基于创客教育活动培养学生思维能力的实践研究

张宏杰

在大众创业、万众创新的大背景下，社会创新已经成为社会各行各业的追求，教育领域也不例外。特别是以培养学生创新能力为主要目标的创客教育，已为中国社会创新探索出了一条切实可行的路径，成为一种未来教育的发展方向。国家的竞争、社会的竞争，归根结底是人才的竞争，而人才培养的关键在于思维。本文将从传统课堂中思维能力培养的局限和创客教育活动的优势入手，列举利用创客教育活动培养中学生思维能力水平的一些具体的实践方法。

● 传统课堂中学生思维能力培养的局限

信息技术学科课程中因包含有大量操作练习的内容，较难开展思维能力的训练，虽然有程序设计等课程内容的安排，但是思维能力提升却要靠教师长时间的引导和培养，教师需要给学生足够多的时间去思考与训练。然而现实中初中信息技术课一周只有四十分钟的课时量，教师在传统的信息技术课堂中按照教学进度完成教学任务已捉襟见肘，难以拿出更多的时间来进行思维能力的训练和培养。

另外，即使教师在课程中设计了思维训练环节，一般也都是给定了一套解题的思维模式或固定的解题路径，让学生沿着教师设定好的方向一步一步思考推进，快速地完成教师预想的目标，最终形成统一的解决方案。这种看似快捷、省时的思维训练，实际上对学生自主思考、独立思考能力的培养效果不明显，学生难以深入探索，不能真正发挥学习的主动性与创造性。

● 利用创客教育活动培养学生思维能力的优势

目前，我国的创客教育在义务教育阶段的开展形式以实践型居多，使用的工具基本以S4A、Mixly、Arduino和ArduinoIDE等开源软件和3D打印、激光切割等硬件的研究和应用为主。许多学校开展的创客教育活动，基本上以少年宫课程或第二课堂等小班化探究式教学活动形式进行，笔者曾经在学校内开设的创客类活动有科技创新大赛辅导、创意编程、LINKBOY创客实验室和机器人DIY等课程。这些课程及相关活动大部分都是利用第二课堂的时间（每周两课时以上）以项目学习的方式开展，提供有趣的学习主题任务和大量的学习资源供学生自主学习，学生的学习兴趣浓厚、自主学习意愿强烈，愿意花费更多时间进行探索和研究。创客教育这种开放式的学习环境和大量的时间保障，给学生更多的机会去发现问题并主动地去解决问题，锻炼了学生多方面的能力，让思维能力培养在创客教育活动中更具有优势。

● 在创客嘉年华活动中培养学生思维能力的实践应用

为了推动东莞市创客教育的发展，东莞市教育局和东莞市青少年科技教育协会联合举办了东莞市中小学创客嘉年华活动，主要分为学校创客教育成果展示、机关王、纸上谈兵和创意物化等多个项目，全市每年约有一千多名师生参与这项活动。笔者在组织学生准备参加这项活动的过程中，开展了对学生思维能力培养的探索与实践，所有项目都由学生自己来设计准备、自学完成。学习目标如表1所示。

项目一：创客教育成果展示。要求由学生进行解说和介绍。首先，将学校创客教育的成果资料做成展板，接下来把相关资料打印出来交给学生，让学生自主选择不同的方向来对展板进行解说，这样不仅可以锻炼学生的语言表达能力，更能体现他们的逻辑思维能力。

项目二：机关王。这个项目是比较开放的一个选题，可以使用任何一种材料、任何方法来设计任意数量的关卡，最终形成一个整体连接的可以联动触发的大连环机关王作品。这个项目可以锻炼学生的动手操作能力和设计思维能力。

项目三：纸上谈兵。一般要求学生在给出的几个选题中任意选择主题进行创意设计，并填写创意设计表，用文字描述出设计的物品内容、功能和效果，并能画出基本的示意图，对学生的发散思维、创意思维和绘图能力都有较高的要求。

项目四：创意物化。学生需要根据提前给定的主题进行创意设计，并选择恰当的材料，通过各种工具进行加工、组装，最终形成一件成品或演示模型。可以说，这个项目是一个综合项目，不仅要求学生有活跃的思维、新奇的想法、创新的应用，还要拥有把设想变为现实的能力。

在这四个项目中，创意物化项目涉及的因素最多，环节最完整，在整个创作过程中锻炼的思维能力最丰富，因此，下面详细介绍创意物化项目的准备工作。

本次创意物化的主题是“未来教室”，开展思维能力培养的思路是先通过头脑风暴解决创意的问题，再通过程序设计进行计算思维能力的训练，然后利用实物搭建和讲解演示环节进行逻辑思维和表达能力的训练。头脑风暴的三个原则：一是奇思妙想、异想天开，想法越奇特越好。二是延迟评判，当场不给予任何评价，即使想法再离奇再荒唐，也不能给予否定性评价，因为有可能就是这种荒唐的想法可以激发其他队员更多更优秀的创意和想法。三是限定时间以量取胜，在限定的时间内，列出的创意越多越好，后期再对创意进行过濾筛选或完善改进。针对未来教室这个主题笔者设计了三个问题，要求学生通过教室里现有的物品来思考存在的问题，再通过试图解决这些问题而产生新的创意。笔者利用ITtools教学辅助平台的课内BBS论坛开展了一场头脑风暴，并收集和记录下了学生的一些初步的创意想法，具体的题目和回答如上页表2所示。

根据上面收集到的问题和答案以及现有的软硬件材料，引导学生对创意进行筛选和改进，找出能够进行物化的一些创意和想法，并动手设计和制作。通过这一轮头脑风暴活动，对学生有效地进行了逻辑思维和发散思维能力的拓展训练。在学生筛选出来并计划进行实施物化的创意中，有健康智能空调、自动欢迎和健康检测装置、智能教室管理系统、可升降式折叠桌椅等项目。首先，学生在创意表上面用文字描述使用的软硬件材料和创意功能，并用图示标记;其次，通过软件进行编程并模拟运行;最后，实物连接和制作外观。其中，智能教室管理系统中有一个功能是自动检测教室内人数并通过屏幕实时显示，也可以通过按下按钮来语音播报教室内的人数，以达到帮助教师对学生考勤的目的，确保学生安全。这个项目中需要用到红外传感器、语音朗读器、扬声器、按钮、数码管或显示屏等硬件模块，通过LINKBOY软件进行程序编写并仿真运行，最后进行实物搭建。

在自动计算人数这个程序的编写过程中，笔者先提供了超声波传感器和红外传感器的使用案例，学生自学研究后决定使用红外传感器来进行搭建，而针对人数检测的准确性问题，学生遇到了较大的障碍，如怎样判断人是进入教室还是走出教室？于是引导学生上网查阅相关资料，最终确定使用两个红外传感器，通过检测门外和门内两个红外传感器的顺序来判断人的进入或走出，再由数值变量来记录人数，进行加或减运算，并通过数码管显示或通过语音朗读器进行播报，最后再把相关程序下载到硬件存储，并把硬件安装在教室模型中，通过外观设计进行美化装修。在这样的一个项目式学习和探究的过程中，学生通过查阅资料、程序编写和调试等实践，有效拓展了设计思维和计算思维能力，着重培养了学生自主探究、自主学习的能力，进而整体提高了学生创新创造的思维能力水平。

● 结语

创客教育是传统课堂教学的有效补充之一，能够有效促进学生进行自主知识学习，提高创造力与思维能力，发展综合实践能力。通过项目式学习活动的开展，学生可以得到跨学科的知识学习与多元能力的综合提升。推动创客教育，将对学生的个体发展、课堂变革、课程改革以及国家人才战略等产生积极的、重大的影响，是中国在教育领域进行社会创新的重大契机。因此，在大数据、人工智能等新技术环境下，一线教师也面临着一次重大的机遇与挑战，在创客教育的道路上，需要奋力前行。