谢 作 如 : 创 客 空 间 支 持 下 的 STEAM 课 程 群 建 设 Blog: http://blog.sina.com.cn/s/articlelist_1712446927_12_1.html 创 客 空 间 支 持 下 STEAM 课 程 群 建 设 谢 作 如 刘 正 云 摘 要 创 客 教 育 的 实 施 离 不 开 创 客 空 间, 支 撑 创 客 空 间 的 运 行 需 要 STEAM 课 程 的 实 施 温 州 中 学 自 2008 年 建 立 创 客 空 间 以 来 开 展 了 各 种 STEAM 课 程, 并 在 课 程 开 设 中 实 现 课 程 结 构 的 扁 平 化 及 教 学 实 践 的 环 环 相 扣, 效 果 良 好 本 课 题 以 此 为 基 础, 旨 在 开 发 以 创 客 空 间 为 课 后 活 动 场 所, 围 绕 科 学 技 术 工 程 艺 术 数 学 等 学 习 领 域 组 织 规 划 的 一 系 列 校 本 课 程, 以 培 养 学 生 的 STEAM 素 养 和 实 践 能 力 及 问 题 解 决 能 力 关 键 词 创 客 教 育 ; 创 客 空 间 ;STEAM 课 程 群 作 者 简 介 谢 作 如, 浙 江 省 温 州 中 学 信 息 中 心 主 任 ( 浙 江 温 州 325014); 刘 正 云, 南 京 师 范 大 学 教 育 科 学 学 院 教 育 技 术 硕 士 研 究 生 ( 江 苏 南 京 210024) 随 着 创 客 文 化 的 风 起 云 涌, 创 客 思 想 以 其 开 源 共 享 鼓 励 创 新 等 特 性 受 到 大 众 认 可, 创 客 教 育 也 随 之 兴 起 创 客 教 育 和 STEAM 教 育 ( 科 学 技 术 工 程 艺 术 数 学 ) 有 着 天 然 的 联 系, 其 基 于 真 实 世 界 和 基 于 项 目 的 学 习 特 征, 对 青 少 年 科 学 技 术 实 践 能 力 的 培 养 有 着 重 要 的 作 用 同 时, 创 客 教 育 关 注 软 硬 件 相 结 合 的 技 术, 能 有 效 弥 补 基 础 教 育 中 的 缺 失 在 国 内 专 家 呼 吁 信 息 技 术 与 通 用 技 术 及 综 合 实 践 活 动 研 究 性 学 习 等 科 目 合 并 以 提 高 青 少 年 实 践 能 力 和 综 合 运 用 能 力 的 同 时, 创 客 教 育 以 其 独 特 的 价 值 引 起 越 来 越 多 科 技 教 育 者 的 关 注
创 客 教 育 的 实 施 离 不 开 创 客 空 间 的 建 设 事 实 上, 创 建 创 客 空 间 的 过 程 并 不 复 杂, 但 培 养 真 正 的 创 客 很 难 创 客 空 间 背 后 相 应 的 课 程 设 置, 将 是 支 撑 其 不 断 运 行 并 发 展 壮 大 不 可 或 缺 的 因 素 创 客 空 间 的 可 持 续 运 营 需 要 怎 样 的 创 客 课 程 作 为 支 撑? 由 各 个 毫 无 关 联 的 动 手 项 目 零 散 地 拼 凑 抑 或 形 成 具 备 一 定 逻 辑 的 课 程 体 系? 本 文 结 合 温 州 中 学 STEAM 选 修 课 程 建 设 的 经 验, 依 托 创 客 空 间 研 究 STEAM 课 程 群 的 体 系 架 构 和 教 学 实 施, 将 创 客 活 动 与 学 校 特 色 课 程 结 合 起 来, 形 成 可 复 制 的 特 色 科 目 群 一 STEAM 课 程 群 内 涵 课 程 群 是 有 紧 密 联 系 的 课 程 集 合, 不 是 其 简 单 相 加, 能 摆 脱 课 程 的 单 一 性 一 般 而 言, 课 程 群 有 两 大 属 性 一 是 课 程 内 容 相 关 性 课 程 群 的 课 程 紧 紧 围 绕 教 学 体 系 或 培 养 目 标 展 开, 课 程 间 的 知 识 方 法 问 题 等 逻 辑 联 系 愈 加 外 显, 有 效 促 进 学 生 知 识 的 贯 通 及 迁 移 应 用 二 是 课 程 内 容 整 合 性 通 过 对 课 程 群 的 整 体 规 划 设 计 来 填 补 空 白, 删 除 重 复 课 程, 实 现 整 体 效 益 的 最 大 化 因 此, 课 程 群 的 内 涵 可 以 界 定 如 下 : 课 程 群 是 为 完 善 施 教 对 象 认 知 结 构, 将 本 专 业 或 跨 专 业 中 若 干 知 识 方 法 问 题 等 有 内 在 逻 辑 的 课 程 加 以 整 合 而 形 成 的 课 程 体 系 [1] 创 客 空 间 支 持 下 的 STEAM 课 程 群 是 在 课 程 群 的 内 涵 指 导 下 建 设 及 完 善 的 STEAM 课 程 强 调 对 学 生 科 学 素 养 技 术 素 养 工 程 素 养 艺 术 素 养 以 及 数 学 素 养 的 培 养 STEAM 课 程 群 建 设 过 程 中 的 关 键 点 在 于 各 课 程 知 识 点 的 融 合 与 分 解 融 合 是 有 意 识 地 减 少 甚 至 消 除 重 复 的 课 程 内 容, 分 解 则 是 对 课 程 进 行 再 设 计 的 过 程, 经 过 融 合 和 分 解, 能 凸 显 核 心 课 程 内 容, 有 利 于 学 生 STEAM 素 养 的 培 养 和 实 践 动 手 能 力 的 提 高 由 于 划 入 课 程 群 内 部 的 课 程 本 身 既 相 互 关 联 又 彼 此 独 立, 课 程 设 计 者 需 要 对 STEAM 课 程 群 的 内 容 非 常 熟 悉, 其 对 内 容 进 行 融 合 和 分 解 操 作 的 优 劣 直 接 影 响 课 程 效 果 在 STEAM 课 程 群 中, 科 学 技 术 工 程 艺 术 及 数 学 素 养 不 是 割 裂 地 存 在, 而 是 有 机 结 合 的, 因 而 跨 学 科 学 习 是 课 程 的 核 心 内 容 但 是,STEAM 课 程 并 非 一 定 要 均 衡 地 承 载 科 学 技 术 工 程 艺 术 及 数 学 这 五 门 学 科 领 域 的 内 容, 不 同 的 课 程 各 有 侧 重, 不 需 要 拘 泥 在 STEAM 的 学 科 组 合 上, 如 Arduino 创 意 机 器 人 偏 重 于 智 能 控 制 互 动 媒 体 技 术 则 偏 重 于 媒 体 交 互 二 温 州 中 学 创 客 空 间 建 设 创 客 空 间 是 一 个 具 有 加 工 车 间 工 作 室 功 能 的 开 放 实 验 室 温 州 中 学 的 创 客 空 间 建 立 于 2008 年, 原 是 科 技 制 作 社 的 活 动 场 所,2013 年 向 全 校 学 生 开 放 创 客 空 间 器 材 清 单 如 表 1 所 示 其 中,3D 打 印 机 小 型 车 床 焊 台 等 工 具 是 其 标
配 Arduino 作 为 最 著 名 的 开 源 硬 件, 是 STEAM 课 程 群 的 主 要 实 施 平 台, 配 制 的 相 关 套 件 数 量 可 供 大 班 教 学 ;Raspberry Pi Banana Pi pcduino 等 多 种 硬 件 平 台, 用 于 学 生 项 目 研 究 实 际 开 发 创 造 或 教 师 演 示 ; 小 型 激 光 雕 刻 机 3D 打 印 机 等 加 工 工 具, 方 便 学 生 加 工 各 种 结 构 件 ; 各 类 成 品 电 子 类 书 籍 设 计 创 造 类 书 籍 给 学 生 提 供 良 好 的 自 学 支 撑 [2] 表 1 创 客 空 间 器 材 清 单 项 目 名 称 数 量 Ardunio 学 习 套 件 10 互 动 媒 体 技 术 学 习 套 件 16 电 子 创 意 机 器 人 学 习 套 件 16 Scratch 测 控 板 酷 乐 宅 Kinect Makeblock 若 干 yeelight 套 件 树 莓 派 套 件 pcduino 套 件 等 小 型 焊 台 1 加 工 手 持 多 功 能 电 钻 1 多 用 锯 套 装 1 数 字 示 波 器 1 检 测 实 验 室 工 具 套 装 3 维 修 防 静 电 工 作 台, 大 小 为 (180 80 75) 4 展 示 / 收 纳 学 习 3D 打 印 机 ( 桌 面 型 ) 2 激 光 打 印 机 1 公 用 电 脑 2 大 屏 幕 电 视 机 1 不 同 规 格 的 透 明 储 物 盒 30 Arduino 创 意 机 器 人 教 材 及 配 套 网 络 课 程 各 若 干 种 创 客 视 频 各 种 创 客 书 籍 ( 含 爱 上 制 作 系 列 清 华 大 学 科 若 干 技 创 新 丛 书 系 列 ) 温 州 中 学 创 客 空 间 是 独 立 于 学 生 机 房 教 室 的 存 在, 与 校 园 图 书 馆 相 似, 全 天 开 放 创 客 空 间 里, 创 客 指 导 师 通 过 各 种 创 客 分 享 活 动, 鼓 励 不 同 年 级 不 同 班 级 的 学 生 观 察 生 活 发 现 问 题, 研 究 跨 学 科 的 综 合 性 项 目, 提 升 技 术 并 交 流 创 意 创 客 空 间 鼓 励 学 生 在 保 证 自 身 安 全 的 前 提 下, 动 手 使 用 各 种 金 属 木 质 塑 料 甚 至 电 子 工 具 进 行 创 作, 将 想 法 转 变 成 现 实 创 客 空 间 亦 是 STEAM 课 程 学 习 者 练 习 巩 固 拓 展 的 活 动 场 所 学 生 通 过 选 修 课 习 得 了 基 本 工 具 基 础 知 识 与 技 能 之 后, 可 前 往 创 客 空 间 进 行 深 度 学 习 作 品 制 作 创 意 实 现 等 创 客 空 间 提 供 的 3D 打 印 机 电 烙 铁 基 础 电 子 套 件 等 多
样 化 器 材 与 加 工 工 具 及 创 客 指 导 师 的 深 入 指 导 跨 年 级 跨 班 级 同 学 之 间 的 交 流 学 习, 都 是 学 生 学 习 STEAM 课 程 坚 实 有 力 的 保 障 三 STEAM 课 程 群 建 设 与 实 践 ( 一 ) 扁 平 化 的 课 程 结 构 创 客 空 间 支 持 下 的 STEAM 课 程 群 包 含 的 各 门 课 程 在 内 容 上 相 互 独 立 课 程 目 标 各 不 相 同, 但 彼 此 之 间 又 是 紧 密 衔 接 互 相 依 靠 的 关 系 如 图 1 所 示, 各 种 STEAM 课 程 组 成 了 STEAM 课 程 群, 是 一 种 扁 平 化 的 课 程 体 系 设 计 考 虑 到 STEAM 做 为 校 内 选 修 课 程, 很 难 自 行 建 立 严 密 的 课 程 知 识 体 系, 扁 平 化 看 似 简 单, 其 实 是 一 种 睿 智 的 选 择 各 门 STEAM 课 程 的 学 习 虽 然 没 有 规 定 其 前 后 关 系, 但 其 难 度 通 过 不 同 星 级 予 以 区 别, 其 中 一 星 最 易 三 星 最 难 在 高 一 第 一 学 期, 基 本 上 以 开 设 一 星 难 度 的 STEAM 课 程 为 主 图 1 创 客 空 间 支 持 下 的 STEAM 课 程 群 建 设 示 意 图 部 分 STEAM 课 程 的 简 介 如 下 Arduino 创 意 机 器 人 课 程 选 择 国 际 最 著 名 的 开 源 机 器 人 平 台 Arduino, 遵 循 STEAM 的 教 学 理 念, 结 合 打 孔 器 3D 打 印 机 激 光 切 割 机 等 工 具,DIY 个 性 化 的 机 器 人, 培 养 学 生 的 设 计 能 力 动 手 能 力 逻 辑 思 维 能 力 和 实 践 创 新 能 力 跟 我 学 App Inventor 课 程 结 合 MIT 实 验 室 的 App Inventor 软 件 展 开 教 学 学 生 在 运 用 App Inventor 平 台 进 行 手 机 应 用 创 意 开 发 时 充 分 利 用 手 机 上 的 各 种 传 感 器 对 实 际 获 得 的 数 据 进 行 建 模 应 用
互 动 媒 体 技 术 课 程 是 一 门 涵 盖 计 算 机 智 能 手 机 传 感 器 技 术 和 人 工 智 能 技 术 相 关 教 学 内 容 的 课 程 通 过 研 究 互 动 媒 体 作 品 中 有 趣 的 人 机 互 动 技 术, 学 生 可 以 自 己 动 手 设 计 制 作 互 动 媒 体 作 品, 体 验 技 术 在 生 活 中 的 应 用, 提 高 STEAM 素 养 物 联 网 与 大 数 据 课 程 关 注 的 是 物 联 网 技 术 学 生 根 据 实 际 需 求 来 搭 建 硬 件 编 写 程 序, 模 拟 实 现 物 物 相 连 该 课 程 可 提 高 学 生 阅 读 Arduino 程 序 的 能 力, 学 会 基 本 程 序 修 改 及 利 用 物 联 网 解 决 实 际 问 题 数 学 视 界 下 的 3D 打 印 课 程 设 计 了 初 识 3D 打 印 3D 数 学 博 物 馆 SCAD 基 本 操 作 SCAD 基 础 立 体 模 型 SCAD 基 本 语 言 SCAD 综 合 应 用 等 专 题, 使 学 生 了 解 数 学 3D 建 模 的 过 程, 重 在 培 养 学 生 的 建 模 意 识, 提 高 学 生 的 推 理 论 证 运 算 求 解 数 据 处 理 语 言 组 织 语 言 表 达 等 基 本 能 力 从 上 述 培 养 目 标 中, 可 看 出 该 STEAM 课 程 群 内 容 丰 富, 重 点 突 出, 能 很 好 地 培 养 学 生 综 合 运 用 学 科 知 识 ( 生 物 化 学 地 理 物 理 等 ) 理 解 并 改 造 自 然 界 的 能 力, 正 确 理 解 使 用 管 理 以 及 评 价 技 术 的 能 力, 发 现 以 及 解 决 真 实 情 境 下 数 学 问 题 时 的 逻 辑 分 析 与 交 流 能 力 以 及 对 技 术 的 工 程 设 计 与 开 发 过 程 的 理 解 能 力 [3] ( 二 ) 环 环 相 扣 的 教 学 实 践 STEAM 课 堂 强 调 学 生 在 杂 乱 无 章 的 学 习 情 境 中 的 设 计 能 力 与 问 题 解 决, 要 求 学 生 将 学 习 到 的 各 学 科 知 识 与 过 程 转 变 成 探 究 世 界 相 互 联 系 的 不 同 侧 面 在 教 学 过 程 中, 大 部 分 STEAM 课 程 采 用 项 目 学 习 法, 将 课 程 内 容 分 解 成 具 体 项 目 进 行 教 与 学, 把 知 识 讲 解 和 实 际 实 践 有 机 地 整 合 在 一 起, 给 学 生 充 足 时 间 在 实 践 中 解 决 实 际 问 题 例 如, Arduino 创 意 机 器 人 将 课 程 分 为 三 个 单 元, 从 LED 风 扇 小 车 三 个 方 面 进 行 项 目 聚 类 ( 见 表 2); 跟 我 学 App Inventor 将 课 程 分 为 入 门 篇 游 戏 篇 学 习 篇 实 践 篇 ( 见 表 3), 通 过 由 浅 入 深 循 序 渐 进 的 课 程 内 容, 最 终 要 求 学 生 能 完 成 一 个 功 能 相 对 完 整 的 APP 表 2 Arduino 创 意 机 器 人 课 程 安 排 章 专 题 课 时 专 题 一 : 点 亮 LED 2 第 一 章 LED 专 题 二 : 按 钮 控 制 的 LED 2 专 题 三 : 创 意 LED 2 第 二 章 智 能 风 扇 专 题 一 : 智 能 风 扇 2
专 题 二 : 变 速 风 扇 2 专 题 三 : 创 意 风 扇 2 专 题 一 : 会 走 路 的 小 车 2 第 三 章 智 能 小 车 专 题 二 : 避 障 小 车 2 专 题 三 : 循 线 小 车 2 表 3 跟 我 学 App Inventor 课 程 安 排 第 一 单 元 入 门 篇 第 二 单 元 游 戏 篇 第 三 单 元 学 习 篇 第 四 单 元 实 践 篇 学 习 主 题 第 1 课 认 识 安 卓 1 第 2 课 走 进 安 卓 编 程 世 界 1 第 3 课 画 笔 1 1 第 4 课 画 笔 2 1 第 5 课 剪 刀 石 头 布 1 1 第 6 课 剪 刀 石 头 布 2 1 第 7 课 猫 捉 老 鼠 1 1 第 8 课 猫 捉 老 鼠 2 1 第 9 课 打 雪 怪 1 1 第 10 课 打 雪 怪 2 1 第 11 课 数 字 高 手 1 第 12 课 难 记 单 词 摇 一 摇 1 第 13 课 自 测 题 1 1 第 14 课 自 测 题 2 1 第 15 课 遥 控 小 车 1 第 16 课 大 抽 奖 1 第 17-18 课 云 旅 游 2 课 时 2 8 4 4 另 外, 本 STEAM 课 程 群 在 开 设 中 需 要 注 意 以 下 几 点 一 是 课 程 开 设 时 间 为 了 确 保 学 生 的 实 践 时 间,STEAM 课 程 基 本 上 采 用 两 节 课 连 上 的 方 式 开 展 ; 二 是 学 生 选 课 规 则 本 STEAM 课 程 群 中 的 几 门 课 程 都 是 作 为 选 修 课 供 学 生 自 由 选 择 的 学 生 每 次 只 能 选 择 一 门 课 程, 且 不 能 重 复 选 择 ; 三 是 课 程 软 硬 件 平 台 本 STEAM 课 程 群 中, 基 本 采 用 开 源 软 硬 件 为 课 程 平 台, 如 在 硬 件 方 面 采 用 Arduino 树 莓 派 等, 在 编 程 方 面 采 用 ArduBlock Mixly App Inventor Scratch S4A 和 Processing 等 软 件, 在 3D 建 模 方 面 则 分 别 使 用 SketchUp 和 OpenScad 等
四 STEAM 课 程 群 实 施 影 响 ( 一 ) 对 学 生 的 影 响 学 生 根 据 STEAM 课 程 所 学 的 知 识 技 能, 消 除 对 先 进 技 术 的 畏 惧 心 理, 掌 握 先 进 科 技 理 念, 提 高 动 手 能 力, 增 强 发 现 问 题 解 释 问 题 并 解 决 问 题 的 信 心 很 多 在 STEAM 课 程 学 习 中 掌 握 造 物 能 力 的 学 生 在 课 余 时 间 常 停 留 在 创 客 空 间, 并 制 作 出 很 多 出 色 的 作 品 例 如, 多 合 一 遥 控 机 器 人 的 制 作 : 学 生 将 遥 控 器 与 手 机 合 为 一 体, 用 更 多 的 方 式 ( 如 语 音 ) 去 控 制 小 车, 根 据 手 机 发 出 的 不 同 指 令, 小 车 实 现 相 应 效 果, 制 作 出 会 跑 会 发 光 会 唱 歌 会 讲 故 事 的 智 能 小 车 ; 又 如,Flaperon 远 程 实 验 平 台 : 该 平 台 基 于 网 络, 利 用 RTMP 流 媒 体 Flash JavaScript PHP 等 技 术, 以 MySQL 为 服 务 器 数 据 库 系 统, 通 过 平 台 提 供 的 API 与 实 验 端 设 备 连 接 实 现 远 程 实 验 的 开 放 平 台, 可 扩 展 性 强 简 单 易 用 可 实 现 实 时 实 验 操 作 数 据 共 享 分 析, 可 应 用 于 水 质 监 测 萌 宠 养 殖 等 方 面 ; 再 如, 基 于 物 联 网 平 台 的 小 鸡 孵 化 实 验 : 学 生 以 Arduino 为 平 台 控 制 加 热 器 设 计 出 小 鸡 孵 化 器, 将 温 度 湿 度 传 感 器 的 数 值 上 传 到 Yeelink 平 台, 以 WEB 图 表 的 形 式 展 示 出 来, 供 学 生 进 行 深 入 研 究 同 时, 通 过 电 子 设 备 的 摄 录 观 察 到 小 鸡 破 壳 出 蛋 的 全 过 程 学 生 在 该 实 验 中 将 课 本 上 的 物 理 生 物 知 识 灵 活 地 运 用 到 具 体 情 境 中, 既 增 添 了 对 学 科 的 学 习 兴 趣, 又 真 正 地 体 会 到 了 做 中 学 玩 中 学 这 些 学 生 由 于 在 造 物 方 面 的 科 技 特 长 而 在 国 内 各 大 高 校 的 自 主 招 生 中 脱 颖 而 出 尤 其 值 得 高 兴 的 是, 这 些 经 过 STEAM 课 程 学 习 的 学 生 对 自 己 的 爱 好 有 了 明 确 的 认 识, 在 高 考 选 择 志 愿 时 都 有 一 个 明 确 的 职 业 规 划 和 为 之 努 力 的 奋 斗 目 标 ( 二 ) 社 会 影 响 温 州 中 学 创 客 教 育 的 实 施 已 经 成 为 我 国 创 客 教 育 的 一 个 范 本, 中 国 教 育 报 浙 江 教 育 报 等 媒 体 都 对 其 进 行 了 报 道 仅 2014 年, 就 有 数 十 个 来 自 全 国 各 地 的 教 育 团 队 前 来 参 观 互 动 媒 体 技 术 Arduino 创 意 机 器 人 数 学 视 野 下 的 3D 打 印 等 课 程 先 后 被 评 为 浙 江 省 精 品 选 修 课 程, 由 7 门 课 程 入 选 浙 江 省 推 荐 网 络 选 修 课 程 此 外, 学 校 还 承 担 了 温 州 市 创 客 教 师 培 训 的 任 务 在 建 设 STEAM 课 程 群 的 同 时, 学 校 将 相 对 成 熟 的 课 程 传 到 网 络 上, 进 行 开 源 共 享 Arduino 创 意 机 器 人 为 国 内 第 一 个 完 整 的 开 源 课 程, 提 供 了 所 有 课 程 资 料, 包 括 电 子 教 材 教 学 设 计 教 学 PPT 微 视 频 等 同 时, 学 校 还 建 立 了 QQ 群, 以 为 更 多 的 教 师 提 供 技 术 支 持 截 至 2015 年 11 月 21 日, Arduino 创 意
机 器 人 的 共 享 资 源 自 2014 年 6 月 18 号 开 放 共 享 以 来 已 经 被 浏 览 2210 次, 下 载 1021 次, 保 存 583 次 目 前, 学 校 已 经 与 人 民 邮 电 出 版 社 达 成 协 议, Arduino 创 意 机 器 人 教 材 将 在 2016 年 1 月 出 版 基 于 创 客 空 间 的 STEAM 课 程 群 的 建 设 实 施, 给 基 础 教 育 开 展 STEAM 教 育 提 供 了 成 功 的 佐 证, 验 证 了 STEAM 教 育 的 重 要 性 以 及 中 小 学 开 展 STEAM 课 程 的 可 能 性 如 果 说,STEAM 课 程 群 解 决 了 学 校 大 班 教 学 的 效 率 问 题, 校 园 创 客 空 间 则 解 决 了 学 生 实 践 拓 展 的 问 题 温 州 中 学 在 寻 求 一 条 适 应 中 国 国 情 的 创 客 教 育 之 路 时, 也 为 STEAM 教 育 提 供 了 丰 富 的 案 例 支 持 参 考 文 献 : [1] 冯 秀 梅. 结 构 力 学 教 学 方 法 改 革 的 探 讨 [J]. 内 江 科 技,2008(7):65. [2] 谢 作 如. 如 何 建 设 适 合 中 小 学 的 创 客 空 间 : 以 温 州 中 学 为 例 [J]. 中 国 信 息 技 术 教 育,2014(5):13-15. [3] 赵 中 建.STEM: 美 国 教 育 战 略 的 重 中 之 重 [J]. 上 海 教 育,2012(11):16-19.