STEAM教育與創(chuàng)客教育的關(guān)系初探

萬欣琦，王志敏

陜西師范大學(xué)教育學(xué)院， 西安　710062

2015年9月，國家教育部《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出，要積極探索利用信息技術(shù)開展創(chuàng)客教育以及跨學(xué)科學(xué)習(xí)(即STEAM教育)等新的教育模式，注重培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)的習(xí)慣，提升其創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和信息素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，充分發(fā)揮信息技術(shù)的支撐和引領(lǐng)作用，為未來培養(yǎng)高素質(zhì)人才。同年11月，劉延?xùn)|副總理在“第二次全國教育信息化工作電視電話會(huì)議”上再次提到：要注重開展創(chuàng)客教育，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)新能力；2016年3月3日，教育部教育裝備研究與發(fā)展中心制定了《教育部教育裝備研究與發(fā)展中心2016年工作要點(diǎn)》，明確指出要加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)造教育研究，中心工作就是普及STEAM課程和創(chuàng)客教育。由此可見，ST- EAM教育與創(chuàng)客教育已成為國家教育信息化的重點(diǎn)工作。

1　STEAM教育

“STEAM”源于“STEM”，是一種跨學(xué)科的教育模式，將科學(xué)(science)、技術(shù)(technology)、工程(engin- eering)、數(shù)學(xué)(mathematics)四個(gè)科目相融合。進(jìn)入21世紀(jì)，美國弗吉尼亞科技大學(xué)學(xué)者Yakman把重要的人文因素即藝術(shù)(Art)加入STEM教育，形成了相對(duì)完整的STEAM教育[1]。STEAM教育注重的不是傳授某一學(xué)科的知識(shí)，而是重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科思維、采用學(xué)科融合的方式去解決生活中的實(shí)際問題。

美國STEAM 教育知名學(xué)者格雷特·亞克門教授認(rèn)為，STEAM教育的五個(gè)科目之間在結(jié)構(gòu)上存在順序關(guān)系，科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)在人們認(rèn)識(shí)和改造世界過程中發(fā)揮著各自不同的作用：科學(xué)可以幫助人們認(rèn)識(shí)和把握世界的規(guī)律；工程和技術(shù)能夠支持人們根據(jù)社會(huì)需求改造世界；藝術(shù)可以幫助人們用美好的形式豐富和美化世界；數(shù)學(xué)則為科學(xué)、技術(shù)、工程與藝術(shù)這四者的應(yīng)用和發(fā)展提供了分析工具和思維方法[2]。

STEAM教育在很大程度上改變了以往單一學(xué)科知識(shí)體系的束縛，主要是以基于項(xiàng)目和基于問題的學(xué)習(xí)方式來開展的，用跨學(xué)科和學(xué)科融合的方法教授科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)方面的知識(shí)與技能，在傳統(tǒng)的學(xué)科分離、各成體系的學(xué)科之間建立起橋梁，學(xué)生學(xué)習(xí)的不再是分專業(yè)、分學(xué)科、零碎的知識(shí)，而是相互聯(lián)系的整體，避免了傳統(tǒng)分科教學(xué)中存在的知識(shí)割裂現(xiàn)象[3]。STEAM教育引導(dǎo)學(xué)生通過合作和實(shí)踐完成項(xiàng)目或解決生活中的實(shí)際問題，重視綜合利用多學(xué)科的綜合知識(shí)來解決真實(shí)情境中的問題，有助于學(xué)生形成跨學(xué)科學(xué)習(xí)和交叉學(xué)科解決問題的綜合素養(yǎng)，同時(shí)注重全體學(xué)生的發(fā)展。

STEAM教育所強(qiáng)調(diào)的學(xué)科融合，教師是關(guān)鍵。STEAM教育的教師需要根據(jù)學(xué)生的特征，開展不同學(xué)科、不同課程的融合，注重通過開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)帶動(dòng)課程整合，提升學(xué)生解決問題的能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)方面的素養(yǎng)，也就是STEAM素養(yǎng)。所以，STEAM教育中教師培訓(xùn)顯得至關(guān)重要。通過教師培訓(xùn)，幫助教師設(shè)計(jì)和開展ST- EAM教學(xué)活動(dòng)，有助于教師理解和掌握相關(guān)知識(shí)。STEAM教育的成功更離不開多方合作，STEAM教育教師之間應(yīng)當(dāng)經(jīng)常分享教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)討論與交流。開展STEAM教育的不同學(xué)校之間也應(yīng)當(dāng)協(xié)同交流、加強(qiáng)合作，共享STEAM教育資源、模式及方法等，進(jìn)而帶動(dòng)STEAM教育在中小學(xué)的應(yīng)用和發(fā)展，推動(dòng)國家的教育信息化。

2　創(chuàng)客教育

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，繼STEAM教育之后，3D打印技術(shù)在20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)[4]，接著“創(chuàng)客”“眾創(chuàng)空間”“創(chuàng)客空間”等這一系列的名詞逐漸在接下來的十多年中進(jìn)入教育研究者的視線。創(chuàng)客(Ma- ker)一般是指利用3D打印機(jī)、激光切割機(jī)、激光雕刻筆以及各種開源硬件等，將自己的創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)的人。這一名詞最早起源于2001年，由美國MIT和原子研究中心發(fā)起的Fab Lab(fabrication laboratory，微觀裝配實(shí)驗(yàn)室)創(chuàng)新項(xiàng)目。

針對(duì)創(chuàng)客教育，目前國內(nèi)還沒有比較確切的定義。祝智庭教授從廣義和狹義兩個(gè)方面來看待創(chuàng)客教育，認(rèn)為創(chuàng)客教育在廣義層面上是一種教育形態(tài)，是以培育大眾創(chuàng)客精神為導(dǎo)向的，狹義上而言則是一種教育模式，是以培育學(xué)習(xí)者尤其是青少年學(xué)習(xí)者的創(chuàng)客素養(yǎng)為導(dǎo)向[5]；謝作如、吳俊杰等在2016年創(chuàng)客教育專家委員會(huì)第一次會(huì)議上通過集體討論，對(duì)現(xiàn)階段的創(chuàng)客教育進(jìn)行了重新定義，認(rèn)為創(chuàng)客教育是創(chuàng)客精神、創(chuàng)客文化與教育相遇的產(chǎn)物，是學(xué)生基于自己的興趣，使用數(shù)字化工具以項(xiàng)目的形式開展的倡導(dǎo)造物、鼓勵(lì)分享，旨在培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、跨學(xué)科綜合解決問題的能力以及創(chuàng)新能力的一種素質(zhì)教育[6]，目的是運(yùn)用創(chuàng)客的理念重構(gòu)教育[7]。

實(shí)際上，我們可以從兩個(gè)方面來理解創(chuàng)客教育，一方面是“創(chuàng)客的教育”，通過建立創(chuàng)客空間、開設(shè)專門的創(chuàng)客課程、并配備專業(yè)化的創(chuàng)客教師以及所需器材來實(shí)施的，旨在培養(yǎng)創(chuàng)客人才；另一方面是“創(chuàng)客式教育”，也就是將創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)所提倡的動(dòng)手操作、實(shí)踐體驗(yàn)等理念融入到各學(xué)科的教學(xué)過程中，開展基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)，旨在運(yùn)用創(chuàng)客的理念、思維和方式改造教育。所以無論是“創(chuàng)客的教育”還是“創(chuàng)客式教育”，最終目的都是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、思維及能力的創(chuàng)新型人才。

3　STEAM教育與創(chuàng)客教育的異同

STEAM教育和創(chuàng)客教育都試圖“變革教育”[7]，兩者的直接目的都是培養(yǎng)創(chuàng)新人才和具備綜合能力的人[8]。創(chuàng)客教育倡導(dǎo)造物鼓勵(lì)分享，在創(chuàng)新創(chuàng)造的過程中融合了多學(xué)科的知識(shí)，不僅涉及科學(xué)、技術(shù)，還涉及人文、藝術(shù)等，因此在創(chuàng)客教育的過程中，也存在著STEAM教育[9]，可以說創(chuàng)客教育是實(shí)施STEAM教育的一種重要途徑。

STEAM教育和創(chuàng)客教育兩者之間既有聯(lián)系又有區(qū)別：一方面STEAM教育和創(chuàng)客教育有著密切的聯(lián)系，兩者都是以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、解決實(shí)際問題為主，都注重動(dòng)手實(shí)踐、注重過程、注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)；另一方面，STEAM教育和創(chuàng)客教育之間也有一定的區(qū)別。

3.1　是否具有學(xué)科性

STEAM教育強(qiáng)調(diào)不同學(xué)科之間的整合，其內(nèi)容涵蓋科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)，具有很強(qiáng)的跨學(xué)科性，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科解決問題的能力；而創(chuàng)客教育的核心是造物，在創(chuàng)造的過程中會(huì)涉及不同學(xué)科的知識(shí)，但其本身不強(qiáng)調(diào)學(xué)科[10]。

3.2　是否需要產(chǎn)出作品

創(chuàng)客教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手實(shí)際操作，借助軟件、開源硬件及3D打印、激光切割等工具實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意，設(shè)計(jì)并制作出自己的作品；而STEAM教育雖然也關(guān)注學(xué)生的實(shí)踐，但不強(qiáng)調(diào)學(xué)生一定要有自己的作品。

3.3　所解決問題的來源不同

STEAM教育和創(chuàng)客教育都注重解決實(shí)際問題，但不同的是：STEAM教育中所解決的問題大多數(shù)是由教師設(shè)定或引導(dǎo)的，即使學(xué)生提出問題，也經(jīng)常在共同討論的主題范圍內(nèi)；而創(chuàng)客教育并非讓學(xué)生探討相同的問題，更傾向于讓學(xué)生發(fā)揮想象，自己提出問題，然后借助工具來實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意。

3.4　教師角色不同

STEAM教育和創(chuàng)客教育中教師角色也大不相同：STEAM教育中教師的任務(wù)更多的是設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、組織教學(xué)活動(dòng)、講授知識(shí)、引導(dǎo)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)等，而且需要不同的教師之間相互配合，一起引導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目；而在創(chuàng)客教育中，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的支持者，不需要設(shè)計(jì)具體的問題或講授固定的知識(shí)，而是幫助和支持學(xué)生實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意，在這個(gè)過程中，教師也不會(huì)過多的干預(yù)學(xué)生的想法。

3.5　最終目的不同

創(chuàng)客教育的教育目標(biāo)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)客精神以及創(chuàng)新素養(yǎng)的人，因此在本質(zhì)上而言它是一種教育理念[11]；STEAM教育則旨在提升學(xué)生綜合運(yùn)用跨學(xué)科的知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，支持學(xué)生以整合的方式認(rèn)識(shí)世界，以綜合創(chuàng)新的形式改造世界[2]。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，STEAM教育和創(chuàng)客教育兩者在實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中各有側(cè)重，如果在教學(xué)中能將兩者相結(jié)合，能否達(dá)到更好的教學(xué)效果？接著，探討STEAM教育和創(chuàng)客教育深度融合的教學(xué)效果。

4　STEAM教育與創(chuàng)客教育的深度融合—以“智能交通燈”為例

STEAM教育和創(chuàng)客教育的深度融合使兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，旨在培養(yǎng)綜合素養(yǎng)人才。STEAM教育中工程教育是弱勢(shì)，而創(chuàng)客教育集創(chuàng)新教育、工程教育、體驗(yàn)教育、項(xiàng)目學(xué)習(xí)等思想為一體，其本身就是一個(gè)工程案例，通過創(chuàng)客教育可以很好地彌補(bǔ)STEAM教育在工程教育方面的不足[12]。因此可以說，創(chuàng)客教育是實(shí)施STEAM教育的一種重要途徑。下面以小學(xué)“智能交通燈”為例，分析兩者深度融合的教學(xué)效果。

4.1　教學(xué)過程

4.1.1情景導(dǎo)入在課程開始，教師首先介紹了第一盞紅綠燈的由來，然后介紹紅綠燈發(fā)展和應(yīng)用的過程，接著引導(dǎo)學(xué)生思考生活中常見的紅綠燈有哪些功能？可以用作城市道路系統(tǒng)的控制，通過紅綠燈的轉(zhuǎn)換和數(shù)碼顯示能精確控制路況，可以在緊急情況下做出相應(yīng)的調(diào)整，還可以對(duì)車流量進(jìn)行檢測(cè)，以便對(duì)通車時(shí)的情況有一個(gè)了解。在這個(gè)環(huán)節(jié)，教師所提出的問題與學(xué)生的實(shí)際生活相聯(lián)系，能夠拉近課程內(nèi)容和學(xué)生生活的距離，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

4.1.2創(chuàng)意設(shè)計(jì)教師引導(dǎo)學(xué)生繪制出自己心中最有創(chuàng)意的智能交通燈，并設(shè)計(jì)優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和作用—科學(xué)知識(shí)、藝術(shù)素養(yǎng)(S、A)。

4.1.3提出挑戰(zhàn)教師介紹任務(wù)，也就是讓學(xué)生設(shè)計(jì)制作出智能交通燈，再制作簡單的小車觀察智能紅綠燈的變化，進(jìn)行控制模擬通行。要實(shí)現(xiàn)的功能是：綠燈亮20 s、黃燈亮2 s、紅燈亮15 s、黃燈亮2 s。教師將學(xué)生分小組，小組成員之間互相合作完成下面的制作環(huán)節(jié)。

4.1.4硬件連接將所要用到的硬件模塊相連接—技術(shù)知識(shí)、工程知識(shí)(T、E)。

4.1.5軟件編程使用模塊化編程軟件進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)“提出挑戰(zhàn)”環(huán)節(jié)中所描述的功能—工程知識(shí)、數(shù)學(xué)知識(shí)(E、M)。

4.1.6創(chuàng)意搭建借助3D打印機(jī)、激光切割機(jī)等工具設(shè)計(jì)自己所需要的模塊，并將各個(gè)模塊組裝起來，搭建出個(gè)性化的模型，實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)意設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)中所設(shè)計(jì)的智能交通燈。這個(gè)環(huán)節(jié)教師不做任何的干預(yù)，學(xué)生自由發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意—技術(shù)知識(shí)、工程知識(shí)、藝術(shù)素養(yǎng)(T、E、A)。

4.1.7交流分享每個(gè)小組分別展示該組的創(chuàng)意作品，介紹創(chuàng)意想法、實(shí)現(xiàn)過程和小組分工，以及在制作過程中遇到的困難和解決辦法。在分享過程中，小組之間互相討論，對(duì)其他小組的作品進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出優(yōu)化建議；教師對(duì)每組作品進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，并對(duì)每組作品進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)。分享結(jié)束后，小組內(nèi)成員根據(jù)每個(gè)人在各個(gè)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)進(jìn)行組內(nèi)互評(píng)。最后，教師分析并總結(jié)在教學(xué)過程中的問題與收獲，以便為后續(xù)的教學(xué)提供改進(jìn)依據(jù)。

4.2　案例分析

“智能交通燈”的教學(xué)過程強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容與生活實(shí)際緊密結(jié)合，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，有利于學(xué)生對(duì)跨學(xué)科知識(shí)的掌握和實(shí)踐能力的提高。在這節(jié)課中既包含了STEAM所涵蓋的五個(gè)學(xué)科的知識(shí)，也有創(chuàng)客教育所強(qiáng)調(diào)的造物，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科解決問題的綜合能力以及創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

①在創(chuàng)意設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力，設(shè)計(jì)并繪制心中最有創(chuàng)意的智能交通燈，然后通過硬件連接與搭建，以及軟件編程，來實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，將創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)，以此培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和創(chuàng)造的能力。

②通過為智能硬件編寫程序，學(xué)生不僅可以學(xué)到算法、計(jì)算機(jī)編程語言等顯性知識(shí)，還能培養(yǎng)他們的計(jì)算思維及邏輯思維能力。更有意義的是學(xué)生可以學(xué)到科學(xué)而高效的思維方式，即系統(tǒng)思維、邏輯判斷思維等隱性知識(shí)。通過長期培養(yǎng)，這些思維方式都會(huì)內(nèi)化為學(xué)生自己的思維方式，這會(huì)對(duì)學(xué)生以后的學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生極大的幫助。

③創(chuàng)意設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和創(chuàng)意搭建環(huán)節(jié)，都旨在培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維以及創(chuàng)造能力。不做任何限制，給學(xué)生足夠大的空間，充分發(fā)揮想象力，設(shè)計(jì)出一個(gè)獨(dú)特的紅綠燈和小車。在搭建環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的喜好，搭建出各種各樣形狀不同的模型。

④該節(jié)課程以小組合作的形式開展，無論是制作環(huán)節(jié)還是展示環(huán)節(jié)實(shí)際上都是一個(gè)小組學(xué)習(xí)的過程，需要小組內(nèi)各個(gè)成員之間的互相協(xié)作，包容組內(nèi)其他成員的缺點(diǎn)和不足，在實(shí)踐中能夠鍛煉并提高學(xué)生的表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，其效果比普通的教育方法、方式更有效。尤其在展示環(huán)節(jié)，則有效地增加了學(xué)生間、師生間的交互，鼓勵(lì)學(xué)生分享自己的觀點(diǎn)和看法，增加了他們創(chuàng)新和創(chuàng)造的信心。

5　存在問題與展望

通過總結(jié)和分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，STEAM教育和創(chuàng)客教育都有各自的優(yōu)勢(shì)。在教學(xué)中將兩者相融合，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力以及動(dòng)手實(shí)踐能力，將會(huì)達(dá)到良好的教學(xué)效果。在數(shù)字化時(shí)代背景下，兩個(gè)新興的教育模式STEAM教育和創(chuàng)客教育，正在深度改變著學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和教師的教學(xué)方式，兩者相融合有助于培養(yǎng)更多富有創(chuàng)新能力的高技術(shù)人才。但是在全面普及的過程中有很多問題需要解決，有很多困難需要克服，比如我們?nèi)狈I(yè)的師資力量、完善的校園創(chuàng)客空間、健全的教學(xué)設(shè)計(jì)模式以及優(yōu)質(zhì)的課程資源等，其中，師資力量是相當(dāng)重要的因素，我們可以借鑒美國的方法，加大科研經(jīng)費(fèi)投入和教師培訓(xùn)，重視對(duì)STEAM教育和創(chuàng)客教育教師的培養(yǎng)。

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