創(chuàng)客教育與CDIO融合研究

摘 要：世界各國的經(jīng)濟競爭和科技競爭，歸根到底是民族創(chuàng)新能力的競爭。CDIO工程教育、創(chuàng)客教育通過項目學(xué)習(xí)、任務(wù)驅(qū)動等對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)有著重要影響。文章研究了CDIO與創(chuàng)客教育產(chǎn)生的背景、內(nèi)涵，分析了兩者之間的差異，提出在創(chuàng)新思想的指導(dǎo)下，將CDIO的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作過程與創(chuàng)客教育相融合的理念，構(gòu)建了混合創(chuàng)新模型，以期有效提升“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的品質(zhì)和層次，提升工程教育專業(yè)和社會大眾的創(chuàng)新能力和核心競爭力。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)客教育；CDIO；創(chuàng)新；融合；模型

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）06-0006-04

當(dāng)今世界，各國之間激烈的是人才的競爭，建立國家創(chuàng)新體系，走創(chuàng)新型國家之路，已成為世界許多國家政府的共同選擇。“自主創(chuàng)新、重點跨越、支撐發(fā)展、引領(lǐng)未來”是我國建設(shè)創(chuàng)新型國家的指導(dǎo)方針[1]，創(chuàng)新型人才是創(chuàng)新型國家的基礎(chǔ)和重要保障。在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”知識經(jīng)濟時代，使得創(chuàng)新過程網(wǎng)絡(luò)化、全球化，草根大眾將自身極具技術(shù)挑戰(zhàn)的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實制品，變身創(chuàng)客成為可能，創(chuàng)客、創(chuàng)客空間、創(chuàng)客教育等應(yīng)運而生。與此同時，作為工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)的學(xué)院派CDIO理念及其12條標(biāo)準，對在校的工科學(xué)生的創(chuàng)新教育也起著重要的影響。

學(xué)院派的CDIO工程教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)與草根大眾的創(chuàng)客教育的自主創(chuàng)新，兩者之間有何關(guān)系？其創(chuàng)新的理念、方法有何異同？能否將兩者進行有效融合，促進創(chuàng)新規(guī)范化、大眾化呢？文章通過對CDIO與創(chuàng)客教育的梳理，力求探索這些問題的答案。

一、CDIO與創(chuàng)客教育產(chǎn)生的背景

1.CDIO產(chǎn)生的背景

（1）工業(yè)制造的發(fā)展

工業(yè)革命經(jīng)歷了以蒸汽機為代表的機械時代、發(fā)電機為代表的電氣時代、計算機為代表的信息時代，目前正在向智能時代邁進。相應(yīng)的機械制造經(jīng)過了工業(yè)1.0、2.0、3.0，正在向工業(yè)4.0發(fā)展。18世紀60年代至19世紀中期的工業(yè)1.0，通過水力和蒸汽機實現(xiàn)工廠機械化；19世紀后半期至20世紀初的工業(yè)2.0，采用電力驅(qū)動產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)，通過零部件生產(chǎn)與產(chǎn)品裝配的成功分離，將人類帶入分工明確、大批量生產(chǎn)的高效新模式；20世紀70年代開始工業(yè)3.0，應(yīng)用電子信息技術(shù)，使制造過程自動化控制程度、生產(chǎn)效率、良品率、分工合作、機械設(shè)備壽命等都得到了前所未有的提高；2010年前后出現(xiàn)的工業(yè)4.0，應(yīng)用信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS），將實體物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界融合進行智能制造，將形成一種高度靈活、個性化、數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)新生產(chǎn)模式。工業(yè)制造方式不同，對工程人才的能力需求也不一樣，因此高校工程人才的培養(yǎng)模式與方式必須不斷更新，以適應(yīng)工業(yè)制造發(fā)展的需要。

（2）工程人才的培養(yǎng)

西方國家，特別是英國作為工業(yè)革命的發(fā)源地，伴隨著工業(yè)生產(chǎn)而產(chǎn)生早期的“師徒制”工程教育，教師以工程企業(yè)的一線工程師為主，在生產(chǎn)實踐中對學(xué)生進行解決實際問題的教育，學(xué)校沒有系統(tǒng)化理論課程。隨著科技的發(fā)展，二十世紀四十年代末，系統(tǒng)論、控制論、信息論這三門邊緣學(xué)科幾乎同時產(chǎn)生，對科學(xué)技術(shù)和思維的發(fā)展起到了巨大的推動作用，對工程教育有著重要影響。20世紀后半葉，科學(xué)知識越來越與工程生產(chǎn)實踐相融合，逐漸形成現(xiàn)代工程理論體系，工程教育逐漸從實踐訓(xùn)練轉(zhuǎn)向工程科學(xué)知識傳授，教學(xué)場所從工程生產(chǎn)車間轉(zhuǎn)移到大學(xué)教室，教師群體也從技術(shù)工程師轉(zhuǎn)向工程理論研究人員[2]。

學(xué)校教育的特點是知識的基礎(chǔ)性、完整性、系統(tǒng)性，由于教學(xué)條件的限制，往往重理論、輕實踐，理論與實踐嚴重脫離，高校工程專業(yè)所培養(yǎng)的畢業(yè)生難以適應(yīng)現(xiàn)實工業(yè)生產(chǎn)的要求，需要針對性地在工業(yè)生產(chǎn)中進行實踐的“回爐”、再“鑄造”；同時由于學(xué)生缺乏相應(yīng)的實踐問題解決需求，對工程設(shè)計的思路、模式、方法等也缺乏系統(tǒng)認識，創(chuàng)新就更無從談起。美國工程技術(shù)認證委員會在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，對工程專業(yè)畢業(yè)生人才培養(yǎng)目標(biāo)做出了大規(guī)模調(diào)整。高校工程教育必須主動調(diào)整人才培養(yǎng)模式，以滿足工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的需求，CDIO工程教育模式應(yīng)運而生。

2.創(chuàng)客教育產(chǎn)生的背景

所謂創(chuàng)客，就是一群以創(chuàng)新為基本追求，通過借助各種數(shù)字化、智能化和開源化工具努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的人群[3]。

創(chuàng)客源自英語單詞“Maker”，原意是指“制造者”。從國外文獻來看，創(chuàng)客（Maker，臺灣翻譯為“自造者”）這一術(shù)語最早出自2005年初創(chuàng)辦發(fā)行的創(chuàng)客雜志（Maker Magazine），創(chuàng)辦人Dale Dougherty[4]。創(chuàng)客最初靈感來源于Gershenfeld教授于1998年在MIT開設(shè)的一門課程“如何能夠創(chuàng)造任何東西”，他認為與其讓人們接受科學(xué)知識，不如給他們裝備、相關(guān)的知識以及工具讓他們自己來發(fā)現(xiàn)科學(xué)[5]。

創(chuàng)客一經(jīng)提出便風(fēng)靡全球，創(chuàng)新、創(chuàng)造得到全世界的認可和推廣。創(chuàng)客產(chǎn)生的原因是多方面的：一是工業(yè)3.0的高效率、模塊化與產(chǎn)品標(biāo)準化的大規(guī)模定制，使最終的產(chǎn)品驚人的高度一致，缺少創(chuàng)新與個性，客觀上為創(chuàng)新提出了必然要求；二是個人通訊和個人計算、開源硬件的普及、3D打印技術(shù)的興起，為創(chuàng)客提供了必備的硬件條件，形成“DIY”（自己動手做）文化，他們掌握了自生產(chǎn)工具，實現(xiàn)了從專業(yè)科研人員到普通用戶、從專業(yè)實驗室的科技創(chuàng)新到大眾的共同創(chuàng)新、開放創(chuàng)新；三是知識經(jīng)濟、信息經(jīng)濟的關(guān)鍵是創(chuàng)新能力，只有信息共享，并與人的認知能力——智能相結(jié)合，才能高效率地產(chǎn)生新的知識[6]，才能推動第一生產(chǎn)力——科技的發(fā)展。

二、創(chuàng)客教育與CDIO的內(nèi)涵

1.CDIO的內(nèi)涵

1997年麻省理工學(xué)院航空/航天戰(zhàn)略計劃，提出CDIO增強本科生的關(guān)鍵能力，1999年與瑞典相關(guān)學(xué)校合作，從2000年開始CDIO項目，2001年誕生CDIO教學(xué)大綱V1版，2004年制定了CDIO標(biāo)準，形成了構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運作（Operate）的CDIO工程教育理念和實施體系。并成立了CDIO國際合作組織，截至2017年8月共有120所高校自愿加入“CDIO工程教育聯(lián)盟”[7]。

構(gòu)思包括設(shè)立系統(tǒng)目標(biāo)和要求、定義功能、概念和體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)建模并確保目標(biāo)可能達成、項目發(fā)展的管理。

設(shè)計包括設(shè)計過程、設(shè)計過程分期與方法、設(shè)計中對知識的利用、學(xué)科專業(yè)設(shè)計、跨學(xué)科專業(yè)設(shè)計、綜合設(shè)計。

實現(xiàn)包括設(shè)計實施的過程、硬件制造過程、軟件實現(xiàn)過程、硬件與軟件的結(jié)合、測試、驗證、認證以及取得證書、實施過程管理。

運作包括設(shè)計和優(yōu)化操作、培訓(xùn)及操作、支持系統(tǒng)的生命周期、系統(tǒng)改進和演變、棄置處理與產(chǎn)品報廢問題、運行管理。

“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作”四個單詞及其順序表達了產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)的四個階段，體現(xiàn)模型與工程生產(chǎn)的緊密結(jié)合。CDIO包括了三個核心文件：1個愿景、1個大綱和12條標(biāo)準。CDIO的目標(biāo)是培養(yǎng)工科學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力等，通過3級、70條、400多款指標(biāo)進行評價[8]。

CDIO的核心內(nèi)涵主要有：工程理念貫穿于一體化教學(xué)計劃，培養(yǎng)整體思維、系統(tǒng)思維；教學(xué)中以學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)為中心，強調(diào)學(xué)生在工程實踐場所中，基于自己的思考和解決問題的主動學(xué)習(xí)，要有強烈的求知欲和自省能力，形成綜合性學(xué)習(xí)經(jīng)驗；學(xué)生要有創(chuàng)造性思維、批判性思維，有團隊意識和創(chuàng)新精神。

2.創(chuàng)客教育的內(nèi)涵

信息技術(shù)的普及、數(shù)字工具的應(yīng)用，使大批志同道合的、具有把創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的草根創(chuàng)客自組織地聚集在一起，協(xié)同工作。創(chuàng)客堅守創(chuàng)新理念，通過行動和持續(xù)實踐，發(fā)現(xiàn)問題和需求，并努力找到解決方案，并樂于分享創(chuàng)新成果。他們最初的活動創(chuàng)客空間是車庫。隨著人員的不斷擴展以及條件的日益改善，實驗室、工作坊、廠房、工作間，甚至移動的卡車等都可成為創(chuàng)客空間。創(chuàng)客空間為參考與提供動手學(xué)習(xí)、協(xié)作、自我導(dǎo)向、STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)）教育、原型設(shè)計以及創(chuàng)客文化等機會[9]，遵循“親自實踐、共同分享、尋求創(chuàng)新”的理念[10]。發(fā)明創(chuàng)造將不只發(fā)生在擁有昂貴實驗設(shè)備的大學(xué)或研究機構(gòu)，也將不僅僅屬于少數(shù)專業(yè)科研人員，而有機會在任何地方由任何人完成[11]。

創(chuàng)客的發(fā)明、創(chuàng)新、創(chuàng)造能力除自主協(xié)作學(xué)習(xí)獲得外，也可以通過系統(tǒng)的教育、規(guī)范的實踐獲得，由此以培育大眾創(chuàng)客精神為導(dǎo)向的教育形態(tài)[12]——創(chuàng)客教育應(yīng)運而生。創(chuàng)客教育是一種融合信息技術(shù)，秉承“開放創(chuàng)新、探究體驗”教育理念，以“創(chuàng)造中學(xué)”為主要學(xué)習(xí)方式和以培養(yǎng)各類創(chuàng)新型人才為目的的新型教育模式[13]。概括來說，創(chuàng)客教育的本質(zhì)是創(chuàng)新滿足需求，協(xié)作實現(xiàn)創(chuàng)意，實踐產(chǎn)生價值[14]。

三、創(chuàng)客教育與CDIO的比較

從上述的CDIO與創(chuàng)客教育產(chǎn)生的背景、內(nèi)涵來看，兩者有著相似之處，都是強調(diào)以學(xué)生為中心，讓學(xué)生在一定的環(huán)境中靈活、自由、主動學(xué)習(xí)，通過項目解決問題，激發(fā)創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神、實踐能力、團隊協(xié)作能力、自主學(xué)習(xí)能力、以及溝通與表達能力等。但在以下方面有著明顯的差異：

1.學(xué)習(xí)目標(biāo)

CDIO工程教育培養(yǎng)的是針對企業(yè)需求的專業(yè)化、定制式、精英式人才，有真實的、復(fù)雜的工程問題，團隊成員相對固定；將學(xué)科學(xué)習(xí)與工程職業(yè)訓(xùn)練相融合，知識、能力等相對標(biāo)準、統(tǒng)一，須通過工程教育專業(yè)認證，以滿足行業(yè)需求，具有明顯的職業(yè)傾向性。（構(gòu)建工程教育與企業(yè)界的聯(lián)系機制，增強工程教育人才培養(yǎng)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的適應(yīng)性；促進我國工程教育的國際互認，提升國際競爭力。）

創(chuàng)客教育是面向大眾的個性化教育，可以是在校學(xué)生，也可以是社會人員；創(chuàng)客按興趣愛好構(gòu)建松散性團隊，壓縮力相對較弱；學(xué)習(xí)的內(nèi)容、進度等也是根據(jù)自己的喜好和能力自主選擇和確定，以拓展知識、發(fā)展能力為目標(biāo)，因人而異、按需學(xué)習(xí)；往往在生活中發(fā)現(xiàn)問題，自主探究解決問題，無明顯的職業(yè)傾向。

2.知識體系

CDIO工程教育人才培養(yǎng)，圍繞基礎(chǔ)科學(xué)知識、核心工程基礎(chǔ)知識、高級工程基礎(chǔ)知識等系統(tǒng)構(gòu)建知識體系與實踐方案，具有各學(xué)科之間相互支撐并進行實踐的一體化教學(xué)計劃。

創(chuàng)客活動廣泛，有開發(fā)學(xué)生智力的創(chuàng)客活動，如智力電腦游戲、機器人制作等；有滿足學(xué)生基本生活需求的手工制作活動，如烘焙、園藝、剪紙等；有開展與學(xué)校課程設(shè)置相關(guān)的活動，如計算機、3D打印技術(shù)、電子設(shè)備等。因此對于創(chuàng)客教育而言，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準和知識體系，是按需教學(xué)、按條件開展活動的碎片化知識。當(dāng)前在機器人創(chuàng)客方面有著豐富的開源硬件，體系相對較為成熟，深受各類創(chuàng)客愛好者的喜愛。

3.實踐場所

CDIO工程教育專業(yè)認證中有嚴格的支持條件，如教學(xué)設(shè)施、實驗經(jīng)費、儀器設(shè)備及使用率、師生比、實驗開出率等，實踐場所相對真實、規(guī)范、全面，實驗場所有專業(yè)的實驗教師指導(dǎo)，滿足工程專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求。

創(chuàng)客教育場所相對自由，實驗室、車庫、工作坊等，只要能提供創(chuàng)客工作的基本條件即可；無統(tǒng)一的設(shè)備配置標(biāo)準；創(chuàng)客教師人員較為復(fù)雜，包括企業(yè)工程師、博士、志愿者等，水平參差不齊。

4.社會評價

CDIO工程教育專業(yè)的社會評價是從用人單位的角度來看待專業(yè)培養(yǎng)出來的畢業(yè)生，包括來自就業(yè)單位、研究生培養(yǎng)機構(gòu)、社會輿論的評價[15]。通過考試、面試、實踐操作等方式評價學(xué)生的專業(yè)知識、應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)。

創(chuàng)客的最終成果是以用戶為中心的創(chuàng)新產(chǎn)品，往往和實際緊密結(jié)合，具有新穎性、實用性、便利性等特點，能引領(lǐng)潮流。成果通過網(wǎng)絡(luò)平臺進行發(fā)布，并得到來自用戶的評估[16]，具有市場前景的成果則會得到投資并轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的機會。教育創(chuàng)客的作品實用性相對較少，可以從科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)多維度全面進行學(xué)生的能力和綜合素質(zhì)。CDIO與創(chuàng)客教育的比較如表1所示。

四、創(chuàng)客教育與CDIO的融合

無論是CDIO工程教育，還是創(chuàng)客教育，都包含了知識創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新，技術(shù)創(chuàng)新是在知識創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，要將各種技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品或服務(wù)并在市場上實現(xiàn)其價值，從而獲取經(jīng)濟利益[17]。從上述的比較分析來看，CDIO由于受到專業(yè)性質(zhì)、工程思想等的限制，往往過分拘泥于“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運作”的規(guī)范化模式，有時缺少問題意識和靈活創(chuàng)新。相反，創(chuàng)客教育傳承了創(chuàng)新教育、DIY理念的思想，善于從生活中發(fā)現(xiàn)問題，通過“親自動手”、“一起做”實現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新，方法實用、靈活，但由于缺乏必要的工程教育系統(tǒng)知識與方法的支撐，解決問題難度較大，研究也難以深入，不能從根本上實現(xiàn)創(chuàng)新。因此，在創(chuàng)新思想的指導(dǎo)下，可將CDIO與創(chuàng)客教育相融合，取長補短，以突破各自的缺點與不足。

在借鑒企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新過程模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建CDIO與創(chuàng)客教育深度融合的混合模型如圖1所示。

具體過程是：基于問題、需求等構(gòu)建創(chuàng)客團隊，團隊成員在系統(tǒng)知識的支持下，通過頭腦風(fēng)暴、討論交流等方式進行創(chuàng)客互動，根據(jù)問題的目標(biāo)、要求等形成構(gòu)思，建立系統(tǒng)實現(xiàn)建模；運用系統(tǒng)知識進行跨學(xué)科的專業(yè)設(shè)計、綜合設(shè)計；在創(chuàng)客實驗場中，通過親身實踐，驗證設(shè)計思路，通過3D打印等技術(shù)制作原形，試制產(chǎn)品；產(chǎn)品的生產(chǎn)實現(xiàn)過程中，可對設(shè)計、構(gòu)思中存在的問題進行修正，力求產(chǎn)品的功能完善與規(guī)范等；通過互聯(lián)網(wǎng)、市場調(diào)研等向用戶征求意見、進行試用體驗，通過云計算、大數(shù)據(jù)等實現(xiàn)創(chuàng)客產(chǎn)品的優(yōu)化、系統(tǒng)的改進等，并借助互聯(lián)網(wǎng)進行大范圍的推廣、應(yīng)用，使創(chuàng)新產(chǎn)品實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，實現(xiàn)創(chuàng)新知識的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。

五、結(jié)束語

總之，在CDIO工程專業(yè)教育的基礎(chǔ)上，融合大眾化的創(chuàng)客教育理念，對培育“尚技重工”的文化[18]，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、系統(tǒng)知識掌握與應(yīng)用能力、實踐能力等都有著重要的影響，為用戶提供更多的創(chuàng)新產(chǎn)品和創(chuàng)新體驗，可有效提升“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的品質(zhì)和層次，使高校創(chuàng)客實踐中心成為創(chuàng)新的起源場、互動場、實踐場、系統(tǒng)化場[19]。

參考文獻：

[1]創(chuàng)新型國家.百度百科[DB/OL]. https：//baike.baidu.com/item/%E5%88%9B%E6%96%B0%E5%9E%8B%E5%9B%BD%E5%AE%B6/1053821？fr=aladdin，2017-08-12.

[2]王碩旺，洪成文.CDIO：美國麻省理工學(xué)院工程教育的經(jīng)典模式——基于對CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究.2009，（8）：116-119.

[3]克里斯·安德森.創(chuàng)客：新工業(yè)革命[M].北京：中信出版社，2012.

[4][9]劉麗敏，王 晴.國外圖書館創(chuàng)客空間研究及實踐進展[J].圖書館論壇.2016，（7）：115-123.

[5]Fab Lab.百度百科[DB/OL].https：//baike.baidu.com/item/fab%20lab/4795716？fr=aladdin， 2017-08-12.

[6]知識經(jīng)濟.百度百科[DB/OL].https：//baike.baidu.com/item/%E7%9F%A5%E8%AF%86%E7%BB%8F%E6%B5%8E/22646？fr=Aladdin， 2017-08-20.

[7]CDIO.CDIO[DB/OL].http：//www.cdio.org/，2017-08-30.

[8]CDIO.百度百科[OL].http：//www.baike.com/wiki/CDIO， 2017-09-03.

[10]張紅利，曹芬芬.國內(nèi)外典型圖書館創(chuàng)客空間實踐研究和啟示[J].圖書館學(xué)研究.2015，（22）：9-16，97.

[11]宋剛，陳凱亮.Fab Lab創(chuàng)新模式及其啟示[J].科學(xué)管理研究.2008，（06）：1-4.

[12]祝智庭，雒亮.從創(chuàng)客運動到創(chuàng)客教育：培植眾創(chuàng)文化[J].電化教育研究，2015，（7）：5-13.

[13]楊現(xiàn)民，李冀紅.創(chuàng)客教育的價值潛能及其爭議[J].現(xiàn)代遠程教育研究.2015，（2）：23-34.

[14]張德成.基于創(chuàng)客教育理念的中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升培訓(xùn)[J].教育信息化.2017，（8）：75-78

[15]蔣宗禮.工程教育專業(yè)認證指標(biāo)解讀[J].計算機教育.2008，（13）：10-13.

[16][18]祝智庭.創(chuàng)客教育：信息技術(shù)使能的創(chuàng)新教育實踐場[J].中國電化教育.2015，（1）：14-21.

[17]Ralph Shantz，J. Use of knowledge management as a learning transfer platform [D].Dissertation of The Alliant International University，2003：5-6.

[19]曾明星，寧小浩.“四場一中心”創(chuàng)客學(xué)習(xí)空間模型及構(gòu)建——基于企業(yè)創(chuàng)新過程的視角[J].遠程教育雜志.2016，（4）：25-34.

（編輯：郭桂真）