以创新发明为导向的创客教育特色发展模式探索

程慧 王康 艾欢

摘 要 近年来，在国家针对创客、教育信息化和人工智能等领域的积极政策环境下，创客教育得到蓬勃发展，让参与者享受到了“创意落地”的愉悦，给教育带来了巨大的思想冲击。人们对创客教育的讨论也越来越多：创客教育的本质是什么？它将把教育带向何方？以创新发明为导向的创客教育特色发展模式如何构建？包括哪些内容？如何实施？本文从创新发明活动概况、创客教育对创新发明活动的影响、以创新发明为导向的创客教育特色发展策略等方面进行了阐述，为学校创客课程选择、创客空间建设和创客师资培养提供了一种特色发展思路。

关键词 中小学 创新发明 创客教育 特色发展

中图分类号：G434文献标识码：A

近年来，在国家针对创客、教育信息化和人工智能等领域的积极政策环境下，创客教育风靡大江南北，在全国范围内造成了很大的影响，其所倡导的“创新·实践·分享”的理念，以基于项目的学习形式，充分整合智能硬件、结构制作以及软件编程等资源，在实践体验和探索创造中培养学生的造物能力、创新能力，让参与者享受到了“创意落地”的愉悦，给教育带来了巨大的思想冲击。人们对创客教育的讨论也越来越多：创客教育的本质是什么？它将把教育带向何方？创客教育给教育系统带来的本质变化是技术的进步，为老师和学生的“创造”提供了新的技术手段，提高了老师和学生的造物能力，使创客教育向技术支持的各个领域深入发展成为可能，进而形成各种因人而异、因校而异的丰富多彩的创客教育特色化发展模式。中小学创新发明活动必将是创客教育特色发展的方向之一。以创新发明为导向的创客教育特色发展模式如何构建？包括哪些内容？如何实施？

1武汉市中小学创新发明活动发展现状

中小学创新发明活动，是指中小学开展的以创造学的基本原理为指导，以学生创新发明项目为载体，以各种造物技术为辅助，以项目式和跨学科研究性学习为手段，以促进学生科学素养、创新精神和创新实践能力同步提高为目标的综合实践活动。

武汉市中小学创新发明活动作为创新教育的一部分，始于20世纪70年代末期，至今已有40年。进入21世纪，随着素质教育的全面推進以及国家创新驱动发展战略的实施，一些学校将创新发明活动与新课程改革紧密结合起来，以选修课程、社团活动、兴趣小组或实践活动等形式进行实施，并在青少年科技创新大赛、宋庆龄少年儿童发明奖评选、国际发明展等活动中，取得了突出成绩。

中小学创新发明活动虽然受到各级政府和教育部门的重视，但是在学校实施过程中仍然存在一些问题：一是缺乏可持续推进的制度;二是缺乏能胜任创新发明活动的师资;三是缺乏实用的中小学创新发明的课程;四是制作设施等软硬件技术条件不足。以上问题的存在，严重影响了中小学创新发明活动的可持续发展。

2创客教育与创新发明活动的关系

创客运动，是数字化造物工具迅速发展的结果，创客运动和教育的结合产生了创客教育。创客教育以其技术性、实践性、体验性和跨学科等特点实现了创新人才培养这一夙愿。随着开源软硬件、3D打印机、激光雕刻机、数控机床等数字化工具设备的普及，造物变得越来越便捷，之前成为创新发明制约因素的造物环节，在创客教育时代已经迎刃而解。与创新发明活动首先教给学生创新发明技法相比，创客教育更强调让孩子们通过实践的体验、技术的学习、在做的过程中获得造物的基本技能，鼓励学生综合运用跨学科的知识，以项目问题为着眼点，在解决实际问题的过程中，学会分析问题，解决问题，提高造物技能和解决问题的能力。创客教育的这种理念和模式，为创新发明活动提供了重要的参考，这将从根本上改变中小学创新发明活动以方法为切入点的传统教学模式。事实证明，创客教育的蓬勃发展，有效促进了创新发明活动的快速升级。以武汉市中小学生近3年参加宋庆龄发明奖活动的项目数为例，2016年25项，2017年35项，2018年60项，呈逐年上升趋势，这在某种程度上得益于武汉市自2015年开始大力推进的创客教育工作。

创客教育因其先进造物技术正迅速被创新发明活动接纳并融合。在以往的学生制作活动中，更多的依赖科技活动室和劳技制作室等场所，但创客教育蓬勃发展以后，科技活动室和劳技制作是将和创客空间进行合理的整合，科技制作工具、劳技制作工具、微机室将是创客空间的一部分，在此基础上，将增加更多的数字化工具，如激光雕刻机、3D打印机、开源硬件等，从而使创客空间成为科技和劳技制作室的更高层次的体现形式;随着教师对数字化制造技术的掌握，更多智能化的技术内容被增加到教学之中，教师对创新发明活动的辅导能力得到有效提升;在创客教育蓬勃发展的背景下，创客空间和造物工具日益普及，学校创客课程也日益丰富，学生造物的技能得到迅速提升，学生把创意变成现实将更加便捷，校园创客作品将呈井喷式增长趋势。

创客教育成就了创新发明活动，创新发明活动也成为了创客教育发展的一种趋势。或者说，创新发明是创客教育的一种特色发展形态。

3以创新发明为导向的创客教育特色发展策略

学校要建立以创新发明为导向的创客教育特色发展模式，就必须对创客教育和创新发明的主要构成要素进行科学的整合，重新构建校园创新教育体系，在创客课程设计、创客空间建设、组织保障体系等方面进行系统设计。

3.1开发以创新发明为导向的创客教育项目式阶梯课程

项目式学习理念是创客教育的核心理念，强调让孩子们通过项目式学习，以项目问题为着眼点，运用跨学科的知识，玩中学，学中做，做中研，研中创，并通过三个层次的课程进行实施：

第一层次是基础技能类课程——学会基础创新技能。基础技能类课程一般以项目为载体，更趋向于技术学习，让学生在参与项目实践的过程中学习造物技术。一是结构制作类课程，以结构制作工具为主，在创客制作中主要服务于产品的外观及机械结构的制作，它是创客作品的骨骼和皮肉。如常规工具课程、3D打印课程、激光切割和工程图设计课程、数控机床和微型机床等机械加工课程、机器人拼装课程等。二是智能电子类课程，以开源软硬件作为智能电子类工具的主要代表，在创客教育中扮演着重要的角色。常用的开源硬件有Arduino、Micro：bit、树莓派、WU-Link、掌控板等，常用编程软件有Arduino IDE、Mixly、Scratch、Linkboy、MakeCode、Ardublock、Python、Mind+等。三是创新技法类课程，创新技法是创新发明的主干技术。技法有很多种，分类方法各家不一，常用的大致可以分为以下几类：列举型创新技法，组分型创新技法，设问型创新技法，激励型创新技法等。学生完成基础课程规定的任务后，将掌握“基础创新技能”。

第二层次是创客竞技类课程——培养模仿创新技能。校园创客竞技类课程由一些校园竞技活动组成（如：创客大比拼、创客马拉松活动等），是参与度很高的一种竞技型项目式学习活动。教师通过设计特定的主题（如：智慧校园、智慧生活、智能家居等），让学生利用指定的器材，在规定的时间内完成任务。这种类型的竞技活动，将学生置身于紧张的任务场景中，通过主题的指引，技术的支持，案例的示范，帮助学生进行模仿创新。竞技活动包括了从问题分析到创意设计，从模型制作到路演展示，完整模仿创新发明的项目实施过程，让学生在项目实施的过程中，掌握“模仿創新技能”。

第三层次是创新实践类课程——形成自主创新技能。创新实践类课程，是指创客活动兴趣小组的成员主动关注实际生活中的问题（如师生日常生活的不便之处、社会特殊群体的特殊需求等），发现生活中的创新机会，充分运用创客造物技术，为学校教学工作、校园管理、师生生活便利和特殊群体提供力所能及的创新服务的项目式学习课程。校园创客实践活动立足学校创客空间，延伸到社会其他领域，运用所学的创新方法和所掌握的造物技能，从问题调研到明确选题，从确定创新方案到模型制作，从试用迭代到推出成品，全面自主实践创新发明流程，掌握“自主创新技能”。

以上三个层次的课程有递进性，但并不是孤立的，它们之间有着密切的联系。各部分课程内容也有一定的弹性，并非缺一不可，在实践过程中，都可以找到替代途径。区别在于，基础技能类课程的落实将更好促进学生创新和实践技能的提升。

3.2促进以创新发明为导向的校园创客空间建设

学校创客空间的建设既要考虑创客造物技术的学习和实践体验，也要考虑创新发明活动的实际需求。为方便学校进行更实用和有效地创客空间建设，在此提出了以下建议：一是创客空间建设要遵循生本性、实用性、系统性、开放性和安全性等原则，即空间的建设要在开放性和安全性的基础上，坚持创客空间为创客课程服务，创客课程为创新发明活动服务的理念，坚持围绕创新发明活动需求选课程，围绕课程选器材和设备的思路，兼顾创新教育与学校总体教育的关系，把创新文化与学校育人理念体系进行有机融合;二是校园创客空间的功能区设计要考虑创新发明活动的造物需求，依据实际需求来进行设计，大致可以分为：制作实践区、交流分享区、多媒体教学区、器材存放区、展示体验区和图书阅览区等，但在实施过程中，功能区的设置也可因地制宜，按需配置，科学整合;三是设备配置应以创新发明的需求为出发点，一般以制作工具为主，如3D打印、激光雕刻机及电工、木工、钳工等结构制作类设备和器材、Arduino等智能电子类硬件和耗材、多媒体教学设备、电脑及打印机等办公设备，网络设备、图书及用于展示的小区域等。

3.3落实以创新发明为导向的创客教育组织保障体系

学校应建立保障创客教育常态运行的组织障体系，一是要成立学校创客教育工作小组，以学校主要领导为组长，成员由相关部门负责人和创客教师组成。创客教育小组活动计划应纳入学校总计划，教学内容应纳入学校课程计划，在学校层面进行总体规划和安排;二是要在普及教育或推广宣传的基础上，成立学校创客活动社团，建立社团活动章程，在学校层面保障学生活动的空间和时间。三是要为创客空间建设、课程开发、器材和耗材配置和创客教育活动等方面予以经费保障。

百舸争流千帆竞，万木逢春百花开。在当前“大众创业，万众创新”的时代背景下，创客教育的蓬勃发展正为创新教育注入强劲的动力。学校应把握好这样的良好契机，紧跟时代步伐，结合学校特色发展需求，建设创客空间，开设创新教育课程，推进创客教育与创新发明活动融合发展，为培养创新人才和建设创新型国家作出自己的贡献。