◇陳乾杰（廣東：佛山市順德區(qū)北滘鎮(zhèn)承德小學(xué)）

創(chuàng)客教育活動(dòng)的核心包括興趣、造物和分享，其中“造物”是創(chuàng)客教育活動(dòng)的靈魂所在。我們發(fā)現(xiàn)創(chuàng)客教育活動(dòng)之所以難以全面滲透到小學(xué)學(xué)科教學(xué)中，根本原因就在于創(chuàng)客教育活動(dòng)在小學(xué)階段出現(xiàn)“造物難”的困境，其主要體現(xiàn)在難以駕馭造物的工具、難以掌握造物的技能、缺乏造物的任務(wù)或機(jī)會(huì)三個(gè)方面。

廣東省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度中小學(xué)教師教育能力提升計(jì)劃項(xiàng)目課題“小學(xué)科技創(chuàng)客教育對(duì)提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的研究”，探討在開展科技平面創(chuàng)客教育中適合小學(xué)開展的科技創(chuàng)客教育活動(dòng)，克服小學(xué)生“造物難”的問題，引導(dǎo)學(xué)生自主造物、善于造物、樂于創(chuàng)作，整體提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。

一、課題研究的基本情況

（一）研究背景

1.國外的創(chuàng)客教育現(xiàn)狀

西方國家實(shí)施創(chuàng)客教育比國內(nèi)稍早，個(gè)別國家根據(jù)自己的本土特色，形成了比較固定的創(chuàng)客教育模式。如美國的創(chuàng)客教育倡導(dǎo)“使用真工具、真材料、解決真問題”理念，而英國的創(chuàng)客教育則從藝術(shù)入手，早在2013年調(diào)整的課程綱要就開始規(guī)劃藝術(shù)設(shè)計(jì)的相關(guān)課程，鼓勵(lì)學(xué)生參與藝術(shù)設(shè)計(jì)以及手工藝等活動(dòng)，訓(xùn)練學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考的能力和提高藝術(shù)設(shè)計(jì)的素養(yǎng)。近年來，英國正努力打破過去“只有將來打算從事理工科或是醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的孩子，才學(xué)數(shù)學(xué)等STEM 學(xué)科”的限制，鼓勵(lì)中小學(xué)生采取更加多元與開放的學(xué)習(xí)方式。國外創(chuàng)客教育的開展呈現(xiàn)兩大特點(diǎn)：創(chuàng)客教育的對(duì)象都往低年齡段發(fā)展，特別是16 歲以下的少年兒童；創(chuàng)客教育在國外依然與傳統(tǒng)教育博弈著，國外的創(chuàng)客教育推動(dòng)者都希望教師能成為創(chuàng)客教育的推手而不是阻力。

2.國內(nèi)創(chuàng)客教育的發(fā)展

比起國外，我國創(chuàng)客教育起步相對(duì)較晚。2015年9月1日，教育部辦公廳印發(fā)的征求對(duì)《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》意見的通知中，第一次提到STEM 教育和創(chuàng)客教育的概念，“創(chuàng)客教育”首次得到教育部的關(guān)注。2016年7月13日，《教育部關(guān)于新形勢下進(jìn)一步做好普通中小學(xué)裝備工作的意見》中第一次提到建設(shè)創(chuàng)客空間，要求在中小學(xué)普及創(chuàng)客教育，要求各省市教育局及相關(guān)部門再根據(jù)自身情況按需配備相應(yīng)規(guī)模的創(chuàng)客空間。2017年1月19日，教育部印發(fā)關(guān)于《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的通知，深化落實(shí)創(chuàng)客教育，提到課程設(shè)計(jì)需要結(jié)合STEM和創(chuàng)客教育，對(duì)小學(xué)科學(xué)課程內(nèi)容有跨學(xué)科的要求。

這表明，國內(nèi)創(chuàng)客教育雖然起步較晚，但在短短幾年內(nèi)迅速發(fā)展。特別是2017年《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的修訂，明確把創(chuàng)客教育融入義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)中。國內(nèi)創(chuàng)客教育主要的推廣模式是以賽促面，學(xué)校層面則主要通過企業(yè)工程師介入解決學(xué)生技術(shù)問題。該模式的優(yōu)勢就是可以在短時(shí)間內(nèi)讓創(chuàng)客教育達(dá)到嶄新的高度，不足之處就是局限了接受創(chuàng)客教育的人群，使之容易變成一種精英教育。

3.科學(xué)素養(yǎng)的背景

國際上普遍將科學(xué)素養(yǎng)（Scientific Literacy）概括為三個(gè)組成部分，即了解科學(xué)知識(shí)、了解科學(xué)的研究過程和方法、了解科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)和個(gè)人所產(chǎn)生的影響。我國公民科學(xué)素養(yǎng)的現(xiàn)狀是總體上公民科學(xué)素養(yǎng)水平逐漸提高，但與發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距；青少年與科學(xué)精神有關(guān)的調(diào)查結(jié)果不理想，學(xué)校對(duì)科學(xué)精神的培養(yǎng)還存在較大問題。此外，研究表明較低年齡段的群體（特指學(xué)生）更容易提高科學(xué)素養(yǎng)，因此2017年《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》重新定義了“科學(xué)素養(yǎng)”的內(nèi)涵，正式把培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)作為課程設(shè)置的重要目標(biāo)。因此，本課題意在通過新的教學(xué)手段及形式探索高效可行的方式，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高。

（二）研究目標(biāo)

在學(xué)科教學(xué)中滲透科技創(chuàng)客活動(dòng)，探索適合小學(xué)階段開展、能有效克服小學(xué)生造物難問題的科技創(chuàng)客教育活動(dòng)策略，以及探討其與科學(xué)課堂整合的方法；

開發(fā)推進(jìn)小學(xué)階段科技創(chuàng)客教育活動(dòng)的校本讀物，以及探討其與第二課堂整合的方法；

探索出科技創(chuàng)客教育活動(dòng)提高科創(chuàng)競賽水平的策略，讓學(xué)生樹立科學(xué)方法，崇尚科學(xué)精神，并學(xué)會(huì)遷移處理實(shí)際問題的能力。

總的來說就是：在小學(xué)階段通過教學(xué)滲透、隊(duì)伍建設(shè)、資源整合、文化熏陶四個(gè)方面，深化科技創(chuàng)客活動(dòng)的內(nèi)涵，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

二、研究成果

（一）以科技平面創(chuàng)客教育促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高

1.降低創(chuàng)客門檻的手段——科技平面創(chuàng)客教育

在創(chuàng)客教育全面鋪開、如火如荼開展的時(shí)候，接觸創(chuàng)客教育的學(xué)生人數(shù)在全?？?cè)藬?shù)中所占比例仍然有限，造成這種現(xiàn)象的因素包括創(chuàng)客教師專業(yè)受限、創(chuàng)客室有限、創(chuàng)客基礎(chǔ)門檻過高、創(chuàng)客設(shè)備過于復(fù)雜等。針對(duì)此無法短時(shí)間內(nèi)改變的現(xiàn)狀，我們提出科技平面創(chuàng)客教育方式，即保留創(chuàng)客教育的核心理念“興趣、造物、分享”，剔除技術(shù)要求過高（比如編程等）、工具繁多（比如各種開源硬件及傳感器等）部分，結(jié)合學(xué)?？萍冀逃慕?jīng)驗(yàn)和各年級(jí)科學(xué)課程，利用簡單的工具、統(tǒng)一的材料，解決難以駕馭造物工具的問題，通過一種切割工具——線鋸，一種造物材料——瓦楞紙，一種黏合工具——熱熔膠，滿足造物的需求。

2.科技平面創(chuàng)客教育實(shí)施策略

（1）科技平面創(chuàng)客教育的實(shí)施階段

我們將教育分為三個(gè)階段，分別是手工平面創(chuàng)客階段、設(shè)備平面創(chuàng)客階段、創(chuàng)新平面創(chuàng)客階段。三大階段再細(xì)分為18 個(gè)難度遞進(jìn)的任務(wù)目標(biāo)。學(xué)生達(dá)到1～8 級(jí)的任務(wù)目標(biāo)，就滿足日?？茖W(xué)課及家庭創(chuàng)客的造物技能，科學(xué)教師及學(xué)校科技校隊(duì)的學(xué)生只要完成9～18 課的學(xué)習(xí)，就能滿足教具設(shè)計(jì)及科創(chuàng)發(fā)明的需求。在解決缺乏造物任務(wù)或機(jī)會(huì)的問題上，我們認(rèn)真落實(shí)學(xué)生造物的三大平臺(tái)：一是科學(xué)課堂的實(shí)踐環(huán)節(jié)、活動(dòng)環(huán)節(jié)及設(shè)計(jì)與制作環(huán)節(jié)；二是科技制作小組的第二課堂；三是青少年科技創(chuàng)新大賽。

（2）科技平面創(chuàng)客教育的場地器械

①場室：課室，科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)客空間，等。

②工具：切割工具，入門時(shí)使用較為安全的學(xué)生可以使用、可以切割任意圖形的線鋸，后期學(xué)生在教師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)激光切割機(jī)繪圖；黏合工具，以熱熔膠為主，方便使用，成本較低，黏合速度快，黏合穩(wěn)固，能達(dá)到一定的使用需求。

③材料：以瓦楞紙和薄木板為主，這些材料方便切割，具有一定的硬度和強(qiáng)度，造出來的物品具有一定的使用效果。

（二）編制《科技平面創(chuàng)客》校本讀物

激光切割機(jī)、3D 打印機(jī)是創(chuàng)客教育活動(dòng)的重要工具，大部分地區(qū)學(xué)校都配備相應(yīng)設(shè)備，然而無論是教師還是學(xué)生都難以熟練使用、輔助教學(xué)。筆者認(rèn)為，造成激光切割機(jī)入門困難的原因主要有兩點(diǎn)：一是難以把握繪圖的構(gòu)建、相互的尺寸，要求造物者對(duì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的尺寸嚴(yán)格把握；二是繪圖的二維轉(zhuǎn)為三維實(shí)物的難度大。因此，我們編制出《科技平面創(chuàng)客》校本讀物，讓讀者迅速熟悉如何將三維實(shí)物拆分成二維平面圖形。

編制的校本讀物，一方面作為教師制作教具的參考書，指導(dǎo)教師制作教具輔助課堂，提高課堂效率，讓學(xué)生更好地掌握科學(xué)知識(shí)、熟悉造物技巧；另一方面是豐富科技創(chuàng)客第二課堂活動(dòng)，幫助學(xué)生迅速掌握平面創(chuàng)客技能，提高動(dòng)手能力和更好地進(jìn)行自由造物，進(jìn)一步提升學(xué)生乃至學(xué)校發(fā)明創(chuàng)造解決生活問題的水平。校本讀物目錄如下圖：

（三）制作一批科學(xué)教具，撰寫《科技創(chuàng)客課堂實(shí)驗(yàn)手冊》

我們知道，科學(xué)教材對(duì)于某些特定的知識(shí)點(diǎn)，如月相的變化、觀察暗盒中的小球等，都設(shè)計(jì)了一個(gè)專門的實(shí)驗(yàn)教具，由于該教具針對(duì)性較強(qiáng)，因此實(shí)驗(yàn)室一般都沒有配備，需要教師進(jìn)行制作；部分實(shí)驗(yàn)教材中沒有提供較好的實(shí)驗(yàn)設(shè)備給予學(xué)生探究，如太陽直射與斜射溫度變化顯示儀、傳動(dòng)的齒輪等，這一類實(shí)驗(yàn)只能通過儀器室的原有設(shè)備開展，其探究效果有限，要求教師具備自制教具完成該課程的目標(biāo)。以前自制教具的途徑一般采用環(huán)保的材料如紙皮、塑料瓶、木板等進(jìn)行制作，其切割和組合難度較大，因此自制教具成為較為困難的事。

我們利用平面創(chuàng)客中設(shè)備平面創(chuàng)客的手段，鼓勵(lì)教師利用激光切割機(jī)進(jìn)行教具的設(shè)計(jì)和制作，輔助教學(xué)，提高科學(xué)課堂的趣味性、有效性。我們梳理出三至六年級(jí)科學(xué)教材中需要教師自制教具完成教學(xué)的課目，并精選教具撰寫了《科技創(chuàng)客課堂實(shí)驗(yàn)手冊》。

（四）探索學(xué)生科創(chuàng)發(fā)明的方法

我們面向全體學(xué)生開展科技平面創(chuàng)客活動(dòng)，讓學(xué)生掌握切割和黏合以及簡單實(shí)物制作的技巧，從而更好地完成科學(xué)課上的設(shè)計(jì)與制作內(nèi)容和課余時(shí)間的創(chuàng)作與制作；對(duì)科創(chuàng)發(fā)明興趣濃厚的學(xué)生，教師輔導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步熟悉科技創(chuàng)客的技術(shù)技巧，熟練掌握激光切割機(jī)和3D 打印機(jī)的使用，完成青少年科技創(chuàng)新的實(shí)物開發(fā)和模型測試。我校的科技創(chuàng)新發(fā)明開發(fā)有一套較為高效的制作流程，步驟如下圖所示：

當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題后，進(jìn)行構(gòu)思設(shè)計(jì)，這與普通的頭腦風(fēng)暴法幾乎相同。但為了讓學(xué)生的構(gòu)思設(shè)計(jì)落到實(shí)處，我們鼓勵(lì)學(xué)生利用平面創(chuàng)客的手工創(chuàng)客方法，利用線鋸、瓦楞紙、塑料瓶、熱熔膠等材料工具進(jìn)行手工模型制作，并測試基本功能。手工模型設(shè)計(jì)合理就進(jìn)行下一階段的設(shè)備模型制作，手工設(shè)計(jì)模型不合理就重新構(gòu)思設(shè)計(jì)。在設(shè)備模型階段，可以利用激光切割機(jī)、3D打印機(jī)等更為精細(xì)、精確的設(shè)備制作模型進(jìn)行測試，假如模型功能沒問題就進(jìn)行實(shí)物制作，如有問題，繼續(xù)改進(jìn)手工模型。在實(shí)物制作階段，我們借助社會(huì)的力量，制作成大型的木制品、不銹鋼品、高強(qiáng)度3D 打印等實(shí)物，開展進(jìn)一步的實(shí)物測試。在實(shí)物測試過程中出現(xiàn)問題，則通過調(diào)整設(shè)備模型進(jìn)行改進(jìn)。該方法適合任何發(fā)明創(chuàng)作的學(xué)生使用，同時(shí)克服發(fā)明創(chuàng)作中動(dòng)手難的問題。

三、研究成效

（一）科技平面創(chuàng)客教育提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

經(jīng)過三年的實(shí)踐研究，學(xué)校學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)有明顯提升，主要從學(xué)生問卷、質(zhì)量監(jiān)測、競賽水平、發(fā)明專利四個(gè)方面進(jìn)行說明。

1.問卷分析體現(xiàn)

本研究長達(dá)兩年時(shí)間，期間進(jìn)行了兩次問卷調(diào)查，調(diào)查的對(duì)象覆蓋一至六年級(jí)學(xué)生，調(diào)查的形式是在計(jì)算機(jī)室做不記名問卷調(diào)查。問卷主要根據(jù)小學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)里闡述的關(guān)于小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)具備要素進(jìn)行設(shè)計(jì)，以側(cè)面的形式調(diào)查學(xué)生必要的科學(xué)技能知識(shí)、基本的科學(xué)方法及科學(xué)思想和利用科學(xué)知識(shí)參與社會(huì)公共事務(wù)的能力等。數(shù)據(jù)顯示，學(xué)生參與科學(xué)課堂的興趣提高了，從原來的67%“非常感興趣”上升到92%；動(dòng)手和實(shí)踐能力提高了，“當(dāng)你遇到一個(gè)困惑的問題時(shí)”，94%的學(xué)生在提出自己的假設(shè)和猜想后會(huì)查資料證實(shí)或動(dòng)手實(shí)驗(yàn)等。經(jīng)過多年的科技創(chuàng)客教育活動(dòng)的滲透，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得到一定的提升。

2.科學(xué)學(xué)科期末質(zhì)量監(jiān)測成績可喜

自2019年至2021年，期末科學(xué)學(xué)科的質(zhì)量監(jiān)測方式日益豐富、多樣，體現(xiàn)出科學(xué)素養(yǎng)評(píng)估的學(xué)科性和時(shí)代性。不管監(jiān)測評(píng)估方式如何更新，學(xué)校學(xué)生參加各學(xué)期的素養(yǎng)監(jiān)測成績都是可喜的，如2019年佛山市六年級(jí)科學(xué)素養(yǎng)監(jiān)測結(jié)果位于全市前20%，2020 學(xué)年第一學(xué)期順德區(qū)科學(xué)質(zhì)量抽測排名全區(qū)第5，2021 學(xué)年第一學(xué)期順德區(qū)科學(xué)質(zhì)量監(jiān)測學(xué)生A率達(dá)100%。

3.學(xué)生參加各級(jí)各類競賽成績斐然

自本研究開展以來，學(xué)生參加各級(jí)各類發(fā)明大賽、科創(chuàng)大賽均獲優(yōu)異成績，尤其是青少年科技創(chuàng)新大賽。2020年，陳澤棋同學(xué)發(fā)明的“自帶標(biāo)識(shí)防盜沙井蓋”、李慧軒同學(xué)發(fā)明的“一種便于清潔打理的家用雨棚”分別獲第35 屆廣東省青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)；2021年，梁鍵煜同學(xué)發(fā)明的“一種防堵塞的家用地漏”獲第36 屆廣東省青少年科技創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)并獲第九屆澳門國際發(fā)明展金獎(jiǎng)。

4.學(xué)生發(fā)明專利受理率達(dá)100%

學(xué)生參加青少年創(chuàng)新大賽等發(fā)明賽事的作品，都是學(xué)生提出設(shè)計(jì)思路后利用科技平面創(chuàng)客手段制作出模型，再由輔導(dǎo)老師、家長進(jìn)行測試指導(dǎo)和完善，形成實(shí)物后申報(bào)實(shí)用新型專利。近三年，學(xué)校學(xué)生所申報(bào)的專利共5 項(xiàng)，均獲受理，受理率達(dá)100%。

（二）科技平面創(chuàng)客教育促進(jìn)了教師及科組的發(fā)展

研究為科組教師發(fā)展提供了鍛煉的平臺(tái)，促進(jìn)了教師精研教材、錘煉課堂教學(xué)、提高平面創(chuàng)客能力等，使教師參與青年教師能力大賽、青少年創(chuàng)新大賽輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果賽、“小小科學(xué)家”中小學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)等均取得了優(yōu)異成績。同時(shí)，研究促進(jìn)了學(xué)?？茖W(xué)科組的長足發(fā)展，學(xué)校科學(xué)科組獲“第三屆佛山市示范教研組”稱號(hào)。

四、成果輻射

課題在研究過程中形成了一套可復(fù)制的促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的策略，科創(chuàng)教育得到市區(qū)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)的關(guān)注與肯定。本課題主持人被聘為順德區(qū)科普講師團(tuán)成員，專門負(fù)責(zé)科技輔導(dǎo)老師培訓(xùn)，作科創(chuàng)方法成果推廣。自2020年以來，研究團(tuán)隊(duì)受邀開展的講座有“好發(fā)明就在身邊”“青少年科技創(chuàng)新大賽TD 案例分析”“如何帶領(lǐng)學(xué)生開展科技創(chuàng)新發(fā)明活動(dòng)”“廣東省少年兒童發(fā)明獎(jiǎng)案例分享交流”“承德小學(xué)平面創(chuàng)客教育介紹”等，受到同行一致好評(píng)。

實(shí)踐證明，在小學(xué)階段開展科技平面創(chuàng)客教育，有助于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高。我們的研究，一直在路上。