韓利 張洪 李虹瑩

摘要：創(chuàng)客教育是一種注重創(chuàng)新實踐和合作分享的教育活動，信息技術(shù)課程又是中小學學科中一門知識性與技能性相結(jié)合的基礎工具課程，開展基于創(chuàng)客教育的信息技術(shù)教學的創(chuàng)新與實踐順應時代潮流和需要。文章探討了將創(chuàng)客教育理念融合到信息技術(shù)教學中的創(chuàng)新與實踐理論模式（IDDITCS），分為構(gòu)想創(chuàng)意課題、設計創(chuàng)客項目、設計創(chuàng)客子項目、模仿子項目、講解拓展知識內(nèi)容、協(xié)同設計與制作總項目、分享評價完善七個步驟。并以信息技術(shù)課程“算法與程序設計”和“電子控制技術(shù)”模塊的教學內(nèi)容為依托，使用Arduino作為嵌入式服務器的主控制器和Mixly編程軟件，以制作智能家居系統(tǒng)為主題進行一系列基于創(chuàng)客教育的信息技術(shù)課程創(chuàng)新探討。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)客教育;信息技術(shù)課程;創(chuàng)客教學模式

中圖分類號：G421? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2020）02-0026-05

一、研究背景

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代背景下，素質(zhì)教育的呼聲日益高漲，而創(chuàng)客教育作為融合信息技術(shù)的教育產(chǎn)物受到了前所未有的關(guān)注。教育部辦公廳關(guān)于征求對《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》的通知中要求探索創(chuàng)客教育等新教育模式，使學生具有較強的信息意識和創(chuàng)新意識。

“創(chuàng)客”一詞源于英文單詞“Maker”，指出于興趣與愛好，將創(chuàng)意變成現(xiàn)實的人，通常創(chuàng)客指的是應用新軟件、新硬件將創(chuàng)意變成實際產(chǎn)品的人[1]。祝智庭總結(jié)了創(chuàng)客教育的內(nèi)涵，以信息技術(shù)的融合為基礎，傳承了體驗教育、項目學習法、創(chuàng)新教育、DIY的思想，鼓勵學生利用新技術(shù)來設計、制作、分享和跨時空的學習，通過實踐將自己的想法變成現(xiàn)實[2]。由此可以看出創(chuàng)客教育是一種注重創(chuàng)新實踐和合作分享的教育活動，可拓展學生的體驗和想象力，提高學生動手操作能力，這正是素質(zhì)教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的訴求。

信息技術(shù)作為一門注重實踐應用的綜合課程，是培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)的基礎課程。信息技術(shù)課程又是中小學學科中一門知識性與技能性相結(jié)合的基礎工具課程，重點培養(yǎng)能夠獨立思考的創(chuàng)造者，這與創(chuàng)客教育注重實踐和創(chuàng)造的理念不謀而合。開展基于創(chuàng)客教育的信息技術(shù)教學創(chuàng)新與實踐，既順應了時代潮流和需要，也有利于信息技術(shù)教學的發(fā)展。那么，如何在創(chuàng)客教育背景下推動中學信息技術(shù)教學的創(chuàng)新與實踐？本文將就此展開深入探討。

二、信息技術(shù)課程教學現(xiàn)狀分析

中高考的壓力，使得信息技術(shù)教學的實際效用出現(xiàn)了一些偏差。信息技術(shù)課程的教學往往采用單一的傳統(tǒng)講授式教學方法，教學內(nèi)容滯后，強調(diào)教學內(nèi)容的系統(tǒng)性和邏輯性，按照直線式組織教學內(nèi)容，難以激發(fā)學生的學習興趣。

隨著開源軟件和硬件的發(fā)展，每個人都可以成為創(chuàng)客，中學信息技術(shù)課程教學也需要緊跟時代潮流，轉(zhuǎn)變只教授內(nèi)容的教學觀念。創(chuàng)客教育鼓勵學生創(chuàng)造和創(chuàng)新，引導學生利用數(shù)字技術(shù)將自己的想法變?yōu)楝F(xiàn)實產(chǎn)品，進行設計、制作、分享的學習。即使沒有高額的設備經(jīng)費投入，每間教室也可成為創(chuàng)客空間，可以通過在教室里搭建創(chuàng)客空間，開發(fā)創(chuàng)新的信息技術(shù)課程，使創(chuàng)客教育理念融合到信息技術(shù)教學當中成為一種可能。

具體怎樣才能將創(chuàng)客教育理念融合到信息技術(shù)教學的創(chuàng)新與實踐中呢？我們需要探討創(chuàng)客教學法的應用模式，很多學者給出了他們的想法。郭曉珊等人提出了“創(chuàng)客”學習模式：專題學習、創(chuàng)意構(gòu)想、設計開發(fā)、實踐應用。朱龍、胡小勇提出面向創(chuàng)客教育的設計型學習模式，以實踐項目為引導，融合學科知識，包含探究設計反思等環(huán)節(jié)[3]。徐暢提出了確定項目、設計路徑、項目實施、分享完善的模式。

IDMSE創(chuàng)客教學法是指創(chuàng)意（Idea）—設計（Design）—制作（Maker）—分享（Share）—評價（Evaluation），教師和學生各自將上述步驟貫穿于教學過程設計中[4]。教師創(chuàng)設學習情境，學生創(chuàng)作項目作業(yè)，體現(xiàn)雙主體教學模式。

SCS創(chuàng)客教學法包括七個步驟：情懷故事引入（Story）、簡單任務模仿（Copy）、知識要點講解（State）、擴展任務模仿（Copy Extended）、創(chuàng)新激發(fā)引導（Stimulate）、協(xié)同任務完成（Cooperation）、成功作品分享（Share）。[5]

分析上述學者提出的創(chuàng)客教學模式，首先，不管是“專題”“實踐項目”還是“創(chuàng)意”“情懷故事”，都傳承了項目學習法的理念，即“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”，在一定的時間內(nèi)教師提出或者教師引導學生選擇、計劃、提出一個項目構(gòu)思，然后教師再引導學生明確項目所要解決的實際問題是什么，筆者將這一步驟稱為構(gòu)想創(chuàng)意課題。

其次，綜合上述學者的“設計路徑”“簡單任務”“設計”的表述，可得出第二個步驟是教師和學生根據(jù)提出的創(chuàng)意課題來設計相關(guān)主題的項目，即討論最后所要呈現(xiàn)的創(chuàng)意課題相關(guān)的成品和結(jié)果。這一步驟筆者總結(jié)為設計創(chuàng)客項目。

再次，“開發(fā)”“實施”“制作”等是進入第三個步驟的表述，但提法比較籠統(tǒng)抽象。第二個步驟提出要開發(fā)的各個項目，而具體實施開發(fā)制作的過程并不容易，這涉及到新的應用于信息技術(shù)課堂的創(chuàng)客教學法與傳統(tǒng)信息技術(shù)教學方法的碰撞與沖突，那么如何最大程度地緩和這個矛盾，既能兼顧信息技術(shù)課程教學內(nèi)容要求，又能體現(xiàn)實踐創(chuàng)新創(chuàng)造的理念呢？這需要將實施、開發(fā)、制作細分為幾個步驟，筆者借鑒SCS創(chuàng)客教學法將第三個步驟細化為設計創(chuàng)客項目、設計創(chuàng)客子項目、模仿子項目、講解拓展知識內(nèi)容等。

然后是“實踐應用”和“協(xié)同作品完成”，即將創(chuàng)意課題做成成品。筆者將這一步驟稱為協(xié)同設計與制作總項目。最后，幾位學者提到了“探究設計反思”“分享評價”“分享完善”“成功作品分享”，即通過分享完善作品進行評價，筆者稱之為“分享評價完善”步驟。

綜上所述，本文提出了如何把創(chuàng)客教育理念融合到信息技術(shù)教學中的創(chuàng)新與實踐理論模式：構(gòu)想創(chuàng)意課題（Image Topic）、設計創(chuàng)客項目（Design Project）、設計創(chuàng)客子項目（Design Subproject）、模仿子項目（Imitate Subproject）、講解拓展知識內(nèi)容（Teach And Broaden Knowledge）、協(xié)同設計與制作總項目（Cooperate Production）、分享評價完善（Share And Evaluation）七個步驟，簡稱IDDITCS模式。

下面，筆者將運用IDDITCS模式，以信息技術(shù)課程“算法與程序設計”和“電子控制技術(shù)”模塊的教學內(nèi)容為依托，使用Arduino作為嵌入式服務器的主控制器和Mixly編程軟件，以制作智能家居系統(tǒng)為主題進行一系列基于創(chuàng)客教育的信息技術(shù)課程創(chuàng)新探討。

三、案例設計

1.選用“算法與程序設計”和“電子控制技術(shù)”模塊的原因

信息技術(shù)科目的選修部分“算法與程序設計”與部分安排在“通用技術(shù)”科目必修模塊《技術(shù)與設計Ⅱ》的“控制與設計”主題和選修模塊“電子控制技術(shù)”主題，可融合創(chuàng)客教育理念于信息技術(shù)課堂教學中。

（1）“算法與程序設計”模塊融合創(chuàng)客教育理念進行創(chuàng)新教學的可能性與現(xiàn)實性分析

“算法與程序設計”模塊的學習一般設置在高二上學期，是信息技術(shù)的選修內(nèi)容，沒有統(tǒng)一的學業(yè)評價方式。教學的目的是使學生在原有基礎上進一步體驗算法思想，了解算法和程序設計在解決問題過程中的地位和作用，能從簡單問題出發(fā)設計解決問題的算法，并能初步使用一種程序設計編程語言編制程序，實現(xiàn)算法解決問題。所以信息技術(shù)課程標準中對“算法與程序設計”這一模塊的總體要求并不是讓學生掌握某種程序語言，而是通過某種程序語言實現(xiàn)算法解決實際問題的過程，其重點還是讓學生掌握解決問題的方法和提升學生的計算思維。

這部分內(nèi)容教師難教，學生難學。主要原因是知識內(nèi)容枯燥難懂，學生起點低，一般的講授難以提起學生的學習興趣，沒有自身經(jīng)驗的驅(qū)動，學生難以理解學習內(nèi)容。目前比較好的方式是教師編寫例題，把知識點放在學生生活的問題情境中，讓學生思考解決問題的方法。這種方法雖然給學生創(chuàng)造了貼近生活的學習情境，卻不如直接動手實踐更能促進知識的學習和內(nèi)化，而這部分內(nèi)容又操作性很強，比較強調(diào)動手實踐。

還有一種教學方式是依托VB或Scratch編程軟件。VB是面向?qū)ο蟮某绦蛟O計語言，但是界面枯燥單一，沒有太多色彩，難以刺激學生的感官，吸引學生的注意力。Scratch界面比較活潑，創(chuàng)作出來的是動畫或游戲，但只可在電腦上瀏覽動態(tài)成果。如果把創(chuàng)客理念融入到這部分內(nèi)容的教學過程中，運用Mixly編程工具搭載Arduino創(chuàng)客套件，成品變成了現(xiàn)實世界中可觀可感的科技小發(fā)明，比起動畫實物成品更能激發(fā)學生的學習興趣，使學生沉浸在虛擬數(shù)字世界與現(xiàn)實感官世界的學習環(huán)境中，將理論與實踐真正結(jié)合起來，引導學生注意尋找、發(fā)現(xiàn)身邊的實際問題，并動手創(chuàng)造作品，促進程序設計這部分知識的掌握。

Mixly編程工具是北京師范大學教育學部創(chuàng)客教育實驗室付騫老師團隊開發(fā)的圖形化Arduino編程軟件，其界面簡潔、操作簡單，拋棄了復雜的程序代碼，使用積木式的堆疊法來完成程序的編寫，既符合學生的認知水平，又能滿足學生的求知欲，使學生接觸了程序設計的思維領(lǐng)域。

（2）“電子控制技術(shù)”模塊融合創(chuàng)客教育理念進行創(chuàng)新教學的可能性與現(xiàn)實性分析

信息技術(shù)的部分相關(guān)內(nèi)容安排在“通用技術(shù)”科目中，在選修部分中設置“電子控制技術(shù)”和“建議機器人制作”兩個模塊。在《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》中，電子控制技術(shù)是運用電子電路實現(xiàn)信息和能量改變的技術(shù)。“電子控制技術(shù)”模塊為學生提供了學習設計和制作電子控制系統(tǒng)的機會，以便學生接觸和嘗試解決更具有趣味性、更富有價值的技術(shù)問題。

這部分教學內(nèi)容的教授方法主要是理論講授，其內(nèi)容復雜抽象，需要學生動手實踐內(nèi)化知識。筆者通過文獻閱讀發(fā)現(xiàn)，一些教師確實探索了電子控制課程實驗平臺，但實驗平臺的程序設計環(huán)境采用WAVE 6000，對于高中生來說，這種編程環(huán)境中的代碼設計過于復雜。

電子控制技術(shù)分設傳感器、數(shù)字電路、電磁繼電器、電子控制系統(tǒng)及應用5個模塊。Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包括開源硬件和Arduino IDE。Arduino是現(xiàn)實世界的連接者，輸入現(xiàn)實世界中光線、聲音、溫度、各類按鈕操作等要素，通過編程進而實現(xiàn)Arduino單片機處理，與輸出設備LED、LCD、各類電機、蜂鳴器等連接，實現(xiàn)硬件與軟件連接和軟件與硬件的連接[6]。Arduino創(chuàng)客套件廉價易得，由21個傳感器、電機、燈泡繼電器、開關(guān)、電阻等元件構(gòu)成。利用Arduino創(chuàng)建電子控制技術(shù)課程，基本可以涵蓋電子控制技術(shù)5個模塊的簡單應用和基本內(nèi)容。Arduino作為時下流行的開源硬件，封裝了很多函數(shù)和大量的傳感器函數(shù)庫，借助其豐富的傳感器及輸入輸出模塊，只需簡單的硬件連接，便可快速地實現(xiàn)有趣的交互體驗，非常有利于激發(fā)學生的學習興趣，有利于設計動手和實踐體驗的創(chuàng)客課程。弱化硬件編程，側(cè)重創(chuàng)意實現(xiàn)，這點符合該學習模塊的學習要求。

2.案例說明

以制作智能家居系統(tǒng)為例，探討如何把創(chuàng)客教育理念融合到信息技術(shù)“算法與程序設計”和“電子控制技術(shù)”模塊的教學創(chuàng)新與實踐中，依托的是Arduino創(chuàng)客套件和Mixly編程軟件。

教學環(huán)境：Arduino UNO、IO擴展板（配套資源包采用了一體主板，可直接使用）、紅外遙控器、紅外接收模塊、LED燈（2個）、溫度傳感器、LCD顯示屏。

（1）構(gòu)想創(chuàng)意課題

教師根據(jù)信息技術(shù)選修課程“算法與程序設計”和“電子控制技術(shù)”模塊的教學目標和教學內(nèi)容以及學生已有的知識水平，構(gòu)想創(chuàng)客項目，創(chuàng)設貼近學生生活真實情境提出問題，最終確定貫穿本學期教學的一個創(chuàng)客課題。

教師創(chuàng)建情境：通過一個發(fā)生在家中的小偷入室搶劫的事故，提出如果家中安裝了防盜報警系統(tǒng)和紅外防盜裝置，則可以放心出行的設想。智能家居是目前的熱點，其特點在于家電設備可以根據(jù)環(huán)境的變動和需求，做出相應的反饋，也可以將不同的家電控制集中在一個控制終端上。本案例使用Arduino套件中的遙控器，制作一個“多合一”的智能家居中控系統(tǒng)的技術(shù)原型?，F(xiàn)代智能家居系統(tǒng)可以讓家人享受安全舒適的家庭生活，引導學生思考還有哪些智能家居系統(tǒng)的應用情境。

學生討論：因為創(chuàng)客課題很貼近學生生活，學生會有興趣提出更多的智能家居功能。比如，在家中遇到危險時如何釋放求救信號燈，如何自動調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光強弱，如何用聲音控制光線強弱等情境。在這個過程中，教師可以引導學生將創(chuàng)客課題更加優(yōu)化。最后確定課題名稱為“制作智能家居系統(tǒng)”。

（2）設計創(chuàng)客項目

構(gòu)想好創(chuàng)客課題之后，在信息技術(shù)課程的具體教學過程中，設計創(chuàng)客項目是信息技術(shù)課程創(chuàng)新與實踐的重要任務。在設計創(chuàng)客項目的過程中，要把“項目為中心”作為基本理念，教師圍繞創(chuàng)客理念如何與信息技術(shù)課程標準相融合，在社會文化背景下根據(jù)信息技術(shù)教學需要，結(jié)合學科內(nèi)容來制定創(chuàng)客項目。創(chuàng)客項目是以創(chuàng)客課題為背景提出的一系列融合信息技術(shù)知識點和現(xiàn)實情境的項目，這些項目可以是教師經(jīng)過思考后提出，也可以是教師思考結(jié)合學生對課題討論的產(chǎn)物，總之這一步是將創(chuàng)客理念運用于信息技術(shù)課程創(chuàng)新與實踐最為關(guān)鍵、教師工作量最大的一部分。

本文案例“制作智能家居系統(tǒng)”，將原本難懂、枯燥的“算法與程序設計”“電子控制技術(shù)”知識，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生感興趣的項目，使學生沉浸在虛擬和現(xiàn)實的學習環(huán)境中，通過項目學習、體驗學習、創(chuàng)新學習，利用Mixly編程工具和Arduino創(chuàng)客套件來設計、制作、分享項目作品，通過實踐將自己的想法變成現(xiàn)實，把知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生的學習經(jīng)驗，拉近學生與學習內(nèi)容的距離，提高學習效果。具體項目和所涉及到的“算法與程序設計”“電子控制技術(shù)”的知識點如表1所示。

（3）設計創(chuàng)客子項目

設計創(chuàng)客子項目的過程就是根據(jù)信息技術(shù)課程學時來安排編制教學計劃的過程，創(chuàng)客子項目的設置應遵循由易到難的順序，根據(jù)教育心理學“最近發(fā)展區(qū)”的認知理論設計創(chuàng)客子項目并安排其順序。

具體思路如下：后續(xù)子項目盡量使用前面完成的子項目，每次子項目增加的知識內(nèi)容一定要在學生的認知范圍內(nèi)，做到適應性與超越性相結(jié)合。比如，在“制作智能家居系統(tǒng)”這一案例中，第一個項目制作調(diào)光臺燈，因為這個項目的程序設計包含變量聲明和模擬輸出等知識點，所以必須設計“先行組織者”以便學生更好地同化知識，即包含項目所需知識點的簡單子項目。將如何制作閃爍的LED燈、求救信號燈、交通警示燈作為項目的一系列子項目，每個子項目難度深化。從簡單的LED燈閃爍引入如何編寫簡單模擬輸出的程序，再到SOS求救信號燈有規(guī)律地閃爍，知識點增加到使用for循環(huán)和變量聲明，然后是多個LED燈制作交通警示燈，知識點從一個for循環(huán)增加到內(nèi)循環(huán)，從單端口輸出控制到多端口輸出控制。各項目按照知識點難易的先后順序編制的子項目如表2所示。

（4）子項目模仿

教師提供Arduino電子模塊搭建的操作方法和Mixly程序設計代碼，學生模仿操作，通過每一個簡單子項目的模仿使學生獲得強烈的成就感，強化學生的學習熱情，從而優(yōu)化學習效果。這種DIY動手實踐的形式和項目驅(qū)動的理念，摒棄了傳統(tǒng)信息技術(shù)課程的講授法，使學生有興趣模仿子項目的完成過程，快速獲得成品，在動手實踐過程中思考一條條積木化的圖形編碼是如何作用于成品的每一項功能，激發(fā)學生思考其原理，使學生轉(zhuǎn)變學習方式，由被動學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習，發(fā)展了學生的邏輯思維。

（5）知識講解與拓展

學生在完成簡單子項目的過程中，會思考其中的知識原理。學生已經(jīng)有了先前的學習經(jīng)驗，再由教師對知識內(nèi)容做出有針對性的講解，達到了建構(gòu)學習的效果，加深了對知識點的理解。教師在講解知識內(nèi)容時要注意知識的綜合應用，而非知識本身的系統(tǒng)具有邏輯性的講解。比如，在講解智能防盜報警器時需要用到的電子模塊數(shù)字貼片磁感應傳感器，學生在之前模仿制作的過程中一定思考過其中的原理：比如數(shù)字貼片磁感應傳感器是如何在報警系統(tǒng)中發(fā)揮作用，當門鎖的簧片受磁鐵吸引而彈起與電極接觸，實現(xiàn)電路聯(lián)通，這是現(xiàn)實的工作原理，那如何在程序中體現(xiàn)簧片受磁鐵的吸引呢？學生會自然而然地聯(lián)系到程序設計中用數(shù)字引腳的高低電平表示吸引和斷開的兩種狀態(tài)。

上述是經(jīng)過學生實踐、思考、分析學習到的經(jīng)驗，教師在講解過程中應點到為止，不需要深入講解數(shù)字貼片磁感應傳感器原理及應用，而是要注意講解知識的遷移過程和綜合應用，引導學生思考如何將數(shù)字貼片磁感應傳感器換成別的家電會使用的傳感器。比如數(shù)字鋼球傾角傳感器。電暖氣、電風扇、臺燈等設備為了滿足功能或安全需要，使用時應保持直立狀態(tài)。鼓勵學生思考更多的應用情境，并把制作智能防盜報警器的知識遷移到傾倒報警器的制作中，自己試誤、設計和制作。各子項目的拓展任務和所涉及知識點如表3所示。

（6）協(xié)同設計與制作總項目

學生通過協(xié)作合作，以小組的形式設計制作并完成總項目的開發(fā)。協(xié)同合作要求每一個學生大膽提出自己的設計思路。首先，進行模塊分工確保每一個學生都有任務，協(xié)同完成任務。其次，如果合作成功，其間有不同制作意見可相互交流。如不成功，教師幫助引導學生完成設計。比如，隨著知識的學習，學生會產(chǎn)生更多的關(guān)于設計智能家居系統(tǒng)的靈感和想法，運用某種傳感器制作一個智能澆花提醒器、智能晾衣架等智能家居。提出想法后，教師應鼓勵學生將想法轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，引導學生進行設計。比如，告知學生智能晾衣架需要運用水分傳感器，參考智能防盜報警器和傾倒報警器的程序進行設計，讓學生探索實踐進行創(chuàng)作。

（7）分享評價完善

組間分享小組作品成果，相互之間提出建議，完善作品。學生在分享作品的過程中獲得快樂，也可以分享到微博、朋友圈等社交平臺和創(chuàng)客交流平臺，如Makefaire.com網(wǎng)絡，通過分享獲得社會認同。

四、結(jié)語

創(chuàng)客教育對促進素質(zhì)教育的發(fā)展具有重要意義，信息技術(shù)教育在素質(zhì)教育中占據(jù)了極其重要的地位，探討如何在創(chuàng)客教育背景下推動中學信息技術(shù)教學的創(chuàng)新與實踐，有助于信息技術(shù)教學改革和促進創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[7]。本文在總結(jié)其他學者創(chuàng)客教學法的基礎上提出了IDDITCS模式，并根據(jù)該模式以信息技術(shù)課程“算法與程序設計”和“電子控制技術(shù)”模塊的教學內(nèi)容為依托，使用Arduino作為嵌入式服務器的主控制器和Mixly編程軟件，以制作智能家居系統(tǒng)為創(chuàng)意課題，進行了一系列基于創(chuàng)客教育的信息技術(shù)課程創(chuàng)新探討，旨在拋磚引玉以供讀者參考，并希望能完成設想的實踐，切實結(jié)合創(chuàng)客教育提高中學信息技術(shù)教學的效率和質(zhì)量。

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（編輯：李曉萍）