科技社团活动促进创客教育发展的实践研究

王瑞+靳大林+蒋立春

摘要：郑州二中开展基于项目式学习的科技社团活动，对创客教育在中学的培养现状以及发展方向进行了实践研究。本课题的研究以行动研究法为主，以调查法、观察法等为辅，充分利用软硬件资源，以开发的创客校本课程为主题科技社团活动类型，促进了我校创客教育的快速发展，从而提升了学生的核心素养，为培养全面发展的高素质人才奠定了坚实的基础，取得了创客教育的阶段性研究成果。

关键词： 科技社团活动；3D创意设计；创客教育发展

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）01-0163-04

郑州二中为适应时代发展的需要，在全面推进素质教育的同时，根据郑州市教育局有关开展创客教育的文件精神，结合学校的育人目标和课程规划的总体安排，自觉把创客教育工作做为教育教学的重要工作。我校成立了以王瑞校长、分管领导姜波副校长牵头的创客教育工作领导小组，制定了《郑州二中创客教育课程建设方案》。为更好地开展创客教育活动，我校组建了以蒋立春主任、王建伟主任、靳大林老师和陈月阳老师等为各项负责人的学校创客导师骨干队伍，制定了行之有效的计划，开展了动手动脑、形式多样、寓教于乐的科技教育和科普活动，把创客教育工作落实到社团各项活动中去，融入学校创客教育发展的全过程。

学校为每一位有科技特长的学生提供丰富的学习机会和展示平台，校内、校外的科技活动信息及时发布。目前校内科技活动主要有：年度创客教育分享展示会、年度微电影节、科技创客艺术节、智慧教育展、全球青少年领袖峰会和机器人运动会等活动；校外的科技活动主要有：全国中小学电脑制作活动、青少年科技创新大赛、河南省中小学知识产权创意大赛、国内外的FIRST机器人竞赛（FRC、FTC、FLL）、中国青少年机器人竞赛、CM3国际青少年创客挑战赛、河南省中小学技术设计与创新成果评选活动和高校科学营等重要活动。

现在，我校PRCC科技社、TAI科技社、NAO机器人社、钢板机器人社、微电影社、无人机社、3D创意设计社等科技社团，已经在郑州教育领域具有一定的知名度，学生在各级各类比赛中均取得了优异的成绩。通过科技社团活动的开展，培养了学生的创新精神和实践能力，促进了我校创客教育的快速发展。下面以郑州二中开展3D创意设计为例进行阐述。

1 研究背景

3D创意设计与3D打印技术近年来发展迅猛，目前在各个领域得到了广泛应用，引发了全球技术的新浪潮。很多国家的技术课程早已引入了“3D设计与打印技术”，将学到的知识和已有的生活经验相融合进行教学，从而培养创新意识和动手动脑能力。

郑州二中认真贯彻“自主发展、快乐成长”的办学理念，通过科技社团活动来促进学校的创客教育发展的实践研究，践行“做有未来的教育”的理念，探索从浅层学习到深层学习，从书本知识到創新能力培养的创客教育实施路径。我校科技社开展3D创意设计活动，利用北京四维拓智教育科技有限公司开发的3D创意设计软件进行活动，运行环境为Win7操作系统，选取熟知的事物作为课例，例如进行花盆、桌椅、小飞机、摩托车和小汽车等的设计，同时根据反馈进行修改和优化，并逐步加以完善。

2 研究目的

利用3D创意设计软件，通过搭积木式的简单操作创建模型，可以借鉴别人的模型进行二次开发，更提倡原创。以任务驱动促进学生学习目标达成，以自主探究促进学生学习知识的灵活运用；以实地观察、研究学习促进学生思维的碰撞，达成让学生在模仿中思考、在思考中创新、在创新中成长的研究目的。通过设计3D创意作品的主题把多门学科知识整合起来，培养学生系统解决问题的综合能力；突出以“实践、体验、探究”为基点的项目式学习方式，提高其创新精神和实践能力；课程中强调分组试验活动的项目式学习模式，培养学生的团队协作精神等。

3 研究对象

从2013年9月至今，我校连续开展了四轮3D创意设计活动，每轮周期是一学年，对象是科技社下属的3D创意设计社高一学生。从第一轮的78名学生，发展到第四轮的128名学生，体现了我校创客教育的旺盛生命力。利用每周五下午集中进行社团活动，地点在学校微机室或创客空间。

4 研究理论

创客教育注重与现实世界的联系，注重学生的学习过程 ，打破学科界限，将生活中的实际问题，跨学科整合出项目，让学生动手完成他们感兴趣的相关项目。基于项目式的学习（Project-Based Learning） 是一种基于建构主义理论的情景化学习方式，使学生通过应用知识、动手操作的方式来学习知识，进而加深学生对学习材料的理解，强调积极建构、合作学习。[1] “项目式学习”最显著的特点是“以项目为主线、导师为引导、学生为主体 ”，注重理论与实践相结合，逐渐被引进目前新兴的创客教育领域中。

我校PBL的学习模式主要由项目选题、收集资料、制定计划、方案设计、作品创作、分享评价等六个基本流程组成。在创客导师的指导下，将一个相对独立的项目交由学生自己处理，学生将学习场所拓展到传统学习场所以外的空间——创客空间。学生通过对项目的进行，了解并把握整个过程及每一个环节中的基本要求，获得知识与技能，期间同时得到创新能力的培养。[2] 创客导师不断进行指导和激励，兴趣一致的伙伴组建成项目式学习小组，基本学习和思考工具为自编的创客手册，创客项目执行主要在课下完成，依据我校PBL评价量规，交流分享主要在社团活动课上进行。

5 研究方法

本课题的研究以行动研究法为主，以调查法、观察法等为辅。围绕自编的创客校本课程开展不同层次、不同形式的科技社团活动。在实践中反思，再实践、再反思，及时反馈信息，进行分析研究，不断修正活动的组织实施形式，积极探索科技社团活动促进创客教育发展的研究思路和实施途径。行动者参与研究，研究者参与实践，并根据研究中遇到的具体情况和实际问题，边实践，边观察，边反思，边研究，使理论与实践、成果与活动有机地统一起来。endprint

6 研究过程

我校精心编印了郑州二中科技社3D创意设计创客校本课程，在创客导师的指导下，力求每周五下午都有创新和突破，社员们进步很快。在组织开展社团活动中，坚持以培养学生的科技创新意识和创新能力为宗旨，积极发动社员参与进来，参加活动的作品坚持以“自己选题、自己设计和研究、自己制作和撰写”，具有“科学性、先进性、实用性”的原则，并不断在社团活动时间让大家一起评价和修改，直至作品大家都满意为止。研究过程主要有以下三个阶段：

6.1 初级阶段

本阶段主要通过软件的讲授与学习，进行简单的案例赏析，让学生掌握软件搭积木式的操作，了解3D创意設计的基础知识和学习3D创意设计软件的使用方法。培养学生3D创意设计兴趣，直面困难、大胆实践；引导学生在有兴趣的基础上，加以提炼和升华，学会分工、 学会分享；尝试各种方法进行创作，不断进步、共同提高。

通过动手动脑的上机实践，了解北京四维拓智教育科技有限公司开发的3D创意设计软件的使用方法。三维球是3D创意设计平台最主要的图素操作工具，结合智能捕捉工具可实现对复杂零件的装配与修改。掌握三维球的应用，可以通过它平移、旋转、复制、镜像、阵列图素，精确定位定向三维空间任何一个三维物体。更要求学习包围盒的具体操作，拷贝、链接，拉伸向导、旋转向导、扫描向导、放样特征向导，圆角过渡等基本的软件操作等。

通过3D创意设计软件的学习，知道3D创意设计的一般过程，能运用设计的一般原则进行评价，能比较权衡多个方案，选定最佳方案。勤于思考、勇于探索，探究3D创意设计的初级阶段，实现自我价值。

6.2 中级阶段

中级阶段选取熟知的事物作为项目式学习案例，通过搜集资料、调查采访、数据统计、分析整理、动手上机的亲身体验及活动，贴近学生学习生活，理解三维建模的三个空间：想象空间、虚拟空间和实体空间。能够根据不同的设计需求，准确地把设计想法运用到3D创意设计的过程中，具有良好的操作素养和思维模型。

熟练掌握3D创意设计软件的使用方法，熟练操作软件在点、线、面、体之间构造模型的关联。在绘制草图的过程中，学会创建草图、快速生成基准面、基准面重新定向和定位、草图绘制、实时渲染等。掌握动画添加与调节的方法，通过几何约束关系的控制来达到动作传递、协调的功能，最终利用软件输出动画。

本阶段有意识地将3D创意设计软件与3D打印机进行组合应用，有利于培养学生的创造力，提高学习力和实践力。学生学会自我创造物品，造物为我用、为他用，实现应用价值。

6.3 高级阶段

本阶段主要通过参加全国中小学电脑制作活动，在原创作品中进行设计建模，不断地渗透设计理念、创意思想和三维软件操作技巧，从而达到专业学习的基本要求和满足社会发展的需求，具备在不同领域内的3D创意能力与撰写研究报告能力。理解3D创意设计过程及其各个环节，感受创作3D创意的艰辛，体验创作3D创意的乐趣！

通过经典的全国电脑制作活动案例赏析，融会贯通，熟练使用3D创意设计软件、视频处理软件以及3D打印软件，产品不断优化直至3D打印出来；逐步学会确定研究内容，制订研究方案，收集和整理信息，进行模型制作和成果展示，撰写研究报告等。

本阶段能够找到3D创意设计与不同领域的关联，通过3D创意设计重构新的认知，具有开拓创新的勇气。提高3D创意设计的设计能力、动画制作的能力，培养学生的想象力、创造力、语言表达及合作交流的能力。培养学生用科学的思维来看待和分析生活中的现象和问题，提高其科学生活、保护环境的意识。了解产品的发展前景，申报国家专利，力争产生社会效益，实现产业价值。

总之，在3D创意设计过程中，让学生对整个设计项目有一个系统性、规范性的了解和实践。从思考问题、到构思如何解决问题，这不仅是创新设计能力的培养，同时也是教会学生如何正确的、科学的发现问题、解决问题，更是培养学生的科学观念、科学态度、科学思维以及科学实践能力等。

今后，将3D创意设计与3D打印进行融合，拓宽三维建模软件，尝试用3D One系列软件代替北京四维拓智教育科技有限公司开发的3D创意设计软件，让更多的学生利用3D One官网的海量资源，进入青少年3D创意设计虚拟社区，对创客教育在中学的培养模式现状以及发展方向进行落地实践探索。

7 研究案例

7.1 项目选题

制作一个完整的作品，首先必须要选题。事实上，在我们今天如此多姿多彩的生活中，点点滴滴都渗透着科普知识，用心体会我们的学习和生活，事事处处均可以作为创作题材，只要充分发挥自己的想象，就可以创作出主题优异、创意经典、画面完美的作品。但是有一点，就是你选的这个主题是没有争议的，最好是自己的原创。

（下面以王啸晨同学的《未来智能学生床》为研究案例）

随着科技的发展，智能化家居系统是发展的总趋势。现在学生功课负担重，部分同学有睡眠不好的问题；而且家里大多都是中小户型的房子，科学利用有限的空间是摆在我们面前的难题。根据同学们的使用习惯，以及审美的要求和个性化学习的需求，设计了未来智能学生床。

7.2 收集资料

主题确定后就要搜集资料了，可以通过搜索计算机网络、阅读书刊、收听广播、收看电视、听讲座、请教专家、和同学讨论、网上交流、甚至自己观察、实验、调查等。总之应尽量拓展信息来源，保证信息的数量和质量，保证信息的真实可信性和资料权威性。

7.3 制定计划

通过网络搜集一些作品中可能要用到的一些素材。也可以自己进行创作，但是主要形象一定都是自己设计和创作的。根据作品内容和主题，设计出符合作品风格和要求的创意计划模型。可以先手绘设计图纸，然后用3D创意设计软件自带功能进行二维草图的绘制。endprint

（未来智能学生床案例）

未来智能学生床完美地将智能寝床与多功能书桌融为一体，使居住更为合理、科学、时尚、健康！基于人体工学原理和现代机械设计理论来进行设计，创客导师指导学生制定出作品尺寸和设计草图。

7.4 方案设计

方案设计是设计中的重要阶段，包括设计要求分析、系统功能分析、原理方案设计等过程。学生分组行动，主动收集和处理各种信息，师生间互动交流，积极建构知识，促进深度学习，优化设计方案，初步学会有计划、有步骤、科学地开展设计活动的方法。

（未来智能学生床案例）

计划设计的未来智能学生床分为底盘、侧板、床板、照明系统、动力系统、控制系统、影音系统等。初步提出设计模型 、解决方案 、创意思路，对本产品自动照明系统、非穿戴式智能睡眠监测系统、影音系统、无线发射接收控制系统、动力滑道折叠系统和能源系统进行初步的阐述和明确的设计尺寸。

7.5 作品创作

把要创作的作品建立起模型之后，对照草图，就可以进行上机制作作品了。可以完全搜集完素材后制作，也可以边搜集边制作。因为随着创作的深入，作品可能随时要修改，所以一定要为修改作品留好余地，便于快速查找修改，尽量不要在同一个图层上放置多个元件，不要牵一发而动全身。更要建立自己作品的多个二级文件夹，注意作品的保存和备份，防止前功尽弃。在用3D创意设计软件建模完成之后，我们既可以用软件本身的功能来生成动画，更要通过会声会影等软件，把动画加上字幕和配音等元素。后期处理完之后的作品动画，上传到优酷网上，便于大家分享评价。

（未来智能学生床案例）

运用软件导入基础的设计元素，经多次设计二维草图，通过3D创意设计教学软件从各个方向绘制模型外观，并运用切割、元素合并、曲面设计等技术，生成基础模型，之后运用镂空、圆角过渡等手段对模型进行处理，接着运用渲染，染色技术美化模型，再运用动画设计的方法，创作出未来智能学生床的装配，最后装载三维动画。未来智能学生床原创部分包括：自动照明系统；非穿戴式智能睡眠监测系统；影音系统； 无线发射接收控制系统；动力滑道折叠系统；能源系统等。

7.6 分享评价

以项目式学习为主要学习方式的科技社团活动，在学习活动的过程中，以学生为中心，更要求导师的指导作用。在学生遇到困难想放弃时，应多辅导、多鼓励，增加其成就感。在学习和创作的过程中，有些学生会出现 “兴趣疲劳”，我们想办法使他们时时刻刻感觉到有所收获。这样学生学习劲头很足，科技社团活动相对来说就比较容易开展了。

为了更好地达到社团活动目的，我校制作了自评量表和互评量表；评价过程强调多元评价主体，以自评、互评和导师评价相结合，过程性与总结性评价相搭配，引导学生养成良好的学习习惯、参与意识、交往能力和探究精神等。例如，各小组在活动中举行竞赛，能否达到预期的目标，可以用定量评价，但各组竞争的成败，不是最终结果，还要根据他们在活动中体现的情感、态度、价值观，总体定性评价。

精心设计的创意作品顺利完工后，同学们意犹未尽，抓住这一契机及时开展了优秀作品成果展示和分享评价交流会。在会上，大家畅所欲言，将自己的感想和收获与同学分享；还有不少优秀学员，将自己的所见、说闻、所思写了下来，在学校的橱窗里进行了展示。我校从2016年度开始，启动了年度创客教育分享展示会，得到了全校师生的一致好评。

8 研究成果

全国中小学电脑制作活动是创客教育分享成果、共同交流的最高展示平台，在近四年全国中小学电脑制作活动3D创意设计评选中，我校学生先后荣获全国一等奖1项、全国二等奖3项、全国三等奖5项，荣获省、市一等奖共20余项，有3名创客导师受到了中央电教馆的表彰。先后共申报国家发明专利1项、实用新型专利2项和外观设计专利3项，我校连续三年荣获全国中小学电脑制作活动郑州市优秀组织奖等。

下面链接是我校3D创意设计获奖作品的视频网址：http：//i.youku.com/i/UMzIwMzg2ODU3Ng==/playlists？spm=a2hzp.8244740.0.0。

近年来，我校充分利用软硬件资源，以开发的创客校本课程为主题进行科技社团活动，艺术设计制作、机器人搭建、手工创意制作、电子技术设计、3D创意设计和微电影创作等已经形成了七本创客校本课程，《艺术设计与创新思维》、《创意梦工厂—Arduino创意“魔法”课程》等四本创客校本课程，已由郑州大学出版社出版。近年来，我校累计有2400余名学生参与创客课程，累计产生创客项目近200项，不仅给学生“学习方式”带来新的转变，更能激发兴趣，培养学生的创新精神和实践能力，促进学生全面而富有个性的发展，同时促进了我校创客教育的快速发展。

近年来，我校先后荣获中国青少年机器人竞赛全国银牌2项、全国铜牌2项，河南省青少年机器人竞赛省一等奖10余项，河南省青少年科技创新大赛青少年科技创新成果省一等奖10余项，郑州市青少年科技创新大赛青少年科技创新成果市一等奖30余项等。近年来，我校先后被评为首批全国信息化教学试点学校、全国首批智慧教育实验校、全国C20 STEAM创新课程实验共同体学校、首批河南省普通高中多样化发展示范校、首批河南省中小学知识产权普及教育实验基地、首批河南省科技活动特色学校、河南省青少年机器人竞赛优秀组织单位和首批河南省青少年机器人竞赛十佳机器人学校等。

9 研究反思

9.1 创客课程的持续开发

目前已经成形的课程有：PBL基础，Arduino设计与发现，微电影，趣味电子，3D创意设计，无人机，FLL、FTC、FRC工程日记等；计划增加的课程有：Swift编程，Scratch编程和RobotC编程等。创客校本课程的实施形式从单一的社团活动，逐步扩展为：必修、课内选修、课外选修、社团活动、实践活动等。

9.2 创客活动的组织实施

教師发展中心提供遴选创客导师方案和公布遴选结果，学校创客中心配合完成创客导师的培训和任务规划。创客导师的基本任务有两块，一是创客校本课程的开发和实践，二是创客社团的引领和活动开展的协调。校内创客教育活动由创客导师协助社团骨干设计并执行，每位创客导师每学期至少制定一个创客活动实施方案等。

9.3 创客空间的整合使用

我校现有未来教室、苹果树下、电影艺术、理化生实验室、智慧广场、3D打印创新实验室和环境监测实验室等创客空间。在学校统一安排下，由创客导师完善创客空间的建设、管理、使用等制度。学生管理和使用创客空间将成为常态化，创客导师需要的是监督协调，从安全管理、科学规范、有序有章等角度予以考虑和完善等。

10 结束语

我校的办学理念是“自主发展、快乐成长”，与创客教育从本质上是不谋而合。我校由重视学生的学业成绩向注重培养学生的综合素养方向转变，真正实施以人为本的教育理念，实现学生主体的全面发展和健康成长；把学校育人目标“培养全面而又个性的创新人才”落地为三大核心素养“健康、博爱、有为”，促进学生创新精神和实践能力的发展。

现在，我校科技社的社团活动制度化、常态化、课程化，已经进入到了良性循环阶段，创新型人才培养模型的根基已打牢固，软硬件资源不断完善，创客导师素质日益提升，构建了系统的创客教育发展实施模型，生成了系列实施策略，从而提升了学生的核心素养，为培养全面发展的高素质人才奠定了坚实的基础，取得了创客教育的阶段性研究成果。

参考文献：

[1] 黄明燕，赵建华.项目学习研究综述—基于与学科教学融合的视角[J].远程教育杂志，2014（2）：90-98.

[2] 陈鹏.基于创客项目的学习模式探究 [J].现代教育技术，2016（11）：13-19.endprint