普惠、开源、常态化的初中科创教育实践与探索

【摘 要】本文探讨了初中阶段科创教育面临的挑战，提出了“普惠、开源、常态化”的教育理念。惠州、中山、湛江三地经过十年的实践，开发开源教学资源，改革教学模式，促进了教育资源均衡和学生创新能力的提升。实践成果表明，该理念有效提升了学校业绩、教师专业发展和学生综合素质。

【关键词】普惠；开源；常态化；科创教育；TPBL

【中图分类号】G434 【文献标志码】A

【论文编号】1671-7384（2024）010-052-03

当前科创教育虽然日益受到重视，但仍存在诸多亟待解决的问题。一是教育资源分布不均。这种不均衡导致了许多学生无法接触到高质量的科创教育，限制了他们的创新能力和科学素养的提升。二是教学材料和课程缺乏开源性和时效性。传统的科创资源和课程往往缺乏开源性，难以适应快速发展的科技变革。同时，教学资源和课程内容的更新速度也较慢，无法及时反映最新的科技成果和创新理念，从而影响了科创教育的效果。三是教学模式僵化，缺乏实践性。这导致科创教育流于形式，无法真正培养学生的科学素养和创新能力。四是科创教育与学科融合不足。科创教育往往被视为一个独立的领域，与其他学科的融合度不高。这种孤立的教育模式限制了科创教育的深度和广度，也影响了学生综合素养的提升。五是社会对科创教育的认识和重视程度不够。许多家长和学校更注重传统学科的成绩和升学率，而忽视了科创教育对于学生未来发展的重要性[1]。

普惠、开源、常态化的科创教育理念的提出

在科创教育实践中，普惠、开源、常态化的核心理念不仅贯穿于我们的教育实践，也深刻影响着我们的教学方式和内容。普惠性是科创教育实践的基石。每个孩子都应享有平等接受科创教育的权利。开源性是科创教育的灵魂。通过开源的方式，优质的科创教育内容和教学策略得以广泛传播。常态化是科创教育的目标。我们努力将科创教育纳入常规教学体系，使其成为学生学习生活中不可或缺的一部分。在这一理念的指引下，我们的科创教育实践不断焕发新的活力，为培养更多具有创新精神和实践能力的优秀人才贡献力量。

惠州-中山-湛江科创教育十年实践与探索

1.科创教育共同体：构建教师专业发展新路径

惠州、中山、湛江三地积极响应教育创新的号召，携手构建科创教育共同体，旨在通过共享资源、互通有无，共同提升科创教育水平。我们依托三地的省市信息科技名教师工作室，建立了定期教研机制，为教师们搭建了一个交流学习的平台。在这一机制下，三地教师定期聚集，共同探讨科创教育的理念、方法和实践。通过分享各自的教学经验，教师们不仅增进了对科创教育的理解，还激发了新的教学灵感。同时，这也为三地教师提供了一个难得的专业成长机会，他们在实际教学中遇到的问题，可以在这个平台上得到同行的建议和帮助。此外，科创教育共同体的建立，还促进了三地教育资源的均衡分配和优化配置。教师们通过互相学习，不断提升自己的专业素养，进而推动科创教育在更广泛的区域内得到普及和提高。这一教研机制的实施，不仅有助于教师的专业发展，更为培养具有创新精神和实践能力的学生奠定了坚实基础。

2.开发开源课程：让教师和学生能够自由获取和使用

设计初中科创课程，需考虑学生的认知发展、兴趣、学习目标、跨学科整合、技术资源、教学策略、地域文化特色、可持续发展理念、创新能力培养等因素。根据皮亚杰的认知发展理论、经验学习理论等，历经多年的实践，同时参考信息科技、综合实践、艺术等课程标准不断对现有课程进行优化，最终形成普惠、开源的智创科技课程群。历经多年的实践与优化，目前三地已形成基础类课程、拓展类课程、特色类课程。其中，基础类课程包含python程序设计基础、掌控板基础与入门、Mixio物联网探索与实践、人工智能基础与入门；拓展类课程包含激光切割与创意设计、App开发、AIOT设计与实践；特色课程包含湛江智慧种植与海洋牧场课程、惠州客家文化课程、中山美食文化课程等。这些课程具有如下特点。一是兴趣为主，基于“做中学”“用中学”“创中学”的理念，课程能够有效地激发学生的内在动机。二是内容多样化，学生有更多的选择性和自主性，能够满足不同学生的学习速度和风格。三是课程重视学科原理讲解，体现“科”“技”并重。所有课程的设计体现教—学—评一致性，重视基于学生认知水平的真实情境创设，以能引起学生深度思考的驱动问题导入，在形式上重视对问题的抽象、分解、建模等过程。四是指向高阶思维能力的培养。在课程设计中，深度融入安德森的知识分类框架和布鲁姆的教育目标分类模型，将学科核心素养的要求与之匹配，通过课程聚焦学生分析、评价、创造等能力的培养，提高学生的综合能力和解决复杂问题的能力，从而促进学生核心素养的形成，为学生的全面发展打下坚实的基础。

3.以学为中心，以TPBL撬动教学模式改革

由于信息科技的课时特殊性，为更好地促进教学模式改革，我们在总结PBL模式的基础上，构建了基于技术的项目化学习教学模式，即TPBL[2]。TPBL是“Technology-based Project-Based Learning”的缩写，即基于技术的项目式学习。这是一种将技术贯穿于项目设计前期、项目实施和总结的教育方法，通过使用技术工具和资源来支持项目为基础的学习活动。

（1）TPBL模式的核心目标。TPBL模式的核心目标是将教育从传统的知识技能传授转向素养教育，以培养学生的综合能力。这一转变强调学生不仅要掌握知识，更要发展批判性思维、创新能力和沟通协作技能。该模式通过技术支持的项目化学习，激发学生的主动性和问题意识，鼓励他们提出问题、分析问题并主动寻找问题的解决方案。在这一过程中，学生的创新能力得到加强，他们被鼓励在项目实践中探索新知识和技能，培养创新思维。此外，TPBL模式通过团队合作的方式，强化了协作学习能力的培养，使学生在团队中学会相互支持、共同解决问题，从而提升团队精神和协作效率。总体而言，TPBL模式致力于通过项目化学习，促进学生的全面发展，为他们未来的学术和职业生涯奠定坚实的基础。

（2）TPBL模式的实践思路。新型课堂必须以学生为中心，TPBL模式通过数字化工具实现教学活动的数据化。

以八年级物联网创新应用中“制作在线投票器”一课为例。项目前期，教师首先利用UMU平台发布调查问卷，以评估学生的经验知识和技能水平，从而确定教学的起点。结合课程标准、教学指南以及学生的实际学情，教师明确了本项目的学习目标和评价标准。

在项目实施阶段，教师设计了一个实际情境：设计一款能够实现无记名投票的系统，让学生参与选择班级内最适宜种植的植物。课程以“如何确保投票过程的公正性、透明度和高效率”作为核心驱动问题，引导学生深入探究。在教学过程中，教师采用小组合作学习的方式，根据既定的学习目标和评价标准，精心设计了一系列学习任务。这些任务旨在促进学生高阶认知思维的发展，如批判性思维、问题解决和创新能力。为了支持学生的学习，教师提供了与课程内容紧密相关的微课视频等辅助材料，作为学习过程中的“脚手架”。同时，教师实施伴随式评价，实时监控和跟踪学生的学习进展，确保学习目标的实现。

在项目结束时，学生进行成果展示和答辩，展示他们设计的在线投票器系统。师生共同参与项目评价。教师利用问卷调查、投票等工具，将学生的学习行为和成果进行数据化和可视化分析，以便于更客观地评估教学效果和学生的学习成就。

类似这样的项目，我们通过数字技术实现教学活动的数字化和个性化。学生在课前通过数字化平台进行自学，教师通过导学入项激发学生兴趣，为课堂学习奠定基础。课堂上，学生主动提出问题，并通过小组合作探究解决方案，培养批判性思维和团队协作能力。学生展示预习成果并进行答辩，检验学习效果，促进自我反思和知识内化。教师转变为组织者、指导者和评价者，通过提问和答疑解惑，引导学生深入学习。UMU平台的测评工具帮助教师及时了解学生学习情况，实现教学的个性化和精准化。技术平台的支持为学生提供学习支架，开展个别化指导，并通过数据采集与呈现，帮助教师优化教学策略。TPBL模式通过这些操作步骤，推动教学模式的改革，使学生从被动接受知识转变为主动参与学习，有效促进了学生核心素养的发展，为学生的全面发展提供了有力支持。

4.选择低成本的开源软、硬件，建设科创实验室

建设低成本的开源软、硬件科创实验室是一项综合性的教育工程。建设这样的实验室需要综合考虑硬件选择、工具配备、空间布局、知识普及和教学模式，以创造一个开放、协作、创新的学习环境，促进学生的创造力和实践能力的发展。实验室应以开源硬件为核心，如Arduino、掌控板、Raspberry Pi等开源硬件，这些设备不仅成本低廉，还拥有强大的社区支持，适合学生从基础到高级的学习和实验；配备基础电子电路和结构加工工具，如焊台、3D打印机和激光切割机，这些工具有助于学生理解电子和机械原理，同时培养动手能力。实验室空间布局应包含体验区、创作区、交流区和展示区，以提供丰富的学习体验。体验区让学生接触和尝试各种技术；创作区配备工具和材料，鼓励学生实践和创新；交流区促进学生和教师之间的讨论与分享；展示区则展示学生成果，增强学生成就感。

5.科创教育的实施路径：基于课标，以信息科技为主阵地，以学科融合为补充

科创教育的实施路径旨在构建一个多元化、互动性强的教育环境。首先，以信息科技、物理、化学、生物等基础学科为教学主阵地，通过跨学科主题学习，促进学生对知识的综合运用和创新思维的培养。其次，鼓励家庭和社会力量的参与，形成家校社共育的良好氛围，这不仅增强了教育的社会支持，也为学生提供了更广阔的学习和实践平台。此外，通过与高校、科研机构、企业的合作，整合校内外资源，为学生提供更丰富的学习机会和实践场景，拓宽他们的视野。最后，通过组织科技竞赛和创新展览，为学生提供展示自己作品和创意的平台，这不仅增强了学生的成就感和动力，也激发了他们对科学探索的热情。这些实施路径共同促进了学生科学素养的提升和创新能力的发展[3]。

惠州-中山-湛江科创教育共同体取得的成效与反思

惠州-中山-湛江科创教育融合实践，在培养创新思维、提升社会认知上具有良好的成效。三地科创教育共同体深刻理解到科创教育不仅是技术的学习，更是思维方式的训练，并致力于将科创精神融入学生的日常学习中。通过组织丰富多样的科创实践活动，三地学校鼓励学生动手实践，让他们在解决问题的过程中锻炼逻辑思维能力、创新能力和团队协作能力。这种将科创教育与学业教育相融合的做法，有效地解决了科创与学业“两张皮”的问题，使得学生在学习知识的同时，也培养了实践能力和创新思维。同时，三地科创教育共同体的这一创新实践，也提高了社会对科创教育的认识。越来越多的家长和教育工作者开始认识到，科创教育不是简单的技能培训，而是对学生全面发展的重要补充，它能够提升学生的综合素质，为未来社会的多元化需求做好准备。

通过惠州-中山-湛江科创教育共同体十年来的探索和实践，我们认识到下以几个方面。首先，尽管教育资源的普惠性和开源性得到了加强，但在一些偏远地区，科创教育资源的分配仍然不均衡，需要进一步优化资源配置，确保每位学生都能享受到高质量的科创教育。其次，虽然教学模式改革取得了进展，但TPBL模式的深入推广和实施仍面临挑战，包括教师专业能力的进一步提升、教学资源的整合以及评价体系的多元化，我们需要加强对教师的培训，提高他们对新型教学模式的理解和应用能力，同时探索更多元化的评价方式，以便更全面地评估学生的创新能力和实践技能。最后，科创教育与学科融合的深度和广度还有待加强，如何将科创教育更自然地融入各个学科中，使之成为学生学习的一部分，仍需进一步探索和实践，持续加强宣传和教育，提高公众对科创教育价值的认识，以形成更广泛的社会支持[4]。

参考文献

郑太年. 大力推进科创教育 促进学校教育的创新发展[J]. 教育发展研究，2024，44（6）： 3.

詹宋强，叶均杰. 初中人工智能TPBL教学评一体化设计：现实困境与实践推进[J]. 中小学信息技术教育，2024 （8）： 43-46.

绍兴市人民政府. 坚持教育科技人才“三位一体”致力打造科创高地绍兴样板[J]. 今日科技，2024（3）： 14.

关韶峰，宋晨霞，王从春. 构建科技、教育、人才三位一体的青少年科创教育体系[J]. 现代教学，2024（5）： 18-20.