校外青少年创客教育活动课程建设的实践与研究

摘  要：校外创客教育活动基于学生的兴趣，通过项目化学习，培养学生的跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力，在推动青少年动脑动手及创新精神的培养上具有重要的价值和意义。笔者以“创客与3D打印”课程为例，通过研究当前校外青少年创客教育活动中存在的主要问题，结合课程体系建构和实践课例推进，以校外创客教育活动的初步探索为基础，梳理总结校外青少年创客教育活动课程建设的实践与经验。

关键词：青少年创客教育;校外创客活动课程;创客课程大纲

中圖分类号：G633.67 文献标识码：A 文章编号：1004-8502（2021）02-0098-12

作者简介：马士清，中国福利会少年宫中级教师，中国福利会少年宫计算机活动中心创客活动指导，研究方向为创客教育。

创客运动与教育的融合正在慢慢改变传统的教育理念、模式与方法，创客教育应运而生。虽然创客教育在推动青少年动脑动手及创新能力的培养上具有重要的价值和意义，但青少年校外创客教育在实践中的发展却不尽如人意。各校外教育机构所授内容深浅不一，尚未形成一定的体系与特色，活动目标、定位、设计和实施方面均缺乏统一的标准。本文以中国福利会少年宫青少年创客实践活动为依托，以“创客与3D打印”课程为例，在对校外创客教育活动初步探索的基础上，梳理并总结了校外青少年创客教育活动课程建设的实践与经验。

一、当前青少年校外创客教育存在的主要问题

近几年，校外教育界开始关注青少年创客活动并付诸实践。由于创客活动对学习者的知识、能力和思维的要求较高，校外教育机构和从业者对创客活动教学目标和教学内容的理解也不到位，导致开展的创客活动及其内容形式多样、深浅不一，这些都给家长和学生带来了诸多困惑。概括而言，当前校外青少年创客教育主要存在以下几个问题。

一是混同了“STEM教育”（“STEM”为Science、Technology、Engineering、Mathematics的缩写）与创客教育。虽然STEM教育与创客教育都以培养学生的创新精神和实践能力为核心，但两者在教学目标与实践实施方面有着较大区别。与STEM教育相比，创客教育在推动青少年动脑动手及创新能力的培养上更受参加者的青睐与推崇。

二是教学内容多样，缺乏统一的课程体系。由于师资、经费、时间和认知程度等诸多影响因素，校外青少年创客教育大多停留在体验式的零散活动上，内容五花八门，甚至将单独的小发明、小制作、编程课程、机器人课程等统称为创客教育，学生的体验也只停留在浅表层面，未将动手、设计和编程等技能综合运用其中，缺乏统一的课程体系。

三是创客活动的教学以灌输为主，学生大多依葫芦画瓢来完成样例，缺乏主动的创新思考过程，活动不能真正体现出对青少年创新精神和探究能力的培养。

二、创客教育课程研究的现状

“创客”概念源于国外，最初只是指少数人的自我创意行为，后来的两个事件促使创客教育蓬勃发展：一是家用级3D打印机的普及，让创客打造产品原型更加便捷;二是名叫“Arduino”的开源电子原型平台的出现，降低了普通人开展创客活动的门槛。

（一）国内创客教育开展得如火如荼，但缺乏必要的理论支撑和活动指导

2015年，李克强总理走访柴火创客空间，随后发出“大众创新，万众创业”的号召，全国各地掀起了各种创客空间、创客比赛和创客嘉年华。教育理论研究者也对创客教育提出了各自的解读，有学者认为，“虽然创客教育不会直接教授学生基础知识，但在当‘创客的过程当中，学生将有机会运用到数学、物理、化学、甚至艺术等多学科的知识。”[1]还有学者把创客教育作为一种“融合信息技术，秉承‘开放创新、探究体验的教育理念，以‘创造中学为主要学习方式和以培养各类创新型人才为目的”的新型教育模式提了出来。[2]从实践层面上讲，近年来全国各地创建了1000多个创客空间，各类教育机构也纷纷涉足创客教育，各种创客夏令营、创客体验活动和创客教学如雨后春笋般涌现。校园中的创客教学活动也开展得如火如荼;但是，由于欠缺理论研究与实践指导，很多创客教育的主管部门和一线教师在推进创客教育的实践中存在茫然情绪，究其原因在于：其一，创客空间的建设与教育活动的开展缺乏统一标准;其二，创客教育课程不成体系;其三，创客活动没有形成创新机制;其四，缺少创客教育活动的指导教师。

（二）国外的创客教育起步早，初步形成了颇具特色的理念与实践

国外的创客教育起步比国内早很多。美国是全球创客教育的引领者，2012年初，美国政府推出了一个新项目，将在未来四年在1000所美国中小学校引入“创客空间”。美国《新媒体联盟地平线报告（2014高等教育版）》预测，学生从知识的消费者转变为创造者将是未来三到五年的趋势，而在教育界日趋发展壮大的创客运动正是这一预测的表现。在美国的基础教育和高等教育界，创客运动正以不同的形式兴起。美国60多所高校已经陆续在校园里开设了创客空间。这些创客空间与传统的科学实验室不同，它们并不隶属于任何院系，而是独立向广大师生开放。不仅美国高校的学术性创客空间和制造类实验室迅速发展，而且部分学前到高中一贯制（K-12）学校也纷纷尝试在图书馆设立创客空间，或者改装教室以适应基于项目和实践活动的学习需求。学者多尔蒂（Dougherty）提出了将创客运动融入教育的11条建议，其中包括：创设发展创客思维模式的环境;构建新的指导创客活动的实践模式;为服务于不同的学习者，在多种社区环境中设计和开发创客空间。从推进来看，国外的创客教育实践多以个别活动为主，和社区结合、和教学内容结合，从中挖掘项目，逐步形成了一定的体系与特色。

三、青少年创客教育研究的理论基础

虽然创客教育是近年来才新兴的一种教育理念，但其理论基础建立在多种成熟的教育理念和方法之上，例如体验教育、项目教学法、创新教育和DIY理念等。首先，创客教育强调了体验教育中的深度参与，继承了在实践中学习的思想[3];其次，创客教育的框架与项目学习法相似，都是以一个特定的学习任务为中心，使学生能在分组协作完成任务的过程中完成学习，培养学生解决问题的能力;再次，创客教育继承了创新教育的理念，以培养学生的创新意识、创新思维以及创新能力为目标。最后，创客教育还包含了体验教育、项目教学法、创新教育的共性，[4]即以学生为中心，强调并培养学生的自主学习能力。DIY理念也体现在创客教育之中，即培养学生的动手创建、精益求精、尚工重器的“工匠精神”。除此之外，与青少年创客教育课程建设相关的还有以下理论。

（一）“做中学”理论

目前，创客教育运用最多的就是美国著名教育家杜威的 “做中学”理论。“做中学”主张学生接触具体的事物，运用自己的感官来感知事物，根据这一过程中习得的相关知识来思考解决当前问题的途径与方法，通过动手操作来解决问题。

（二）情境学习理论

情境学习理论是美国的让·莱夫（Jean Lave）教授和独立研究者爱丁纳·温格（Etienne Wenger）在1990年前后提出的一种学习理论，实践共同体、合法的边缘参与和学徒制这三个概念对创客教育有很大的指导意义。

（三）建造主义

建造主义是西蒙·派珀特（Seymour Papert）教授提出的一种学习框架，主要是指通过为他人制作、与他人一起制作人工制品来理解事物。在创客教育实施的过程中，学生可以借助技术工具、导师或学习伙伴的帮助，通过亲自操作来使自己的创意变为现实作品，并且可以通过线上或线下的方式将自己的作品展示给别人。这一过程非常符合建造主义的理论观点。

（四）联通主义理论

联通主义的思想是加拿大学者乔治·西蒙斯（ George Siemens）提出来的。他指出学习不再是一个人的活动，学习是连接专门节点和信息源的过程，个体是联通主义的起点，个体的知识组成了一个网络，这种网络被编入各种组织与机构，反过来，各组织与机构的知识又被回馈给个体网络，来供个体继续学习。这与创客教育中的合作与分享息息相关。

四、青少年校外创客教育的课程设计思路

校外创客教育课程是一种面向不同年龄层次青少年的工具性课程，具有开源性与功能性等特点，因此，课程设计必须始终围绕课程目标，从培养和提高学生的创新素养出发进行必要的分层分类，以期通过基础型、拓展型和研究型三个阶段的课程对学生进行针对性教育。

（一）校外创客教育课程的分层设计

校外创客教育中的基础型课程是面向全体学生的，适用于具有不同个性或爱好以及今后各种不同发展方向的学生;拓展型课程内容选择范围广，专业导向多样化，强调深度和广度的拓展，能够促进学生的个性化发展;研究型课程强调学生的科学思想、研究方法和创新意识，使不同基础和认知水平的学生都能受到熏陶，课程内容选择结合学生的生活和学习实际，重视科学观念和科学方法的训练。

在这三类课程的安排中，建议将拓展型课程和研究型课程安排在基础型课程之后开设。基础型课程建议一周安排2课时至3课时，一般开设一学年。拓展型课程和研究型课程建议一周安排2课时，一般开设两学年。

（二）校外创客教育课程的设计思路与原则

1.设置操作和体验环节，让学生掌握软硬件和外观设计等基础性技能

校外创客教育课程要求学生基本学会开源电子的硬件连接方法和软件编程的操作技能，以及3D打印笔和3D打印机的操作方法，因此实践和操作环节是必不可少的。通过实践，在动手操作和体验的基础上，第一阶段要求学生了解开源电子的功能、方法和特点，学会3D打印笔的使用，利用图形化编程方法使用LED灯、声控、光控、震动和蜂鸣器等模块，并能利用身边的材料配合这些模块制作有创意的实用生活用具。第二阶段要求学生能利用智能小车平台和文本化编程环境制作具有智能水平的小車。第三阶段要求学生能利用蓝牙模块与手机进行通信，学习智能手机软件（APP）制作，通过蓝牙控制开源电子实现便携性与智能性的作品。

2.在实际问题的分步求解中，提高学生解决问题的能力

在解决问题能力方面，创客教育课程要求学生通过实践体验，了解和学会解决问题的一般方法和工作规范。学生能根据实际问题，熟练、规范地进行有个性、有创意的处理，力求达到解决问题的最佳效果。第一阶段要求学生发现问题，分析问题解决的步骤和环节，得出制作作品的可行性方案，并付诸实践。第二阶段要求学生能熟练掌握解决问题的各个步骤，并根据需要自觉完成问题解决过程中的各个环节。第三阶段要求学生能举一反三，创造性地发现问题与解决问题。

3.尊重创客教育的个性化特征，关注校外创客课程的德育功能

在德育方面，创客教育要求学生在学习、实践和活动过程中，逐步体会创客对个体生活、学习和文化等产生的影响，并自觉遵守法律法规和道德准则，形成良好的行为规范，培养自律意识和社会责任感。第一阶段要求学生开始了解并按照相关的是非标准行动;第二阶段要求学生开始明确相关的法律法规，提高素养;第三阶段要求学生提高个人素养。

4.鼓励学生不断突破与创新，注重校外创客教育课程的模块化设计

对基本知识和技能，创客教育要求学生自主探究和灵活应用工具、软件的操作指示，根据学生今后不同的发展需要，设计不同内容供学生选择。创客教育主要涉及“算法和程序设计”“硬件与外观设计”“项目设计与撰写”等模块，使不同个性的学生拥有各自的发展空间。

五、青少年校外创客教育课程体系例举

为了更形象、更具体地介绍青少年校外创客教育课程体系，下面以“创客与3D打印”课程为例展开论述。

（一）课程目标与定位

1.总目标

校外创客教育课程以学生创新思维的培养、动手能力的提高和坚韧品格的养成为主要目标，具体包括以下目标：

（1）正确理解创客精神在生活中的作用。

（2）具有分析问题、创新思维、选择合理硬件与软件进行实践的能力，具有自主探索与合作交流解决问题的能力。

（3）掌握现代社会中的基本道德规范，在应用技术的过程中，提高个人的自律能力，明确所承担的社会责任。

2.阶段目标

（1）基础型课程阶段目标：

1）了解创客精神，知道生活中各种设备的原理与应用;具备发现问题、分析问题、提出方案、动手制作和分享交流的基本技能;掌握各种传感器的接口含义，能正确连接各种传感器与控制器;能利用图形化软件进行简单编程，实现控制各种传感器与功能器件的运作;掌握3D打印笔的使用方法，能创建各种简单的实物外观;会利用生活中的各种环保材料进行制作，培养绿色生活精神。

2）知道使用开源电子与3D打印工具中的有关法律规定和道德约束;逐步培养自律意识，能够进行自我保护;开始养成利用开源电子平台解决生活问题的习惯和责任意识。

（2）拓展型课程阶段目标：

1）了解智能小车的结构，掌握智能小车的各种拼装方法。

2）根据任务选择不同结构进行搭建小车，并能使用各种材料及3D打印工具进行结构改进。

3）习惯文本编程环境，了解编程语言与简单算法，并能根据任务修改程序。

4）抵御不良信息的影响，认识到不正当使用开源电子技能所带来的后果和影响，以及其中涉及的道德和法律责任;理解社会中公认的行为规范和道德准则，并能自觉遵守。

（3）研究型课程阶段目标：

1）养成观察生活和身边事物的习惯，并能发现问题，具备提出解决方案的能力。

2）会灵活运用开源电子与3D打印技术进行创作与问题解决。

3）拓展知识的深度与广度，能自主学习各种传感器的编程方法，并根据资料自主进行程序设计。

4）在生活和学习中，表现出尊重他人、独立思考、易于合作和善于沟通的品质。

5）具有社会责任感，自觉按照社会中公认的行为规范和道德准则进行相关活动。

（二）课程设置

根据校外创客教育课程的主要理念和培养目标，以及不同年龄学生的生理和心理特点，在不同学段集中或分散地安排三种课程，循序渐进地保证创客教育知识技能和能力规范的落实。

1.基础型课程阶段

建议基础型课程共计安排120课时，每周4课时，开设一学年。

2.拓展型课程阶段

建议拓展型课程共计安排120课时，每周2课时，其中20课时为实践活动。

3.研究型课程阶段

建议研究型课程共计安排120课时，每周2课时，其中10课时为实践活动。

（三）评价体系

创客教育课程评价体系的建立和实施，可以充分发挥评价对教育实践的导向作用，促进教师尽快转变教育思想，在创客教育活动中更好地发挥教师的教育创新意识，达到改进教学效果的目的。针对创客教育课程的评价，可以从以下几方面着手设计。

1.展示创客作品

展示创客过程和作品是创客教育课程的重要组成部分。展示时，学生必须清楚阐述为达到最终结果他们的思考过程。在这个过程中，学生不仅要表达他们的观点和想法，同时也要向他们的同伴传达重要的知识。在观看和欣赏其他人的项目时，学生会创造性地互相启发，使得创客教育的课程与教学实施形成一种自我喂养的循环。在展示创客作品的过程中，评价者和被评价者均可以从中学到很多东西。

2.为每位创客建立档案

通常，在创客教育课程中评价学生的工作和作品时，采用一种形成性评价的形式非常有帮助。为此，档案袋的作用就凸显出来，它们可以帮助教师更深入地了解学生的项目、作品、创造过程以及学习情况。

3.明确的评估指标

在学习之初，学生明确地了解评价的标准、指标和具体要求，这非常有利于他们向着教师所期望的方向发展。

六、青少年校外创客教育课程设计案例

（一）校外创客教育课时案例

根据前面阐述的教学目标和课程设置原则，我们以小学高年级学生为教学对象，以Arduino开源系统为载体，设计了一期以基础型课程阶段为目标的15次活动安排。

由于校外活动的特点，每周活动1次，因此一般每期安排15次活动，每次活动持续2小时左右（4课时）。

（二）校外创客教育教案案例

密码传奇

教材分析：

本活动是学生在学习3D建模、了解基础Arduino平台以及表4中前七个活动基础上进行的第八个活动。它延续了上一活动的判断语句，增加了传感器数量，要求学生理解加解密这一知识点，并能通过合作来探究密码加解密的方法，在比赛中能熟练加密与解密的过程。

教学对象：9～12岁学生

教学课时：120分钟

教学目标：

一、知识与技能

（一）掌握判断语句在发报机装置中的使用方法。

（二）理解简单密码编译方法，并熟练加密与解密技能。

二、过程与方法

（一）通过自主学习与模仿操作的方式掌握判断语句的使用方法。

（二）以小组探究和游戏的形式掌握密码的编译方法。

三、情感态度与价值观

（一）在小组合作学习中体验探究的快乐。

（二）在游戏竞赛活动中体验学以致用与合作精神。

教学重点：

理解密码原理，会独立创造一种简单的密码加密方法。同时，理解各传感器在游戏中的作用，并能灵活运用判断语句。

教学难点：

密码的加密方法和密码传递是课程难点。密码的基本原理知识以及加解密的步骤比较多，学生在操作过程中可能会存在困难。

教学方法设计：

本活动在教学中已提供教程，学生自主学习并理解判断语句的使用;以小组合作探究的方式理解创设密码这一知识;在比赛活动中熟练掌握加密和解密的方法。

为了能让学生在创新思维上得到锻炼，活动中预设了比赛环节。学生为了能提高发报的效率、速度和准确率，必须在硬件设计和密码编码过程中有所创新。

教学准备：

教具：投影仪、计算机、笔、Arduino制作的发报机

学具：学生计算机、Arduino UNO R3主板、LED、按鈕、蜂鸣器、Ardublock软件、各种数据线、操作指南、笔和纸

教学过程：

一、活动引入

师：同学们，今天我们要来做一个间谍传信息的游戏。

师：根据情报，一个犯罪团伙将在上海的某著名景点实施犯罪活动，我们英勇的卧底X掌握了这一情报，他在大庭广众之下用语言将这个景点的名字告诉了我们的接头人员Y。奇怪的是，在场所有人都不知道他们已经传递了消息，你们知道他们是如何办到的吗？

【演示：出示5个上海的景点名称。】

师：游戏规则是，每组选出两位同学，分别扮演情报员X和接头人员Y。X从老师处获得一个景点名称，然后根据他们的约定说一句话，让Y知道这个景点并汇报给老师，看是否正确。同时，在场的所有同学都没有破解他们的暗号。

【师生表演（过程略）】

二、制订计划

师：通过这个活动，大家体验了一次密码加解密的过程。其实，在生活中，我们有很多信息都需要进行加密。加密的方法五花八门、种类繁多，比较著名的简洁方法有这样几种......（讲解摩斯密码、坐标加密法、手机键盘加密方式。）

【板书：加解密的过程。】

（一）将信息转成字母。

（二）将字母根据密码表转化成数字。

（三）将数字用发报机传递。

（四）收报员接收发报信息，并转成数字。

（五）根据密码表将数字翻译成字母。

（六）根据字母得到信息。

师：这一次，我们的情报员携带微型卫星发报机到国外深入虎穴，打探到一条重要消息，你能帮助他把这条消息加密发送回国吗？

师：请为我们的情报员设计一套简洁高效、又不易被别人破解的加密方法。

【巡视并检查学生的加密方式是否可行。】

四、动手操作

师：我们都已经设计好了加密方法，现在我们利用Arduino设备动手制作一台发报机。由于设备的限制，我们将声波当作电波来传递信息。请同学们根据操作指南制作一台简易发报机。

【巡视，按步骤记录学生的学习情况。】

师：为了提高发报的效率和准确性，我们还能对这台简易的发报机进行怎样的改进？程序又该如何配合修改？

五、游戏竞赛

师：我们都已经准备好了发报机和密码表，接下来，我们就要进行比赛。请看比赛规则。

【投影演示：每组分2队，一队从老师处得到信息，进行加密并发报;另一队接收信息并解密，其他学员同时破译。没有被破译、接收信息正确、用时最短的小组获胜。】

六、总结拓展

师：下面，我们请每组同学来讲解你们的密码加密方法。

师：同学们在加密方法的过程中体现出了你们的创意。其实，为了提高信息传递的效率和准确性，我们还可以对编码进行优化。请看投影。

师：请同学们回去以后继续研究你们的编码方法，下次活动继续进行交流。

七、青少年校外创客教育课程研究的反思与展望

（一）研究反思

青少年校外创客教育要体现出校外特色，围绕创客精神，课程安排上要有层次性。首先，针对不同的学生，课程要由浅入深地引导学生进行学习和探究，要能符合不同层次学生的任务目标。其次，要大胆让学生动手使用工具，在规范的操作中，使用工具才能锻炼学生的动手能力和规则意识，才能真正让学生体验到动手与成功的乐趣。

1.研究过程应着眼于实践，在实践中总结与提升课程设计

通过几年的实践研究，对三种主要课程论流派进行分析，根据创客教育的实践经验，我们着重将布鲁纳的结构课程理论、卢梭和杜威的以儿童生活经验为中心的课程理论作为校外青少年创客课程设计的理论基础。在研究中，我们将理论中的观点进行分析和融合，对历年上课的资料和经验进行梳理和发展，从而提炼出校外创客教育课程中的教学目标和课程内容，并形成了以“创客与3D打印”为内容的创客教育课程。

2.已取得的系列研究成果为他人开发创客教育课程提供了借鉴

通过研究，我们总结了以往七年的实践经验，并将它们提升为课程，通过“创客与3D打印”课程的设计与实践，我们丰富和完善了校外青少年创客教育课程体系，形成了“创客与3D打印”课程的教材、资源包和线上平台。这个课程完全根据我们研究的课程体系进行设计，可为其他教师研发创客教育课程提供完整的实践样例。

（二）未来研究的展望

在后续研究过程中，我们将始终遵循“实验性、示范性，加强科学研究”的工作方针，加强学习，通过探索实践，提升自身将新技术转化成青少年科技教育资源的能力，为广大青少年提供更多、更优质的校外创客教育活动资源。

总结一下，需要做好如下几方面工作：

1.进一步提炼创客教育的内涵，挖掘创客教育内在的教学逻辑和思想，结合教学理论，在实践中提炼适合校外创客教育的教学方法。

2.紧跟新技术发展，敢于探索与实践，将最新科技转化成适合青少年的创客教育活动资源。

3.梳理和规范已有的或创新设计的创客活动资源，逐步形成多种系列的创客课程体系，让更多热爱创客活动的青少年受益。

【参考文献】

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