校外青少年創客教育活動課程建設的實踐與研究

摘? 要：校外創客教育活動基于學生的興趣，通過項目化學習，培養學生的跨學科解決問題能力、團隊協作能力和創新能力，在推動青少年動腦動手及創新精神的培養上具有重要的價值和意義。筆者以“創客與3D打印”課程為例，通過研究當前校外青少年創客教育活動中存在的主要問題，結合課程體系建構和實踐課例推進，以校外創客教育活動的初步探索為基礎，梳理總結校外青少年創客教育活動課程建設的實踐與經驗。

關鍵詞：青少年創客教育;校外創客活動課程;創客課程大綱

中圖分類號：G633.67 文獻標識碼：A 文章編號：1004-8502（2021）02-0098-12

作者簡介：馬士清，中國福利會少年宮中級教師，中國福利會少年宮計算機活動中心創客活動指導，研究方向為創客教育。

創客運動與教育的融合正在慢慢改變傳統的教育理念、模式與方法，創客教育應運而生。雖然創客教育在推動青少年動腦動手及創新能力的培養上具有重要的價值和意義，但青少年校外創客教育在實踐中的發展卻不盡如人意。各校外教育機構所授內容深淺不一，尚未形成一定的體系與特色，活動目標、定位、設計和實施方面均缺乏統一的標準。本文以中國福利會少年宮青少年創客實踐活動為依托，以“創客與3D打印”課程為例，在對校外創客教育活動初步探索的基礎上，梳理并總結了校外青少年創客教育活動課程建設的實踐與經驗。

一、當前青少年校外創客教育存在的主要問題

近幾年，校外教育界開始關注青少年創客活動并付諸實踐。由于創客活動對學習者的知識、能力和思維的要求較高，校外教育機構和從業者對創客活動教學目標和教學內容的理解也不到位，導致開展的創客活動及其內容形式多樣、深淺不一，這些都給家長和學生帶來了諸多困惑。概括而言，當前校外青少年創客教育主要存在以下幾個問題。

一是混同了“STEM教育”（“STEM”為Science、Technology、Engineering、Mathematics的縮寫）與創客教育。雖然STEM教育與創客教育都以培養學生的創新精神和實踐能力為核心，但兩者在教學目標與實踐實施方面有著較大區別。與STEM教育相比，創客教育在推動青少年動腦動手及創新能力的培養上更受參加者的青睞與推崇。

二是教學內容多樣，缺乏統一的課程體系。由于師資、經費、時間和認知程度等諸多影響因素，校外青少年創客教育大多停留在體驗式的零散活動上，內容五花八門，甚至將單獨的小發明、小制作、編程課程、機器人課程等統稱為創客教育，學生的體驗也只停留在淺表層面，未將動手、設計和編程等技能綜合運用其中，缺乏統一的課程體系。

三是創客活動的教學以灌輸為主，學生大多依葫蘆畫瓢來完成樣例，缺乏主動的創新思考過程，活動不能真正體現出對青少年創新精神和探究能力的培養。

二、創客教育課程研究的現狀

“創客”概念源于國外，最初只是指少數人的自我創意行為，后來的兩個事件促使創客教育蓬勃發展：一是家用級3D打印機的普及，讓創客打造產品原型更加便捷;二是名叫“Arduino”的開源電子原型平臺的出現，降低了普通人開展創客活動的門檻。

（一）國內創客教育開展得如火如荼，但缺乏必要的理論支撐和活動指導

2015年，李克強總理走訪柴火創客空間，隨后發出“大眾創新，萬眾創業”的號召，全國各地掀起了各種創客空間、創客比賽和創客嘉年華。教育理論研究者也對創客教育提出了各自的解讀，有學者認為，“雖然創客教育不會直接教授學生基礎知識，但在當‘創客的過程當中，學生將有機會運用到數學、物理、化學、甚至藝術等多學科的知識。”[1]還有學者把創客教育作為一種“融合信息技術，秉承‘開放創新、探究體驗的教育理念，以‘創造中學為主要學習方式和以培養各類創新型人才為目的”的新型教育模式提了出來。[2]從實踐層面上講，近年來全國各地創建了1000多個創客空間，各類教育機構也紛紛涉足創客教育，各種創客夏令營、創客體驗活動和創客教學如雨后春筍般涌現。校園中的創客教學活動也開展得如火如荼;但是，由于欠缺理論研究與實踐指導，很多創客教育的主管部門和一線教師在推進創客教育的實踐中存在茫然情緒，究其原因在于：其一，創客空間的建設與教育活動的開展缺乏統一標準;其二，創客教育課程不成體系;其三，創客活動沒有形成創新機制;其四，缺少創客教育活動的指導教師。

（二）國外的創客教育起步早，初步形成了頗具特色的理念與實踐

國外的創客教育起步比國內早很多。美國是全球創客教育的引領者，2012年初，美國政府推出了一個新項目，將在未來四年在1000所美國中小學校引入“創客空間”。美國《新媒體聯盟地平線報告（2014高等教育版）》預測，學生從知識的消費者轉變為創造者將是未來三到五年的趨勢，而在教育界日趨發展壯大的創客運動正是這一預測的表現。在美國的基礎教育和高等教育界，創客運動正以不同的形式興起。美國60多所高校已經陸續在校園里開設了創客空間。這些創客空間與傳統的科學實驗室不同，它們并不隸屬于任何院系，而是獨立向廣大師生開放。不僅美國高校的學術性創客空間和制造類實驗室迅速發展，而且部分學前到高中一貫制（K-12）學校也紛紛嘗試在圖書館設立創客空間，或者改裝教室以適應基于項目和實踐活動的學習需求。學者多爾蒂（Dougherty）提出了將創客運動融入教育的11條建議，其中包括：創設發展創客思維模式的環境;構建新的指導創客活動的實踐模式;為服務于不同的學習者，在多種社區環境中設計和開發創客空間。從推進來看，國外的創客教育實踐多以個別活動為主，和社區結合、和教學內容結合，從中挖掘項目，逐步形成了一定的體系與特色。

三、青少年創客教育研究的理論基礎

雖然創客教育是近年來才新興的一種教育理念，但其理論基礎建立在多種成熟的教育理念和方法之上，例如體驗教育、項目教學法、創新教育和DIY理念等。首先，創客教育強調了體驗教育中的深度參與，繼承了在實踐中學習的思想[3];其次，創客教育的框架與項目學習法相似，都是以一個特定的學習任務為中心，使學生能在分組協作完成任務的過程中完成學習，培養學生解決問題的能力;再次，創客教育繼承了創新教育的理念，以培養學生的創新意識、創新思維以及創新能力為目標。最后，創客教育還包含了體驗教育、項目教學法、創新教育的共性，[4]即以學生為中心，強調并培養學生的自主學習能力。DIY理念也體現在創客教育之中，即培養學生的動手創建、精益求精、尚工重器的“工匠精神”。除此之外，與青少年創客教育課程建設相關的還有以下理論。

（一）“做中學”理論

目前，創客教育運用最多的就是美國著名教育家杜威的 “做中學”理論。“做中學”主張學生接觸具體的事物，運用自己的感官來感知事物，根據這一過程中習得的相關知識來思考解決當前問題的途徑與方法，通過動手操作來解決問題。

（二）情境學習理論

情境學習理論是美國的讓·萊夫（Jean Lave）教授和獨立研究者愛丁納·溫格（Etienne Wenger）在1990年前后提出的一種學習理論，實踐共同體、合法的邊緣參與和學徒制這三個概念對創客教育有很大的指導意義。

（三）建造主義

建造主義是西蒙·派珀特（Seymour Papert）教授提出的一種學習框架，主要是指通過為他人制作、與他人一起制作人工制品來理解事物。在創客教育實施的過程中，學生可以借助技術工具、導師或學習伙伴的幫助，通過親自操作來使自己的創意變為現實作品，并且可以通過線上或線下的方式將自己的作品展示給別人。這一過程非常符合建造主義的理論觀點。

（四）聯通主義理論

聯通主義的思想是加拿大學者喬治·西蒙斯（ George Siemens）提出來的。他指出學習不再是一個人的活動，學習是連接專門節點和信息源的過程，個體是聯通主義的起點，個體的知識組成了一個網絡，這種網絡被編入各種組織與機構，反過來，各組織與機構的知識又被回饋給個體網絡，來供個體繼續學習。這與創客教育中的合作與分享息息相關。

四、青少年校外創客教育的課程設計思路

校外創客教育課程是一種面向不同年齡層次青少年的工具性課程，具有開源性與功能性等特點，因此，課程設計必須始終圍繞課程目標，從培養和提高學生的創新素養出發進行必要的分層分類，以期通過基礎型、拓展型和研究型三個階段的課程對學生進行針對性教育。

（一）校外創客教育課程的分層設計

校外創客教育中的基礎型課程是面向全體學生的，適用于具有不同個性或愛好以及今后各種不同發展方向的學生;拓展型課程內容選擇范圍廣，專業導向多樣化，強調深度和廣度的拓展，能夠促進學生的個性化發展;研究型課程強調學生的科學思想、研究方法和創新意識，使不同基礎和認知水平的學生都能受到熏陶，課程內容選擇結合學生的生活和學習實際，重視科學觀念和科學方法的訓練。

在這三類課程的安排中，建議將拓展型課程和研究型課程安排在基礎型課程之后開設。基礎型課程建議一周安排2課時至3課時，一般開設一學年。拓展型課程和研究型課程建議一周安排2課時，一般開設兩學年。

（二）校外創客教育課程的設計思路與原則

1.設置操作和體驗環節，讓學生掌握軟硬件和外觀設計等基礎性技能

校外創客教育課程要求學生基本學會開源電子的硬件連接方法和軟件編程的操作技能，以及3D打印筆和3D打印機的操作方法，因此實踐和操作環節是必不可少的。通過實踐，在動手操作和體驗的基礎上，第一階段要求學生了解開源電子的功能、方法和特點，學會3D打印筆的使用，利用圖形化編程方法使用LED燈、聲控、光控、震動和蜂鳴器等模塊，并能利用身邊的材料配合這些模塊制作有創意的實用生活用具。第二階段要求學生能利用智能小車平臺和文本化編程環境制作具有智能水平的小車。第三階段要求學生能利用藍牙模塊與手機進行通信，學習智能手機軟件（APP）制作，通過藍牙控制開源電子實現便攜性與智能性的作品。

2.在實際問題的分步求解中，提高學生解決問題的能力

在解決問題能力方面，創客教育課程要求學生通過實踐體驗，了解和學會解決問題的一般方法和工作規范。學生能根據實際問題，熟練、規范地進行有個性、有創意的處理，力求達到解決問題的最佳效果。第一階段要求學生發現問題，分析問題解決的步驟和環節，得出制作作品的可行性方案，并付諸實踐。第二階段要求學生能熟練掌握解決問題的各個步驟，并根據需要自覺完成問題解決過程中的各個環節。第三階段要求學生能舉一反三，創造性地發現問題與解決問題。

3.尊重創客教育的個性化特征，關注校外創客課程的德育功能

在德育方面，創客教育要求學生在學習、實踐和活動過程中，逐步體會創客對個體生活、學習和文化等產生的影響，并自覺遵守法律法規和道德準則，形成良好的行為規范，培養自律意識和社會責任感。第一階段要求學生開始了解并按照相關的是非標準行動;第二階段要求學生開始明確相關的法律法規，提高素養;第三階段要求學生提高個人素養。

4.鼓勵學生不斷突破與創新，注重校外創客教育課程的模塊化設計

對基本知識和技能，創客教育要求學生自主探究和靈活應用工具、軟件的操作指示，根據學生今后不同的發展需要，設計不同內容供學生選擇。創客教育主要涉及“算法和程序設計”“硬件與外觀設計”“項目設計與撰寫”等模塊，使不同個性的學生擁有各自的發展空間。

五、青少年校外創客教育課程體系例舉

為了更形象、更具體地介紹青少年校外創客教育課程體系，下面以“創客與3D打印”課程為例展開論述。

（一）課程目標與定位

1.總目標

校外創客教育課程以學生創新思維的培養、動手能力的提高和堅韌品格的養成為主要目標，具體包括以下目標：

（1）正確理解創客精神在生活中的作用。

（2）具有分析問題、創新思維、選擇合理硬件與軟件進行實踐的能力，具有自主探索與合作交流解決問題的能力。

（3）掌握現代社會中的基本道德規范，在應用技術的過程中，提高個人的自律能力，明確所承擔的社會責任。

2.階段目標

（1）基礎型課程階段目標：

1）了解創客精神，知道生活中各種設備的原理與應用;具備發現問題、分析問題、提出方案、動手制作和分享交流的基本技能;掌握各種傳感器的接口含義，能正確連接各種傳感器與控制器;能利用圖形化軟件進行簡單編程，實現控制各種傳感器與功能器件的運作;掌握3D打印筆的使用方法，能創建各種簡單的實物外觀;會利用生活中的各種環保材料進行制作，培養綠色生活精神。

2）知道使用開源電子與3D打印工具中的有關法律規定和道德約束;逐步培養自律意識，能夠進行自我保護;開始養成利用開源電子平臺解決生活問題的習慣和責任意識。

（2）拓展型課程階段目標：

1）了解智能小車的結構，掌握智能小車的各種拼裝方法。

2）根據任務選擇不同結構進行搭建小車，并能使用各種材料及3D打印工具進行結構改進。

3）習慣文本編程環境，了解編程語言與簡單算法，并能根據任務修改程序。

4）抵御不良信息的影響，認識到不正當使用開源電子技能所帶來的后果和影響，以及其中涉及的道德和法律責任;理解社會中公認的行為規范和道德準則，并能自覺遵守。

（3）研究型課程階段目標：

1）養成觀察生活和身邊事物的習慣，并能發現問題，具備提出解決方案的能力。

2）會靈活運用開源電子與3D打印技術進行創作與問題解決。

3）拓展知識的深度與廣度，能自主學習各種傳感器的編程方法，并根據資料自主進行程序設計。

4）在生活和學習中，表現出尊重他人、獨立思考、易于合作和善于溝通的品質。

5）具有社會責任感，自覺按照社會中公認的行為規范和道德準則進行相關活動。

（二）課程設置

根據校外創客教育課程的主要理念和培養目標，以及不同年齡學生的生理和心理特點，在不同學段集中或分散地安排三種課程，循序漸進地保證創客教育知識技能和能力規范的落實。

1.基礎型課程階段

建議基礎型課程共計安排120課時，每周4課時，開設一學年。

2.拓展型課程階段

建議拓展型課程共計安排120課時，每周2課時，其中20課時為實踐活動。

3.研究型課程階段

建議研究型課程共計安排120課時，每周2課時，其中10課時為實踐活動。

（三）評價體系

創客教育課程評價體系的建立和實施，可以充分發揮評價對教育實踐的導向作用，促進教師盡快轉變教育思想，在創客教育活動中更好地發揮教師的教育創新意識，達到改進教學效果的目的。針對創客教育課程的評價，可以從以下幾方面著手設計。

1.展示創客作品

展示創客過程和作品是創客教育課程的重要組成部分。展示時，學生必須清楚闡述為達到最終結果他們的思考過程。在這個過程中，學生不僅要表達他們的觀點和想法，同時也要向他們的同伴傳達重要的知識。在觀看和欣賞其他人的項目時，學生會創造性地互相啟發，使得創客教育的課程與教學實施形成一種自我喂養的循環。在展示創客作品的過程中，評價者和被評價者均可以從中學到很多東西。

2.為每位創客建立檔案

通常，在創客教育課程中評價學生的工作和作品時，采用一種形成性評價的形式非常有幫助。為此，檔案袋的作用就凸顯出來，它們可以幫助教師更深入地了解學生的項目、作品、創造過程以及學習情況。

3.明確的評估指標

在學習之初，學生明確地了解評價的標準、指標和具體要求，這非常有利于他們向著教師所期望的方向發展。

六、青少年校外創客教育課程設計案例

（一）校外創客教育課時案例

根據前面闡述的教學目標和課程設置原則，我們以小學高年級學生為教學對象，以Arduino開源系統為載體，設計了一期以基礎型課程階段為目標的15次活動安排。

由于校外活動的特點，每周活動1次，因此一般每期安排15次活動，每次活動持續2小時左右（4課時）。

（二）校外創客教育教案案例

密碼傳奇

教材分析：

本活動是學生在學習3D建模、了解基礎Arduino平臺以及表4中前七個活動基礎上進行的第八個活動。它延續了上一活動的判斷語句，增加了傳感器數量，要求學生理解加解密這一知識點，并能通過合作來探究密碼加解密的方法，在比賽中能熟練加密與解密的過程。

教學對象：9～12歲學生

教學課時：120分鐘

教學目標：

一、知識與技能

（一）掌握判斷語句在發報機裝置中的使用方法。

（二）理解簡單密碼編譯方法，并熟練加密與解密技能。

二、過程與方法

（一）通過自主學習與模仿操作的方式掌握判斷語句的使用方法。

（二）以小組探究和游戲的形式掌握密碼的編譯方法。

三、情感態度與價值觀

（一）在小組合作學習中體驗探究的快樂。

（二）在游戲競賽活動中體驗學以致用與合作精神。

教學重點：

理解密碼原理，會獨立創造一種簡單的密碼加密方法。同時，理解各傳感器在游戲中的作用，并能靈活運用判斷語句。

教學難點：

密碼的加密方法和密碼傳遞是課程難點。密碼的基本原理知識以及加解密的步驟比較多，學生在操作過程中可能會存在困難。

教學方法設計：

本活動在教學中已提供教程，學生自主學習并理解判斷語句的使用;以小組合作探究的方式理解創設密碼這一知識;在比賽活動中熟練掌握加密和解密的方法。

為了能讓學生在創新思維上得到鍛煉，活動中預設了比賽環節。學生為了能提高發報的效率、速度和準確率，必須在硬件設計和密碼編碼過程中有所創新。

教學準備：

教具：投影儀、計算機、筆、Arduino制作的發報機

學具：學生計算機、Arduino UNO R3主板、LED、按鈕、蜂鳴器、Ardublock軟件、各種數據線、操作指南、筆和紙

教學過程：

一、活動引入

師：同學們，今天我們要來做一個間諜傳信息的游戲。

師：根據情報，一個犯罪團伙將在上海的某著名景點實施犯罪活動，我們英勇的臥底X掌握了這一情報，他在大庭廣眾之下用語言將這個景點的名字告訴了我們的接頭人員Y。奇怪的是，在場所有人都不知道他們已經傳遞了消息，你們知道他們是如何辦到的嗎？

【演示：出示5個上海的景點名稱。】

師：游戲規則是，每組選出兩位同學，分別扮演情報員X和接頭人員Y。X從老師處獲得一個景點名稱，然后根據他們的約定說一句話，讓Y知道這個景點并匯報給老師，看是否正確。同時，在場的所有同學都沒有破解他們的暗號。

【師生表演（過程略）】

二、制訂計劃

師：通過這個活動，大家體驗了一次密碼加解密的過程。其實，在生活中，我們有很多信息都需要進行加密。加密的方法五花八門、種類繁多，比較著名的簡潔方法有這樣幾種......（講解摩斯密碼、坐標加密法、手機鍵盤加密方式。）

【板書：加解密的過程。】

（一）將信息轉成字母。

（二）將字母根據密碼表轉化成數字。

（三）將數字用發報機傳遞。

（四）收報員接收發報信息，并轉成數字。

（五）根據密碼表將數字翻譯成字母。

（六）根據字母得到信息。

師：這一次，我們的情報員攜帶微型衛星發報機到國外深入虎穴，打探到一條重要消息，你能幫助他把這條消息加密發送回國嗎？

師：請為我們的情報員設計一套簡潔高效、又不易被別人破解的加密方法。

【巡視并檢查學生的加密方式是否可行。】

四、動手操作

師：我們都已經設計好了加密方法，現在我們利用Arduino設備動手制作一臺發報機。由于設備的限制，我們將聲波當作電波來傳遞信息。請同學們根據操作指南制作一臺簡易發報機。

【巡視，按步驟記錄學生的學習情況。】

師：為了提高發報的效率和準確性，我們還能對這臺簡易的發報機進行怎樣的改進？程序又該如何配合修改？

五、游戲競賽

師：我們都已經準備好了發報機和密碼表，接下來，我們就要進行比賽。請看比賽規則。

【投影演示：每組分2隊，一隊從老師處得到信息，進行加密并發報;另一隊接收信息并解密，其他學員同時破譯。沒有被破譯、接收信息正確、用時最短的小組獲勝。】

六、總結拓展

師：下面，我們請每組同學來講解你們的密碼加密方法。

師：同學們在加密方法的過程中體現出了你們的創意。其實，為了提高信息傳遞的效率和準確性，我們還可以對編碼進行優化。請看投影。

師：請同學們回去以后繼續研究你們的編碼方法，下次活動繼續進行交流。

七、青少年校外創客教育課程研究的反思與展望

（一）研究反思

青少年校外創客教育要體現出校外特色，圍繞創客精神，課程安排上要有層次性。首先，針對不同的學生，課程要由淺入深地引導學生進行學習和探究，要能符合不同層次學生的任務目標。其次，要大膽讓學生動手使用工具，在規范的操作中，使用工具才能鍛煉學生的動手能力和規則意識，才能真正讓學生體驗到動手與成功的樂趣。

1.研究過程應著眼于實踐，在實踐中總結與提升課程設計

通過幾年的實踐研究，對三種主要課程論流派進行分析，根據創客教育的實踐經驗，我們著重將布魯納的結構課程理論、盧梭和杜威的以兒童生活經驗為中心的課程理論作為校外青少年創客課程設計的理論基礎。在研究中，我們將理論中的觀點進行分析和融合，對歷年上課的資料和經驗進行梳理和發展，從而提煉出校外創客教育課程中的教學目標和課程內容，并形成了以“創客與3D打印”為內容的創客教育課程。

2.已取得的系列研究成果為他人開發創客教育課程提供了借鑒

通過研究，我們總結了以往七年的實踐經驗，并將它們提升為課程，通過“創客與3D打印”課程的設計與實踐，我們豐富和完善了校外青少年創客教育課程體系，形成了“創客與3D打印”課程的教材、資源包和線上平臺。這個課程完全根據我們研究的課程體系進行設計，可為其他教師研發創客教育課程提供完整的實踐樣例。

（二）未來研究的展望

在后續研究過程中，我們將始終遵循“實驗性、示范性，加強科學研究”的工作方針，加強學習，通過探索實踐，提升自身將新技術轉化成青少年科技教育資源的能力，為廣大青少年提供更多、更優質的校外創客教育活動資源。

總結一下，需要做好如下幾方面工作：

1.進一步提煉創客教育的內涵，挖掘創客教育內在的教學邏輯和思想，結合教學理論，在實踐中提煉適合校外創客教育的教學方法。

2.緊跟新技術發展，敢于探索與實踐，將最新科技轉化成適合青少年的創客教育活動資源。

3.梳理和規范已有的或創新設計的創客活動資源，逐步形成多種系列的創客課程體系，讓更多熱愛創客活動的青少年受益。

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