山头镇中心学校:创客教育的引爆点 □焦玉海　翟俊明　刘书河

编者按今年5月22日至25日,联合国教科文组织举办的国际教育信息化大会暨全国信息化教育展览活动在青岛举行,一所名不见经传的乡镇中学走上了国际会展的舞台。中国第一台3D陶泥打印机及打印作品、开发的各种创客教育课程吸引着与会各级领导、教育专家、创客爱好者的眼球。博山区山头中心学校从2014年3月开始开展创客教育,先后建成省内首家STEM课程实验室与校园创客空间,一群草根创客以他们的热情、执著、创新理念,悄悄地引领着“创客教育”引爆点的到来,规划着万千学生创客的未来。

给学生一只可以涂鸦的铅笔

山头中心校坐落于淄博陶瓷的发源地博山区山头镇,这里的人们传承着祖辈、父辈对传统陶瓷业的热爱与坚守,学生家长近一半从事与陶瓷相关的行业。2014年6月,学校信息技术团队制作了第一台以PLA为原材料的3D教学打印机,一下激发起孩子的好奇心。“老师,你能不能用你的打印机打印一个我爸制作的陶泥水杯?”“老师,这个异形陶瓶你能打出来吗?”面对学生们的提问,该校领导和信息化中心的老师不断反思:教育不但要尊重孩子的梦想,更应该为孩子实现梦想搭建一个更好的舞台。借助博山陶都、泵都特有的地域优势,2014年10月,中国第一台3D陶泥打印机在该校问世。该打印机及其陶泥打印作品从一所乡镇学校走上了国际展览的舞台,孩子们的梦想变成了现实。

学校信息化主任于方军说,创客教育,我们认为是一种“开放、平等、合作、分享”的精神,而现在的教育过分强调竞争,不给学生试错的机会。用北京景山学校吴俊杰老师的话来说就是通过创客教育“给学生一支需要的铅笔”,让他们去创新、创造,并最终借助课程的力量推进创客教育理念的落实。未来学家MIT媒体实验室创始人尼葛洛庞帝说:“教室这个概念是一个很让人困扰的东西。未来你可能看到,教室可能就是一个小型的制作室和实验室,学生一边做一边学习,而非大家听老师讲课。”

Scratch的功能就像是铅笔一样,人人都能用,都看得懂,但是学生对程序的认识水平提高了,铅笔的使用方式也相应提高了。于化军说:“既然我们期望考察学生的计算思维的落实情况和对复杂算法的理解,使用图形化编程语言这种铅笔工具,不失为一种不错的选择。”

学校的创客教育探索,正是给学生这样一只可以涂鸦的铅笔,让学生描绘自己内心的快乐。

开发创客教育入门课程

学校创客教育集创新教育、体验教育、项目学习等思想为一体,契合了学生富有好奇心和创造力的天性。它主要以课程为载体,在创客空间的平台下,融合科学、数学、物理、化学、艺术等学科知识,真正着力于培养学生的想象力、创造力以及解决问题的能力。基于这种思考,在北京景山学校吴俊杰老师的创客课程框架下,山头中心校不断开发创客教育入门课程,并做到了与地方文化、校本课程、教师爱好专长、学生的爱好相结合。

该校开发并实验的具体课程如下:

BYOB创意编程。BYOB是scratch的一个扩展版教程,它在自建程序块、网络等方面比scratch有所加强,最初在国内知名创客北京景山学校吴俊杰老师的建议下用这个程序在中学开展scratch教学。去年在清华大学出版社帮助下编辑成书并出版。这是一本scratch入门教材,偏重软件使用,最后一章涉及相关硬件简单应用。

Scratch魔盒课程。主要是想让学生通过scratch传感板了解scratch控制硬件,通过这个课程学习让学生了解常见的传感器,学会用scratch控制这些传感器,实现与程序的互动。

Scratchforpcduino创意编程——实战解析。该课程已经由机械工业出版社以电子书形式出版,这本书系统阐述了scratch图形化编程软件的一个开发版本scratchforpcduino的初步应用,使读者能够初步了解用程序解决问题的一般步骤和方法。本书共四章内容,第一章详细介绍了Scratch各个功能模块的基本使用；第二章结合Pcduino的结构特点,利用软硬件的交互控制展现给读者一个精彩纷呈的电子世界；第三章从程序编写的算法入手,通过浅显易懂的实例引导读者建立起基本的编程思想；第四章是关于Ubuntu操作系统的基本知识,主要是对初次接触Pcduino的读者的知识补充。本书每一单元都结合一个实景案例以讲故事的形式通过“游戏介绍”、“准备道具”、“脚本设计”“游戏拓展”这四个基本环节,带领读者来分析问题、解决问题。

Scratch蓝牙小车课程。该课程是为了配合学校自己开发的scratch蓝牙小车设计的一套课程。Scratch蓝牙小车是智能机器人的一种,针对没有接触过机器人的同学设计,内置程序、照图组装完成就能实现启动,无需培训就会使用。实现电脑蓝牙遥控,配置灯、喇叭、声音启动、自动避开障碍物等功能,从而了解机器人是如何感应和控制现实物理世界。Scratch蓝牙小车使用Arduinouno制作,利用Scratch来控制,学生无需电路和编程基础可以快速上手,体验自动控制乐趣,在实际应用中了解电子线路、程序设计的知识,提高学生的动手能力和逻辑思维能力。

用Scratch学物理课程。该套课程融合中学学习的物理知识,让学生在玩编程的同时用相关的物理知识解释现象,并把物理知识和scratch传感板(PicoBoard)、arduino板等结合做相应实验,在编写形式上以物理知识为主线,辅助以游戏编程和数字化实验改进,以物理学科的学习目标作引领,包括“物理知识”“器材准备”“硬件连接”“导入脚本”“脚本回顾”“硬件介绍”等环节。

用Scratch学生物课程。这套课程可以通过直观的scratch编程(或者ardublock、ardinoIDE)来控制arduino及其传感器,获取或者控制实验数据和实验环境,从而取得真实的实验结果,来验证设想和所学的知识。

3D打印课程。通过该课程的学习,可以让孩子进一步了解3D打印技术的现状,开阔孩子的视野,为孩子的学习方式带来新的思考,激发孩子对科学、数学尤其是工程和设计创意的兴趣。让孩子形成初步的3D制造技术概念,提高对3D打印作品的鉴赏水平。通过让孩子使用SketchUp简单建模技能,学会运用MeshLab软件进行模型文件到3D打印文件的转换,学会利用RepetierHost切片软件对打印文件进行切片处理,最后完成三维模型的打印成型。本课程不仅仅是教会孩子使用一个建模软件,学会使用一台3D打印机,更想让孩子学会创意,学会思考,充分体验梦想变成现实的乐趣,真正培养孩子的创新能力和动手能力,为孩子开辟一条全新的创新之路。

将3D打印与传统陶瓷工艺相结合

“中国儿童中心的谢鹏老师认为‘实践、分享和社会化是创客教育和传统科技教育的主要区别\’。创客教育是针对每个学生的以培养创新精神和实践能力为核心的一种教育改革的方向,与科技教育有着天然的联系,是工业化大生产向桌面加工业的生产方式转型在教育领域的具体体现。我们认为创客式学习特点是:做真的东西,做有质感的东西,做团队的东西。”于方军进一步介绍。

基于以上思考,结合学校地域特点,山头中心校校园创客空间师生们开始了具体探索:

用陶泥做3D打印机的打印材料。现在市场上流行的3D打印机,一般使用塑料的ABS和PLA作为打印材料,成本高且不能重复使用。山头中心校就地取材,选择了“陶泥”作为3D打印机理想的打印材料,较之于塑料材料,陶泥延展性好,柔软细腻,可重复使用,价格便宜,无有毒物质,高温烧结后材料变硬,可以固化作品。

把3D打印和传统的陶瓷工艺结合。传统陶瓷开模需要人工雕刻出制作物体原型,然后再制成石膏模、硫磺模,传统的手拉胚工艺很难成型,对陶泥打印机来说却非常容易。较之于人工雕刻,陶泥打印有许多优势,可以解决工作环境差的问题,可以节省大量的人力。在实际教学中,山头中心校通过3D打印技术替代传统造型工艺,把学生打印的作品,直接让家长帮忙制作相应的石膏模,用3D打印替代了人工雕刻。

学校创客教育探索到今天,师生创客达到多赢的局面。2014年12月,学校信息化主任于方军先后赴澳大利亚布里斯班、广西师范大学、兰州大学、北京、上海、广州等多地进行了scratch教学应用、师资培训活动,开辟创客空间,推广创客教育。2014年7月,于方军老师发起的“淄博创客空间”率先挂牌,2015年5月,学校荣幸地加入中国青少年创客教育联盟,成为全国首批35所学校之一。一年来,学校创客团队先后自主研发了蓝牙智能小车、并联臂3D打印机、陶泥3D打印机、3D打印专用陶泥等产品,在2015年全国教育装备展、全国教育信息化应用展会(青岛)、北京创客嘉年华等大型展会上进行展示。在2015国际教育信息化应用展会上,陶泥3D打印机项目得到了教育部副部长杜占元、中央电教馆馆长王珠珠和各省教育厅领导的一致好评,该项目已完成从材料、技术、服务到装备等环节的创新实验,成效显著。在国家工信部主办的首届全国创客大赛上,陶泥3D打印机项目获全国二等奖。学生团队也先后赴青岛等地展示创新作品,多人次作品参加国家级比赛获奖,在淄博市中心城区及周边地区、农村学校举办了近20次科技创新分享活动。

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