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專家談如何成為一名創客教師?

在這個技術驅動并服務社會變革的時代,培養學生的創新精神和實踐能力是素質教育的重點。創客教育作為一種新穎的、注重創造的教育形式,在教育多元化的今天,受到教育界推崇。推進創客教育也是驅動教育改革的重要舉措。

近年來,創客導師們各出新招,開發出“3D打印”“電子制作”“Scratch編程”等一系列創客教育課程,并踐行創客教育理念。一時間,機器人課程、編程教學、3D打印技術培訓成了創客教育的內容,甚至成了某些學校的亮麗風景,然而火爆異常也讓人擔憂會變成一場過頭的運動。目前,創客教育還沒有成熟的課程體系,廣大教育工作者正在探索有效的教學方法。

我認為,創客教育是創客文化與教育的結合,是“基于創造的學習”,目的是培養學生創造的興趣、信心與能力。開展創客教育的真正意義不是學習創客工具,也不是讓每個學生成為創業者;創客教育不等于搞小制作和小發明,也不是理工科學生的特權。創客教育是在所有學生心中播下創造的種子,并基于學生興趣,使用信息工具,鼓勵造物、分享,培養學生解決問題、團隊協作和創新能力的一種素質教育模式。

中小學創客教育課程種類繁多,但大體可歸為探究型、制造型和創造型三類。在創客時代,如何做好創客導師?怎樣讓小創客們逐漸愛上創造?在與學生一起經歷創客教育實踐的過程中,我對創客教育,對啟迪少年創客的智慧,有一些理解、思考和實踐。

一、從知識到創造——培養少年創客的知識應用能力

目前,一些學生學習和應用知識仍是紙上談兵——做練習題,沒有機會動手操作、體驗實踐。我們要讓學生從學習教材內容轉向解決問題,從學知識轉向用知識。開展創客教育就是讓學生在真實情境中進行體驗式學習,從而培養他們的動手實踐能力,并提升創新能力。

目前,很多物理教師已經注意到了知識的應用問題,但多數教師只是讓學生做一個簡單的社會調查或者完成一個相關的小制作而已。這樣的應用是淺層次的,學生僅了解或掌握某種調研或制作的方法,沒有深度學習。學生在實踐活動中應用學習的知識把自己的想法變成現實,這是探究型創客教育課程的教學目標。從創意到實現是一個思維發展的過程,探究的過程和方法很重要,教師應該遵循創新思維發展的規律,使學生的思維向高階發展。

例如,開展初中物理“聲音”單元教學時,我以“樂器的制作”為主題引導學生開展創客實踐活動。首先,教師引出主題,讓學生根據興趣選擇一種樂器,分工查閱資料,了解樂器的發展歷史、樂理知識、研究現狀和制作流程,繪制思維導圖做總結匯報。

然后,教師引導學生進行頭腦風暴,建構數學模型,設計結構圖和制作流程等。學生在創客工作坊,按設計圖用3D打印機、切割機、打磨機等器具制作相關部件,然后組裝(調試)模型并與同伴交流。

再如,在教學初中物理“光學”單元時,我引入“全息投影”等新技術,指導學生將學習知識與應用新技術結合,激發小創客們的創造熱情。小創客們先查閱全息技術的定義、原理以及研究與應用的熱點等相關知識,根據已學習光的反射知識并利用現有條件制作裸眼3D模型。在創客工作坊,學生學習裸眼3D的制作方法,設計制作流程,合作進行探究、測試、改進,對探究過程的數據做統計分析并分享交流。

在一個準真實的情境中,學生像工程師一樣學習、工作、創造,既學習了相關技能,又激發了創新思維。同時,通過項目學習將科學知識轉化為應用能力,拉近了學生與生活的距離,讓學生通過另一個途徑深度理解知識,實現思維能力從低階向高階發展。

二、從項目到創造——培養少年創客的批判性思維能力

創客教育一直是以項目學習的方式培養學生的創新能力。學生為完成某個項目,必須經歷理論學習、工程設計、模型制作、模型優化等過程,其間思維能力發揮著重要的作用。怎樣做?為什么這樣做?測試過程中發現什么問題?如何解決?學生對一個又一個的問題冥思苦想并逐一解決,經歷這個過程后,他們的批判性思維能力和創新思維能力大大提升。

如何實現從項目到創造?需要經歷引入、探究、解釋、評估、拓展等5個步驟,這是一個遞進式學習過程。我把項目或者問題視為一個整體,讓學生應用不同學科的知識解決問題,培養他們的創新思維和系統思維。

下面,以“交通安全伴我行”活動為例,介紹從項目到創造的教學路徑。

(一)引入

導師設計了一個智能交通問題引入主題,讓學生實地考察,找出當前“智能交通安全”中存在的問題,談談解決這些問題的社會價值和經濟價值。

(二)探究

學生查閱資料后,發現了很多問題,比如信號燈設置不合理造成擁堵、酒駕測試麻煩、人在車內易發生一氧化碳中毒等。導師針對這些問題給創客們布置任務,要求他們完成課題項目并做展示和評估。小創客們自由組隊,針對具體的問題,設計具體的解決方案,比如將研制出的“基于車速的智能變道控制系統”用于改善城市交通擁堵問題,應用自行開發的“基于Arduino的非接觸式車載酒精監測儀”使酒駕者不能啟動車輛以預防釀成事故。學生在創客工作坊,根據設計方案,利用Arduino軟件編程,采用開源硬件制作產品,并對產品進行調試優化。

一件作品需要創客經過無數次嘗試才能完成,創新創造的意義不僅在于制作本身,而且在于通過一次次的思考和探索,小創客們理解并掌握相關的科學知識和技能,發展批判性思維,提高創新能力和實踐能力。

(三)解釋

創客們對自己探究的問題進行思考,并對數據進行記錄和分析,用數學知識闡釋他們的發現和理解。比如,學生對自己建立的模型進行科學解釋,包括理論的推導、模型的設計依據等。通過對科學現象或科學發明的解釋,學生對人工智能、交通安全知識的理解更加深入。

(四)評估

通過讓學生分組展示他們的成果,用PPT、海報、報告等方式交流,相互評價,加深對概念的理解。在評估中,學生們復盤他們應對問題與挑戰的方案及過程,進一步加深學生對知識的理解。

(五)擴展

學生在與其他小組成員交流中,發現自己設計的不足,針對新問題繼續研究。如何節約成本?如何更加簡便?••••••每擴展一個新問題,解決一個新問題,無不伴隨著創新思維活動,學生的創新思維能力逐漸得以發展。

小創客們通過動手實踐將設計變成作品,對問題或項目有了系統的認知,對事物有了全面的把握,發展了系統思維。教師將創客教育與項目式學習結合,使科學、技術、工程、數學知識融合,讓學生在創造中學習,鍛煉他們獲取多學科知識的能力,培養他們綜合運用知識的能力。

三、從興趣到創造——點燃少年創客的科學夢想

創客教育是為了培養學生創造的興趣、勇于探索的創新精神,以及不懼失敗和不屈不撓的創客精神,終極目標是在創客中發現具有創新潛質的學生并加以培養,使之成為某一領域的拔尖人才。創客空間的功能是支持感興趣、有創意的學生,進行頭腦風暴,關注生活、關注社會,發現問題,立題創造,協作分享。學生在選題論證、創造發明的過程中,不斷增加在自己感興趣領域的知識儲備,增強信心,將興趣轉化成科學創造的志趣和科技職業的抱負,成為學術創新型人才。

舉例來說,學生A是電子制作愛好者,在學校創客工作坊線上、線下學習編程技術的過程中表現出特有的靈感和興趣,創客導師引導他關注生活,在創造中學習。他發現家庭報警器單一,如果一個家庭同時使用幾個報警器布線很困難,于是他想將幾種報警器進行集成,研發一套“遠程家用報警系統”。在創客導師指導下,他列出了完成項目所需的知識、技能清單,線上學習、線下請教,半年時間,學習了模擬電路、數字電路、傳感器、GSM短信、圖像對比等知識和技能,設計出了電路圖,第9個月完成了軟件編程,第10個月系統調試成功。這個活動過程塑造了他的人格,幫助他建立了自己的科學觀和世界觀。他的人生理想與格局,從興趣到志趣、職業取向得以全面提升。

再如,“共享單車非接觸式開鎖系統”的研發也是同學們的興趣和創造使然。在學校組織的創客實踐活動中,小創客們制作了智能燈、智能澆花器等多個作品。他們經常跟同伴分享,成功的喜悅使他們對電子制作和軟件編程越來越著迷。

一些學生在創客工作坊學習、制作過程中表現出濃厚興趣,這引起了創客導師的注意。導師開始引導他們觀察生活,選擇感興趣的課題進行研究。單車掃碼體驗不佳、電子鎖易破解、用車后忘關鎖等問題引起小創客們的注意。在創客工作坊,眾多愛好者一起頭腦風暴,探討解決方案:使用GPS定位用戶地理位置,用藍牙進行用戶與單車之間的通信,讓用戶用APP直接解鎖。創客團隊將系統設計為客戶端、服務器、電子鎖等三個模塊,使用GPS定位用戶地理位置,應用藍牙技術進行人車通信來解鎖,通過收放腳架巧妙地控制電子鎖的開關,并將電子鎖封閉在車架金屬管中,采用舵機開鎖或關鎖,防止單車被盜。

為了將創意變成現實,小創客們分工協作,線上、線下學習Arduino編程和硬件搭建技術,歷時一年設計制作了模型并實驗成功。他們的作品受到了業界的極大關注,獲得專家的贊揚,作品在2018全國雙創周主會場展示。該發明還獲得全國青少年科技創新大賽一等獎和宋慶齡發明創造大賽銀獎。

業界的關注和社會的認可,極大地激發了小創客的科學熱情。創客在不斷創造的過程中,不斷學習。小創客們儲備的專業知識越來越多,解決問題的能力越來越強,對人工智能的發展應用越來越有信心。他們的職業理想越來越堅定,面對記者如是說:“不一定能進入最理想的大學,但我們有最理想的專業——人工智能或計算機專業。”

職業理想是正式進入社會之前對未來職業的渴求與向往,是對職業的態度和信念。美國弗吉尼亞大學的研究發現,有職業理想的中學生在日后從事的工作或事業上有顯著優勢。因此,導師將創客教育與研究性學習結合,使學生的創造興趣轉化為實現科學夢想的動力,觸發學生的內驅力,對他們未來從事科學事業有著積極的影響。

創客活動的顯著特點是“玩”“做”“分享”,在“玩”和“做”中學習、升華和創新,其要義是“玩中學”“做中學”“學中做”“做中創”,讓學生通過有意義的學習經歷提升智慧。開展創客教育的目的不是非要學生“創業”,而是要培養學生創新的思維、創新的精神和創新的意識。

創客教育已進入發展期,但還沒有成型的教學模式,也沒有成熟的理論和實踐可供參考。作為一個創客導師,應該引導學生在創造中學習,在創造中解決問題,在創造中培養批判性思維和創新能力,在創造中發現興趣所在,在創造中將興趣愛好轉變為職業理想,為將來成為科技拔尖人才奠定基礎。隨著《教育藍皮書:中國教育發展報告(2015)》的發布,我國已將創客教育融入中小學生的生活和學習,相信在不久的將來,創客教育成果會更豐碩。

(張曉容:全國優秀教師,特級教師,國家中學生英才計劃中學導師,四川省創新人才研究會秘書長,成都市名師工作室領銜人。長期從事科技創新教育、STEM教育、創客教育研究,提倡個性化教育,主張學而思、創而新,導學先導心,順其自然,將STEM教育、創客教育融入學科教學,普遍培養學生創造的興趣與能力。)

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