——在第六屆“素質(zhì)教育與邏輯思維”論壇上的專題報(bào)告
清華大學(xué)航天航空學(xué)院教授 高云峰
一、創(chuàng)課教育的理論
（一）創(chuàng)課的歷史及文化
創(chuàng)客（Maker/Hack），是指出于興趣與愛好，努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的人。2014年的國際高等教育權(quán)威報(bào)告《地平線報(bào)告》中指出，創(chuàng)客將在3到5年之內(nèi)形成影響教育發(fā)展的關(guān)鍵趨勢，并取得實(shí)際效果。
在美國，創(chuàng)客及創(chuàng)客教育已經(jīng)成為了國家戰(zhàn)略。創(chuàng)客，正取代個(gè)人創(chuàng)新、企業(yè)創(chuàng)新，成為創(chuàng)新的新主角。
2014年的 Maker fair（創(chuàng)新集市） 活動在美國白宮舉行，彰顯該運(yùn)動對支持國家創(chuàng)新戰(zhàn)略具有的特別意義。
（二）STEAM與創(chuàng)客教育
1986年，美國國家科學(xué)委員會在《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》報(bào)告中首次出現(xiàn)了STEM概念（Science，Technology，Engineering，Mathematics）。
2006年，美國總統(tǒng)布什在其國情咨文中公布了一項(xiàng)重要計(jì)劃——《美國競爭力計(jì)劃》，提出知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代教育目標(biāo)之一是培養(yǎng)具有STEM素養(yǎng)的人才，并稱其為全球競爭力的關(guān)鍵。
2009年，美國國家科學(xué)委員會致總統(tǒng)奧巴馬一封公開信，明確指出：國家的經(jīng)濟(jì)繁榮和安全要求美國保持科學(xué)和技術(shù)的世界領(lǐng)先和指導(dǎo)地位。大學(xué)前的STEM教育是建立領(lǐng)導(dǎo)地位的基礎(chǔ)，而且應(yīng)當(dāng)是國家最重要的任務(wù)之一。
近年，又增加了Art，變?yōu)?/span>STEAM。
科學(xué)，是反映自然、社會、思維等客觀規(guī)律的知識體系，數(shù)學(xué)，是研究空間形式和數(shù)量關(guān)系的一門科學(xué)。技術(shù)，是解決問題的工具、方法和經(jīng)驗(yàn)的總稱。工程，是運(yùn)用科學(xué)原理和技術(shù)手段創(chuàng)造人工物體的過程。
1.STEAM教育的內(nèi)涵
STEAM教育是一種通過整合科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)容指引教學(xué)和學(xué)習(xí)的途徑和方法。STEAM綜合了各學(xué)科的特點(diǎn)，將知識的獲取、方法與工具的利用以及創(chuàng)新生產(chǎn)的過程進(jìn)行了有機(jī)的統(tǒng)一。
STEAM不僅綜合了不同學(xué)科的知識，更加融合了不同學(xué)科所經(jīng)歷的不同實(shí)踐活動、體現(xiàn)的不同精神和內(nèi)涵，可以認(rèn)為是一種多元學(xué)科文化的融合創(chuàng)新。STEAM教育是STEM理念在教育中的反映，是付諸于教育實(shí)踐的一種思考，STEAM教育強(qiáng)調(diào)不同學(xué)科教育的重要性及其之間的關(guān)聯(lián)性，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。
2.STEAM教育的特征
STEAM教育以整合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生掌握知識和技能，并能靈活應(yīng)用解決真實(shí)世界的問題。融合的STEAM教育具備這些核心特征:跨學(xué)科、趣味性、體驗(yàn)性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性等。
跨學(xué)科。強(qiáng)調(diào)融合各個(gè)學(xué)科，在“學(xué)”和“做”中發(fā)展學(xué)生的多元智能，通過各學(xué)科的規(guī)律性聯(lián)系，不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。
體驗(yàn)性。多年的課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，學(xué)習(xí)不僅要通過自學(xué)或教師講授習(xí)得抽象知識，更要讓學(xué)生用腦、用心、動手參與學(xué)習(xí)過程。
3.創(chuàng)客文化與STEAM教育的異同及借鑒
目前創(chuàng)客空間普及很快，幾乎每所學(xué)校都要建立創(chuàng)客空間。與此同時(shí)，STEAM教育則冷清得多。
從教育的角度看，STEAM教育是系統(tǒng)的本質(zhì)的，而創(chuàng)客教育是零散的表象的。目前有一種以偏概全的趨勢，用創(chuàng)客教育取代了STEAM教育。因此正確理解創(chuàng)客教育與STEAM教育的關(guān)系，利用創(chuàng)客教育的熱潮重視STEAM教育，就顯得尤為重要。 建議如下：
（1）STEAM教育中嵌入創(chuàng)客教育模式
創(chuàng)客教育和活動明顯可以降低STEAM起步階段的難度，對于平緩初始階段的學(xué)習(xí)曲線大有裨益。并且，如果融入創(chuàng)客教育，將更加豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。還可借助高效的數(shù)字化設(shè)備，設(shè)計(jì)更為實(shí)用的課程，通過課程讓學(xué)生看到學(xué)科之間、學(xué)科與現(xiàn)實(shí)之間的關(guān)聯(lián)，從而讓學(xué)生了解真實(shí)的生活，培養(yǎng)學(xué)生的交流技能，促進(jìn)學(xué)生在身體、智力、情感和品德的全面發(fā)展。
（2）強(qiáng)調(diào)創(chuàng)客教育為用，STEAM為本
現(xiàn)有的創(chuàng)客教育活動沒有形成一套成熟的課程體系，且缺少體系化的培養(yǎng)模型和教材，還不能取代學(xué)校的系統(tǒng)化教學(xué)。
既要深化STEAM教育，在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)中設(shè)置更多STEAM課程，又要大力推廣數(shù)字化設(shè)備，讓創(chuàng)客教育成為學(xué)校開展STEAM教育的有力抓手，做到“STEAM為本、Maker為用”，保證學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新的可持續(xù)性。
二、創(chuàng)課教育的實(shí)踐
（一）STEAM教育的案例
STEAM基于科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)之間的關(guān)系綜合了各學(xué)科的特點(diǎn)，將知識的獲取、方法與工具的利用以及創(chuàng)新生產(chǎn)的過程進(jìn)行了有機(jī)的統(tǒng)一。
我在進(jìn)行STEAM教育嘗試時(shí)，強(qiáng)調(diào)“設(shè)計(jì)”作為學(xué)生已有知識體系的反饋和輸出，具有開放性和挑戰(zhàn)性，是創(chuàng)意和能力培養(yǎng)的必要環(huán)節(jié)。努力貫通創(chuàng)客教育與STEAM教育。一個(gè)沒有深厚 STEAM基礎(chǔ)的創(chuàng)客，可以做一些簡單的設(shè)計(jì)和裝置，但是涉及到更多科學(xué)原理、數(shù)學(xué)計(jì)算的問題時(shí)，往往束手無策。如下圖：
（二）真實(shí)情境中的創(chuàng)客案例
STEAM 教育和創(chuàng)客教育都傾向于真實(shí)情境問題的解決。
從2000年開始，我先后與中央電視臺《異想天開》、《走進(jìn)科學(xué)》、《我愛發(fā)明》、《原來如此》以及北京電視臺、湖南衛(wèi)視、深圳衛(wèi)視合作，策劃設(shè)計(jì)了數(shù)百個(gè)力學(xué)科普實(shí)驗(yàn)或活動，例如紙橋過車、紙船載人、彈簧秤稱大象、手機(jī)吊冰箱、飛針穿玻璃、機(jī)械打水漂等經(jīng)典節(jié)目，觀眾累計(jì)超過5億人次。
以“手機(jī)吊冰箱”為例：
（三）數(shù)字化創(chuàng)客培養(yǎng)的平臺——給我一塊木板，還你一個(gè)世界
從目前的發(fā)展水平看，激光切割機(jī)、3D 打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床、激光掃描儀、開源硬件聚集起來成為“快速原型設(shè)備套件”已經(jīng)是創(chuàng)客的基本硬件。目前3D打印技術(shù)發(fā)展很快，在藝術(shù)設(shè)計(jì)、工業(yè)零部件、科普模型、醫(yī)學(xué)修復(fù)、食品、建筑等方面都有應(yīng)用。但是3D技術(shù)最大的問題是速度比較慢，精度不高，入門容易進(jìn)階難……
所以，我整合了快速的激光切割技術(shù)，建立了相應(yīng)的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制作平臺，經(jīng)過實(shí)踐，可以讓學(xué)生在課堂內(nèi)做出自己的作品。
什么是CAME（卡魅）？
CAM是Computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造，這在工業(yè)界已經(jīng)廣泛運(yùn)用。
CAME是Computer Aided Manufacturing forEducation，服務(wù)于教育的計(jì)算機(jī)輔助制造。
CAME的核心是把CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）技術(shù)和設(shè)備創(chuàng)造性地引入課堂教育，幫助每個(gè)學(xué)生釋放創(chuàng)意并形成作品。
CAME最大的特點(diǎn)，就是可以快速地幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)自己的想法。以往，學(xué)生做一個(gè)東西，使用鋸、銼、鉆、削等方法，要費(fèi)很長時(shí)間，很多人的熱情往往就在這個(gè)過程中消失了。
數(shù)字化的設(shè)計(jì)和制造，速度非常快，而且精度很高。用激光切割出一個(gè)高精度的圓形只需幾秒鐘，手工費(fèi)時(shí)費(fèi)力且?guī)缀醪豢赡芴珗A。
利用CAME，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以把學(xué)生的創(chuàng)意付諸實(shí)施，做出很漂亮的東西。這個(gè)感覺就完全不一樣。 CAME以平板為主要材料，配少量器材，可以做出令人意外的作品，真正體現(xiàn)了創(chuàng)客的創(chuàng)意。
由于激光切割需要的是平面設(shè)計(jì)，大大降低了設(shè)計(jì)的難度。而且用平面也可做出三維的作品。國內(nèi)外有研究表明：男女學(xué)生在學(xué)習(xí)立體幾何方面有明顯的差異，這對目前3D打印的普及是一個(gè)需要考慮的問題。另外，學(xué)生在設(shè)計(jì)一個(gè)新東西的時(shí)候，開始時(shí)經(jīng)驗(yàn)不足，不可避免會出一些錯誤。以往，學(xué)生花了很長時(shí)間做出來的東西，一旦有錯，就容易前功盡棄，積極性受到打擊。
現(xiàn)在，修改設(shè)計(jì)后，花幾分鐘就可以再做出一個(gè)。所以，可以不斷地邊試驗(yàn)邊修改。
這種“所想即所得”的授課模式讓學(xué)生充滿成就感，建立自信心，能最大限度地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。
三、總結(jié)
（一）創(chuàng)客的發(fā)展十分迅速，創(chuàng)客教育目前還沒有形成體系。STEAM教育對國家的未來十分重要，但是目前還沒有得到應(yīng)有的重視?？梢越柚鷦?chuàng)客運(yùn)動開展STEAM教育，融合的學(xué)科知識是創(chuàng)客后續(xù)前進(jìn)的動力。
（二）真實(shí)情景下的問題涉及多學(xué)科的知識，有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。除了知識和過程，也利于學(xué)生的情感培養(yǎng)。
（三）創(chuàng)立了創(chuàng)客培養(yǎng)的卡魅平臺，讓學(xué)生在課堂內(nèi)就能把創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，二維的設(shè)計(jì)減低了難度，從原材料做起體現(xiàn)了創(chuàng)客的價(jià)值。
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