浅谈创客教育如何培养学生创新精神和创造能力

浅谈创客教育如何培养学生创新精神和创造能力【摘要】经过十多年的发展，创客教育在我国越来越普及，学校、家长对创客教育的理解和接受度在不断提高。创客教育在培养学生创新精神和创造能力上起到了重要作用，同时，也形成了众多创客课程，探索出了有中国特色的创客教学模式，即从“拿来主义”到“融合创新”。【关键词】创客教育；创客教育发展；项目式学习创客教育经历了蓬勃发展的阶段。在此期间，建设创客空间、举办创客活动、培养创客教师、开设创客课程等，大量教师投身到创客教育之中。作为一名创客教师，笔者从自身经历出发，谈谈这些年所经历的创客教育大发展。拿来阶段：舶来品的本地化实验创客活动的起源是美国麻省理工学院一个实验室课题。创客是一群精通技术、善于造物的人，他们不以盈利为目的，努力将创意变为现实。在国外，从2005年开始就有各种创客活动的开展，第一批创客们通过论坛分享、线下活动、MakerFaire、视频等方式，将自己设计的创客作品在创客圈中分享，并由此吸引了更多的人加入。随着创客活动的火爆，创客活动的门槛也逐渐降低，创客活动逐渐融入教育之中，中小学生也开始接触前沿的创客活动。2010年前后，我国开始出现创客活动，第一个创客空间在上海诞生。2013年，创客教育被正式提出[1]，创客活动在学校的开展，逐渐催生了创客教育。创客教育发展的初期（2013年-2014年），国内的创客教育面临着无课程、缺硬件、师资荒的局面。部分发达地区，如北京、温州、上海等地有一批教师率先开始在教学中开展创客活动。此阶段的创客教育主要以课外拓展、兴趣小组的方式开展，教学内容还不成体系，教师自身还在学习与探索之中，与其说是教学，不如说是教师带领学生的共同学习活动。而学习内容主要来源于国外的创客社区分享的内容，比如设计3D打印机、多关节机械臂、艺术灯光秀等。此阶段的教育创客依托的开源硬件主要有Arduino、RaspberryPi及各种传感器。以筆者自身为例，最早接触到的开源硬件是Arduino。为了实现闪灯效果，寻找合适软件，学习程序范例，不断失败，反复尝试，当最终看到LED灯能根据程序指令实现闪烁效果时，内心无比激动，正是这种效果变现的激动驱动着创客教师不断学习。人们常说，万事开头难，在创客领域亦是如此。当第一盏灯被点亮后，创客知识的学习就会进入加速阶段。跟随着国外创客达人的视频教程，创客教师主要学习编程知识和电子电路技术，这个阶段的作品重在功能的实现，完成一个遥控开关灯或是拍手感应灯就算完成一个任务。随着教师具备一定的创客知识，并通过课堂将创客作为一门课程时，学习的内容就不仅仅是编程与电子技术。教师开始有意识地培养学生的作品设计能力。创客作品中，除了利用电子模块实现一定的功能外，还会有精美的外观装饰。主要使用的材料有纸盒、黏土、竹签、彩纸、雪糕棍等，加工工艺一般以剪、贴、画、钻等为主。在学习初期，这是一种很好的入门方法，教师指导学生先掌握创客作品设计的基本技能，然后利用学生在美术课、劳动课上学习的手工技能为创客作品制作一个好看实用的外观。随着国内对创客教育感兴趣的教师越来越多，网络上开始出现区域性的创客教师社群。通过社交平台、网站论坛等方式建立起了创客教师的交流平台，创客教师间开始分享创意作品、解决技术难点、共同讨论教学策略等。[2]提升阶段：创客课程生态与教学模式的建立随着创客活动不断火热开展，政府层面积极推进“双创”浪潮，创客教育在2015年之后广受推崇。在教师层面，国内创客教师圈开始有一批创客教师率先设计创客课程、编写教材、开展教学实践等，将创客知识融于生活情境、学科情境、探究实验等环节中，形成一批有特色的创客课程。而部分发达地区的学校开始建设创客空间、开设创客课程、组织创客活动，在校园内营造科技创新的氛围，培养学生造物与创新能力。省市区域层面，通过组织创新设计类赛事，评选创新学习空间，培育种子学校，组织创客师资培训等方式推动创客教育的落地。在这个阶段，开设创客课程的学校不断增加，并从发达地区开始向全国辐射。第一批创客教师已经完成一轮创客知识的内化，能够开设2～3门创客课程，比如趣味Scratch、创意电子入门、创意三维设计等课程。在创客课程实践上，一般采用任务驱动型教学推进知识点学习，通过完成小作品，掌握创客知识，培养计算思维；再用基于真实问题（情境）的项目式学习完成项目实践，培养学生的合作能力和创新精神。比如，笔者在2015年开设的“创意电子入门”课程中，在某一单元教学中，通过四个基础任务掌握LED灯的用法和基本的编程方法，最后通过项目实践活动培养学生的实践能力（表1）。创客课程不是一门单独的课程，而是由一系列课程形成的课程序列。经过几年的教学实践，形成课程体系，从低段的电子百拼、粘土与机器人等课程初步培养学生的动手实践能力，第二学段以编程、建模、造物为主，进一步培养学生解决真实问题的能力，第三学段通过物联网、Python编程等内容培养学生高阶思维能力。三个层次的课程形成一定的梯度和延续性。学生通过序列课程的学习，掌握多种创客技能，提升了解决真实问题的能力（图1）。与此同时，设备的不断更新也为创客教育提供了更多的可能。很多学校都开始采购3D打印机、激光切割机、CNC雕刻机等设备，为学校开设出更丰富的设计类课程提供技术保障。学生利用数字化工具设计作品外观，设计个性化零部件，提高作品的美观度和运行稳定性。比如学生可以使用3D打印机打印作品中车轮、小座椅等部件；可以使用激光切割机快速切割亚克力、木板等材料，实现作品整体结构的搭建。创客教学实施与传统学科的教学有着很大的区别，创客教育往往从创意出发，通过设计、实施、反馈等过程，培养学生想象力、创造力和动手解决问题的能力。在学习过程中，往往需要用到多学科知识，基于问题或者情境展开教学。创客教学实施过程中结合教学实际和相关理论，形成了几种常见的教学模式。比如基于设计思维的创客教学模式，采用移情—定义—构思—原型—测试—反思等流程指导学生完成创客项目教学。[3]还有SCS创客教学法，将创客教学过程分成情境导入、简单模仿、知识讲解、拓展模仿、创新激发、协作完成、创意分享等七个环节。[4]分享阶段：开源精神与知识付费的崛起创客活动的推动得益于开源硬件、开源软件的发展，最初推动创客活动的人往往具有很强的开源精神，他们将自己设计的图纸、程序、设计方案等以标准文件格式发布出来，这些内容遵循一定的开源协议（如CC、MIT、GPL），后期有需要的创客就可以参考这些资料，并在此基础上改进与创新。国外著名的开源社区有以托管代碼服务为主的Github、以分享3D模型服务为主的Thingiverse、以分享创客项目制作为主的Instructables，这些开源社区汇聚了世界各地热爱创客的人士。国外开源社区中项目分享一般有较好的创意、精致的外观设计，多采用开源通用型硬件，但制作难度大，知识与技能要求高，如果想要应用到教学上，存在一定的门槛。随着创客教育在国内的落地生根，国内也出现了一批开源社区，如码云、DFRobot论坛、Laserblock社区、知识星球等平台。与国外职业化创客不同的是，国内从事创客活动的主要是中小学师生，因此国内创客开源社区分享的内容一般难度较低，项目设计有一定的梯度，形成课程体系，使用的开源硬件集成度较高，适合开展教学。很多教师的创客知识来源于这些开源社区，开源社区上有完整的课程体系，教师可以根据自身能力及学生情况选择合适的内容进行教学，在教学中遇到问题可以在开源社区中跟帖讨论。开源社区成为一个良性的生态圈，有经验的创客教师向该生态圈注入新鲜课程，新入门的创客教师从中汲取营养，当创客教师自身的水平发展到一定程度时，其自身也会成为开源社区的贡献者。谈到开源精神，就不得不说到知识付费，开源分享让创客活动在较短的时间内拥有大量受众，而如果一直以无收益的方式分享，自然也会打击创作者的积极性。知识付费、作品加工权付费等新形式为创客教育注入新的活力，知识付费可以给创作者一定的回报，能够提高分享内容的质量，让“分享—创作—迭代”形成一个良性循环。[5]创客教育未来发展方向创客教育的开展往往以制作创客作品为载体，对于大部分中小学生而言，创客学习更应该强调造物的过程，在造物的过程中，学生需要像使用剪刀、尺子一样使用各种数字化工具。创客教育实践要求参与的学生有较强的合作能力，让学生能承担创客项目实践中部分任务，在项目中找到自己的价值。在过去的十年中，创客教育经历了很多