面向STEM教育的創客教育模式研究

王旭卿

(上海師范大學 信息與機電工程學院 計算機系，上海 200234)

面向STEM教育的創客教育模式研究

王旭卿

(上海師范大學 信息與機電工程學院 計算機系，上海 200234)

當前越來越多的教育工作者開始關注STEM教育和創客教育，并將兩者結合起來，讓學生在利用前沿技術“玩創新”和自主探究的過程中提升創造能力和STEM綜合素養。而創客教育主要依托的技術之一就是物理計算和互動媒體技術，它是當前信息技術與其他學科(如藝術設計)交叉、融合的新生領域，借由軟硬件的整合可以創建感知和響應現實模擬世界的交互式系統，強化人與數字世界的聯系。面向STEM教育，創客教育的目標與方向、實施過程可以更加清晰。在綜合考慮創客教育的基本理念、教學目標、教學內容、教學策略、評價方法和學習環境六個方面的基礎上，可以構建面向STEM教育的創客教育模式。基于物理計算平臺的創客教育有著深厚的理論基礎——建造主義，它是適應數字信息化時代、培養學生STEM素養和創新實踐能力的一種教育新范型，可以為探索信息技術教育改革、通用技術教育改革乃至中小學教育的整體變革提供了新思路和新方向。

STEM教育；創客教育；物理計算；創意計算；互動媒體作品

一、STEM教育和創客教育

STEM教育是科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineer)和數學(Mathematics)教育的簡稱，它是1980年代美國為提升國家競爭力和勞動力創新能力而提出的一項國家教育戰略，重點旨在打破學科領域邊界，培養學生的科技理工素養。目前它已成為國內外教育界關注復合型創新性人才培養、勞動力水平提升的熱點課題。從STEM到STEAM(增添藝術領域)，再到STEMx(增添更多項學科領域)，STEM教育的內涵和外延越來越豐富，它囊括了藝術、體育、人文、計算機科學、調查研究、創造與革新、全球溝通協作等21世紀所需的知識與技能，發展為包容性更強的跨學科綜合素養教育[1]。

比STEM教育的提出晚了幾十年的創客教育則明顯具有互聯網和信息技術高速發展的時代特征，它是近年來伴隨創客運動(Maker Movement)的興起和創客文化的傳播，逐漸在校園內外發展起來的一股創新教育熱潮，它把數字技術同時作為教育的內容和手段，是數字技術與教育不斷融合而產生的新型教育范式，它將重新定義中小學校的綜合實踐課程和信息技術課程。當前，秉承著設計、制作、分享、交流、開源的創客文化，國內一些大中小學里的學生創客們(也可稱為“小小創客”)不再依賴裝備昂貴的實驗室，而是在教師創客的指導下，開始接觸前沿的信息技術(如機器人、物聯網、智能家居等)，嘗試利用簡單易用的數字技術(如3D打印技術和Arduino開源硬件等)，面向實際需求進行設計、制作、分享和跨時空學習，在動手和動腦的創造中把創意轉變為現實，以實現個人桌面定制的夢想。如今校園里的“創客空間”(Makerspace)、“創客”課程如雨后春筍般不斷涌現，如溫州中學的“互動媒體技術”“Arduino創意機器人”課程，并在課程中滲透STEM教育的理念和實踐。這些課程成了呵護并激發學生的創新熱情，為學生提供“讓想象落地”的重要平臺[2]。學生們在“玩創新”和自主探究的過程中激發了創新的興趣，培養了創造能力，提升了STEM綜合素養，也錘煉了團隊合作、解決問題的能力，而這些恰恰是當前學校教育的薄弱環節。創客教育為迎合當代學生“玩轉”前沿數字技術的需要，培養適應未來社會所需的復合型創新性人才提供了途徑和平臺。

二、物理計算與基于Scratch的物理計算平臺

前沿數字技術是開展創客教育的必要技術支撐，基于3D打印技術的個性化制造、建立人與數字世界交互關系的物理計算(Physical Computing)和為人工制品賦予生命和智能的程序設計[3]是其中三項重要的核心技術。這里主要就物理計算概念及其工具/平臺進行闡述。

(一)物理計算

從廣義上說，物理計算(或稱為物理交互設計，Physical Interaction Design)就是借助軟硬件，建立能感知和響應現實模擬世界的活動式、交互式物理系統，它為我們理解人與數字世界的交互提供了一整套充滿創造性的框架。在實際應用層面上，物理計算就是使用微控制器(Microcontroller)、傳感器(Sensor)和執行器(Actuator)，把模擬輸入轉換為一種軟件系統，或者控制諸如馬達、舵機、照明設備或其他硬件的電子機械裝置，從而完成人與人、人與物、物與物交互的手工制作藝術品、設計或DIY發燒友項目[4]。

目前，物理計算已在博物館展品、藝術展示、產品設計、智能家電、智能家居、商業營銷、科學研究等領域得到廣泛應用。例如，2010年上海世博會及一些科學藝術展覽會和電視節目中，許多吸引眼球、融合多種新穎人機交互方式的互動媒體藝術作品大放異彩，如電子魚缸、互動投影、虛擬翻書、4D影院等[5]。實際上，這些讓觀眾徜徉、參與其中的奇幻世界就是通過由微控制器、傳感器和執行器構建的互動裝置系統與真實世界發生聯系而形成的(如下圖所示)，它們將數字化的虛擬世界與現實的模擬世界無縫銜接(也稱虛實結合)，這些互動媒體作品背后的工作原理就是物理計算。

交互式物理系統

一般來說，一個典型的基于物理計算原理而創作的互動媒體作品包括動作采集(即多樣化的輸入)、智能處理(即快速準確地處理)和顯示輸出(即多樣化的輸出)三個關鍵環節。為了實現這些關鍵環節，需要應用多種技術，如傳感器技術、控制技術、編程技術、網絡通信技術等。利用這些互動媒體技術和物理計算原理所創造的互動媒體作品實際上需要融合創作者的多學科領域知識，例如結構設計與制作、操作與執行、驅動與控制、檢測與感知、智能與程序設計和藝術與媒體設計等[6]，其跨界綜合程度可見一斑。因此，利用物理計算平臺、制作互動媒體作品使學生有機會通過設計和制造計算機增強的物品和空間，在探究技術/工程與數學、科學、藝術等跨學科之間交叉和融合的過程中培育學生的STEM綜合素養。

(二)基于Scratch的物理計算工具/平臺

由于一些開源的物理計算平臺(如Arduino)隱藏了直接操作微控制器的大多數技術細節，為用戶封裝了一個易于使用的工具包，用戶只要通過輸入、輸出接口就能方便地與其打交道。這就使得物理計算工具/平臺越來越普及，前沿、綜合的數字技術不再遙不可及，普通的設計師、藝術家和中小學生都可以利用這些物理計算平臺實現創意想法。

Scratch是美國麻省理工學院MIT媒體實驗室推出的一款可視化、代碼塊拖拉式的教育性編程工具，因其界面友好、寓教于樂，深受國內外師生的喜歡。Scratch風靡全球的原因，一方面在于它激發了學生的信息化表達和數字化創作的熱情，學生可以在互動媒體作品的創作、玩耍、分享過程中提升創意計算能力(即創意設計和計算思維)；另一方面在于Scratch連接硬件平臺的拓展性特別突出，它可以連接諸如Picoboard傳感器板、MakeyMakey/酷樂宅電路板、Arduino單片機、Kinect體感設備等物理計算平臺，這些平臺大多廉價、開源、跨平臺，提供簡易易用的硬件編程環境。學生可以通過使用各種輸入和輸出接口，與周圍的現實世界打交道，制作擺脫鍵盤、鼠標束縛的、虛實結合的互動媒體作品。以下簡要介紹四類適合中小學生使用的、基于Scratch的物理計算工具/平臺。

1.Picoboard傳感器板

Picoboard傳感器板是一種能支持Scratch感應外部環境的電路板，通過USB接口與計算機相連。它具有五種感應、偵測外部環境的硬件接口，包括聲音傳感器、光線傳感器、按鈕、滑桿和自定義(電阻型)傳感器，能采集數字和模擬輸入量。由于Picoboard傳感器板是一種數據輸入型電路板，因此它只能感知外界的信息(即通過各種硬件接口獲取外部數據)而不能輸出控制信息[7]。連接Picoboard傳感器板后，人們操控Scratch程序的交互手段更加豐富多樣，可以結合其他材料(如銅箔紙)制作各種控制器，使Scratch程序與外界真實世界無縫銜接。

2.MakeyMakey/酷樂宅

MakeyMakey/酷樂宅是兩款功能接近但實現手段不一的小型電路板，通過USB接口連接電腦，使用鱷魚夾掛接其它物體，實現外接映射鍵盤。前者由美國麻省理工大學媒體實驗室的兩名博士生Jay Silver和Eric Rosenbaum研發，后者由國內溫州地區一群對科技和創意有著無限熱情的年輕人研發。這兩種神奇的電路板可以讓各種日常物品成為一個計算機輸入設備，如讓樓梯變成鋼琴，讓香蕉變成鍵盤，讓橡皮泥變成游戲手柄。只要物體(如橡皮泥、水、人體或各種植物、金屬)表面濕潤或導電，微控制器就能檢測出微弱的電流，并通過USB發送一個按鍵、鼠標或執行程序等信號給計算機，從而讓任何連接到電路板上的物體擁有類似觸摸感應的功能[8]。

3.Arduino單片機

Arduino單片機是一款開源的可編程微型控制器，可用于搭建機器人和智能機器。數字的或者模擬的輸入/輸出端口是Arduino單片機與現實世界連接的重要通道，借由這些輸入/輸出端口，Arduino單片機可以與各種輸入設備和輸出設備連接。常見的輸入設備有光敏元件、熱敏元件、超聲波元件、電位器等，常見的輸出設備有LED、電機馬達、蜂鳴器等。當Arduino單片機對這些輸入、輸出數據進行動作采集、顯示輸出時，就實現了感知外界環境和控制現實世界的目的[9]。與Scratch傳感器板相比，Arduino單片機具有雙向輸入/輸出數據的接口，因此Arduino單片機的互動性遠遠勝過Scratch傳感器板，可以搭建輸入、輸出相互影響的反饋系統。通常可以使用Arduino IDE、S4A、Ardublock、Mind+等開發環境進行硬件編程。

4.體感設備

支持體感交互的設備逐漸走向平民百姓。Kinect(全身體感設備)、普通攝像頭和Leap Motion(手勢感應設備)就是其中的三種體感交互設備。Kinect是微軟開發的一種3D體感攝影機(又稱為體感設備)，它集成了諸多先進視覺技術，具有骨架跟蹤、動作識別、人臉識別、語音識別等功能，正如其宣傳語所說——“You Are the Controller”(你就是遙控器)，Kinect已成為徹底突破人機控制界限的自然交互設備，將對未來的生活、娛樂帶來創意性的改變[10]。Kinect for Windows是支持體感型應用程序開發的外設，通過Kinect2Scratch驅動程序可以與Scratch編程環境相連接，支持學生開發自己定制的體感游戲或其他體感應用，如雙手操縱演奏音樂、雙腳操作飛機大戰游戲、用肢體運動認識奇偶數，學生可以在玩中學、做中學的過程中感受屏幕替身、骨架跟蹤的基本概念和思想方法。Scratch2.0也支持基于攝像頭的體感應用開發，它能偵測視頻畫面變化的幅度，當變化的幅度超過設定值，就能激活后續的行為。

三、構建面向STEM教育的創客教育模式

起步較早的STEM教育與信息時代下的創客教育正在深度融合，這將帶來中小學生創新意識培養和實踐能力提升的新增長點。一方面，創客教育的數字技術和文化氛圍將豐富和優化STEM教育的內容和手段，讓STEM教育重新煥發新的生命力；另一方面，STEM教育的跨學科綜合理念、基于項目或問題的教學方法使創客活動更符合學校教育和人才培養的需求，使創客教育的目標與方向、實施過程更加清晰。以下將從基本理念、教學目標、教學內容、教學策略、教學評價和學習環境六個側面闡釋面向STEM教育的創客教育模式。

(一)基本理念

創客教育主要以學生的自主探究和動手制造為核心，它根植于杜威的進步主義和Logo語言發明者——西蒙·帕伯特(Seymour Papert)教授早年提出的建造主義[11]，強調學生在學習過程中利用知識建造外在的、具體的、可分享的人工制品和建立人際關系。在學科整合途徑上，可以借鑒整合性STEM教育(Integrative STEM Education，簡稱iSTEM)方法[12]，即在研究各學科特點的基礎上探求以工程技術教育為核心、整合數學和科學的教學方法，也就是利用技術/工程教育的思想和模式有意圖地整合科學/數學教育的內容和過程，采用技術/工程教育常用的基于設計的學習(Design-based Learning)方法，讓學生在面向真實問題解決的項目探究學習(Problem-based Learning)過程中，綜合運用技術素養、工程/技術的設計過程、科學素養、科學探究和科學/數學以及其他相關概念來設計和制作人工制品，從而達到培養學生STEM素養、創新意識和實踐能力的目的。

(二)教學目標

創客教育的總體目標是在利用物理計算平臺和3D打印技術等前沿數字技術、綜合運用跨學科知識、動手創造人工制品，在探究所生活的世界相互聯系的不同側面的過程中學習和掌握面向真實需求的問題解決的過程和方法，培養和提升創意設計能力、團隊合作能力、問題分析與解決能力和實踐創新能力以及STEM素養。從三維目標來看，創客教育的教學目標可以包括知識與技能(如物理計算的基本原理、硬件裝配、電子元件識別、電路搭建、程序編寫、功能調試、3D打印建模等)、過程與方法(即在教師指導下，通過模仿、自主探究和動手制造來完成從易到難的硬件裝配、電路搭建、程序編寫和功能調試，在觀察、思考、設計、制作、試驗等活動中掌握發現問題、分析解決問題的方法)和情感態度與價值觀(即感受物理計算平臺在連接人與數字虛擬世界、現實物理世界的便捷性，培養動手解決實際問題的興趣和熱愛生活的情意，提高問題意識，形成勇于探索、積極實踐、樂于合作的學習態度與品質)[13]。

(三)教學內容

創客教育的教學內容將承載創新、制造、智能多個側面，創新表現在創新思維和跨界思維。創新思維旨在培養學生用創意設計的方法結合各種情景(如科學情景、工業情景、生活情景等)，以特定的工程目標開展原創性研究、解決問題。例如，在2013年上海創意教育培訓暨教師工作坊中，主講教師要求各組參訓教師運用檢測Picoboard傳感器板上電阻型傳感器A端口是否連接的方法，結合使用其他創意制作材料(如銅箔膠帶、細電線)設計制作游戲控制器開關，其中有一組參訓教師創作的“斗雞開關”最具創意，游戲中玩家單腿站立，將兩個玩家膝蓋上的鋁箔膠帶相碰去觸發屏幕上角色的行為，這款游戲借助一個簡易裝置將人與人之間的互動融入其中，使我們感受到科技與真人現實游戲結合的神奇魅力，同時也喚起了大家對兒時游戲的美好回憶。跨界思維就是設計一些有用有趣的活動將STEM等各學科領域的知識與技能進行交叉、融合，例如將藝術人文領域與理工科、科學研究相結合。北京景山學校吳俊杰老師在拓展Picoboard傳感器板應用方面開展了信息技術與科學研究結合的跨學科整合實踐，他設計了一種基于Picoboard傳感器板的實驗，即利用Picoboard傳感器板上的不同模擬量研發多個聯系生活實際的信息技術實驗，通過設計實驗—采集數據—函數擬合—應用函數的一系列過程，帶領學生研究外界環境的物理量(如長度、電阻等)與Picoboard傳感器板上采集的模擬量(如滑桿傳感器數值、光敏傳感器數值等)之間是否存在穩定的對應關系，進而利用這個關系來測定物理量，最終實現自動測量儀器(如長度測量的儀器、灰度掃描儀等)的制作。信息技術與科學研究的巧妙結合使學生充分感知了整合跨學科知識在問題解決過程中的重要性和具體實現方法[14]。

創客教育的制造表現在讓學生直接參與對現實世界的改造，學生創客在教師創客的帶領下、基于3D打印技術和物理計算平臺等前沿技術進行動手制造，面向真實需求來完成硬件裝配、電路搭建和作品調試。例如，溫州中學的學生利用Arduino控制板自制了兩款功能各異的互動裝置——感知外界環境變化的風景畫和電動顯示器支架，前者側重于感知信息，利用與Arduino控制板相連的傳感器直接監測外界天氣情況，并控制屏幕上風景畫改變，來實現實時感知外界天氣變化的功能。后者側重于控制信息，通過程序控制電機、自動調節電腦顯示器的支架，以達到預防頸椎病的目的。這些互動裝置反映了學生應用物理計算平臺解決實際問題的能力以及難能可貴的藝術修養和人文關懷[15]。

創客教育的智能表現在學生通過編寫程序和調試軟硬件系統，賦予人工制品以生命和智能，實現人與人、人與物、物與物之間的正常溝通與互動。由于開源、底層封裝、圖塊拖拉界面，基于硬件的編程門檻降低，“人人學會編程”不再遙不可及。

(四)教學策略

創客教育是面向STEM綜合素養提升的教育，其教學過程和方法主要基于項目、圍繞問題來開展，學生自主探究和動手體驗是教學的核心。可以采取如下一些策略。

1.回歸真實世界的實踐

創客教育要讓學生回歸真實世界，在觀察周圍世界、關注自己和他人需要的過程中，從親近與探索自然、體驗與融入社會、認識與完善自我等多個主題領域尋找創意設計的靈感，從而創作各種蘊含現實社會意義和文化內涵，并與科學、藝術、生活等多領域場景無縫銜接的互動媒體作品，理解問題解決的真諦：從生活中來再到生活中去。例如，一些學校師生使用各種物理計算工具/平臺創作了面向實際需求的互動媒體裝置，如多個紙盤觸碰開關組成的投票器、報警器、節水器、紙板彈琴、樓梯彈琴、基于橡皮泥的計算器等。

2.圍繞創新，大膽實踐

追求創新是創客教育的重要價值取向，創新可能來自于對微小而獨特需求的發現，而表達創新想法的途徑就是制作個性化、具有智能、能帶來高附加值的互動媒體作品，這類作品可能是生活中能用的東西，如測溫報警、溫控風扇、網絡澆花器[16]、遙控臺燈[17]等，也可能是有質感的、讓人們愉悅心情的東西，如流水燈、呼吸燈、蜂鳴器電子琴、開啟并奏樂的蛋糕盒[18]等。吳俊杰老師把這兩點歸納為做有用的東西(Make It Real)和做有質感的東西(Make It Cool)[19]。由于互動媒體作品面向實用、面向美學欣賞，創作者需要考慮應用需求和現實困境，大膽實踐，在聆聽周圍同學和用戶意見的基礎上持續完善。比如為了把互動媒體作品做得更有質感，可以把作品做得大一些、讓作品與人互動、結合信息通訊的知識與技術創作作品，這樣獨具創意的互動媒體作品就不再只是冷冰冰的裝置和設備，而變身成為巧妙解決現實問題、充滿生活樂趣的智能作品。

3.倡導迭代式學習過程和有意圖的擺弄式學習方式

迭代式學習過程是不斷重復、遞進的過程。美國MIT終身幼兒園研究小組主任雷斯尼克教授曾提出創意思考螺旋(Creative Thinking Spiral)，它包括不斷迭代發展的五個階段，即想象→創造→玩耍→分享→反思→再想象……[20]，也就是互動媒體作品的創作開始于不成熟的想法或創意靈感，然后經歷設計、制作、調試、改進和修飾作品，最終完成可以運作的互動媒體作品。分享、反思是整個互動媒體作品創作過程的組成部分，因為交流分享創作成果和深刻反思學習過程是靈感、想象、完善、提高的源泉。

擺弄(Tinkering)是一種重視探究和動手體驗的工作風格和學習方式，它不同于有條理的規劃，允許學生“以玩耍、探究、迭代的方式投入到問題或項目中”[21]，從嘗試制造智能裝置的想法開始，動手制作互動裝置和編寫配合裝置合理發揮功能的程序，經常評估目標，一遍又一遍地探究新途徑和研究新方案，不斷擺弄和調試軟硬件，一方面解決硬件電路搭建、機械裝置裝配方面的困境，另一方面查找軟件開發、程序設計方面的問題，才能達到預定目標或滿足檢驗假設的需求。整個學習過程充滿了混亂、驚奇、偶爾的煩惱或失落，但這就像真實的科學研究和工程制造一樣。

4.強調跨學科綜合，鼓勵合作探究

創客教育是圍繞設計計算機增強的互動裝置和空間而展開的，這是一些吸引學生、激發學習動機的活動。它需要以工程、技術為核心，綜合應用跨學科知識與技能，并鼓勵不同興趣特質的同學一起參與合作式探究。例如，2014年5月上海師范大學兩名計算機科學與技術師范專業學生聯合本校音樂、美術專業的多名學生，一起圍繞音樂元素合作創作了“音樂風暴”互動媒體作品，該作品功能完整，包括樂曲播放、知識問答、歌詞知識介紹、曲譜游戲、簡易電子琴和簡易電子鼓六個模塊，可以讓玩家體驗自己成為樂隊成員、音樂鑒賞家、樂器演奏家、作曲家和作詞家的樂趣。其中簡易電子琴和電子鼓是利用Picoboard傳感器板、MakeyMakey電路板和其他材料(銅箔紙、紙板、海綿等)完成的。該作品在2014年上海舉辦的Scratch Day China創意編程作品展示交流活動中進行公開展示，其精美的畫面、精致的音效、流暢的功能受到現場來賓和其他中小學參賽成員的嘖嘖稱贊。由此可見，跨學科綜合和團隊合作可以使互動媒體作品創作的深度和廣度進一步提升。

5.提倡案例教學，鼓勵再創作

基于案例的模仿、探究是開展創客教育的重要途徑，案例融合了必要的知識與技能、滲透了面向現實問題解決的方法與過程，為學生的創新意識培養和創新能力提升搭建了必要的腳手架。案例的學習不僅限于模仿，還應鼓勵學生進行互動媒體作品的再創作，從作品的互動方式到呈現方式，再到功能的拓展都可以引導學生提出自己的創意想法，再付諸實現。再創作是計算參與理念下的重要實踐方式[22]，它有助于學生不斷積累創意設計經驗，為后續高水平的原創性設計與創作打下堅實的基礎。

(五)評價方法

創客教育的評價方法應重點關注學生創新意識、實踐能力和STEM素養的提升，可以采用聚焦創客成果和創客學習過程的多元評價方法，通過搭建現場或網絡在線的分享、交流平臺，讓學生創客們展示自己創造的互動媒體作品，交流創作作品的過程與收獲，與作品的受眾、用戶面對面交流，也可以通過觀看其他同伴的作品，開闊創作思路，汲取再創作的靈感。現在，國內各地組織了多場互動媒體作品或創客教育的集中展示、交流活動，如2014年5月上海的Scratch Day、2014年11月溫州市首屆青少年創客文化節[23]以及在常州舉辦的全國中小學生創客邀請賽等，這些盛大的現場展示交流活動吸引了學生、教師、家長、學校領導、校外培訓機構等多方參與，現場展示的許多互動媒體作品都呈現出創作者的創新思考和獨特創意，創客教育的教學評價隨著社會性交往的融入而變得更加真實，更加有利于學生的個性發展。

(六)學習環境

校園創客空間是培養小小創客的重要場所和學習環境，根據學校教育和人才培養的特點，應在比較、借鑒社會創客空間的基礎上建立校園創客空間，為“小小創客”的培育提供必要的物質保障、技術支持、學習環境和創客文化。我們不僅要給予小小創客們寬松的工作空間、充裕的創作時間，而且要提供支援性的指導和幫助。理想的創客學習環境是一種圍繞技術探究和互動媒體創作的工作坊(Workshop)，使用“一種顛倒課堂和基于項目的學習模式，教室周圍是電子圖書館，學生可以根據精選視頻和社區資料自學，教室的中心則是討論桌、加工工具、實驗儀器和展示平臺，學生基于具體的項目，解決真實情境下的問題……”[24]。

四、結語

隨著前沿數字技術的開源、底層封裝和門檻降低，越來越多的中小學信息技術教師開啟了創客教育之旅，他們帶領著一批中小學生，開始面向現實生活挑戰、實際需求或者追求對生活的美化和情操的陶冶，嘗試突破傳統鍵盤、鼠標的人機交互局限，用多樣化的輸入、快速準確的處理和多樣化的輸出來設計、制作具有獨特人機互動方式的互動媒體作品。從趣味編程到趣味創造[25]，國內師生們創造的互動媒體作品已經在科學實驗、數學建模、仿真模擬、藝術表達、創意設計等方面挖掘出越來越多的創新實踐潛力[26]。基于物理計算平臺、3D打印技術等前沿技術的創客教育有著深厚的理論基礎——建造主義，它是適應數字信息化時代、培養學生STEM素養和創新實踐能力的一種教育新范型。面對洶涌的技術變革浪潮和教育新理念，教育工作者有必要思考它們對中小學信息技術教育改革、通用技術教育改革、綜合實踐課程改革乃至中小學教育的整體變革的意義與價值，在面向STEM教育的創客教育實踐中，不斷積累深化教育改革、提高教育質量的新思路、新經驗。從中國制造到中國創造之路任重道遠，面向STEM教育的創客教育或許可以開創一條讓更多學生參與創新、從小培養學生創新實踐能力和STEM綜合素養的道路。

[1]袁剛,沈祖蕓.全球都在跨越STEM[EB/OL].http://mp.weixin.qq.com/mp/appmsg/show?__biz=MjM5Njg3ODkwMQ==amp;appmsgid=1000160 1amp;itemidx=1amp;sign=d9e6dc4975747018ac659a9e66b1dc77#wechat_redirect,2014-10-01.

[2][24]李凌,王頡.“創客”：柔軟地改變教育[N].中國教育報,2014-09-23(5).

[3][11]Sylvia Libow Martinez and Gary S.Stager.Invent To Learn:Making,Tinkering,and Engineering the Classroom[M].Torrance:Constructing Modern Knowledge Press，2013.

[4]Physical computing[EB/OL].http://en.wikipedia.org/wiki/Physical_computing,2014-10-01.

[5]謝作如.《互動媒體技術》課程綱要[EB/OL].http://xkmh.zjer.cn/zjer2/st/superTeacherArticle.do?method=showArticleamp;categoryId=38 33amp;superTeacherId=12amp;articleId=36136,2014-01-15.

[6][17]謝作如.S4A和互動媒體技術[M].北京：清華大學出版社,2014.

[7][14]吳俊杰,梁森山.青少年科技創新叢書:Scratch測控傳感器的研發與創意應用[M].北京：清華大學出版社,2014.

[8]焦建利.從MakeyMakey到酷樂宅[EB/OL].http://www.jiaojianli.com/5242.html,2014-01-15.

[9]李瑞,陳杰.Arduino:開放的軟硬件電子平臺[J].中國信息技術教育,2013,(11):82-84.

[10]余濤.Kinect應用開發實戰:用最自然的方式與機器對話[M].北京：機械工業出版社,2013年.

[12]Allison L.Felix,Joel Z.Bandstraamp; William H.J.Strosnider.Design-Based Science for STEM Student Recruitmentand TeacherProfessional Development[EB/OL].http://www.asee.org/documents/sections/middle-atlantic/fall-2010/01-Design-Based-Science-for-STEMStudent-Recruitment-and-Teache.pdf,2014-10-01.

[13]謝作如.開源課程：Arduino創意機器人[EB/OL].http://blog.sina.com.cn/s/blog_6611ddcf0101kcje.html,2014-10-01.

[15]謝作如.承載STEM教育的校本課程開發——以《互動媒體技術》為例[R].北京：2nd International STEM in Education Conference,2012.

[16]劉玉田,許勇進.用Arduino進行創造[M].北京：清華大學出版社,2014.

[18]陳磊.Scratch融入STEM教育[J].上海教育,2014,(10):38-39.

[19]吳俊杰.視頻：創客教育的理論與實踐[EB/OL].http://v.youku.com/v_show/id_XNzU4MTM4MjQ4.html?qq-pf-to=pcqq.group,2014-10-01.

[20]Resnick,M.Sowing the Seeds for a More Creative Society[EB/OL].http://connectedlearning.tv/sowing-seeds-more-creative-society,2014-10-01.

[21]Mitchel Resnick and Eric Rosenbaum.Designing for Tinkerability[EB/OL].http://web.media.mit.edu/～mres/papers/designing-for-tinkerability.pdf,2013-12-03.

[22]王旭卿.從計算思維到計算參與：美國中小學程序設計教學的社會化轉向與啟示[J].中國電化教育,2014,(3):97-100.

[23]蔣浩潔.首屆溫州青少年創客文化節——創意在飛揚動手High起來[N].溫州日報,2014-11-11(9).

[25]管雪沨.從趣味編程走向趣味創造[J].中小學信息技術教育,2013,(2):43-45.

[26]謝作如.雖然很困難,但我們都在努力——“第一屆中小學STEAM教育創新論壇”活動紀要[J].中國信息技術教育,2013,(10):5-8.

王旭卿：副教授，博士，碩士生導師，研究方向為中小學信息技術教育、教育技術、職前教師教育(cnwxq@shnu.edu.cn)。

2015年4月2日

責任編輯：宋靈青

The Exploration of Maker Education Oriented to STEM Education

Wang Xuqing
(Department of Computer Science,College of Information,Mathematics and Electrical Engineering,Shanghai Normal University,Shanghai 200234)

Currently more and more educators began to focus on STEM education and maker education,and combine these two aspects,so that students improve creative capabilities and STEM comprehensive literacy in the process of“play innovation” and self-exploration with the cutting-edge technology.One of technologies that maker education depends on is physical computing and interactive media technology.It is the new fi eld of intersection and integration of IT and other disciplines(such as art design).An interactive system that can sense and respond to the real analog world is built by the integration of software and hardware.It can strengthen the relationship between of human and the digital world.The objectives,direction and implementation process of Maker education will be clearer,when it is oriented to STEM education.Based on considering six aspects of fundamental philosophy,instructional objectives,instructional contents,teaching strategies,evaluation methods and learning environment,maker education model oriented to STEM education can be built.Maker education based on the physical computing platforms has a profound theoretical foundation-constructionism,it is a new educational paradigm which adapts to the digital information age and focuses on cultivation of students’ STEM literacies and innovative abilities.It provides us some new ideas and directions for exploring the IT education reform,universal technology education reform and overall reform of primary and secondary education.

STEM Education; Maker Education; Physical Computing; Creative Computing; Works of Interactive Media

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1006—9860(2015)08—0036—06