开学啦 | “从代码到实物:造你所想”跨学科课程的线上线下混合新模式

来源:信息科学与技术学院  作者:胡晓阳  日期:2020-02-26  点击数:343

1、课程背景

   信息技术与各行业的深度融合是新工业革命的显著特点。提升信息技术与各学科进行融合创新能力是提高当代大学生创新能力的重要路径。

   西南交通大学是一所工科见长的综合性大学,从零到一的设计与制作能力是工程教育的基本素质。如何帮助学生掌握基于信息技术的跨学科工程创新能力,特别是利用信息技术来实现从零到一的创新能力呢?本课程将创客精神、设计思维、计算思维融合起来,面对真实问题,在实物创造中进行迭代式学习,为学生这一能力的养成进行启蒙。

2、线上资源:

1)课程团队自建的学习网站: http://swjtu-maker.github.io/codes2things/

2)(英语资源)麻省理工学院原子与比特实验室How To Make Almost Anything课程网站:http://fab.cba.mit.edu/classes/863.19/

3、教学内容:

课程的内容分为三个阶段:低阶的基础技术、中阶的设计与创造、高阶的创新创业,如图1所示。 

    第一阶段,学习创客社区里面常用的一些数字化的工程技术,比如二维三维设计、3D打印、激光切割、开源硬件等技术,然后制作一个综合的作品,比如小型避障小车,掌握综合应用技术来制作实物作品的能力。

    第二阶段,引入真实问问题和设计思维,通过开展设计工作坊、头脑风暴等活动,面对真实问题,探讨解决方案,然后进行产品或者装置的研发实践,最终制作一个作品以及相关的说明文档、网站等资料,并且进行公开展示和答辩。贯穿着学生项目制作和研讨的过程中,教师辅助性的还会介绍团队管理的技术和工具、网页制作的技术和工具、CNC数控加工、网络通信、网络编程等一些内容。

    第三阶段,给学生提供一些后续的比赛和应用场景的支持,鼓励学生参与社会实践,实现技术方案进一步的迭代发展,鼓励他们在实践中实现真正的创新。


1: “从代码到实物:造你所想”三阶段课程内容

 

4、参考书目:

[1] 《爱上Arduino》,Massimo Banzi,Michael Shiloh著,程晨译;

[2] 《简明机械手册》(中文版 3版) [德] 罗兰·葛麦陵 等 著,杨祖群 译

[3] 《计算机网络:自顶向下方法》,James,F.Kurose,Keith,W.Ross 著,陈鸣译,机械工业出版社;

[4] Fablab Academy:http://archive.fabacademy.org/

[5] RepRaphttps://www.reprap.org/wiki/RepRap;

[6] Autodesk学习社区,https://academy.autodesk.com/;

[7] Autodesk教育免费软件,https://www.autodesk.com.cn/education/free-software/featured;

[8] Github Learning Lab,https://lab.github.com/;

[9] Kickstarter,https://www.kickstarter.com/;

[10] 造点新货(淘宝众筹),https://izhongchou.taobao.com/index.htm;

[11] 京东众筹:https://z.jd.com/

5、本学期“从代码到实物:造你所想”教学组织形式:

“从代码到实物:造你所想”课程的目标和内容,决定了应是以线下的动手实践带动线上知识学习的模式。如图2所示,是本学期计划常识的线上线下结合的学习模式。

 

2: “从代码到实物:造你所想”课程线上线下结合的基于问题教学

 

课程总体上保持原有的迭代式教学模式不变,有关环节从实体教室搬到互联网上的虚拟教室(雨课堂+QQ群+哔哩哔哩+Zoom)。

(1) 线上讲解:使用手机,在雨课堂进行虚拟课堂组织;不适合开放讲解的内容,使用QQ群直播讲解;适合开放的内容,使用哔哩哔哩和OBS进行直播讲解。所有讲解都进行录像方便回看。

(2) 线上研讨:使用Zoom召开线上会议。

(3) 线上自主学习:与此前学期类似,学生通过提供的线上资源进行自主学习。

(4) 线下动手实践:学生的市场调研通过淘宝和阿里巴巴来实现,通过物流,将课程所需要的部分原材料寄到学生家里,在家里开展线下动手实践。

(5) 线上展示/作业:课程此前学期使用github进行作业展示、凿物进行知识发表,本学期增加哔哩哔哩进行视频剪辑和发布,雨课堂进行协调。

因实际情况进行的教学手段升级,可能需要一个适应过程,最大挑战是线下动手实践部分的教师面对面问题,计划灵活使用QQ群和Zoom实时连线,解决这一问题。

6、课程特色和优势 :

1)、国内首个将麻省理工学院《how to make (almost) anything》课程正式引入课堂的实践

在国内最早引入麻省理工学院《how to make (almost) anything》课程,并且根据中国大学的实际教学环境和方式的限制,通过在教学实践中摸索,对创客教育领域国际著名课程《how to make (almost) anything》的教学内容进行了适应性重构。

2)、迭代式的项目制教学方法

在学科交叉的教学过程中,学生往往面临知识如何融汇贯通的问题,通过对学生创造过程和学习行为的深入观察,我们提出了迭代式项目制教学法,在教学过程中,学生通过多次创造来进行迭代,达成对知识和技能较高境界的理解。

3)、融合创客精神、设计思维与计算思维的创新创业思想 

将创客精神、设计思维、计算思维融合起来,形成了具有信息时代特点、设计驱动创新、重视实体技术创新的创新创业思想。计算思维方面,着重计算思维的传递,使学生理解如何从代码、系统、处理器、以及输入输出等系统性的构建计算系统。在自主设计中,采用设计驱动创新的模式,运用头脑风暴、焦点小组等方法,鼓励学生站在用户角度设计作品。在项目执行过程中,与创客类似,重视实物呈现,鼓励实际应用,而非仅停留在方案文档阶段。

4)、课程评估特优

2018-2019年第2学期,课程被西南交通大学教学质量保障工作委员会本科教学质量保障分委会评为“特优”(最高级别)。

       7、学生收获:

通过本课程的学习,学生首先获得一种创客精神,也即具有创客风格的工程师精神,同时学会一套从零到一的创造工具。其次学生具备了一定程度的设计思维和计算思维。

例如:

2018——2019第2学期,钟欣瑞、唐绍武、沈博翰、马翊然四位同学在与课程同步的中美青年创客大赛成都赛区,制作出“导”可移动式视觉交通信号灯”项目,荣获最佳创意奖。

 

3:“从代码到实物:造你所想”课程学生团队参加中美青年创客大赛

2019年11月,张目华同学的开源火车模拟器参加了国际性的Maker Faire Shenzhen活动,近500多位参观者体验了这一项目。项目是本课程的期末大作业第4次迭代版本。张目华同学也入选中法4+4交换生项目,目前正在法国学习。

 

4:“从代码到实物:造你所想”课程学生的开源火车模拟器项目不断迭代