如何成为一名合格的创客教师?

发布时间: 2019-03-11 478

在这个技术驱动并服务社会变革的时代,培养学生的创新精神和实践能力是素质教育的重点。创客教育作为一种新颖的、注重创造的教育形式,在教育多元化的今天,受到教育界推崇。推进创客教育也是驱动教育改革的重要举措。


近年来,创客导师们各出新招,开发出“3D打印”“电子制作”“Scratch编程”等一系列创客教育课程,并践行创客教育理念。一时间,机器人课程、编程教学、3D打印技术培训成了创客教育的内容,甚至成了某些学校的亮丽风景,然而火爆异常也让人担忧会变成一场过头的运动。目前,创客教育还没有成熟的课程体系,广大教育工作者正在探索有效的教学方法。


我认为,创客教育是创客文化与教育的结合,是“基于创造的学习”,目的是培养学生创造的兴趣、信心与能力。开展创客教育的真正意义不是学习创客工具,也不是让每个学生成为创业者;创客教育不等于搞小制作和小发明,也不是理工科学生的特权。创客教育是在所有学生心中播下创造的种子,并基于学生兴趣,使用信息工具,鼓励造物、分享,培养学生解决问题、团队协作和创新能力的一种素质教育模式。


中小学创客教育课程种类繁多,但大体可归为探究型、制造型和创造型三类。在创客时代,如何做好创客导师?怎样让小创客们逐渐爱上创造?在与学生一起经历创客教育实践的过程中,我对创客教育,对启迪少年创客的智慧,有一些理解、思考和实践。


一、从知识到创造——培养少年创客的知识应用能力


目前,一些学生学习和应用知识仍是纸上谈兵——做练习题,没有机会动手操作、体验实践。我们要让学生从学习教材内容转向解决问题,从学知识转向用知识。开展创客教育就是让学生在真实情境中进行体验式学习,从而培养他们的动手实践能力,并提升创新能力。


目前,很多物理教师已经注意到了知识的应用问题,但多数教师只是让学生做一个简单的社会调查或者完成一个相关的小制作而已。这样的应用是浅层次的,学生仅了解或掌握某种调研或制作的方法,没有深度学习。学生在实践活动中应用学习的知识把自己的想法变成现实,这是探究型创客教育课程的教学目标。从创意到实现是一个思维发展的过程,探究的过程和方法很重要,教师应该遵循创新思维发展的规律,使学生的思维向高阶发展。


例如,开展初中物理“声音”单元教学时,我以“乐器的制作”为主题引导学生开展创客实践活动。首先,教师引出主题,让学生根据兴趣选择一种乐器,分工查阅资料,了解乐器的发展历史、乐理知识、研究现状和制作流程,绘制思维导图做总结汇报。


然后,教师引导学生进行头脑风暴,建构数学模型,设计结构图和制作流程等。学生在创客工作坊,按设计图用3D打印机、切割机、打磨机等器具制作相关部件,然后组装(调试)模型并与同伴交流。


再如,在教学初中物理“光学”单元时,我引入“全息投影”等新技术,指导学生将学习知识与应用新技术结合,激发小创客们的创造热情。小创客们先查阅全息技术的定义、原理以及研究与应用的热点等相关知识,根据已学习光的反射知识并利用现有条件制作裸眼3D模型。在创客工作坊,学生学习裸眼3D的制作方法,设计制作流程,合作进行探究、测试、改进,对探究过程的数据做统计分析并分享交流。


在一个准真实的情境中,学生像工程师一样学习、工作、创造,既学习了相关技能,又激发了创新思维。同时,通过项目学习将科学知识转化为应用能力,拉近了学生与生活的距离,让学生通过另一个途径深度理解知识,实现思维能力从低阶向高阶发展。


二、从项目到创造——培养少年创客的批判性思维能力


创客教育一直是以项目学习的方式培养学生的创新能力。学生为完成某个项目,必须经历理论学习、工程设计、模型制作、模型优化等过程,其间思维能力发挥着重要的作用。怎样做?为什么这样做?测试过程中发现什么问题?如何解决?学生对一个又一个的问题冥思苦想并逐一解决,经历这个过程后,他们的批判性思维能力和创新思维能力大大提升。


如何实现从项目到创造?需要经历引入、探究、解释、评估、拓展等5个步骤,这是一个递进式学习过程。我把项目或者问题视为一个整体,让学生应用不同学科的知识解决问题,培养他们的创新思维和系统思维。


下面,以“交通安全伴我行”活动为例,介绍从项目到创造的教学路径。


(一)引入


导师设计了一个智能交通问题引入主题,让学生实地考察,找出当前“智能交通安全”中存在的问题,谈谈解决这些问题的社会价值和经济价值。


(二)探究


学生查阅资料后,发现了很多问题,比如信号灯设置不合理造成拥堵、酒驾测试麻烦、人在车内易发生一氧化碳中毒等。导师针对这些问题给创客们布置任务,要求他们完成课题项目并做展示和评估。小创客们自由组队,针对具体的问题,设计具体的解决方案,比如将研制出的“基于车速的智能变道控制系统”用于改善城市交通拥堵问题,应用自行开发的“基于Arduino的非接触式车载酒精监测仪”使酒驾者不能启动车辆以预防酿成事故。学生在创客工作坊,根据设计方案,利用Arduino软件编程,采用开源硬件制作产品,并对产品进行调试优化。


一件作品需要创客经过无数次尝试才能完成,创新创造的意义不仅在于制作本身,而且在于通过一次次的思考和探索,小创客们理解并掌握相关的科学知识和技能,发展批判性思维,提高创新能力和实践能力。


(三)解释


创客们对自己探究的问题进行思考,并对数据进行记录和分析,用数学知识阐释他们的发现和理解。比如,学生对自己建立的模型进行科学解释,包括理论的推导、模型的设计依据等。通过对科学现象或科学发明的解释,学生对人工智能、交通安全知识的理解更加深入。


(四)评估


通过让学生分组展示他们的成果,用PPT、海报、报告等方式交流,相互评价,加深对概念的理解。在评估中,学生们复盘他们应对问题与挑战的方案及过程,进一步加深学生对知识的理解。


(五)扩展


学生在与其他小组成员交流中,发现自己设计的不足,针对新问题继续研究。如何节约成本?如何更加简便?••••••每扩展一个新问题,解决一个新问题,无不伴随着创新思维活动,学生的创新思维能力逐渐得以发展。


小创客们通过动手实践将设计变成作品,对问题或项目有了系统的认知,对事物有了全面的把握,发展了系统思维。教师将创客教育与项目式学习结合,使科学、技术、工程、数学知识融合,让学生在创造中学习,锻炼他们获取多学科知识的能力,培养他们综合运用知识的能力。


三、从兴趣到创造——点燃少年创客的科学梦想


创客教育是为了培养学生创造的兴趣、勇于探索的创新精神,以及不惧失败和不屈不挠的创客精神,终极目标是在创客中发现具有创新潜质的学生并加以培养,使之成为某一领域的拔尖人才。创客空间的功能是支持感兴趣、有创意的学生,进行头脑风暴,关注生活、关注社会,发现问题,立题创造,协作分享。学生在选题论证、创造发明的过程中,不断增加在自己感兴趣领域的知识储备,增强信心,将兴趣转化成科学创造的志趣和科技职业的抱负,成为学术创新型人才。


举例来说,学生A是电子制作爱好者,在学校创客工作坊线上、线下学习编程技术的过程中表现出特有的灵感和兴趣,创客导师引导他关注生活,在创造中学习。他发现家庭报警器单一,如果一个家庭同时使用几个报警器布线很困难,于是他想将几种报警器进行集成,研发一套“远程家用报警系统”。在创客导师指导下,他列出了完成项目所需的知识、技能清单,线上学习、线下请教,半年时间,学习了模拟电路、数字电路、传感器、GSM短信、图像对比等知识和技能,设计出了电路图,第9个月完成了软件编程,第10个月系统调试成功。这个活动过程塑造了他的人格,帮助他建立了自己的科学观和世界观。他的人生理想与格局,从兴趣到志趣、职业取向得以全面提升。


再如,“共享单车非接触式开锁系统”的研发也是同学们的兴趣和创造使然。在学校组织的创客实践活动中,小创客们制作了智能灯、智能浇花器等多个作品。他们经常跟同伴分享,成功的喜悦使他们对电子制作和软件编程越来越着迷。


一些学生在创客工作坊学习、制作过程中表现出浓厚兴趣,这引起了创客导师的注意。导师开始引导他们观察生活,选择感兴趣的课题进行研究。单车扫码体验不佳、电子锁易破解、用车后忘关锁等问题引起小创客们的注意。在创客工作坊,众多爱好者一起头脑风暴,探讨解决方案:使用GPS定位用户地理位置,用蓝牙进行用户与单车之间的通信,让用户用APP直接解锁。创客团队将系统设计为客户端、服务器、电子锁等三个模块,使用GPS定位用户地理位置,应用蓝牙技术进行人车通信来解锁,通过收放脚架巧妙地控制电子锁的开关,并将电子锁封闭在车架金属管中,采用舵机开锁或关锁,防止单车被盗。


为了将创意变成现实,小创客们分工协作,线上、线下学习Arduino编程和硬件搭建技术,历时一年设计制作了模型并实验成功。他们的作品受到了业界的极大关注,获得专家的赞扬,作品在2018全国双创周主会场展示。该发明还获得全国青少年科技创新大赛一等奖和宋庆龄发明创造大赛银奖。


业界的关注和社会的认可,极大地激发了小创客的科学热情。创客在不断创造的过程中,不断学习。小创客们储备的专业知识越来越多,解决问题的能力越来越强,对人工智能的发展应用越来越有信心。他们的职业理想越来越坚定,面对记者如是说:“不一定能进入最理想的大学,但我们有最理想的专业——人工智能或计算机专业。”


职业理想是正式进入社会之前对未来职业的渴求与向往,是对职业的态度和信念。美国弗吉尼亚大学的研究发现,有职业理想的中学生在日后从事的工作或事业上有显著优势。因此,导师将创客教育与研究性学习结合,使学生的创造兴趣转化为实现科学梦想的动力,触发学生的内驱力,对他们未来从事科学事业有着积极的影响。


创客活动的显著特点是“玩”“做”“分享”,在“玩”和“做”中学习、升华和创新,其要义是“玩中学”“做中学”“学中做”“做中创”,让学生通过有意义的学习经历提升智慧。开展创客教育的目的不是非要学生“创业”,而是要培养学生创新的思维、创新的精神和创新的意识。


创客教育已进入发展期,但还没有成型的教学模式,也没有成熟的理论和实践可供参考。作为一个创客导师,应该引导学生在创造中学习,在创造中解决问题,在创造中培养批判性思维和创新能力,在创造中发现兴趣所在,在创造中将兴趣爱好转变为职业理想,为将来成为科技拔尖人才奠定基础。随着《教育蓝皮书:中国教育发展报告(2015)》的发布,我国已将创客教育融入中小学生的生活和学习,相信在不久的将来,创客教育成果会更丰硕。

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