基于STEAM理念的创客教育促进学生创新能力培养

文/广州市黄埔区东区中学

一、问题的提出

创客教育缺乏系统的课程支持。创客教育融入STEAM教育，以“工程”的思想和模式让学生在“做中学”，其中基于问题或项目的学习在中国的中小学教育中才刚起步，创客课程的教学设计并不系统化。存在相应的教学活动的设计和实施步骤有待完善，教学资源与教材还不够丰富与完善，教学理论和实际案例还比较缺乏等问题。

创客师资匮乏。不同于传统教育，创客教育中教师与学生的关系发生了改变，随着互联网+、人工智能、物联网技术的飞速发展，教师不但要在教学方法方面加以重新认识和转变而且要了解多领域的知识。不断跟踪日新月异的前沿知识，还要结合学生的教育特点，客观上对师资提出了更高的要求。

校内创客空间建设有待完善。中小学校和社会上的创客空间的根本目的不同，对空间大小、设备、管理机制等的需求存在区别。与国外相比，虽然北京创客空间、上海新车间等社会上的创客空间已有非常好的发展，但是我国中小学校内创客空间建设机制并不健全。建立校内创客教育培养环境，要求学校的资源分配完美结合，对学校管理也带来新的挑战，需要老师与学校行政部分反复沟通增进了解。

创客教育资源不足。创客空间需要一定的工程素材和加工、活动空间，作为教育用的创客空间还需要一定的教学设施(包括人员等)，如工作台、学生作品展览储存的空间，使得创客空间在学校的建立需要大量的资金投入和场地规划。但中小学主要任务自然会向升学重点科目倾斜，如何把握分配比例，也是需要更大的前瞻性和远见。

二、教学模式设计与应用研究

(一)教学模式设计

笔者在借鉴前人研究成果的基础上, 探究STEAM创客校本课程的开发，结合创客课程和我校学生的特点,以Arduino派课程为例,力图撰写出新型的STEAM创客校本课程——基于项目的体验式创客课程教学设计，为我校建立健全的教学模式，完善创客教学活动的设计和实施步骤，丰富教学资源与校本课程，多种方式培养教师的教学技能，促进教师专业化发展，同时，逐渐完善适合我校师生创客的教育创客空间。具体建设目标陈述：

1.探究校本课程的梯度、类型，兼顾学生年龄、兴趣、特长，建设可选择的创客课程，立足于学生终身发展，促进学生学习方式，思维方式的改变。

2.让更多的老师了解创客教育理念，在更多学科实践STEAM教育理念，建设具有整合性的校本创客课程，培养一批乐于想象、敢于探索的新型教师。

3.把创新与实践的理念作为学校最美文化的核心追求，整体规划学校的综合课程体系以及校园环境设计，建设可触摸的创客课程，让校园换发新的生命活力。

(二)教学模式定位研究：特色与创新之处

笔者的校本课程特色是基于STEAM创客教育核心理念的一种创新教育模型(如图1)，课程实施紧扣几个关键词：创意、设计、分享、交流、制作、改变……

图1 基于STEAM创客教育核心理念的一种创新教育模型

在校本课程设计中采用“项目式教学”为基本方法，以DIY造物等为教学模式，以电子创客为主、数控艺术设计与制作为辅的研究方向，开发具有我校特色的STEAM创客教育课程，以动手实践促进学生实践性思考的习惯，改变学生思考和创造的路径，以创造过程的丰富体验来培养学生创造兴趣及自主创造力，使学生的观念从“取用主义”转变到“自创主义”。

(三)课程研究的基本路线

校本课程研究的切入点以“基于Arduino开源平台的项目学习”为主要方法，从图2“制作技术”和“造物流程”两个的角度切入，以基于项目式学习的创客教育学习流程(图3)为导向，进行项目式教学模式搭建与教学实施。

图2 基于Arduino开源平台的项目学习

(四)创客校本课程及其应用研究

1.项目式学习模式研究

亚克门教授构建了STEAM教育框架，从上至下分别强调了教育目标——终身学习的综合性学习者；强调学科的融合，注重艺术的渗透，而在之下是各门学科知识，最下面是具体的课程。而在这样的跨学科理念之下，有两种课程整合模型，分别为内容整合(content integration)和语境整合(contextintegration)模型。内容整合模型是整合STEAM所有学科的知识内容；而语境整合则是以一个学科为中心，从其他学科选取相关语境，进行有意义的学习。根据不同的项目活动，会采取不同的内容整合模型。而这个模型也隐含着对于学科核心知识的重要性的强调。

借鉴STEM跨学科项目设计模式和参考粤教版高中组信息技术教材(2018)编写组专家观点，大致确定这样的项目设计学习模型：第一步是从学生最初的想法(真实或虚拟的问题)与情境出发，师生共同确定活动内容，因为STEAM是以学生的发展为中心的，学生的兴趣非常重要，而在构建活动的时候教师要进行活动分析，对课程资源进行整合，分析跨学科知识、学习者特征以及活动的重难点；接下来学生选择工具材料等资源，自主探索，寻求完成任务的途径和方法；学生对在探索过程中发现的问题，寻找创新的新方法和新途径，自主完成活动并分享作品；最后进行完善和积累，不断积累并在此基础上提升新经验。在老师的评价设计下教师进行技术测评和作品评价，并在此基础上反思教学过程进行改进。

2.Arduino技术及可行性分析与实践研究

开源硬件和数字生产工具，购置成本低，学习门槛低。在研究之前已有几十个位学生项目在省、市、区中获奖。

3.Arduino创新课程内容研究。(以典型课例为研究对象，研究创客校本课程的教学模式、学生学习模式等。)

Arduino创新课程内容研究框架设计如图3，以基于项目选题——项目规划——方案交流——活动探究——项目实施——作品制作——成果交流——项目评价循环学习模型为导向，融合跨学科知识；引导和指导学习和调用各种工具；体验、经历造物过程，形成意识和动手习惯。

图3arduino创新课程内容研究框架设计

制作“玫瑰台灯”项目为例，融合跨学科知识设计：

技术与数学(T&M)：玫瑰台灯的亮度通过什么元器件来控制？光线变化的特征是怎样的？程序编写如何实现？哪些颜色的灯光适合做台灯?相应电子元器件如何选择？

科学(S):台灯亮度的变化是因为什么而发生了变化？台灯的颜色灯光如何选择，为什么?

工程(E):台灯的灯头、灯杆和灯座如何连接和固定？灯座如何搭建才能站稳？

艺术(A)：改变灯头、灯座、灯架等的造型可以更好什么零件？能不能通过变换灯光颜色效果使得台灯具有其他用途？

三、结论

最近二年多，依托于Arduino创新课程，学校创客活动开展得轰轰烈烈，包括围绕项目主题开展学习，过程包括讨论主题背景、任务解析、头脑风暴、构建方案、勾画草图、选择材料、结构搭建、规划程序、优化方案、项目展示分享等。学生参与创客相关比赛活动获奖频增，2018年获奖人数将近50人次，2019年6月之前，有40多人次获奖，其中省赛1人次，市赛7人次。尤其在我们这种城乡结合部的学校尤为难得。

实践研究发现基于STEAM创客理念的项目式教学课程，具有接地气、便于以全班开展的形式推广等特征，具有很强的操作性，值得推广。

本次设计的创客校本课程呵护并激发学生创新热情，并为学生提供“让想象落地”的重要平台。学生在“玩创新”和自主探究的过程中激发了创新的兴趣，培养了创新能力，提升了STEAM综合素养，也锤炼了团队合作、解决问题的能力，而这些恰恰是当前学校教育的薄弱环节。