基于無人機創客空間的課程體系研究

張飛 張佳 胡敏

摘要：無人機作為集空氣動力學、電子科學與技術、機械工程、通訊、材料、工藝、力學、航空氣象、航空測量等多學科為一體綜合性很強的科技產品，其教學集趣味性和實踐性為一體，且具有“軟硬結合”的優點，以無人機為載體的無人機創客空間是培養學生創新能力、實施創新實踐的理想場所。因此本研究構建了基于無人機創客空間的課程體系，并將其應用到實踐當中，以期能為其他院校無人機創客空間建設和創客教育開展提供參考。

關鍵詞：無人機;創客空間;創客教育課程體系

一、創客、創客空間和創客教育

（一）創客

“創客”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“有創意的聰明人”。2011年，被譽為我國創客第一人的張浩將“Maker”譯成“創客”，指的是將自己的創新想法變為實際產品的一群人，他們勇于創新、自己動手、主動學習。[1]

（二）創客空間

“創客空間”一詞源于英文單詞“Makerspace”，最早起源于年美國麻省理工學院比特與原子研究中心2001發起的一項新穎的實驗——一個擁有幾乎可以制造任何產品和工具的小型的工廠Fab Lab（Fabrication Laboratory），即微觀裝配實驗室。作為創客起源之地，美國在企業、社區、高校等地創建了各類各樣的創客空間。多年來，美國高校致力建造適應新工業革命所需的高品質創客空間，并形成了一套良好的運行機制，使創客空間成為繼教室和實驗室之后第三個重要教學平臺。美國高校創客空間的構建主要分為四種模式：①開放實驗室模式，即以高校創新科技平臺及專業學術實驗室為載體構建的創客空間，該模式充分發揮校內科研資源和平臺，融合多學科進行整合，保持開放和資源共享，并進行科技創新和產品研發，是美國開展創客教育的主要模式;②圖書館創建模式，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意孵化的技術空間;③校企共建模式，企業為高校創客空間的建設提供工具、資源和必要的師資力量，高校的創客創新研究成果與企業共分享，達到校企合作共贏;④校區整合模式，整合社區資源建設高校創客空間，形成社區與學校“互惠互利”的局面，鼓勵社區居民參與創客空間的系列活動，開展創業就業培訓，從而提升創客空間的包容性。

2010年，伴隨著我國第一家創客空間——上海新車間的成立，我國各地相繼出現新的創客空間。2013年，國內部分高校開始建設創客空間，隨著創客空間的建成，很多高校依托創客空間為大學生的創新創業提供必要的支持和服務。

（三）創客教育

在互聯網技術發展的影響下，與數字制造和個人制造緊密結合的創客運動，不僅給傳統制造業帶來了深刻的影響和變革，也在教育領域產生著積極的影響。美國作為“創造者的國度”，創客教育無論是在高等教育領域還是在中小學領域都得到了長足的發展[1]，把創客教育作為培養學生創造與創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優質的創客空間，并通過開放式創客教育、創客教育與常規課程整合、開設專門的創客教育課程等方式來實現創客教育。隨著高校創客教育的開展，美國中小學也逐漸參與到創客教育中。美國中小學創客教育旨在借助技術工具與資源讓學生能夠將學習過程融于創造過程，實現基于創造的學習。[2]

在我國，創客教育自2012年受到關注，2013年興起，2015年“創客”被寫進政府工作報告，教育部率先在《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見》中提出“有效利用信息技術推進“眾創空間”建設，探索STEAM教育、創客教育等新教育模式，使學生具有較強的信息意識與創新意識”。[3]隨后，深圳、四川、江蘇、山東等地相繼出臺了各自的創客教育政策，在國家政策的驅動下，創客教育也如雨后春筍般綻放在各級各類校園，相關教育專家也建議開發適宜課程，利用最新的科技手段和科技產品，對學生進行創新思維培養，提升創新能力。

二、無人機創客空間建設

通過上述對國內外創客空間和創客教育的分析，江蘇省徐州技師學院也積極相應國家政策，開展各類創客空間的建設，無人機創客空間就屬于其中之一。無人機創客空間的建設依托于無人機應用技術專業實訓室和徐州“未來·科技城”中小學職業體驗中心，力求面向中小學和本校學生搭建一個自主實踐、動手創造、思想碰撞、跨界協作、創業實踐的創新平臺。無人機創客空間在建設的過程中突出教學與實踐、教室與工作室的融合，按照功能區域劃分為授課區、工作區、儲物區、制作區、比賽實訓區、電子產品設計測試區等。

三、基于無人機創客空間創客教育課程體系構建

無人機是集空氣動力學、電子科學與技術、機械工程、通訊、材料、工藝、力學、航空氣象、航空測量等多學科為一體綜合性很強的科技產品。無人機作為創客教育的重要組成部分和創新科技的重要載體，涵蓋了機器人與無人機相關學科知識點，其可以作為：一學習飛行的“飛行平臺”，二編程教育的“飛行機器人”，三電子設計開發的對象。在學習飛行中，學生可以了解無人機的結構和工作原理，練習手眼協同能力，甚至發揮想象組裝屬于自己的飛行器;在編程學習中，學生可以通過學習編程控制無人機的起飛方式、運行軌跡、機頭朝向、拍照錄像、空投等人工智能任務，訓練邏輯思維能力;在電子設計開發模塊，學生可以借助無人機飛控開發平臺，學習無人機的設計。與常見的機器人編程教學相比，無人機教學集趣味性和實踐性于一體并具有“軟硬結合”的優點，將創客教育融入科技教育培養體系，無疑可以促進學生全面發展，讓勇于創新、樂于實踐成為本能。

本研究以我校采購的無人機，在現有實訓課程的基礎上，構建了基于創客空間的創客教育課程體系，如下圖所示。本課程體系具有以下特色：①從易到難，零基礎的學生可以輕易上手;②選擇可編程的積木式無人機，可拓展性強;③以自學為核心、實踐為基礎、項目為主線;④將電子設計大賽無人機項目引入到課程體系中，以滿足不同學生的需求;⑤使用3D打印，幫助學生打印所需部件;⑥開展競賽活動，增加學習的趣味性。

四、基于無人機創客空間的創客教育課程體系的應用

目前，無人機創客空間已完成了第一階段的建設，已擁有可開展創客教育的一系列無人機套件，手工、電動工具（如電焊臺、熱風槍、熱熔膠槍等）和開展拓展項目的零部件（如Arduino開源硬件、傳感器等器件），基本為學生搭建起了一個集體驗、制作和動手創造為一體的平臺。而基于無人機創客空間的課程體系也在進一步完善中，目前已基本形成了一套較為完整的創客教育課程體系，已經將部分創客教育課程與現有的實訓課程進行了融合，在接下來的建設中，無人機創客空間將重點進行以下幾個方面的建設：

（1）發揮社交網絡的作用，建立教學資源共享平臺，為學生自主學習提供便利條件，同時，提供在線的服務與技術支持;

（2）不斷完善無人機創客教育課程體系的建設和軟硬件平臺的建設，為創客提供設計、開發、仿真、制造、檢測等產品的全生命周期的系列課程;

（3）進一步面向全校學生開放，積極舉辦創客活動，讓更多的學生都能體會到無人機和創造帶來的樂趣;

（4）加強與高校、科研院所、企業合作交流，爭取利用多方資源和各種支持，讓學生的創意作品能夠變成產品。

五、結語

無人機作為集空氣動力學、電子科學與技術、機械工程、通訊、材料、工藝、力學、航空氣象、航空測量等多學科為一體綜合性很強的科技產品，其教學擁有“趣味性強”、“內容豐富”、“軟硬結合”的優點，以無人機為載體的無人機創客空間是培養學生創新能力、實施創新實踐的理想場所。因此，本研究構建了基于無人機創客空間的課程體系，并將其應用到實踐教學和職業體驗當中。實踐表明，無人機創客空間已經初具規模，但仍需要進一步的建設，基于無人機創客空間的創客課程體系也需要不斷地完善。

參考文獻：

[1]任靜.我國中小學創客教育研究[D].華中師范大學，2017.

[2]宋莉.學生創造性思維的培養：從STEAM教育到創客教育[J].和田師范專科學校學報，2017.04.

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

課題：江蘇省徐州技師學院校級課題無人機創客空間建設與應用研究，項目編號（18XJSKT037）

作者簡介：張飛（1983），女，湖北襄陽人，碩士，講師，研究方向為機械、電子、無人機應用技術等;張佳（1985），女，江蘇徐州人，碩士，講師，研究方向焊接機器人、無人機應用技術等;胡敏（1986），女，江蘇鎮江人，碩士，講師，研究方向焊接機器人、無人機應用技術等。