STEM+創(chuàng)客教育，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維

在當(dāng)今快速發(fā)展的社會(huì)中，創(chuàng)新已成為引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)前行的核心引擎。它不僅塑造了新的產(chǎn)業(yè)格局，也深刻影響著教育領(lǐng)域的變革。面對(duì)未來(lái)社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型、復(fù)合型人才的迫切需求，探索如何在教育中有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，成為中職教育改革的重要課題。STEM教育理念與創(chuàng)客教育的融合，為這一挑戰(zhàn)提供了創(chuàng)新性的解決方案。在此，筆者以“智能環(huán)保垃圾桶設(shè)計(jì)項(xiàng)目”為例，分享融合STEM理念的中職創(chuàng)客教育課程如何激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

創(chuàng)客教育通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)與創(chuàng)新。此模式摒棄填鴨式教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合興趣與認(rèn)知進(jìn)行探索、創(chuàng)造，設(shè)計(jì)實(shí)用創(chuàng)意方案，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中掌握知識(shí)與技能，體驗(yàn)學(xué)習(xí)樂(lè)趣。教師需深入了解學(xué)生，精心設(shè)計(jì)貼近學(xué)生實(shí)際的情境任務(wù)，以激發(fā)學(xué)生的探索欲與創(chuàng)新能力，促其成為問(wèn)題解決者。

以“智能環(huán)保垃圾桶設(shè)計(jì)項(xiàng)目”為例，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)其創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力，可以通過(guò)以下幾個(gè)步驟來(lái)實(shí)施——

情境設(shè)定與背景引入。首先，教師需要構(gòu)建一個(gè)貼近學(xué)生生活且富有挑戰(zhàn)性的真實(shí)情境。例如，可以引入當(dāng)前城市垃圾處理面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，包括垃圾分類不準(zhǔn)確導(dǎo)致的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題，以及隨著科技發(fā)展，社會(huì)對(duì)智能化、環(huán)保型垃圾桶的迫切需求。教師可以通過(guò)展示相關(guān)圖片、視頻或新聞報(bào)道，讓學(xué)生直觀感受到問(wèn)題的嚴(yán)重性和緊迫性，從而激發(fā)他們的責(zé)任感和使命感，使其愿意參與到解決這一社會(huì)問(wèn)題的行動(dòng)中來(lái)。

明確任務(wù)與目標(biāo)。在情境設(shè)定之后，教師需要明確項(xiàng)目任務(wù)與目標(biāo)。例如，設(shè)計(jì)一款能夠自動(dòng)識(shí)別垃圾類型、進(jìn)行初步分類并提醒用戶正確投放的智能環(huán)保垃圾桶。這一目標(biāo)既具有實(shí)用性，又充滿創(chuàng)意空間，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手欲望。

鼓勵(lì)跨學(xué)科整合，拓寬思維視野

STEM理念的核心價(jià)值在于其強(qiáng)調(diào)的跨學(xué)科整合能力與知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，這一理念在創(chuàng)客教育課程中得到了淋漓盡致的展現(xiàn)。在跨學(xué)科整合的過(guò)程中，學(xué)生不斷面臨著新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，其思維和視野得以極大地拓寬。他們學(xué)會(huì)了如何從不同學(xué)科的視角審視問(wèn)題，如何運(yùn)用多樣化的知識(shí)與技能解決問(wèn)題，這種綜合能力的培養(yǎng)對(duì)于他們的未來(lái)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。更重要的是，跨學(xué)科整合還激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，使他們不再滿足于現(xiàn)有的解決方案，而是勇于探索未知領(lǐng)域，嘗試提出更加新穎、高效的設(shè)計(jì)思路——這種創(chuàng)新精神是推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α?/p>

在“智能環(huán)保垃圾桶設(shè)計(jì)項(xiàng)目”中，跨學(xué)科整合體現(xiàn)在——

科學(xué)與技術(shù)的融合。學(xué)生需要了解垃圾分類的科學(xué)原理，包括不同材質(zhì)垃圾的處理方式及其對(duì)環(huán)境的影響等，這是設(shè)計(jì)智能垃圾桶的基礎(chǔ)。同時(shí)，他們還需掌握傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等科學(xué)知識(shí)，以實(shí)現(xiàn)垃圾桶的自動(dòng)識(shí)別和智能互聯(lián)。在技術(shù)層面，學(xué)生需要運(yùn)用編程技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)控制系統(tǒng)，使垃圾桶能夠識(shí)別垃圾類型并作出相應(yīng)反應(yīng)。此外，硬件設(shè)計(jì)、電子元件的選擇與連接等也是技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

工程與設(shè)計(jì)的結(jié)合。垃圾桶的外觀設(shè)計(jì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局、承重能力等，都需要進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。學(xué)生需要考慮如何使垃圾桶既美觀又實(shí)用，同時(shí)確保其穩(wěn)定性和耐用性。除了基本的功能實(shí)現(xiàn)外，學(xué)生還需關(guān)注用戶體驗(yàn)，包括人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)、提示信息的友好性、垃圾桶的易用性等方面。通過(guò)工程設(shè)計(jì)，學(xué)生可以優(yōu)化這些方面，提升用戶的體驗(yàn)感。

數(shù)學(xué)的輔助與優(yōu)化。在設(shè)計(jì)智能環(huán)保垃圾桶的過(guò)程中，數(shù)據(jù)分析是不可或缺的一環(huán)。學(xué)生需要收集并分析用戶行為數(shù)據(jù)、垃圾投放數(shù)據(jù)等，以優(yōu)化垃圾桶的設(shè)計(jì)和功能。例如，通過(guò)分析用戶投放垃圾的時(shí)間分布，可以調(diào)整垃圾桶的清潔和維護(hù)計(jì)劃。在編程和控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，算法的優(yōu)化對(duì)于提高垃圾桶的識(shí)別準(zhǔn)確率和響應(yīng)速度至關(guān)重要。學(xué)生需要運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)，如概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)等，來(lái)優(yōu)化算法，使垃圾桶更加智能和高效。

注重實(shí)踐操作，培養(yǎng)動(dòng)手能力

創(chuàng)客教育以學(xué)生為核心，融合實(shí)踐與創(chuàng)新，通過(guò)豐富的活動(dòng)激發(fā)學(xué)生的潛能，培育其動(dòng)手能力與智慧。教師需精心規(guī)劃課程，確保挑戰(zhàn)與趣味并存，并為學(xué)生提供多樣化的創(chuàng)作空間，滿足其個(gè)性化需求，促使學(xué)生在不斷試錯(cuò)中突破局限，創(chuàng)造獨(dú)特作品。

在“智能環(huán)保垃圾桶設(shè)計(jì)項(xiàng)目”中，可以這樣培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐智慧、創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力——

實(shí)踐操作的全面融入。項(xiàng)目啟動(dòng)階段：從項(xiàng)目立項(xiàng)開(kāi)始，教師就引導(dǎo)學(xué)生參與需求分析、市場(chǎng)調(diào)研等實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生親自動(dòng)手收集數(shù)據(jù)、分析問(wèn)題，為設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)構(gòu)思階段：鼓勵(lì)學(xué)生使用手繪草圖、3D建模軟件等工具進(jìn)行創(chuàng)意構(gòu)思，將想法轉(zhuǎn)化為可視化的設(shè)計(jì)方案。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生需要不斷嘗試、修改，直到形成滿意的初步設(shè)計(jì)。材料準(zhǔn)備與制作階段：學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)方案，選擇并準(zhǔn)備所需的材料，如傳感器、電路板、機(jī)械部件等，并在教師的指導(dǎo)下，親自動(dòng)手組裝、調(diào)試設(shè)備，將設(shè)計(jì)變?yōu)閷?shí)體。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生將學(xué)習(xí)各種工具，如焊接、切割、調(diào)試等的使用方法，從而鍛煉自己的動(dòng)手能力。測(cè)試與優(yōu)化階段：完成初步制作后，學(xué)生需要對(duì)垃圾桶進(jìn)行功能測(cè)試，包括識(shí)別準(zhǔn)確率、分類效果、用戶體驗(yàn)等方面。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，學(xué)生需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整參數(shù)，確保垃圾桶達(dá)到最佳性能。

多樣化的創(chuàng)作空間。物理空間：學(xué)校應(yīng)提供專門的創(chuàng)客空間或?qū)嶒?yàn)室，并配備必要的工具和設(shè)備，如3D打印機(jī)、激光切割機(jī)、電子工作臺(tái)等，以滿足學(xué)生的制作需求。同時(shí)，空間布局應(yīng)靈活多變，以適應(yīng)不同項(xiàng)目的需要。虛擬平臺(tái)：利用在線設(shè)計(jì)軟件、仿真工具等虛擬平臺(tái)，學(xué)生可以更加便捷地進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思和模擬測(cè)試。這些平臺(tái)不僅降低了制作成本，還提高了設(shè)計(jì)效率，讓學(xué)生能夠有更多的時(shí)間和精力去專注于創(chuàng)意和創(chuàng)新。

激發(fā)創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力。鼓勵(lì)嘗試：教師應(yīng)激勵(lì)學(xué)生大膽嘗試新思路，不畏失敗，通過(guò)實(shí)踐找到最佳方案。引導(dǎo)創(chuàng)新：教師可以通過(guò)提供案例、頭腦風(fēng)暴等方式激發(fā)學(xué)生多元思考，鼓勵(lì)學(xué)生提出見(jiàn)解，無(wú)論成熟與否。展示交流：項(xiàng)目完成后組織展示，分享經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)習(xí)競(jìng)爭(zhēng)，激發(fā)創(chuàng)造力。

倡導(dǎo)團(tuán)隊(duì)合作，培養(yǎng)協(xié)作精神

在STEM+創(chuàng)客教育中，團(tuán)隊(duì)合作是核心要素，可以助力學(xué)生個(gè)人成長(zhǎng)與能力提升。教師須積極倡導(dǎo)并組織合作活動(dòng)，以發(fā)展學(xué)生的協(xié)作精神。分組合作可以促進(jìn)多元交流，融合不同背景與視角，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新靈感。在共同任務(wù)中，學(xué)生可以學(xué)會(huì)有效溝通、明確職責(zé)、尊重差異，這些能力對(duì)其未來(lái)在職場(chǎng)上的發(fā)展至關(guān)重要。團(tuán)隊(duì)合作帶來(lái)的相互支持與溫暖，可以增強(qiáng)學(xué)生間的友誼與信任，并為他們提供展現(xiàn)自我、實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想的舞臺(tái)。因此，教師應(yīng)重視團(tuán)隊(duì)合作，設(shè)計(jì)活動(dòng)、引導(dǎo)參與、關(guān)注動(dòng)態(tài)并提供反饋，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握溝通與協(xié)作技巧，共創(chuàng)美好未來(lái)。

在“智能環(huán)保垃圾桶設(shè)計(jì)PboBcuuGtNYR2OKaw1eoxw==項(xiàng)目”中，教師可以這樣培育學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作與協(xié)作精神——

分組策略與多元交流平臺(tái)。合理分組：教師根據(jù)項(xiàng)目需求和學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行合理分組，確保每個(gè)小組的成員在技能、興趣、性格等方面具有一定的互補(bǔ)性，以促進(jìn)多元交流。明確角色：在小組內(nèi)部，鼓勵(lì)學(xué)生自行分配或由教師指定角色（如項(xiàng)目經(jīng)理、技術(shù)負(fù)責(zé)人、設(shè)計(jì)師、材料采購(gòu)員等），明確各自的職責(zé)和任務(wù)，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作有序進(jìn)行。交流平臺(tái)：利用課堂討論、在線協(xié)作工具和定期的項(xiàng)目會(huì)議，為學(xué)生提供一個(gè)多元化的交流平臺(tái)，讓他們能夠充分表達(dá)自己的想法，分享資源和經(jīng)驗(yàn)，共同解決問(wèn)題。

相互幫助與支持的氛圍。互助精神：在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生相互幫助，共同面對(duì)困難和挑戰(zhàn)。當(dāng)小組成員遇到問(wèn)題時(shí)，其他成員應(yīng)主動(dòng)伸出援手，提供必要的幫助和支持。情感關(guān)懷：教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中的情感狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決可能存在的矛盾和沖突，營(yíng)造一個(gè)和諧、融洽的團(tuán)隊(duì)氛圍。通過(guò)團(tuán)隊(duì)建設(shè)活動(dòng)和情感交流，增強(qiáng)學(xué)生之間的友誼和信任。

展現(xiàn)自我與實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想。個(gè)性發(fā)揮：在團(tuán)隊(duì)中，每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)根據(jù)自己的興趣和特長(zhǎng)發(fā)揮作用。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生大膽展示自己的才能和創(chuàng)意，為項(xiàng)目的成功貢獻(xiàn)自己的力量。共同成就：當(dāng)項(xiàng)目取得階段性成果或最終完成時(shí)，教師應(yīng)組織展示活動(dòng)，讓學(xué)生共同分享成功的喜悅和成就感。這種共同成就的體驗(yàn)將激勵(lì)他們更加珍惜團(tuán)隊(duì)合作的機(jī)會(huì)和價(jià)值，進(jìn)一步激發(fā)他們的創(chuàng)新精神和探索欲望。

【基金項(xiàng)目：本文系2023年泉州市教育信息技術(shù)研究課題“中學(xué)創(chuàng)客教育課程開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究”（立項(xiàng)批準(zhǔn)號(hào)：QZDJKT2327）的階段成果】

（作者單位：福建省晉江華僑職業(yè)中專學(xué)校）