STEAM教育理念下中小学创客课程教学模式的探究*

薄丽娜

（重庆师范大学 计算机与信息科学学院，重庆401331）

近年来，随着创客和创客文化的迅猛发展，创客教育也逐渐走进人们的视野，国家十分重视培养学生的创新能力和创新意识，教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知中提到：“有条件的地区要积极探索信息技术在‘众创空间’、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力，养成数字化学习习惯，促进学生的全面发展，发挥信息化面向未来培养高素质人才的支撑引领作用。”[1]创客教育进入学校是势在必行，将STEAM教育的理念引入学校实施创客教育中，必将成为学校推进创客教育新的突破口。

一、STEAM教育与中小学创客教育的结合

1.STEAM教育的内涵

STEAM教育的前身是STEM教育，是Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）和 Math（数学）的基础上，增加Arts（艺术）的教育，使得技术和工程教育融入了艺术人文的教育，构成学校文化的一部分，这就是STEAM教育[2]。STEAM教育是一种整合科学、技术、工程、数学的学科教学和学习的途径，强调跨科统整，将知识获取、方法与工具的利用以及创新生产的过程有机地融合在一起，形成的统一的整体。STEAM教育不单单是整合各个学科知识，更重要的是将各个学科不同的实践过程和精神内涵进行融合，是一种创新的学科融合。

STEAM教育以整合的教学方式让学生进行知识获取，引导学习动手实践，以寻求解决现实生活中问题的方法。STEAM教育的核心特征是：跨学科、开放性、趣味性、体验性、协作性、设计性。在进行STEAM教育时，以体验现实世界为主，强调实践动手，将不同学科的知识融入到解决实际问题中，通过设计进行知识体系的输出，借助一定的工具，设计具有开放性的创新性产品，以培养学生的创新思维和创造能力。

2.创客教育与STEAM教育的异同

创客教育主要以自我探究和动手实践为主，强调学生利用现有的知识动手制作具有创新性的产品，掌握解决现实问题的方法，在此过程中培养学生的创新能力、动手实践能力、团队合作能力、问题分析和解决能力。

对创客教育和STEAM教育进行比较，会发现两者有很多的异同点：

首先，STEAM教育强调的是学科的融合，提倡跨科统整，整合不同的学科，其教育核心就在于此；创客教育强调的是创造，即使在创造过程中会涉及不同的学科，但其本身不强调学科。

其次，STEAM教育和创客教育解决的问题都来源于现实情境的设定，不同的是，STEAM教育问题的设计来源于教师的引导，教师通过具体情境的创设，引导学生利用不同学科的知识解决现实的问题；而创客教育的问题来源于学生自己，其主张的就是让学生利用已有的知识将自己的想法变为现实，在此过程中教师更多的是指导学生解决问题，而非让学生探索教师创设的相同的问题。

再次，STEAM教育中教师的角色是教学设计者、学生引导者、以及活动组织者，不同的教师可以相互配合共同完成项目，其注重的是学生在完成作品过程中，对问题解决能力和动手实践能力的培养，在某种程度上，作品完成与否，并不十分重要；而在创客教育中，教师扮演的是学生支持者，不需要引导学生完成知识体系的学习，只需要维持秩序，配合学生完成作品即可。当然，创客教育强调产品的输出，创客教育主张采用各种工具，比如开源硬件、3D打印、微型机床等，进行产品的设计，最终一定要产品的输出。

最后，两者都强调培养学生的综合能力，但侧重点有所不同。STEAM教育强调的是跨学科的多元思维，而创客教育强调的是独立创造思维，能够有自己独特的想法，并将其实现的能力。

总之，借助STEAM教育的优点，让其在推进创客教育过程中发挥作用。以STEAM教育为本，推进创客教育，在设计创客课程时，融入STEAM教育的思想，让大家可以意识到创客教育在知识覆盖层面有不足的问题，使得这个问题能够得到有效地解决。

3.中小学创客教育实施的现状

随着创客运动的火爆进行，创客教育也出现阶段性大跃进的现象，不遵循教育规律，一窝蜂地让学生进行开源电路、3D打印、机器人的学习，太过于注重技术的炫酷[3]，违背了创客教育的初衷，缺乏系统的学科知识的支撑，使得创客教育成为了学校秀场，就以机器人为例，过分注重竞赛本身，忽略了学生的能力培养，在学习机器人过程中，学生只是学习涉及到比赛那些方面的知识，其实关于机器人的知识远不是如此，这就使得学生学习不够系统，对于学生各方面能力的培养也并未达到，失去了最初进行创客教育的意义。

创客教育主张培养学生的创新意识和创造能力，但是在实际的学校教育中，并未将创客教育真正地引入学校课堂，更多的时候是让学生利用学生活动时间来进行一些创作，究其原因主要有以下几点:①升学压力，在当前中国教育国情下，学生仍需通过考试来进行升学深造，学校都不愿将创客教育大量地引入课堂，担心这样会让学生分心，影响考试学习成绩；②缺乏切实可行的课程体系，有些学校愿意实行创客教育，但是缺乏支撑的课程，这样就不利于推进创客教育；③缺乏合适教学模式支持，创客教育在某种意义上说是一种素质教育，所以一般课堂的教育模式并不适用于创客课堂，探索新的教育模式也是非常必要的一项工作。

综上所述，将STEAM教育融入学校的创客教育中，一方面可以弥补创客教育在学校实施的弊端，解决基础知识欠缺和不同学科知识缺乏融合的问题；另一方面也可以解决学校迫于升学压力，无心让学校进行创客教育的问题；试想，将不同学科的知识融入到创客作品中，在培养学生创新思维和创造能力的同时，又让学生对课本知识进行了一定程度的预习和复习，这样既迎合了应试教育，又体现了素质教育，从根本上解决了学校无法有效推进创客教育的问题。

二、STEAM教育理念下中小学实施创客教育的课程设置与教学模式建构

1.课程设置的需求（课程内容、理念、目标）

创客教育是面向青少年的教育，课程设置应该面向的是K12，需要考虑各个年级的学生特征，综合考究之后，再进行课程内容的选取。为了将创客教育融入学校教育，课程内容需要整合各阶段校本知识，以项目式教学为导向，使用工具有计算机编程、3D打印、微型机床、传统手工，以高频次产品输出为手段，将学科知识有效地融入其中。

课程内容设置需要基于校本课程的课标，使得创客教育的内容与传统的校本学科进行有效结合，让学生不仅能够做出有趣、实用的科技小产品，同时可以起到预习与复习校本学科的作用，将应试教育与创客教育有效地结合，从根本上解决创客教育难以在学校推进的问题。

课程内容在具体设置时，由基础课程、主体课程和工具课程三部分组成。基础课程来源于不同学科的校本知识，需要STEAM理念的指导，进行有效地融合；主体课程依托项目制教学，着眼于产品制作本身，涉及到情境创设和产品设计等方面；工具课程主要是针对产品的完成设置的课程，比如3D建模、3D打印、仿真软件等使用的课程，当然并非单纯学习如何使用这些工具，都需要设置有具体的任务，在此基础上进行有效地学习。课程目标如图1所示。

图1 课程目标与基本框架

2.教学理念

采用项目制教学和分组教学，以项目制教学为主，使得跨学科的程度更深，化学科的有形变项目的无形，高频次的成果输出，做出更加具有科技性和趣味性的产品。对学生进行分组教学，使每个学生都能参与其中，并且发挥特长，真正地做到人人参与，都能有所收获。

在整个教学过程中，教师创设情境，引导学生思考，调动学生主观能动性，让学生积极主动地思考，让学生学会运用不同学科的知识进行不同侧面的思考，让学生作为课堂的主导，教师辅助回忆已学过的知识，引导学生对未学习的内容进行探究，激发学生的学习兴趣，整个过程强调的是每个学生都有所收获。

3.STEAM教育理念下中小学创客课程的教学模式的建构

STEAM教育的核心特点在于跨科统整，强调不同学科的融合[4]；创客教育的理念是基于创造的学习；综合考虑学校的传统教育的分量，这也是学校能够主动接受创客教育进入校园的关键因素；将三者有效结合，探索一种教学模式，让学生在进行创客教育的过程中也一并进行了学科知识的学习，而且这种学习是基于兴趣的主动学习，而非传统教育中的被动接受。严格考究三者之间的关系，结合项目制教学，针对当前学校迫切需要解决的“升学压力”问题，以STEAM教育理念为指导，创新与创造为主线，构建STEAM理念下中小学创客课程的教学模式，如图2所示。

图2 STEAM理念下中小学创客课程的教学模式

该模式是以“跨科统整，动手创造”的STEAM教育理念为理论指导，具体分为5个部分：①教学目标：通过对不同学科的知识的整合，促进学生对知识的掌握，强化学生动手实践的能力，针对不同项目都能够实现知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三方面的目标；②知识与积累：主要包括课前准备与课堂活动两方面，课前准备的工作主要是教师对学习者进行分析，根据学习者的具体情况，进行学科整合，将不同学科的内容进行融合，以便学生进行理解性学习，在此基础上，教师对学习情境进行创设，进而引入课堂学习，课堂由教师进行总-分结构的知识讲解，在学生掌握知识的基础上，进行分组教学，引导学生完成作品文档（案例名称、创作思想、技术技巧、独特之处），由小组成员进行说明汇报；③工具与能力：在设计图完成的前提下，采用分享式教学，指导学生进行三维建模，最终进行3D打印，完成作品的外在结构模型；④创新与制造：即项目制作，选取合适的主板和电子元件，在此基础上，进行编程、电子元件的连接以及与外在模型的组装，完成项目制作；⑤展示与评价：评价的方法主要包括成品展示与制作分享，让学生将完成作品的收获进行交流与分享，成品展示体现学生的动手能力，制作分享锻炼和考验学生的表达能力，在此过程中，教师进行视频录制，在学生进行陈述之后，教师进行点评，以学生实际的表现反馈回教学中，以促进创客教育的持续发展。

三、STEAM教育理念支持下的中小学创客课程的教育实践

本研究依托重庆师范大学附属小学，将STEAM教育理念下中小学实施创客教育的教学模式运用到教学中，开展创客教育，具体实践情况如下：

1.教学目标

创客教育的目标在于培养学生的创新思维和创造能力，通过对不同学科知识的学习，学会多角度思考问题；经历从多角度寻求分析问题和解决问题的方法，体验解决问题的多样性，形成严谨求实的科学态度，合理使用工具和制作方法，体验设计和制作过程，发展创新意识和创造能力。

2.知识与积累

（1）学习者分析

本次教育实践的对象是重庆师范大学附属小学六年级二班的30个小学生，处于这个年龄段的学生具有好动、注意力不能持续集中，但是对任何新鲜的事物都充满好奇心，具有极大地兴趣进行探索发现，同时模仿力极强。六年级二班的小学生进行过机器人的学习，具有一定的动手实践能力，而且对基于Arduino的课程和3D打印有一定的了解，因此本研究选择开设“Arduino的项目制作”作为实践课程，依据前文中所述的创客课程的设置，在原有的课程基础上进行了重新编排，切实做到适合小学生进行创客教育的要求。

（2）学科整合

如前文所述，教学模式是基于STEAM理念构建的，其核心思想在于“跨科统整”，融合不同学科的思想，进行创新与创造。Arduino作为当前创客教育实施的常用平台，其优点就是硬件开源且具有可扩展性，价格便宜，教学成本低。在六年级的科学课程里面有学习生命的起源，对于细胞和生态系统有一定的了解，基于此，本研究选取Arduino系列课程中，高年级开设的“传感世界”和“智能机器”课程——《智能细胞花盆的设计与制作》，重新编排，用于教育实践。简而言之，智能细胞花盆设计与制作就是指做一个形状像某一种细胞，并且可以测土壤湿度的花盆。

（3）情境创设

教师通过将语文、数学、美术、生物等学科的知识进行整合，各科的课程目标如下表1所示，根据具体的课程目标，选取合适的教学内容，进行学科整合，将生命起源引入教学，进行背景知识的讲解，应用总—分结构进行知识梳理，最后创设情境，播放相关图片，引发学生思考，创设项目，进入分组式教学。引导学生完成作品文档，绘制草稿图，最终完成设计图。

表1 各学科的课程目标

3.工具与能力

根据绘制的设计图，教师指导学生利用3D one进行三维建模，首先制作主体，建立两个长方体，进行抽壳、吸附、圆角操作；然后制作盖子，建立两个长方体，做圆角、吸附、合并的操作；接着制作显示屏和开关的位置，同样制作两个长方体，进行吸附、移动、相减的操作；最后制作花盆，导入矢量图，进行拉伸操作，然后进行移动、抽壳操作。在此基础上，进行3D打印，完成作品外在模型。

4.创新与创造

项目制作，教师将成品功能进行展示，然后对电子元件进行介绍，如下表2所示；接着指导学生进行编程，完成之后让学生对电子元件进行连接，教师负责维持秩序，让学生自己动手完成即可；最后将电子元件与外在模型进行组装，完成作品。

5.展示与评价

学生将完成的作品进行展示，讲述自己的创作过程，同时分享制作过程中遇到的困难以及解决的方法，与大家一起交流，最后表述自己的作品的独特之处。教师进行视频的录制，以及点评学生的表现。

表2 电子元件功能表

教师在评价过程中要关注学生回顾知识、创作心路和反思问题三个方面的表现情况，尤其要重视在这个创作的过程中学生是否有所收获，以及是否具有将作品清楚地表述给他人的能力，切忌一味地关注作品是否完成。通过记录的视频可以认真进行研究，帮助学生不断提升自己。

四、结语

当前创客教育在中国发展迅猛，越来越多的学生接触到创客教育，为了让创客教育更好地走进校园并发挥作用，本研究尝试将STEAM教育与创客教育相结合，提出具体创客课程的设置策略，构建出STEAM理念下中小学实施创客课程的教学模式，并在此基础上进行了教育实践，但是在具体实施中也发现了很多新的问题，因此还需要进一步加强理论研究与实践探究。

[1]教育部(2016).教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[EB/OL].[2016-06-24].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.

[2]陈怡倩.跨科统整STEAM教育探究[J].教育参考,2017,(03):5-11.

[3]刘莲花,张涛,戴艳红.3D打印技术在STEAM教育中的应用探讨[J].长沙航空职业技院学报,2016,16(03):24-26.

[4]刘淑云,马燕,范文翔.创客理念下师范院校的机器人教学模式探究[J].现代教育技术,2016,26(07):120-126.

[5]高云峰.创客与STEAM教育结合的实践[J].力学与实践,2016,38(01):74-77.

[6]杨晓哲,任友群.数字化时代的STEM教育与创客教育[J].开放教育研究,2015,21(05):35-40.