劉暉
摘 要:創(chuàng)客教育是一種基于創(chuàng)造的學習,而創(chuàng)客課程作為創(chuàng)客教育理念實施的載體,不是一門單一的課程,是多種學科結(jié)合的課程。中小學創(chuàng)客教育作為新生事物,應該怎么進行課程開發(fā)和實施?文章通過分析創(chuàng)客課程開發(fā)中存在的問題,結(jié)合近年來創(chuàng)客課程開發(fā)的理論研究與實踐經(jīng)驗,以Arduino+3D打印創(chuàng)客課程設(shè)計為例,對創(chuàng)客課程的開發(fā)進行探索。
關(guān)鍵詞:創(chuàng)客教育;創(chuàng)客課程;創(chuàng)客教學方法;課程設(shè)計
中圖分類號:G420 文獻標志碼:B 文章編號:1673-8454(2019)04-0030-04
一、問題的提出
2015年,教育部《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見(征求意見稿)》提出要利用信息技術(shù)大力推進STEAM教育、創(chuàng)客教育等新的教育模式的發(fā)展,使學生具有較強的信息意識與創(chuàng)新意識,培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。創(chuàng)客教育是一種基于創(chuàng)造的學習,而創(chuàng)客課程作為創(chuàng)客教育理念實施的載體,不是一門單一的課程,是多種學科結(jié)合的課程。中小學創(chuàng)客教育作為新生事物,應該怎么進行課程開發(fā)和實施?當前我國中小學創(chuàng)客課程的開發(fā)和實施的實例有不少,但還存在不少問題。本文結(jié)合近年來創(chuàng)客課程開發(fā)的理論研究與實踐經(jīng)驗,以Arduino+3D打印創(chuàng)客課程設(shè)計為例,對創(chuàng)客課程的開發(fā)進行探索。
二、中小學創(chuàng)客課程的現(xiàn)狀和存在的問題
創(chuàng)客教育以學生實踐創(chuàng)造為核心,以提高學生問題解決能力為目的,最終培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力和想象能力,所有這些能力的培養(yǎng)和思想的實現(xiàn)都是以創(chuàng)客課程為載體。在創(chuàng)客教育發(fā)展的浪潮中,各級學校也積極開展各自的創(chuàng)客活動。以清華大學為代表的各大高校都創(chuàng)建了自己的創(chuàng)客空間,開展各種創(chuàng)客教學活動。
除高校外,中小學創(chuàng)客教育也悄然興起,北京、上海、深圳、溫州、杭州、寧波等各大城市通過舉辦創(chuàng)客大賽、創(chuàng)客嘉年華等活動,為青少年創(chuàng)客的發(fā)展提供了空間。北京景山中學、溫州實驗中學等中小學建立了青少年創(chuàng)客基地,為學生提供創(chuàng)客活動開展和交流的平臺,為學生開展多學科綜合性的創(chuàng)客項目提供服務[1]。
當前,國內(nèi)外的創(chuàng)客活動都是依托創(chuàng)客空間來開展的,創(chuàng)客空間營造的是一種自由、開放、專業(yè)的研究氛圍和創(chuàng)新場所,而非狹義上固定的傳統(tǒng)教室實驗室。目前,中小學校大多以校本創(chuàng)客課程在創(chuàng)客空間里開展創(chuàng)客教學活動,然而創(chuàng)客課程作為活動依托的靈魂和載體還存在諸多問題。
1.中小學創(chuàng)客課程在開發(fā)過程中存在的問題
(1)創(chuàng)客課程培養(yǎng)目標功利化
創(chuàng)客教育作為新生事物發(fā)展勢頭迅猛,一些中小學校在響應號召開展創(chuàng)客課程設(shè)計與實施的時候,容易出現(xiàn)匆忙上位、急功近利的現(xiàn)象。創(chuàng)客教育是教育思想的變革,是創(chuàng)造性學習理念和創(chuàng)新思維學習模式的發(fā)展,并非簡單技術(shù)性學科的疊加,很多學校開設(shè)創(chuàng)客課程時片面追求技術(shù)至上,開展開源單片機、3D打印課程、機器人課程等最新的技術(shù)課程,只追求技術(shù)的新穎而缺乏科學的教育設(shè)計,使得創(chuàng)客教育變成學校秀場,出現(xiàn)了泡沫化苗頭[2]。
與此同時,一部分學校并沒有意識到創(chuàng)客教育的發(fā)展是一個長期培養(yǎng)能力的過程,在開設(shè)創(chuàng)客課程方面急功近利,將關(guān)注重點放在短期創(chuàng)客活動的成果上,并致力于用成果參加教育系統(tǒng)舉辦的各類創(chuàng)客比賽,一切目的只為了獲獎。從上到下功利化的追求,結(jié)果導致創(chuàng)客課程的開設(shè)和實施忽視了過程的探索。
(2)創(chuàng)客課程教學模式不成熟,課程實施缺乏理論指導
目前,學校創(chuàng)客課程的實施多是由學校傳統(tǒng)的通用技術(shù)教師和信息技術(shù)教師兼任,缺少創(chuàng)客課程所要求的跨學科整合能力和創(chuàng)新能力。由于缺少理論的指導,創(chuàng)客課程的實施只是套用傳統(tǒng)的講授式、模仿實驗等單一教學模式。傳統(tǒng)的教學模式注重知識的傳授,并不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。創(chuàng)客課程并非僅僅為了傳授技術(shù)應用能力,而是以新技術(shù)為依托,以開發(fā)新產(chǎn)品為目的,在開發(fā)過程中整合跨學科知識的創(chuàng)造性課程。創(chuàng)客教育融合了項目教學法、做中學等教學思想,在這些思想的指導下,以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標,進行符合要求的教學模式開發(fā),是推行課程實施的重要措施。目前,國內(nèi)中小學創(chuàng)客教學模式的研究要么停留在理論研究層面,要么是一線教師進行簡單的經(jīng)驗總結(jié),缺少成熟的創(chuàng)客教學模式成果。
(3)創(chuàng)客課程教學設(shè)計跨學科耦合度不夠,教學載體單一化
創(chuàng)客教育是一種跨越學科的教育,學生在創(chuàng)造作品的過程中會在設(shè)計、開發(fā)、操作層面遇到各種問題,這些問題的解決涉及到數(shù)學、物理、美術(shù)、電子、編程等各個學科的知識。創(chuàng)客課程設(shè)計的本質(zhì)正是以問題解決的方式學習各學科所涉及到的知識,為此創(chuàng)客課程的內(nèi)容應該是跨學科高耦合的。
當前很多中小學將已經(jīng)開展的Scratch編程、智能機器人、開源軟硬件、3D打印等課程作為創(chuàng)客課程直接使用,實施過程中只是資源項目的移植而已,并沒有對課程進行真正的設(shè)計。真正的創(chuàng)客課程設(shè)計應該依托原創(chuàng)項目而將以上技術(shù)作為工具融合來激發(fā)創(chuàng)意,這需要構(gòu)建多學科內(nèi)容整合的課程體系。
(4)創(chuàng)客課程教學評價手段單一化
創(chuàng)客課程教學評價往往以學生作品的價值作為唯一評價標準,一個學校創(chuàng)客教育開展的結(jié)果多以在創(chuàng)客比賽中獲得的成績作為評判標準。真正的教學評價除了評價結(jié)果以外,更需要對創(chuàng)客課程的各個實施過程進行多元化的評價。評價應涵蓋學生在作品開發(fā)的整個周期表現(xiàn),評價指標應關(guān)注學生能力的獲得和素質(zhì)的養(yǎng)成。
2.解決思路
創(chuàng)客課程開發(fā)主要存在培養(yǎng)目標功利化、教學模式不成熟、課程實施經(jīng)驗化、教學設(shè)計跨學科耦合度不夠、教學載體單一化以及評價手段單一等問題。本文從創(chuàng)客課程開發(fā)的實踐角度入手,以課程項目設(shè)計、教學策略設(shè)計和評價模式設(shè)計為重點構(gòu)筑課程開發(fā)流程,從課程目標、課程內(nèi)容、教學策略、教學實施和教學評價五個方面構(gòu)建創(chuàng)客課程開發(fā)模式,指導課程的開發(fā)[3]。
三、基于項目的創(chuàng)客教育課程開發(fā)模式
1.理論基礎(chǔ)
創(chuàng)客活動強調(diào)在實踐中學習,在動手創(chuàng)造過程中構(gòu)筑知識,這一點也是建構(gòu)主義學習理論的體現(xiàn),也體現(xiàn)了創(chuàng)客文化奠基人西蒙·帕佩特提出的建造主義學習理論教育思想。西蒙·帕佩特認為創(chuàng)客教育研究的重點不是如何完善教學方法,而是如何研究創(chuàng)造開放自由的空間,讓學習者有適合自己的機會去構(gòu)筑自己的知識體系。
(1)建構(gòu)主義學習理論
建構(gòu)主義理論認為學習不是由教師向?qū)W生傳遞知識,而是學生主動建構(gòu)自己的知識系統(tǒng)的過程;學生在學習過程中不是被動地接收知識的傳授,而是主動去構(gòu)建自己的知識體系。教師在教學過程中不是教學的主導者,而是引導學生在教學過程中組成學習小組,通過合作探究主動去解決實踐過程中遇到的問題。建構(gòu)主義理論是研究如何指導更好地開展創(chuàng)客教育活動課程開發(fā)和實施的理論基礎(chǔ)。
(2)建造主義學習理論
建造主義學習理論和建構(gòu)主義一樣認為學習是知識體系的主動構(gòu)筑過程。建造主義學習理論更強調(diào)學習者的學習是在特定的環(huán)境下,積極主動參與物品創(chuàng)造的過程。學習者在造物的過程中,為了將腦海里的創(chuàng)意在作品中具體實現(xiàn),會不斷地遇到問題,通過問題分析尋找解決方法,從而發(fā)展了創(chuàng)造性思維。建造主義學習理論強調(diào)學習過程中培養(yǎng)學習者的設(shè)計創(chuàng)新能力、動手實踐能力、問題發(fā)現(xiàn)與解決能力,認為要達到最佳的學習效果,學習者需要通過小組合作的方式共同參與物品創(chuàng)造的過程[4]。
2.基于項目的創(chuàng)客教育課程開發(fā)模式
(1)課程目標
創(chuàng)客課程以項目為驅(qū)動,內(nèi)容上跨學科融合,學生者學習過程中需要以產(chǎn)品為目標協(xié)作研發(fā),種種特性決定了創(chuàng)客課程不同于傳統(tǒng)課程的獨特性。因此,創(chuàng)客課程的目標構(gòu)建應該貫穿融合多個學科的目標體系。
為了保證學習者參與的積極性,目標的來源應該與學習者生活接軌,能夠激發(fā)探究動機,根據(jù)學習者的特征和興趣完成目標的定制。創(chuàng)客課程目標的構(gòu)建應該保證學習者完成課程后能夠通過物化作品的開發(fā)來掌握一門工具語言,同時體會產(chǎn)品開發(fā)的全過程[5]。
(2)課程內(nèi)容
目前的中小學創(chuàng)客課程內(nèi)容有兩種形式:一種是以3D打印技術(shù)、開源單片機、程序編寫等軟硬件使用、開發(fā)為導向的創(chuàng)客學習體驗;另一種是有機整合科學技術(shù)、數(shù)學、工程技術(shù)、美術(shù)和計算機等不同學科的綜合性創(chuàng)客學習體驗。
課程內(nèi)容主要以解決生活中真實遇到的問題為主,而非課本中知識案例的簡單模仿,創(chuàng)客課程的學習方式是學生在創(chuàng)造過程中學習。因此,將枯燥機械的傳統(tǒng)知識內(nèi)容,通過充滿活力的發(fā)明創(chuàng)造項目來引導學習者在創(chuàng)造過程中自主地去吸收和構(gòu)建,是創(chuàng)客課程內(nèi)容追求的方向。創(chuàng)客課程內(nèi)容安排可以采用生活中遇到的問題作為主題,問題的解決必須依靠綜合性運用各學科的知識,一切以激發(fā)學習者學習興趣為導向。
(3)教學策略
和高校不同,中小學校將創(chuàng)客課程以第二課堂和興趣小組等附加課程的形式加以開展,其在時間上的不連續(xù)性常常影響到教學的效果。因此,在教學策略的選擇上可以借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的教學理念,結(jié)合線上學習與線下學習,在獲得基本的知識能力儲備后,學習者進入任務實踐環(huán)節(jié),在自主探索的基礎(chǔ)上學習知識。線上的教學策略可以是微課導學、資源呈現(xiàn)、在線討論、成果分享、在線點評,線下的教學策略可以是情境導入、面授指導、合作探究、成果展示、同伴互評等[6]。
(4)教學實施
創(chuàng)客課程教學的實施,需要打造有利于支撐創(chuàng)客活動開展的創(chuàng)客環(huán)境,組織校園創(chuàng)客活動,培育校園創(chuàng)客文化,打造創(chuàng)客教師隊伍。在創(chuàng)客空間的運行中,可以整合現(xiàn)有的機器人教室、3D打印教室等,通過挖掘?qū)W?,F(xiàn)有的技術(shù)和資源配置,提升創(chuàng)新教學和教育裝備水平。創(chuàng)客項目在開展啟動前應做好前期的論證工作,在課程實施過程中建立溝通對話機制,使參與課程實施的全體師生能夠在創(chuàng)客課程實施過程中營造健全的創(chuàng)造情境,共同合作順利完成作品的創(chuàng)造。
(5)課程評價
創(chuàng)客課程評價的目的不只是為了衡量課程開展的效果,更重要的是促進教師對教學的反思和對課程進一步提升方向的指引,因此評價的范圍應該是全面化、過程化的。僅僅面對創(chuàng)客作品的評價一般以作品評價、小組互評、個人自評等形式進行。面對過程的評價則采取綜合評價模式,比如評價主體不僅評價學生還有教師;評價范圍除了作品的價值還包括參與者能力的提升、合作過程中的參與情況等。
綜上所述,在創(chuàng)客課程的開發(fā)過程中設(shè)計者需要以生活化的課程目標為導向,在分析學習者認知需求特征的基礎(chǔ)上開發(fā)綜合課程內(nèi)容。在教學設(shè)計中依托線上線下結(jié)合的教學策略實施課程,最后采用多元化、過程化的評價模式對課程進行評價?;陧椖康膭?chuàng)客教育課程開發(fā)模式從開發(fā)的角度對創(chuàng)客課程的開發(fā)進行了闡述。
四、Arduino+3D打印創(chuàng)客課程設(shè)計與實施
本文以開發(fā)制作一個能夠顯示當前水溫的智能感溫水杯項目為例,將Scratch軟件作為基礎(chǔ)編程軟件,結(jié)合Arduino控制器,設(shè)計開發(fā)出一個14課時的課程,在課程中學習電路知識、3D打印技術(shù)、程序編寫和開源硬件傳感器元件的使用。
1.課程目標
(1)知識與技能
掌握Scratch的8個基礎(chǔ)指令集,并能夠根據(jù)主題需求進行結(jié)構(gòu)化的設(shè)計;學會用123D模型設(shè)計軟件制作打印模型;熟悉Arduino平臺的開發(fā)和調(diào)試過程,初步掌握簡單開源硬件的使用方法。
(2)過程與方法
學生通過主動學習完成智能水杯項目開發(fā)過程,在探究過程中掌握發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的方法,熟悉和掌握產(chǎn)品項目開發(fā)的一般流程與方法。
(3)情感、態(tài)度與價值觀
培養(yǎng)積極的技術(shù)價值觀和利用技術(shù)手動解決實際生活問題的意識,形成勇于探索、積極實踐、樂于合作的學習態(tài)度與品質(zhì)。
2.課程內(nèi)容
為了創(chuàng)造能夠感知水溫的智能水杯,課程內(nèi)容設(shè)計基于課程標準共分為四個擴展模塊展開:①Scratch編程設(shè)計基礎(chǔ);②Arduino電子元器件基礎(chǔ);③3D水杯模型設(shè)計與打??;④實物模型組裝與調(diào)試。
該課程的設(shè)置以解決水杯功能問題為導向,需要學習基礎(chǔ)的電路知識、3D打印技術(shù)、程序編寫和開源硬件傳感器元件的使用。每個單元的主題都是經(jīng)過專門的設(shè)計,前面4周的Scratch編程屬于基礎(chǔ)知識儲備階段,可以結(jié)合線上的微課資源和線下創(chuàng)客空間進行結(jié)合學習。課程內(nèi)容設(shè)置見表1。
3.課程教學實施設(shè)計
“智能感溫水杯”創(chuàng)客課程在創(chuàng)客空間中以小組合作實驗的方式展開,團隊小組在掌握基礎(chǔ)知識儲備之后,按照隊員的意愿負責總領(lǐng)不同模塊的工作。由于課程開展時間上的不連續(xù)性,在整個課程開展過程中一直采取線上線下結(jié)合的教學策略。前4周的知識儲備階段除了課堂上展開教學練習之余,所有的微課資源、程序解讀案例、練習題目答案都在線上提供,小組成員隨時可以通過網(wǎng)絡在論壇上發(fā)起問題的討論,及時得到指導。
課程實施分三個階段:探究階段、創(chuàng)造階段、分享階段。在探究階段,小組成員將智能水杯的功能需求與現(xiàn)有電子設(shè)備的基本功能建立對應聯(lián)系,制定可行的設(shè)計方案;在創(chuàng)造階段,小組成員根據(jù)現(xiàn)有資源進行感溫功能模塊的原型設(shè)計,根據(jù)原型模塊尺寸和布局設(shè)計對應的水杯外形,最后整合成完整的作品;在分享階段,小組成員展示自己的作品,根據(jù)制作過程中遇到的問題和困難以及已經(jīng)解決問題的過程,形成報告并和教師同學們分享自己的經(jīng)歷。[7]
4.課程評價
本課程的評價包括對團隊作品的評價和日常參與活動表現(xiàn)的評價,評價方式包括教師觀察評估、自我評估和學員相互評估。對于作品評價,教師和學員之間需要判斷學習者是否真正掌握了基本課程知識內(nèi)容,并將知識外延運用到自己的創(chuàng)意中去,并對應用的成果在評價表格上進行記錄。對于日常參與活動表現(xiàn)的評價,教師和學員需要對本組學員在項目開展的三個不同階段的表現(xiàn)進行評價。評價完成后需要依據(jù)結(jié)果對教學進行反思,并為下一個項目設(shè)定新目標,具體內(nèi)容見表2。
五、總結(jié)
創(chuàng)客教育作為一種新型教育形態(tài),不僅能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和問題解決能力,更是創(chuàng)新教育的重要組成部分。而創(chuàng)客課程作為實施創(chuàng)客教育的重要載體,也是影響創(chuàng)客教育可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素,因此構(gòu)建成熟的創(chuàng)客教育課程體系尤為重要。
目前,我國的中小學校創(chuàng)客課程還是以校本課程的開發(fā)為主,可喜的是已經(jīng)有大量學者和一線實踐者從事創(chuàng)客課程的開發(fā),部分課程已經(jīng)投入使用,初步取得成效。本文從課程目標、課程內(nèi)容、教學策略、教學實施和教學評價五個維度構(gòu)建創(chuàng)客課程開發(fā)模式,并以智能溫控水杯創(chuàng)客課程為例,探討了該模式在中小學創(chuàng)客課程開發(fā)過程中的實用性,為創(chuàng)客課程的發(fā)展做出了一點思考。
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(編輯:李曉萍)