中小學創客與STEAM教育區域協同發展實踐研究

摘 " 要：成功的創客教育與STEAM教育協同發展模式，對于學生自主學習、知識遷移、實踐創新能力和跨學科思維水平的培養大有益處。但其在實踐中仍存在師資力量缺口較大、學習評價方式比較單一、教學場地設備參差不齊等問題。通過調研走訪的方式，從師資力量、教學內容、教學方式、學習評價、場地設備、競賽獲獎等六個維度，了解山西省汾陽市中小學創客與STEAM教育協同發展情況，并以禹門河小學基于“學科大概念”的主題式教學和汾陽中學基于計算思維培養的項目式學習為例，提出對創客與STEAM教育協同發展的未來展望：政府和社會層面應加強基礎設施建設和支持力度，從課標培訓、師資建設、科學評價、教學改革等四個方面發力，并與信息科技課程接軌，培養具有創新實踐能力的跨學科、多領域交叉的綜合型人才。

關鍵詞：創客教育；STEAM教育；主題式教學；項目式學習；信息科技教育

中圖分類號：G434 " " " " 文獻標志碼：B " " " " 文章編號：1673-8454（2023）10-0066-07

一、創客教育與STEAM教育

創客教育起源于歐美國家發起的創客運動，其文化基因主要包括車庫文化、硅谷文化、DIY文化和黑客文化[1]。創客運動的推廣得益于戴爾·多爾蒂（Dale Dougherty）2005年創辦的《愛上制作》（Make）雜志，其還在2006年發起了第一次創客集市或制匯節（Maker Faire），隨后這種集會在全世界蔓延開來[2]。創客教育已成為國際教育領域研究的熱點議題之一，受到世界各國的高度重視。創客教育是變革未來教育的重要手段，其本質是“做中學、創中學”，是為了培養具有創新實踐能力的跨學科人才，培養學生綜合素質，以應對未來國際創新型社會人才競爭的挑戰[3]。

由美國國家科學基金會（National Science Fund，NSF）于 2009年1月發布的《改善所有美國學生的科學、技術、工程和數學教育》[Actions to Improve Science， Technology， Engineering， and Mathematics （STEM）Education for all American Students]，揭開了STEAM 教育的序幕，自此在世界范圍內掀起了STEAM教育新浪潮[4]。STEAM教育是多個學科的綜合運用，旨在培養學生的全方位素養，重點形成科學、技術、工程、藝術、數學等方面的綜合教育方法，培養跨學科、多領域交叉的綜合型人才，并形成有效的教育模式[5]。

由此可見，創客教育與STEAM教育具有一些共同之處，如跨學科、學生的素養或素質，可以優勢整合、相互促進、協同發展。

二、創客與STEAM教育區域協同發展現狀

汾陽市深入貫徹落實《教育信息化2.0行動計劃》 《中國教育現代化2035》 《新一代人工智能發展規劃》和《山西省教育廳關于開展中小學校創客教育的指導意見》的部署要求，從2018年開始持續對全市中小學信息化設備進行改造和投入、建設創客空間實驗室等，培養學生的創新精神和實踐能力，全方位提升學生的科學、技術、工程、藝術、數學等多學科素養，廣泛開展形式多樣的人工智能科普活動，致力打造區域創客與STEAM教育基地，取得良好成效。2016年12月，山西省電化教育館授予汾陽市禹門河小學“創客機器人”教育研究項目學校稱號；山西省汾陽中學校（以下簡稱汾陽中學）、汾陽市禹門河小學、汾陽市東關初級中學3所學校先后被評為2020年度、2021年度“全國青少年人工智能活動特色單位”。

筆者通過走訪汾陽市城區公辦中小學——7所局直小學、4所局直初中和5所高中（含職高），從師資力量、教學內容、教學方式、學習評價、場地設備、競賽獲獎等六個維度開展有關汾陽市城區公辦中小學創客與STEAM教育協同發展情況的調研。

（一）從事創客與STEAM教育的師資力量缺口較大

從走訪調研情況來看，城區公辦中小學能否開設創客與STEAM相關課程主要取決于師資力量。開設創客與STEAM相關課程的學校需配備1～2名信息技術教師或科技輔導員從事創客與STEAM教育，目前有兩個學校配備了3名以上信息技術教師或科技輔導員，從事創客與STEAM教育。雖然各學校配備的師資力量不一，但是創客與STEAM教育協同發展覆蓋了所有學段，形成“一條龍”教育之勢，具體如表1所示。

（二）創客與STEAM教學內容各有側重

開設創客與STEAM相關課程的學校，均比較注重培養學生的設計、搭建、編程等實踐能力。從教學內容來看，小學以開設Scratch圖形化編程為主，初中以開設可視化編程、虛擬機器人仿真平臺和Arduino智能設計為主，高中以開設Python語言和C++語言為主。雖然各學段學校的教學內容不同，但都涉及算法，有助于培育學生的信息素養，如計算思維等。

（三）“做中學”是創客與STEAM課程最主要的教學方式

與信息技術類課程傳統的講授方式相比，創客與STEAM課程的教學比較靈活開放，一般以社團活動或課外活動小組（班級）為組織形式，以邊學習、邊實踐、邊討論為教學方式，始終貫穿整個創客與STEAM教育項目，體現了“做中學”的教學理念。

（四）學習評價方式比較單一，注重結果性評價

學生學習創客與STEAM相關課程之后，具備了搭建和編程的知識與技能，教師會布置課后作業或讓學生圍繞某一個主題制作一個作品。教師對學生的學業質量評價主要依據學生提交的課后作業或作品。

（五）各校創客與STEAM教學場地設備參差不齊

各學校配備的多媒體教室和計算機機房雖然能滿足編程軟件教學，但尚未達到創客與STEAM教育的要求。目前只有3所學校配備了專門的創客空間實驗室（其由汾陽市教育科技局投資450萬元），其中1所學校還配備了專門的人工智能實驗室，如表2所示。

（六）參加科創類比賽的學校數量少但獲獎豐

禹門河小學、東關初級中學、汾陽中學、第五高級中學等4所學校常年參加科創類比賽，其他學校偶爾參加科創類比賽。2017年5月，禹門河小學參加山西省中小學電腦制作活動比賽榮獲一等獎；2017年11月18日，禹門河小學參加世界教育機器人大賽（WER）2017賽季世錦賽（上海），一舉獲得WER世錦賽積木教育機器人賽小學組冠軍；2019年，汾陽中學組建FTC團隊參加中國 FIRST 機器人競賽協會邀請賽，3月參加青島邀請賽取得三局兩勝的佳績，5月參加青海邀請賽獲二等獎；2019年8月，汾陽中學參加第三屆“童創未來”全國青少年人工智能創新挑戰賽，獲單片機創意智造挑戰賽銀獎等。

三、創客與STEAM教育

區域協同發展模式構建

汾陽市城區部分學校雖然沒有創客空間實驗室，也開設了創客與STEAM相關課程。尤其是在“雙減”政策背景下，一方面，以課后服務為契機，吸引社會機器人創客培訓機構到校內上課；另一方面，借助社會機器人創客培訓機構的場地設備，開展創客與STEAM教育項目。目前，汾陽市已有7所學校開設創客與STEAM相關課程，但是真正形成特色鮮明的、創客與STEAM教育協同發展的模式仍較少，目前只有禹門河小學和汾陽中學創客教育與STEAM教育協同發展模式初見成效。

（一）禹門河小學：基于“學科大概念”的主題式教學

禹門河小學從一年級至六年級均組建“智創”班級，開展創客與STEAM相關課程學習。根據學生的認知水平，不同學段開設相對應的創客與STEAM校本課程，例如一年級、二年級的教學內容主要是基礎搭建課程；三年級、四年級的教學內容主要是創意制造課程；五年級、六年級的教學內容主要是創意編程課程，如圖1所示。

1.用“學科大概念”統攝與組織教學內容

2018年1月，教育部發布《普通高中課程方案（2017版）》，該方案中首次出現“學科大概念”一詞，并提出以“學科大概念”為核心使課程內容結構化，以促進核心素養的生成[6]。

小學1～2年級機器人搭建課程是以能力風暴和樂高為抓手，從學習基本組件和基本結構開始，到模仿和簡單制造，再到主題創造和自主搭建。在講授搭建課程的過程中，教師以“力”這個“大概念”為錨點的搭建活動，注重培育學生的科學素養。“力”對小學1～2年級學生來說，超越了他們現有的認知水平，但教師可以引導學生通過動手搭建積木，感受到物體受力平衡使積木穩固，如圖2所示。

小學5～6年級創意編程課程是以Mind+圖形化編程為載體，學習動作、外觀、聲音、畫筆、事件、控制、偵測、數字、邏輯運算等，縝密的編程邏輯讓學生學會思考、創造交互式故事情節、動畫、游戲等作品，并將作品上傳到“學習通”，將自己的創意與其他小朋友一起分享。在講授創意編程課程的過程中，教師以數據、算法、信息系統、信息社會”四個“大概念”為錨點的創意編程活動，不僅傳授學生信息技術相關知識，而且培育學生的信息素養，如圖3所示。

2.教學效果

基于“學科大概念”的教學，一方面，有利于厘清上位概念（知識）和下位概念（知識）的內在邏輯關系，對離散的知識和技能進行科學合理的整合；另一方面，有利于形成明確的學習目標，通過設計有效的學習活動，促進學生自主合作與探究學習。此外，“學科大概念”教學還能夠幫助學生深度學習，從低階思維邁向高階思維，提高學以致用的能力，提升信息素養。

（二）汾陽中學：基于計算思維培養的項目式學習

汾陽中學主要以社團形式在高中一二年級開設創客、STEAM、人工智能相關課程。由于高中學業比較重，時間比較緊，做不到系統性地講授創客、STEAM和人工智能相關知識。該中學從實踐中探索出基于計算思維培養的Python項目式學習模式，匯編了無人機、校園微笑機、無人小車等項目式學習案例叢書。

1.以項目為主線貫穿整個教學活動過程

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》提到具備計算思維的學生，在信息活動中能夠采用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結構模型、合理組織數據；通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法，形成解決問題的方案；總結利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題解決中[7]。

項目式學習強調從真實世界的問題出發，通過組織學習小組，讓學生借助信息技術以及多種資源開展探究活動，在一定的時間內解決一系列相互關聯的問題，并將研究結果以一定的形式發布[8]。計算思維在問題解決過程中產生“界定問題”“抽象特征”“建立模型”“組織數據”“判斷、分析與綜合信息資源”“運用算法”“總結遷移”七個思維活動。項目式學習在問題解決過程中歷經項目提出、項目設計、項目實施、項目評價四個關鍵環節，構建了基于計算思維培養的Python項目式學習模式，如圖4所示。

在該模式中，教師與學生以項目為主線貫穿整個教與學活動過程，學生的計算思維得到了培養和提升。教師設計Python項目式學習的出發點主要基于以下兩個方面：一方面，檢驗學生對Python語言的學習效果，促進學生對Python語言學習，體現“做中學”理念；另一方面，引起學生對項目的興趣，萌生問題解決的求知欲。

新冠疫情期間，許多學校都開啟了在線教育模式。但在線課堂受制于空間、設備、精力等各種因素，教師和家長無法及時掌握學生的聽課質量。筆者專門設計了一個學生在線聽課注意力檢測項目。該項目融合創客、STEAM和人工智能應用，分解成查找文獻、設計問卷、問卷調查、統計結果、數據分析、運用人臉檢測技術等任務。學生根據這些任務，開展探究活動，最后設計相關解決方案：采用基于哈爾（Haar）特征的級聯分類器，對學生實時人臉檢測（不收集和保存學生人臉圖片，以保護學生個人隱私）。檢測到人臉正面，意味著學生在線聽課注意力集中；檢測到人臉非正面，意味著學生在線聽課注意力分散。該項目通過人臉檢測的功能，實現對學生在線聽課注意力的檢測，從而判斷學生的聽課質量。后臺會把出現注意力不集中的學生記錄下來，并發消息給教師和家長，教師或家長收到消息后可及時提醒學生認真聽課。筆者還組織師生對該項目作品進行評價并提出改進建議，以便學生反思和完善作品。

2.教學效果

在項目式學習過程中，開展探究活動和設計解決方案，有利于培養和提高學生的抽象思維、建立模型思維、組織數據思維、運用算法思維。執行設計方案和不斷修正迭代，有利于培養和提高學生判斷、分析與綜合信息資源思維的能力，以及運用算法思維的能力。交流反思和完善作品，有利于培養和提高學生的總結遷移思維。總之，項目式學習促進了學生在問題解決的過程中計算思維素養的鍛煉與提升。

四、創客與STEAM教育

區域協同發展的未來展望

2022年4月，教育部頒布《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱《2022版課標》）提出，遴選科學原理和實踐應用并重的課程內容、倡導真實性學習[9]。2022年5月7日，在由中國教育學會中小學信息技術教育專業委員會主辦、華東師范大學教育技術學系承辦的“義務教育信息科技課程標準在線公益解讀暨雙新推進研討會”上，教育部義務教育階段信息科技課程標準研制組組長熊璋認為，探索與創新應該成為信息科技的殺手锏，成為信息科技的標志，成為信息科技的顯示度，成為信息科技的ID。創客與STEAM教育培養具有創新實踐能力的跨學科、多領域交叉的綜合型人才，這和信息科技課程理念高度一致，創客與STEAM教育協同發展必然會與信息科技課程接軌。

為促進汾陽市中小學創客與STEAM教育協同發展未來轉向信息科技教育發展，亟需從課標培訓、師資建設、科學評價、教學改革等四個方面發力。

（一）積極組織信息技術教師參加《2022版課標》相關培訓活動

《2022版課標》的頒布拉開了新一輪課程改革的序幕。因此，解讀《2022版課標》成為教育行政部門、學校、教師極其關注的事情，汾陽市先后組織了多次培訓活動，尤其涉及人工智能方面。例如，針對《2022版課標》中“人工智能與智慧社會”模塊，培訓內容以人工智能應用場景（如人臉識別）為切入點，認識人工智能的基本特征及所依賴的數據、算法和算力三大技術基礎；認識人工智能中的搜索、推理、預測、機器學習等不同實現方式；認識人工智能帶來的倫理與安全挑戰。

（二）加強信息科技教育師資隊伍建設和培養

信息科技教育師資隊伍建設和培養主要途徑如下：一是區域研修或校本研修，提升信息技術教師專業發展。教育行政部門或學校建立健全教師成長機制，以信息技術教師和科技輔導員等為主體，組建學習共同體，參加信息科技相關主題的線上課程培訓和線下學習活動，促進信息技術教師專業能力的提升。二是人才引進，適時補充人工智能教育師資力量。政府實施引“智”計劃，學校與師范院校、科研機構和人工智能科技企業對接引進人才，補充人工智能教育師資力量。

（三）科學評價信息科技教育，落實正確育人方向

樹立正確的評價觀念，堅持以評促教、以評促學，體現“教一學—評”一致性[10]。根據多元智能理論，構建信息素養導向的多元評價體系，科學評估與監測信息科技教育。落實正確育人方向，評價體系應該遵循以下原則：堅持知能評價與素養評價相結合；堅持過程性評價與終結性評價相結合；堅持自評與他評相結合；堅持定量評價與定性評價相結合。

（四）推動信息科技教學改革，多方協同推進人工智能教育

教育行政部門以禹門河小學和汾陽中學創客與STEAM教育協同發展模式為典范，推動汾陽市信息科技課程教學改革。在信息科技課程教學改革過程，發揮以示范校帶動區域、社會創客機器人培訓機構協助的作用，開發信息科技校本課程，注重科學原理和實踐應用，以真實問題或項目驅動培育學生信息素養，提升信息科技教育質量。同時，選擇基礎設施較好的城區中小學開展人工智能教育項目，由政府部門主導，以學校為主陣地，聯合社會各界力量（科研院所、科技公司等）協同開展“人工智能教育融合應用推進行動”，構建多方協同聯動的人工智能教育新格局。

五、結語

成功的創客與STEAM教育協同發展模式，對于學生自主學習能力、知識遷移能力、實踐創新能力、跨學科思維水平的培養大有益處。但從目前實際情況來看，汾陽市城區中小學創客與STEAM教育協同發展在課程設置、教學模式、基礎設施等方面，與發達地區相比仍有較大的差距，需要政府部門和學校統籌規劃。一方面，設備設施是信息科技教育發展的基礎條件，但投資較大，仍需政府、社會的關注與支持；另一方面，應重視知識與人才資源，建立多方協同、統籌兼顧的新機制，為汾陽市信息科技教育提供強有力的支撐。

參考文獻：

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[3]沈光輝，高鑫，宋乃慶.基于創客教育視角的初中生創新能力測評模型構建與應用[J].中國電化教育，2022（4）：71-78.

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[5]吳惠明.試論從物理學科教育走向STEAM融合教育[J].中學生數理化（教與學），2021（1）：17.

[6]教育部.普通高中課程方案（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4.

[7]教育部.普通高中信息技術課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4.

[8]馬寧，趙若辰，張舒然.項目式學習：背景、類型與核心環節[J].中小學數字化教學，2018（5）：24-27．

[9][10]教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2022：4.

Research on the Collaborative Development of Regional Primary

and Secondary Schools Maker and STEAM Education

Yingxiang WENG1， Gaoxiang SHI2， Feng XUE3

（1.Fenyang Middle School， Fenyang 032200， Shanxi;

2.Fenyang Education and Technology Bureau， Fenyang 032200， Shanxi; 3.Yumenhe Primary School， Fenyang 032200， Shanxi）

Abstract： The successful collaborative development model of Maker education and STEAM education is of great benefit to the cultivation of students’ independent learning， knowledge transfer， practical innovation ability and interdisciplinary thinking level. However， in practice， there are still problems such as a large shortage of teachers， relatively single learning evaluation methods， and uneven teaching venues and equipment. Through research and visits， from the six dimensions of faculty， namely teaching content， teaching methods， learning evaluation， venue equipment， and competition awards， the coordinated development of Maker education and STEAM education in primary and secondary schools in Fenyang City is learned about. Taking Yumenhe Primary School’s theme-based teaching based on “big concept” and Fenyang Middle School’s project-based learning based on computational thinking training as examples， the future outlook for the coordinated development of Maker education and STEAM education is proposed： the government and society should strengthen infrastructure， with support focusing on the four aspects of curriculum standard training， teacher construction， scientific evaluation， and teaching reform， and will be in line with information technology courses to cultivate interdisciplinary and multi-disciplinary comprehensive talents with innovative practical capabilities.

Keywords： Maker education; STEAM education; Theme-based teaching; Project-based learning; Information technology education

編輯：李曉萍 " 校對：王天鵬

DOI：10.3969/j.issn.1673-8454.2023.10.007

作者簡介：翁英相，山西省汾陽中學校科技輔導員，中小學一級教師，本科（山西汾陽 032200）；師高翔，汾陽市教科局信息中心主任，中小學高級教師，本科（山西汾陽 032200）；薛峰，汾陽市禹門河小學信息技術教師，中小學一級教師，本科（山西汾陽 032200）