郝新春

摘要：隨著“創(chuàng)客運動”的興起，“創(chuàng)客教育”在中小學(xué)得到了迅速推廣。創(chuàng)客教育集創(chuàng)新教育、體驗教育、項目學(xué)習(xí)等思想為一體，契合了學(xué)生富有好奇心和創(chuàng)造力的天性。該文對創(chuàng)客教育產(chǎn)生和發(fā)展的歷史背景、定義及相關(guān)理論進行了歸納。開展“創(chuàng)客教育”需要平臺來支撐，選擇什么樣的創(chuàng)客平臺更合適中小學(xué)，該文以Snap+Arduino平臺為例，以開設(shè)選修課的形式進行了嘗試。通過問卷調(diào)查、訪談、課例觀察等方法對課程開設(shè)后的情況進行了跟蹤。實驗顯示snap+Arduino平臺在促進教與學(xué)方式轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生主動探究、個性化學(xué)習(xí)方面更有效，符合創(chuàng)客教育“將知識性、實踐性、創(chuàng)造性融入教學(xué)活動中，促進教與學(xué)模式的轉(zhuǎn)變”的理念。該研究為創(chuàng)客教育提供了良好的教學(xué)范例，為創(chuàng)客教育的推廣提供了可借鑒的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)客；創(chuàng)客教育；Snap；Arduino

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

“創(chuàng)客”一詞來源于英文單詞“Maker”或“Hacker”，指酷愛科技、熱衷實踐、樂于分享，努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的人。什么是創(chuàng)客教育，目前沒有統(tǒng)一的概念。有文獻認為創(chuàng)客教育是創(chuàng)客運動與教育的融合。也有文獻認為創(chuàng)客教育是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)所需的知識、視野、能力等方面的教育行為。筆者認為，創(chuàng)客教育有廣義和狹義之分。廣義的創(chuàng)客教育指以培養(yǎng)大眾、學(xué)習(xí)者、特別是青少年學(xué)生創(chuàng)新精神的教育形式。狹義的創(chuàng)客教育指教學(xué)活動——通過設(shè)置環(huán)境、課程、活動等，將知識性、實踐性、創(chuàng)造性融入教學(xué)活動中，促進教與學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，滿足未來社會對人才的需求。

“十二五”以來國家非常重視教育信息化。通過近20年的發(fā)展，教育信息化取得了非常大的成就。比如網(wǎng)上遠程學(xué)習(xí)、MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、智慧校園、以電子考試取代紙質(zhì)卷面考試等等，得到了廣泛應(yīng)用。在提高教學(xué)效率，確保師生獲得高質(zhì)量的教學(xué)體驗方面效果明顯。但信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用沒有從根本上改變傳統(tǒng)的“以老師為中心，以課堂為中心、以教材為中心、以考試為中心、以知識為中心、以教為中心”的教育模式。現(xiàn)在是“信息時代”，信息時代對人才的要求，除了具備“知識”，還要能“做”會“創(chuàng)”（如圖1所示）。傳統(tǒng)的教育模式更多關(guān)注的是“學(xué)”，即知識的傳遞，忽略“做”和“創(chuàng)”的環(huán)節(jié)。為了適應(yīng)迅猛發(fā)展的信息時代對人才培養(yǎng)的要求，需要建立“以學(xué)生為中心、以動手為中心，以創(chuàng)新為中心，以解決實際問題為中心、以能力為中心”的新型教育培養(yǎng)模式?！皠?chuàng)客教育”以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力為重點，以培養(yǎng)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)與自我發(fā)展的主體精神為前提，符合這種培養(yǎng)模式的要求，更符合“數(shù)字孩子”的特質(zhì)，能夠賦予孩子們更多自由暢想以及實踐體驗的機會，帶給他們更多學(xué)習(xí)的樂趣。

通過查閱大量有關(guān)創(chuàng)客教育理論的資料，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)客教育背后蘊含著豐富的教學(xué)理論。如約翰·杜威（John Dewey）的“從做中學(xué)”（Learning by Doing）”理論；陶行知先生的生活教育理論（生活即教育，社會即學(xué)校，教學(xué)做合一）；讓·萊夫（Jean Lave）與愛丁納·溫格（Etienne Wenger）的情境學(xué)習(xí)（Situated Learning）理論；皮亞杰（J.Piaget）的建構(gòu)主義（Constructivism）學(xué)習(xí)理論以及上世紀美國興起的合作學(xué)習(xí)（Learning Together）理論等。這些理論在創(chuàng)客教育中得到了充分體現(xiàn)，所以創(chuàng)客教育是未來創(chuàng)新教育發(fā)展的必然之路。

一、背景

（一）創(chuàng)客教育的平臺

創(chuàng)客教育落實到學(xué)校層面是教學(xué)活動。教學(xué)活動的開展離不開平臺，創(chuàng)客教育的平臺非常廣泛。Arduino開源軟硬件、3D打印技術(shù)、智能機器人設(shè)計制作、無人機、Arduino+Scratch創(chuàng)意制作、繪畫、木工、甚至泥瓦和布藝等都可以作為創(chuàng)客教育的平臺。本文以Snap+Arduino平臺為例，研究其在創(chuàng)客教育中的應(yīng)用。

（二）Arduino簡介

Arduino是一個基于單片機的人機互動開源產(chǎn)品開發(fā)平臺，由于其具有高度的模塊化特點，有時也叫它“電子積木”。Arduino的硬件包括基于AVR單片機的主控電路板，以及大量的各式輸入/輸出電子模塊如開關(guān)輸入模塊、溫度壓力傳感器模塊、超聲測距傳感器模塊、各類顯示輸出模塊及電機控制模塊等。由于Arduino豐富的外圍模塊、容易掌握的開發(fā)語言和環(huán)境、大量的庫支持，使得基于Arduino的電子互動產(chǎn)品設(shè)計越來越多。Arduino在創(chuàng)客教育中扮演著非常重要的角色。

（三）多種平臺，選擇Snap+Arduino

Arduino編程環(huán)境有基于文本和基于圖形兩大類，前者包括Arduino IDE、SMeshStudio等。后者即圖形化編程，主要有Ardublock、mBlock、Mixly、Scratch等。通常的創(chuàng)客教育平臺是他們的組合，如Arduino+IDE，Ardublock+Arduino，mBlock+Arduino，Mixly+Arduino和Scratch+Arduino等。這些平臺各具特色，也各有弊端。如編程功能不完善，系統(tǒng)擴展性不強，不便于二次開發(fā)等。

以“Snap+創(chuàng)客教育”作為關(guān)鍵詞在互聯(lián)網(wǎng)上搜索，獲得的相關(guān)內(nèi)容非常少。說明Snap軟件在國內(nèi)的應(yīng)用很少，但在國外，Snap軟件的應(yīng)用非常普及。為此我們專門選擇了Snap+Arduino創(chuàng)客教育平臺進行研究。

（四）Snap簡介

Snap原名BYOB（Build Your Own Blocks），由加州大學(xué)伯克利分校在Scratch基礎(chǔ)上開發(fā)，于2015年推出。與Scratch一樣，Snap軟件采用可視化拖放式編程，可以與所有版本的Arduino控制板進行無縫交互。與目前使用的Scratch相比：（1）增加了許多新的模塊，可以連接更多傳感器，更容易、更方便制作復(fù)雜電子作品，滿足不同學(xué)生的個體需求；（2）新增Arduino可轉(zhuǎn)譯項目，轉(zhuǎn)出的項目為代碼形式在Arduino IDE中編譯加載到控制板，呈現(xiàn)形式更加豐富；（3）允許用戶添加自己制作的“積木模塊”，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，使學(xué)生獲得充分發(fā)展；（4）增加了“云數(shù)據(jù)”，能更好的適應(yīng)未來發(fā)展需求。如圖2所示為Snap軟件的編程界面。

二、教學(xué)設(shè)計

（一）教學(xué)內(nèi)容

為了便于學(xué)校安排課程，同時兼顧實驗可信度，按一個學(xué)期（20周/學(xué)期，2個課時倜）設(shè)計了8個單元32個案例的課程。所有案例基于Snap+Arduino平臺。對象為5—6年級和初中1—2年級學(xué)生，選課時給了學(xué)生充分的選擇自由。每個案例從生活感受和生活事件出發(fā)（生活化、情境化），由淺入深，同時具有一定的新穎性，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。案例配有“知識小講堂”“生活小常識”等欄目，由“情景引入、實驗器材、設(shè)計方案、電路連接、編寫程序、思維拓展”環(huán)節(jié)組成，每個環(huán)節(jié)錄制有微視頻。完成案例不需要特殊的工具或者高級的采購?fù)緩?，使用普通物料即可?/p>

（二）教學(xué)目標

按照教育部《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》規(guī)定的“三維目標”要求，本研究確定教學(xué)目標如下：

1.知識與技能

學(xué)生通過老師指導(dǎo)，觀看微視頻或參考教程能模仿Snap程序，連接Arduino控制板，編寫調(diào)試類似的應(yīng)用程序，如畫一個樹、點亮LED燈、采集傳感器數(shù)據(jù)等，體驗把物理世界與計算機世界連接起來的過程和方法。通過“走進程序世界，用程序解決實際問題”體會“科學(xué)就在我身旁、程序改變世界”。

2.過程與方法

學(xué)生以小組為單位，通過動手、合作學(xué)習(xí)解決身邊的一些實際問題。如自己制作一段音樂，把燈變成聲控的，把垃圾桶變成自動的，給水龍頭安裝檢測裝置等等，培養(yǎng)自覺學(xué)習(xí)、實踐、創(chuàng)新的行為。倡導(dǎo)通過行動和實踐去發(fā)現(xiàn)問題和需求、并努力找到解決方案的精神。體驗做一名“工程師”的快樂與成就感。

3.情感態(tài)度與價值觀

學(xué)會在生活中用多種方法表達思想和情感。在與同學(xué)交流中能客觀地對自己或他人的學(xué)習(xí)過程和作品進行反思和評價，從別人的優(yōu)秀作品發(fā)展自己的能力。

（三）教學(xué)實施

遵循創(chuàng)客教育“做中學(xué)，學(xué)中做”和“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，教學(xué)活動圍繞學(xué)生組織和開展。每2-4位同學(xué)組成一個小組，參與并完成案例中的任務(wù)。任務(wù)完成后提交作品、進行匯報，在“做”和“動”的過程中獲得知識。下面以第二單元中“小小紅綠燈”一課為例，展示教學(xué)過程（適用年級：5-6，設(shè)計時長：60分鐘）。

1.情景引入，建立概念

本課設(shè)計一個“交通信號燈”，在教學(xué)方法上采用以問題為導(dǎo)向的任務(wù)驅(qū)動法和互動教學(xué)法。老師先向同學(xué)提出問題，“沒有紅綠燈的十字路口會是什么樣的？”，然后引導(dǎo)同學(xué)用Snap的繪圖及動畫功能描繪一個混亂的場景（如圖3所示）。

通過情景引入，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并提出要解決的問題，明確本節(jié)課的任務(wù)。

2.動手實踐，發(fā)現(xiàn)問題

按步驟設(shè)計制作交通信號燈：（1）列出元器件清單；（2）按照教程提供的硬件連接圖將Arduino控制板、紅、黃、綠燈、面板板及電腦連接在一起來；（3）在Snap平臺上編制控制程序，并配套動畫。上述步驟除了配套的微視頻，課堂上要求老師給學(xué)生一些提示，比如常用傳感器的介紹，Snap軟件的介紹，面包板使用注意事項等。學(xué)生在完成任務(wù)過程中遇到的各種問題，如開發(fā)板沒連上、元器件連接不正確、元器件或控制板損壞、傳感器不能正常工作、程序錯誤等等，這都需要學(xué)生逐一排查，鼓勵學(xué)生自己解決，老師加以輔助。這種挫折式教育在學(xué)生教育中必不可少，耐挫性也是學(xué)生成長過程中必須具有的能力。

3.師生互動，突破難點

就教師而言，自己在學(xué)生設(shè)計活動中擔(dān)任的任務(wù)是引導(dǎo)輔呦，角色從知識的傳授者、教學(xué)的組織領(lǐng)導(dǎo)者轉(zhuǎn)變成為學(xué)習(xí)過程中的咨詢者、指導(dǎo)者和伙伴。在解決項目的過程中，老師和學(xué)生形成“學(xué)習(xí)共同體”，在平等的學(xué)習(xí)環(huán)境中相互合作，共同促進，共同提高。改變傳統(tǒng)的“照本宣科”“老師獨犬”的教學(xué)方式。

4.思維拓展，啟發(fā)創(chuàng)新，建立興趣

課程采用“一課一主題、一題一結(jié)果”模式。每節(jié)課結(jié)束的時候，教師對本節(jié)課進行分析總結(jié)，內(nèi)容包括“尋求幫助、回顧反思、分享交流、拓展提高”。讓學(xué)生在互“玩”的過程中分享彼此成果，盡情感受“學(xué)習(xí)可以更快樂”，進而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造激情，培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)性。圖4、圖5為“小小紅綠燈”一課的效果展示。

（四）教學(xué)評價

成果評價：課程采用成果導(dǎo)向的評價體系，綜合評判學(xué)生創(chuàng)作的外顯成果，重在考核學(xué)生的知識遷移、運用能力以及創(chuàng)新、創(chuàng)造力。

過程評價：改變傳統(tǒng)的單一考試評價模式，將學(xué)習(xí)過程納入評價指標。從項目的選定到最后項目的實施與完善，學(xué)生全程參與。學(xué)生“既是運動員，又是裁判員”，在整個過程中承擔(dān)了項目設(shè)計者、實施者、管理者、優(yōu)化者等多重角色，并在這個過程中發(fā)展創(chuàng)新思維，提升動手和解決實際問題的能力。

相互評價：課程中增加“互助互學(xué)”板塊，學(xué)生也參與到課程評價中，通過同伴互評的方式實現(xiàn)學(xué)生間的互評互學(xué)，完善學(xué)習(xí)評價機制。

三、教學(xué)成效分析

（一）調(diào)查方式

為驗證實驗效果，對師生及部分家長進行了調(diào)查，并對結(jié)果進行統(tǒng)計分析。調(diào)查采用了隨堂聽課、調(diào)查問卷、老師訪談等方法。

隨堂聽課是對教師的課堂進行觀察。主要內(nèi)容是Snap+Arduino平臺實施情況、教學(xué)效果，教學(xué)過程中遇到的問題等。

調(diào)查問卷的對象是學(xué)生，主要內(nèi)容是從學(xué)生的喜歡程度、適應(yīng)情況、學(xué)習(xí)習(xí)慣等。

訪談針對實驗學(xué)校老師、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)及部分家長，主要內(nèi)容是對創(chuàng)課教育的理論認識、資金承受能力、難題與困惑等。

（二）結(jié)果分析

1.Snap軟件是一款圖形化的適合兒童編寫程序設(shè)計的軟件，它直觀、形象，編程就像是搭積木，能做出動畫、小游戲，通過與Arduino組合，可以連接各種傳感器及外部裝置，把物理世界與計算機世界很好地聯(lián)系在一起。

試卷發(fā)出300份，收回有效問卷221份。從統(tǒng)計情況看，約89%的同學(xué)喜歡Snap軟件，86%的同學(xué)喜歡Arduino。說明學(xué)生普遍喜歡Snap編程軟件、Arduino開源硬件及創(chuàng)客教育這種開放的教學(xué)方法，對課程中基于Snap+Arduino平臺的案例表現(xiàn)出了較大的學(xué)習(xí)熱情（如下表所示）。

2.Snap軟件功能強大但入門簡單，門檻低，不需要老師掌握很多專業(yè)的程序語句和語法，教師可以將更多時間放在課堂上。Arduino是當(dāng)前最流行的控制板，將Snap+Arduino作為創(chuàng)客教育平臺引入到中小學(xué)課堂，可以讓師生接觸到最新的前沿知識。

3.基于Snap+Arduino平臺設(shè)計的案例需要學(xué)生動手實踐，滿足培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、實踐能力要求。順應(yīng)了創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)時代所需，不僅能夠推動學(xué)校創(chuàng)新教育，還將帶動社會公眾創(chuàng)新素養(yǎng)的提升以及社會創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)文化的形成。對培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、探究精神、邏輯思維能力和創(chuàng)作力、發(fā)展學(xué)生的綜合素質(zhì)等具有特別重要的意義。

四、項目結(jié)果評價

1.本研究以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、情境學(xué)習(xí)理論和“從做中學(xué)”理論為基礎(chǔ)，歷時一年多，前期準備了教程、微視頻、配套教具等。教學(xué)目標是培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐和操作能力，強調(diào)“知識理解于頓悟，能力形成于過程”。在教學(xué)過程中，通過構(gòu)建有效的課堂互動教學(xué)模式，重構(gòu)課堂學(xué)習(xí)場景，變革了學(xué)習(xí)方式，符合“堅持以學(xué)生為中心的核心理念，鼓勵學(xué)生采用自主、協(xié)作、探究的方式進行主動性學(xué)習(xí)”的新課改精神。為建立以學(xué)生為中心的新教學(xué)模式提供了實踐經(jīng)驗，也為今后的課程改革提供了教學(xué)典范。

2.基于Snap+Arduino平臺的創(chuàng)課教育模式秉承快樂學(xué)習(xí)、體驗學(xué)習(xí)等理念，將學(xué)生的學(xué)習(xí)過程由“study”變成了“play”，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，激發(fā)和強化了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體作用，讓學(xué)生在動手中思考，在思考中學(xué)習(xí)新知識，讓學(xué)生把自己的想法通過動手實踐呈現(xiàn)出來。符合“數(shù)字孩子”的特點，也符合未來教育的發(fā)展規(guī)律。

3.本研究的案例從學(xué)生的家庭生活、校園生活、社會現(xiàn)象等生活場景出發(fā)，注重與學(xué)生生活、社會實際和科技發(fā)展相聯(lián)系，強調(diào)將知識應(yīng)用于生活場景中解決現(xiàn)實問題。學(xué)生可以親身體驗抽象的理論如何變成觸手可及的答案，讓學(xué)生基于生活現(xiàn)實來理解知識價值。為學(xué)生提供獲取知識的多種渠道以及將所學(xué)知識加以綜合應(yīng)用的機會，對激發(fā)學(xué)生的潛能以及促進學(xué)生的創(chuàng)新等方面具有重要意義。

4.“教欲行，師先行”。在本研究中，教師知識結(jié)構(gòu)和角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，教師不單純是知識的“傳授者”，而是學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、組織者。教學(xué)過程需要教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、尋求方法解決問題，要求教師有較強的教學(xué)組織能力，對教師的教學(xué)設(shè)計與課堂調(diào)控方面都有著較高的要求。很多問題可能是老師從來沒有思考過的，促使老師積極思考，挑戰(zhàn)自我。為全面提升學(xué)校教育信息化水平，促進教師自身教學(xué)技能、信息化素養(yǎng)的提高起到了積極的推動作用。

五、結(jié)語

本研究實驗結(jié)果表明，Snap+Arduino作為創(chuàng)客教育平臺鼓勵學(xué)生采用自主、協(xié)作、探究的方式進行主動性學(xué)習(xí)，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)動力，提高學(xué)生動手能力，把學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生，學(xué)生從知識的消費者變成知識的創(chuàng)造者。教師知識結(jié)構(gòu)和角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，教師不再僅僅是教育者，還是受教育者，是學(xué)習(xí)共同體中的合作伙伴。

當(dāng)然，作為一種新的教學(xué)模式，本研究也存在不足的地方。比如這種模式下對滿足學(xué)生個性化差異做的不夠，老師指導(dǎo)和小組合作學(xué)習(xí)有時難以照顧到全部學(xué)生。發(fā)現(xiàn)能力稍“弱”的學(xué)生在小組協(xié)作時領(lǐng)到的任務(wù)相對比較少，或者說比較簡單，使得這樣一些學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中得不到應(yīng)有的提高。在今后的研究和教學(xué)實踐中，我們會引入分層次教學(xué)的有關(guān)研究進行探索。