依托“創(chuàng)客工坊”培養(yǎng)大學生動手實踐能力的探索

朱 輝，陳士縣，李 季

(阜陽師范學院 物理與電子工程學院，阜陽 236041)

引言

進入21世紀以來，在國家推進高等教育大眾化的形勢下，人民群眾對高等教育的需求得到了較好的滿足。但另一方面，每年畢業(yè)的大學生數(shù)量也快速增長，就業(yè)形勢日趨嚴峻[1]。大學生就業(yè)難不僅有供需數(shù)量上的問題，更多的是傳統(tǒng)模式下培養(yǎng)的學生在實踐能力上難以勝任產(chǎn)業(yè)變革所帶來的社會的需求變化[2]。早在2010年國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要[3]中就特別強調(diào)高等教育要培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。2015年面向國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展需求，教育部牽頭舉辦了首屆中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽[4]，以期以大賽為載體，形成推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)和高校創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化的長效機制。

工科大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的核心在于學生具有較好的實踐能力[5-6]，其中動手實踐能力，對于工科類專業(yè)學生尤為重要。動手實踐能力的培養(yǎng)，一直是各大高校教學難點，沒有統(tǒng)一的模式。許多高校根據(jù)自身特點提出不同的實踐能力培養(yǎng)方法，其中，“創(chuàng)客”方式教學也被應(yīng)用到工科工程訓練中。清華大學的i.Center結(jié)合自身資源和優(yōu)勢，設(shè)計了一系列創(chuàng)新方法結(jié)合項目實踐的教學活動[7]。吉首大學通過創(chuàng)客改進教學模式和考核方案。蘇州科技學院的開放式的眾創(chuàng)空間促進了不同學院學生的交流以及學生和社會接觸。安陽師范學院等利用創(chuàng)客空間的形式將產(chǎn)學研合作與人才培養(yǎng)相結(jié)合，對學生的實踐能力培養(yǎng)做了很好的嘗試[8-11]。

阜陽師范學院創(chuàng)辦于1956年，作為一所傳統(tǒng)師范類高校，截止到2015年春阜陽師范學院僅有9個工學類專業(yè)，少于學校專業(yè)總數(shù)的六分之一。阜陽師范學院要補齊應(yīng)用性專業(yè)偏少的短板，需要重點發(fā)展工學類專業(yè)。學校近年來加快了新增工科專業(yè)的建設(shè)力度，但由于工科專業(yè)基礎(chǔ)薄弱，要把工科專業(yè)辦大辦強，有許多工作要做。分析社會需求情況和近年來的實踐，我們認為對于工學類專業(yè)的學生，在創(chuàng)新的同時更需要的是以精益求精為重要特征的工匠精神，這一認識與文獻[12]也是一致的。基于這一認識，我們在創(chuàng)客實驗室的基礎(chǔ)上提出了更加強調(diào)工匠精神的“創(chuàng)客工坊”的平臺建設(shè)模式。依托“創(chuàng)客工坊”，我們進行了一系列提高學生實踐能力的嘗試和探索，旨在重點解決傳統(tǒng)教學中精益求精思想重視不足、實踐項目缺乏靈活性、師資缺乏和不易形成團隊凝聚力的問題。

一、“創(chuàng)客”模式存在的問題

(一) “工匠精神”的啟迪缺失

目前，大多數(shù)“創(chuàng)客”實驗室基本上是開放實驗室的升級或者是一個開放交流的空間配套一些用于常規(guī)實驗室的硬件設(shè)施[13]。目的是為了大學生發(fā)揮創(chuàng)意和加強交流。由于“創(chuàng)客”實驗室過于強調(diào)創(chuàng)新，對理工科的學生而言就會在實踐上遇到很多問題，比如創(chuàng)意過程中認為一切元件都是理想的而不考慮電子元器件的性能；設(shè)計整體結(jié)構(gòu)時不預留安裝空間而導致產(chǎn)品的尺寸與想象中完全不一致等；更重要的是做出來的產(chǎn)品根本無法接受長時間的運行的考驗。這些都突出反映了學生缺少基本的工匠精神。

(二)項目缺乏實踐性

各高校的“創(chuàng)客”實驗室更多時候是作為更進一步的教學而進行使用。這個過程中多以傳統(tǒng)的實驗教學方法[14]對學生進行實踐訓練。例如，單片機的學習，在“創(chuàng)客工坊”中通常是采用現(xiàn)有的開發(fā)板成品進行學習，軟硬件都偏重實現(xiàn)基礎(chǔ)功能。因此，學生在學習過程中一般不會遇到實際的工程問題。通過這種方法進行單片機的實踐鍛煉，雖然能夠?qū)W會使用，但在解決實際問題時卻無從下手?？梢?，目前 “工坊式”教學僅僅是對課堂教學的擴充，對學生實踐動手能力的培養(yǎng)收效甚微，很難培養(yǎng)出符合社會需求的人才，以至于很難與社會需求接軌。

(三) 師資缺乏

近三年來，阜陽師范學院物電學院參加“互聯(lián)網(wǎng)+”的團隊超過200支，總參與人次超過800人。如果“創(chuàng)客”實驗室全部由任課教師參與指導，所需教師達30人之多，這對整個學院的教學科研工作都將是一個沉重的負擔。

(四) 團隊建設(shè)不足

現(xiàn)在社會分工越來越細，完成一項工作需要各個行業(yè)緊密的合作，如探月工程、蛟龍下海等。同時任何一個具有強大戰(zhàn)斗力的團隊都需要團隊精神，“創(chuàng)客”式教學方法對學生實踐能力的培養(yǎng)，常常忽略培養(yǎng)和建設(shè)一系列的相對穩(wěn)定的團隊。

二、“創(chuàng)客工坊”的建設(shè)

(一)“創(chuàng)客工坊”組織模式

在省教育廳和學校項目的支持下，我們創(chuàng)建了阜陽師范學院大學生iCAN創(chuàng)客實驗室。該實驗室整合了包括創(chuàng)客空間、電子社團、競賽團隊以及北京大學和智慧樹網(wǎng)開設(shè)的“創(chuàng)新工程實踐”遠程直播課程等資源?！皠?chuàng)客工坊”的人員包含教師、學生以及企事業(yè)人員等，如圖1所示。該組織模式特點是深度融合社團和競賽，同時讓每個培訓對象也成為教學人員。

(二) “創(chuàng)客工坊”規(guī)劃

“創(chuàng)客工坊”中的教學和學習空間，是進行一切教學活動的基礎(chǔ)。在阜陽師范學院現(xiàn)有的創(chuàng)新實驗室基礎(chǔ)上，我們改造建設(shè)了一個供“創(chuàng)客工坊”教學使用的教學空間。該教學空間共包括學生學習空間、實踐測試區(qū)域、加工區(qū)、元器件放置及展示區(qū)、教學交流區(qū)、成果展示區(qū)、學生休息區(qū)和社團競賽團隊活動區(qū)8個區(qū)域。

圖1 “創(chuàng)客工坊”組織模式

教學和交流區(qū)配備一個具備遠程在線互動直播教學條件的多媒體直播教室，該區(qū)域是在原有的開放實驗室和良好網(wǎng)絡(luò)支撐條件的基礎(chǔ)上，于2016年初投資近10萬元進行改造和升級的，具備可容80個用戶遠程在線互動直播教學和同時上網(wǎng)的WiFi網(wǎng)絡(luò)條件；元器件放置和展示區(qū)尤其突出其展示功能，讓培訓人員對元器件有直觀的認識；加工區(qū)提供了常用的焊接設(shè)備和耗材焊臺、小機床、銑床、雕刻機、鉆床、砂輪機、3D打印機等；測試區(qū)為學生提供實驗及研發(fā)所需的穩(wěn)壓電源、萬用表、信號源、示波器、邏輯分析儀、頻譜分析儀等。

與傳統(tǒng)的創(chuàng)新實驗室相比，我們建設(shè)的“創(chuàng)客工坊”教學空間具有以下特殊的設(shè)置。首先，在“創(chuàng)客工坊”設(shè)置有休息區(qū)，該設(shè)置是考慮到電子類專業(yè)的工作特殊性和完成作品的連續(xù)性，比如電子設(shè)計競賽、智能車競賽等訓練項目。設(shè)置休息區(qū)不僅為了學生能夠持續(xù)地進行學習和工作后的休息，同時也是對真實工作環(huán)境的模擬，能夠使學生提前適應(yīng)將來的工作環(huán)境，培養(yǎng)出來的學生能夠很好地與社會接軌。其次，“創(chuàng)客工坊”設(shè)置了獨立的學習空間和交流教學空間。而傳統(tǒng)的創(chuàng)新實驗室是兩者設(shè)置在一起的，或不具有獨立的學習空間。設(shè)置專門的學習空間，一方面是為學生創(chuàng)造學習環(huán)境。另一方面，“工坊”中有不同年級、不同專業(yè)的學生，人員結(jié)構(gòu)多樣化，并且他們也具有不同的分工。例如，高年級學生對低年級學生進行指導，不是“工坊”所有人員都參加，而只是部分需要的人員參加，另外一部分人員可能在學習、查找資料。因此，將交流教學區(qū)和學習空間分開，可以有效地避免不同工作的相互干擾。最后，留出足夠大的空間供社團和競賽團隊活動，社團和競賽團隊參加的各種活動能夠讓學生接觸到真實的選題，擴展學生視野。

三、“創(chuàng)客工坊”教學模式設(shè)計

(一)“創(chuàng)客工坊”教學中的實踐項目的革新

針對傳統(tǒng)的創(chuàng)新實驗室培養(yǎng)出的學生動手能力弱、不能很好地與社會接軌等問題，我們提出利用“創(chuàng)客工坊”教學對學生進行創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)模式。“創(chuàng)客工坊”教學主要通過各類電子類競賽和參與企業(yè)項目研發(fā)培養(yǎng)學生的實踐能力，參與的學科競賽主要圍繞技術(shù)型競賽，精選其中的具有鍛煉學生專業(yè)技術(shù)能力的比賽，如“恩智浦”大學生智能汽車競賽、“藍橋杯”等。對于高年級同學，我們積極與企業(yè)開展產(chǎn)學研合作，如安徽愛姆恩智能科技有限公司、阜陽市棋劍節(jié)能環(huán)保設(shè)備有限公司、華信電子、蚌埠的千恩智能、國際知名企業(yè)中興通訊等。這些企業(yè)可為學生的產(chǎn)品試提供條件，并由企業(yè)家對學生在生產(chǎn)、物流、管理、開拓市場、融資等方面給予直接指導和幫助。同時，積極與企業(yè)開展產(chǎn)學研合作，能夠讓學生直接接觸并深入到實際項目中去，與企業(yè)一線人員進行面對面交流，提前了解以后的工作環(huán)境和最新的技術(shù)知識。通過這種模式培養(yǎng)出來的學生，不僅具有較強的實踐能力，也更符合社會的需求，能夠更好地與社會接軌。

(二) “創(chuàng)客工坊”教學中傳承和師徒教學

“創(chuàng)客工坊”教學中的技術(shù)和知識傳承方式是傳統(tǒng)的創(chuàng)新實驗室所不具備的[12]。其對學生實踐能力的培養(yǎng)分為兩個方面。一方面“創(chuàng)客工坊”教學注重基礎(chǔ)知識的學習。例如，PCB設(shè)計、3D打印技術(shù)、焊接技術(shù)等。在“創(chuàng)客工坊”中，基礎(chǔ)知識的傳授方式是高年級學生傳授給低年級學生，如高年級學生開經(jīng)驗交流會、專題知識講座等方式傳授知識。高年級和低年級學生在一起的時間要遠遠多于教師和學生在一起的時間，這樣就給學習者提供了隨時溝通和交流的機會。在“創(chuàng)客工坊”教學中，另外一種教學模式是高低年級學生混合組隊，在實踐的過程中進行知識教授，這也是“工坊式”的一個特點，師傅帶徒弟。

另一方面，“創(chuàng)客工坊”教學注重工匠精神的培養(yǎng)和技術(shù)傳承。實驗室所具有的整體技術(shù)能力，往往決定著培養(yǎng)的學生能力的高低。傳統(tǒng)實驗室一般都是讓學生學習某些固定的技術(shù)，學習過程就是獲取這些技能的過程，而往往忽略實驗室技術(shù)能力的逐步提升?！皠?chuàng)客工坊”教學則強調(diào)技術(shù)傳承。在“創(chuàng)客工坊”中，會對現(xiàn)有技術(shù)進行整理收集。新一屆學生能夠依靠現(xiàn)有實驗技術(shù)資料等學習材料，快速獲取“創(chuàng)客工坊”的現(xiàn)有技能，從而進一步獲取新技術(shù)。而獲取的新技能又反過來提高了“創(chuàng)客工坊”技術(shù)水平，這種模式能夠逐步地提升實驗室技術(shù)水平，培養(yǎng)出的學生能力也在逐步地提高，同時通過高年級同學帶低年級同學也解決了師資缺乏的問題。

(三) 穩(wěn)定團隊建設(shè)方案

我們采用兩種方案在“創(chuàng)客工坊”中進行團隊的培養(yǎng)，一是利用學科競賽組成一個相對穩(wěn)定的團隊。如“恩智浦”大學生競賽，這是一項需要多人合作的綜合型比賽，為了培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神和實踐動手能力，我們將團隊分為硬件組、軟件組和機械組三個小組。硬件組負責智能車硬件電路設(shè)計和制作，軟件組負責智能車嵌入式軟件編寫，機械組負責智能車機械設(shè)計與制作。為了使設(shè)計的智能車性能最佳，需要三個小組很好地配合，三個小組共同設(shè)計，共同論證方案，這樣的方式不僅可以培養(yǎng)學生的團隊合作精神，還可以使學生熟悉實際工作中項目的開發(fā)流程。由于每年的智能車比賽賽事要求不同，需要解決的問題不同。因此，在參與該類型競賽時，學生不僅學習各種專業(yè)技能，而是更需要不斷地去解決遇到的各種新問題，通過解決問題的過程提高自身的實踐能力。

二是讓學生通過大學生創(chuàng)新訓練計劃和參加“產(chǎn)學研”項目增強團隊的凝聚力。例如學生參加“棋劍科技”的LED屏幕顯示項目，指導教師按照每個學生個人的情況進行合理的分工并組成團隊，期間團隊成員雖然有過矛盾，由于項目目標的壓力，他們采用的是解決矛盾繼續(xù)前行，最后出色地完成了該項目。

四、小結(jié)

我們通過對現(xiàn)有實踐能力的培養(yǎng)過程進行研究，發(fā)現(xiàn)學生普遍缺乏解決問題的能力、不能很好地與社會接軌、缺乏“工匠精神”、缺少團隊合作精神、缺乏紀律性等問題，針對這些問題，提出了“創(chuàng)客工坊”教學模式并形成了一套行之有效的方法。通過該教學模式，不僅培養(yǎng)出符合社會需求的人才，還使學生獲得了一系列成果，如大學生智能汽車競賽全國一等獎多項；iCAN國際創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國獎多項。培養(yǎng)的學生尚未出校門就接到多家公司的邀請，在校內(nèi)外都產(chǎn)生了較為廣泛的影響。