“互联网+”背景下中小学创客教育模式应用研究

互联网 背景下中小学创客教育模式应用研究 武小龙 贾金元 西北师范大学附属中学 甘肃 兰州 730070 摘要 创客教育作为一种新型的教育形态 已成为学术界研究的热点 以培养创客精神为导向的创客教育为 我国中小学教育的创新提供了新的契机 本文探讨了 互联网 教育背景下的创客和创客教育 分析了国 内外目前中小学创客教育发展的现状 给出了在国内中小学创客课程活动开展流程和创客教育模式的应用模 型 分析了创客教育发展模式的若干路径并对目前的创客教育模式提出建议及思考 关键词 互联网 中小学 创客教育 随着互联网的普及和信息技术的迅速发展 中小学教育也发生了翻天覆地的变化 教材和授课方式都在 发生改变 课堂已不全是传统的课堂教学 更加注重创新思维和创客教育的应用 近几年 随着创客活动在 国内的深入与发展 中小学创客教育模式也随之在发生相应的改变 创客活动可以为教育教学提供新方法 新思路 学生可以通过相关课程的学习 动手制作和设计作品 互联网 是一种创新驱动发展方式 在 互联网 时代 技术与教育全面融合 成为人类表达自身智慧的重要内容 1 如何利用互联网平台和计 算机技术 如云计算 物联网 大数据 3D 打印等 促进创新型人才培养 支持创新型国家建设 已成 为提高全球竞争力的关键 人们普遍希望 互联网 能给教育发展带来教育内容 教育样式 教育评价的 日益多元 因此开展 互联网 背景下的中小学创客教育模式研究也日益得到教育者的重视与认同 一 创客与创客教育概念解析 1 创客 起源于美国 它源自英语单词 Maker 原意是指 制造者 2 概念比较泛化 百度百 科的定义是指出于个人的兴趣和爱好 不以盈利为目的 乐于分享技术 交流思想 努力学习知识把自己的 创意转变为现实的人 3 创客以创新为核心理念 互联网时代人们的创新项目通过各种社交 媒体平台 创 客空间得到了快速分享和交流 越来越多的人加入到了创客行列 2016 年由清华大学创客教育实验室和现 代教育技术杂志社联合发布的 中国创客教育蓝皮书 2015 显示 在创客运动的带动下 创客教育正在中 国蓬勃兴起 4 2 传统的教学方式 模式与方法受到 互联网 的影响 正在慢慢发生转变 由于创客教育是新生事 物 学术界对于创客教育迄今尚无统一的界定 祝智庭等认为创客教育以信息技术的融合为基础 传承了体 验教育 项目学习 创新教育 DIY 理念等 是一种基于团队协作和学生深度参与的自主学习 5 郑燕林认 为创客教育是基于创造的学习 具有整合 开放和专业化特征 6 杨现民等认为 创客教育既是 创客的教 育 又是 创客式教育 7 当前研究的共识是 不应把创客教育仅仅看作是 教育中的创客行动 应 逐步发展为一种新的教育形态 创客教育在本质上应是信息时代创新教育的新载体 新形态 未来国与国之间的竞争 一定是高端人才 特别是创新型科技人才的竞争 在归纳众多文献的基础上 笔者认为 创客教育是一种基于技术创新基础上 的教育方式 目的在于将学习者培养成具有创客精神和创新实践能力的人才 创客教育融合了项目教学法 做中学等教学思想 这些教学模式都以学生为中心 丰富了创新教育的教育内涵 基于上述创客教育理念 笔者构建了下图 本文系甘肃省教育科学 十三五 规划 2016 年度重点课题 创客教育背景下高中信息技术教学的创新探索与研究 课题 批准号 GS 2016 GHBZ096 阶段性 成果 图 1 创客教育实践框架 二 国内外中小学创客教育发展现状 2009 年 美国总统奥巴马在 教育创新运动 的发言中提倡 每一个学生都应成为创造者 而不仅仅是 消费者 2012 年美国政府宣布 在未来 4 年内 为美国千余所中小学建设配备创客资源和创客空间 其目 标是为全美所有的青少年在 STEAM 教育方面成为创客而提供基础 同时 美国的 Ahris Anderson 在 创客 新工业革命 一书预测 随着数字设计与快速成型技术赋予每个人发明的能力 创客 一代使用互联网的 创新模式 必将成为下一次全球经济大潮的弄潮儿 国内的部分学者也开始关注并研究 北京景山中学的青 少年创客基地 温州实验中学 DF 创客空间 每周每月定期开展创客活动 给爱好动手制作 热衷创客活动 的学生提供一个创新平台和沟通环境 鼓励自己动手设计产品 交流 合作共同研究跨学科的综合性项目 从笔者调研的情况来看 目前 我国教育界对创客教育研究也开始兴起 高校以理论研究居多 中小学以实 践居多 从研究对象而言 App Inventor scratch 开源硬件 Arduino 3D 打印机 激光切割机等数字 开发和制造工具 如何将创客研究与创客实践结合起来 培育新型创客空间 提供了开放 专业 自由的创 新场所和氛围 解决创客教育教学设计模式 教育创客师资人才缺乏 资源与资金不足等问题 是目前国内 中小学创客教育的面临的主要问题 三 互联网 模式下创客教育模式的应用模型 1 创客课程开展的流程 中小学创客教育的活动开展 可以从目标设计 过程设计 活动开展 评价反馈等 4 个环节入手 形 成活动主题鲜明 过程设计科学合理 在开展过程中充分利用 3D 打印机 开源硬件 各种信息资源 认知 工具等支持 根据活动任务与活动流程的实际需求开展活动 形成良好的反馈评价机制 全国很多中小学都 开展了一系列成功课程案例 如北京吴俊杰老师开发了 人工智能 和 Scratch 编程 课程 8 笔者开发 了 机器人竞赛与搭建 3D 创新与设计 以下为创客课程开展的模型 图 2 创客教育课程开展的模型 2 互联网 模式下创客教育模式的应用模型 基于 互联网 模式下的创客教育 要充分运行计算机科技和网络技术 建立课程资源共享平台 课 程让学生在探究中掌握科学的信息检索方法 在教学过程中 融入创客理念 将创客理念融入教学过程中 契合学生富有好奇心和创造力的天性 图 3 互联网 模式下中小学创客教育模式模型 四 创客教育模式发展的若干路径 创客教育的发展依赖于现代科技和教育制度的保障 依赖于创客教育模式的应用推广 也依赖于人的信 息化素养和 ICT 应用能力的提升 结合现阶段技术水平及其应用能力 本人提出以下几条创客教育发展的若 干途径 1 以学龄特征和学生的认知发展水平为导向 建设创客教育课程体系 在中小学开展创客教育 应以 STEAM 课程为基础 结合机器人教学 3D 打印教学 采取基于项目的合 作学习与探究 立足解决现实问题和真实问题 鼓励学生将自己的创意和想法变成作品 让他们在这个过程 中感受到成就和快乐 形成独立思考和创新的精神 根据年级的不同 学习内容也相应的分为多课程 从最 初的激光切割 三维打印 编程到自主探究 参加相关比赛 学生不仅学习了技能 掌握了技术 还开拓了 知识面 笔者有幸带领学生参加 2016 年 FTC 机器人挑战赛中 此次主题为 FIRST 救援团 不仅要求制造出 机器人小车 还要清理场地上的障碍物并攀登悬崖解救登山者 这个项目的难度较高 涉及到计算机编程 物理 电路知识等 要求制作者通过学习和讨论 根据任务设计相应的方案 安装程序软件 设计比赛方案 构建 3D 建模图 最后通过工程笔记记录机器人从设计到搭建的全过程 在搭建的过程中 对于底盘 机械 臂 舵机的设计不仅要了解各种器材的具体使用方法和原理 也要懂得马达 导线等电子元件的性能等 还 要对现场评委的提问进行解答 这对参与者的随机应变能力和团队精神都有较高的要求 因此 在平时的时 候对这些学生进行相应知识的辅导和建立课程体系就显得尤为重要 2 以做中学为教学主要方式 培养自主与合作学习能力 杜威的 做中学 Learning by Doing 其基本教育原则是 以学生活动来架构课程 以直接经验 的获得为核心目标 设计情景化的教学环境 通过学生的观察 实验 探究 游戏等来组织实施教学 创客 的活动是一个相对复杂的过程 涉及到的方方面面很广 最为突出的就是跨学科的知识融合 在解决问题的 过程中 所涉及到很多知识都是需要查阅大量文献资料 寻求各种帮助 通过自学和协作才能完成 在 3D 课程教学中 可以充分利用做中学教学方式 通过 3D 打印对学习者的学习策略提供有效的支撑 利用 3D 打 印打造实物模型 机器人和航模零部件 建筑结构以及类生物组织如骨骼 让学生的想象转换为作品 抽象 工程术语转换为可视化的三维模型绘制 学习者自然完成了创造者的蜕变 3 组建校企等多方战略合作联盟 充分调动学生参与的热情和参与度 第四次工业革命催生了一大批技术先进 产品丰富 服务到位的高科技企业 企业参与到学校创客教育 活动中是保证创客教育活力和可持续发展的必要条件 组建校企战略合作 充分利用慕课 翻转课堂等教学 模式 打破传统课堂 学校和区域之间固有的堡垒 以创新创业引导式教育为合作目标 共同为高中生提供 一体化全要素创新创业引导式教育 将学校有创新创意兴趣的学生以兴趣式观摩学习的方式链接到创业孵化 平台 激发学校学生的创客思维 以笔者带领学生开发的自动扫地车为例 项目具有扫地和自动避障功能 用于家庭地砖地面和地板地面的清洁 车体内的红外传感器可以判断前方是否有障碍物 当传感器接收到障 碍物信号时把信号传给单片机 由单片机控制车轮的转速和转向 使小车自动躲避障碍物 联合企业 可以 进行推广和生产 4 培育学校创客师资团队 推动创新人才培养模式和教育体制的改革 创客教育强调 以学生为中心 但是教师的指导作用不容忽视 创客指导教师最好是计算机或者电子 工程专业 熟悉电路和程序 笔者开发的创客资源库 汇集了网站开发 程序设计等多种资源 Arduino 普及 了用 c 开发嵌入式软件 c 面向对象的特性 各种继承 多态 使用强大 逻辑简单 完成一个想法就 像搭积木一样简单 创客教育模式下对教师的要求更高 不仅需要教师转变教学观念 而且要求教师在教学 中所承担的角色更加多样 在创客教育模式下 教师需要做好角色的转变 对不同学科要有一定的了解 指 导学生开展创作实践 并在教学过程中向自主学习能力和信息素养较差的学生提供帮助 有条件的学校可以开始 Scratch App Inventor DFRobot 等多种可视化软件供学生选修 这些课程可以 训练学生的计算思维能力 锻炼学生逻辑思维能力 激发学生成为数字时代的创造者 既可以锻炼学生的创 客思维 也可以为学生的进一步创造打下坚实的基础 作为创客教育的首选 开源硬件是重要的创造工具 Arduino 是为实现创意 设想 可自主设计的智能控制器 笔者用 Arduino 开发出的可以爬行的蜘蛛机器人 自动绕开障碍物的扫地机器人 Arduino 虽然是以硬件为载体 却玩的是创意和分享 在创客教育中 学生 被看作是知识的创作者而不是消费者 学校正从知识传授的中心转变成以实践应用和创造为中心的场所 五 结束语 我国中小学教育面临着完成产业转型 提高国际竞争力的巨大挑战 9 互联网 教育 时代技术正催 生教育理念 教育模式 学习行为 认知方式 学习模式等方面的变革 作为一项新兴事物 从国家课程 地方政策到校本课程 中小学创客教育还没有形成既定的教育形式 缺乏完整 成熟的课程和应用实践 已 开始课程的学校 教法和学法 采用的机器人类型也不尽相同 学校要为创客教育提供平台支持 维护学生 个性 启发学生独立思考 用批判性思维开展创客项目研究 充分发挥学生的潜能 并将创客的学习方法移 植到其他学科中去 促进学校创客教育的可持续发展 参考文献 1 王娟 吴永和 互联网 时代 STEAM 教育应用的反思 J 远程教育杂志 2016 2 2 美 克里斯 安德森 译者 萧萧 创客新工业革命 M 北京 中信出版社 2012 9 23 3 徐思彦 李正风 公众参与创新的社会网络 创客运动与创客空间 J 科学学研究 2014 12 4 宋述强 中国创客教育蓝皮书 中国教育报 5 祝智庭 孙妍妍 创客教育 信息技术使能的创新教育实践场 J 中国电化教育 2015 1 6 郑燕林 李卢一 技术支持的基于创造的学习 美国中小学创客教育的内涵 特征与实施路径 J 开 放教育研究 2014 6 7 杨现民 李冀红 创客教育的价值潜能及其争议 J 现代远程教育研究 2015 2 8 柳栋 吴俊杰等 STEM STEAM 与可能的实践路线 J 中小学信息技术教育 2013 6 9 杨亚平 美国 德国与日本中小学 STEM 教育比较研究 J 外国中小学教育 2015 8