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吕立晨
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基于STEM的创客教育实践
吕立晨 | 随笔反思 | 2018-3-12 14:59:22  |  收藏  |  阅读492次


       创客,即把创意转变为现实的人。创客教育的宗旨就是要把教育的培养方案与学生的综合能力和素质相匹配,把学生的应试能力逐渐转变为全面发展的综合素质。基于STEM的创客教育,恰好让技术以一种孩子们乐于接受的方式走进学校,引发全新的教育变革。
  STEM教育的迫切性
  近年来,美国全面实施了STEM(Science、Technology、Engineering and Mathematics,简称STEM,即科学、技术、工程和数学)教育战略。STEM教育是一种“后设学科”,是基于不同学科之间的融合然后形成一个新的整体,通过STEM教育意在培养学生的科技理工素养。
  我国在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》中也明确指出:坚持能力为重。优化知识结构,丰富社会实践,强化能力培养。着力提高学生的学习能力、实践能力、创新能力,教育学生学会知识技能,学会动手动脑,学会生存生活,学会做人做事,促进学生主动适应社会,开创美好未来。可以说,《规划纲要》的思想内核与STEM教育不谋而合。
  我们不难发现,如今的孩子动手能力差,脑子里除了标准答案很少有奇思异想,而未来孩子们可能从事的工作有六成需要创意和动手能力。这个预判来自于经济合作与发展组织(OECD)最新发布的一份报告。在这个社会中,科技不断地推陈出新,知识的产生与淘汰,正以十倍于过往的速度前进;教师不能仅教学生知识,更需要借助新技术教给孩子“学”的责任,发展孩子的创造力;让他们未来有能力去创造新工作,藉此去面对一个完全无法“准备”的未来。基于STEM的创客教育恰好能让技术以一种孩子们乐于接受的方式走进学校,为教育注入一种变革的力量。
  Scratch编程的独特魅力
  Scratch是MIT推出的面向儿童的编程语言,支持开发电脑游戏、互动故事、图形艺术作品、电脑动画等多媒体作品。用Scratch编程就像是搭积木,直接拖曳定义好的编程模块,实现程序的编写。由此可见,Scratch是非常适合小学开展创客教育的切入点。减负呼声高涨的背景下,专门为Scratch划出课时并非上策,但一周2课时的教学是必需的,我们学校开设的“四点钟学校”正好破解了此难题。
  1. 做游戏,编故事
  鉴于Scratch是一个全新的软件,笔者以制作小游戏作为教学切入口。 很多学生喜欢玩游戏,当他们听到可以自己编写小游戏时,满眼的兴奋,投入极大的兴趣。笔者采用示范教学,如展示小游戏《凶恶的鲨鱼》,在蔚蓝的大海深处,小鱼们快活地游来游去,此时凶恶的鲨鱼出现,悄悄游到小鱼们身边,敏捷地吃掉了它们。通过这样的示范,让学生掌握了角色的绘制,指令模块中的动作和控制等一些基本功能模块。明白编程的原理后,学生们早就按捺不住,跃跃欲试。经过一段时间摸索和探究,学生们制作了《打乒乓球》《走迷宫》等一系列有趣的游戏。哪怕下课铃响,沉浸其中的学生还是久久不肯离开。
  基础学习阶段之后我们进入了自由创作阶段,即由学生自己设计并完成作品。学校的大队部经常开展系列的德育活动。利用这个契机,学生们用Scratch制作了各类有意义的作品。如《垃圾分类》,画面中出现两个垃圾筒,分别标示为“可回收”和“不可回收”,随机出现一种垃圾,由你来决定投入哪个垃圾筒。若你把垃圾扔到准确的垃圾筒,画面显示笑脸,并给予鼓励;相反你投错了,就会发出警示声,提醒你扔错了。这些有创意的设计,使学生获得了成就感。我会安排学生分享交流,展示这些作品,以此拓宽学生的视野,实现智慧互补。同时请作者介绍自己的创意和编程方法。这一过程使学生获得互相学习、评价和修改完善的机会,通过演示、讲述和接受询问,学生对知识进行归纳,产生新的创意。
  Scratch用形象、直观的积木式指令代替了枯燥、难记的代码指令,没有烦琐的语法,大大减轻了学生的记忆负担,使学生在游戏中轻轻松松就做出种种动画、互动故事、游戏等。在这种轻松、有趣的学习任务驱动下,学生们不仅会主动灵活地运用已有知识,更重要的是,他们能够有序思考、逻辑表达、创新设计,在需求与思维间不断寻求挑战和平衡。
  2. 神奇的传感器
  Scratch不仅仅是一个编程软件,更为难得的是支持硬件(传感器、单片机)编程,PicoBoard传感器就是不错的选择。它可以外接光线、温度等多种传感器,与Scratch互动,用以做出更加生动有趣的动画项目。有了PicoBoard传感器,学生的作品更丰富多样,如“光照变色龙”就是根据光线的强弱,龙身上的颜色也随之发生变化。“热胀冷缩的球”随传感器感受到的温度改变大小。这些有趣的动画项目深深地吸引了学生,让他们投入更多的热情参与其中。
  LittleBits创意无限
  STEM教育可以加深学生对技术的工程设计与开发过程的理解。工程课程整合了多门学科的知识,使得难以理解的概念与学生生活密切相关,激发学生解决问题的兴趣。LittleBits的创意加DIY,更有助于开展STEM教育。
  LittleBits类似于电子版的乐高,可以用模块化的电子器件拼接成各种物件。它是把电子电路打包为一个个声、光、感和动力模块,然后把这些内置编码的模块如脉冲器、蜂鸣器、传感器等拼接起来,制造出可靠好用的电路和系统。它的优势是对电路知识的要求基本为零,不需要编程、焊接这种复杂工序,只需要按照已有的结构图拼接,几分钟之内就可以组合出想要的东西。当然还可以根据自己的创意搭建自己想要的玩意。这种低门槛的类似积木组合的方式,非常适合针对小学生进行普及性的创客活动开展。
  虽然不同的LittleBits功能各异,但它们具备统一的接口,每一块“比特”都有三个触点,分别是电源正极、地线、信号输出。学生只要用导电胶布把对应的触点拼接起来,就可以完成一个小作品。如将电源、光敏模块、非门、强LED灯拼接起来,就是一个简单的感光灯(如图3);当用手指遮住光敏模块,LED就会发出亮光(如图4)。老师稍加启发,孩子们就会冒出许多实用的点子,类似用这套组合制作保险柜报警器、楼道光控灯等。
  学生继续进行调整修改,把光敏模块换成旋钮变阻器,这样就成了一个可调台灯。于是他们纷纷找来木板、一次性纸盆等材料,经过讨论、画图纸、查资料等一系列自主活动,把LittleBits和辅助材料进行组装搭建,完成了闪闪发光的小木屋、可调台灯、小型自动灌水系统等创意。
  从趣味编程到趣味创造,学生玩中学,学中玩,逐渐步入科学、技术、工程和数学于一体的STEM教育潮流中。创客教育真正培养了学生的科技理工素养。
  通过创客教育,我们教会学生自主获取所需信息,教会学生以批判的眼光审视各种信息,教会学生设计各种数字作品表达自我,教会学生在创造中展示个性。更深远的价值在于,通过数字作品的创作,渗透了程序思维、算法思维和计算思维,启发和引导学生用STEM知识与技能去解决生活中的难题。孩子们在动手做的过程中也学会了相互合作。
  通过实践,我们不仅要让基于STEM的创客教育在学校里开花,还要让创新与生活相联,让生命与未来对接。


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