創客教育在土木工程CAD教學中的應用

齊麟　張楊

摘 要 將創客教育理念與《土木工程CAD》課程相結合，設計了符合創客項目八要點的教學項目，并以其為主線將知識技能融入其中。應用創客教育理念，設計了包含五個項目實施階段的教學策略，將學生創造能力的培養融入到項目的實施過程中，實現“在創造中學習”。將教育活動的中心由教師轉變為學生，教師為教學過程的設計者和組織者。建立了與傳統考試評價方式相結合的創客項目評價標準，啟發學習者的創新意識、激發學習者的創造能力。通過基于創客教育的《土木工程CAD》教學改革，改革當前軟件技能類課程的“逐一介紹軟件功能”的傳統教學方法，使教學效果超越單純技能培訓的層面，提升到培養學生創造力的高度。

關鍵詞 創客教育 創客項目 土木工程CAD 改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.055

Abstract Based on the Maker Education idea， teaching programs for the course Civil Engineering CAD with the accordance of eight key points of the Maker program are designed. The essential technique of the course is integrated into the programs. Teaching policy consisting of five stages is also designed based on the Maker Education idea. Training of the student creative ability is integrated into the teaching policy， so the study can be carried in the creative process. By the Maker Education， students rather than the teacher become the center of the teaching activity， and the teacher becomes the designer and the organizer. The new evaluation criterion considering the connection of the traditional examination evaluation for Maker program is established. By this criterion the innovation consciousness and creative ability of the student can be promoted. In the traditional software class， functions are introduced one by one， and the operation technique is the objective. By the Maker Education， creation promoting becomes the main objective.

Keywords Maker Education； Maker program； Civil Engineering CAD； reform

創客源于英文單詞“Maker”，原意為“制造者”。創客運動源于美國麻省理工大學發起的Fab Lab項目。[1]該項目以個人創意、個人設計、個人制造為核心理念，旨在構建融合設計、制造、調試、分析以及文檔管理全流程的創新制造環境。Fab Lab理念與實踐在全球的傳播，推動了創客運動的興起與發展。[2]2015年李克強總理在《政府工作報告》中對創客運動給予了高度評價；[3]2016年5月國務院印發的《國家創新驅動發展戰略綱要》也明確提出了發展創客運動的意見。[4]

創客運動對教育領域也產生了巨大的影響，創客運動與教育的結合正在改變傳統教育的理念、組織、模式與方法。2015年《地平線報告》（New Horizon Report）高等教育版[5]將創客視為未來影響教育領域的關鍵技術。創客教育旨在提升學生的創新、創造和創業能力，掀起了一股席卷全球的教育變革浪潮。[6]作為創客運動的發源地，美國在2009年啟動“創客教育計劃”，斯坦福大學、威斯康星大學、內華達大學等60多所美國高校成立了創客空間。[7]2010年，國內創客空間的大本營“新空間”扎根上海，創客教育在我國悄然興起。國內高校與部分中小學紛紛啟動創客空間與創客社團的建設計劃，清華大學創客教育論壇與中美青年創客大賽等一系列活動促進了創客教育在我國的發展。[8，9]

1 創客教育模式在土木工程CAD教學中的意義

土木工程CAD為高校課程中的軟件技能類課程。傳統觀念認為軟件技能類課程的主要目標是使學生熟練掌握軟件的功能，能夠使用軟件進行工程的設計、計算與圖紙繪制。因此在教學上也按部就班，按照章節循序漸進，將軟件的各種功能逐一進行講解。這樣的教學方法雖可較全面介紹軟件功能，卻也會使學生產生麻木厭倦心理，課堂參與度不高，只懂操作不知應用，更無法培養學生的創造力。實際上，采用軟件進行產品或工程設計是理論課程所學知識的集中應用過程，是最貼近產品的技術階段，也是今后從事相關工作時最實用的專業技能。通過精心的教學設計與創新的教法改革，軟件技能類課程不僅可使學生綜合應用專業理論知識，還可以激發其創造力，提高其學習積極性。在國家大力倡導培養應用型人才的背景下，采用全新的教學理念對軟件技能類課程進行教學改革，培養學生創造性地應用軟件進行產品與工程的設計，而不僅僅停留在軟件操作層面上，更具有重要的實踐意義。

精心設計的軟件技能類課程具有易于培養學生創造力的特性。本文引入創客理念，以土木工程CAD作為載體進行教學改革，探索基于創客教育理念的新教學模式，以提高學生的創造性為根本目標，以綜合創意思維、課程知識與工程實際而設計的創客項目為主線，為學習者提供較大的創造空間。學生基于創客項目開展創造性的設計與學習活動，生成創造性的產品，并在此過程中獲得知識、技能以及創造力的多重提升。

2 創客項目的設計

創客教育的載體是精心設計的創客項目。在土木工程CAD教學改革中，需精心設計創客項目，使學生在分析項目、設計方案、實施項目的過程中完成基于創造的學習，形成具有創造性的作品。

Sylvia Libow Martinez和Gary Stage[10]總結了創客項目所需要的八個要點，如表1所示。

本文作者在教學實踐中建立了多個創客教學項目，下面以其中一例進行說明，具體項目要素如表2所示。

作者在題目設計時充分考慮了創客項目應具備的八個要點。

（1）切身性。中國民航大學新校區建設項目中機場學院科研教學大樓是其中一項重要工程。試驗室、教室、研究室的建筑設計是機場學院每一位師生都極為關切的事情，涉及到每一位師生未來的學習、工作與生活。對教學對象來說，該項目具有極強的切身性。

（2）復雜性。新校區建設項目中機場學院科研教學大樓建筑面積達到1.5萬平方米，這樣大體量的建筑設計本身便具有復雜性。

（3）充足的資源。充分利用每周五晚上學院機房的空閑時間，開放機房為學生提供設計條件。機房電腦裝有正版設計軟件，同時便于各組成員互相討論，共同工作。

（4）互動和合作。5位同學組成一個小組，集思廣益，分工合作，共同完成任務。

（5）高強度。大三學生具有較多的課業任務，考慮到本項目的復雜性，在規定的時間內完成任務需要較高強度的精力投入，便于發掘學生的潛力，鍛煉學生的自覺性。

（6）合理的時間安排。本項目要求學生在六周時間內完成，具體時間安排為每周土木工程CAD教學課堂，10～15教學周周五晚19：30～2：00。教學在周二，課外學習在周五，工作時間安排均勻，充分利用了課外時間。

（7）分享教育。項目設計完成后每組要分別介紹自己的設計思路，展示自己的設計方案，便于大家互相學習，互相進步。

（8）新穎性。本項目為開放式項目，建筑設計包含較強的創造性，指導教師除必要的技術性指導外沒有給學生設置限制條件，便于學生發揮自己的創造力。

3 教學策略

專業化教學策略是創客教育的關鍵。對應于創造性學習的基本階段，可將本項目的實施過程分為項目準備階段、方案分項設計階段、方案集中設計階段、方案分享與評價階段。分項設計與集中設計是模擬設計院工程人員在實際建筑設計過程中的各專業分工合作過程；方案分享與評價階段是模擬實際工作中建筑設計方案的評選競標過程。本項目實施階段的設計使教學充分結合生產實際，使學生在學習階段即切身體驗真實的建筑設計過程。

（1）項目準備階段：任課教師在項目開始前首先將項目的背景、意義、項目實施途徑、實施方法進行詳細的介紹，并講授必要的Auto CAD繪圖方法與技巧。

（2）方案分項設計階段：項目組每人分別設計一層或一部分。重點觀察學生開展項目的過程，制定一人一策的指導計劃。掌握每人的學習狀態與學習進度，針對每人的具體情況進行制圖方法與技巧的指導。講明優秀的設計方案將作為新校區設計師的參考，用于新校區大樓的方案設計，激發學生的創作動力，增強大家的參與熱情。

（3）方案集中設計階段：項目組多人將分項設計進行組合，核對設計是否有錯誤，分析設計圖紙是否有相互矛盾的地方。

（4）方案分享與評價階段：各組分別介紹設計方案的思路、設計過程，介紹方案設計如何滿足建筑的功能性，結構設計如何滿足承載安全性等，并開展設計方案評比。

4 明確教師定位

在傳統教學模式下，教師的角色為知識傳播者，在教學活動中處于中心地位。在知識傳播過程中，教師具有極大權威。在創客教育背景下，原有的教學模式被打破，教學形式極為靈活，沒有固定的教案，也沒有固定的知識講授。學生在完成創客項目的過程中會遇到各種意想不到的問題，而這些問題教師也可能不熟悉不明白。因此在創客教學模式下教師的定位發生了極大的改變，教學活動的中心由教師轉變為學生。在土木工程CAD創客教學過程中，作者深刻感受到教師已不是傳統教學模式下的知識傳授者，而是變成了教學過程的設計者與組織者。學生在探索中學習，在創造中進步，通過創客教學學生可能成為某一方面的專家，在某些知識領域內超過了教師。隨著教師定位的改變，教師不應再把自己當作專業權威，而是應放平心態與學生一同學習，共同探索未知的世界。

在教師定位改變的過程中，教師仍應牢記自己的作為教學設計者與組織者的職責，承擔為學生提供必要指導的責任。基于教師的教學經驗，考慮學生的知識水平與認知能力，制定合理有效的創客項目是開展創客教學改革的基礎，也是教師教學設計中的重要環節。在創客項目開展過程中，教師應合理組織與調配教學資源。例如土木工程CAD創客教學中，教師應對機房、電腦、投影、軟件、打印機等必要的教學資源進行安排與分配，當好調節者。利用自身豐富的專業知識與教學經驗及時給予學生必要的技術指導，在學生遇到困難時提供必要的支持與幫助。在項目組學生分工合作的過程中發揮引導與鼓勵作用，形成良好的合作氛圍，當好指導者。

基于創客教育理念的教學改革過程中，教師在知識的寬度與廣度方面也面臨著深刻的挑戰。在土木工程CAD創客式教學改革過程中，學生為完成創客項目會采用多種設計軟件與設計手段。在使用新方法遇到困難時，學生期望從教師處得到幫助與支持。這就要求教師除了基本的課本知識外，還需拓寬專業知識的深度與廣度，不斷學習新知識，掌握新技術，提高自身能力，做到教學相長。

5 項目評價

基于創客教育理念的新型教學模式的最終目標是培養學生的創造力，而創造力最明顯地體現在學生采用Auto CAD軟件所完成的設計作品中。學生完成的創客項目是否發揮與提高了創造力，這個問題不僅可以衡量創客項目設計是否合理，還可衡量基于創客理念的教學改革是否達到預定的效果。因此，需制定有針對性的標準對學生作品進行評價。土木工程CAD課程中的創客項目為方案設計類題目，作者在教學中設計了五個考查維度：（1）結構設計與建筑設計的符合度；（2）方案設計是否滿足工程的使用功能；（3）方案的經濟性；（4）方案的新穎性；（5）過程考查，即學生在創作過程中的設計效率，考查其對軟件的操作技巧與熟練程度。

各項目組設計作品的評價專家由任課教師與具有較豐富設計經驗的外聘工程技術人員組成。任課教師重點考查結構設計是否滿足工程的使用功能，以及完成過程的評價；外聘工程人員主要考查結構設計與建筑設計的符合度、方案的經濟性與新穎性。評價過程中還加入了各項目組成員互相點評環節，極大地提高了學生的課堂參與程度。

為使創客教學模式下的項目評價結果與傳統考試評價制度結合，采取了多元評價加權計分方法，即任課教師的評價對應40%的權重，外聘專業技術人員的評價對應30%的權重，項目組互評對應30%的權重。采用百分制加權計算分數，實現與傳統考試評價方式的對接。在此評價機制下，教師不是唯一的評分主體，專業技術人員與授課對象本人都參與到評價過程中，提高了評分的客觀性與公平性，具有操作性與實用性，實現了新型評價模式與傳統考試評價的對接。

6 結語

將創客教育“創新、實踐、分享”的理念與土木工程CAD課程相結合，設計了符合創客項目八要點的教學項目，并以其為主線將知識技能融入其中。應用創客教育理念，將創客項目的實施過程分為項目準備階段、方案分項設計階段、方案集中設計階段、方案分享與評價階段。將學生創造力的培養融入到項目的實施過程中，使學生在掌握實際操作能力的同時培養創新意識、創造能力和創新思維，實現“在創造中學習”。創客教育活動的中心由教師轉變為學生，教師變成了教學過程的設計者和組織者。教師除了基本的課本知識外還需不斷學習新知識，掌握新技術，拓寬專業知識的深度與廣度。建立了與傳統考試評價方式相結合的創客項目評價標準，以啟發學習者的創新意識、激發學習者的創造能力。

通過基于創客教育的土木工程CAD教學改革，改進軟件技能類課程的教學與評價方式，改革當前軟件技能類課程“逐一介紹軟件功能”的傳統教學方法，使教學效果超越單純技能培訓的層面，提升到培養學生創造力的高度。同時，將創客教育與課程教學相結合的實踐對發展創客教育理論也具有一定的價值。

參考文獻

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[10] Martinez S.， Stager G. Invent to learn： Making，tinkering，and engineering the classroom[M]. California： Constructing Modern Knowledge Press，2013.