基于STEAM理念的高校創客空間建設與探索

摘要：高校專業實驗室擔負著培養大學生創新思維和科研素質的使命，高效優質的實驗室運行機制保障，對培養學生觀察能力、分析和判斷能力，激發學生學習的熱情具有重要的作用。作者所在學校的創客空間基于STEAM教育理念，引入跨學科課程體系，從STEAM教育輔修專業、主題小學期、在職教師培訓等三個方面共同助力教師教學能力提升和學生創新能力發展，在人才培養、科學研究、社會服務等方面均取得不錯的成效。

關鍵詞：STEAM；創客空間；創新能力；實驗室建設

中圖分類號：G642? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）12-0104-04

創新教育是培養學生好奇心、靈敏性和創造性的活動，重點在于培養學生主動探索、主動獲取知識的習慣和能力。創客實驗室是根據學科建設需要和人才培養的要求，為適應新技術發展和社會對人才培養的要求而建立，其依托創新性的軟硬件環境開展實踐活動，將科研、創新的思維融入到實驗教學中，探索新型實踐機制和實驗室管理機制，注重“做中學”，突破傳統教師演示、學生模仿的教學模式，以培養學生創新能力為最終目標，推進研究性學習，培養創新型人才。下面，筆者以所在學校的犀牛創客空間為例，探索創客實驗室運行新機制。

創客空間建設及運行

1.創客空間建設背景

筆者所在學校為師范類高校，始終以培養優秀教師為己任，同時結合自身學科特點，依托教育部數學教育技術應用與創新研究中心建立以“STEAM”教育理論為基礎的犀牛創客空間，發展創客教育，為中小學培養掌握創客技能的合格教師。

2.創客空間基本信息

犀牛創客空間主要包括設計區、制造區、研討與展示區。設計區擁有設計終端60余臺，可以支持多個小組同時進行活動。制造區以3D打印機、激光切割機等設備為主，配備數控車床和銑床、小型打磨機、曲線鋸、機床等，用于支持制造過程，同時，配套有各類手工工具、木工工具和智能硬件，提供配套輔材和工具，能夠滿足豐富的創客活動所需。研討展示區配有可移動多功能課桌椅和液晶黑板一體屏幕，集研討、教學、展示、培訓于一體。實驗室人才培養以STEAM教育理念為指導，重在培養學生跨學科思維模式，提倡學科交叉融合，通過創客實踐項目，實現創意、創物、創造，培養學生創新精神。具體路徑如下頁圖1所示。

創客空間課程體系建立

1.指向創客教育的活動設計

犀牛創客空間以STEAM跨學科教育理念為引領，圍繞創客教育活動設計和開展課程活動。活動形式包含理論和課程學習、專家講座、項目實踐、設計挑戰等，旨在使學員掌握綜合實踐活動、創客教育和STEAM教育理論知識體系、基本技能和方法，使其具備項目式教學能力、跨學科課程設計能力、綜合實踐能力和教育評價能力，培養一專多能的人才。

2.創建跨學科課程群

為培養學生綜合素質和創新能力，犀牛創客空間將課程設置為八大課程群。每個課程群包括2～3門課程，覆蓋了學生能力培養三大領域，即理論基礎和思維模式、創新設計能力、工具使用能力等，綜合提升學生創新實踐能力。

其中，科學教育原理與實踐課程、人工智能課程系列課程幫助學生構建科學教育的理論知識體系，了解其基本技能和評價方法，為開展創新思維訓練和創新設計能力提升奠定理論基礎。

設計思維方法與實踐類、智能硬件設計與開發、圖形化編程與應用課程引導學員建立科學的觀念體系，學會理性分析問題、解決問題的創新方法。以項目式學習為起點，通過發現問題、問題定義、方案構思、模型制作、測試優化、展示交流的過程完成創意設計與實踐、智能硬件設計與開發，提升學員創新設計能力。

手工課程群、二維設計與激光切割、三維設計與3D打印等數字化設計與制造課程從動手實踐能力、數控設計與制造能力等角度，綜合提升學員工具使用和實踐操作能力。

綜合設計使學員綜合運用所學的理論知識和實踐操作技能，應用項目式學習方法，發揮小組合作和創新精神，完成綜合實踐作品。

創客空間運行機制探索

犀牛創客空間的運行是基于STEAM教師教育課程體系，圍繞創客空間教學空間設計、教學內容整合、教學方法創新等方面開展教學活動。在教學過程中，創客空間重視項目學習、探究式學習、基于問題/設計的學習、研究性學習以及與真實情境的聯系，強調所學知識的應用性和實踐性，努力創設適合創造性思維培養的非正式化學習環境。[1]

1.創客空間建立全方位培養模式

在人才培養模式方面，實驗室通過STEAM教育輔修專業、主題小學期、在職教師培訓等三種方式（如圖2），助力教師教學能力提升和學生創新能力發展。

在教學空間方面，結合實驗室特點和專業特色，構建實驗室創新硬環境和軟環境。實驗室內部所有墻面均采用金屬洞洞板覆蓋，輔以掛盒和掛鉤，大大增加了墻面的使用面積和多樣化功能，墻面設計有手工和電子材料區、電動工具區、手工工具區、作品展示區等。實驗室桌面采用自動升降顯示器，臺面集計算機設計、手工臺面、面對面討論等多種功能于一體，使教學空間得到充分運用。創客空間內同時布置文化宣傳墻，采用創客空間自有的制造方式以及文字創意表達創新含義，如使用激光切割機切割磁性文字的方式將宣傳文字貼在金屬墻中。創客空間展示區通過展示學員優秀的手工作品、數字化設計制造作品、綜合實踐項目作品等，為學生學習提供靈感和啟發，激發學生的創新意識和動力。

2.項目驅動式學習調動學生積極性

在教學內容方面，創客空間各課程群之間形成統一的STEAM創新教育教學體系，同時，模塊化的課程設計保證各課程群又相對獨立，能夠單獨開展活動，滿足不同場景、不同環節的教學或培訓項目需求，支持實驗室更靈活、更開放地發展。

在教學方法方面，創客空間主要采用項目驅動教學方式，理論與實踐并重，充分發揮實踐課程的實踐取向，力圖突破傳統實踐課程依附于理論課程的現象，實現二者并重。實踐表明，項目驅動式教學對提高學生創新能力、培養學生團隊合作意識有重要的意義。以學期綜合實踐活動為例，在開展的歷次學期綜合實踐活動中，主題涵蓋綜合實踐自主創造項目主題、“一帶一路”、“未來學校”等。項目驅動式教學能夠快速調動學生動手積極性，團隊能夠在較短的時間內運用所學的知識開展討論，形成想法，并付諸實踐，在要求的時間內完成創意作品。作品在美觀性、實用性、創新性、學科綜合性等方面表現優異，為學生進入教學崗位開展實際教學工作奠定了良好的基礎。

3.空間管理主次結合共同參與

在管理體系方面，犀牛創客空間實行“校—院—中心”三級管理，師生共同參與。創客空間納入學校統一實驗室管理體系，設置校內編號并備案，每年向學校匯報實驗室使用情況和成果清單。

創客空間日常運行以學院和學院實驗室管理中心為主要負責單元，以支持教學、科研為主要職責，同時兼顧社會服務。創客空間面向全校各專業學生開設STEAM教師教育輔修二學位，提供成體系的STEAM教師教育課程方案，為所有對創客教育感興趣的學生提供學習和活動的場所和機會。同時，面向相關專業本科生開設手工類必修和選修課程，為學生進入學校開展通用技術課程提供實踐機會；面向相關專業高年級學生在暑期開展專項創新實踐，旨在切實提高學生創新設計水平。創客空間的科研活動以研究生培養為主，學生在導師的指導下圍繞專業興趣開展創客和STEAM教育研究，以及人工智能教育相關研究。創客空間的活動設計和實施實現科研先行、教學應用的模式，使學生始終能夠接觸最新的科研成果，助力人才培養。

創客空間的管理以教師管理人員為主，研究生管理作為補充，研究生對各類實驗室設備有較為詳盡的了解，能夠有效緩解實驗室教學人員不足的難題。另外，在開展集中活動時，還會聘請專門的活動助教，以應對不同的教學需求。

創客空間人才培養成效

在教學方面，通過開設必修課、選修課、輔修課程，為本專業學生以及全校學生開通創新能力培養新渠道，滿足學生多樣化的學習需求。創客空間自建立以來，已吸引來自11個專業類別的學生修讀STEAM教師教育輔修學位。學生在學習過程中將自身專業知識與STEAM思維、創客技能相結合，產出許多優秀的作品。在專業人才培養方面，實驗室連續四年面向教育技術學專業大二本科生開設創客小學期，以主題設計和小組合作的方式開展項目式學習，學習方案以STEAM教育理念為引領，通過對STEAM理論、數字化設計制造、智能硬件、手工等的學習，實現指定科創主題作品，實現“做中學”，有效鍛煉了學生創新能力和小組協作能力。在科學研究方面，面向研究生開放創客空間開展STEAM研究工作，支持研究生實現理論與實踐的有機結合，切實提高研究生的動手實踐能力。在社會服務方面，與專業教師培訓項目相結合，以在職教師信息技術能力為重點，發揮創客空間的社會服務功能，為提升中小學在職教師的綜合素質和職后發展發揮功能。

創客實驗室建設優化路徑

當前，犀牛創客空間運行仍以管理人員為主導，以教學科研為主要內容，運行相對封閉，空間利用率較低，使用靈活性較差。同時，實驗項目內容相對固化，缺乏有效的更新機制，且資源短缺。因此，要想加強創客實驗室建設，充分發揮其多方面的作用，必須轉變觀念，以學生為本，改變傳統實驗室教學管理、運行模式，開放實踐平臺，實現資源共享，為培養創新型人才奠定基礎。

首先，創客實驗室建設應處理好實驗室與教研室、實驗教學與理論教學的關系。教師應探索實驗室與教研室的配合，結合理論課程，開設同類實驗實踐類課程項目，指向共同的培養目標。[2]同時，實驗教學與理論教學既要相對獨立，又要緊密結合，要建立定期溝通機制，以保持教學的一致性和連貫性。

其次，創客實驗室應從當前的有條件開放過渡到全面開放，建設環境和諧、設備相對先進的能給學生提供創新實踐機會的平臺，并建立完善的管理制度。利用課內外、學院內外、校內外多種形式實現開放，吸引更多的學生到開放實驗室從事實驗和科研活動，不斷提高學生的實踐能力、創新能力。[3]創客實驗室應建立與全面開放機制相匹配的規章制度和實驗室規則，在吸引更多學生參與到創新活動中的同時，保證創客實驗室管理有序化、制度化，可采取預約制、學時學分制、遠程管理、信息化管理等手段保證創客空間活動順利進行。

再次，高校應增加投入，加強學校創新實驗空間的建設，如配備更多活動室、創客工作坊、工程建設室等特色功能教室等，為學生提供動手實踐的物理場所和硬件設施，支持學生自主開展基于興趣的跨學科探究活動，以此培養學生實際動手操作能力。[4]

最后，創客實驗室應建設一支結構合理、素質較高、具有創新意識和奉獻精神的專職實驗教學隊伍。實驗室逐漸增加的實驗項目越來越多涉及新理論知識、交叉學科知識、新實驗手段等，必須加強實驗隊伍建設和培訓，不斷將新知識、新技術和新方法充實到實驗教學中。

綜上所述，創客實驗室必須注重機制保障，在實驗內容創新、隊伍建設、激勵機制等多方面實現突破，才能更好地助力創新人才培養。

參考文獻：

[1]魏亞麗，宋秋前.STEM教育研究：熱點、分布及趨勢[J].外國中小學教育，2019（01）：10-19.

[2]王益玲. 改革實驗室管理體制 培養學生創新能力[J].遼寧教育研究，2003（07）：61-62.

[3]廖慶敏，秦鋼年.建立開放實驗室 提高學生的實踐能力和創新能力[J].實驗室研究與探索，2010，29（04）：162-165.

[4]陳婷，胡雪涵，高鑫.西部中小學STEAM教育發展的現實問題與應對策略—基于教師視角的調查[J].中國電化教育，2021（03）：111-116.

作者簡介：劉文龍（1987—），男，碩士，實驗師，主要從事實驗室管理與實驗教學、創客與STEM教育教學等方面的工作。