基于項(xiàng)目的中小學(xué)創(chuàng)客課程開發(fā)與實(shí)施
——以Arduino+3D打印創(chuàng)客課程為例

劉 暉

（杭州青少年活動中心，浙江 杭州 310000）

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(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》提出要利用信息技術(shù)大力推進(jìn)STEAM教育、創(chuàng)客教育等新的教育模式的發(fā)展，使學(xué)生具有較強(qiáng)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(xué)習(xí)，而創(chuàng)客課程作為創(chuàng)客教育理念實(shí)施的載體，不是一門單一的課程，是多種學(xué)科結(jié)合的課程。中小學(xué)創(chuàng)客教育作為新生事物，應(yīng)該怎么進(jìn)行課程開發(fā)和實(shí)施？當(dāng)前我國中小學(xué)創(chuàng)客課程的開發(fā)和實(shí)施的實(shí)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(jìn)行探索。

二、中小學(xué)創(chuàng)客課程的現(xiàn)狀和存在的問題

創(chuàng)客教育以學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)造為核心，以提高學(xué)生問題解決能力為目的，最終培養(yǎng)學(xué)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(shí)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(xué)校也積極開展各自的創(chuàng)客活動。以清華大學(xué)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(xué)活動。

除高校外，中小學(xué)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(xué)、溫州實(shí)驗(yàn)中學(xué)等中小學(xué)建立了青少年創(chuàng)客基地，為學(xué)生提供創(chuàng)客活動開展和交流的平臺，為學(xué)生開展多學(xué)科綜合性的創(chuàng)客項(xiàng)目提供服務(wù)[1]。

當(dāng)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(shí)驗(yàn)室。目前，中小學(xué)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(xué)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(xué)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(biāo)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(xué)校在響應(yīng)號召開展創(chuàng)客課程設(shè)計與實(shí)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(xué)習(xí)理念和創(chuàng)新思維學(xué)習(xí)模式的發(fā)展，并非簡單技術(shù)性學(xué)科的疊加，很多學(xué)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(jī)、3D打印課程、機(jī)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(xué)的教育設(shè)計，使得創(chuàng)客教育變成學(xué)校秀場，出現(xiàn)了泡沫化苗頭[2]。

與此同時，一部分學(xué)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(diǎn)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(dǎo)致創(chuàng)客課程的開設(shè)和實(shí)施忽視了過程的探索。

（2）創(chuàng)客課程教學(xué)模式不成熟，課程實(shí)施缺乏理論指導(dǎo)

目前，學(xué)校創(chuàng)客課程的實(shí)施多是由學(xué)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(xué)科整合能力和創(chuàng)新能力。由于缺少理論的指導(dǎo)，創(chuàng)客課程的實(shí)施只是套用傳統(tǒng)的講授式、模仿實(shí)驗(yàn)等單一教學(xué)模式。傳統(tǒng)的教學(xué)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(yīng)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(xué)科知識的創(chuàng)造性課程。創(chuàng)客教育融合了項(xiàng)目教學(xué)法、做中學(xué)等教學(xué)思想，在這些思想的指導(dǎo)下，以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo)，進(jìn)行符合要求的教學(xué)模式開發(fā)，是推行課程實(shí)施的重要措施。目前，國內(nèi)中小學(xué)創(chuàng)客教學(xué)模式的研究要么停留在理論研究層面，要么是一線教師進(jìn)行簡單的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，缺少成熟的創(chuàng)客教學(xué)模式成果。

（3）創(chuàng)客課程教學(xué)設(shè)計跨學(xué)科耦合度不夠，教學(xué)載體單一化

創(chuàng)客教育是一種跨越學(xué)科的教育，學(xué)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(xué)、物理、美術(shù)、電子、編程等各個學(xué)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(xué)習(xí)各學(xué)科所涉及到的知識，為此創(chuàng)客課程的內(nèi)容應(yīng)該是跨學(xué)科高耦合的。

當(dāng)前很多中小學(xué)將已經(jīng)開展的Scratch編程、智能機(jī)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(shí)施過程中只是資源項(xiàng)目的移植而已，并沒有對課程進(jìn)行真正的設(shè)計。真正的創(chuàng)客課程設(shè)計應(yīng)該依托原創(chuàng)項(xiàng)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(xué)科內(nèi)容整合的課程體系。

（4）創(chuàng)客課程教學(xué)評價手段單一化

創(chuàng)客課程教學(xué)評價往往以學(xué)生作品的價值作為唯一評價標(biāo)準(zhǔn)，一個學(xué)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(biāo)準(zhǔn)。真正的教學(xué)評價除了評價結(jié)果以外，更需要對創(chuàng)客課程的各個實(shí)施過程進(jìn)行多元化的評價。評價應(yīng)涵蓋學(xué)生在作品開發(fā)的整個周期表現(xiàn)，評價指標(biāo)應(yīng)關(guān)注學(xué)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(biāo)功利化、教學(xué)模式不成熟、課程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)化、教學(xué)設(shè)計跨學(xué)科耦合度不夠、教學(xué)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(shí)踐角度入手，以課程項(xiàng)目設(shè)計、教學(xué)策略設(shè)計和評價模式設(shè)計為重點(diǎn)構(gòu)筑課程開發(fā)流程，從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)實(shí)施和教學(xué)評價五個方面構(gòu)建創(chuàng)客課程開發(fā)模式，指導(dǎo)課程的開發(fā)[3]。

三、基于項(xiàng)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(qiáng)調(diào)在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在動手創(chuàng)造過程中構(gòu)筑知識，這一點(diǎn)也是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)理論教育思想。西蒙·帕佩特認(rèn)為創(chuàng)客教育研究的重點(diǎn)不是如何完善教學(xué)方法，而是如何研究創(chuàng)造開放自由的空間，讓學(xué)習(xí)者有適合自己的機(jī)會去構(gòu)筑自己的知識體系。

（1）建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義理論認(rèn)為學(xué)習(xí)不是由教師向?qū)W生傳遞知識，而是學(xué)生主動建構(gòu)自己的知識系統(tǒng)的過程；學(xué)生在學(xué)習(xí)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(xué)過程中不是教學(xué)的主導(dǎo)者，而是引導(dǎo)學(xué)生在教學(xué)過程中組成學(xué)習(xí)小組，通過合作探究主動去解決實(shí)踐過程中遇到的問題。建構(gòu)主義理論是研究如何指導(dǎo)更好地開展創(chuàng)客教育活動課程開發(fā)和實(shí)施的理論基礎(chǔ)。

（2）建造主義學(xué)習(xí)理論

建造主義學(xué)習(xí)理論和建構(gòu)主義一樣認(rèn)為學(xué)習(xí)是知識體系的主動構(gòu)筑過程。建造主義學(xué)習(xí)理論更強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)是在特定的環(huán)境下，積極主動參與物品創(chuàng)造的過程。學(xué)習(xí)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(shí)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(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的設(shè)計創(chuàng)新能力、動手實(shí)踐能力、問題發(fā)現(xiàn)與解決能力，認(rèn)為要達(dá)到最佳的學(xué)習(xí)效果，學(xué)習(xí)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(xiàng)目的創(chuàng)客教育課程開發(fā)模式

（1）課程目標(biāo)

創(chuàng)客課程以項(xiàng)目為驅(qū)動，內(nèi)容上跨學(xué)科融合，學(xué)生者學(xué)習(xí)過程中需要以產(chǎn)品為目標(biāo)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(dú)特性。因此，創(chuàng)客課程的目標(biāo)構(gòu)建應(yīng)該貫穿融合多個學(xué)科的目標(biāo)體系。

為了保證學(xué)習(xí)者參與的積極性，目標(biāo)的來源應(yīng)該與學(xué)習(xí)者生活接軌，能夠激發(fā)探究動機(jī)，根據(jù)學(xué)習(xí)者的特征和興趣完成目標(biāo)的定制。創(chuàng)客課程目標(biāo)的構(gòu)建應(yīng)該保證學(xué)習(xí)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]。

目前的中小學(xué)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(jī)、程序編寫等軟硬件使用、開發(fā)為導(dǎo)向的創(chuàng)客學(xué)習(xí)體驗(yàn)；另一種是有機(jī)整合科學(xué)技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程技術(shù)、美術(shù)和計算機(jī)等不同學(xué)科的綜合性創(chuàng)客學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

課程內(nèi)容主要以解決生活中真實(shí)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(xué)習(xí)方式是學(xué)生在創(chuàng)造過程中學(xué)習(xí)。因此，將枯燥機(jī)械的傳統(tǒng)知識內(nèi)容，通過充滿活力的發(fā)明創(chuàng)造項(xiàng)目來引導(dǎo)學(xué)習(xí)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(yùn)用各學(xué)科的知識，一切以激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)興趣為導(dǎo)向。

（3）教學(xué)策略

和高校不同，中小學(xué)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(xué)的效果。因此，在教學(xué)策略的選擇上可以借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念，結(jié)合線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)，在獲得基本的知識能力儲備后，學(xué)習(xí)者進(jìn)入任務(wù)實(shí)踐環(huán)節(jié)，在自主探索的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)知識。線上的教學(xué)策略可以是微課導(dǎo)學(xué)、資源呈現(xiàn)、在線討論、成果分享、在線點(diǎn)評，線下的教學(xué)策略可以是情境導(dǎo)入、面授指導(dǎo)、合作探究、成果展示、同伴互評等[6]。

（4）教學(xué)實(shí)施

由于文化的差異，在翻譯過程中，會出現(xiàn)詞匯空缺的情況，或者一些專有名詞，無法翻譯。那么可以采取音譯的方法。如Italy譯為意大利，chocolate譯為巧克力，麻將譯為mahjong，功夫譯為kongfu，香港譯為Hongkong。這樣可以保留源語的特色，也豐富了二者的語言。

創(chuàng)客課程教學(xué)的實(shí)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(duì)伍。在創(chuàng)客空間的運(yùn)行中，可以整合現(xiàn)有的機(jī)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(xué)和教育裝備水平。創(chuàng)客項(xiàng)目在開展啟動前應(yīng)做好前期的論證工作，在課程實(shí)施過程中建立溝通對話機(jī)制，使參與課程實(shí)施的全體師生能夠在創(chuàng)客課程實(shí)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(jìn)教師對教學(xué)的反思和對課程進(jìn)一步提升方向的指引，因此評價的范圍應(yīng)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(jìn)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(xué)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(biāo)為導(dǎo)向，在分析學(xué)習(xí)者認(rèn)知需求特征的基礎(chǔ)上開發(fā)綜合課程內(nèi)容。在教學(xué)設(shè)計中依托線上線下結(jié)合的教學(xué)策略實(shí)施課程，最后采用多元化、過程化的評價模式對課程進(jìn)行評價?；陧?xiàng)目的創(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(jìn)行了闡述。

四、Arduino+3D打印創(chuàng)客課程設(shè)計與實(shí)施

本文以開發(fā)制作一個能夠顯示當(dāng)前水溫的智能感溫水杯項(xiàng)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(xué)習(xí)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(biāo)

（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(jìn)行結(jié)構(gòu)化的設(shè)計；學(xué)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(xué)生通過主動學(xué)習(xí)完成智能水杯項(xiàng)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(xiàng)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(shí)際生活問題的意識，形成勇于探索、積極實(shí)踐、樂于合作的學(xué)習(xí)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(biāo)準(zhǔn)共分為四個擴(kuò)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)計與打印；④實(shí)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(dǎo)向，需要學(xué)習(xí)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(jìn)行結(jié)合學(xué)習(xí)。課程內(nèi)容設(shè)置見表1。

表1 智能感溫水杯創(chuàng)客課程單元內(nèi)容設(shè)置

3.課程教學(xué)實(shí)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(shí)驗(yàn)的方式展開，團(tuán)隊(duì)小組在掌握基礎(chǔ)知識儲備之后，按照隊(duì)員的意愿負(fù)責(zé)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(xué)策略。前4周的知識儲備階段除了課堂上展開教學(xué)練習(xí)之余，所有的微課資源、程序解讀案例、練習(xí)題目答案都在線上提供，小組成員隨時可以通過網(wǎng)絡(luò)在論壇上發(fā)起問題的討論，及時得到指導(dǎo)。

課程實(shí)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(yīng)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(jìn)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(yīng)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(xué)們分享自己的經(jīng)歷。[7]

表2 智能感溫水杯創(chuàng)客課程評價表

4.課程評價

本課程的評價包括對團(tuán)隊(duì)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(xué)員相互評估。對于作品評價，教師和學(xué)員之間需要判斷學(xué)習(xí)者是否真正掌握了基本課程知識內(nèi)容，并將知識外延運(yùn)用到自己的創(chuàng)意中去，并對應(yīng)用的成果在評價表格上進(jìn)行記錄。對于日常參與活動表現(xiàn)的評價，教師和學(xué)員需要對本組學(xué)員在項(xiàng)目開展的三個不同階段的表現(xiàn)進(jìn)行評價。評價完成后需要依據(jù)結(jié)果對教學(xué)進(jìn)行反思，并為下一個項(xiàng)目設(shè)定新目標(biāo)，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(xué)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(shí)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(xué)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(xué)者和一線實(shí)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(biāo)、課程內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)實(shí)施和教學(xué)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(xué)創(chuàng)客課程開發(fā)過程中的實(shí)用性，為創(chuàng)客課程的發(fā)展做出了一點(diǎn)思考。