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龙8国际pt官方网站: 浅谈STEAM科技创新教育背景下创客类教育装备选择

作者:何乐 文章来源:本站原创 发布时间:2017年04月21日 点击数: 次 字体:

    STEAM教育的日益普及,国家大力鼓励创新创业的大时代背景下,科学技术教育显得尤为重要。在政策支持基础上,实现各方资源的整合,推动教育思维方式的转变,开创有特色的科学、技术、工程、艺术和数学教育,STEAM类教育装备的跟进显得尤为重要。新的创客类设备设施越来越多的走进校园,面对这些变化,需要更多的了解这些装备特点,以便更好开展科技创新教育,本文以首师大附中创客空间为例,浅析创客类教育装备选择。

一、STEAM科技创新教育发展形势。

2015年是中国的“创客”元年,特别是2015年3月全国“两会”上“创客”第一次被写入政府工作报告后,各类创客空间如雨后春笋般涌现出来,各类创客协会、创客学会、创客联盟、创客学院纷纷成立,各类创客大赛、创客嘉年华层出不穷,各类创客研讨会、创客高峰论坛此起彼伏。新闻媒体、高等院校、政府部门和国家领导人也高度关注创客教育。2015年5月18日,由中国教育报牵头成立了“中国青少年创客教育联盟”;2015年7月24日,由清华大学等高校联合发起成立了“全国教师创客联盟”;2015年9月2日,教育部《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作指导意见(征)》提出了“有效利用信息技术推进众创空间建设,探索STEAM教育、创客教育等新教育模式”。2015年11月19日,刘延东副总理在第二次全国教育信息化工作电视会议的讲话中提出:“积极探索信息技术在创业大学、创客教育、微课堂等方面的应用,提升学生的信息素养和创新创业能力,促进学生全面发展。”

2016年3月3日,《教育部教育装备研究与发展中心2016年工作要点》中指出:贯彻国家“双创”要求,为创客教育、“STEAM课程”提供教育装备支撑。教育部制定的《教育信息化“十三五”规划》也提出,有条件的地区要积极探索信息技术在“众创空间”、跨学科学习、创客教育等新的教育模式中的应用。武汉市2015年以来,全市50所小学和10余所中学就已开展创客教育。2017年3月湖北省教育信息化发展中心(省电教馆)于3月23-25日在武汉主办了全省创客教育培训班,全省各市州县电教馆(站)分管负责人、11所教育部中小学教育信息化试点学校、42所湖北省首批数字化校园示范校及各地选派的学校教师代表近500人参加了培训,这必将加快湖北整体创客教育推进步伐。

二、首都师范大学附属中学的特色创客教育

为了推进我校STEAM创新教育工作,笔者前不久参加了北京市教育委员会组织的新中高考背景下学校课程整体建设创新研讨会,会议上,首师大附中沈校长以《为生命注入自主发展的力量——“成达教育”引领下的渐进式教学改革》为题,与大家分享了首师大附中近年来的教育感悟和改革历程。北京教科院课程中心副主任王凯研究员向参会人员解读了北京市中高考改革的主线、逻辑和特征三点内容。他指出本次会议的目的是鼓励各个学校关注核心素养,能够在新的中高考政策落实前做好教育教学改革的准备,并且通过改革看到目前教育的短板,以创新改革带动学校教育发展。他还对首师大附中创客空间表示了充分肯定。

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。青牛创客空间分为创想汇、智控坊、Robot广场、梦舞台、数控工坊和奔码隧道六个功能区域。创想汇是学生头脑风暴和思维碰撞的场所;智控坊为学生提供一应俱全的智能控制硬件支持;Robot广场让学生成为Robot造物主,落实创客必须以造物为重点这个核心思想;梦舞台为学生提供自我展示的广阔空间;数控工坊是连接虚拟与现实的桥梁,让学生的创想可以成为现实;奔码隧道让学生利用计算机编程,熟悉计算机语言。在“青牛创客空间”直观感受到创新教育下的教育装备有了新的扩展,各类新设备新装备已经走入校园。

三、创客教育的目的和核心内容

创客教育重要的是发现学生的兴趣特长,为培养创新人才奠基,而不是要把学生都培养成程序员、机床操作员。反复练习或许能成就完美却无法成就创新,但我们必须发自内心地去关爱学生,努力发现孩子的闪光点,激发他们的兴趣和奋斗的精神,让每个孩子都带着梦想去实现自己的价值,家长也需要用前瞻性的眼光,顺应时代的发展,努力学习做好孩子发展的引路人。创客教育的核心是创新。对于中学而言,创客教育不是某方面知识的应用,而是要实现培养学生创新能力的体系建设,让创新教育落到实处,它既是学生个性发展的内在需求,也是时代发展的大势所趋。创客教育,是培育学生提出问题、研究问题、解决问题、动手制作的综合能力,初步融合了科学研究、技术制作、艺术创作的全过程,能够培养学生的主动探索精神、批判性思维能力、自主创新能力、合作研究能力、语言表达能力、艺术创作能力等。

创客思维系列课程从认知和实践两个部分带领同学们成为真正意义上的创客,产生深入探究的热情;机器人系列课程让学生熟知当前国内外最热门的机器人研究,学习各组成部分的工作原理,并利用所学知识设计、搭建功能性机器人;3D打印系列课程中,学生可以体验从设计到建模,再到物品生成的全过程,激发学生灵感,让学生借助3D打印去实现自己的发明创造;编程系列课程使学生主动进入计算机和编程的世界,运用无生命的机器语言去实现有生命的无限创意;无人机系列课程引导学生了解无人机飞行器的发展,学习工作原理、硬件组装、程序设计,最终通过手脑并用实现自己的飞天梦。

四、硬件建设为创客教育的目的服务,为核心内容服务。

首师大附中作为百年名校,教育资源丰富,学校非常重视创新教育的硬件投入。为创客空间而专门建设的一栋建筑里各类硬件设施种类齐全,零件丰富。硬件部分包括三轴雕刻、四轴雕刻、五轴雕刻、激光切割机、激光打标机、水刀数控切割、数控车床、机器人、折板机、冲压机、数控锯、电路板贴片机、3D打印机、软件开发、智能控制技术、机器人、无人机、VR虚拟现实、飞行模拟器等。这些设备基本涵盖目前高中创客教育的所有教育内容。在课程设计上、学生兴趣爱好不同、学习能力不同,所以从结构设计、工艺加工、智能控制、人文艺术等几大方向,开设四修课程,其中,

基础通修包含《程序设计入门》《视频编辑》《动画制作入门》《设计基础》

兴趣选修包含《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》

专业精修包含《数据结构》《算法设计》《天文奥赛》《机器人竞赛》

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。

课程开设与之所对应的设备如下:

基础通修

笔记本电脑 、苹果台式机

兴趣选修

飞行模拟器、笔记本电脑、苹果台式机、Arduino硬件、3D打印机、无人机、雕刻机、激光切割机

专业精修

笔记本电脑、苹果台式机、智能控制套件、机器人、折板机、冲压机、数控锯、激光切割机、激光打标机、电路板贴片机

自主研修

雕刻机、激光切割机、激光打标机、水刀数控切割、数控车床、VR虚拟现实、传感物联套件、3D打印机

基础通修解决创客所需基础技能,兴趣选修着重兴趣引导和大学挑战赛,专业精修针对各类奥赛,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。为开设课程服务,为创客教育的目的服务,为核心内容服务的的硬件设备为这些成果取得打下坚实基础,这些设备的选购很有指导和借鉴意义。

五、结合实际有针对性购置制造类设备

创客教育的重点是“造物”,提到造物就离不开工具的选择,工欲善其事必先利其器,如何选择制造设备是目前各单位开展创客教育面临的重要问题。创客活动所需要的制造设备组合基本大致可分为如下几种。

 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。

此方案较为适合小学和初中学校使用。

2进阶级别硬件,利用3D打印机或激光切割机等工具做机械结构,目前3D打印比较热门,不少学校采购的3D打印机为FDM类型,这种类型打印机优点是价格低廉,缺点有以下三点,首先是速度较慢,即便是简单几何体结构,也不能减少填充率来增加打印速度,这样会造成顶层面无法完整打印,其次,非连续结构的复杂图形需要增加支撑,这种支撑很难去除,即便去除也会对表面产生破坏。另外还有热收缩问题造成尺寸偏差,空腔结构精度不准,翘曲问题。所以激光切割机是非常好的补充,对于规则几何体,可以用薄木板或有机板激光切割后组合,效率大大提高,同时也锻炼了学生动手能力和空间想象能力。这样的设备组合可以满足创意类比赛的需求。需要注意的是,激光切割机具有一定安全隐患,在场地选择上要有单独房间放置,专人保管,防止不熟悉操作的人员触碰造成伤害。

此方案较为适合初中高年级至高中学校使用。

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。

此方案适合师资力量较强、基础条件较好的高中学校使用。

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。

小结: STEAM科技创新教育背景下创客教育的现状出发,结合首师大附中“青牛创客空间”的实例,分析了在学校推进创客教育过程中,各种硬件的效能和优缺点,提供了适合不同学校的装备方案。

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