校本創(chuàng)客課程開發(fā)與應用

文/廣州市信息技術職業(yè)學校 洪 波 彭遠洋 毛敏莉

在教育改革的大背景下，教育內容得到拓展，更多教育形式蓬勃涌現(xiàn)，創(chuàng)客教育理念從中脫穎而出。創(chuàng)客成為符合時代要求的新型人才，在社會經濟、文化及各專業(yè)技術領域的作用日益凸顯。目前盡管很多中等職業(yè)學校已經加大硬件投入，設立創(chuàng)客空間，但缺少與專業(yè)相結合的創(chuàng)客項目以及成熟的創(chuàng)客課程。因此，學校有必要將創(chuàng)客教育引入教育體系中，以更好地實現(xiàn)培養(yǎng)全面發(fā)展的人的教育目標。

“中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)”綜合表現(xiàn)為六大素養(yǎng)：人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創(chuàng)新。核心素養(yǎng)注重的是“培養(yǎng)什么樣的人”的教育問題，既是教育科學發(fā)展的前瞻方向，也是創(chuàng)客教育跨學科應用的基礎與目標方向。我校校本創(chuàng)客課程研發(fā)組結合本校特點開發(fā)富有特色的創(chuàng)客課程，研究探討中職學校專業(yè)教學與創(chuàng)客教育的有效融合。

研發(fā)組開發(fā)了培養(yǎng)中職學生核心素養(yǎng)為導向的、內容模塊化的、項目式學習的校本創(chuàng)客課程。創(chuàng)客課程可以作為中職電子技術應用、無人機操控與維護、工業(yè)機器人技術應用、計算機技術等專業(yè)學生的專業(yè)拓展課程，也可以用于非計算機專業(yè)學生的興趣社團。其任務是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、科技認知、團隊協(xié)作、工匠精神和分享精神。

一、研究思路

第一，提出問題。在信息化時代，越來越多的簡單重復勞動崗位會被自動化甚至人工智能所取代，未來的勞動者更注重創(chuàng)新發(fā)展能力。創(chuàng)客教育正是因為其創(chuàng)新性，目前缺少針對性課程。

第二，構建框架。分析國內外核心素養(yǎng)的研究進展，總結創(chuàng)客教育的相關信息，構建符合中職學生特點的核心素養(yǎng)框架，為后續(xù)研究提供理論基礎。

第三，設計模式。通過研究創(chuàng)客教育的理論、目標、教師、學生、課程、實踐等內容，設計出創(chuàng)客課程的開發(fā)模板，提出一種新的創(chuàng)客課程教學模式。

第四，開發(fā)創(chuàng)客課程。運用創(chuàng)客課程開發(fā)模板，應用創(chuàng)客課程教學模式，指導學生進行創(chuàng)客實踐，開發(fā)打造創(chuàng)客精品課程。

二、研究結論

創(chuàng)客課程作為一種前瞻性的課程形式，泰勒原理推動了這一科學理論的發(fā)展。泰勒原理指出，課程由確定教育目標、選擇教育經驗、組織教育體驗、評價教育體驗四個環(huán)節(jié)構成。確定目標是其中的首要問題，是課程開發(fā)的起點。選擇教育經驗要遵循五大原則，分別是具有實踐的可能、能讓學生獲得滿足感、在學生力所能及的范圍內、多種經驗能達成同一目標、同一經驗能產生多種結果。組織教育體驗要遵循連續(xù)性、順序性、整合性三條準則。評價教育體驗可以了解課程的實際效果，幫助教師提出各種改進課程的建議，是課程開發(fā)的重要組成部分。

通過文獻研究法，在創(chuàng)客課程設計相關研究的基礎上提出面向核心素養(yǎng)的中職創(chuàng)客課程設計框架，該框架包含課程目標、課程評價、課程內容、課程空間和學習活動。教育目標引領著課程內容和課程評價的規(guī)劃。根據(jù)目標對學習的要求及教學的實施方法設計課程。

在指向核心素養(yǎng)的創(chuàng)客課程設計中，我們需要聯(lián)結核心素養(yǎng)與教學目標，探討“核心素養(yǎng)→內容標準→教學目標”的技術路線。根據(jù)“學習目標——評價任務——活動設計——教學方案”這一逆向設計思路，對校本課程開發(fā)有效實施作進一步探討。

課程設計大體分為三步：確定學習目標——實現(xiàn)預期目標——圍繞目標設計教學活動。通過將評價前置，使用評價診斷、調節(jié)、驅動教學過程。逆向設計的基本程序是：課程標準——教學目標——評價標準——教學計劃——教學內容。圖1為逆向課程設計流程。評價不是課程完成后的終結性總結，而應該是成為過程促進工具，兩者形成“教學——評價——提升——教學”螺旋式上升新的教學模式，從而不斷促進目標的達成。

圖1 逆向課程設計流程

三、校本創(chuàng)客課程的實施

1.創(chuàng)客課程的目標

本研究的創(chuàng)客課程框架設定創(chuàng)客課程的三個目標：計算思維、AI知識、創(chuàng)新能力。這三個目標始終圍繞提升核心素養(yǎng)。

2.創(chuàng)客課程的評價

課程評價是檢驗課程建設成效的主要手段，關注課堂層面的評價，體現(xiàn)在評價主體、評價方式、評價過程的多元化，尤其是學生參與評價。

為判斷教學目標落實情況，研究組探討了基于核心素養(yǎng)為導向的逆向設計課程評價，將評價設計先于教學設計，采用教師評價、學生自我評價、學生同伴評價的多元評價方式。規(guī)范運用評價結果，逆向設計課程評價促進學生學習的功能得到發(fā)揮，教師對學生掌握預定目標的判斷也有了依據(jù)，從而有層次有計劃地落實學科核心素養(yǎng)(表1、表2)。

表1

表2

3.創(chuàng)客課程的內容

創(chuàng)客課程的內容是創(chuàng)客教育的核心部分，與傳統(tǒng)學校教育中以單一科目形式呈現(xiàn)知識不同，創(chuàng)客課程融合各學科知識與3D打印、機床、激光雕刻機等創(chuàng)客工具，主要有以下四類：編寫程序類，以圖形化編程語言和高級編程語言的學習和應用為主，如 Arduino、App Inventor、Python 等；電子機械類，以電子元器件的使用、電子元器件與機械零件組裝為主，如電路設計、傳感器應用、機器人等；結構創(chuàng)意類，以原型或產品的設計與制作為主，如 3D 打印、玩具設計與制作等；藝術創(chuàng)作類，以文創(chuàng)產品設計為主，如各種手工制作、平面設計等。

本項目校本創(chuàng)客課程開發(fā)以跨專業(yè)聯(lián)合為手段，把校本創(chuàng)客課程劃分為六大模塊：三維建模、3D 打印、建構類、模塊化編程、動作分析類及Plen2。創(chuàng)客課程涵蓋了三維建模、3D打印、機械結構、電子電路裝調、無人機、機器人、AI、VR和智能物聯(lián)等前沿科技應用領域，在社團活動、第二課堂活動、科技節(jié)中滿足學生學習和探索的需求，并在課堂活動中融合人文歷史文化、綠色生態(tài)環(huán)保、美育等教育內容，將科技與藝術進行整合，傳遞創(chuàng)客文化，以促進中職學生核心素養(yǎng)發(fā)展為目的，培養(yǎng)創(chuàng)新思維、態(tài)度、技能和品質，注重學生創(chuàng)意思維能力培養(yǎng)中工匠精神的滲透，培養(yǎng)學生實踐動手能力、團隊協(xié)作能力。

4.創(chuàng)客課程的空間

創(chuàng)客課程的空間包括創(chuàng)客活動學習環(huán)境和設備等硬件條件。在創(chuàng)客空間中，學生學會運用各種技術、技能發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而促進人際溝通、團隊合作、批判思考、操作技能等能力的提升。

5.創(chuàng)客課程的學習

創(chuàng)客教育的核心在于“創(chuàng)”，職業(yè)教育培養(yǎng)的是高素質復合型技術技能型人才，因此中職創(chuàng)客課程的教學模式必須結合職業(yè)教育的特點。為了更好地實施創(chuàng)客教學，本研究提出基于項目式學習的中職創(chuàng)客教學法。該教學法分為兩部分：項目學習階段和創(chuàng)客實踐階段。項目學習階段包括引入學習情景、模仿簡單任務、學習拓展知識、擴展任務模仿和生成創(chuàng)新構思五個階段，這一階段注重 AI 知識的學習和計算思維的培養(yǎng)；創(chuàng)客實踐階段包括項目交流討論、協(xié)同任務完成、成功作品分享三個步驟，這一階段以創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為主，同時注重計算思維的強化。

(1)項目學習階段

學習情景引入是項目學習的開始，中職教育的創(chuàng)客學習情景模擬未來的工作崗位，讓中職生體驗職業(yè)，激發(fā)創(chuàng)客學習的興趣。第一階段從沙盤制作開始，通過實體制作部分讓入門階段的學生以最自然的方式動手操作，釋放學生創(chuàng)造的欲望，提升造型表現(xiàn)能力、構思創(chuàng)造設計能力以及三維空間想象能力。第二階段三維建模項目，通過三維軟件的虛擬特性，超越實體構建的局限性，拓展空間創(chuàng)造的無限可能，熟悉3Done、SolidWorks 三維設計、MAYA等三維軟件，實現(xiàn)各種形態(tài)的模型制作，進一步考驗三維空間創(chuàng)造能力。第三階段3D打印項目，通過學習3D打印機相關知識，將個人設計的三維作品創(chuàng)作實體化，要求學生掌握切片軟件、3D打印機的運行原理、打印機的操作技巧，邏輯思維能力、空間思維能力、數(shù)學能力在這一階段得到鍛煉。第四階段模塊化編程項目，在前面三階段的靜態(tài)模型狀態(tài)上，添加“聲、光、電”等AI互動元素，我們在沙盤上增加編程巡線小車，設計景點播報等AI功能，很好地鍛煉了學生的邏輯思維。第五階段動作分析類項目，以智能沙盤作為一個學習平臺，在了解結構、自己組裝沙盤的基礎上，學習沙盤代碼，掌握編寫與修改程序，實現(xiàn)巡線小車在沙盤中完成巡線自動行駛、景點自動停留播報景點任務，在這個階段的學習中，不斷調整程序中的數(shù)據(jù)，積累程序設計經驗；設計專業(yè)學生結合軟件技術與藝術修養(yǎng)兩方面，通過三維軟件與動作捕捉系統(tǒng)的結合，對角色動作進行深入分析，從中研究出任務動作中的AI原理。完成這五個步驟后，就進入下一個創(chuàng)客實踐階段的學習。

(2)創(chuàng)客實踐階段

經過前面的項目學習，部分學生能產生解決問題的創(chuàng)意想法，但大多數(shù)創(chuàng)意是需要完善的，因此學生首先需要以小組的形式交流討論，明確產品要解決的具體問題，通過頭腦風暴、發(fā)散思維來確定產品各部分的功能，選擇每部分要用到的主要技術。然后小組成員分工合作，將每個人的創(chuàng)作構思實現(xiàn)，并最終完成創(chuàng)客作品。在成功作品分享環(huán)節(jié)，每個小組要匯報自己的作品，分享各自在項目學習、作品制作過程中遇到的問題以及獲得的經驗，各小組以組間評價的方式相互探討作品的創(chuàng)新點和不足，最后由教師對每組的作品進行點評、打分和總結。在PLEN2機器人項目實施中，融入三維設計、3D打印、機械構建、AI編程控制、動作藝術化等內容，學生從三維建模設計、3D打印到親手組裝完整的PLEN機器人，再到注入軟件程序調試機器人，最后學生設計PLEN2機器人的活動情節(jié)造就靈魂，通過機器人創(chuàng)建路線全面提升核心素養(yǎng)。

四、不足與反思

1.創(chuàng)客空間的完善

校內創(chuàng)客空間建設機制并不健全，需要從軟硬件兩方面入手，在探索階段，環(huán)境創(chuàng)設、器材購置等物質基礎必不可少，進而提升軟實力，促進兩方面協(xié)調發(fā)展。

2.創(chuàng)客教育的普及

線下創(chuàng)客教育普及受限于班級人數(shù)，人數(shù)眾多的班級必須投入大量資金和師資配備，才能讓每位學生得到充分的關注和指導。創(chuàng)客教育的普及需要采用線下課堂和線上學習的結合。線下課堂采用小班規(guī)模實施小組教學，提升創(chuàng)客課堂教學的質量。線上學習為學生提供多元化資源和服務,網絡促進師生交流，為孵化創(chuàng)新想法提供便利的環(huán)境。

3.創(chuàng)客教育融入專業(yè)教育

本項目研究立足于將“創(chuàng)客課程”融入電子技術應用、無人機操控與維護、工業(yè)機器人技術應用、計算機技術等專業(yè)中，讓不同專業(yè)的中職學生都參與到創(chuàng)客課堂的項目中，讓學生盡情享受學習和創(chuàng)造的快樂。