贴近现代工程实际的小型电子产品装配实训项目，使学生对电子基本知识形成初步的认知。本课程作为国内高校电工类专业普遍设置的基础实践类课程，是本科学生入学后接触的第一门电子实践类课程，在大学生素质教育环节中具有公认的重要性，更能在学生的电子技术兴趣和工程创新意识培养的启蒙阶段起到向导性的作用，为后续相关专业课程的学习奠定概念化基础。同时，本课程作为一门重要的基础实践通识课程，对提高学生的电子工程实践能力和理论联系实际能力有着重要的作用[4]。

本文以创新2.0模式为基础，提出了创新2.0模式下针对电子认知实习课程的开源创新教育改革方法，旨在为实践型实验教学引入“共享、开放、协作”的思想，充分开发学生的开源多元创新思维，提升学生的就业创业能力，为培养具有一定实践能力的创新复合型人才提供有力支撑，推进创新2.0模式在实践教学中新常态的演变。

二、课程改革总体方案

紧紧围绕本校创新型人才培养目标，依托国家级实验教学示范中心的硬件设施条件，电子工程训练中心从基础设计实验到创新设计实验，从实践教学到广西漓江学堂网络开放教学，从创新意识培养到创新应用实践等方面，提供了一套完整的创新人才培养方案。但随着创新2.0模式的演变，面向大一新生开设的电子认知实习课程在创新意识培养、创新思想启蒙方面有待加强。鉴于该课程教学现状，课程组以教学内容和教学方法为突破口，结合创新2.0模式内涵提出“开源创新教育”。课程改革总体方案如图1所示，通过将Arduino开源硬件引入课程开展开源教学，在教学过程中实现应用创新，探索生生、师生间良好的互动形式，形成有利于创新涌现的开源创新教育“三部曲”模式，由浅入深、循序渐进地培养和提高学生的创新能力，为整个创新教育体系铺好奠基石，完善电子实践创新创业教育体系。

三、开源硬件平台开发与教学过程设计

开源创新教育“三部曲”第一步，将Arduino开源硬件引入课程，使课堂像众创空间一样，在资源、技术和知识等方面有选择性、开放性和共享性，学生可以根据兴趣爱好选择设备、材料和模块，通过分享经验、技术，共享知识和资源，共同完成创新项目。第二步，在课程的教学方法、教学内容和评价体系等方面提出创新性的改革，变测量性实验为探究性实验，将学生变为课程中的创新主体，實现“人人创新”。第三步，在实践实验过程中探索“横向”（学生之间、师生之间）和“纵向”（不同实验批次学生之间）两方面的良性互动，培养学生协作、多元、分享甚至跨界的思想，强调知识分享和实体互动。

（一）开源硬件平台选型及优化设计

Arduino UNO是开源硬件阵营中最常见、应用最广泛的一款开源平台，因其易用性和扩展性，被广泛用于设计师的初期模型、工程师的硬件验证平台、手工制造者的创意实现原型。在电子认知实习课程中开展开源创新教育，引入较成熟的开源硬件Arduino方案可提高课程的普适性。但由于Arduino本土生产化较难，因此课程组以Arduino UNO开源硬件为模板，设计一款面向实践教学的开源硬件平台。此平台一方面需从接口、功能兼容、器件采购等方面择优选用适合于初学者的方案，另一方面需考虑能够使用实训环境中现有的设备实现小批量生产。根据本校电子工程训练中心SMT生产线设备的精度，结合本校电类专业特色，采用“研究—实践—优化”的设计路线，在Arduino系列开源硬件的基础上，对Arduino UNO标准版进行兼容化、简单化、本土化改进。首先，大一新生是手工焊接工艺的初学者，需考虑其能否使用普通电烙铁对开源硬件平台进行电路检修；其次，制造工艺流程方面，需考虑能否利用普通自动贴片机和回流焊进行小批量的生产；最后，需设计活动型、扩展型、模块型教学内容，能针对不同专业灵活改变教学内容。鉴于上述需求，课程组以官方Arduino UNO为模板，设计了GDuino UNO，其兼容官方Arduino UNO板子，可以使用相同的第三方模块进行功能扩展。

（二）教学过程设计方案

下文具体探索在电子认知实习课程中，从教学内容、教学方法和评价体系等方面进行Arduino应用创新。在电子认知实习课程中引入开源教学后，教学过程分为演示—制造—实践—验收四级应用进阶创新模式[3]。课程组通过自主开发设计GDuino开源硬件的样例作品演示，录制课堂演示案例，变测量性实验为探究性实验，以激发学生的创新潜能及学习主动性，以学生兴趣为导向进行教学。在教学过程中，添加硬件实践过程，使学生从认知到熟悉再到使用，循序渐进。以学生自制的GDuino开发电路板为基础，课程组设计了五个循序渐进的实践环节，要求学生基于GDuino平台完成硬件搭建和软件编程，以最少课时完成了软件编程入门的教学目标。

1.演示创新

通过GDuino UNO开源硬件的样例形成课堂演示案例，为学生解惑（GDuino是什么？它能做什么？），由此将学生的关注点从“课程最后要我交什么”转变为“我要用GDuino做什么”，激发学生的学习主动性。将Arduino编程入门和学生创意实现的部分有机地划分为兴趣演示、编程入门以及创意实现等环节。面向电子类专业学生，重在培养学生对电子技术、光电信息技术、控制技术的认知能力，演示阶段的作品可选取专业性和趣味性都较强的项目；针对非电类专业学生，应重点激发学生的创意和想法，演示阶段的作品可选择形象化、创意性较强的作品；而针对机电专业学生，为使学生更充分地了解专业定向、引导学生认识机电结合的应用场合，演示阶段的作品可选择机电结合的项目[3]。

2.制造创新

增设GDuino UNO的SMT工艺制造实训环节，使学生了解开源硬件的元器件选型、电路设计、布局规划和生产工艺等。学生通过装配环节，不仅能认知常用的电子元器件、学会常规参数测量方法、熟悉传统焊接和SMT焊接工艺、体验电子产品的生产过程及装配工艺和方法，而且能从元器件级了解Arduino开发板的硬件组成，增强对开源硬件的感性认识。在本环节中，为强调学生基础技能的培养，强化SOP封装芯片的拆焊训练，既能锻炼学生手工维修SMT线上瑕疵产品的能力，也能为后续实验、竞赛提供必要的支撑。

3.实践创新

在GDuino开发实战环节中，利用易上手的GDuino开源硬件，引导学生逐步熟悉各模块功能。基于降低外设硬件使用难度、基本覆盖常用语句和使用方法的思想，实践项目需突出模块化、层次化的特点，由易到难、由既定到拓展地引导学生学习。课程包含五个循序渐进的实践环节，要求学生基于GDuino平台完成硬件搭建和软件编程。课程设置“LED闪烁”“按键控制LED”“LCD1602显示”“数字温度器”“可见光参数检测”五个由浅入深的基础教学实验，分别从理论学习、实验硬件连接图、实验效果等方面进行教学，循序渐进地引导学生由简入繁地学习使用Arduino开源硬件。教师在学生掌握工作原理的前提下，让学生设计外围电路，以共享资源库为基础，结合学科知识，完成创意功能性作品，比如互联网花盆、数控平台、四轴飞行器等。无论是基础入门的“LED闪烁”实验，还是中期的综合性实操项目，以及最后不受约束的创意设计，学生在教师的引导下，都较好地避免了直接学习语言代码的单一乏味[5]。教师引导学生进入每个项目的思考过程、实现过程以及发现并解决问题的过程，将学生从课堂的“听众”转变为设计思考过程与实现过程的积极参与人。

4.验收创新

课程总成绩由占比20%的平时成绩和占比80%的作品成绩组成，作品验收不以固定的作品对学生的能力进行检验，而是选择不受约束的创意设计方式。学生可以选择单人独立完成一项作品，也可以选择以团队形式完成一项创意作品，由权重20%的学生自行评分、权重40%的大众评分和权重40%的教师评分构成新的评价模式，综合三者形成学生作品的最终成绩。最后根据各组学生实际操作情况及实验结果评定实验成绩，并对实验结果不理想的学生进行针对性指导。

（三）多维良性互动评价机制

在课程改革实施过程中，采用“横向互动”和“纵向互动”的方式实现良性互动，使学生将课堂知识融会贯通。“横向互动”主要是生生间和师生间的互动，“纵向互动”则是在不同批次、不同专业的学生间形成的互动。

1.学生间良性互动

为了使电子认知实习课程适应相关专业学生需求、消除学生对代码的畏惧，教师在众多小组创意实验中明确不同团队分工，不限定学生的任务，使学生不再是统一的“制造者”角色，而是以“设计者”“制造者”“包装者”甚至“宣传者”等不同角色针对问题提出解决方案，各成员分别负责实验流程设计、硬件结构搭建、交互分析等，共同完成实验。

2.师生间良性互动

在实践阶段，教师参与学生任务的分配和讨论，提出相关指导意见、改进方案，并在其中扮演一定的角色，引导学生把聚焦点转移到对生活器具、材料、生物等的观察上，而不是放在代码的实现上，以减少设计之外的压力。当学生发现能将生活中不同属性的物体设计成一套有趣的系统或流程时，代码便很好地隐退到后台，成为学生设计的辅助工具。当学生的兴趣点不集中于代码的实现时，代码才能自然地被活用来创造他们想要的趣味、完成他们构想的创新设计[5]。

3.构建开放共享的开源库，实现“纵向”良性互动

电子认知实习课程属于集中短暂型授课，倘若每一批学生在实践阶段都采用从零开始的方式，这将导致所有学生在短期内所能完成的作品大同小异。因此，课程验收后，教师对每一批次中比较优秀的个人作品或团队作品进行收集，建成开源库，对后批次学生开源这些优秀的硬件设计和代码，让后批次的学生能快速利用前人的成果实现自己新的创意。由此，课程组建立了一个相对齐全、具有一定数量规模、兼容Arduino的外设模块硬件库及代码共享软件库。在线软件代码库网站可促进后期学生进行广西漓江学堂网络课程的学习、学科综合竞赛的开展和创新创业基地的建设等。课程组在项目实施阶段，根据实践经验，总结了一套为学生提供模块外借服务的管理运行机制，为已经完成电子认知实习课程的学生继续学习提供模块外借服务，以最大限度地帮助学生实现自己的创意，推动开源硬件在本校创新创业教育中的运用。此外，建立在线开源软件库，涵盖学习案例应用、优秀作品采集、参赛作品分享等，鼓励学生形成学习代码—使用代码—设计代码回库共享的良性循环。随着课程的开展，软硬件库资料会在学生不断使用—更新—使用—再更新的良性循环中不断地增加，进而在校内形成自主学习的浓厚氛围。

四、结语

创新2.0模式下，本校秉承开源创新教育“共享、开放、协作”的思想，将开源创新教育融入电子认知实习课程，结合不同专业背景創设不同的教学方式，强调“以生为本”，注重激发学生的兴趣，促进学生个体自身的发展，发挥师生、生生“横向”互动及不同批次、不同专业学生“纵向”互动优势，充分调动师生的积极性，切实培育学生创新创业思维和动手实践能力，实现“共同创新、开放创新”的教学目标，不断完善本校国家级实验教学示范中心创新创业教育体系。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 解学芳，刘芹良.创新2.0时代众创空间的生态模式：国内外比较及启示[J].科学学研究，2018，36（4）：577-585.

[2] TANG T A， WU Z Y， HAMALAINEN M， et al. From Web 2.0 to living lab： an exploration of the evolved innovation principles[J]. Journal of emerging

technologies in web intelligence， 2012，4（4）：379-385.

[3] 李姮，许金，李珊，等.面向电子实践课程的开源创新教学平台设计与应用[J].科技视界，2019（23）：97-98.

[4] 王路平，李正强，吴燕燕，等.电工电子实习教学内容体系优化与改进[J].高教学刊， 2020（23）： 126-128.

[5] 冯侃，陈姝言.教育创新中的“开源创新”与“创客文化”[J].设计，2016（23）：106-107.

［责任编辑：周侯辰］