创客教育与工程训练教学的有机融合

    郑朝霞 熊先云

    

    摘 ?要 通过在工程训练课程的基础训练教学和综合训练教学中融入创新教育，从创新源头对学生进行创新思维引导，实现创客教育与工程训练课程的有机融合。学生学习了创新思维与创新技法，思维得到启发和拓展，设计能力、创新能力、实践能力、分析问题和解决问题能力、综合运用知识能力等方面都得到提高，影响是深刻而长久的。

    关键词 创客教育;工程训练;热处理;教学资源

    中图分类号：G642 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）18-0134-03

    Organic Integration of Creator Education and Engineering Trai-

    ning Teaching//ZHENG Zhaoxia， XIONG Xianyun

    Abstract By incorporating innovative education into the basic trai-ning and comprehensive training teaching of engineering training courses and guiding students innovative thinking from the source of

    innovation， the organic integration of creative education and engi-

    neering training courses is realized. Students have learned innovative

    thinking and innovative techniques. Their thinking has been inspired

    and expanded. Their design ability， innovative ability， practical abi-

    lity， problem analysis and problem solving ability， and comprehen-sive application of knowledge have been improved. The influence on

    students is profound and lasting.

    Key words creator education; engineering training; heat-treatment; teaching resources

    1 创客教育与工程训练教学有机融合的意义

    随着互联网、信息技术、现代工业的发展，创客运动正席卷全球，旨在培养“创新、实践、分享”的创客人才的创客教育也在国内高校兴起[1-2]。社会开展创客教育的受益群体是大众，高校进行创客教育的受益者是所有大学生，因此，高校开展创客教育也应与各学科教学相融合，在教学过程中有效培养学生的创客态度，构建创客学习方法，培养创客思维方式，营造校园创客文化，培育大学生的创新意识和创新精神，提高创新能力。高校创客教育鼓励学生主动思考、设计、制作，将创意转变为实物。在创造作品时，学生通过不断地发现问题、分析问题和解决问题的过程，学习吸收相关知识，综合运用多学科知识，领会知识的关联性，将理论知识与实践紧密结合。

    工程训练是集知识、能力、素质培养于一体的工程实践课程，其教学理念和教学目标与创客教育一致。工程训练中心拥有丰富的教学资源，包括教学场地、加工设备、实训和创新指导教师等，为全校学生提供工程实践平台，是大学生工程素质教育和创新创业教育的实践性教学基地，是高校开展创客教育的理想平台和基地。同时，工程训练中心接纳的学生数量多，涉及的学科面广，依托工程训练进行创客教育，学生的受益面宽。所以，探索工程训练教学与创客教育的有效融合具有重要的现实意义。

    高校创客教育的引入，将从教学理念、教学内容及教学方式等方面对工程训练进行革新[3]。目前，国内高校开展创客教育的研究大多依托创客空间的建设和发展、工程训练教学体系的重置调整、创新项目的设置以及校内资源的整合，多属于框架层面的构建[4-5]。而影响创客教育效果的是具体实施过程相关环节的把控，以及如何在工程训练教学中有效融入创客教育。

    2 创客教育与工程训练教学有效融合的探索

    创客教育的核心是创新与实践，创新是基础，是创意产生的源头。创意的产生需要打破思维定式，具有一定的创新思维，了解一定的创新技法。我国应试教育下培养的大学生的创新能力和实践能力均相对缺乏，所以高校创客教育的基础目标是创新能力和实践能力的培养。在探索创客教育与工程训练教学有效融合实践中，以创新为出发点，注重启发学生思维，使学生掌握一定的创新思维和创新技法，潜移默化地对学生进行创客教育。

    在基础训练中融入创客教育 ?基础训练包含多个工种，不同工种涉及不同的专业领域，教学特点、教学内容和教学设备也不同，包含的创新思维和创新技法及案例也具有差异性。基础训练中融入创客教育，实际上就是依托不同工种的教学内容和教学环节推进创新教育。现以热处理实训为例，阐述在基础训练中融入创客教育的几点做法。

    1）重新梳理现有热处理教学环节和教学内容，打破固有思维模式，挖掘蕴含的创新思维案例，注重对学生进行思维启发。设备讲解时，通过对不同设备的观察对比来启发学生思维。先给学生讲解的设备是12 kW箱式实验电阻炉，然后学生观察15 kW工業用箱式电阻炉，鼓励学生提问题，不同的学生给出不同答案，最后带领大家对问题进行剖析、引申、扩展，引出更深层次问题。通过这种启发思维的方式，学生了解到工业用炉的结构特点、炉底板的功能及其应具有的性能，以及观察孔、行程开关等部件的作用。同时，15 kW箱式电阻炉炉膛小，只适合小件，以此为基点，引导学生思考“装大件怎么办”，引出大炉膛需要大功率以及借助于行车等机械装备装炉的认知;思考“现有箱式炉的炉门在前，炉膛与外壳固定一起，造成大件装炉困难，应如何解决”，引导学生得出炉门的不同安装位置及炉体由整体变为分体式的概念，使学生具有炉门在上面的井式炉及炉底和炉罩分离的台车式炉的工业热处理设备的认知。

    2）对热处理教学环节和教学内容进行深度开发和再设计，挖掘和激发创新元素、创新思维和创新技法，并与教学内容有机融合。如学生操作的洛氏硬度计较大、较重，固定在工作台上，无法移动，测量时需将工件拿到硬度计上进行检测，而且支撑座的升降行程小，所以这种硬度计只能测量较小的零件。学生操作硬度测试后思考：企业生产中大零件该如何测量？引导学生運用逆向思维进行分析，实训中的测量方式是硬度计不动，工件移动;现在是工件不动，那么能移动的就只能是硬度计了，这种可移动的硬度计就是生产中应用的便携式硬度计，然后向学生简单介绍便携式硬度计的种类和特点。由固定硬度计到便携式硬度计的拓展，是对教学内容进行深度开发和再设计的结果，学生既得到了思维拓展，又学习了逆向思维的应用案例。

    3）基础训练中推进创新教育的关键点是找准契合点，将挖掘出的创新思维与创新技法进行合理设定，与各工种教学内容和相关知识点以无缝对接的方式融合，内容上是自然而然地融入而非生硬叠加，做到既紧贴课程，又科学有序。在教学过程中，创新课程话语体系，让学生感觉教学内容与创新元素是一体的、不可分割的。比如讲到高频感应加热设备时，从设备加热原理切入进行创新思维引导：感应加热的加热原理是电磁感应原理，加热元件是线圈，实训设备是高频，那么应该还有工频、中频等设备。学生了解到电磁感应原理在工业生产上的应用，除高频感应加热设备外，还有中频感应加热设备等。然后引导学生思考：如果将线圈放置在坩埚外围，坩埚内放置钢材，那结果就是坩埚内的钢材会熔化，属于哪个领域的应用？学生会联想到钢厂的熔炼环节，这样也了解到电磁感应原理在熔炼领域的应用，知道了中频熔炼炉等设备。最后引导学生思考电磁感应原理在日常生活中的应用案例，大家会自然联想到家用电磁炉。

    这个案例使学生学习到一种创新方法，即科学原理在不同领域的应用，从教学案例到创新要素是自然过渡、顺理成章，在潜移默化中实现创新教育。

    4）课程设计应充分考虑学生特定的年龄段和特点。在教学内容的设计与安排、创新要素的融入点与融入方式的设定、语言的组织与表述等方面，均应符合学生的认知规律和心理特征，教学过程应以学生能接受和理解的方式进行，这样才能激发学生的学习兴趣，引发学生深入思考。

    热处理知识相对较为抽象，所以在教学中尽可能用案例教学法将多个知识点串联起来，体现知识的关联性。选取的案例应是学生熟悉或容易记住的，如“趁热打铁”，学生都熟悉这个词，生活中或电视里也常见这个场景。在理论知识讲解时，引导大家思考：为什么要“趁热打铁”？通过分析，学生了解到“打铁”是锻造，不是热处理，但可用热处理的知识解释这个过程;了解到高温状态下奥氏体是软态、水冷后转变成马氏体是硬态、为何打铁过程中反复回炉加热、为何最后水冷而非空冷等知识点，使学生更容易理解。在热处理知识的应用上，除了应用于工业生产以及解释生活中的一些现象，还拓展到生活中的刀具等都需要热处理。通过发散思维方式学习热处理在不同领域的应用，学生学到的不只是实训知识，更是创新思维的训练，这是思维方法的学习和训练，对学生的影响是深刻而长久的。

    在综合训练中融入创客教育 ?综合训练在基础训练之后进行。根据各学院人才培养计划，对工程训练课程有不同的学分要求，包括1学分、1.5学分、2学分和4学分，学分要求不同，相应的工程训练教学安排、教学内容、教学环节和教学组织也不同。其中2学分的部分专业和4学分的工程训练课程设置综合训练，不同学分与工程训练课程设置见表1。

    综合训练以项目为载体，通过CDIO模式进行，属于多学科、多工艺结合的综合性创新训练项目，学生体验项目作品从构思到实物的真实生产过程，独立或分组完成项目作品，从项目调研、主题确定、方案设计及优化、加工制作及装配调试到项目答辩，以及部分材料、零部件的采购等，均由学生独立完成，教师在各环节给予指导。

    将创客教育融入综合训练指导过程中，教师在项目实施各环节启发学生思维，引导学生学习和运用创新思维与创新技法，设计制作出综合性强、创新性高的综合训练作品。在选题或方案设计时，引导学生采用创新技法中的希望点列举法、缺点列举法，或运用组合思维、逆向思维等完成项目的确定。比如通过调研，学生发现在仓库、商场等场所使用较多登高车基本是人力取货和送货，由此带来安全问题;而且梯子的高度通常是一定的，导致应用的局限性。以此为出发点，学生设计出一款多功能登高车，其电动升降平台的竖直移动实现了货物的传递，解决了传统登高车人力搬运货物以及带来的安全问题;同时，登高车安装带有刹车装置的万向轮以及梯步，具有二次升高功能，进一步提升了安全性和功能性。

    学生作品中还有利用组合思维设计出的留声机形台灯、具有时间和温度显示的台灯、带储物功能的火车头模型，利用仿生思维设计出的海豚形台灯和鸟巢形吊灯，希望家中无人时衣服不被雨水淋湿的自动感应智能晾衣架，等等。在进行具体结构设计及加工制作时，引导学生运用奥斯本检核表法及发散思维等完成相关设计，如用不同设计方案实现作品的特定功能;在实现相同功能前提下，鼓励学生从尝试减少材料、减少加工环节、考虑材料的替换、使用更简单的结构或减小体积等方面进行思考。通过启发，学生完成的作品具有一定的创新性，如足球机器人的射门装置有击打式、抛球式、弹射式等多种形式，还有折叠自行车、木质灯具、磁带灯罩、用钢珠制作的模型、电动摇篮、旋转时扇叶显示字体的风扇等。

    创客教育与工程训练教学的融合对教师提出更高要求 ?创客教育与工程训练教学的融合，将促进工程训练教学从任务式向思维引导式推进，对工程训练教师提出更高要求。学生期待从教师处获得更多的帮助和启发，这将促使教师不断增加自己的知识储备和工程阅历，在巩固本专业知识的同时，还要有意识地学习创新思维和创新技法知识，在日常教学中推进创新教育，对学生进行创新思维引导，进一步增强工程训练教学效果。教师要对教学内容重新进行梳理与挖掘，找出和设计合理知识点将创新教育融入其中;将教学内容与蕴含的创新元素以无缝对接的方式自然融合为一体;创新话语体系，以学生能接受的方式进行创新思维引导;等等。

    3 结语

    在工程训练教学中融入创客教育，教学效果是积极肯定的。通过在基础训练热处理教学以及在综合训练各环节融入创客教育，从创新源头对学生进行创新思维引导，学生的思维得到启发和拓展，在知识结构方面吸收了一定的创新思维与创新技法，在设计能力、创新能力、实践能力、分析问题和解决问题能力、综合运用知识能力等方面都得到提高。这是思维方法的学习和训练，对学生的影响是深刻而长久的。

    参考文献

    [1]何世忠，张渝江.创客运动：学习变革的下一个支点[J].中国信息技术教育，2014（9）：5-7.

    [2]李双寿，杨建新，王德宇，等.高校众创空间建设实践：以清华大学i.Center为例[J].现代教育技术，2015（5）：5-11.

    [3]吴卓平，王松婵，杨连生.高校工程训练创新发展探析[J].实验技术与管理，2014，31（10）：51-54.

    [4]贾杰.创客教育与高等院校工程训练的融合[J].实验技术与管理，2015，32（12）：30-32，35.

    [5]杨毅，刘赞，唐如龙.基于创客教育的工程训练教学改革与实践[J].中国教育技术装备，2016（22）：115-117.