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本文由《電化教育研究》雜志授權(quán)發(fā)布 作者：趙呈領(lǐng)、申靜潔、蔣志輝 摘要
關(guān)鍵詞：創(chuàng)客教育；STEM教育；教學(xué)模式
以智能化為核心的“工業(yè)4.0”不僅成為德國的標(biāo)簽，而且在世界范圍內(nèi)掀起新一輪工業(yè)轉(zhuǎn)型競賽。[1]實(shí)現(xiàn)由“中國制造”到“中國創(chuàng)造”，創(chuàng)新力是變革的核心要素。創(chuàng)新人才發(fā)展的基石是創(chuàng)新力[2]，創(chuàng)新人才培植的土壤是新型教育理念，創(chuàng)客教育與STEM(Science, Technology, Engineering, Mathematics)教育以培育創(chuàng)新型復(fù)合人才為宗旨而受到各國教育部門的高度重視。我國教育部在《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作指導(dǎo)意見(征求意見稿)》中提出，“有效利用信息技術(shù)推進(jìn)‘眾創(chuàng)空間’建設(shè)，探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式”。[3]在此背景下，探索創(chuàng)客教育和STEM教育教學(xué)模式，提升學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力成為當(dāng)前教育領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。
作為“元學(xué)科”的STEM教育在夯實(shí)科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的學(xué)科知識基礎(chǔ)上，通過提高學(xué)生以跨學(xué)科的新思維、新方法解決復(fù)雜問題的綜合能力。創(chuàng)客教育秉承STEM教育創(chuàng)新發(fā)展的理念，以實(shí)踐操作為學(xué)習(xí)方式，以提升創(chuàng)新能力為教育目標(biāo)，以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為歸宿。由此可見，二者存在一定的一致性，從教育目的看，創(chuàng)客教育與STEM教育都是將學(xué)生塑造成創(chuàng)新型人才；從教育方法看，創(chuàng)客教育與STEM教育均提倡情境參與式、實(shí)踐體驗(yàn)式教學(xué)。因此，本文從創(chuàng)客教育和STEM教育內(nèi)涵及相互關(guān)系出發(fā)，探索創(chuàng)客教育視野下STEM教育教學(xué)模式，對提高學(xué)生創(chuàng)新能力和全面推進(jìn)創(chuàng)客教育具有重要意義。
一、創(chuàng)客教育與STEM教育研究現(xiàn)狀
(一)創(chuàng)客教育研究現(xiàn)狀
隨著開源硬件的普及和準(zhǔn)入門檻逐漸降低，創(chuàng)客運(yùn)動(Maker Movement)和創(chuàng)客文化(Maker Culture)應(yīng)運(yùn)而生，共同促進(jìn)創(chuàng)客教育的產(chǎn)生和發(fā)展。創(chuàng)客教育的基本理念根植于杜威(John Dewey)的進(jìn)步主義及西蒙·帕珀特(Seymour Papert)的構(gòu)造主義，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中利用知識構(gòu)建外顯的、具體的、可交流共享的人工制品。[4]創(chuàng)客精神源自1997年英國提出的“創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)”，精英分子對“創(chuàng)造”的渴望促進(jìn)創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的興盛。[5]亞力克·福奇(Alec Foege)把對“創(chuàng)造”的渴望定義為“工匠精神”，[6]成為創(chuàng)客教育的核心理念之一。創(chuàng)客教育作為新興的研究領(lǐng)域仍處于萌芽階段，研究者從?！鐚?、創(chuàng)客課程、學(xué)科整合的角度構(gòu)建創(chuàng)客教育模型(見表1)，為創(chuàng)客教育落地推廣提供理論支持。
創(chuàng)客教育由宏觀向微觀、由獨(dú)立課程向跨學(xué)科整合方向發(fā)展過程中，盡管教學(xué)具體流程存在差異，但均以創(chuàng)新教育、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為理論支撐，構(gòu)建融知識學(xué)習(xí)、創(chuàng)新實(shí)踐、產(chǎn)品展示與學(xué)習(xí)評價為一體的創(chuàng)客教育教學(xué)模式。本文認(rèn)為，創(chuàng)客教育是以數(shù)字技術(shù)為支撐，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)(Project Based Learning)為導(dǎo)向，以跨學(xué)科式“做中學(xué)”為實(shí)現(xiàn)路徑，秉承開放創(chuàng)新、探究體驗(yàn)的教育理念，培養(yǎng)具備創(chuàng)客素養(yǎng)的創(chuàng)新人才的新型教育模式。創(chuàng)客教育應(yīng)融入學(xué)本課堂“以學(xué)為本，因?qū)W論教”思想，發(fā)揮學(xué)生自主性，實(shí)現(xiàn)由教與學(xué)向?qū)c學(xué)演變，[16]充分釋放學(xué)生的創(chuàng)作天賦，為學(xué)生提供施展才華的舞臺。
(二)STEM教育研究現(xiàn)狀
STEM教育源于發(fā)達(dá)國家對人才競爭和經(jīng)濟(jì)壓力下人才培養(yǎng)的反思，倡導(dǎo)問題解決的跨學(xué)科教育，促使未來人才適應(yīng)全球性、復(fù)雜性、合作性不斷增強(qiáng)的社會。STEM教育目標(biāo)是使學(xué)生具備STEM素養(yǎng)，即科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)與運(yùn)用四門學(xué)科相關(guān)能力和知識探究某一科學(xué)現(xiàn)象不同側(cè)面的綜合能力[17]。學(xué)術(shù)界對培養(yǎng)STEM素養(yǎng)的STEM教育存在三種觀點(diǎn)：第一種是將STEM教育視為后設(shè)課程，在學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)、技術(shù)、數(shù)學(xué)、工程后，再學(xué)習(xí)一門綜合運(yùn)用STEM知識的課程[18]；第二種將STEM教育視為融合STEM知識的獨(dú)立課程，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的STEM相關(guān)課程，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力；第三種則認(rèn)為STEM教育是教授學(xué)生如何解決問題的教學(xué)策略[18]。三種STEM教育觀點(diǎn)可歸結(jié)于兩種取向：整合取向，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科整合，關(guān)注學(xué)生素養(yǎng)和能力的發(fā)展；[17]細(xì)分取向，注重探究四門學(xué)科有效整合的路徑，以適應(yīng)社會需求發(fā)展[19]。盡管基于STEM教育模型構(gòu)建的立足點(diǎn)不同，但學(xué)者在以跨學(xué)科的真實(shí)性項(xiàng)目為主導(dǎo)，以趣味性的活動內(nèi)容在協(xié)作體驗(yàn)的過程中進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計層面達(dá)成統(tǒng)一，為STEM教育課程教學(xué)提供框架引導(dǎo)[20-21]。
表1 創(chuàng)客教育研究內(nèi)容歸類 二、教育核心特征
(一)信息技術(shù)支持下的跨學(xué)科學(xué)習(xí) 將知識按學(xué)科分割不符合生活的真實(shí)性與復(fù)雜性，阻礙提升學(xué)生跨學(xué)科運(yùn)用知識的能力。[22]信息技術(shù)支持下的創(chuàng)客教育需要不同學(xué)科知識支撐，通過技術(shù)創(chuàng)設(shè)跨學(xué)科真實(shí)情境，基于軟件開發(fā)平臺創(chuàng)作產(chǎn)品，聚合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)學(xué)科知識與素養(yǎng)，使學(xué)生具備以多元視角解決問題的創(chuàng)新性思維與能力，實(shí)現(xiàn)以跨學(xué)科的方式對STEM學(xué)科重構(gòu)。鑒于此，創(chuàng)客教育可以作為消除傳統(tǒng)STEM學(xué)科壁壘的實(shí)施路徑，依托信息技術(shù)營造創(chuàng)客文化氛圍，處理跨學(xué)科的復(fù)雜問題，促進(jìn)學(xué)科內(nèi)容協(xié)同發(fā)展，更好地錘煉學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。面向教育的信息技術(shù)支持下的跨學(xué)科，意味著教育的重心是由特定的項(xiàng)目或問題向外延展，跨越學(xué)科界限，從不同的角度審視問題。因此，教師需要運(yùn)用信息技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)具有多學(xué)科內(nèi)容交匯的真實(shí)性學(xué)習(xí)情境，鍛煉學(xué)生在技術(shù)支持下綜合運(yùn)用不同領(lǐng)域知識處理問題的能力，提升創(chuàng)造性整合資源的才能。 (二)創(chuàng)客空間2.0支持下的協(xié)作學(xué)習(xí) O2O(Online To Offline)創(chuàng)客教育空間以線上異步討論、資源傳遞與線下同步研討、合作創(chuàng)造的形式拓寬意義建構(gòu)的途徑，使學(xué)生在協(xié)作中探究學(xué)習(xí)、制作產(chǎn)品，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。創(chuàng)客教育承接建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論與教學(xué)思想的核心理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在O2O創(chuàng)客空間中通過組內(nèi)互助、組間協(xié)作選擇主題、設(shè)計方案、實(shí)施方案、評價成果，以會話協(xié)商的形式修正、改進(jìn)、抉擇創(chuàng)作方案與實(shí)施過程，形成在商榷中創(chuàng)作、在創(chuàng)作中建構(gòu)意義的協(xié)作學(xué)習(xí)鏈條。交流協(xié)作是STEM教育的要義之一，主張學(xué)生通過“協(xié)作”“會話”解決真實(shí)情景中的復(fù)雜問題，實(shí)現(xiàn)群體性知識建構(gòu)。創(chuàng)客空間2.0淡化了STEM教育協(xié)作學(xué)習(xí)的時空邊界，變革了傳統(tǒng)教授式學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生在交流協(xié)商中激發(fā)創(chuàng)意，在創(chuàng)意實(shí)踐中協(xié)作創(chuàng)造。創(chuàng)客教育與STEM教育為提升學(xué)生創(chuàng)新能力提供了新路徑，通過協(xié)作而碰撞產(chǎn)生的創(chuàng)意靈感是提高創(chuàng)新能力的前提和保障，創(chuàng)客空間為創(chuàng)意產(chǎn)品化提供實(shí)施環(huán)境，為使學(xué)生成為未來創(chuàng)新人才、適應(yīng)社會生活打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 (三)開源硬件支持下的“做中學(xué)” “做中學(xué)”(Learning by Doing)是教育學(xué)家杜威在20世紀(jì)初提出的教育理念，強(qiáng)調(diào)體驗(yàn)和實(shí)踐在教育中的深度參與，使學(xué)生經(jīng)歷在做中思考、在做中探究、在做中研習(xí)的學(xué)習(xí)歷程。創(chuàng)客教育以開放創(chuàng)新的理念，創(chuàng)造性地使用電子、機(jī)械、3D打印機(jī)等開源硬件，把新穎的想法物化為現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品。建構(gòu)主義認(rèn)為，知識是學(xué)習(xí)者根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，針對具體情境問題，對原有認(rèn)知進(jìn)行重組與再造。創(chuàng)客教育視野下STEM教育以開源硬件開發(fā)平臺和積木式開源硬件溝通“做中學(xué)”與建構(gòu)主義，使學(xué)生基于開源硬件，將實(shí)踐創(chuàng)意與知識建構(gòu)相連接，提升學(xué)生運(yùn)用技術(shù)解決問題的能力。創(chuàng)客教育和STEM教育皆提倡“做中學(xué)”的教育理念，但側(cè)重點(diǎn)有所不同。創(chuàng)客教育鼓勵學(xué)生以創(chuàng)造性思維和方法使用開源硬件制作作品，在實(shí)踐中探究完善、驗(yàn)證、鞏固抽象知識，將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐知識，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用技術(shù)工具產(chǎn)出創(chuàng)作成品。STEM教育主張學(xué)生以跨學(xué)科多元視角體驗(yàn)獲得知識的過程，在“做”中掌握STEM學(xué)科知識，習(xí)得綜合運(yùn)用STEM知識的能力，強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目或問題的解決過程。創(chuàng)客STEM教育要求學(xué)生從問題的不同側(cè)面提出創(chuàng)新性觀點(diǎn)，通過開源硬件相關(guān)平臺工具將想法付諸實(shí)踐，在學(xué)習(xí)中實(shí)踐，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，完成創(chuàng)新作品的開發(fā)。 (四)技術(shù)增強(qiáng)性支持下的創(chuàng)新學(xué)習(xí) 創(chuàng)新學(xué)習(xí)是學(xué)生基于原有知識，將創(chuàng)意與實(shí)踐相結(jié)合，對發(fā)現(xiàn)的否定性再創(chuàng)造以培養(yǎng)創(chuàng)新人才的學(xué)習(xí)方式，包含創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新學(xué)習(xí)活動四要素。運(yùn)用技術(shù)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)環(huán)境、設(shè)計教學(xué)活動、支持學(xué)習(xí)實(shí)踐以增強(qiáng)學(xué)生開放創(chuàng)新意識、多元創(chuàng)新思維、跨學(xué)科創(chuàng)新能力的創(chuàng)新學(xué)習(xí)符合時代發(fā)展趨勢。STEM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生以跨學(xué)科的思維解決真實(shí)情境中的問題，主張學(xué)生具備技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的基礎(chǔ)信息素養(yǎng)，但缺乏運(yùn)用信息技術(shù)實(shí)踐問題解決方案，將想法過程化。創(chuàng)客教育強(qiáng)調(diào)使用數(shù)字化工具將創(chuàng)意產(chǎn)品化，依托開源硬件使靈感物化為創(chuàng)客產(chǎn)品，注重技術(shù)在創(chuàng)新學(xué)習(xí)與實(shí)踐開發(fā)中的功用。創(chuàng)新技術(shù)作為創(chuàng)新學(xué)習(xí)的有效實(shí)施手段，既為STEM教育營造創(chuàng)客文化的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)作靈感，在創(chuàng)造中深化技術(shù)學(xué)習(xí)；也為創(chuàng)客教育提供STEM跨學(xué)科多元視角，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，在實(shí)踐中提升創(chuàng)新能力。因此，基于創(chuàng)新學(xué)習(xí)理念，將創(chuàng)客教育匯入STEM教育，利用信息技術(shù)手段激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作熱情，增加創(chuàng)新過程的方法選擇，使數(shù)字技術(shù)無縫地融入各教學(xué)環(huán)節(jié)，為STEM教育注入新的活力。
三、創(chuàng)客—STEM教學(xué)模型設(shè)計
(一)創(chuàng)客—STEM教學(xué)設(shè)計理論依據(jù) 創(chuàng)客—STEM教學(xué)設(shè)計以建構(gòu)主義和創(chuàng)新理論為依據(jù)，以“做中學(xué)”為建構(gòu)途徑，基于設(shè)計型學(xué)習(xí)理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)開展教與學(xué)活動，提升學(xué)生開放創(chuàng)新意識、多元創(chuàng)新思維、跨學(xué)科創(chuàng)新能力(如圖1所示)。[23]建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)是學(xué)生在具備“情境”“協(xié)作”“會話”“意義建構(gòu)”四個因素的學(xué)習(xí)環(huán)境中，通過新舊知識與經(jīng)驗(yàn)相互沖突、同化與順應(yīng)構(gòu)建知識體系，[24]強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的主動性。創(chuàng)新理論是對客觀事物的改變、更新、創(chuàng)造，提倡開放創(chuàng)新與共同創(chuàng)新，形成創(chuàng)新生態(tài)和擴(kuò)散環(huán)境，注重創(chuàng)新的能動性。創(chuàng)客STEM教育作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學(xué)策略，秉承建構(gòu)主義與創(chuàng)新理論的核心思想，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與能動性，致力于使學(xué)生圍繞情境問題，通過同伴互助，以新的視角和思維方式在實(shí)踐中探究、在探究中學(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)中建構(gòu)，使學(xué)生具備創(chuàng)新創(chuàng)造的素養(yǎng)與問題解決的能力?！白鲋袑W(xué)”作為建構(gòu)主義和創(chuàng)新理論在教育中實(shí)施的方略，以設(shè)計型學(xué)習(xí)理念為基礎(chǔ)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)(Experimental Learning)形式，依據(jù)情境產(chǎn)生的問題和項(xiàng)目參與實(shí)踐創(chuàng)作，體驗(yàn)創(chuàng)作樂趣，成為開放式創(chuàng)新人才培養(yǎng)的主要教學(xué)模式。根據(jù)上述理論與實(shí)施路徑構(gòu)建創(chuàng)客空間中創(chuàng)客STEM教學(xué)模型，指導(dǎo)創(chuàng)客STEM課程教學(xué)，推動創(chuàng)客教育和STEM教育的發(fā)展。
圖1 創(chuàng)客STEM教學(xué)設(shè)計理論依據(jù) (二)創(chuàng)客—STEM教學(xué)模型構(gòu)建 本研究依據(jù)跨學(xué)科整合取向的STEM教育課程設(shè)計觀，在建構(gòu)主義與創(chuàng)新理論指導(dǎo)下，對面向主題的創(chuàng)客教育課程設(shè)計與SCS教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)與整合，構(gòu)建如圖2所示的創(chuàng)客—STEM教學(xué)模型。該模型以創(chuàng)客空間2.0為教學(xué)環(huán)境，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力為教學(xué)核心，以生成性教學(xué)策略組織教學(xué)活動，在通過技術(shù)支持貫穿創(chuàng)客—STEM教育“協(xié)作性”“跨學(xué)科”“做中學(xué)”“創(chuàng)新性”四個核心特征基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)流程將教學(xué)過程模塊化，既可以在宏觀上指導(dǎo)創(chuàng)客課程教學(xué)設(shè)計，也可以在微觀上組織創(chuàng)客課程教學(xué)活動，為中學(xué)開展創(chuàng)客相關(guān)課程提供有效的實(shí)施路徑。 圖2 創(chuàng)客—STEM教學(xué)模型 1. 基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí) 創(chuàng)客—STEM教學(xué)模式運(yùn)用技術(shù)再現(xiàn)生活真實(shí)情境，以頭腦風(fēng)暴方式從情境中生成講演項(xiàng)目，借助相應(yīng)開源硬件與開發(fā)平臺創(chuàng)作集體成品，在集體創(chuàng)造中學(xué)習(xí)知識，形成創(chuàng)客文化?；A(chǔ)知識學(xué)習(xí)過程以技術(shù)為教與學(xué)平臺，強(qiáng)調(diào)學(xué)生作為創(chuàng)造者積極主動地獲取知識，教師作為設(shè)計者、引導(dǎo)者應(yīng)促進(jìn)學(xué)生有效學(xué)習(xí)，為學(xué)生有效遷移創(chuàng)造奠定基礎(chǔ)(如圖3所示)。 圖3 基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí) (1)創(chuàng)設(shè)情境 創(chuàng)客—STEM教學(xué)情境通過技術(shù)再現(xiàn)生活場景以引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，刺激回憶原有認(rèn)知中與之匹配的內(nèi)容。情境創(chuàng)設(shè)需滿足四個要素：首先，具有一定范圍與邊界，使學(xué)生能夠創(chuàng)有所依，在教師呈現(xiàn)的情境中選擇子集；其次，涵蓋必要知識與技能，情境作為學(xué)習(xí)的文化環(huán)境應(yīng)容納創(chuàng)客—STEM教育核心知識與技能，使學(xué)生在情境中高效學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中培植文化；再者，包含多個側(cè)面與角度，情境中各子集可以從不同層面呈現(xiàn)同一問題，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科、多視角審查問題的能力；最后，存在未解決的問題，未解問題是創(chuàng)新活動的開端，是創(chuàng)客—STEM教育教學(xué)活動的起點(diǎn)。學(xué)習(xí)情境在滿足上述要求的前提下，可依托技術(shù)手段融入STEM相關(guān)學(xué)科內(nèi)容，將學(xué)科知識與思維注入教與學(xué)情境，體現(xiàn)創(chuàng)客—STEM教育的專業(yè)化。 (2)學(xué)生生成性項(xiàng)目 創(chuàng)客—STEM教學(xué)模式要求教師根據(jù)學(xué)生的期望和需求靈活選取教學(xué)內(nèi)容、呈現(xiàn)方式與教學(xué)順序，激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的渴望與創(chuàng)造的熱情。創(chuàng)客—STEM教學(xué)項(xiàng)目源于教師呈現(xiàn)的真實(shí)情境，學(xué)生基于情境不同角度以頭腦風(fēng)暴的方式分享創(chuàng)意，通過同伴協(xié)商與教師指引確定講演核心知識所依托的創(chuàng)新項(xiàng)目。 (3)教師講演 創(chuàng)客—STEM教學(xué)模型以半開放式教學(xué)方式，在集體項(xiàng)目實(shí)施過程中運(yùn)用信息技術(shù)和創(chuàng)客教育開源硬件講授、演示項(xiàng)目實(shí)施方法與過程，在操作中使學(xué)生掌握核心知識內(nèi)容，為抽象的知識提供運(yùn)用情境與路徑。在創(chuàng)客空間2.0中，學(xué)生依據(jù)集體生成性項(xiàng)目，以頭腦風(fēng)暴的方式分享實(shí)施計劃、確定最佳方案，教師根據(jù)設(shè)計方案講解、演示，學(xué)生在同步模仿中掌握知識與技能。在講演過程中，教師需根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況及時調(diào)整項(xiàng)目難度與進(jìn)度，針對性地講解學(xué)生普遍存在的問題。在這一環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和STEM素養(yǎng)，將STEM學(xué)科知識和思維方式融入項(xiàng)目設(shè)計和實(shí)施的各個環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生在知識學(xué)習(xí)過程中以多元化的新視角系統(tǒng)解決問題的能力。 2. 制定評價標(biāo)準(zhǔn) 創(chuàng)客—STEM教學(xué)模型強(qiáng)調(diào)以形成性評價方式評估學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，通過學(xué)生自評、同伴互評、教師評價三方面客觀考核學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[25]。量規(guī)作為連接教學(xué)與評價的橋梁，由師生協(xié)商，從創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力三個模塊細(xì)化評價指標(biāo)，融入合作能力與STEM素養(yǎng)，關(guān)注學(xué)生的動態(tài)發(fā)展。這一環(huán)節(jié)需滿足兩個要素：一方面，量規(guī)必須緊密圍繞創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的評價核心制定、修正和完善；另一方面，評價標(biāo)準(zhǔn)的建立要體現(xiàn)學(xué)生意愿，增強(qiáng)學(xué)生自我效能感。 3. 項(xiàng)目創(chuàng)作 創(chuàng)客—STEM教學(xué)模型通過確定創(chuàng)作項(xiàng)目來培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科多元思維方式與創(chuàng)新意識，基于項(xiàng)目設(shè)計方案訓(xùn)練學(xué)生以科學(xué)思維設(shè)計項(xiàng)目實(shí)施過程、預(yù)測項(xiàng)目結(jié)果，提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新思維，在技術(shù)支持下實(shí)施設(shè)計方案鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、技術(shù)知識與思維解決問題的能力，促進(jìn)創(chuàng)新能力的發(fā)展(如圖4所示)。由上述三個子集組成的項(xiàng)目創(chuàng)作過程，既是工程思想的集中體現(xiàn)，也是創(chuàng)客素養(yǎng)與STEM素養(yǎng)有機(jī)融合培育創(chuàng)新人才的歷練場。 圖4 創(chuàng)客項(xiàng)目創(chuàng)作 (1)確定創(chuàng)作項(xiàng)目 項(xiàng)目創(chuàng)作中學(xué)生自主確定創(chuàng)作項(xiàng)目，不同于知識學(xué)習(xí)中學(xué)生生成項(xiàng)目，后者強(qiáng)調(diào)以半開放式教學(xué)形式選擇項(xiàng)目，注重知識與技能的學(xué)習(xí)；前者主張以開放式學(xué)習(xí)形式選取項(xiàng)目，側(cè)重知識運(yùn)用、能力提升與素養(yǎng)培養(yǎng)。學(xué)生創(chuàng)作內(nèi)容既可以在操作方法與項(xiàng)目內(nèi)容層面改進(jìn)教師演示項(xiàng)目，也可以根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)選擇新的項(xiàng)目，通過組內(nèi)協(xié)商與教師指引確定最終創(chuàng)作項(xiàng)目。教師作為引導(dǎo)者需對各小組選題進(jìn)行可行性分析，根據(jù)小組基礎(chǔ)創(chuàng)設(shè)不同難度的項(xiàng)目，使每位學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得新知識與技能。 (2)設(shè)計項(xiàng)目方案 學(xué)生以科學(xué)家的思維方式，依據(jù)所選課題構(gòu)思實(shí)踐方案，小組討論優(yōu)化設(shè)計方案，在教師啟發(fā)下完善實(shí)施方案，并綜合分析潛在方案的復(fù)雜程度、可行性、績效等因素確定最佳方案[26]。該過程通過自主設(shè)計方案培養(yǎng)其發(fā)散思維、直覺思維、邏輯思維，經(jīng)由小組協(xié)商提升學(xué)生辯證思維與橫縱思維水平，使創(chuàng)新思維與科學(xué)思維有機(jī)融合。 (3)實(shí)施設(shè)計方案 該環(huán)節(jié)注重技術(shù)運(yùn)用，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在創(chuàng)客空間中綜合運(yùn)用信息技術(shù)與開源硬件交流協(xié)作將創(chuàng)意顯現(xiàn)化。程序編寫不僅考查學(xué)生基于技術(shù)知識與思維處理問題的嫻熟程度，也鍛煉學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識與思維計算預(yù)測物理模型速度、距離、大小等程序參數(shù)的邏輯思維與縱向思維。模型構(gòu)建是通過形象思維將抽象的物理設(shè)計轉(zhuǎn)化為形象的實(shí)物作品，訓(xùn)練學(xué)生模型組建技術(shù)。程序測試通過局部迭代循環(huán)檢驗(yàn)、修正程序編寫與模型組建以提升創(chuàng)新能力。 4. 成果展示與評價 成果展示以師生提問、小組解答的問—答形式展開，在全面感知小組作品的基礎(chǔ)上，通過組內(nèi)自評、組間互評和教師評價的多元主體參與對學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行客觀評價。其中，組內(nèi)自評包含自我評價與同伴互評，針對成員創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力相關(guān)指標(biāo)及參與、貢獻(xiàn)、合作、成果等方面進(jìn)行綜合評測；組間互評是對小組作品設(shè)計的新穎性、功能性兩方面的評價；教師是對小組作品創(chuàng)新性及成員在創(chuàng)作過程中進(jìn)步、參與等表現(xiàn)進(jìn)行評估，三者按權(quán)重計算得出的成績即為學(xué)生該項(xiàng)目的總成績。 圖5 創(chuàng)客—STEM就教育特征—理念融合 創(chuàng)客—STEM教學(xué)模型體現(xiàn)了學(xué)生是課堂的主體與中心，以學(xué)生的視角和期望制定教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計教學(xué)活動。該模型基于創(chuàng)客—STEM教育核心特征設(shè)計教學(xué)，注重技術(shù)在教與學(xué)過程中的引導(dǎo)、支持與變革作用，將STEM知識與素養(yǎng)、創(chuàng)客素養(yǎng)融入迭代探究的過程(如圖5所示)，使學(xué)生以專家思維思考解決問題的策略，形成專家思維模式。 創(chuàng)客—STEM教學(xué)模型在建構(gòu)主義與創(chuàng)新理念的綜合驅(qū)動下形成符合學(xué)生認(rèn)知水平、認(rèn)知過程的學(xué)習(xí)進(jìn)程和包含目標(biāo)、教學(xué)(教學(xué)策略、教學(xué)媒體)、評價的教學(xué)系統(tǒng)，通過技術(shù)創(chuàng)設(shè)連接教與學(xué)的學(xué)習(xí)資源并支持創(chuàng)造環(huán)境。知識是迸發(fā)靈感的前提，順暢的開發(fā)過程必然以牢固的基礎(chǔ)知識為保障，量規(guī)作為連接知識學(xué)習(xí)與項(xiàng)目創(chuàng)作的紐帶，既是對前者演示項(xiàng)目的總結(jié)，也是對后者設(shè)計開發(fā)的展望，評價代表一輪創(chuàng)作的終點(diǎn)與下輪創(chuàng)作的起點(diǎn)，依據(jù)量規(guī)評價創(chuàng)作成品，通過部分間迭代循環(huán)修正、完善評價指標(biāo)與產(chǎn)品制造流程。知識融于具體情境，學(xué)生依據(jù)情境自發(fā)生成項(xiàng)目符合其認(rèn)知水平，教師按照學(xué)生思維方式演示創(chuàng)作項(xiàng)目，使學(xué)生在情境中培養(yǎng)創(chuàng)新意識與創(chuàng)新思維，在演練中學(xué)習(xí)知識與技能。項(xiàng)目創(chuàng)作是創(chuàng)客—STEM教學(xué)模式的核心，起始于確定創(chuàng)作項(xiàng)目，通過小組協(xié)商設(shè)計實(shí)施方案以指導(dǎo)產(chǎn)品創(chuàng)造的實(shí)踐過程，通過模塊間迭代循環(huán)鍛煉學(xué)生科學(xué)系統(tǒng)思維與創(chuàng)新解決問題能力。在演練教授與創(chuàng)造學(xué)習(xí)過程中融入技術(shù)元素，增強(qiáng)創(chuàng)客—STEM教學(xué)模式內(nèi)聚耦合度，達(dá)到培育學(xué)生開放創(chuàng)新意識、多元創(chuàng)新思維、跨學(xué)科創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)。
四、結(jié)語
創(chuàng)客教育是信息技術(shù)在“互聯(lián)網(wǎng) ”時代催生的新型教育形態(tài)，依托信息技術(shù)與開源硬件構(gòu)建的創(chuàng)客空間，為學(xué)生實(shí)踐操作、合作共享、創(chuàng)意創(chuàng)新營造開放可實(shí)施的環(huán)境，與STEM教育相融合使學(xué)生在創(chuàng)作中促進(jìn)全人發(fā)展，已成為中小學(xué)信息技術(shù)課程變革的發(fā)展方向。目前，我國創(chuàng)客教育推進(jìn)過程面臨兩大困境：一是將創(chuàng)客教育定位為產(chǎn)出創(chuàng)作成品，重點(diǎn)關(guān)注具有潛力的少數(shù)人，違背創(chuàng)客教育初衷；二是缺少創(chuàng)客課程開展的有效教學(xué)指導(dǎo)，傳統(tǒng)講授—模仿式實(shí)驗(yàn)課程形式阻礙提高學(xué)生創(chuàng)新能力，不符合創(chuàng)新人才發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。將STEM教育拆分為科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的獨(dú)立課程形式，不利于提升學(xué)生多視角、跨學(xué)科思維與問題解決能力。創(chuàng)客—STEM教學(xué)模式以建構(gòu)主義和創(chuàng)新理論為指導(dǎo)思想，以“做中學(xué)”為連接橋梁，通過基于設(shè)計型學(xué)習(xí)理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)實(shí)施方略，培養(yǎng)學(xué)生開放創(chuàng)新意識、多元創(chuàng)新思維、跨學(xué)科創(chuàng)新能力，既為創(chuàng)客教育和STEM教育在教學(xué)操作層面提供指導(dǎo)，也為創(chuàng)客教育成為面向全體學(xué)生的大眾教育提供實(shí)現(xiàn)路徑，使STEM教育跨學(xué)科的過程理念與創(chuàng)客教育創(chuàng)新的結(jié)果理念有機(jī)融合，促進(jìn)過程學(xué)習(xí)與成品制作協(xié)調(diào)發(fā)展。在創(chuàng)客教育視野下，STEM教學(xué)運(yùn)用技術(shù)手段培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)客素養(yǎng)與STEM素養(yǎng)，或?qū)⒊蔀?1世紀(jì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要方式。
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A Study on the Construction of an Instructional Model Integrating Maker Education and STEM Education
ZHAO Chengling, SHEN Jingjie, JIANG Zhihui (School of Educational Information Technology, Central China Normal University, Wuhan Hubei 430079)
[Abstract] In 'Internet ' era, based on constructivism and innovation theory, Maker education should use technology to promote the integration with STEM education in order to cultivate students' open and innovative awareness, multiple innovative thinking and interdisciplinary innovation ability for the deep integration of technology and instruction. After summarizing the current research status of maker education and STEM education, this paper puts forward four core features of the maker-STEM education: interdisciplinary learning under the support of information technology, collaborative learning under the support of maker space 2.0, 'learning by doing' under the support of open source hardware and technology- enhanced innovative learning. A maker-STEM instructional model is constructed based on project learning and experiential learning strategies combined with design learning concepts. It can develop students' interdisciplinary innovation ability and multiple comprehensive ability in project-based learning through learning basic knowledge, determining evaluation criteria, project creation, demonstration and evaluation. This model can guide maker education and STEM education in teaching practice, and promote maker-STEM education to become a new education paradigm in the 21st century. [Keywords] Maker Education；STEM Education；Instructional Model 作者簡介：趙呈領(lǐng)(1956—)，男，湖北老河口人。教授，主要從事教育技術(shù)理論與實(shí)踐應(yīng)用、信息技術(shù)與課程整合、教師專業(yè)發(fā)展研究。 |
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