基于無人機(jī)創(chuàng)客空間的課程體系研究

張飛 張佳 胡敏

摘要：無人機(jī)作為集空氣動力學(xué)、電子科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械工程、通訊、材料、工藝、力學(xué)、航空氣象、航空測量等多學(xué)科為一體綜合性很強(qiáng)的科技產(chǎn)品，其教學(xué)集趣味性和實(shí)踐性為一體，且具有“軟硬結(jié)合”的優(yōu)點(diǎn)，以無人機(jī)為載體的無人機(jī)創(chuàng)客空間是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)施創(chuàng)新實(shí)踐的理想場所。因此本研究構(gòu)建了基于無人機(jī)創(chuàng)客空間的課程體系，并將其應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，以期能為其他院校無人機(jī)創(chuàng)客空間建設(shè)和創(chuàng)客教育開展提供參考。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);創(chuàng)客空間;創(chuàng)客教育課程體系

一、創(chuàng)客、創(chuàng)客空間和創(chuàng)客教育

（一）創(chuàng)客

“創(chuàng)客”一詞來源于英文單詞“Maker”，最早源于加拿大科幻作家科利·多克托羅2009年出版的一部著名的科幻類小說《Makers》，小說中的“Makers”是指“有創(chuàng)意的聰明人”。2011年，被譽(yù)為我國創(chuàng)客第一人的張浩將“Maker”譯成“創(chuàng)客”，指的是將自己的創(chuàng)新想法變?yōu)閷?shí)際產(chǎn)品的一群人，他們勇于創(chuàng)新、自己動手、主動學(xué)習(xí)。[1]

（二）創(chuàng)客空間

“創(chuàng)客空間”一詞源于英文單詞“Makerspace”，最早起源于年美國麻省理工學(xué)院比特與原子研究中心2001發(fā)起的一項(xiàng)新穎的實(shí)驗(yàn)——一個擁有幾乎可以制造任何產(chǎn)品和工具的小型的工廠Fab Lab（Fabrication Laboratory），即微觀裝配實(shí)驗(yàn)室。作為創(chuàng)客起源之地，美國在企業(yè)、社區(qū)、高校等地創(chuàng)建了各類各樣的創(chuàng)客空間。多年來，美國高校致力建造適應(yīng)新工業(yè)革命所需的高品質(zhì)創(chuàng)客空間，并形成了一套良好的運(yùn)行機(jī)制，使創(chuàng)客空間成為繼教室和實(shí)驗(yàn)室之后第三個重要教學(xué)平臺。美國高校創(chuàng)客空間的構(gòu)建主要分為四種模式：①開放實(shí)驗(yàn)室模式，即以高校創(chuàng)新科技平臺及專業(yè)學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室為載體構(gòu)建的創(chuàng)客空間，該模式充分發(fā)揮校內(nèi)科研資源和平臺，融合多學(xué)科進(jìn)行整合，保持開放和資源共享，并進(jìn)行科技創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)，是美國開展創(chuàng)客教育的主要模式;②圖書館創(chuàng)建模式，即對圖書館空間再造，使圖書館變身為信息資源共享的空間和創(chuàng)意孵化的技術(shù)空間;③校企共建模式，企業(yè)為高校創(chuàng)客空間的建設(shè)提供工具、資源和必要的師資力量，高校的創(chuàng)客創(chuàng)新研究成果與企業(yè)共分享，達(dá)到校企合作共贏;④校區(qū)整合模式，整合社區(qū)資源建設(shè)高校創(chuàng)客空間，形成社區(qū)與學(xué)?！盎セ莼ダ钡木置妫膭钌鐓^(qū)居民參與創(chuàng)客空間的系列活動，開展創(chuàng)業(yè)就業(yè)培訓(xùn)，從而提升創(chuàng)客空間的包容性。

2010年，伴隨著我國第一家創(chuàng)客空間——上海新車間的成立，我國各地相繼出現(xiàn)新的創(chuàng)客空間。2013年，國內(nèi)部分高校開始建設(shè)創(chuàng)客空間，隨著創(chuàng)客空間的建成，很多高校依托創(chuàng)客空間為大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供必要的支持和服務(wù)。

（三）創(chuàng)客教育

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的影響下，與數(shù)字制造和個人制造緊密結(jié)合的創(chuàng)客運(yùn)動，不僅給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了深刻的影響和變革，也在教育領(lǐng)域產(chǎn)生著積極的影響。美國作為“創(chuàng)造者的國度”，創(chuàng)客教育無論是在高等教育領(lǐng)域還是在中小學(xué)領(lǐng)域都得到了長足的發(fā)展[1]，把創(chuàng)客教育作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造與創(chuàng)新能力的新型教育方式。目前，美國已有近千所高校通過建設(shè)優(yōu)質(zhì)的創(chuàng)客空間，并通過開放式創(chuàng)客教育、創(chuàng)客教育與常規(guī)課程整合、開設(shè)專門的創(chuàng)客教育課程等方式來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)客教育。隨著高校創(chuàng)客教育的開展，美國中小學(xué)也逐漸參與到創(chuàng)客教育中。美國中小學(xué)創(chuàng)客教育旨在借助技術(shù)工具與資源讓學(xué)生能夠?qū)W(xué)習(xí)過程融于創(chuàng)造過程，實(shí)現(xiàn)基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)。[2]

在我國，創(chuàng)客教育自2012年受到關(guān)注，2013年興起，2015年“創(chuàng)客”被寫進(jìn)政府工作報(bào)告，教育部率先在《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見》中提出“有效利用信息技術(shù)推進(jìn)“眾創(chuàng)空間”建設(shè)，探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式，使學(xué)生具有較強(qiáng)的信息意識與創(chuàng)新意識”。[3]隨后，深圳、四川、江蘇、山東等地相繼出臺了各自的創(chuàng)客教育政策，在國家政策的驅(qū)動下，創(chuàng)客教育也如雨后春筍般綻放在各級各類校園，相關(guān)教育專家也建議開發(fā)適宜課程，利用最新的科技手段和科技產(chǎn)品，對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新思維培養(yǎng)，提升創(chuàng)新能力。

二、無人機(jī)創(chuàng)客空間建設(shè)

通過上述對國內(nèi)外創(chuàng)客空間和創(chuàng)客教育的分析，江蘇省徐州技師學(xué)院也積極相應(yīng)國家政策，開展各類創(chuàng)客空間的建設(shè)，無人機(jī)創(chuàng)客空間就屬于其中之一。無人機(jī)創(chuàng)客空間的建設(shè)依托于無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)室和徐州“未來·科技城”中小學(xué)職業(yè)體驗(yàn)中心，力求面向中小學(xué)和本校學(xué)生搭建一個自主實(shí)踐、動手創(chuàng)造、思想碰撞、跨界協(xié)作、創(chuàng)業(yè)實(shí)踐的創(chuàng)新平臺。無人機(jī)創(chuàng)客空間在建設(shè)的過程中突出教學(xué)與實(shí)踐、教室與工作室的融合，按照功能區(qū)域劃分為授課區(qū)、工作區(qū)、儲物區(qū)、制作區(qū)、比賽實(shí)訓(xùn)區(qū)、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)測試區(qū)等。

三、基于無人機(jī)創(chuàng)客空間創(chuàng)客教育課程體系構(gòu)建

無人機(jī)是集空氣動力學(xué)、電子科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械工程、通訊、材料、工藝、力學(xué)、航空氣象、航空測量等多學(xué)科為一體綜合性很強(qiáng)的科技產(chǎn)品。無人機(jī)作為創(chuàng)客教育的重要組成部分和創(chuàng)新科技的重要載體，涵蓋了機(jī)器人與無人機(jī)相關(guān)學(xué)科知識點(diǎn)，其可以作為：一學(xué)習(xí)飛行的“飛行平臺”，二編程教育的“飛行機(jī)器人”，三電子設(shè)計(jì)開發(fā)的對象。在學(xué)習(xí)飛行中，學(xué)生可以了解無人機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，練習(xí)手眼協(xié)同能力，甚至發(fā)揮想象組裝屬于自己的飛行器;在編程學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)編程控制無人機(jī)的起飛方式、運(yùn)行軌跡、機(jī)頭朝向、拍照錄像、空投等人工智能任務(wù)，訓(xùn)練邏輯思維能力;在電子設(shè)計(jì)開發(fā)模塊，學(xué)生可以借助無人機(jī)飛控開發(fā)平臺，學(xué)習(xí)無人機(jī)的設(shè)計(jì)。與常見的機(jī)器人編程教學(xué)相比，無人機(jī)教學(xué)集趣味性和實(shí)踐性于一體并具有“軟硬結(jié)合”的優(yōu)點(diǎn)，將創(chuàng)客教育融入科技教育培養(yǎng)體系，無疑可以促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，讓勇于創(chuàng)新、樂于實(shí)踐成為本能。

本研究以我校采購的無人機(jī)，在現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)課程的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于創(chuàng)客空間的創(chuàng)客教育課程體系，如下圖所示。本課程體系具有以下特色：①從易到難，零基礎(chǔ)的學(xué)生可以輕易上手;②選擇可編程的積木式無人機(jī)，可拓展性強(qiáng);③以自學(xué)為核心、實(shí)踐為基礎(chǔ)、項(xiàng)目為主線;④將電子設(shè)計(jì)大賽無人機(jī)項(xiàng)目引入到課程體系中，以滿足不同學(xué)生的需求;⑤使用3D打印，幫助學(xué)生打印所需部件;⑥開展競賽活動，增加學(xué)習(xí)的趣味性。

四、基于無人機(jī)創(chuàng)客空間的創(chuàng)客教育課程體系的應(yīng)用

目前，無人機(jī)創(chuàng)客空間已完成了第一階段的建設(shè)，已擁有可開展創(chuàng)客教育的一系列無人機(jī)套件，手工、電動工具（如電焊臺、熱風(fēng)槍、熱熔膠槍等）和開展拓展項(xiàng)目的零部件（如Arduino開源硬件、傳感器等器件），基本為學(xué)生搭建起了一個集體驗(yàn)、制作和動手創(chuàng)造為一體的平臺。而基于無人機(jī)創(chuàng)客空間的課程體系也在進(jìn)一步完善中，目前已基本形成了一套較為完整的創(chuàng)客教育課程體系，已經(jīng)將部分創(chuàng)客教育課程與現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)課程進(jìn)行了融合，在接下來的建設(shè)中，無人機(jī)創(chuàng)客空間將重點(diǎn)進(jìn)行以下幾個方面的建設(shè)：

（1）發(fā)揮社交網(wǎng)絡(luò)的作用，建立教學(xué)資源共享平臺，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供便利條件，同時，提供在線的服務(wù)與技術(shù)支持;

（2）不斷完善無人機(jī)創(chuàng)客教育課程體系的建設(shè)和軟硬件平臺的建設(shè)，為創(chuàng)客提供設(shè)計(jì)、開發(fā)、仿真、制造、檢測等產(chǎn)品的全生命周期的系列課程;

（3）進(jìn)一步面向全校學(xué)生開放，積極舉辦創(chuàng)客活動，讓更多的學(xué)生都能體會到無人機(jī)和創(chuàng)造帶來的樂趣;

（4）加強(qiáng)與高校、科研院所、企業(yè)合作交流，爭取利用多方資源和各種支持，讓學(xué)生的創(chuàng)意作品能夠變成產(chǎn)品。

五、結(jié)語

無人機(jī)作為集空氣動力學(xué)、電子科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械工程、通訊、材料、工藝、力學(xué)、航空氣象、航空測量等多學(xué)科為一體綜合性很強(qiáng)的科技產(chǎn)品，其教學(xué)擁有“趣味性強(qiáng)”、“內(nèi)容豐富”、“軟硬結(jié)合”的優(yōu)點(diǎn)，以無人機(jī)為載體的無人機(jī)創(chuàng)客空間是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)施創(chuàng)新實(shí)踐的理想場所。因此，本研究構(gòu)建了基于無人機(jī)創(chuàng)客空間的課程體系，并將其應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)和職業(yè)體驗(yàn)當(dāng)中。實(shí)踐表明，無人機(jī)創(chuàng)客空間已經(jīng)初具規(guī)模，但仍需要進(jìn)一步的建設(shè)，基于無人機(jī)創(chuàng)客空間的創(chuàng)客課程體系也需要不斷地完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]任靜.我國中小學(xué)創(chuàng)客教育研究[D].華中師范大學(xué)，2017.

[2]宋莉.學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)：從STEAM教育到創(chuàng)客教育[J].和田師范專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2017.04.

[3]教育部辦公廳關(guān)于征求對《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》意見的通知.20150902.

課題：江蘇省徐州技師學(xué)院校級課題無人機(jī)創(chuàng)客空間建設(shè)與應(yīng)用研究，項(xiàng)目編號（18XJSKT037）

作者簡介：張飛（1983），女，湖北襄陽人，碩士，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)械、電子、無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)等;張佳（1985），女，江蘇徐州人，碩士，講師，研究方向焊接機(jī)器人、無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)等;胡敏（1986），女，江蘇鎮(zhèn)江人，碩士，講師，研究方向焊接機(jī)器人、無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)等。