科技社團活動促進創客教育發展的實踐研究

王瑞+靳大林+蔣立春

摘要：鄭州二中開展基于項目式學習的科技社團活動，對創客教育在中學的培養現狀以及發展方向進行了實踐研究。本課題的研究以行動研究法為主，以調查法、觀察法等為輔，充分利用軟硬件資源，以開發的創客校本課程為主題科技社團活動類型，促進了我校創客教育的快速發展，從而提升了學生的核心素養，為培養全面發展的高素質人才奠定了堅實的基礎，取得了創客教育的階段性研究成果。

關鍵詞： 科技社團活動；3D創意設計；創客教育發展

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）01-0163-04

鄭州二中為適應時代發展的需要，在全面推進素質教育的同時，根據鄭州市教育局有關開展創客教育的文件精神，結合學校的育人目標和課程規劃的總體安排，自覺把創客教育工作做為教育教學的重要工作。我校成立了以王瑞校長、分管領導姜波副校長牽頭的創客教育工作領導小組，制定了《鄭州二中創客教育課程建設方案》。為更好地開展創客教育活動，我校組建了以蔣立春主任、王建偉主任、靳大林老師和陳月陽老師等為各項負責人的學校創客導師骨干隊伍，制定了行之有效的計劃，開展了動手動腦、形式多樣、寓教于樂的科技教育和科普活動，把創客教育工作落實到社團各項活動中去，融入學校創客教育發展的全過程。

學校為每一位有科技特長的學生提供豐富的學習機會和展示平臺，校內、校外的科技活動信息及時發布。目前校內科技活動主要有：年度創客教育分享展示會、年度微電影節、科技創客藝術節、智慧教育展、全球青少年領袖峰會和機器人運動會等活動；校外的科技活動主要有：全國中小學電腦制作活動、青少年科技創新大賽、河南省中小學知識產權創意大賽、國內外的FIRST機器人競賽（FRC、FTC、FLL）、中國青少年機器人競賽、CM3國際青少年創客挑戰賽、河南省中小學技術設計與創新成果評選活動和高校科學營等重要活動。

現在，我校PRCC科技社、TAI科技社、NAO機器人社、鋼板機器人社、微電影社、無人機社、3D創意設計社等科技社團，已經在鄭州教育領域具有一定的知名度，學生在各級各類比賽中均取得了優異的成績。通過科技社團活動的開展，培養了學生的創新精神和實踐能力，促進了我校創客教育的快速發展。下面以鄭州二中開展3D創意設計為例進行闡述。

1 研究背景

3D創意設計與3D打印技術近年來發展迅猛，目前在各個領域得到了廣泛應用，引發了全球技術的新浪潮。很多國家的技術課程早已引入了“3D設計與打印技術”，將學到的知識和已有的生活經驗相融合進行教學，從而培養創新意識和動手動腦能力。

鄭州二中認真貫徹“自主發展、快樂成長”的辦學理念，通過科技社團活動來促進學校的創客教育發展的實踐研究，踐行“做有未來的教育”的理念，探索從淺層學習到深層學習，從書本知識到創新能力培養的創客教育實施路徑。我校科技社開展3D創意設計活動，利用北京四維拓智教育科技有限公司開發的3D創意設計軟件進行活動，運行環境為Win7操作系統，選取熟知的事物作為課例，例如進行花盆、桌椅、小飛機、摩托車和小汽車等的設計，同時根據反饋進行修改和優化，并逐步加以完善。

2 研究目的

利用3D創意設計軟件，通過搭積木式的簡單操作創建模型，可以借鑒別人的模型進行二次開發，更提倡原創。以任務驅動促進學生學習目標達成，以自主探究促進學生學習知識的靈活運用；以實地觀察、研究學習促進學生思維的碰撞，達成讓學生在模仿中思考、在思考中創新、在創新中成長的研究目的。通過設計3D創意作品的主題把多門學科知識整合起來，培養學生系統解決問題的綜合能力；突出以“實踐、體驗、探究”為基點的項目式學習方式，提高其創新精神和實踐能力；課程中強調分組試驗活動的項目式學習模式，培養學生的團隊協作精神等。

3 研究對象

從2013年9月至今，我校連續開展了四輪3D創意設計活動，每輪周期是一學年，對象是科技社下屬的3D創意設計社高一學生。從第一輪的78名學生，發展到第四輪的128名學生，體現了我校創客教育的旺盛生命力。利用每周五下午集中進行社團活動，地點在學校微機室或創客空間。

4 研究理論

創客教育注重與現實世界的聯系，注重學生的學習過程 ，打破學科界限，將生活中的實際問題，跨學科整合出項目，讓學生動手完成他們感興趣的相關項目。基于項目式的學習（Project-Based Learning） 是一種基于建構主義理論的情景化學習方式，使學生通過應用知識、動手操作的方式來學習知識，進而加深學生對學習材料的理解，強調積極建構、合作學習。[1] “項目式學習”最顯著的特點是“以項目為主線、導師為引導、學生為主體 ”，注重理論與實踐相結合，逐漸被引進目前新興的創客教育領域中。

我校PBL的學習模式主要由項目選題、收集資料、制定計劃、方案設計、作品創作、分享評價等六個基本流程組成。在創客導師的指導下，將一個相對獨立的項目交由學生自己處理，學生將學習場所拓展到傳統學習場所以外的空間——創客空間。學生通過對項目的進行，了解并把握整個過程及每一個環節中的基本要求，獲得知識與技能，期間同時得到創新能力的培養。[2] 創客導師不斷進行指導和激勵，興趣一致的伙伴組建成項目式學習小組，基本學習和思考工具為自編的創客手冊，創客項目執行主要在課下完成，依據我校PBL評價量規，交流分享主要在社團活動課上進行。

5 研究方法

本課題的研究以行動研究法為主，以調查法、觀察法等為輔。圍繞自編的創客校本課程開展不同層次、不同形式的科技社團活動。在實踐中反思，再實踐、再反思，及時反饋信息，進行分析研究，不斷修正活動的組織實施形式，積極探索科技社團活動促進創客教育發展的研究思路和實施途徑。行動者參與研究，研究者參與實踐，并根據研究中遇到的具體情況和實際問題，邊實踐，邊觀察，邊反思，邊研究，使理論與實踐、成果與活動有機地統一起來。endprint

6 研究過程

我校精心編印了鄭州二中科技社3D創意設計創客校本課程，在創客導師的指導下，力求每周五下午都有創新和突破，社員們進步很快。在組織開展社團活動中，堅持以培養學生的科技創新意識和創新能力為宗旨，積極發動社員參與進來，參加活動的作品堅持以“自己選題、自己設計和研究、自己制作和撰寫”，具有“科學性、先進性、實用性”的原則，并不斷在社團活動時間讓大家一起評價和修改，直至作品大家都滿意為止。研究過程主要有以下三個階段：

6.1 初級階段

本階段主要通過軟件的講授與學習，進行簡單的案例賞析，讓學生掌握軟件搭積木式的操作，了解3D創意設計的基礎知識和學習3D創意設計軟件的使用方法。培養學生3D創意設計興趣，直面困難、大膽實踐；引導學生在有興趣的基礎上，加以提煉和升華，學會分工、 學會分享；嘗試各種方法進行創作，不斷進步、共同提高。

通過動手動腦的上機實踐，了解北京四維拓智教育科技有限公司開發的3D創意設計軟件的使用方法。三維球是3D創意設計平臺最主要的圖素操作工具，結合智能捕捉工具可實現對復雜零件的裝配與修改。掌握三維球的應用，可以通過它平移、旋轉、復制、鏡像、陣列圖素，精確定位定向三維空間任何一個三維物體。更要求學習包圍盒的具體操作，拷貝、鏈接，拉伸向導、旋轉向導、掃描向導、放樣特征向導，圓角過渡等基本的軟件操作等。

通過3D創意設計軟件的學習，知道3D創意設計的一般過程，能運用設計的一般原則進行評價，能比較權衡多個方案，選定最佳方案。勤于思考、勇于探索，探究3D創意設計的初級階段，實現自我價值。

6.2 中級階段

中級階段選取熟知的事物作為項目式學習案例，通過搜集資料、調查采訪、數據統計、分析整理、動手上機的親身體驗及活動，貼近學生學習生活，理解三維建模的三個空間：想象空間、虛擬空間和實體空間。能夠根據不同的設計需求，準確地把設計想法運用到3D創意設計的過程中，具有良好的操作素養和思維模型。

熟練掌握3D創意設計軟件的使用方法，熟練操作軟件在點、線、面、體之間構造模型的關聯。在繪制草圖的過程中，學會創建草圖、快速生成基準面、基準面重新定向和定位、草圖繪制、實時渲染等。掌握動畫添加與調節的方法，通過幾何約束關系的控制來達到動作傳遞、協調的功能，最終利用軟件輸出動畫。

本階段有意識地將3D創意設計軟件與3D打印機進行組合應用，有利于培養學生的創造力，提高學習力和實踐力。學生學會自我創造物品，造物為我用、為他用，實現應用價值。

6.3 高級階段

本階段主要通過參加全國中小學電腦制作活動，在原創作品中進行設計建模，不斷地滲透設計理念、創意思想和三維軟件操作技巧，從而達到專業學習的基本要求和滿足社會發展的需求，具備在不同領域內的3D創意能力與撰寫研究報告能力。理解3D創意設計過程及其各個環節，感受創作3D創意的艱辛，體驗創作3D創意的樂趣！

通過經典的全國電腦制作活動案例賞析，融會貫通，熟練使用3D創意設計軟件、視頻處理軟件以及3D打印軟件，產品不斷優化直至3D打印出來；逐步學會確定研究內容，制訂研究方案，收集和整理信息，進行模型制作和成果展示，撰寫研究報告等。

本階段能夠找到3D創意設計與不同領域的關聯，通過3D創意設計重構新的認知，具有開拓創新的勇氣。提高3D創意設計的設計能力、動畫制作的能力，培養學生的想象力、創造力、語言表達及合作交流的能力。培養學生用科學的思維來看待和分析生活中的現象和問題，提高其科學生活、保護環境的意識。了解產品的發展前景，申報國家專利，力爭產生社會效益，實現產業價值。

總之，在3D創意設計過程中，讓學生對整個設計項目有一個系統性、規范性的了解和實踐。從思考問題、到構思如何解決問題，這不僅是創新設計能力的培養，同時也是教會學生如何正確的、科學的發現問題、解決問題，更是培養學生的科學觀念、科學態度、科學思維以及科學實踐能力等。

今后，將3D創意設計與3D打印進行融合，拓寬三維建模軟件，嘗試用3D One系列軟件代替北京四維拓智教育科技有限公司開發的3D創意設計軟件，讓更多的學生利用3D One官網的海量資源，進入青少年3D創意設計虛擬社區，對創客教育在中學的培養模式現狀以及發展方向進行落地實踐探索。

7 研究案例

7.1 項目選題

制作一個完整的作品，首先必須要選題。事實上，在我們今天如此多姿多彩的生活中，點點滴滴都滲透著科普知識，用心體會我們的學習和生活，事事處處均可以作為創作題材，只要充分發揮自己的想象，就可以創作出主題優異、創意經典、畫面完美的作品。但是有一點，就是你選的這個主題是沒有爭議的，最好是自己的原創。

（下面以王嘯晨同學的《未來智能學生床》為研究案例）

隨著科技的發展，智能化家居系統是發展的總趨勢。現在學生功課負擔重，部分同學有睡眠不好的問題；而且家里大多都是中小戶型的房子，科學利用有限的空間是擺在我們面前的難題。根據同學們的使用習慣，以及審美的要求和個性化學習的需求，設計了未來智能學生床。

7.2 收集資料

主題確定后就要搜集資料了，可以通過搜索計算機網絡、閱讀書刊、收聽廣播、收看電視、聽講座、請教專家、和同學討論、網上交流、甚至自己觀察、實驗、調查等。總之應盡量拓展信息來源，保證信息的數量和質量，保證信息的真實可信性和資料權威性。

7.3 制定計劃

通過網絡搜集一些作品中可能要用到的一些素材。也可以自己進行創作，但是主要形象一定都是自己設計和創作的。根據作品內容和主題，設計出符合作品風格和要求的創意計劃模型。可以先手繪設計圖紙，然后用3D創意設計軟件自帶功能進行二維草圖的繪制。endprint

（未來智能學生床案例）

未來智能學生床完美地將智能寢床與多功能書桌融為一體，使居住更為合理、科學、時尚、健康！基于人體工學原理和現代機械設計理論來進行設計，創客導師指導學生制定出作品尺寸和設計草圖。

7.4 方案設計

方案設計是設計中的重要階段，包括設計要求分析、系統功能分析、原理方案設計等過程。學生分組行動，主動收集和處理各種信息，師生間互動交流，積極建構知識，促進深度學習，優化設計方案，初步學會有計劃、有步驟、科學地開展設計活動的方法。

（未來智能學生床案例）

計劃設計的未來智能學生床分為底盤、側板、床板、照明系統、動力系統、控制系統、影音系統等。初步提出設計模型 、解決方案 、創意思路，對本產品自動照明系統、非穿戴式智能睡眠監測系統、影音系統、無線發射接收控制系統、動力滑道折疊系統和能源系統進行初步的闡述和明確的設計尺寸。

7.5 作品創作

把要創作的作品建立起模型之后，對照草圖，就可以進行上機制作作品了。可以完全搜集完素材后制作，也可以邊搜集邊制作。因為隨著創作的深入，作品可能隨時要修改，所以一定要為修改作品留好余地，便于快速查找修改，盡量不要在同一個圖層上放置多個元件，不要牽一發而動全身。更要建立自己作品的多個二級文件夾，注意作品的保存和備份，防止前功盡棄。在用3D創意設計軟件建模完成之后，我們既可以用軟件本身的功能來生成動畫，更要通過會聲會影等軟件，把動畫加上字幕和配音等元素。后期處理完之后的作品動畫，上傳到優酷網上，便于大家分享評價。

（未來智能學生床案例）

運用軟件導入基礎的設計元素，經多次設計二維草圖，通過3D創意設計教學軟件從各個方向繪制模型外觀，并運用切割、元素合并、曲面設計等技術，生成基礎模型，之后運用鏤空、圓角過渡等手段對模型進行處理，接著運用渲染，染色技術美化模型，再運用動畫設計的方法，創作出未來智能學生床的裝配，最后裝載三維動畫。未來智能學生床原創部分包括：自動照明系統；非穿戴式智能睡眠監測系統；影音系統； 無線發射接收控制系統；動力滑道折疊系統；能源系統等。

7.6 分享評價

以項目式學習為主要學習方式的科技社團活動，在學習活動的過程中，以學生為中心，更要求導師的指導作用。在學生遇到困難想放棄時，應多輔導、多鼓勵，增加其成就感。在學習和創作的過程中，有些學生會出現 “興趣疲勞”，我們想辦法使他們時時刻刻感覺到有所收獲。這樣學生學習勁頭很足，科技社團活動相對來說就比較容易開展了。

為了更好地達到社團活動目的，我校制作了自評量表和互評量表；評價過程強調多元評價主體，以自評、互評和導師評價相結合，過程性與總結性評價相搭配，引導學生養成良好的學習習慣、參與意識、交往能力和探究精神等。例如，各小組在活動中舉行競賽，能否達到預期的目標，可以用定量評價，但各組競爭的成敗，不是最終結果，還要根據他們在活動中體現的情感、態度、價值觀，總體定性評價。

精心設計的創意作品順利完工后，同學們意猶未盡，抓住這一契機及時開展了優秀作品成果展示和分享評價交流會。在會上，大家暢所欲言，將自己的感想和收獲與同學分享；還有不少優秀學員，將自己的所見、說聞、所思寫了下來，在學校的櫥窗里進行了展示。我校從2016年度開始，啟動了年度創客教育分享展示會，得到了全校師生的一致好評。

8 研究成果

全國中小學電腦制作活動是創客教育分享成果、共同交流的最高展示平臺，在近四年全國中小學電腦制作活動3D創意設計評選中，我校學生先后榮獲全國一等獎1項、全國二等獎3項、全國三等獎5項，榮獲省、市一等獎共20余項，有3名創客導師受到了中央電教館的表彰。先后共申報國家發明專利1項、實用新型專利2項和外觀設計專利3項，我校連續三年榮獲全國中小學電腦制作活動鄭州市優秀組織獎等。

下面鏈接是我校3D創意設計獲獎作品的視頻網址：http：//i.youku.com/i/UMzIwMzg2ODU3Ng==/playlists？spm=a2hzp.8244740.0.0。

近年來，我校充分利用軟硬件資源，以開發的創客校本課程為主題進行科技社團活動，藝術設計制作、機器人搭建、手工創意制作、電子技術設計、3D創意設計和微電影創作等已經形成了七本創客校本課程，《藝術設計與創新思維》、《創意夢工廠—Arduino創意“魔法”課程》等四本創客校本課程，已由鄭州大學出版社出版。近年來，我校累計有2400余名學生參與創客課程，累計產生創客項目近200項，不僅給學生“學習方式”帶來新的轉變，更能激發興趣，培養學生的創新精神和實踐能力，促進學生全面而富有個性的發展，同時促進了我校創客教育的快速發展。

近年來，我校先后榮獲中國青少年機器人競賽全國銀牌2項、全國銅牌2項，河南省青少年機器人競賽省一等獎10余項，河南省青少年科技創新大賽青少年科技創新成果省一等獎10余項，鄭州市青少年科技創新大賽青少年科技創新成果市一等獎30余項等。近年來，我校先后被評為首批全國信息化教學試點學校、全國首批智慧教育實驗校、全國C20 STEAM創新課程實驗共同體學校、首批河南省普通高中多樣化發展示范校、首批河南省中小學知識產權普及教育實驗基地、首批河南省科技活動特色學校、河南省青少年機器人競賽優秀組織單位和首批河南省青少年機器人競賽十佳機器人學校等。

9 研究反思

9.1 創客課程的持續開發

目前已經成形的課程有：PBL基礎，Arduino設計與發現，微電影，趣味電子，3D創意設計，無人機，FLL、FTC、FRC工程日記等；計劃增加的課程有：Swift編程，Scratch編程和RobotC編程等。創客校本課程的實施形式從單一的社團活動，逐步擴展為：必修、課內選修、課外選修、社團活動、實踐活動等。

9.2 創客活動的組織實施

教師發展中心提供遴選創客導師方案和公布遴選結果，學校創客中心配合完成創客導師的培訓和任務規劃。創客導師的基本任務有兩塊，一是創客校本課程的開發和實踐，二是創客社團的引領和活動開展的協調。校內創客教育活動由創客導師協助社團骨干設計并執行，每位創客導師每學期至少制定一個創客活動實施方案等。

9.3 創客空間的整合使用

我校現有未來教室、蘋果樹下、電影藝術、理化生實驗室、智慧廣場、3D打印創新實驗室和環境監測實驗室等創客空間。在學校統一安排下，由創客導師完善創客空間的建設、管理、使用等制度。學生管理和使用創客空間將成為常態化，創客導師需要的是監督協調，從安全管理、科學規范、有序有章等角度予以考慮和完善等。

10 結束語

我校的辦學理念是“自主發展、快樂成長”，與創客教育從本質上是不謀而合。我校由重視學生的學業成績向注重培養學生的綜合素養方向轉變，真正實施以人為本的教育理念，實現學生主體的全面發展和健康成長；把學校育人目標“培養全面而又個性的創新人才”落地為三大核心素養“健康、博愛、有為”，促進學生創新精神和實踐能力的發展。

現在，我校科技社的社團活動制度化、常態化、課程化，已經進入到了良性循環階段，創新型人才培養模型的根基已打牢固，軟硬件資源不斷完善，創客導師素質日益提升，構建了系統的創客教育發展實施模型，生成了系列實施策略，從而提升了學生的核心素養，為培養全面發展的高素質人才奠定了堅實的基礎，取得了創客教育的階段性研究成果。

參考文獻：

[1] 黃明燕，趙建華.項目學習研究綜述—基于與學科教學融合的視角[J].遠程教育雜志，2014（2）：90-98.

[2] 陳鵬.基于創客項目的學習模式探究 [J].現代教育技術，2016（11）：13-19.endprint