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高云峰:创客让学生从“纯粹消费者”转换为“产品设计者”

2017-6-23 15:55| 发布者: admin| 查看: 8| 评论: 0

摘要: 高云峰系清华大学清华大学航天航空学院教授、青少年科普教育专家中国教育新闻网:理想的创客教育是怎样的? 为什么要提倡创客教育?高云峰:创客(Maker/Hack),是指出于兴趣与爱好,努力把各种创意转变 ...

  (高云峰系清华大学清华大学航天航空学院教授、青少年科普教育专家)

  中国教育新闻网:理想的创客教育是怎样的? 为什么要提倡创客教育?

  高云峰:创客(Maker/Hack),是指出于兴趣与爱好,努力把各种创意转变为现实的人。

  我就是创客。我先后与中央电视台《加油!向未来》《异想天开》《走进科学》《我爱发明》《原来如此》《是真的吗》,北京电视台《魅力科学》《北京青年》,湖南卫视《好奇大调查》等栏目组合作,参与策划设计了数百个科普实验或活动,例如:纸桥过车、纸船载人、弹簧秤称大象、手机吊冰箱、飞针穿玻璃、机械打水漂、小鸭下山、自锁平衡等经典节目,观众累计超过数亿人次。2013年参与我国首次太空授课的方案论证、道具原型设计与制作、讲稿撰写等工作,并接受《新闻1+1》专访。

  2012年我在清华成立了创新实验室,开始了创客教育方面的探究,目标是培养创客。让每个人都成为创客!我根据自己多年的创客经验,以及理论和实践的教学经验,整合了快速的激光切割技术,建立了相应的CAME(卡魅)实验室,CAM是计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing),我对软硬件加以改进整合后就有了CAME(Computer Aided Manufacturing for Education),服务于教育的计算机辅助制造。

  卡魅最大的特点,就是快速、高精度地帮助学生实现自己的想法。学生在制作中如果发现问题,可以在极短时间内进行修改,允许学生在试错中学习。经过实践,可以让每个学生在课堂内做出自己的创意作品。卡魅以二维设计完成三维作品,降低了学习的门槛,克服了性别在三维学习中的差异。基于卡魅平台,融汇多学科学知识,开发了教材和大量启迪思维的案例。

  理想的创客教育,是在培养人的过程中,让参与者掌握相关的知识,具有处理问题的方法和手段,能积极主动地发现身边和自然界中的问题或现象,通过团队合作、分析研究,设计制作一些装置,从而帮助人们更好地解决问题,提升生活的质量,为社会的发展提供前进的动力。

陶行知在《创造宣言》中希望:

处处是创造之地

天天是创造之时

人人是创造之人

  这就是理想的创客教育的结果。

  真正的创客教育,不是仅仅教学生做一些作品,而是培养学生一种创新精神,一种发现问题、分析问题、解决问题的能力,这也是创客教育的精髓。同时,让学生掌握一些先进的工具和方法,把自己的设想变为现实。

  为什么要提倡创客教育?人类未来社会可能面临大量新的问题,需要新的发明创造。回顾历史,以前人们的千里眼、顺风耳等幻想,都由于电视、电话的发明而变成了现实。那么,今天的很多幻想,明天是否能变为现实呢?谁让这些幻想变为现实呢?如果我们提倡创客教育,我们的学生中间将会涌现出大量的发明家,他们将有能力改变世界。

  传统教育注重知识的传递,理论与实际脱节,学生处理实际问题的能力弱,进入社会后不适应。而创客教育,知识与能力并重,特别是让学生有能力设计制作出作品,使学生从传统意义上的“纯粹消费者”转换为“产品设计者”,未来可以为社会提供真正的产品,从而提升生活水平、推动社会进步。

  中国教育新闻网:现行创客教育有哪些误区?难点?困境?

  高云峰:很多中小学意识到创客教育的重要性,开始建设创客空间,进行创客教育。

  然而,这里面也有一些问题:

  (1)缺乏系统性

  由于创客本身是自下而上发展起来的,创客教育也是新事物,人们的认识还在不断深化之中。首先创客教育与传统教育的关系还有待梳理,创客教育是大面积开展,还是小规模兴趣小组,一些学校还在探索、观望。创客教育和以前的科学、通用技术是什么关系、如何考核?也有不同的看法。最主要的,是没有统一系统的教材,使得很多学校对创客教育产生畏难情绪。

(  2)硬件条件和软件条件不匹配

  通常学校很容易把地方和硬件设备准备好,但是相匹配的软件环境就不容易配备好。这里的软件环境包括发展规划、学校对创客教师的待遇等。

  一些学校购置了昂贵先进的设备,但是教师不太会用(不熟练),设备成了摆设。

  (3)师资力量薄弱

  目前大部分的老师没有创客的经验,自己没有设计、制作过一些作品,很难辅导学生。因为创客一方面需要一些知识储备,更需要经验,包括动手能力、工具的使用,遇到问题如何处理等等。有些知识或能力是需要体验才能获得的。就好像家长自己不会骑自行车,就不敢教孩子。创客教育中教师一定自己要是一个创客,才可能把一些实际的经验传授给学生。

  中国教育新闻网:创客教育与传统教育如何融合?

  高云峰:教育的目的是培养人,因此系统化就很重要。而创客教育本身系统化不强,所以创客教育要考虑与教育本身的目的。

  近几十年来,国内外教育界先后涌现出两种现象,一个是STEAM教育,另一个则是创客教育(Maker Education)。STEAM教育强调整合科学、技术、工程、数学和人文艺术领域的内容,将知识的获取、方法与工具的利用以及创新生产的过程进行有机的统一,对培养学生的问题解决和综合能力具有重要价值。创客教育则重视让学生运用多种学科知识及数字化工具,通过开展行动、分享与合作将创意作品化,为开发学生的创新素养提供了新的有效途径。

  △STEAM教育与创客教育融合的前提

  “STEAM”一词源自于Science,Technology,Engineering,Mathematics。这一提法首次出现于1986年美国国家科学委员会的《本科的科学、数学和工程教育》报告中。在这一概念中,Science(科学)是反映自然、社会、思维等客观规律的知识体系;Technology(技术)是解决问题的工具、方法和经验的总称;Engineering(工程)是运用科学原理和技术手段创造人工物体的过程;而Mathematics(数学)则是研究数量关系和空间形式的一门科学。科学、技术、工程和数学之间存在着相互支撑、相互补充和共同发展的关系,在实际问题解决过程中它们也是相互交叉和渗透,以整合方式起作用的。从应用知识解决现实问题的角度,对这些学科不宜独立分割、强调分科教学,而应该作为整体统一考虑。尤其是考虑到“STEM”更多偏重于科学工程等方面,加入“Arts”(人文艺术)演变为“STEAM”则成为了STEM教育发展的必然趋势。

  STEAM不仅综合了多种学科的知识,更是融合了不同学科所蕴涵的实践活动、精神内涵和价值观,可以认为是一种多元学科文化的融合创新。这种跨学科的教育思路强调打破学科边界,使学生运用科学、工程、人文艺术等多门学科知识解决真实生活情境中的问题,在此过程中培养学生的综合素养,历来受到国际社会的高度关注。

  △创客教育是STEAM教育实施的有效手段

  STEAM的融合式教育改变了传统的教育模式,但在强调跨学科整合的同时对原创性和创新性重视不足。

  创客教育利用数字化设备极大提升了动手实践的效率,使学生有时间进行多种尝试,包括试错。此外,创客教育的造物乐趣激发学生的探索热情,更容易解决真实环境的问题。

  融合了创客的STEAM教育更有吸引力。

  △STEAM教育是创客教育的必要补充

  创客教育本身没有系统,很零散。STEAM 教育的本质是在众多孤立的学科中建立一座新的桥梁,从而为学生提供整体认识世界的机会。

  创客教育需要综合运用多学科的知识,好的创客作品背后离不开多学科的支撑。因此,STEAM的多学科对开展创客教育来说是必要的前提与保障。

  融合了STEAM的创客教育才可能长久。

  △两种教育结合产生良好效果

  借助于创客教育,在培养学生STEAM素养时,更容易在实践环节激发学生兴趣,更好解决真实情景中的问题。

  借助STEAM教育,能够让创客教育持续发展,同时从教育的角度看更能培养全面发展的创新人才。

  “STEAM为本,创客为用”。

  下面是我给中学生设计的融合多学科知识和创客活动的具体课程:《幸运之草》。

  教学目标:让学生加深理解数学与物理的关系,设计制作尽可能简单的装置,画出指定的图案。

  教学过程:

  (1)问题导入:首先写出如下所示的一个数列,让学生讨论并找规律。

1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,……

  这是数学中的斐波那契数列,学生一般很快就找到了规律。然后让学生寻找隐藏在该数列背后的数值:相邻的2个数相除,有什么规律?学生们很快会发现除数趋近于0.618,黄金分割值!

  再转到植物方面。很多植物在生长的过程中为了能最佳地利用空间(亿万年进化的结果),每片叶子和前一片叶子之间的角度是222.5度(图1),这个角度称为“黄金角度”,因为它和整个圆周360度之比是黄金分割值0.618。

图1三叶草

  既然斐波那契数列和植物生长都与黄金分割数有关,那植物与斐波那契数列有什么关系呢?如果我们稍微注意一下,会发现自然界中的大部分植物的叶子或花瓣通常是3、5、8等数目。例如人类在太空中培养的第一颗植物,就是13瓣的菊花!

  也许你听过寻找幸运草的故事--找到四叶草就会得到幸福。四叶草的四片叶子分别表示:真爱(love),健康(health),名誉(glory),财富(riches)。有理由认为三叶草是自然界优化的结果,而四叶草可能只是变异的结果(这可以成为另一个研究问题)。三叶草很容易找到,而四叶草在自然界中只有百万分之一的概率,很难被找到。既然四叶草很难被寻找到,为什么我们不能自己创造?

  (2)确定目标:

  今天我们的目标,就是设计出一种简单的装置,可以画出四片花瓣。

  自然界中真实的四叶草(图2)轮廓比较复杂,我们用数学中的“四叶玫瑰线”(图3)来代替“四叶草”。需要考虑两个问题:

图2四叶草

图3数学上的四叶玫瑰线

  战略问题:四叶玫瑰线能否用简单的装置画出来?

  战术问题:各部分的尺寸和画笔位置如何确定?

  (3)讲授原理:

  (4)动手探究:

  获得原理知识之后,具体两个圆的大小、笔放置的位置仍需要学生进行探究(图4)。学生根据自己的理解,设计制作装置,然后利用我开发的卡魅平台做出道具(图5)。通常一开始发现画出的结果不正确。没有关系,创客和STEAM教育都允许学生试错和修改。最后很多学生可以画出完美的四叶草!

图4学生在进行探究、讨论

图5学生做出道具进行尝试

  教学反思:

  本次课程,既教育学生如何把不同学科的知识融会贯通,更教育学生要自己创造幸福。过程中把科学、技术与人文有机地融合在一起。前半段以教师为中心,启发引导学生思考、领悟学科知识;后半段以学生为中心,让学生讨论、设计和计算,把自己的理解在设计中反馈出来。学生在短短的90分钟(2节课)中,通过学习知识、设计、制作、试错、修改,最终达到目标,从而完整地体验了创客和STEAM教学的精髓。

  课程是创客教育的生命线,课程设计的结构优化与否,课程质量的优劣与否,都直接影响到学习者的兴趣,直接关乎创客教育的最终质量。创客教育中课程设置的出发点,应该是面向现实应用的,学生根据自己需求提出的。只有让人萌生兴趣的课程,才可能让学习者摆脱传统课程的“阴云”,拓展新的思路和看法。此外,在课程实施过程中还要特别注意避免一些情况,如在课程中教会了学生做一些作品,但是没有教学生处理问题的方法和手段;或者只注意教技术,忽略背后的科学和数学知识。如果处理得不好,学生在经过一段时间的学习后,学习曲线并不能按照预期一直向上走。因此,创客教育不应急功近利,只顾眼前效果,而应以STEAM教育为土壤,放眼于学生综合素养的长远发展。

  每一次工业革命的推进,都是人类将自身大脑的创造力外化为工业生产效率的过程。我国正处于从人力资源大国、制造大国向人力资源强国、制造强国转变的时期,有必要抓住新一轮技术革新的机遇和挑战,重视制造技术的推广,拓展创新文化的传播。从儿童青少年开始,引导更广泛和持续发展的群体关注原创设计与制造,使他们愿意并积极投身于科学技术发展的浪潮中,必将有利于人力资源强国、制造强国目标的实现。在跨学科创新思路的引领下,传统而重要的STEAM教育与新生事物创客教育的融合,必将能够为当前的教育教学改革带来崭新的思路和积极的效果,为国家、社会和个人的发展做出贡献。(中国教育新闻网记者 张春铭)


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