创客中心建设方案

创客中心建设方案 1 创客教学背景 创客 源于英文单词 Maker 在中文里 创 的含义是 创造 首创 开创 创立 它体现了一种通过行动和实践去发现问题 解决问题的做事原则 创客 就是坚 守创新 持续实践 乐于分享的一群人 2015 年 1 月 28 日 国务院总理 主持召开国务院常务会议 确定了 支持发展 众创空间 的多项政策措施 明确要求 打造良好创业创新生态环境 培育创 客文化 让创业创新蔚然成风 2015 年 3 月 2 日 科技部 发展众创空间推进大众创新创业电视电话会议 中进 一步强调 推进大众创新创业是新时期科技工作的重要任务 要按照党 国务院决策部 署 努力营造良好的创新创业生态环境 帮助大众创新创业者应用新技术 开发新产品 创造新需求 培育新市场 打造新经济 要培育创客文化 广泛推广创客教学并不是中国特色的新事物 在过去几年内 美国高校中的学术性创客空间和制造类实验室迅速多了起来 而一些 K12 美国基础教育 的通称 学校也纷纷尝试在图书馆设立创客空间 或者改装教室以适应基于项目和实践的 学 其实 对学校而言 开展 创客 教学更像是传统实践教育在数字时代的 升级 版 其精髓是将学生训练成为能独当一面的工程师 提高学生应对复杂应用需求的综合 应对能力 加深学生的专业技能 这种人才培养模式陆续在德国 美国的工程院校 技术 院校和科技院校中推进 取得了很好的效果 它把教学与实践 教室与工作室 知识获取 和能力锻炼 教育文化和企业文化多方面融合 开创一种新型的人才培养模式 可以想象 如果每个科技类专业学生都具有创客精神 将会产生多大的价值空间 2 建设创客中心的构想 学生是创客的主体 在学生中间 有少数的创客 一部分很向往 绝大多数表示 支持 让创客们继续坚持 让大多数人参与进来 如果没有大力组织推动 就不太可能 简单讲 对学生而言不缺乏积极性和钻研兴趣 缺乏的是氛围和场地 因此 创客中心应 该满足学生群体的基本需求 对于教师日常教学而言 创客可以激发学生的学 主动性 带着项目任务和实践 中的目标去学 能让教学过程体现出更大的趣味性 深度和价值 通过创客中心的建设 产生一种新型的教学方式或文化并延续下来 也是教学改革创新的需求 对学校而言 创客没有专业的隔阂 创客文化的传播是一个学校整体性的活动 如果将创客教育作为一种人才培养的模式 创客精神就会逐渐发展为学校的一种学 氛围 产生这种氛围就应该是创客中心建设的意义 从学生 教师 学校三个层次的需求出发 构建一个创客中心的平台 这个平台 能给入门级的学生提供一个训练场所 通过项目推动 引导学生动手实践 实现想法 项 目可由老师的研究课题延伸 或自由命题 重在领入门和培养兴趣 对于大部分学生 通 过开课做普及性的培训 对于拔尖学生 有一个固定的活动场所和团队组织 3 建设的目标 第一 明确一个方向 广义的创客没有学科的限制 增加了建设的难度 根据高 等理工科类院校的实际情况 机电一体化 机器人技术涵盖了机械 电子 计算机信息等 学科技术 覆盖面广 综合性强 具有一定的技术深度 适合全面推广 第二 确定两个目标 实际创客中心针对的是两个群体 一个是没有创客概念 但有兴趣愿意尝试的 对于这一群体 重点是 领进来 进行 培养基础 培养之后 有一部分人能坚持 掌握了一定的技能 并已经融入创客文化的 成为另外一个群体 对 这个群体的培养应该是着重引导创新 因此 创客中心建设的核心目标应该是 培养基础 和 引导创新 简称 培养 创新 第三 确定目标任务 在培养阶段 一个任务是让学生熟悉团队分工合作的模式 和融入团队氛围 再一个是通过与课程结合培训和项目任务让学生掌握一定的基础技能 在创新阶段 任务是要让学生多参与各种开放的贴近实际市场需求的项目 或参加各种设 计和创业的比赛 通过这两方面历练创客技能及成为全能型人才 4 建设方案 4 1 课程建设 课程建设要为两个目标任务服务 对于培养阶段 总体思路是 建立能快速上手的课程体系 有趣味 好参与 能 动手 容易出成果 从实际出发 提高学生的兴趣 通过动手取得的成果 提高自己的自 信心 明确兴趣方向 为未来成为高水平创客建立基础 为快速建立合理的 能动手 快上手 的课程体系 依托现有教育产品平台是一 个很好的选择 在该领域有 10 多年经验的博创尚和的 模块化套件 相关产品能很好满足 需要 以产品为依托 采用三个层次的培训方式 首先是循序渐进 从培养兴趣掌握技术 基础 到跟着标准范例学 方案设计及具体实施过程 接着参与创新设计活动 稳扎稳打 步步为营 而后是因材施教 根据不同学生的不同兴趣特点 鼓励并指导其通过模块化工 程套件平台的使用 选择并逐步实现自己感兴趣的方向 最终完成项目目标 该产品的引 进 能为培养阶段目标任务提供快速高效的基础条件 利用实验器材 将专业技术与相关 专业实践课对接 开设选修课和参加相关机器人比赛 能很好的实现该阶段的目标任务 对于创新阶段 总体思路是 指导学生熟悉产品的制作加工方法 引导学生参与 项目任务 参与设计竞赛 以及建立 传帮带 的创客团队文化 首先是结合现有设备熟 悉机械加工测量设备 电子加工检测设备 3D 打印机 激光切割机的使用方法 并在项目 实施中使用及交流 再通过分组项目任务 开源项目参与 教师科研项目参与 智能产品 创新设计大赛 创业大赛等形式 让创客们通过实际项目操练本领 简单讲 在该阶段 不再以课程方式为主导 而是以项目实战作为驱动 4 2 设备支撑及实施 结合以上课程建设的需求 结合学校的实际 选择以下实验器材和工具设备 序号 名称 型号 1 创意之星 II 机器人套件 标准版 UP InnoSTAR st 2 卓越之星 工程套件 专业版 UP ExSTAR pro 3 创意之星 II Arduino 版本 UP InnoSTAR ar 4 卓越之星 Arduino 版本 UP ExSTAR ar 5 3D 打印机 6 激光切割机 7 小型钻床 8 机械工具套装 9 电子工具套装 4 3 具体实施 4 3 1 培养阶段 可通过选修课或实践课的形式开展教学培训 第一步 以机器人形态为载体 采用 创意之星 II 机器人套件 标准版 为主 要器材 激发学 兴趣和动手参与能力 可以采用教师讲授 小组分组训练的方式 进行 一般性实验 创意之星 演示性实验 4 足爬虫 6 足爬虫 机器蛇 机器狗 声控机器人 避障机器人 追求小乌龟 书法机器人 了解机器人技术 了解 C 语言 单片机 自动控制等等学科的实际运用 创意之星 构型搭建实验 简易机械臂 4 轮小车 全向小车 6 自由度机械 臂 履带机器人 蛇形机器人 4 足爬虫 6 足爬虫 机器狗 使用创意之星零件 控制器 传感器 学 机器人构型搭 建 动手实践 能力 团体协作 能力 创新思维 能力 也可结合实际课程 可与相关专业课程设计或实践课相结合 进行分散或集中的 以课程内容为中心的技术培训 序 号 课程 实验内 容 说明 流程图 编程实 践 使用流程图编程软件 编写程序逻辑流程图 软件自动转化为 C 代码 编译运行 验证流程图编写能力1 C 语言 程序设 计 LED 跑马 学 C 语言编程 学 位操作 循环等 C 语言知识点 灯实验 C 语言综 合实验 使用 C 编写一个程序 让小车能够避障 全面验证 C 语言掌握程 度 演示实 验 展示机器人构型 以机器人控制器为主 展示数字电路实际运用 逻辑门 电路实 验 阅读控制器 传感器原理图 了解二极管 三极管等逻辑门电路 工作原理 2 数字电 路与逻 辑设计 AD DA 实 验 采集 AD 型机器人传感器的 AD 值 控制指示灯的亮度 学 AD DA 的转换工作原理 演示 wifi 通 信 演示 wifi 通信 通过 wifi 实现数据传输 图像传输 3 通信原理 演示 232 通信 通过控制数字舵机 演示串行数字通讯原理 演示实 验 展示机器人构型 为学生展示单片机在机器人控制领域的运用 跑马灯 实验 通过跑马灯实验 学 掌握单片机 IO 口使用 学 C 语言编程 IO 传感 器输入 使用 IO 量传感器作为输入信号 当传感器触发之后 让机器人执 行某一行为 比如左眼亮起 学 掌握单片机数据采集 单片机 端口控制 中断实 验 将 IO 量传感器接到中断接口上 当机器人碰到障碍物 中断触发 让机器人执行不同的运动 比如后退 AD DA 实 验 采集 AD 型机器人传感器的 AD 值 控制指示灯的亮度 学 AD DA 的转换工作原理 PWM 脉冲 实验 用 PWM 脉冲控制指示灯 使得指示灯能够根据输入的 AD 值 改变 亮度 点阵式 LCD 液晶 屏实验 在 LCD 上显示 清华大学 的字样 学 LCD 屏的使用 4 单片机 原理及 运用 综合实 验 搭建一个四轮小车 在单片机控制器上接入 IO 传感器 AD 传感器 指示灯等 做一个自主避障小车 综合检查单片机各知识点的掌 握情况 5 嵌入式系统与 应用 演示实 验 通过演示高级版创意之星搭建的追球机器人 展示嵌入式系统在 机器人上的运用 编程控 制 4 轮 小车 了解嵌入式系统编程过程 搭建语 音控制 的 6 足 爬虫 学 和掌握 PXA270 嵌入式处理器以及嵌入式系统编程 演示实 验 演示自平衡机器人 展示 PID 控制理论的实际运用 6 自动控制原理 设计自 平衡机 器人 学 和掌握自动控制经典理论在实际工程项目上的运用 演示实 验 演示带有 IOAD 量传感器的机器人构型 初步了解开关量 模拟量 电阻式 电容式 压电式等传感器的概念 了解传感器的分类和 特性 避碰小 车 学 开关传感器的使用 了解开关量传感器的特性 寻光机 器人 学 光敏传感器的使用 了解 AD 传感器的概念和运用 超声跟 踪实验 搭建一个四轮小车 使用一个超声波传感器 让小车能够跟着人 走 学 和掌握超声波传感器 7 传感与 检测技 术 综合实 验 搭建一个四轮小车 在单片机控制器上接入 IO 传感器 AD 传感器 指示灯等 做一个自主避障小车 综合检查各种传感器的掌握和 运用能力 设计擂 台赛机 器人 设计爬 楼梯机 器人 设计工 业 AGV 自主导 引机器 人 8 单片机 原理课 程设计 综合电 子系统 设计 毕业设 计 其它实 验内容 以综合性的机器人项目 验证学生 C 语言 单片机 自动控制等 等学科的知识掌握程度 考察学生解决实际工程问题的能力和思路 第二步 采用 卓越之星 工程套件 专业版 作为实验器材进行引导式项目过 程培养训练 使学生参与到工程项目中来 在实践中锻炼工程素质 采用三个层次的教学方式 首先是循序渐进 从培养兴趣掌握技术基础 到跟着 标准范例学 方案设计及具体实施过程 再到参与创新设计活动 稳扎稳打步步为营 而 后是应材施教 根据不同学生的不同兴趣特点 鼓励并指导其通过模块化工程套件平台的 使用 选择并逐步实现自己感兴趣的方向 最终完成项目目标 总的来说 三个层次的实 质分别是 在这个过程中 采用产品配套的 2J 实验教程 及 47 个小构型对应的搭建指导 多媒体教材 FollowMeGo 进行实际的操练训练 能快速的提高学生对工程技术实践的 整体感知 和切身经验 其中 有 20 个小系统构型实验 很具有代表性 包含有 01 旋转机械手 02A 流量阀 02B 蠕动泵 03A 遥控厨用电器 03B 卫生间感应灯 04A 加工流水线 04B 输送带系统 04C 运输车 05 交通灯控制系统 06A 自动窗 06B 自动门 07 剪叉升降机 08A 水平关节机器人 08B 垂直关节机器人 09A 熔丝堆积 3D 打印机 09B 光敏成型 3D 打印机 10A 语音电梯 10B 自动客厅场景系统 10C 智能轮椅 10D 自动隔断幕墙 第三步 工具和设备的使用 在该阶段 通过机械工具 电子工具 3D 打印机 激光切割机等设备使用操作培训 使学生具备自己设计 自己制作的基本能力 在这三步过程中 穿插鼓励引导参加各种比赛 如中国机器 赛暨 RoboCop 公开 赛等 锻炼学生的团队合作能力和集体荣誉感 4 3 2 创新阶段 经过以机器人为主题的兴趣培养阶段 和以工程项目为主题的过程培养阶段之后 学生具备了对工程技术的基本认知 工程实践的基本经验和一定的技术储备 这个时候可 以参与或独立进行大系统或完整项目的开发 第一步 以 卓越之星 工程套件 专业版 的综合场景案例作为参考 进行场 景重新研究或者拓展式技术讨论 在这套产品中 包含有智能建筑 智能家居 智慧化工 3D 打印工厂 食品安全追溯系统等综合性系统性大型场景案例 通过这些热点领域的技术 探讨 能延伸出大量的有价值的课题 创客们可在这些基础上进行无限创新 第二步 以 创意之星 II Arduino 版本 和 卓越之星 Arduino 版本为依托 在同学熟悉的器材基础上 引导学生熟悉 Arduino 等开源硬件 第三步 鼓励学生参与开源课题 教师科研项目 以及组织参加智能产品设计大 赛 创业大赛 通过比赛实现创客的价值体现 4 4 场地建设 教学区 创客中心借鉴目前国内外最先进的 创客 文化 采用以学生 教学小组为中心 的方式布置教室 学生在这里可以自由组合成为学 小组 进行自学 互动交流等 老师 还可以及时对学生进行指导教学和课程辅导 图 1 是传统的 秧苗 型教室 这种 授课 环境即使也使用了投影和多媒体操 作台 但教室中正前方有一块屏幕和黑板 教师在位于屏幕正前方的多媒体操作台后讲课 教师仍然是教室的 中心 或 主角 PPT 在屏幕上显示 虽然使用了一些先进设备 但这种教室中的教学方式本质上仍然是灌输式教育 图 2 和图 3 是两类 创新 模式的教 学环境 其中 多媒体操作台位于教室的一隅 显然教师在这里成了 配角 正前方为 屏幕和白板 教室后部仍然有一块白板 学生面前的桌子上有电源插座 即图中的圆点 便于带笔记本电脑的学生使用 学生们可以前后左右进行讨论 需要和教师交互 时 还可以使用教室后面的白板 学生们成为教室中的 中心 或 主角 图 3 座椅的 摆放便于学生的小组讨论 功能 设施 桌椅 实验器材 服务器 电脑 储物柜 设计 经过设计的桌椅可以灵活摆放 组合成小组讨论形式的空间 智能多媒体终端 连接实验室内部的所有多媒体设备 区域特点 以学生为中心 强调可调式和交互性 制作区 学生在制作实验作品的过程中往往需要在教室里面存放一些工具 零件和未完成 的作品 因此设计一些为学生准备的临时储物柜 不仅可以方便学生实验 带来更加人性 化的特点 还可以通过精心的设计为实验室增添装修风格的亮点 功能 设施 机械 电子加工工具 检测工具 3D 打印机 激光切割机 零件及半成品储物柜 操作平台 设计 按着机械加工区 电子加工区 原材料区 半成品区 成品调试区按人机工程学合理划分区域 区域特点 为方便动手实践为目标 提供充足的工具设备 展示区 创客中心不仅应当具备学生实验的功能 还应当具备学生作品展示和物品存放的 功能 优秀的学生作品可以在实验室相对显著的位置被展示和演示 一方面可以鼓励学 作品优秀的学生在学 上投入更多的精力 另一方面也可以激发其他更多学生的创意和创 新的想法 真正营造出 创客 的文化 创意和创新往往不是一蹴而就的 总是需要多次 交流 思考 探索和完善的过程 功能 设施 展示架 设计 与实验室整体的空间设计相融合 同时起到装饰的作用 区域特点 营造创客氛围