STEAM教育理念下創(chuàng)客教育與信息技術(shù)編程教育的融合途徑探究

徐敏中

【摘要】在STEAM理念指導(dǎo)下，根據(jù)小學(xué)信息技術(shù)編程教育應(yīng)與創(chuàng)客教育有機(jī)融合的背景，教師可以根據(jù)啟發(fā)小學(xué)生創(chuàng)新意識與創(chuàng)造能力、培養(yǎng)小學(xué)生基礎(chǔ)編程知識、發(fā)展小學(xué)生信息技術(shù)綜合能力與核心素養(yǎng)的目標(biāo)，實(shí)施創(chuàng)客教育與信息技術(shù)編程教育的融合。教師結(jié)合STEAM教育理念與創(chuàng)客教育內(nèi)涵，根據(jù)信息技術(shù)編程教育背景以及意義，分析創(chuàng)客教育與信息技術(shù)編程教育的關(guān)系，得出創(chuàng)客教育與信息技術(shù)編程教育的融合途徑，包括基于開源硬件、基于機(jī)器人教育、基于創(chuàng)意編程的創(chuàng)客教育。小學(xué)階段的信息技術(shù)編程教育中，教師根據(jù)教學(xué)情況落實(shí)教學(xué)策略，熟悉STEAM教育的基本理念，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與基礎(chǔ)編程知識，提高編程教育成效。

【關(guān)鍵詞】STEAM教育理念;創(chuàng)客教育;小學(xué)信息技術(shù);編程教育

21世紀(jì)是互聯(lián)網(wǎng)的世紀(jì)，信息技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用，特別是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速迭代升級、智能手機(jī)快速普及的時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)對社會(huì)發(fā)展、人們生活等產(chǎn)生越來越大的影響。編程是信息技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，在當(dāng)前世界環(huán)境下，培養(yǎng)編程人才需要從小開始，在小學(xué)信息技術(shù)教育中進(jìn)行編程教育，這是新時(shí)代信息技術(shù)教育的必然要求，也是培養(yǎng)編程人才、提高國家綜合競爭力的迫切需要。但是，當(dāng)前中小學(xué)階段編程教育存在不夠重視、教學(xué)資源匱乏、師資力量缺乏、教學(xué)方式不夠科學(xué)等問題，亟待進(jìn)行解決。STEAM理念及融入創(chuàng)客教育可以優(yōu)化現(xiàn)有編程教育，在STEAM教育理念的支持下，信息技術(shù)編程教育發(fā)揮多學(xué)科共促的作用，在“雙創(chuàng)”背景下加強(qiáng)創(chuàng)客教育，實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)的創(chuàng)新。教師通過將創(chuàng)客教育和信息技術(shù)編程教育融合，能夠培養(yǎng)學(xué)生變成思維，提升學(xué)生創(chuàng)新力與綜合素養(yǎng)。

一、STEAM教育理念下創(chuàng)客教育與信息技術(shù)編程教育的研究背景

1.STEAM教育理念與創(chuàng)客教育概述

所謂“STEAM”是科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)這五大學(xué)科英語的首字母組合，可以看出STEAM教育理念就是將這五大學(xué)科融合起來，打破學(xué)科之間的界限，重視多學(xué)科的交叉融合，從而形成整體的教育理念。在STEAM教育理念的影響下，教育教學(xué)內(nèi)容要與實(shí)際生活相聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決各類問題，提高學(xué)生知識遷移能力與動(dòng)手實(shí)踐能力，發(fā)展學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作意識與創(chuàng)新創(chuàng)造能力，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的發(fā)展。

創(chuàng)客教育的核心在于“創(chuàng)”，即創(chuàng)新和創(chuàng)造，創(chuàng)客是指根據(jù)自身的興趣愛好，借助多種資源，試圖將創(chuàng)新性思考轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)的個(gè)人。在“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的背景下，不僅要在社會(huì)中鼓勵(lì)創(chuàng)新和創(chuàng)造，還應(yīng)在中小學(xué)教育中重視創(chuàng)客教育。在小學(xué)信息技術(shù)教育中實(shí)施創(chuàng)客教育，核心是信息技術(shù)知識與操作，運(yùn)用數(shù)字化的材料與工具，結(jié)合其它學(xué)科知識，共同解決相關(guān)問題，以及創(chuàng)造新的事物。

2.信息技術(shù)編程教育背景以及意義

早在2017年的7月份，國務(wù)院就發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，強(qiáng)調(diào)：中小學(xué)階段應(yīng)當(dāng)設(shè)置人工智能相關(guān)的課程，逐步推廣變成教育。信息技術(shù)學(xué)科核心素，包含有信息意識、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任等相關(guān)重要內(nèi)容。教師要重視編程教育，明確編程教育能夠培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新等核心素養(yǎng)。在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中融入編程教育，對于培養(yǎng)學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)、發(fā)展學(xué)生學(xué)科綜合能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識與科學(xué)意識等都具有重要意義。

3.信息技術(shù)編程教育是創(chuàng)客教育的基礎(chǔ)

在創(chuàng)客教育中，需要運(yùn)用多種多樣的教育工具與教學(xué)形式。其中，開源軟硬件、Scratch基礎(chǔ)創(chuàng)意編程、機(jī)器人課程等是重要的組成部分，這些都是更好實(shí)施創(chuàng)客教育的重要途徑。通過在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中融入編程教育，能夠讓學(xué)生學(xué)習(xí)編程的基礎(chǔ)知識，掌握Scratch基礎(chǔ)編程內(nèi)容，通過編程基礎(chǔ)方面的訓(xùn)練，能夠讓學(xué)生熟悉編程的基本流程，為更好實(shí)施創(chuàng)客教育的活動(dòng)打好牢固的基礎(chǔ)。因此，創(chuàng)客教育與信息技術(shù)編程教育融合中，兩者具有相互關(guān)系，需要在STEAM教育理念下，更好教育以及指導(dǎo)學(xué)生，提高課程教育的實(shí)效。

二、STEAM教育理念下創(chuàng)客教育與信息技術(shù)編程教育的融合途徑

1.準(zhǔn)備基本開源硬件，打好創(chuàng)客教育基礎(chǔ)

在中小學(xué)信息技術(shù)變成教育中，首先是借助市面上比較易得的開源硬件，在STEAM教育理念的指導(dǎo)下，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用編程基礎(chǔ)知識，實(shí)施基礎(chǔ)創(chuàng)客教育，這樣可以激發(fā)與培養(yǎng)學(xué)生參與創(chuàng)客實(shí)踐的興趣，感受到信息技術(shù)編程的魅力與作用，從而更加積極主動(dòng)參與到編程中，在小組協(xié)作中參與動(dòng)手實(shí)踐創(chuàng)作。小學(xué)應(yīng)根據(jù)本校的實(shí)際情況，去市場上購置開源硬件，以此為實(shí)施創(chuàng)客教育與編程教育做好準(zhǔn)備。比如，結(jié)合Labplus圖形化編程軟件運(yùn)用的樂動(dòng)魔盒，這是入門版的電子套件。對于小學(xué)中高年級的學(xué)生，可以選擇交互式可編程中級實(shí)驗(yàn)箱，因?yàn)橹С謭D形化編程與代碼編程，還能夠結(jié)合硬件引腳編程控制，可讓學(xué)生掌握底層編程知識與電子制作的技巧。教師要在學(xué)校的安排下，組織學(xué)生參與相關(guān)實(shí)踐。

例如，在小學(xué)中高年級的信息技術(shù)編程教學(xué)中，在STEAM教育理念下，與創(chuàng)客教育相融合，教師可以創(chuàng)設(shè)兩個(gè)創(chuàng)客項(xiàng)目：一是制作LED調(diào)光器，二是制作噪音檢測器。對于這兩個(gè)創(chuàng)客項(xiàng)目，需要用到交互式可編程中級實(shí)驗(yàn)箱、LED燈條帶或者燈管、聲音傳感器、變阻器等。在實(shí)施教學(xué)時(shí)，由于學(xué)生已經(jīng)掌握了編程的基礎(chǔ)知識，所以只需要教授學(xué)生一些電學(xué)的基礎(chǔ)知識即可，讓學(xué)生認(rèn)識到：通過改變阻值的大小，可以控制燈的亮度;運(yùn)用聲音傳感器可以檢測聲音大小的變化。教師可以將學(xué)生分為兩個(gè)或者偶數(shù)小組，（下轉(zhuǎn)第27版）? ? ? ?（上接第26版）讓其自由選擇其中一個(gè)項(xiàng)目，先總體設(shè)計(jì)這個(gè)創(chuàng)客項(xiàng)目，之后運(yùn)用圖形化編程，根據(jù)設(shè)計(jì)的電路與所選硬件，編寫對應(yīng)的控制程序。之后，教師讓各個(gè)小組代表展示本組的創(chuàng)作成果，有的學(xué)生注重實(shí)用性，有的學(xué)生注重美觀性，總體達(dá)到目標(biāo)，進(jìn)行針對性點(diǎn)評。通過實(shí)施基礎(chǔ)創(chuàng)客教育，能夠讓學(xué)生靈活運(yùn)用科學(xué)、工程、美術(shù)等學(xué)科知識，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)化整體思維，訓(xùn)練學(xué)生編程思維，提升學(xué)生創(chuàng)新能力與綜合素養(yǎng)。

2.準(zhǔn)備模塊開源硬件，輔助實(shí)施創(chuàng)客教育

STEAM教育理念下的小學(xué)信息技術(shù)編程教育中，為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣，認(rèn)識到編程的重要意義，在與創(chuàng)客教育相融合的過程中，還可以準(zhǔn)備模塊化的開源硬件，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用編程知識，根據(jù)相關(guān)任務(wù)，設(shè)計(jì)、組裝、編程與運(yùn)行相關(guān)模塊，從而完成特定的任務(wù)。在實(shí)施這項(xiàng)編程教育中，教師可以選擇機(jī)器人、遙控賽車、遙控飛機(jī)等相關(guān)模塊，因其具有較強(qiáng)的交互性，能夠吸引學(xué)生觀察以及思考，激發(fā)學(xué)生探究與實(shí)踐的興趣，提高學(xué)生編程能力與創(chuàng)造力。

例如，空中機(jī)器人具有多種功能與作用，它可以實(shí)現(xiàn)一鍵程控飛行、圖像化的程控飛行、室內(nèi)定點(diǎn)懸停等，以及實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)避障、測距、定高等動(dòng)作。教師可以選用有豐富接口的模塊開源硬件，以及高兼容的機(jī)身結(jié)構(gòu)。比如，自帶12V轉(zhuǎn)5V的模塊，能夠直接安裝機(jī)械手等裝置，滿足各種競賽的需要。在準(zhǔn)備好相應(yīng)的模塊開源硬件之后，教師指導(dǎo)學(xué)生按照上述的流程參與總體設(shè)計(jì)、編程、動(dòng)手制作等，分組完成任務(wù)。這項(xiàng)教育實(shí)踐具有諸多的意義，主要包括：一是鍛煉了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，像是組裝、拆解零件，連接導(dǎo)線與安裝相關(guān)部件，鍛煉手部靈活性與大腦發(fā)展;二是培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識，該任務(wù)涉及到人工智能、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)云通信等，學(xué)生只有通力合作才能解決問題;三是提高學(xué)生解決問題的能力、創(chuàng)新能力等，由于該項(xiàng)目要用到控制、機(jī)械、電子等學(xué)科知識，學(xué)生需要上網(wǎng)查閱各類資料，解決各類問題，提升信息素養(yǎng)，發(fā)展想象力與創(chuàng)造力等。由于該項(xiàng)任務(wù)總體比較復(fù)雜與綜合，教師要多注意觀察與指導(dǎo)，幫助各小組的學(xué)生更好、更快完成該項(xiàng)任務(wù)，并進(jìn)行評價(jià)與反饋，指導(dǎo)學(xué)生修改完善。

3.布置課外實(shí)踐任務(wù)，有效完善創(chuàng)客教育

小學(xué)信息技術(shù)編程教育中，在STEAM教育理念的指導(dǎo)下，實(shí)施不同的創(chuàng)客教育，為提高創(chuàng)客教育的成效，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識與創(chuàng)造能力，讓學(xué)生更好掌握編程知識與編程技能，教師還應(yīng)當(dāng)布置課外實(shí)踐任務(wù)，以此完善創(chuàng)客教育。一般需要設(shè)定不同情境的實(shí)踐任務(wù)，如，故事情節(jié)、游戲情境和模擬現(xiàn)實(shí)等，不僅能夠吸引學(xué)生主動(dòng)參與，而且能有效促進(jìn)學(xué)生形成程序思維、邏輯思維、創(chuàng)新思維。教師要對課外實(shí)踐任務(wù)提出要求，比如，要運(yùn)用Scratch編程、數(shù)學(xué)運(yùn)算、工程技術(shù)解決問題，體現(xiàn)科學(xué)性、美觀性等。

例如，根據(jù)前期的編程教育與創(chuàng)客教育的實(shí)踐，教師可以布置多項(xiàng)課外實(shí)踐任務(wù)：制作炫彩LED燈，制作煙霧報(bào)警裝置，用案件控制彩燈，設(shè)計(jì)溫濕度傳感器，設(shè)計(jì)與制作智能小風(fēng)扇。對于智能小風(fēng)扇，提出的要求是：運(yùn)用3D設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)小風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)主體;組裝其電子控制部分，運(yùn)用編程實(shí)現(xiàn)旋鈕傳感器控制風(fēng)扇的正轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速和反轉(zhuǎn);思考還可以用什么傳感器讓其更加智能。在這個(gè)實(shí)踐任務(wù)中，學(xué)生不僅要優(yōu)化編程設(shè)計(jì)，還需要運(yùn)用3D建模知識，學(xué)習(xí)傳感器與電機(jī)控制等。這能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，提高學(xué)生創(chuàng)造能力、工具使用能力等。在學(xué)生完成相關(guān)課外實(shí)踐任務(wù)后，教師讓學(xué)生進(jìn)行展示，多進(jìn)行鼓勵(lì)性質(zhì)的評價(jià)。

三、結(jié)語

綜上所述，在STEAM教育理念的指導(dǎo)下，結(jié)合小學(xué)信息技術(shù)編程教育中融合創(chuàng)客教育的背景，教師需要根據(jù)小學(xué)生掌握編程知識的基本情況，先進(jìn)行基礎(chǔ)部分的創(chuàng)客教育實(shí)踐，之后指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)與制作較為復(fù)雜的創(chuàng)客實(shí)物，然后布置多項(xiàng)課外的創(chuàng)客實(shí)踐任務(wù)。以此讓小學(xué)生早接觸各類科技創(chuàng)新產(chǎn)品，培養(yǎng)學(xué)生對科技創(chuàng)新的興趣，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識，提高學(xué)生綜合探究能力，發(fā)展學(xué)生編程能力與綜合素養(yǎng)。本研究的創(chuàng)新在于將編程教育與創(chuàng)客教育有機(jī)融合，讓學(xué)生認(rèn)識到編程的重要作用，激發(fā)學(xué)生編程興趣;不足之處在于缺乏專業(yè)設(shè)備、研究不夠深入等。中小學(xué)的編程教育融合創(chuàng)客教育中，可以根據(jù)具體情況予以落實(shí)，購置更多專業(yè)設(shè)備、借助專業(yè)工具等，更好達(dá)成兩者融合的教育目標(biāo)，推動(dòng)這項(xiàng)主題教育的發(fā)展。

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責(zé)任編輯? 劉? 勇