以創新發明為導向的創客教育特色發展模式探索

程慧 王康 艾歡

摘 要 近年來，在國家針對創客、教育信息化和人工智能等領域的積極政策環境下，創客教育得到蓬勃發展，讓參與者享受到了“創意落地”的愉悅，給教育帶來了巨大的思想沖擊。人們對創客教育的討論也越來越多：創客教育的本質是什么？它將把教育帶向何方？以創新發明為導向的創客教育特色發展模式如何構建？包括哪些內容？如何實施？本文從創新發明活動概況、創客教育對創新發明活動的影響、以創新發明為導向的創客教育特色發展策略等方面進行了闡述，為學校創客課程選擇、創客空間建設和創客師資培養提供了一種特色發展思路。

關鍵詞 中小學 創新發明 創客教育 特色發展

中圖分類號：G434文獻標識碼：A

近年來，在國家針對創客、教育信息化和人工智能等領域的積極政策環境下，創客教育風靡大江南北，在全國范圍內造成了很大的影響，其所倡導的“創新·實踐·分享”的理念，以基于項目的學習形式，充分整合智能硬件、結構制作以及軟件編程等資源，在實踐體驗和探索創造中培養學生的造物能力、創新能力，讓參與者享受到了“創意落地”的愉悅，給教育帶來了巨大的思想沖擊。人們對創客教育的討論也越來越多：創客教育的本質是什么？它將把教育帶向何方？創客教育給教育系統帶來的本質變化是技術的進步，為老師和學生的“創造”提供了新的技術手段，提高了老師和學生的造物能力，使創客教育向技術支持的各個領域深入發展成為可能，進而形成各種因人而異、因校而異的豐富多彩的創客教育特色化發展模式。中小學創新發明活動必將是創客教育特色發展的方向之一。以創新發明為導向的創客教育特色發展模式如何構建？包括哪些內容？如何實施？

1武漢市中小學創新發明活動發展現狀

中小學創新發明活動，是指中小學開展的以創造學的基本原理為指導，以學生創新發明項目為載體，以各種造物技術為輔助，以項目式和跨學科研究性學習為手段，以促進學生科學素養、創新精神和創新實踐能力同步提高為目標的綜合實踐活動。

武漢市中小學創新發明活動作為創新教育的一部分，始于20世紀70年代末期，至今已有40年。進入21世紀，隨著素質教育的全面推進以及國家創新驅動發展戰略的實施，一些學校將創新發明活動與新課程改革緊密結合起來，以選修課程、社團活動、興趣小組或實踐活動等形式進行實施，并在青少年科技創新大賽、宋慶齡少年兒童發明獎評選、國際發明展等活動中，取得了突出成績。

中小學創新發明活動雖然受到各級政府和教育部門的重視，但是在學校實施過程中仍然存在一些問題：一是缺乏可持續推進的制度;二是缺乏能勝任創新發明活動的師資;三是缺乏實用的中小學創新發明的課程;四是制作設施等軟硬件技術條件不足。以上問題的存在，嚴重影響了中小學創新發明活動的可持續發展。

2創客教育與創新發明活動的關系

創客運動，是數字化造物工具迅速發展的結果，創客運動和教育的結合產生了創客教育。創客教育以其技術性、實踐性、體驗性和跨學科等特點實現了創新人才培養這一夙愿。隨著開源軟硬件、3D打印機、激光雕刻機、數控機床等數字化工具設備的普及，造物變得越來越便捷，之前成為創新發明制約因素的造物環節，在創客教育時代已經迎刃而解。與創新發明活動首先教給學生創新發明技法相比，創客教育更強調讓孩子們通過實踐的體驗、技術的學習、在做的過程中獲得造物的基本技能，鼓勵學生綜合運用跨學科的知識，以項目問題為著眼點，在解決實際問題的過程中，學會分析問題，解決問題，提高造物技能和解決問題的能力。創客教育的這種理念和模式，為創新發明活動提供了重要的參考，這將從根本上改變中小學創新發明活動以方法為切入點的傳統教學模式。事實證明，創客教育的蓬勃發展，有效促進了創新發明活動的快速升級。以武漢市中小學生近3年參加宋慶齡發明獎活動的項目數為例，2016年25項，2017年35項，2018年60項，呈逐年上升趨勢，這在某種程度上得益于武漢市自2015年開始大力推進的創客教育工作。

創客教育因其先進造物技術正迅速被創新發明活動接納并融合。在以往的學生制作活動中，更多的依賴科技活動室和勞技制作室等場所，但創客教育蓬勃發展以后，科技活動室和勞技制作是將和創客空間進行合理的整合，科技制作工具、勞技制作工具、微機室將是創客空間的一部分，在此基礎上，將增加更多的數字化工具，如激光雕刻機、3D打印機、開源硬件等，從而使創客空間成為科技和勞技制作室的更高層次的體現形式;隨著教師對數字化制造技術的掌握，更多智能化的技術內容被增加到教學之中，教師對創新發明活動的輔導能力得到有效提升;在創客教育蓬勃發展的背景下，創客空間和造物工具日益普及，學校創客課程也日益豐富，學生造物的技能得到迅速提升，學生把創意變成現實將更加便捷，校園創客作品將呈井噴式增長趨勢。

創客教育成就了創新發明活動，創新發明活動也成為了創客教育發展的一種趨勢。或者說，創新發明是創客教育的一種特色發展形態。

3以創新發明為導向的創客教育特色發展策略

學校要建立以創新發明為導向的創客教育特色發展模式，就必須對創客教育和創新發明的主要構成要素進行科學的整合，重新構建校園創新教育體系，在創客課程設計、創客空間建設、組織保障體系等方面進行系統設計。

3.1開發以創新發明為導向的創客教育項目式階梯課程

項目式學習理念是創客教育的核心理念，強調讓孩子們通過項目式學習，以項目問題為著眼點，運用跨學科的知識，玩中學，學中做，做中研，研中創，并通過三個層次的課程進行實施：

第一層次是基礎技能類課程——學會基礎創新技能。基礎技能類課程一般以項目為載體，更趨向于技術學習，讓學生在參與項目實踐的過程中學習造物技術。一是結構制作類課程，以結構制作工具為主，在創客制作中主要服務于產品的外觀及機械結構的制作，它是創客作品的骨骼和皮肉。如常規工具課程、3D打印課程、激光切割和工程圖設計課程、數控機床和微型機床等機械加工課程、機器人拼裝課程等。二是智能電子類課程，以開源軟硬件作為智能電子類工具的主要代表，在創客教育中扮演著重要的角色。常用的開源硬件有Arduino、Micro：bit、樹莓派、WU-Link、掌控板等，常用編程軟件有Arduino IDE、Mixly、Scratch、Linkboy、MakeCode、Ardublock、Python、Mind+等。三是創新技法類課程，創新技法是創新發明的主干技術。技法有很多種，分類方法各家不一，常用的大致可以分為以下幾類：列舉型創新技法，組分型創新技法，設問型創新技法，激勵型創新技法等。學生完成基礎課程規定的任務后，將掌握“基礎創新技能”。

第二層次是創客競技類課程——培養模仿創新技能。校園創客競技類課程由一些校園競技活動組成（如：創客大比拼、創客馬拉松活動等），是參與度很高的一種競技型項目式學習活動。教師通過設計特定的主題（如：智慧校園、智慧生活、智能家居等），讓學生利用指定的器材，在規定的時間內完成任務。這種類型的競技活動，將學生置身于緊張的任務場景中，通過主題的指引，技術的支持，案例的示范，幫助學生進行模仿創新。競技活動包括了從問題分析到創意設計，從模型制作到路演展示，完整模仿創新發明的項目實施過程，讓學生在項目實施的過程中，掌握“模仿創新技能”。

第三層次是創新實踐類課程——形成自主創新技能。創新實踐類課程，是指創客活動興趣小組的成員主動關注實際生活中的問題（如師生日常生活的不便之處、社會特殊群體的特殊需求等），發現生活中的創新機會，充分運用創客造物技術，為學校教學工作、校園管理、師生生活便利和特殊群體提供力所能及的創新服務的項目式學習課程。校園創客實踐活動立足學校創客空間，延伸到社會其他領域，運用所學的創新方法和所掌握的造物技能，從問題調研到明確選題，從確定創新方案到模型制作，從試用迭代到推出成品，全面自主實踐創新發明流程，掌握“自主創新技能”。

以上三個層次的課程有遞進性，但并不是孤立的，它們之間有著密切的聯系。各部分課程內容也有一定的彈性，并非缺一不可，在實踐過程中，都可以找到替代途徑。區別在于，基礎技能類課程的落實將更好促進學生創新和實踐技能的提升。

3.2促進以創新發明為導向的校園創客空間建設

學校創客空間的建設既要考慮創客造物技術的學習和實踐體驗，也要考慮創新發明活動的實際需求。為方便學校進行更實用和有效地創客空間建設，在此提出了以下建議：一是創客空間建設要遵循生本性、實用性、系統性、開放性和安全性等原則，即空間的建設要在開放性和安全性的基礎上，堅持創客空間為創客課程服務，創客課程為創新發明活動服務的理念，堅持圍繞創新發明活動需求選課程，圍繞課程選器材和設備的思路，兼顧創新教育與學校總體教育的關系，把創新文化與學校育人理念體系進行有機融合;二是校園創客空間的功能區設計要考慮創新發明活動的造物需求，依據實際需求來進行設計，大致可以分為：制作實踐區、交流分享區、多媒體教學區、器材存放區、展示體驗區和圖書閱覽區等，但在實施過程中，功能區的設置也可因地制宜，按需配置，科學整合;三是設備配置應以創新發明的需求為出發點，一般以制作工具為主，如3D打印、激光雕刻機及電工、木工、鉗工等結構制作類設備和器材、Arduino等智能電子類硬件和耗材、多媒體教學設備、電腦及打印機等辦公設備，網絡設備、圖書及用于展示的小區域等。

3.3落實以創新發明為導向的創客教育組織保障體系

學校應建立保障創客教育常態運行的組織障體系，一是要成立學校創客教育工作小組，以學校主要領導為組長，成員由相關部門負責人和創客教師組成。創客教育小組活動計劃應納入學校總計劃，教學內容應納入學校課程計劃，在學校層面進行總體規劃和安排;二是要在普及教育或推廣宣傳的基礎上，成立學校創客活動社團，建立社團活動章程，在學校層面保障學生活動的空間和時間。三是要為創客空間建設、課程開發、器材和耗材配置和創客教育活動等方面予以經費保障。

百舸爭流千帆競，萬木逢春百花開。在當前“大眾創業，萬眾創新”的時代背景下，創客教育的蓬勃發展正為創新教育注入強勁的動力。學校應把握好這樣的良好契機，緊跟時代步伐，結合學校特色發展需求，建設創客空間，開設創新教育課程，推進創客教育與創新發明活動融合發展，為培養創新人才和建設創新型國家作出自己的貢獻。