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從機器人、STEM到創(chuàng)客教育

2015-07-21 09:48
中小學信息技術教育 2015年7期
關鍵詞:俊杰溫州創(chuàng)客

2015年1月,李克強總理參觀深圳柴火創(chuàng)客空間。隨后,“創(chuàng)客”一詞出現(xiàn)在今年兩會的政府工作報告中。短時間內,創(chuàng)客從小眾走向大眾,成為引爆“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的星星之火。同時,創(chuàng)客教育也成為教育界的一個熱詞。

作為最早出現(xiàn)在創(chuàng)客圈子中的少數(shù)教師群體中的一員,我發(fā)現(xiàn)自己2008年后的教學經歷,剛好親歷并完整地見證了國內創(chuàng)客教育的發(fā)展。這促使我把這段經歷寫下來,希望這段回顧能夠帶給更多開始關注創(chuàng)客教育的同行一些啟發(fā),或許可以起到正本清源、去偽存真的作用。

從機器人競賽到機器人教育

我從2006年開始負責學校的機器人競賽輔導。和所有接觸過機器人的學生一樣,我很快就愛上了這項高科技活動。但不出兩年,我就意識到機器人競賽的問題:無論是教育部還是科協(xié)組織的機器人競賽,在規(guī)則制定上過于依賴硬件的投入。只要學??匣ㄥX,廠商就重點支持,就能獲得好成績。更糟糕的是,規(guī)則年年變,學校幾乎每年都要更新器材,否則得不了獎。

2008年,我校徐持衡同學因信息學奧賽而獲得保送清華大學的資格。在不用準備高考的高三,他不想虛度光陰,而是打算做點有意義的事情??吹綄W校在科技創(chuàng)新和動手實踐方面缺少氛圍,他便尋求我的支持,創(chuàng)辦了學生社團——科技制作社,并用自己的獎學金買了很多DIY材料,供社員焊接和拼接。以現(xiàn)在的觀點去衡量,他就是一位非常具有創(chuàng)客精神的學生創(chuàng)客。因為社團需要活動場地,我們就把機器人活動室共享出來,讓學生自己去搗鼓。

一直以來,我校學生參與機器人活動都是高三教高二、高二帶高一,進行著類似師徒制的“傳幫帶”,并沒有開設機器人課程??傻?009年那年,我在高一新生中怎么都找不到有機器人基礎的苗子,只好開了一門“機器人編程入門”的校本課程??呻S之而來的問題是,學校的機器人器材并不統(tǒng)一,開課的難度很大。這一度讓我左右為難。也是這一年,我校足球機器人隊在省賽中被淘汰,沒能獲得參加國家比賽的資格。輸了比賽,兩位參賽學生很不服氣,就萌生了自己做機器人的想法。我自掏腰包,買了焊臺之類的工具和各種電子元器件供他們研究。沒想到幾個月工夫,他們還真的做出了自己的機器人,并帶著它參加了溫州市比賽。當然,自己做的機器人在性能上比不過廠家,所以這次比賽連省賽的資格都沒有爭取到。

從機器人教育到科技創(chuàng)新大賽

比賽失利后,我和學生陷入了反思。學機器人的目的僅僅是為了這一年一度的機器人比賽嗎?能不能提高機器人的利用價值?我開始試著讓學生結合研究性學習,將機器人的知識應用在科技創(chuàng)新項目中。比如有學生研究教室的智能燈光控制項目,把傳感器、智能控制、無線遙控等技術都用到了。2010年10月,我們在溫州市大中小學生環(huán)保作品設計大賽中脫穎而出,獲得了三個一等獎的好成績。

隨著研究的深入,越來越多的想法冒了出來。但我們也發(fā)現(xiàn),這些僅為比賽而設計的機器人主板的種種不足。如,涂郁瀟穎同學想做一款水質監(jiān)測機器人,這需要將傳感器的信息無線傳輸給電腦,再保存到數(shù)據(jù)庫里,經過分析后以Web形式展示。但機器人主板與電腦間的通訊卻很麻煩。因為比賽不需要,專用的機器人主板往往去除了串口通訊的功能。

無助中想起王盛業(yè)同學(他擅長設計板子)曾經推薦過的開源機器人控制器Arduino。從介紹看,Arduino的串口通訊很方便。我買來測試,結果欣喜地發(fā)現(xiàn):Arduino在機器人與電腦間的通訊上做得特別好,直接用print語句就能將數(shù)據(jù)傳送到電腦。更意外的是,網絡上有很多Arduino的模塊,如藍牙、zigbee等。于是,涂郁瀟穎的水質監(jiān)測機器人就基于Arduino和zigbee協(xié)議去設計,并在后來獲得了浙江省研究性學習評比一等獎。

既然能實現(xiàn)機器人與電腦通訊,那么能不能通過電腦控制機器人,或者通過電腦編程控制外圍的設備呢?利用電機和繼電器,不就可以讓學生體驗物聯(lián)網、智能家居方面的技術了嗎?一時間我和學生“腦洞大開”,不再關注機器人比賽,而是一心一意去研究如何使用電腦的并口和串口對外圍設備進行編程,如何讓電腦和Arduino互動了。

從科技創(chuàng)新大賽到STEM教育

在2010年上海市舉辦的世博會上,那些光怪陸離的互動媒體作品吸引了我們的目光。這些作品的核心是傳感器技術和控制技術。我和學生認為,運用Arduino完全可以搭建出類似的模型。于是,我開發(fā)了一門“互動媒體技術”校本課程,嘗試用Processing、Flash、VB等程序和Arduino互動。遺憾的是,Arduino雖好,卻沒有圖形化的編程界面,技術門檻較高。如果學生不具備一定的編程基礎,很難實現(xiàn)他們的創(chuàng)意。校本課程只有18個課時,剛剛為學生打好編程基礎,課程就要結束了,根本沒有時間讓學生在課堂上完成互動作品的制作。

這種困境一直持續(xù)到我發(fā)現(xiàn)了Scratch。Scratch支持傳感器板和樂高WeDo系列產品,學生只需拖曳圖標,就可以獲取外部傳感器的信息,并能控制外圍設備。在教育部教育儀器研究所王玥林老師和上海創(chuàng)客李大維的幫助下,我成功實現(xiàn)了用Arduino來模擬Scratch的傳感器板,還找到了Scratch的一款修改版本S4A。這樣,只要配合我和學生設計的繼電器插座,在課堂上就可以做智能家居的實驗了。

在尋找關于Arduino和Scratch的資源過程中,一個新的教育名詞STEM引起了我的關注,并和國內研究它的教師取得了聯(lián)系,如吳向東、吳俊杰等。于是2011年秋,我和吳俊杰、管雪沨、武健、柳棟等志同道合的老師在杭州西湖相聚。在這個小型聚會上,吳俊杰展示了STEM教學案例,我也介紹了幾個S4A學生作品。大家都對這種軟硬件結合的課程產生了莫大的興趣?;貋砗?,我以S4A為平臺重新開發(fā)“互動媒體技術”課程,將培養(yǎng)目標落在STEM素養(yǎng)上,引導學生把新奇創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實,開始從研究有用的技術轉向研究有趣的技術。相對于智能機器人,互動媒體技術側重于通訊和媒體展示,不僅適合具有科技特長的學生,也適合在藝術上有特長的學生學習。

這一年,我開始負責學校選修課程的建設工作,于是我有意識地引導其他學科老師開設跨學科的課程。如物理老師開設“基于傳感器的數(shù)字化實驗”,化學老師開設“科學視頻拍攝”等。好幾門課程和我的“互動媒體技術”課程一樣,先后入選省級網絡選修課程,并評為浙江省精品課程。

從STEM教育到創(chuàng)客教育

STEM如同一扇新推開的窗戶,讓陷入信息技術教學困境的老師找到一絲亮光。但是,一線老師開發(fā)基于STEM理念的課程是困難的,幾乎無從入手。2012年暑假,吳俊杰赴美國參加MIT的Scratch教育大會,回來后,通過貓友匯組織了一次小型會議?;顒拥玫搅私逃拷逃齼x器研究所梁森山和中國教育學會中小學信息技術教育專業(yè)委員會陳美玲老師的支持。我們針對Scratch、S4A和Arduino進行了討論。那天,我們還邀請了DFRobot的知名創(chuàng)客程晨。自從接觸了STEM,我們就自然而然地和國內的創(chuàng)客們建立了密切的聯(lián)系。我們都認為,創(chuàng)客和STEM之間有密切的關系,創(chuàng)客們玩的各種有趣的項目,就是典型的STEM項目。有趣的是,此時大洋彼岸,奧巴馬政府也在做同樣的工作。

隔年,吳俊杰發(fā)表文章《創(chuàng)客教育:開創(chuàng)教育新路》(《中小學信息技術教育》雜志2013年第4期),第一次提出“創(chuàng)客教育”一詞,并認為在“中小學中開展創(chuàng)客教育,開創(chuàng)教育新路應成為政府大力推動的一項教育行動”,引起了國內同行對創(chuàng)客教育的關注。受此影響,我們在商討2013年8月溫州中學舉辦的“第一屆中小學STEAM教育創(chuàng)新論壇”時,曾提出過“少年創(chuàng)客教育研討會”或“未來創(chuàng)客教育研討會”的名稱,但覺得要向公眾介紹“創(chuàng)客”一詞太復雜,最終放棄了。

雖然沒有用“創(chuàng)客”一詞,這屆論壇還是吸引了國內好多知名創(chuàng)客參加,有新車間的李大維,DFRobot的葉琛和程晨,MakeBlock的王建軍,奧松機器人的于欣龍以及北京創(chuàng)客空間的發(fā)起人肖文鵬等。如果說創(chuàng)客和教育的結緣,溫州舉辦的這屆論壇無疑是具有紀念意義的。在論壇上,我做了“創(chuàng)客文化和創(chuàng)新教育”的主題發(fā)言,分析了創(chuàng)客文化對創(chuàng)新教育的啟示,對“教育創(chuàng)客”名詞進行了具體介紹,并且接受李大維的建議,把學校的科技制作社活動場地開放出來,掛牌為“溫州中學創(chuàng)客空間”。

創(chuàng)客運動的本質就是教育,是面向所有人的教育,創(chuàng)客和教育者之間有著密不可分的關系。創(chuàng)客關注造物,崇尚造物,這正好是當前教育的最大短板。2013年10月的上海創(chuàng)客嘉年華活動,我和吳俊杰、管雪沨、李夢軍做了主題為“創(chuàng)客文化和STEM教育”的演講,介紹中小學的STEM教育,并呼吁更多的創(chuàng)客關注教育,為中小學提供造物資源,首次在民間的創(chuàng)客盛會上發(fā)出教育者的聲音。2014年4月,我和吳俊杰在全國最大的創(chuàng)客盛會——深圳制匯節(jié)的“創(chuàng)客和教育”論壇上做了主題演講“創(chuàng)客教育,醞釀一場新的邊緣革命”。在來自國際的20個專題演講中,僅我們兩人是國內代表,用中文演講。我們提出創(chuàng)客教育將帶來一場革命,這場革命從邊緣學科開始,更容易取得成功。這一提法讓國內創(chuàng)客圈頗為振奮,當時各家媒體的報道中,很多直接選擇了我們的演講題目作為標題?!皠?chuàng)客教育”一詞開始為公眾接受,并頻繁出現(xiàn)在各大媒體網站上。

創(chuàng)客教育的進一步發(fā)展

“創(chuàng)客教育”一詞雖然已經在各媒體出現(xiàn),也很快被圈內從事Scratch教學的教師所接受,但是愿意去研究硬件的教師卻非常少。我們開始思考如何加快Arduino的普及,以及如何為中小學老師提供創(chuàng)客教育課程。吳俊杰提出開源課程的想法,但是教師們公開的往往是零星的課程資源,不能形成體系。

2014年2月,南京師范大學鐘柏昌博士派了三位研究生到我校做關于Arduino的國家級課題的研究。在DFRobot的支持下,我和研究生們設計了一套教學器材,編寫了教材,開了一門“Arduino創(chuàng)意機器人”課程。通過ArduBlock的作者何琪辰,我們也優(yōu)化ArduBlock并推出教育版。我們在教學中逐步優(yōu)化教材和器材,拍攝了一系列微課,整理出相對完整的課程資源,并決定采用CC協(xié)議,完全開源這一課程,甚至聲明不保留任何版權,作為國內開源課程的范例。

我一直認為,創(chuàng)客教育的最大特點就是開源、可復制,所以溫州中學的創(chuàng)客空間就一直很簡陋,不加修飾。2014年學期初,溫州實驗中學希望開展創(chuàng)客教育,建創(chuàng)客空間,只是苦于沒有師資也沒有經驗。我們開始整理創(chuàng)客空間的建設方案,并且讓兩位研究生去溫州實驗中學兼課,同時培訓學校教師。很快,溫州其他學校也開始復制課程了,如樂清中學和昆陽二小等。下半年,北京師范大學又派了兩位科學教育的研究生來實習,更多的課程在開發(fā)研究中,如App Inventor、Blockly等,還建立了QQ群專門解答各類問題。11月,溫州電教館在溫州實驗中學成功舉辦了全市首屆青少年創(chuàng)客文化節(jié),成立了國內第一個市級的創(chuàng)客教育協(xié)會。

同年4月,“第二屆中小學STEAM教育創(chuàng)新論壇”在常州舉辦。這屆論壇吸引了23個省市的老師參加,并邀請了臺灣的許惠美和蔡凱如老師做分享,在線直播用戶超過1000人,還驚動了CCTV。隨后的6月,在清華大學舉辦的“中美創(chuàng)客大賽”的“創(chuàng)客與教育”論壇邀請我和吳俊杰演講。我們選擇了“柔軟地改變教育”這一主題。我們希望有更多的人關注創(chuàng)客教育。雖然當前教育存在種種問題,但是不要抱怨,大家都去改變這一現(xiàn)狀,創(chuàng)客教育是很好的切入點。這一觀點得到聽眾的認同,《中國教育報》以《創(chuàng)客:柔軟地改變教育》為標題,整版報道了這場論壇。

11月,上海創(chuàng)客嘉年華活動邀請我籌劃創(chuàng)客教育論壇。我作為主持人,邀請吳俊杰、管雪沨,還有上海師范大學的黎加厚教授等演講。論壇的主題是“迎接創(chuàng)客教育的引爆點”,因為我們都隱約預感到,創(chuàng)客教育已經到了爆發(fā)的臨界點。12月,《中國教育報》以《溫州:創(chuàng)客空間里的夢想時光》為題整版報道了溫州的創(chuàng)客教育。沒過多久,韓國媒體《中央日報》轉載這一報道,并指出溫州的創(chuàng)客教育值得效仿。這一報道再被參考消息的官網轉載回來,引起國內眾多媒體的關注。

結 語

2015年3月,政府工作報告中提出“大眾創(chuàng)業(yè),萬眾創(chuàng)新”。5月,全國青少年創(chuàng)客教育聯(lián)盟在溫州成立。一時間,各種創(chuàng)客教育團隊紛紛冒出,各地的創(chuàng)客教育聯(lián)盟也紛紛成立。我們既欣喜,也擔憂。畢竟創(chuàng)客教育不等于科技創(chuàng)新教育,不等于機器人教育,也不等于STEM教育,更不等同于創(chuàng)業(yè)教育。要不,我們這些草根何苦為改變國內教育現(xiàn)狀而這樣一路求索?回顧自己的經歷,如果說從機器人教育到STEM,僅僅是為了拓展機器人的教育目標,而從STEM到創(chuàng)客教育,則是我真正體會到讓學生愛上造物,在造物中學習,在造物中研究,比什么都重要。

創(chuàng)客教育怎么開展?創(chuàng)客教育關注“創(chuàng)”還是“造”?創(chuàng)客教育和勞技、手工課是什么關系?這些問題都是很多初涉創(chuàng)客教育的教師經常問的。我想,隨著創(chuàng)客教育越來越受重視,如祝智庭、黎加厚、黃榮懷、羅星凱、余勝泉等專家學者的介入研究,這些問題最終能得到很好的解決。還等什么,拿出創(chuàng)客精神來,先去做吧。

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