基于STEAM理念的“三阶十环”高中创客普惠课程

盖晓琳 武士梁 刘梅

● 课程介绍

目前我国创客教育开展相对较好的学校以小学和初中学校居多，而高中学校所占比例较少，特别是以普惠式课程的教学方式来开展创客教育的高中学校，更是少之又少。创客课程惠及全体学生是我校创客教育发展的方向。我校已具备普惠式创客课程实施的软、硬件环境：建成了六间独立功能的创客教学空间，打造了创客课程资源平台和创客网络学习空间，学校创客课程研发团队探索出了一套基于STEAM理念的“三阶十环”高中创客普惠课程体系。

1.课程特色

其一，将STEAM“跨学科”的理念与创客“做中学”的理念有效融合。课程设计以项目学习的方式，在创意设计环节更加注重学生多学科知识的理解和应用，兼顾多学科知识与技术操作两方面的内容，同时利用创客空间已有的智能硬件和材料，将学生在项目学习中形成的一个个创意转化为最终的思维作品，并进行展示和交流。

其二，探索形成了一套完整的课堂教学模式和流程。结合高中生学习特点和学校网络学习环境优势，课程设计团队经过大量教学实践和探索，逐渐形成了一套“三阶十环”的课堂教学模式和流程。“三阶十环”中的“三阶”是指创客课程开设中的三个层层递进的学生活动，“十环”是指整个项目学习过程中包含的十个课堂环节。

其三，搭建了校本化的一站式创客网络学习平台。结合自身创客教育开展经验和学校网络学习空间人人通的优势，我校建成了创客课程资源平台，即创客网络学习空间。所有的创客课程资源（教学设计、创客活动课件、微课视频、自主学习任务单、学生作品、导学知识等）均按照“一课一网”的模式，以项目作为单元，上传到学生的创客资源平台上，方便学生随时随地进行自主学习和知识查询，拓展了创客教育开展的空间。

2.课程设计思路

我们基于STEAM教育跨学科理念，以生活中的实际需求为主要内容，设计、开发、构建了开放的、联系生活的主题式课程。以《智能硬件与编程》这套课程为例，其项目选题和框架目录如表1所示。

所有项目的课程学习活动设计都是按照“三阶十环”的教学模式和流程开展，如图1所示。

在整个课程活动过程中，学生是主体，进行自主学习与主动探究，在参与活动的过程中逐步内化知识，增强创新意识和创造能力。教师是辅导者、帮助者、监督者、评价者，为学生提供学习资源和策略支持。

3.课程实施方案

（1）指导思想

引入STEAM创新教学理念，借助“互联网+”的模式有效利用学校现有教学资源，实现学生学习成果最大化、教学成本最小化。通过实践、合作、开放、分享、融合的创客教学，激发学生的创新思维，强化学生的创新意识，提高学生的创新能力。在此过程中，逐步提升学生的实践能力和创新素养，提升创客教育的师资水平。

（2）实施目标

以学生为主体，融合STEAM教育和创客教育理念，采用项目学习方式，进行普惠式的创客课程授课，借助校本化的创客网络学习空间，培育创新型人才和智慧型教师，提升学校办学实力和影响力，为建设区域性创新示范基地打下坚实的基础。

（3）实施方式

基于STEAM理念的高中创客普惠课程为一整套课程体系，主要包括智能硬件、3D创意、人工智能三个大系列，目前已经设计完成并在学校陆续开设的课程有《智能硬件与编程》 《3D创意制造》《物联网基础》《人工智能初步》四个模块，正在开发设计的课程有《Python入门》《机器人》《谷歌无人驾驶小车》等模块。

创客普惠课程的开设重点针对高中一年级的在校学生，作为学校的校本课程开设实施，每周1个课时，课程内容涵盖3D打印、智能硬件、物联网智能家居等，经过高中一年的经验积累后再增设人工智能课程。

创客普惠课程实施分为以下两个阶段：

第一阶段：初级入门。

在这一阶段，学生能够认识套件中的传感器，并能进行简单的组装，初步培养学生的创客意识。第一阶段的完成时间为6个课时。

第二阶段：项目实操。

在这一阶段，学生可以从教师指定的范围内选择一个主题，通过上网查阅资料，结合教师讲解、创客学习平台自学等，完成自选项目的制作。3～6人为一个小组，每位学生负责一个层面的工作，作品展示后，结合每位学生的任务完成情况进行打分，并记入年终考核。第二阶段的完成时间为10个课时。

● 课程实施的典型案例

下面以《汽车安全气囊》作为我校基于STEAM理念的“三阶十环”高中创客普惠课程的典型案例，进行课程活动分析、评价和讨论。

1.教学对象与学时

教学对象：高中一年级学生。

学时：1学时。

2.教学环境与准备

本节课在学校专用的创客实验室中进行。该实验室配备了专门用于教学的台式电脑、无线网络和多媒体教学设备，具备了智慧学习空间的环境，实现了创客网络学习空间与物理空间、线上与线下、虚拟与现实结合的教学环境。

创客实验室又分为学习分享区和活动制作区。学习分享区准备了适合小组讨论的桌椅，搭载智慧教学云平台和智慧课堂交互系统的智慧黑板，装有可视化编程软件且连网的电脑。学生自带教学专用平板电脑。活动制作区准备了课程中需要的智能硬件模块，结构构建过程中用到的各种样式的亚克力板、折弯件、车轴、车轮、固定配件等材料，还配备有工具包。

3.教学过程

按照“三階十环”的教学模式和流程开展课堂教学活动。

第一阶段：自主学习，科学探究

①情景导入，提出问题。

由生活中汽车交通事故增多的情景，提出使用安全气囊保护措施的需求，确定本节课的项目研究主题。通过可操作的学习任务驱动项目学习的开展，明确项目学习目标，融合STEAM和创客教育理念，持续驱动学生的学习动机。

②自主学习，任务探究。

学生根据项目学习要求和目标，通过手中的平板，登录到创客网络学习空间，自主学习相关的导学内容。这部分内容由创客教师在课前提前上传，主要包含《汽车安全气囊》项目涉及的学科知识、技术操作要领等，形式以导学案、自主学习任务单、微课视频为主。另外，在自主学习的过程中，如遇到仍然没有解决的问题，学生还可以通过网络搜索查找。

自主学习完毕后，学生填写自主学习任务单（如下页表2），各小组派代表阐述安全气囊的工作原理，展示自主学习成果。教师引导学生回顾分析各小组的阐述，探究工作原理中包含的学科知识，并从不同学科的角度再度解析安全气囊的工作原理。

这一环节是完全自主开放式的学习，借助声音、图片、文字、微课等视听方式，使学习内容在两周后的平均留存率达到20%，帮助学生形成自己的知识框架体系。

③科学百科，多元融合。

教师通过完整的视频演示，帮助学生深入、直观地认识安全气囊的工作原理，巩固自主学习效果，使学习内容在两周后的平均留存率提升至30%，有利于学生更好地开展作品设计。

第二阶段：奇思妙想，创意设计

④设计方案，创意无限。

本环节引导学生以小组合作的方式，将之前习得的科学知识和创意，按照方案设计的流程，形成项目设计方案。设计完成后进行组间展示交流，然后进一步修改完善方案，使学习内容在两周后的平均留存率提升至50%。具体教学流程如图2所示。

第三阶段：创意智造，其乐无穷

⑤智能硬件，模块组装。

教师在学生开始组装电子模块之前，首先讲解课堂教学中新出现的传感器——震动传感器的工作原理及应用程序代码，引导学生根据项目设计方案，选用创意作品中所需的智能硬件器材组装完成项目的核心电子模块。

⑥理清思路，程序编写。

教师指导学生将核心电子模块的工作原理转化为可视化的编程语言，在这个过程中，创客教师负责提供部分编程代码和示范，辅助学生理解编程思路，模仿已有程序。学生使用实验室电脑上安装的Mixly图形化编程软件，编写程序，创造个性化作品。

⑦上机运行，调试程序。

程序编译成功后，学生将程序下载到之前组装好的智能硬件模块，测试核心电子模块的工作情况，并根据需要及时对程序结构或者代码等进行调试和修改，直至智能硬件模块正常工作。

⑧外型结构，个性搭建。

教师引导学生以小组为单位，按照“自主学习任务单”中的设计草图，自选材料和零部件，将项目设计方案转化为个性化的创意作品。

⑨成果分享，组间交流。

以小组为单位进行创意作品展示，重点阐述作品的创意，演示作品所实现的功能，其他小组针对展示作品提问，评价作品的优缺点，提出改进建议。教师针对作品及其交流讨论进行及时点评。

⑩总结提升，拓展延伸。

各小组分享创作体验和收获，教师进行点评和总结，并提出拓展任务或问题，拓展学生的课后实践范围、眼界和能力。

小组成员交流合作、做中学、创意智造，使学习内容在两周后的平均留存率提升至90%，大大提升学习效果。

4.课程评价

合理的课程评价不但会为学生指明努力方向，还会激发学生的学习积极性和兴趣。本节课的学习评价量表如表3所示。

● 课程实施的教学效果及反思

1.教学效果

创客网络学习空间大大提高了课堂效率和学生自主学习的效果，结合STEAM教育理念，课堂上实现了学生多维度、跨学科知识的学习、融合和内化，达成了教学目标。

课堂上教师营造出了活跃的气氛，多次给学生提供全面展示作品、充分表达创意的环节，很好地激发了学生的创作潜能，同时培养了学生的语言表达能力、人际互动交往能力以及发现问题、解决问题的能力，学生在动手体验的过程中既学到了课本上没有的知识，同时收获了创造带来的快乐和满足感。

通过“三阶十环”的创客课程教学模式和流程，学生体验了完整的创客活动过程，逐渐突破固定型思维，发展成长型思维，获得从“想法”到“现实”的创造能力，实现从学生向创客的转化。

2.存在的不足

用于课程实践操作的智能硬件、材料有限，学生就地取材设计，限制了学生的创意实现。建议考虑扩充创客实用的套件器材，同时鼓励、支持学生在课后生活中继续发散思维，拓展作品设计时间和空间。

高中学生通过基于STEAM理念的“三阶十环”高中创客普惠课程的参与和亲自动手制作，接触了多学科的理论知识，强化了创新意识，提高了操作技能水平，特别是在“做中学”的实践过程中，将理论和实践相互结合，培养了学生的创新能力，拓宽了他们的个人发展前景。我们会继续增加适合学生创意实践的课程内容，将普惠课程体系深入地研究下去，实现我校高中创客普惠课程的持续发展。

点  评

创客教育提倡造物，强调的是创意作品化，即使在创造过程中涉及多门学科，但其本身并不强调学科。而STEAM教育强调的是综合应用跨学科知识解决问题，将STEAM理念融入创客教育，能够有效解决创客教育基础知识不足和缺乏学科知识融合的问题。

山东省淄博第一中学的《基于STEAM理念的“三阶十环”高中创客普惠课程》就是将STEAM的“跨学科”的理念与创客“做中学”的理念进行重组和融合的范例。该课程作为实施普惠式创客教育的载体，以项目学习的方式，引导学生在具体、生动的生活情境里，感知并提出源于生活的问题。该课程以高中学生为目标群体，以小组合作的形式开展课程活动，实现创客课程在高中阶段的普惠推广。

该课程的第一大亮点在于其完备的课程体系，主要包括智能硬件、3D创意、人工智能三大系列，目前已经设计完成并在学校陆续开设的课程有《智能硬件与编程》《3D创意制造》《物联网基础》《人工智能初步》四个模块，既有侧重于软件类的操作，又有实物的动手操作，课程体系设置较为均衡。

该课程的第二大亮点在于其普惠性。虽然我国的创客教育正在如火如荼地开展，但是将创客教育作为普惠式课程来开展的学校却并不多见。学校的创客空间通常以体验展示为主，仅能惠及少数参与社团或者活动竞赛的学生。淄博第一中学将创客普惠课程作为校本课程开设实施，每周一课时，实现了真正意义的普惠。

在今后的课程开发与实施中，可以考虑针对高中生的知识水平和能力，设置难度相当的任务挑战;学生的创意实现过程，可以开放选材，让学生充分考虑完成项目所涉及的工程问题，自主选择材料、选择尺寸，进行结构设计;最后，对作品进行试驗，并通过重复试验和小组互评来改进作品。这样，学生的创客体验将会更加完整，收获也会更大。

《基于STEAM理念的“三阶十环”高中创客普惠课程》将STEAM教育与创客教育相结合，提出了具体的实施策略，开发了完备的课程体系，构建出STEAM理念下实施创客课程的教学模式，并在高中阶段普惠实施，其成功经验值得借鉴和推广。

（点评人：2019年度全国教师信息素养提升交流活动评委/天津市教育科学研究院 黄天泽）