您現在的位置:十堰市第一中學 >> 文章中心>> 教師時空>> 教師文集>> 正文內容

淺談STEAM科技創新教育背景下創客類教育裝備選擇

作者:何樂 文章來源:本站原創 發布時間:2017年04月21日 點擊數: 次 字體:

    STEAM教育的日益普及,國家大力鼓勵創新創業的大時代背景下,科學技術教育顯得尤爲重要。在政策支持基礎上,實現各方資源的整合,推動教育思維方式的轉變,開創有特色的科學、技術、工程、藝術和數學教育,STEAM類教育裝備的跟進顯得尤爲重要。新的創客類設備設施越來越多的走進校園,面對這些變化,需要更多的了解這些裝備特點,以便更好開展科技創新教育,本文以首師大附中創客空間爲例,淺析創客類教育裝備選擇。

一、STEAM科技創新教育發展形勢。

2015年是中國的“創客”元年,特別是2015年3月全國“兩會”上“創客”第一次被寫入政府工作報告後,各類創客空間如雨後春筍般湧現出來,各類創客協會、創客學會、創客聯盟、創客學院紛紛成立,各類創客大賽、創客嘉年華層出不窮,各類創客研討會、創客高峰論壇此起彼伏。新聞媒體、高等院校、政府部門和國家領導人也高度關注創客教育。2015年5月18日,由中國教育報牽頭成立了“中國青少年創客教育聯盟”;2015年7月24日,由清華大學等高校聯合發起成立了“全國教師創客聯盟”;2015年9月2日,教育部《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作指導意見(征)》提出了“有效利用信息技術推進衆創空間建設,探索STEAM教育、創客教育等新教育模式”。2015年11月19日,劉延東副總理在第二次全國教育信息化工作電視會議的講話中提出:“積極探索信息技術在創業大學、創客教育、微課堂等方面的應用,提升學生的信息素養和創新創業能力,促進學生全面發展。”

2016年3月3日,《教育部教育裝備研究與發展中心2016年工作要點》中指出:貫徹國家“雙創”要求,爲創客教育、“STEAM課程”提供教育裝備支撐。教育部制定的《教育信息化“十三五”規劃》也提出,有條件的地區要積極探索信息技術在“衆創空間”、跨學科學習、創客教育等新的教育模式中的應用。武漢市2015年以來,全市50所小學和10余所中學就已開展創客教育。2017年3月湖北省教育信息化發展中心(省電教館)于3月23-25日在武漢主辦了全省創客教育培訓班,全省各市州縣電教館(站)分管負責人、11所教育部中小學教育信息化試點學校、42所湖北省首批數字化校園示範校及各地選派的學校教師代表近500人參加了培訓,這必將加快湖北整體創客教育推進步伐。

二、首都師範大學附屬中學的特色創客教育

爲了推進我校STEAM創新教育工作,筆者前不久參加了北京市教育委員會組織的新中高考背景下學校課程整體建設創新研討會,會議上,首師大附中沈校長以《爲生命注入自主發展的力量——“成達教育”引領下的漸進式教學改革》爲題,與大家分享了首師大附中近年來的教育感悟和改革曆程。北京教科院課程中心副主任王凱研究員向參會人員解讀了北京市中高考改革的主線、邏輯和特征三點內容。他指出本次會議的目的是鼓勵各個學校關注核心素養,能夠在新的中高考政策落實前做好教育教學改革的准備,並且通過改革看到目前教育的短板,以創新改革帶動學校教育發展。他還對首師大附中創客空間表示了充分肯定。

首师大附中的“青牛创客空间” 2016年4月1日正式投入使用,标志着创客教育真正意义上走进课程,走入校园。青牛创客空间分为創想彙、智控坊、Robot廣場、夢舞台、數控工坊和奔碼隧道六個功能區域。創想彙是學生頭腦風暴和思維碰撞的場所;智控坊爲學生提供一應俱全的智能控制硬件支持;Robot廣場讓學生成爲Robot造物主,落實創客必須以造物爲重點這個核心思想;夢舞台爲學生提供自我展示的廣闊空間;數控工坊是連接虛擬與現實的橋梁,讓學生的創想可以成爲現實;奔碼隧道讓學生利用計算機編程,熟悉計算機語言。在“青牛創客空間”直觀感受到創新教育下的教育裝備有了新的擴展,各類新設備新裝備已經走入校園。

三、創客教育的目的和核心內容

創客教育重要的是發現學生的興趣特長,爲培養創新人才奠基,而不是要把學生都培養成程序員、機床操作員。反複練習或許能成就完美卻無法成就創新,但我們必須發自內心地去關愛學生,努力發現孩子的閃光點,激發他們的興趣和奮鬥的精神,讓每個孩子都帶著夢想去實現自己的價值,家長也需要用前瞻性的眼光,順應時代的發展,努力學習做好孩子發展的引路人。創客教育的核心是創新。對于中學而言,創客教育不是某方面知識的應用,而是要實現培養學生創新能力的體系建設,讓創新教育落到實處,它既是學生個性發展的內在需求,也是時代發展的大勢所趨。創客教育,是培育學生提出問題、研究問題、解決問題、動手制作的綜合能力,初步融合了科學研究、技術制作、藝術創作的全過程,能夠培養學生的主動探索精神、批判性思維能力、自主創新能力、合作研究能力、語言表達能力、藝術創作能力等。

創客思維系列課程從認知和實踐兩個部分帶領同學們成爲真正意義上的創客,産生深入探究的熱情;機器人系列課程讓學生熟知當前國內外最熱門的機器人研究,學習各組成部分的工作原理,並利用所學知識設計、搭建功能性機器人;3D打印系列課程中,學生可以體驗從設計到建模,再到物品生成的全過程,激發學生靈感,讓學生借助3D打印去實現自己的發明創造;編程系列課程使學生主動進入計算機和編程的世界,運用無生命的機器語言去實現有生命的無限創意;無人機系列課程引導學生了解無人機飛行器的發展,學習工作原理、硬件組裝、程序設計,最終通過手腦並用實現自己的飛天夢。

四、硬件建設爲創客教育的目的服務,爲核心內容服務。

首師大附中作爲百年名校,教育資源豐富,學校非常重視創新教育的硬件投入。爲創客空間而專門建設的一棟建築裏各類硬件設施種類齊全,零件豐富。硬件部分包括三軸雕刻、四軸雕刻、五軸雕刻、激光切割機、激光打標機、水刀數控切割、數控車床、機器人、折板機、沖壓機、數控鋸、電路板貼片機、3D打印機、軟件開發、智能控制技術、機器人、無人機、VR虛擬現實、飛行模擬器等。這些設備基本涵蓋目前高中創客教育的所有教育內容。在課程設計上、學生興趣愛好不同、學習能力不同,所以從結構設計、工藝加工、智能控制、人文藝術等幾大方向,開設四修課程,其中,

基礎通修包含《程序設計入門》《視頻編輯》《動畫制作入門》《設計基礎》

興趣選修包含《APP开发》《趣味程序设计》《Arduino开源硬件》《飞行原理》《平面设计》《怎样开波音747》《微电影 》《模型制作》

專業精修包含《數據結構》《算法設計》《天文奧賽》《機器人競賽》

自主研修包含《3D古建筑复原》《VR课程中的3D创作》 《雕刻与精密加工》《传感物联初探》等。

課程開設與之所對應的設備如下:

基礎通修

笔记本电脑 、苹果台式机

興趣選修

飛行模擬器、筆記本電腦、蘋果台式機、Arduino硬件、3D打印機、無人機、雕刻機、激光切割機

專業精修

筆記本電腦、蘋果台式機、智能控制套件、機器人、折板機、沖壓機、數控鋸、激光切割機、激光打標機、電路板貼片機

自主研修

雕刻機、激光切割機、激光打標機、水刀數控切割、數控車床、VR虛擬現實、傳感物聯套件、3D打印機

基礎通修解决创客所需基础技能,興趣選修着重兴趣引导和大学挑战赛,專業精修针对各类奥赛,自主研修为青少年创新科技大赛准备。这些课程开设和与之对应的设备选择,都是建立在师资力量和学生学习能力基础上,层次鲜明、目标清晰,切合实际情况,突出其项目学习、体验式学习和个性化学习等创客学习的优势。这些课程设置在实践中都取得了很好的效果,在各类机器人比赛、创新比赛、信息奥赛中屡获大奖。爲開設課程服務,爲創客教育的目的服務,爲核心內容服務的的硬件設備爲這些成果取得打下堅實基礎,這些設備的選購很有指導和借鑒意義。

五、結合實際有針對性購置制造類設備

創客教育的重點是“造物”,提到造物就離不開工具的選擇,工欲善其事必先利其器,如何選擇制造設備是目前各單位開展創客教育面臨的重要問題。創客活動所需要的制造設備組合基本大致可分爲如下幾種。

 1. 入门级别简单硬件, Arduino及其传感器和乐高类组合积木。Arduino被国际上称为电子积木,使用不是太困难,它不但能够用在学习上,而且能够直接搭建机器人、寻迹小车等教具。Arduino及其传感器价格较低,而且现在可用图形化编程来控制它,结合乐高类积木组件架构模型,用编程控制Arduino硬件就形成一条创客教育的主线。它并不需要花多少钱。甚至不需要创客空间,花少量的钱,在机房上就可以开展创客教育。这种组合具有安全性高,学生操作方便的特点,在结构件的制造方面,教师无需培训即可掌握乐高类积木的使用。

此方案較爲適合小學和初中學校使用。

2進階級別硬件,利用3D打印機或激光切割機等工具做機械結構,目前3D打印比較熱門,不少學校采購的3D打印機爲FDM類型,這種類型打印機優點是價格低廉,缺點有以下三點,首先是速度較慢,即便是簡單幾何體結構,也不能減少填充率來增加打印速度,這樣會造成頂層面無法完整打印,其次,非連續結構的複雜圖形需要增加支撐,這種支撐很難去除,即便去除也會對表面産生破壞。另外還有熱收縮問題造成尺寸偏差,空腔結構精度不准,翹曲問題。所以激光切割機是非常好的補充,對于規則幾何體,可以用薄木板或有機板激光切割後組合,效率大大提高,同時也鍛煉了學生動手能力和空間想象能力。這樣的設備組合可以滿足創意類比賽的需求。需要注意的是,激光切割機具有一定安全隱患,在場地選擇上要有單獨房間放置,專人保管,防止不熟悉操作的人員觸碰造成傷害。

此方案較爲適合初中高年級至高中學校使用。

3 高级别硬件,目前有条件的学校已经购置准工业级加工设备,比如数控车床,多轴雕刻机,五轴铣床等。这些设备可以加工金属类零件,制作高强度、高精度的配件,比如机械手臂,机器人大赛所需的机器人结构件,寻迹小车,多轴无人机等,也可以制作较复杂的浮雕类创意作品。我校也购置了桌面型铣床和车床等工具,在实际工作中发现要注意选址,距离教学区太近会造成噪声污染,影响教学。这些设备对操作人员要求较高,尤其是四轴、五轴雕刻机,需要专业培训才能操作,学生参与到手制作需要很长时间学习。激光雕刻机和数控雕刻机建议选择60X90以下小幅面型,满足高中教学需求即可,更高级别大型设备价格高占地大,采购的时候要考虑目前的场地门框限制,以免无法顺利搬运,同时场地面积要留有充足操作空间,达到安全生产标准。有的五轴铣床和数控车床等大型设备重量可能超过两吨,楼板无法承重,必须安装在一楼地面,并做好地面固定。尤为需要注意的是,这些设备具有较高危险性,应当严格遵守操作规程避免危险。

此方案適合師資力量較強、基礎條件較好的高中學校使用。

4 特种级别硬件,如高压水切割、数控冲床、折板机等。这些设备优点是加工效率高,加工能力强,缺点是使用率低,占地面积大,需要专业技能操作和保养,生产有极高危险性,非常容易出现安全生产问题。建议这种类型加工通过校企合作方式外包,通过电子化图纸发给专业加工厂家完成。

小結: STEAM科技創新教育背景下創客教育的現狀出發,結合首師大附中“青牛創客空間”的實例,分析了在學校推進創客教育過程中,各種硬件的效能和優缺點,提供了適合不同學校的裝備方案。

下一篇:沒有了!