翁迎祥、高翔、薛峰。 创客区域协同发展与中小学STEAM教育实践研究[J]. 中国教育信息化, 2023, 29(10):066-072.DOI:10.3969/j.issn.1673-8454.2023 .10.007
区域教育数字化发展研究
创客与中小学STEAM教育
区域协调发展实践研究
翁英、高翔、薛峰
摘要：创客教育与STEAM教育成功的协同发展模式对于学生自主学习、知识迁移、实践创新能力和跨学科思维水平的培养大有裨益。 但在实践中，仍然存在师资队伍缺口较大、学习评价方式相对单一、教学场地和设备参差不齐等问题。 通过调查走访，我们从师资、教学内容、教学方法、学习评价、场地设备、竞赛奖项六个维度了解了山西省汾阳市中小学创客与STEAM教育的协同发展情况，以玉门何小学基于“大学科理念”的主题式教学和汾阳中学基于计算思维训练的项目式学习为例，我们提出创客与STEAM教育协同发展的未来展望：政府和社会应加强基础设施建设，从课程标准培养、师资建设、科学评价、教学改革四个方面做出支持力度，并与信息技术课程融合，培养具有创新实践能力的跨学科、多领域综合型人才。
关键词：创客教育； STEAM教育； 主题教学； 基于项目的学习； 信息技术教育
CLC分类号：G434
文档代码：B
文章编号：1673-8454 (2023) 10-0066-07
作者简介：翁迎祥，山西省汾阳中学科技辅导员，中小学一级教师，本科（山西汾阳032200）； 石高翔，汾阳市教育科学局信息中心主任，中小学高级教师，本科（山西汾阳032200）汾阳032200）；
1、创客教育与STEAM教育
创客教育起源于欧美国家发起的创客运动，其文化基因主要包括车库文化、硅谷文化、DIY文化和黑客文化等[1]。 创客运动的推动得益于Dale Dougherty于2005年创办的《Make》杂志，他还在2006年发起了首届创客嘉年华或创客节（Maker Faire），随后此类聚会在世界各地蔓延[2]。 创客教育已成为国际教育领域的热点话题之一，受到世界各国的高度关注。 创客教育是变革未来教育的重要手段。 其本质是“边做边学、边创造”。 旨在培养具有创新实践能力的复合型人才，培养学生的综合素质，以应对未来国际社会创新人才竞争的挑战。 [3]。
2009年1月美国国家科学基金（NSF）出版的《改善科学、技术、工程和数学（STEM）的行动》《面向所有美国学生的教育》，拉开了STEAM教育的序幕，从此掀起了新的浪潮世界各地的STEAM教育[4]。 STEAM教育是多学科的综合应用，以培养学生的全面素养为目标，注重形成科学、技术、工程、艺术、数学等方面的综合教育方法，培养跨学科、多领域的综合性人才，形成有效的教育模式[5]。
可见，创客教育与STEAM教育有一些共同点，比如学科交叉、学生素养或素质等，可以整合各自优势，相互促进、协同发展。
2. 创客与STEAM教育
区域协调发展现状
汾阳市深入贯彻落实《教育信息化2.0行动计划》、《中国教育现代化2035》、《新一代人工智能发展规划》和《山西省教育厅关于开展小学创客教育的指导意见》等部署要求和中学”。 2018年以来，我们持续对全市中小学信息设备进行改造和投资，建设创客空间实验室等，培养学生的创新精神和实践能力，全面提高学生的科学、技术、工程、艺术、数学和其他学科。 提高教育质量，广泛开展人工智能科普活动，致力于打造区域创客和STEAM教育基地，取得良好效果。 2016年12月，山西省电化教育中心授予汾阳市玉门河小学“创客机器人”教育研究项目学校称号； 山西省汾阳中学（以下简称汾阳中学）、汾阳市玉门河小学、汾阳市东莞初级中学3所学校被评为2020年、2021年“全国青少年人工智能活动特色单位”。
笔者走访了汾阳市的公办中小学——7所局属小学、4所局属初中和5所高中（含职业高中），对师资队伍、教学内容、教学方法、学习评价、场地设备、比赛奖励。 等六个维度开展汾阳市公立中小学创客与STEAM教育协同发展研究。
（一）从事创客、STEAM教育的师资缺口较大
从走访调查来看，城市公立中小学能否开设创客、STEAM相关课程主要取决于师资数量。 开设创客和STEAM相关课程的学校需要配备1至2名信息技术教师或技术辅导员从事创客和STEAM教育。 目前，已有两所学校配备了3名以上信息技术教师或技术辅导员从事创客教育。 与STEAM教育。 虽然每所学校的师资力量不同，但创客与STEAM教育的协同发展覆盖了各个学校阶段，形成了“一站式”的教育趋势，如表1所示。
表1 汾阳市公办中小学创客与STEAM教育协同发展总体情况
（二）Maker与STEAM教学内容侧重点不同
开设创客和STEAM相关课程的学校注重培养学生的设计、搭建、编程等实践能力。 从教学内容来看，小学主要教授Scratch图形化编程，初中主要教授可视化编程、虚拟机器人仿真平台和Arduino智能设计，高中主要教授Python语言和C++语言。 虽然各个学段学校的教学内容有所不同，但都涉及到算法，有助于培养学生的信息素养，比如计算思维。
（3）“做中学”是创客和STEAM课程最重要的教学方式
与传统的信息技术课程教学方式相比，创客和STEAM课程的教学更加灵活、开放。 一般以社团活动或课外活动小组（班）的形式组织，教学方式为学习、实践、讨论。 ，贯穿整个创客与STEAM教育项目，体现“边做边学”的教学理念。
(4)学习评价方式比较简单，注重结果评价。
学生学习创客和STEAM相关课程后，将具备搭建和编程的知识和技能。 老师会布置课后作业或要求学生围绕某个主题创作作品。 教师对学生学业质量的评价主要依据学生的课后作业或提交的作品。
（5）创客和STEAM教学场地和设备因学校而异。
各学校配备的多媒体教室、机房虽能满足编程软件教学的要求，但尚未满足创客、STEAM教育的要求。 目前，仅有3所学校配备了专门的创客空间实验室（由汾阳市教育科技局投资450万元），其中1所学校还配备了专门的人工智能实验室，如表2所示。
表2 汾阳市三所学校配备的创客和STEAM教学设施
（六）参加科创竞赛的学校数量较少，但获奖较多。
玉门河小学、东莞初中、汾阳中学、五中等四所学校常年参加科创竞赛，其他学校偶尔也参加科创竞赛。 2017年5月，玉门河小学参加山西省中小学生计算机制作大赛荣获一等奖； 2017年11月18日，玉门河小学参加世界教育机器人大赛（WER）2017世界锦标赛（上海）。 一举夺得WER世界锦标赛积木教育机器人大赛小学组冠军； 2019年，汾阳中学组建FTC代表队参加中国FIRST机器人竞赛协会邀请赛。 3月，参加青岛邀请赛，三局两胜。 5月，参加青海邀请赛，获得第二名。 一等奖； 2019年8月，汾阳中学参加第三届“孩子创未来”全国青少年人工智能创新挑战赛，荣获微控制器创意智造挑战赛银牌。
3. 创客与STEAM教育
构建区域协调发展模式
汾阳市的一些学校虽然没有创客空间实验室，但也开设了创客、STEAM相关课程。 尤其是在“双减”政策背景下，一方面以课后服务为契机，吸引社交机器人创客培训机构到校园上课； 另一方面，借助社交机器人创客培训机构的场地和设备，开展创客培训和STEAM教育项目。 目前，汾阳市有7所学校开设创客、STEAM相关课程。 然而，创客与STEAM教育协同发展真正有特色的模式还很少。 目前只有玉门河小学和汾阳中学制作创客。 教育与STEAM教育协同发展模式初见成效。
（1）玉门河小学：基于“大学科理念”的主题式教学
玉门河小学在一至六年级开设了“智创”班，开展创客、STEAM相关课程。 根据学生的认知水平，在不同的学校阶段开设相应的创客和STEAM校本课程。 例如，一、二年级的教学内容以基础建设课为主； 三、四年级的教学内容以创意制造课程为主； 五、六年级学生的教学内容以创意编程课程为主，如图1所示。
图1 机器人基础搭建课程
1、用“学科概念”来统一和组织教学内容
2018年1月，教育部发布《普通高中课程规划（2017年版）》。 规划中首次出现“学科理念”一词，提出以“学科理念”为核心构建课程内容，促进核心能力的生成[6]。
小学一到二年级的机器人搭建课程以能力风暴和乐高为基础，从学习基本部件和基本结构开始，到模仿和简单制造，再到主题创作和独立搭建。 在构建课程教学过程中，教师以“力”的“大观念”作为构建活动的锚点，着力培养学生的科学素养。 “力”超出了目前1至2年级小学生的认知水平，但教师可以引导学生手工搭积木，感受物体的受力平衡，使积木稳定，如图2所示。
图2 单杆道闸构建的演变过程
小学五至六年级创意编程课程以Mind+图形化编程为载体，学习动作、外观、声音、画笔、事件、控制、检测、数字、逻辑运算等，严谨的编程逻辑让学生学习思考并创造互动。 创作故事情节、动画、游戏等作品，并将作品上传到“学童”，与其他孩子分享你的创意。 在创意编程课程的教学过程中，教师利用以数据、算法、信息系统、信息社会四大“大概念”为锚定的创意编程活动，不仅向学生传授信息技术相关知识，而且培养学生的信息素养。识字。 如图3所示。
图3 基于“大概念”的创意编程活动
2、教学效果
基于“学科大概念”的教学，一方面有利于理清上位概念（知识）与下位概念（知识）之间的内在逻辑关系，科学合理地整合离散知识和技能； 另一方面，有利于形成明确的学习目标，并通过有效的学习活动设计，促进学生的自主合作和探究学习。 此外，“学科大概念”教学还可以帮助学生深入学习，从低阶思维走向高阶思维，提高学以致用的能力，提高信息素养。
（2）汾阳中学：基于计算思维训练的项目式学习
汾阳中学主要以俱乐部的形式在高一、二年级开设创客、STEAM、人工智能相关课程。 由于高中学业相对繁重、时间紧张，无法系统地教授有关创客、STEAM和人工智能的知识。 中学从实践中探索出基于计算思维训练的Python项目式学习模式，编制了无人机、校园微笑机、无人车等一系列项目式学习案例。
1、以项目为主线贯穿整个教学活动过程
《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》提到，具有计算思维的学生能够在信息活动中定义问题、抽象特征、建立结构模型、以计算机可以处理的方式合理组织数据； 通过判断、分析和整合各种信息资源，运用合理的算法形成问题的解决方案； 总结使用计算机解决问题的过程和方法，并将其移植到其他相关问题的解决中[7]。
项目式学习强调从现实问题出发。 通过组织学习小组，学生可以利用信息技术和各种资源开展探究活动，在一定时间内解决一系列相互关联的问题，并以一定的形式呈现研究成果。 发布[8]。 计算思维在解决问题的过程中产生七种思维活动：“定义问题”、“抽象特征”、“构建模型”、“组织数据”、“判断、分析和综合信息资源”、“使用算法”和“总结和转移”。 项目式学习贯穿了问题解决过程中的四个关键环节：项目提案、项目设计、项目实施、项目评估，构建了基于计算思维训练的Python项目式学习模型，如图4所示。
图4 基于计算思维训练的Python项目式学习模型
在该模式中，教师和学生以项目为主线贯穿整个教学过程，培养和提高学生的计算思维。 教师设计Python项目式学习的出发点主要基于以下两个方面：一方面，检验学生对Python语言的学习效果，促进学生对Python语言的学习，体现“学以致用”的理念。 “边干边学”; 另一方面，激发学生对项目的兴趣和解决问题的求知欲。
COVID-19疫情期间，许多学校推出了在线教育模式。 但网课受到空间、设备、精力等多方面因素的限制，老师和家长无法及时掌握学生听课的质量。 作者专门设计了一个项目来检测学生在线授课时的注意力。 该项目集成了创客、STEAM和人工智能应用，分为搜索文档、设计问卷、问卷调查、统计结果、数据分析、使用人脸检测技术等任务。 学生根据这些任务进行探究活动，最终设计相关解决方案：使用基于Haar特征的级联分类器实时检测学生的人脸（不收集和保存学生的人脸图片，以保护学生的个人隐私） 。 如果检测到人脸为正面，则说明学生正在专心听课； 如果没有检测到人脸为正面，则说明学生听网课时分心。 本项目利用人脸检测功能来检测学生在线听课的注意力，从而判断学生听课的质量。 后台会记录不专心的学生，并向老师和家长发送信息。 老师或家长收到信息后，可以及时提醒学生认真听课。 作者还组织师生对项目作品进行评价并提出改进建议，以便学生对作品进行反思和改进。
2、教学效果
在项目式学习过程中，开展探究活动、设计解决方案，有利于培养和提高学生的抽象思维、构建模型思维、组织数据思维、运用算法思维。 执行设计方案并不断修改迭代，有利于培养和提高学生判断、分析、综合信息资源思维的能力，以及运用算法思维的能力。 交流、反思、改进作品，有利于培养和提高学生的总结和迁移思维。 总之，项目式学习促进了学生在解决问题过程中计算思维素养的训练和提高。
4. 创客与STEAM教育
区域协调发展的未来展望
2022年4月，教育部颁布《义务教育信息技术课程标准（2022年版）》（以下简称《2022年版课程标准》），提出选择科学原理与实践并重的课程内容应用，倡导真实学习[9]。 2022年5月7日，在由中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会主办、教育部承办的“义务教育信息技术课程标准在线公益解读暨双新推广研讨会”上华东师范大学教育技术学院教育部义务教育阶段信息技术课程标准制定组组长张熊认为，探索创新应该成为信息技术的王牌，成为信息技术的标志。信息技术，成为信息技术的可见性，成为信息技术的ID。 创客、STEAM教育培养具有创新实践能力的跨学科、多领域综合型人才，与信息技术课程理念高度契合。 创客与STEAM教育的协同发展必然与信息技术课程接轨。
为推动汾阳市中小学创客与STEAM教育协同发展，未来转向信息技术教育发展，亟需从课程标准培训、师资建设、科学评价四个方面做出努力。和教学改革。
（一）积极组织信息技术教师参加《2022年课程标准》相关培训活动
《2022年课程标准》的颁布，拉开了新一轮课程改革的序幕。 因此，解读《2022年课程标准》成为教育行政部门、学校、教师高度关注的问题。 汾阳市组织开展了多项培训活动，特别是涉及人工智能的培训活动。 例如，《2022年版课程标准》中的“人工智能与智慧社会”模块，培训内容以人工智能应用场景（如人脸识别）为切入点，了解人工智能的基本特性以及人工智能的应用场景。数据、算法和它所依赖的数据。 算力的三大技术基础； 了解人工智能中的搜索、推理、预测、机器学习等不同实现方法； 了解人工智能带来的道德和安全挑战。
（二）加强信息技术教育师资队伍建设和培训
信息技术教育师资建设和培养的主要途径有：一是区域培训或校本培训，提升信息技术教师专业发展。 教育行政部门或者学校应当建立健全教师成长机制，形成以信息技术教师、技术辅导员为主体的学习共同体，参与信息技术相关专题的线上课程培训和线下学习活动，提升专业能力。信息技术教师。 推动。 二是及时引进人才、补充人工智能教育师资。 政府实施“智”计划，学校联合师范院校、科研机构、人工智能科技公司引进人才，补充人工智能教育师资力量。
（三）科学评价信息技术教育，落实育人正确方向
树立正确的评价理念，坚持以评价促教促学，体现“教、学、评”的一致性[10]。 基于多元智能理论，构建以信息素养为导向的多元评价体系，科学评价和监测信息技术教育。 落实育人正确方向，评价体系应遵循以下原则：坚持知识能力评价与素质评价相结合； 坚持过程评价与终结性评价相结合； 坚持自我评价与他人评价相结合； 坚持定量评价与定性评价相结合。
（四）推进信息技术教学改革，协调多方推进人工智能教育
教育行政部门以玉门河小学、汾阳中学的创客与STEAM教育协同发展模式为典范，推进汾阳市信息技术课程教学改革。 在信息技术课程教学改革过程中，应充分发挥示范学校的带动作用，带动区域和社会创客机器人培训机构的协助，开发校本信息技术课程，注重科学原理和实际应用，结合实际问题或项目培养学生信息素养，提高信息技术教育质量。 同时，选择基础设施较好的城市中小学开展人工智能教育项目，由政府部门牵头，以学校为主，社会各界（科研院所、科技公司、等）联合发起开展“人工智能教育融合应用推广行动”，构建多方协作的人工智能教育新格局。
5. 结论
创客与STEAM教育成功的协同发展模式对于学生自主学习能力、知识转移能力、实践创新能力、跨学科思维水平的培养大有裨益。 但从目前的实际情况来看，汾阳市中小学创客与STEAM教育协同发展在课程、教学模式、基础设施等方面仍落后于发达地区，这需要政府部门和学校总体规划。 一方面，设备设施是信息技术教育发展的基础条件，但投入较大，仍需要政府和社会的关注和支持； 另一方面，注重知识和人力资源，建立多方协作、统筹兼顾的新机制。 为汾阳市信息技术教育提供有力支撑。
参考：
[1] 丁大钦. 探究创客的起源及其文化历史基因[J]. 北京社会科学，2015（8）：22-28。
[2] 李华，杨永奇，谭明杰． “创客教育”解读[J]． 四川师范大学学报（社会科学版）, 2016, 43(5): 26-33.
[3] 沉光辉，高欣，宋乃清． 基于创客教育视角的初中生创新能力测评模型构建与应用[J]. 中国电化教育，2022（4）：71-78。
[4]匡瑞东. 基于STEAM的中学人工智能课程教学设计研究[D]. 重庆：重庆大学，2018。
[5]吴慧明. 论从物理教育走向STEAM融合教育[J]. 中学生数理化（教与学），2021（1）：17。
[6]教育部． 普通高中课程计划（2017年版）[M]． 北京：人民教育出版社，2018：4。
[7] 教育部． 普通高中信息技术课程标准(2017年版)[M]． 北京：人民教育出版社，2018：4。
[8]马宁，赵若晨，张舒然。 项目式学习：背景、类型与核心环节[J]. 中小学数字化教学，2018（5）：24-27。
[9][10]教育部。 义务教育信息技术课程标准(2022年版)[M]． 北京：北京师范大学出版社，2022：4。
区域中小学创客与STEAM教育协同发展研究
翁迎祥1、史高翔2、薛峰3
(1. 汾阳中学, 山西汾阳 032200;
2.汾阳市教育科技局,山西汾阳 032200; 3.玉门河小学,山西汾阳 032200)
摘要：创客教育与STEAM教育成功的协同发展模式对于学生自主学习、知识迁移、实践创新能力和跨学科思维水平的培养大有裨益。 但在实践中，仍然存在师资大量短缺、学习评价方式相对单一、教学场地和设备参差不齐等问题。 通过研究和访问，从教师的六个方面，即教学内容，教学方法，学习评估，场地设备和竞争奖，在Fenyang City的小学和中学的制造商教育和蒸汽教育的协调发展中。
提出了以“大概念”为基础的基于主题的教学，以及基于计算思维培训的基于项目的基于项目的学习，作为例子，提出了建立教育和蒸汽教育协调发展的未来前景：政府和社会应该加强基础设施，并支持重点关注课程标准培训，教师建设，科学评估和教学改革的四个方面，并将与信息技术课程保持一致，以培养跨学科和多学科的全面才能，并具有创新的实用能力。
关键词：制造商教育； 蒸汽教育； 基于主题的教学； 基于项目的学习； 信息技术教育
