在创客教育中培养高中生创新实践能力的实施策略研究
2020-12-28朱梅
朱梅
【摘要】高中生创新实践能力的培养是提升学生核心素养的需要,是探索创客教育模式的需要,也是新高考改革的需要。本文以西乡中学创客梦工厂中30名高中生为研究对象,总结出我们在创客教育的实践摸索中,培养和提升学生创新实践能力的实施策略。
【关键词】创新意识;动手操作;协同合作;分享交流;批判反思
西乡中学的创客梦工厂是深圳市教育局授予的“深圳市中小学创客实践室”。我校负责创客教学的王建忠老师是广东省十佳优秀科技教师,他辅导的学生在历届全国青少年科技创新大赛上都有不俗的表现。现学生发明创造的作品已获得国家专利三十多个,有些专利项已在和厂家洽谈生产。
一、研究概况
创客教育的核心是培养学生观察生活、观察社会、发现问题,并且创造性解决问题,提升与培养学生的问题解决能力成为创新的关键。高中生的抽象逻辑思维发展趋向成熟,学生职业偏好初步形成,能开展科学探究和提出解决工程问题的方案。此外,高中生具有较强的数字化学习能力,能够灵活运用多媒体资源进行信息加工和表达,但信息環境中的自控能力依然较弱。我们对高中生进行创客教育,有利于提升学生的信息素养,培养学生的创新意识和创新能力,促进学生的全面发展。高中生的创新实践能力是指高中生在学习、生活以及职业生涯规划中认识问题, 并创新运用自身知识探索和解决问题的能力, 主要包括语言表达、自主学习、人际沟通、环境适应等体现的基础能力和动手操作、系统思考、实验研究等专业能力。我们在创客教学中发现学生在学习中遇到的问题和困难很多,而他们解决问题的能力普遍比较薄弱。主要表现如下。
1.没有创新意识,没有自己提出问题的能力
在我们创客实践室的教学实践中发现,学生历经了小学、初中的应试教育,到了高中,现在已经没有丝毫的创新意识。许多学生为了发明而去刻意“发明”,他们为寻找发明课题而犯难。他们不了解发现问题的方法、不清楚一个问题的价值、不了解前人已经发明的成果等等。如何培养学生发现问题并找到有价值的发明课题,这是学生所面临最主要的问题和困难。
2.没有相应的知识储备
一是学生不了解各种材料特性及用途问题。学生在发明创造的学习中,对我们常用的各种材料及其特性不是很了解,造成作品选材不当,最后的作品达不到要求,甚至根本无法完成。如有些作品适合用铁丝来完成,学生却选择了线绳,这样就会使作品达不到应有的强度。在创客作品中我们常用的材料,如各种木板等,要选用最合造的材料就要了解这些材料的特性;二是学生不了解简单的机械结构与设计、不会基本的电子电路设计、不会开源硬件的软件编程等;三是学生缺乏动手能力。我们在教学中发现,很多学生对最基本的工具都不会使用。有一次老师让一位男生将一根铁丝剪断,过了很长一段时间后他来找老师说铁丝剪不断,老师过去一看,才发现原来他用一把剪刀剪铁丝,而他手旁边就放着几把钳子,却不知道怎么用。
二、研究的目标、内容与价值
1.研究目标
本课题以西乡中学高一年级30名高中生为研究对象,借鉴国内外的创客教育模式,结合我校实际情况,开展多种形式的创客教育。从课程特色、活动开展、考核评估、学生发展等几个维度考察,提炼吸取经验,最终归纳出我校培养高中生创新实践能力的具体操作策略,构建我校特色的创新教育课程体系框架,编写我校高中生创客学习系列校本课程,开发网络学习平台的资源。我们期望通过课题研究,为我校的创客教育提供一定的理论及实践支撑,希望我们取得的经验能对其他兄弟学校有所帮助。
2.研究内容
第一,开发和建设我校创课教育特色课程和网络学习平台。建设我校学生创客学习的网络平台,根据校本课程内容和学生的实际情况出发,以吸引和提高学生兴趣出发,录制创客学习微视频,上传至创客学习网站。通过学生对各个微视频的点击率来调整制作风格,并鼓励学生形成制作团队,自己尝试来制作微课,提炼先进经验。第二,培养高中生创新实践能力的具体操作策略:从课程特色、活动开展、考核评估、学生发展等几个维度考察,提炼吸取经验。
3.研究价值
我们高中创客教育中立足于学生创新实践能力的培养,帮助学生培养和提升创新实践能力,在今后的学习、生活以及职业生涯规划中提升他们认识问题、创新运用自身知识探索和解决问题的能力,为学生的综合创新能力和终身发展奠定基础。同时也为我校今后的创客教育提供了新的指向,进一步推动我校创客教育与学校学科教学深度融合,提升我校创客教育的质量与成效。
三、研究方法
一是文献研究法。课题组成员通过在宝安图书馆电子资源、“中国知网 ”、百度搜索引擎等多种网络数据平台检索,查阅了大量的国内外中小学创新实践能力培养的相关资料,并对这些资料进行整理、分类和综合分析,为本研究课题的提出、研究方案的制订等提供了比较充分的理论基础和研究依据。
二是问卷调查法。通过设置问卷调査来调研高中生在创客教育中遇到的主要困难和问题,调研创客指导老师观测到的阻碍学生创新实践能力发展的原因,旨在收集来自于现实学校鲜活实践的第一手真实资料。
三是案例研究法。建立不同类型的学生成长档案,通过梳理不同学生的成长背景的个案,找出问题和不足,找到普遍问题,针对性的开展研究,形成有指导性的经验和理论,并根据对学生跟踪分析研究,及时修整、补充和完善操作策略。
四是行动研究法。对我校学生创新实践能力的培养方案进行探索、实践,经历调查—计划—行动—总结—反思五个阶段。总结适合我校学生创新实践能力培养的操作策略,并不断修改、补充和完善。
四、在创客教育中培养高中生创新实践能力的实施策略
创客素养强调创新创造、动手操作、协同合作、分享交流以及批判反思整合的能力。在创客教育中培养高中生创新实践能力的实施策略,主要有以下几点。
1.营造创客教育的学习氛围,打造愉悦的创客学习空间
我校为全面提高学生素养,坚持以“创客教育”为切入口,努力培养学生的创新精神和实践能力。我校将创客教育纳入学校发展的总目标,健全了创客教育管理体制,形成了较完善的管理网络。学校每年定额投入十余万元专项经费完善创客教育所需设备,为学生发明创造活动提供基础保证。为调动学生参与创客活动的积极性,学校制定了激励政策。对创客教育作出突出贡献的教师,在各项评优、业务考核中给予优先考虑;对在发明创造活动中表现突出的班级授予“创客示范班”称号;凡获得发明专利的学生,授予“发明能手”称号。激励机制的运行,既调动了广大师生参与创客学习的积极性,又使学生们的科学素养得到普遍提高。创客工作室也是以提高学生的学习积极性为目标,促进学科知识的运用,发挥学生的想象力和创造力。以学生为中心,以学生的创意为导向,创造有利于学生讨论和交流的空间;运用色彩、灯光和舒适的装饰,选择居家的舒适桌椅,为学生营造出愉悦的学习空间。
2.培养学生的创新创造思维,指导学生形成问题意识
第一,指导学生随时记录自己的创意火花,培养学生善于观察。创新源自生活,老师在创客教学中鼓励和启发学生积极进行生活中的观察,在培养学生创新思维时,会先讲前人的发明事例,如味精的发明过程、爱迪生等发明家的故事,激发学生们的创新意识,启发学生从自己身边的日常学习、生活中去寻找创客灵感。如,清晨起床洗脸刷牙,在你刷牙的时候有没有觉得牙刷有什么不舒服、不方便的地方,要不要进行更新,已经有人发明了电动牙刷,还有没有更新的地方等。
老师让学生们随身携带纸笔记下自己的创意,再把所有创意思想汇总后,进行筛选,最终确定自己的选题。
第二,鼓励学生勇于质疑。培养学生批判性思维能力,有质疑,有求异,勇于打破传统思想的束缚。如江同学在英语听力课时,对大家都在使用的耳机产生质疑,在对同学们调查研究时发现,带耳机时间长了会对耳膜造成伤害。根据老师的鼓励和启发,切合自身和同学们的实际情况,他的创意也产生了,要研制出一种保护听力耳机。他尝试通过支架和支撑架将扬声器组件与耳机隔开一定距离,使声音为类似自然音进入耳朵,有效减少耳膜受到的强迫压力。
第三,發动学生敢于畅想。在创客教学中,老师经常鼓励学生将生活中现象用所学知识进行解释,如果遇到新奇的事物, 要思考它新在哪里,成功在何处, 并且还要转移思路, 看看是否别处可用。如王同学的作品“教学琴键指示装置”的作品,她的选题构思来源于她自己生活中的一大遗憾。因为她儿时从未学过乐器,却很想能够弹出自己喜欢的歌曲,随着她希望自己能弹奏歌曲的渴望一日日强烈,为了实现这个梦想,在老师的鼓励和启发下,她产生了一个大胆的创意:能不能创造一种机器能教我弹奏乐器呢?通过发明创造的研究,王同学养成了敢于畅想的好习惯,有了强烈的问题意识,在看到儿童遗落车中窒息致死的新闻后,想出了车引擎关闭后自动通风或添加指示装置,以防祸患。
3.编制校本教材,在体验中提高自身的问题解决能力
针对我校学生动手能力差、不了解和不会用各种工具等情况,我们加强了学生的动手能力培训,编制了学生动手操作的校本教材,让他们从简单的木工技术到软硬件和程序的开源,再到焊接技术,通过一步一步的动手操作,提高动手操作能力,引导学生在动手操作成功的积极体验中提高自身的问题解决能力。如蔡同学在参加深圳市青少年科技创新大赛感悟与收获中所述 “动手能力的培养,让虚拟成为现实。在大赛的现场上,参赛者都拥有自己的实物作品。这些作品,大多都是动手制作的。有用废弃材料的、有泥土和用各种电子元件组合起来的。如果缺少动手能力,我们就无法将所想的成为实物。”
4.搭建资源丰富、方式灵活的学习环境,培养自我学习与合作学习能力
第一,引导学生自我学习。在创客教学中,学生根据自己作品的不同,遇到的问题也各不一样。为此,我们开发研制我们创客梦工厂的学习网站,给学生搭建灵活的学习环境,鼓励学生根据需要,自主选择学习网站上老师的微课、学习资料。如有的作品需要用到单片机编程,先让学生在学习网站上自主学习相应的教材,根据需要去自学和摸索,再对她不清楚的问题进行讲解,最后对她的编程进行提问,在提问中引导她进行修改。这样不仅让学生边做边学,提高了学习效率,同时也大大提高了学生自我学习能力。当他们遇到问题时,首先会想到自己先去想办法查找答案。学生们的学习能力得到了很大的提高。
第二,指导学生合作学习。合作学习可以激发学生的创造性,有助于培养学生的合作意识和合作技能;有利于学生之间的交流和沟通,从而培养团队精神;可以促进学生不断反省,不断提高。在学生合作学习过程中,教师要以激发参与合作学习的每个学生都能充分发挥自身的主观能动性为重点,将指导、鼓励和监督等行为贯穿于整个合作过程。教师应参与到学生当中,共同体验,帮助学生建立一些有效的学习策略。如林同学的发明作品《便携式冷藏快递箱系统》,不仅在区、市、省、全国层层选拔赛中屡获大奖,还代表国家直上世界获得国际金奖。他制造的便携式冷藏快递箱比较复杂,包括半导体制冷片,安置在六个表面的磁吸式接口,长方体箱体,可拆卸式箱盖。在老师的组织和引导下,他和同伴们一起研究、学习、探讨、实验,运用头脑风暴来改良作品,在同学们的协作下,他完成了自己的作品。
5.培养分享交流的能力,提高问题解决的效率
分享也是创客教育中一个不可忽视的组成部分,在学生完成作品之后,要与其他同学分享创作的过程、资源与心得,这不仅能够将知识与资源进行共享,方便其他学生在此基础上继续进行制作,也提高学生问题解决的效率。我们每隔一个周期,就会组织学生来分享作品,交流经验。学生主动分享交流,是一种能力,也是最好的学习。师生、生生共同探究有待解决的问题,相互补充各自的思考,平等分享学习的成果。培养学生分享交流的能力,提高学生问题解决的效率。在学生交流时,我们鼓励学生大胆说、仔细听,互相提问并能吸收对方观点中的正确因素加为己用,使思维得到完善,这样经常性的训练使学生逐步提高倾听、表达与交流的能力,才会有学生创新的表现。如罗同学她想制作一个中医开好药后可以直接分药、煲药,最终直接打包给患者的产品。但此产品的研制这个成本太高,并不适合她现在研制。一开始老师和家长都对她进行劝说,但该生非常固执一定要进行研制,现在经过与同学们的分享与交流,她也认识到现在研制的条件还不成熟。
6.培养学生批判性反思,提升问题解决的能力
培养学生批判反思的能力不是一蹴而就的,需要老师在创客教学中对学生进行潜移默化地渗透,培养学生精益求精、尚工重器的“工匠精神”,对自己的产品精雕细琢、孜孜不倦,反复改进产品,追求卓越的创新精神,体现的是严肃、严密、严谨,专心、细心……的自我要求和自觉追求。如王同学的作品,经过她不断的更新换代,现已经是第三代产品,如今她的产品已经可以教宠物弹琴。
五、研究的主要成效
学生在创客学习过程当中,通过自己和同伴们的协同合作,分享交流,获得成功体验,从而循序渐进,不断深入探究问题,最终在积极的体验中不断提高自身的问题解决能力。
学生们通过问题解决能力的提升,发明创造出了一件件优秀的作品,在历届省、市、区青少年创新比赛中获得佳绩。如在美国匹兹堡INPEX?国际发明贸易展暨第十屆世界创意节的活动中,林同学的发明作品《便携式冷藏快递箱系统》获得国际金奖。王同学的作品《一种乐器教学琴键指示》荣获广东省教育厅颁发的“广东省青少年科技创新大赛”一等奖。王同学发明的《基于小功率多点式防扰民广场舞音响系统》和鲁同学发明的《墙面智能打磨机器人》分别荣获广东省青少年科技创新大赛中荣获广东省教育厅颁发的二等奖、深圳市青少年科技创新大赛一等奖。何同学发明的《一种汽车开门提醒装置》 “深圳市学生创客节”中荣获特等奖。蔡同学发明的《一种USB充电器》获宝安区青少年科技创新大赛一等奖。马同学发明的《一种太阳能无线抢答器》获宝安区青少年科技发明一等奖。除比赛获奖外,我校学生已获得国家专利30多个,有些专利项目正在和厂家洽谈生产。
六、存在问题与今后方向
1.存在问题
我们的创客学习网站的学习资源还需要继续完善。学习网站现只能对学生提供了学习资源,但对学生协同合作、分享交流的学习过程还不能进行及时、科学地评价。这也是我们下一阶段要继续研究的方向。
2.今后方向
今后我们将进一步开展系列研讨和交流活动,拓宽和深化“高中生创新实践能力的培养与提升”的研究,积极探讨提高学生能力的方法,并将研究对象从我校创客梦工厂的学生,延伸至我校所有学生。积极推动我校创客教育与学校学科教学深度融合,提升我校创客教育的质量与成效。
参考文献:
[1]赵萱.培养学生问题解决能力的方法探究[J].现代中小学教育,2011(08).
[2]王佑镁,王晓静,包雪.成为自造者:众创时代的创客素养及其发展[J].中国电化教育,2017(04).