指向计算思维培养的小学创客活动设计探究

刘诗梦

【摘 要】Tinker教育被视为STEM教育的一种重要形态和创新举措，近年来逐渐受到关注和认可。大多数学生创客基础薄弱，Tinker可看作简易版、入门级的创客教育，可以对学生给予学习补偿；重视对真实世界的探索，有利于学生跨越知识鸿沟，培养其在现实生活中的洞察力、思辨力。本文从Tinker教育入手，探索针对基础薄弱的学生的创客活动设计，以培养学生的计算思维。

【关键词】Tinker 创客 活动设计 计算思维

Tinker教育就是鼓励学习者直接使用真实的工具和材料设计学习。换言之，Tinker教育是以学生为中心的学习，以培养创新创造者为目标，并着重关注学生对实物的感知与选择。当我们遇到新事物时，我们常自发组织Tinker 活动，以摸索它是做什么的，以及它是如何工作的。例如，当我们有一个新电脑时，我们会尝试所有的功能，然后有针对性地找出对我们有用的功能。大多数学生接触创客活动较少，基础薄弱，但实践动手能力并不差。Tinker教育与创客教育都是STEM教育的重要形式，Tinker教育可看作是简易版、入门级的创客教育，有利于基础薄弱的学生获得学习补偿。那么，如何基于Tinker教育，设计面向基础薄弱的学生的创客活动呢？我们信息技术教研组展开了有益的尝试。

一、Tinker活动设计的反思

圆珠笔、水性笔、电机、可回收容器等，是日常生活中常见的材料。那么，笔和电机能否用来追踪笔的痕迹并按照想法画出想要的图形呢？案例中的“涂鸦机器人”就是这样的一种电动装置（如图1所示），它以不寻常的方式移动并留下痕迹来追踪笔的路径。它由简单的材料制成，并由振动式偏置马达启动，以有趣的方式弹跳、旋转、撞击和移动。

用网络中的案例作为情境导入，并请学生准备材料，教师给予教学支架：

（1）电机可以在日常生活中的哪些物品中找到？

（2）除了圆珠笔和水性笔，我还可以添加哪些元素，使涂鸦更加丰富多彩？

（3）是否可以使“涂鸦机器人”更加智能化，轻松地打开和关闭涂鸦机？

（4）添加天然材料，如树叶、棍棒、石头等材料到机器中，如何使天然材料也可以进行涂鸦？

这样的问题，既生活化又具有启发性、实践性和趣味性，促使学生积极主动思考且学习热情高涨。

学生回答问题的反响很好，但是在改造案例的过程中却暴露了很多问题。例如：

（1）大部分学生对电机连接电池、开关的串联电路不熟悉，分不清电池的正负极。

（2）少部分学生有天马行空的想象，但是动手操作时出现失误，与心理预期出现落差，学习积极性受挫。

（3）小组合作模式下，部分学生没事干，还有的小组将准备材料的任务抛之脑后，没有准备好材料。

Tinker教育极具生活化和真实性，这样的情境适用于小学生的学情特点。学生使用生活中熟悉的材料，参与动手制作过程，不仅可以获得学习补偿，还可以创造出各种新意，培养创造力与动手能力，提升对身边事物的敏锐性与观察力。在动手实践的过程中，学生能得到启发式的思考。这种鼓励学生勇敢尝试的做法，可以拓宽其思考的广度。但我们忽略了学生的持续性注意力与学习兴趣的不对等性。学生的学习兴趣具有偶发性，学习注意力容易被干扰，探索精神、持之以恒的学习习惯缺失，所以，他们在实践过程中会出现放弃和失败的情况。

二、Tinker活动设计的优化

面对问题，必须有所行动，为此，我们及时调整了活动设计，加强了学习环境的补偿，降低学生因失败产生畏难情绪的概率，让其产生足够且持续的学习兴趣。

对于所有的活动设计，我们均关注到了两点：一是做好充足的准备，“活动材料课堂取”；二是提高活动参与度，变小组为个人。

以“小小发现家——简易改装车”活动为例，我们的活动设计分为两个课时，如表1所示：

以我们组所任教的某班级为例，在“课时一”中，班级里一位同学想到了组装小车，全班同学都做出了小车造型，如图2所示。

在此活动中，我们省略了电机的组装，降低了难度，并且所有的材料和工具都是事先准备好的，课堂中可以直接获取。另外，每个人独立完成作品，课堂参与度高。虽然一个班的学生都制作出的是同样的作品，缺少创新度，但这是一节铺垫课，让学生具备创客的基础，是给学生的一次创客教育的补偿教学。Tinker教育强调，真实与零基础即可学习低难度的创客。学生在Tinker活动中掌握的创客研究方法和解决实际问题的能力，可以迁移到后续复杂的创客活动中，为STEM学习打下基础。任何人，在任何地点，都可以参与Tinker实践，突破时空和人员的限制。这样的低门槛学习条件以及作品的高完成度，催生了学生浓厚的求知欲与好奇心，为其接下来深入探索创客活动注入了“兴奋剂”。

“课时二”中，我们将Tinker活动中的真实材料换成了特定的零件，并设置电路与电机的探索任务，让学生由探索真实情境中的材料间的关系转向探索各零件之间的关系，并且通过探索活动，形成小组互助模式。在遇到电路与电机的问题后，部分学生迎难而上，与同学、教师积极探索。这样的学习模式源自学生的学习内驱力，有效避免了小组合作模式的弊端，形成了良好的学习态势。Tinker的教育理念并未发生变化，只是教学素材发生了变化。学生将在Tinker活动中所学的研究方法沿用至创客活动中，并在这样“先Tinker后创客”的教学模式中，拥有了知识和心理上的补偿。

在完成基本活动后，我们也为学生布置了提高型任務：

（1）你是否可以改造车的造型，为它添加一些额外的元素，不局限于这些零件，也可以是生活中的各种材料，让它成为一辆独一无二的小车？

（2）你的小车想要前进，四个轮胎的转动方向有什么规律？可观察生活中汽车的轮胎转动方向。

在第一个任务中，我们将创客回归真实世界，在鼓励学生创造创新的基础上，又弥补了创客重视数字化、忽视探索真实世界的不足，同时为学生搭建了真实世界与创客连接的桥梁，帮助其从熟悉的真实世界找到创新的灵感，完成创造活动。

第二个任务从实践操作到理性思考，唤醒学生的数学、科学等学科知识与思维，符合创客教育的理念，引导学生思考车轮的运动转向，为接下来的编程学习打下基础。

当Tinker为创客提供补偿教学成为新常态，学生也就慢慢从心理上对Tinker产生了“依赖”。这种“依赖”进一步涵养了学生的学习努力，而兴趣与努力正是创客活动中计算思维产生的内在动力。

三、Tinker对学生创客活动设计的启示

与其愤慨于学生学习习惯、基础的低水准和教学的高失败，不如设计有趣又实用的Tinker活动。这留给教师的绝不只是与“熊孩子”斗智斗勇的经历，更重要的是如何利用好创客活动，生发从“开展学生的创客活动”到“构建学生的计算思维”的思考。

（一）Tinker活动：兴趣与努力

杜威提出的兴趣学说认为，兴趣作为自我的表达可以分为两个阶段，即：直接的兴趣和愉悦的情绪阶段，以及间接的兴趣和意志的知性阶段。小学生入情绪阶段易，攀登知性阶段难，他们面对困难容易退却，难以萌生主动努力的意志，而“先Tinker后创客”的教学模式，为他们提供了努力“补给站”。学生从与他们日常生活中可直接触碰的各种材料和工具开始，实物利用，在不断探索中生发直接的兴趣与愉悦的情绪，并建构一定的知识和学习方法，进而来到数字化的正式创客活动中，其学习心理和基础都已得到“加油”。同时，教师的“学习知识导航”和“学习心理续航”，更容易使他们产生努力克服困难的学习意志和间接的兴趣。这种主动与持续的努力有助于启动学生创客活动中的反思性思维。

反思性思维（Reflective Thinking）指对某个问题进行反复的、严肃的、持续不断的深思。学生在创客活动中遭遇困境或失败，有可能启动反思性思维，在反思和活动的往复循环中，学生会边做边想，一边试验，一边思考“这个问题是怎么导致的”“下一步，我该怎么做”。往复循环的过程可以让计算思维这项综合能力在人机协同问题解决情境中得到提升。当学生不愿或启动反思性思维失败时，他们就可能产生畏难情绪或者分散注意力，甚至放弃活动。可见，Tinker活动带来的知性阶段的兴趣与努力，对基于创客活动下的计算思维的产生具有重要意義。但是，兴趣与努力只是思维发生的内在动力，教师的“知识导航”与“心理续航”也必不可少。

（二）情境与对话：“知识导航”与“心理续航”

1.安全的课堂情境

“先Tinker后创客”的教学模式必有安全的情境与开放的对话。创客活动是一个问题探究的过程，既然是问题探究，就有成功和失败。教师应允许失败，甚至制造和鼓励失败，可以说，这是一种有效失败。具有“暗示”失败的学习情境会让学生感到心理安全，克服心理恐惧，启动反思性思维，激发不懈努力、克服困难的斗志。比如，教师在给学生的半成品代码中，找出一两个对解决问题起关键作用的代码，将其设置成错误代码，让学生去调试程序，发现错误，鼓励其不断调整参数，直至程序调试成功。

2.显性的反思性对话

虽然反思是内省的过程，是自我的对话，但是，教师也可以利用课堂中的对话，帮助学生形成反思性思维。在编程学习情境中，教师逐步放开对课堂的控制，鼓励开展积极开放的生生对话和师生对话，搭建反思脚手架引领对话，帮助学生总结、讨论和评价自己的思维过程与方法。例如，在编程过程中鼓励学生进行语言转换，利用类比思维，将表达任务的自然语言与计算语言相互转换，教师通常只注意到训练学生将自然语言转换成计算机语言，但计算机语言到自然语言的转换也不可忽视。对基础薄弱的小学生来说，这一步反而更容易被记忆。这不但可以发展计算思维，还可以发展创客活动中的表达技能与人文教育。对于高年级的Python这类抽象编程语言，教师可鼓励学生利用可视化技术将算法转换为图表，如流程图、表单等，是从Scratch等图形化编程向文本编程的衔接。我们还倡导鼓励学生为代码添加注释，让学生边写边思考代码与问题解决目标之间的关联，养成良好的计算思维习惯。

面对学生在创客活动中遇到的问题，作为一线信息技术教师，我们需要关注的不是学生“一次搭建行动”“一个程序编程”的成功与失败，而是要为他们设计切实可行、适合他们的教学模式与创客活动，用Tinker活动引领他们跨越知识鸿沟，体验创造的刺激、美妙与欢乐，绽放思维的火花。

【参考文献】

李业富.经验的重构：杜威教育学与心理学[M].上海：华东师范大学出版社，2017.