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小學創客實驗室建設方案創客空間教室

國家有關部門高度重視創客教育，教育部辦公廳出臺了《關于“十三五”期間全面深人推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》，提出要“有效利用信息技術推進‘眾創空間’建設，探索STEAM教育、創客教育等新的教育模式，使學生具有較強的信息意識與創新意識”。 ???創客教育由教、學、想和造四個階段組成，需要建立相應的創客空間（創客教室）及配套的創客教育課程。一、創客空間（創客教室）建設方案（一）創客空間布局 1.創客空間總覽圖 ???完整的創客空間實驗室主要由教學區、操作區、作品展示區、加工臺、電子元器件儲存區、儲物柜和交流討論區組成。應根據學校實驗室大小以及實際規劃的不同面積和大小對創客空間進行不同的設計和規劃。 2.功能區設置 2.1教學區 ???這個區域主要用于老師給學生傳授基礎的理論知識，為學生們的創新做基礎性鋪墊。 2.2操作區 ???學生活動操作平臺，配置桌椅，可以定制，也可以使用普通的課桌。寬闊的課桌和舒適的座椅，將會有更好的制作體驗。 2.3作品展示區 ???創客實驗室會產生非常多優秀的學生作品，我們要讓更多的人看到他們的成果，鼓勵和激發學生創造的思維。所以我們需要一個很酷的展示區。展示區的職能不僅可以存放學生的作品，還可以存放一些有趣味性，較高技術含量的作品，來引導學生發散思維，激發興趣。 2.4器材收納區 ??創客實驗室的器材管理，將會是學校面臨的一大難題。需要制定一套合理的管理辦法，來解決硬件資源在使用時出現的問題。所以，需要一個合理的收納區域，來幫助解決這樣的問題。 2.5多媒體交流區 ???創客實驗室的網絡功能，是我們加入網絡共享平臺的窗口。我們不僅可以完成自身的基本需求，如課堂教學，編程，查閱資料等；還可以與其他創客分享作品和交流經驗。（二）創客空間需要配備的基本儀器設備 ???在創客空間中，學生必須學會的技能有三類：功能實現類，模型制作以及加工工具，這三項技能是學生通往創客之路上必須先掌握的基本技能。創客空間建設的內容包括手工與機械制作，引導參與者自己動手參與創新創作的過程；機器人組裝與控制，針對學生的機器人制作和編程控制，由興趣引導科技創新，啟發參與者靈活運用力學、結構、材料、電子、軟件、藝術等知識；3D建模與制作，充分發揮創造者的空間想象能力，實現邏輯思維訓練和實踐操作訓練；開源軟硬件，創作者通過對嵌入式開發、電子電路、運動學和工程理論等知識的理解和運用，踐行知行合一；多元溝通，通過創客空間的制作坊，分享會等活動，提高公開演講、集體項目合作、溝通以及辯論的能力。 ???為實現以上教學目標，需要配備相應的基本儀器設備，具體體系如下： 1、?功能實現類：機械、運動、電子，電路、程序、人工智能。 2、?模型制作：材料和結構設計。 3、加工工具：工具和附件。二、創客教育課程建設方案 ???創客教育課程是一種有別于傳統學科課程的新型課程。創客教育課程有廣義和狹義之分。廣義的創客教育課程是指以培養學生創客素養為導向的各類課程，既包括電子創意類課程，也包括手工、陶藝、繪畫等藝術類創意課程；狹義的創客教育課程則特指以智能化信息技術（Scratch、Mixly、Arduino、Galileo等）應用為顯著特征的電子創意類課程，其科技含量較高。（一）創客教育課程的四大設計理念 ???為了保證創客教育課程能夠真正服務創客教育、在創新人才培養中發揮實效，創客教育課程設計應遵循四大理念，分別是趣味化、立體化、模塊化和項目化。這四種理念之間不是簡單的并列關系，而是相互貫通、相輔相成，共同指導高質量創客教育課程的設計、開發與應用。 ???理念1：趣味化設計，讓學生體驗學習的快樂創客教育是一種興趣導向的教育模式，趣味性是創客教育課程設計的首要原則。愛玩是孩子的天性，創客教育課程就是要還原學習的“樂趣”，解放孩子的天性，讓孩子們在快樂的探究活動中掌握學科知識、培養創新創造能力。創客教育課程的趣味化設計可從兩個方面入手：（1）內容趣味化：創客教育課程的內容設計至關重要，既不能脫離大綱要求，又要激活學生的內在學習動機，讓他們感受到課程學習的樂趣。為此，一方面，可以將知識進行問題化轉換，即通過設計有趣的問題來調動學生的積極性，以問題貫穿課程內容而非采用傳統的知識點組織方式；另一方面，可以將知識進行生活化轉換，即建立知識與生活情境之間有意義關聯，讓學生真正感觸到知識的生活價值。（2）活動趣味化：傳統課堂上干癟癟的知識講授絕對不適合創客教育，創客教育課程鼓勵采用那些能夠讓學生親自參與、動手實踐的活動類型，比如，調研、實驗、組裝、模擬、比賽、游戲等。學生只有深度參與，才能有真實的“獲得感”和身心愉悅的學習體驗。需要說明的是，這里并非完全排斥傳統的說教和練習活動，而是要以動手體驗類活動為主，在此過程中可根據學生的實際表現和需要靈活融入講解、練習等活動。理念2：立體化設計，超越傳統課程的單一形態創客教育課程不是傳統課程的翻版，而是一種融合多種學習理念與多種信息技術，以提升學生創客素養和創新、創造力為核心目標的全新課程形態。創客教育課程的設計不應該是二維平面，而應具備三維立體的視覺效果和使用體驗。創客教育課程的立體化設計體現在：（1）課程目標立體化：在課程目標設定上，創客教育課程既遵循新課改倡導的三維目標；同時，又將在每個目標維度融入更多創新創造方面的具體要求，形成創造導向的立體化課程目標。（2）課程內容立體化：創客教育課程內容來源渠道多樣，絕不局限于教科書，互聯網、學習社區、創客空間等都可以提供豐富的學習內容，甚至學生也可以通過SGC（Student-generated content）的方式創生更貼近學生需求的課程內容。創客教育課程要與學生的知識經驗緊密關聯，要與學生的社會生活有機連通，建立“知識——經驗——生活”多向度聯結的內容管道。（3）課程資源立體化：除了紙質教材和相關配套輔助材料，創客教育課程還應提供足夠豐富、足夠便捷的數字化學習資源。比如，學習手冊、微課、軟件工具、歷屆學生作品、移動APP等，以全方位支持學生隨時隨地的探究學習。除了數字化資源，創客教育課程還應盡可能整合更多校內、校外的學科專家資源，以便給予學生更專業性的指導，幫助他們破解探究創造過程中遇到的難題。（4）課程教學立體化：創客教育課程的實施環境不再局限于傳統教室，更多的教與學活動將發生在實驗室、創客空間以及各種社會場所。創客教育課程教學除了物理空間的教學外，在線創客社區、網絡學習空間等虛擬環境也是開展創客教育課程教學的重要場所。教師團隊利用技術搭建起融合多種教學方法、整合各種學習資源的立體化教學環境；同時，營造平等民主、開放分享的學習氛圍，以促進每位學習者的積極深度參與。（5）課程評價立體化：創客教育課程要改變傳統課程的單一化評價模式，鼓勵教師和學生協同開展立體化的學習評價，強調評價方式多樣化、評價主體多元化、評價數據全面化以及評價目標個性化。創客教育課程評價的目的是衡量、診斷、預測每個孩子的學習與成長的動態情況，倡導利用學習檔案袋持續采集學生的學習過程與結果數據，進而開展基于數據的全面、個性評價。? 理念3：模塊化設計，靈活組裝以滿足不同層次的需求模塊化設計思想早已在軟件編程、產品設計等方面得到了廣泛應用。簡單來說，模塊化就類似我們小時候玩的積木，通過少數幾個模塊便可以組合出很多種形狀。創客教育課程的模塊化設計，即根據程序模塊化的構想和編制原則設計課程，充分考慮課程編制和課程實施的要求，將課程內容分解成適度松散而又相互關聯的子模塊。由于每個孩子的知識基礎與興趣點有所不同，統一步調的單一課程組織形式難以支持學生的個性化學習。創客教育課程的模塊化有助于増強課程的靈活性、開放性和適應性，讓每位學生都能從整個課程體系中選擇自己感興趣的模塊以組成個性化的課程。學生之間可以根據興趣自由組成興趣小組，集體選擇、重組課程模塊形成團隊課程，開展項目合作學習與作品創作。創客教育課程的模塊化設計需要注意以下幾點：（1）單個模塊之間應當具有一定的獨立性，但從整個課程來看，模塊之間又是有機聯系在一起的，在保證靈活性的同時又不失課程知識體系的完整性。（2）圍繞相同的主題知識與技能要求，應盡量設計指向不同問題與生活情境、包含不同難度級別的項目模塊，以便給學生提供更多的選擇空間，達到“條條道路通羅馬”的目的。（3）每個模塊應保持合理的開放性，允許不同學科的教師根據教學需要以及學習者的實際情況，進行靈活的內容改編和配套工具資源的快速調換，以擴大課程模塊的適用范圍，提高課程模塊的利用率。 ???理念4：項目化設計，像科學家一樣的研究創造 ???項目不是大人的專利，小孩子同樣可以玩轉項目。老師布置項目任務，學生在教師指導下協作開展項目，最后提交項目報告、進行課堂成果匯報。項目式學習（Project-based learning）旨在把學生融入有意義的任務完成的過程中，讓學生積極地學習、自主地進行知識的建構，以現實學習生成的知識和培養起來的能力為最高成就目標。（二）創客教育課程設計的框架 ???創客教育課程作為一種新形態的課程，目前還缺少成熟的設計理論和開發過程模型。本文基于對創客教育的認識以及相關課程的開發經驗，提出了創客教育課程的通用設計框架。該框架共包括三層，分別是指導理論層、關鍵要素層以及學習過程層。 ???其中，指導理論層包括體驗式學習和建造主義兩大核心理論，兩者均是課程要素設計以及學習過程設計的“基點”。其設計重心應體現在二方面： ???1.創客教育課程要素設計 ???創客教育課程是由一系列要素組成的完整課程。其中，學習內容、活動項目、研創環境、網絡資源、展示平臺以及課程評價是創客教育課程不可或缺的關鍵要素。 ???（1）學習內容：內容是課程的核心，不管是知識型課程還是活動型課程，都要承載一定的知識內容，只是表現形式不同。內容同樣是創客教育課程設計應當關注的第一要素。課程設計者與授課教師團隊需要在分析相關課程大綱的基礎上，精心、合理選編多學科知識，構成較為系統的課程內容體系。創客教育課程的內容設計絕不是脫離課程大綱，而是以一種新的形式進行學科知識交叉重組，其最終目的是要推進新課程改革。 ???（2）活動項目：創客教育課程的組織與實施以“項目”為基本單元，將苦澀的、機械化的材料轉變為有活動、有意義的項目問題，可以拉近學習者與生活的距離。]課程設計者需要圍繞課程內容設計若干貼近生活、趣味化的研究項目，每個項目中再設計一系列活動，有序引導、支持學生開展全程浸入式的項目學習。項目設計的出發點不是“知識”而是“問題”，項目學習的過程便是解決問題的過程。 ???（3）授課教師：創客教育課程的授課教師往往不是一個人，而是一個團隊，既有技術老師的參與，也有學科教師的參與，還可能有教育管理者以及校外專家的參與。授課教師既要參與課程的設計，又是課程的組織者和實施者。考慮到教學實際，創客教育課程教師團隊的組成建議采用“1名主持教師+幾名核心教師+多名外圍教師”的模式。主持教師負責統籌和團隊管理，核心教師全程參與學生指導，外圍教師可根據學生項目開展的需要靈活適時邀請。授課教師主要承擔“教練”和“項目導師”的角色，絕不“越俎代庖”，要為學生提供必要的架手架支持和及時的指導反饋。 ???（4）研創環境：創客教育課程具有研創性，鼓勵學生像科學家一樣開展研究和創造活動。創客教育課程的開展需要研創環境的支撐，如，各種創客空間、探究實驗室、互動型教室等。研創環境的設計需要遵循人機工程學基本原則，給學習者提供舒適、自由、開放的創作空間；要能夠方便的接入互聯網，支持學習者通過網絡檢索資料、連接社群、在線研討、展示分享等；要根據需要提供必備的硬件、軟件、材料等資源，支持學習者通過動手操作將創意變成現實。 ???（5）網絡資源：立體化的網絡學習資源可以有效促進創客教育課程的順利開展，為學生進行隨時隨地學習、研究和創造活動提供重要支撐。網絡資源的制作應盡可能豐富多樣，以滿足學習者的不同學習需求。一般來說，創客教育課程所用的網絡資源包括教材、教/學案、使用指南、微視頻、操作軟件、優秀課程作品等。為低年級學生開設的創客教育課程，建議將網絡資源的使用時機和方式明確寫入項目的實施活動中。此外，還應鼓勵學生在項目實踐過程中自主生成個性化的創客教育課程資源，久而久之，將形成持續擴展并進化的創客教育課程資源庫。 ???（6）展示平臺：創客教育非常注重成果的分享交流，分享的渠道可以是創客社區，也可以是小型的創客嘉年華，或者是課堂上的作品展示。數字土著具有強烈的自我展現欲望，他們需要多渠道的展示平臺向家長、老師、同學以及社會公開自己的創意作品。通過作品展示分享，學習者一方面可以獲得自我成就感和認同感，從而激發再創造的熱情；另一方面還可以獲得來自大眾用戶的反饋與建議，不斷優化作品，甚至可能實現作品的產業化。 ???（7）課程評價：如何評價學生的學習效果是創客教育課程設計的重點和難點。不同于傳統課程的紙筆測驗，創客教育課程更加注重學習產出的物化成果，倡導結果與過程相結合、老師與學生協同參與的評價模式。一方面，需要制定完備的、易操作的評價指標對學生的創意作品進行評量；另一方面，需要注重學習過程數據采集和階段性成果的搜集，以客觀評價學生的課程參與以及進步情況。創客教育課程不適合采用標準化評價，應考慮到不同學習者的知識基礎和興趣偏好，建議多采用增量式評價，以促進每位學習者的快樂成長。 ???2.學習過程設計 ???創客教育課程的學習過程可以概括為“一條主線，兩種形式”。所謂一條主線，即課程以項目活動為主脈絡有序推進；而兩種形式，是指采用線上與線下相結合的混合式學習方式。 ???創客教育課程開展的主線是一系列研究項目，課程設計者將學習內容劃分為一個個既相互關聯又適度松散的研究項目，學習者以小組形式開展基于項目的學習。每個項目圍繞一個核心問題展開，設計一系列學習活動（如，觀看演示、知識學習、練習模擬、資料檢索、方案設計、原型制作、同伴互評等），幫助學生步步為營、尋求破解問題之道。學習活動的數量和類型視項目難度和學習者基礎水平而定，活動的設計要遵循“探究、構造、體驗”的基本思想以及梅瑞爾的“首要教學原理”，避免空洞的說教和無目的的探究。為了綜合檢驗課程學習效果，每門創客教育課程都提供一個綜合性研究項目，讓學生協同設計創意解決方案，利用各種資源制作出最終的綜合課程作品。 ???創客教育課程采用混合式的學習模式，通過將線上線下活動以及線上線下資源有機整合，為學習者創設一體化的研創環境。線上活動以自學、交流、展示、分享為主，線下活動以考察、操作、咨詢、面授為主。學生利用在線社區或網絡學習平臺自主觀看教師錄制的微視頻，與同伴在線討論項目問題，自主分享項目開展過程中搜集的相關材料，同時，將項目作品發布到創客社區等展示平臺。學生還可以利用在線平臺開展項目管理（如，分配任務、監督進展、制定計劃等），教師利用平臺實時掌握每個小組的項目進展，并及時給予反饋指導。教師還可以根據項目學習需求，進行集中面授指導，也可以每周提供固定的指導時間，有需要的小組可以當面請教老師。遇到一些專業性很強的問題或者項目開展遇到瓶頸時，可以通過教師聯系相關的學科專家，進行當面咨詢。學生還可以在教師的幫助下，到相關企業、科研機構、社會場所等進行實地考察，搜集資料，激發靈感。創客空間、探究實驗室、互動型教室等是創客教育課程開展的主陣地，學生可以充分利用這些空間提供的軟硬件資源以及專業指導力量，動手制作“獨一無二”的創意作品。 12?前后聯動模型?該模型利用結構傳動實現前后聯動動作，在動作過程中可以識別障礙物。?套?2 13?遙控模型?該模型可以利用一個小的遙控模塊控制該模型的動作。?套?2 14?簡易分揀機模型?該模型可以識別黑白兩種顏色的物體，對物體進行快速的分揀。?套?2 15?交通燈模型?該模型可以模擬實體交通燈，可以對交通燈進行預設，設置交通燈控制模式，交通燈點亮延長時間。?套?2 16?氣動系統控制模型?該模型可以模擬氣壓傳動裝置，整套模型中有氣壓泵、儲壓罐、減壓閥、換向閥、氣缸等部件組成，通過了解各部件的原理，就可以了解氣動的基本原理。?套?2 17?奇妙的無線電實驗箱?規格：400×200×100，鋁合金箱包裝。探究問題：1、什么是電磁波，無線電，調制，解調。2、電磁波產生，發射，接收的過程。 3、無線發射接收模塊的使用。 ?套?4 18?激光傳聲與光纖通訊實驗箱實驗箱?規格：400×200×100，鋁合金箱包裝。探究問題：1、激光傳聲原理，光電轉換過程。2、了解光纖通訊的特點。3、了解警報喇叭的制作，工作原理.?套?4 19?奔跑吧，火柴人?多媒體觸摸屏：32寸多點觸控顯示器；顯示分辨率：1366×76? 屏幕比例：16:9? 背光方式：LED背光計算機配置：i5CPU/4G內存/32G態硬盤展示內容：10個分解的人物跑步動作，拖到動畫框中組成跑步過程，系統處理后播放，如果先后順序擺錯，跑步動畫會顯得奇怪和滑稽。加入卡通老虎追捕動畫，增加幽默效果。操作方式：學生在觸摸屏中選擇火柴人奔跑動作片段，觀看合成效果。?套?4 20?機械組合?傳動方式組成：蝸輪蝸桿傳動，齒輪齒條傳動，鏈傳動。展示內容：本展項通過三組傳動模型的操作演示，用簡單的原理向觀眾展現機械運動中常見的傳動原理，培養勤于動手、樂于發現科學奧秘的習慣。操作方式：轉動手輪，觀察和感受不同的機械運動機構。?套?4 21?水能和風能應用創客實驗盒?規格:176件,可以組裝成F1賽車，豪華轎車，跑車，火箭車，飛機，油罐車，飛彈發射車，簡易快艇，魚雷，水上飛機，飛魚，航空母艦，阿基米德潛艇，神風驅逐艦，噴水器，雙瓶噴水器，雙噴水頭，動力渦輪水車，耕耘機，高扭力卡車頭，八輪大卡車，水循環動力車，動力巴士，拉風跑車，天旋地轉，搗米機，跳舞音樂盒，指揮機器人，雷達站等29個模型。?套?4 22?動物園創客實驗盒?規格:88件,可以組裝成霸王龍，大象，翼手龍，企鵝，螃蟹，猴子，天蝎，兔子等8個模型。?套?4 23?百變創客實驗盒?規格:242件,可以組裝成2挖土機、云梯車、堆土車、虎魚、風車,大嘴鳥、狗、滾輪車、燈塔、夾罐車等10個模型。?套?4 24?彈力創客實驗盒?規格:70件,可以組裝成橡皮筋賽車，航天飛機，雙體船，水翼艇，直升機等5個模型。?套?4 25?7號機器人創客實驗盒?規格：228個部件。可以組裝為智能機器人等8種機器人模型。在機器人的胸口上放置一臺智能型手機，用這臺智能型手機與另外的計算機使用視訊通話，就可以利用計算機看到它行進的畫面。在很多救難現場都會用到這種救難機器人，例如坍方造成救難人員無法進入時，就會利用救難機器人前進探路，讓救難人員了解現場狀況；可以編寫程序讓機器狗往前進，它會一直往你的方向前進直到你面前坐下來；編寫甲蟲機器人的程序，會讓它往前走直到感測到一個障礙物，接著，它會揮動夾鉗和拍打翅膀來嚇跑你。如果繼續靠近它，它會退后，并與你保持距離，如果移除障礙物，它就會繼續前進。?套?4 26?能源組合技術創客實驗盒?規格:265件, 2片太陽能活動板, 可做 22 種模型變化，太陽能風帆車、水陸兩用船、賽車、摩托車、重型機車、壓路機、水泥攪拌車、油罐車、挖土機、街道清掃車、工程車、直升機、起重機、電梯、纜車。?套?4 27?太陽能奇妙變幻創客實驗盒?規格：176件，可做蒸汽火車單螺旋槳飛機等6 種模型.?套?4 28?電學實驗盒創客實驗盒?規格：120件，可以組裝13種模型.可開展以下實驗：摩斯密碼、導電性、串并聯和電流急急棒等13種實驗?套?4 29?電和磁創客實驗盒?規格：189件，可以組裝電磁火車等6種模型.可開展電磁組合實驗，了解電和磁是可以相互轉換的，了解電是怎樣產生磁的，以及電流和磁力的方向等知識，?套?4 30?燃料電池創客實驗盒?規格：91個部件，可做由燃料電池驅動的22款模型，吉普車、風車、直升機和螺旋槳飛機等。?套?4 31?空壓發電創客實驗盒?規格：320×240×123，由85個部件組成。探究問題：利用空氣壓力發電。?套?4 32?彈性原理創客實驗盒）?規格：320×240×370，由145個部件組成。9種交通車。探究問題：彈性原理?套?4 33?齒輪傳動創客實驗盒?規格：320×240×370，由50個部件組成。探究問題：可以組裝成4個齒輪傳動?套?4 34?光學組裝創客實驗盒?規格：173個零件可以設計組裝顯微鏡，雙筒望遠鏡、單筒望遠鏡、動畫光學投影機等，投影機可以通過LED照明投射在屏幕上或者墻上欣賞動畫。?套?4 35?力的轉化創客實驗盒?規格：126件，將水的壓力轉化為動力能源，帶動挖斗來模擬挖土機工作的全過程。?套?4 36?氣動組裝創客實驗盒?規格：110件，可以設計組裝氣墊船，氣懸球，火箭車等18款模型。?套?4 37?組裝遙控創客實驗盒?規格：212件，3個馬達，1個紅外線接收器，1個紅外線遙控器。模型從使用1個馬達到3個馬達，由易到難，讓模型產生不同的變化、動作。遙控式的紅外線遙控器，利用紅外線接收原理，可同時操作3個不同功能、動作的馬達，自己設計一款屬于自己的遙控模型來進行遙控實驗?？稍O計吊車、推土機、機械手臂18種模型。?套?4 38?趣味力學創客實驗盒?規格：由230個部件組成。，\可以組裝成旋轉木馬、纜車、升降機、摩天輪等6個模型。?套?4 39?空氣水動能源創客實驗盒?規格：拼插式結構，易于組裝拆卸，可重復使用。由空氣壓縮瓶、打氣筒、氣壓水動馬達及多種結構件、傳動件、連接件組成，用ABS材料制作，能搭建水力發電、水槌機、鼓風機、氣壓水動車等5種以上模型。?套?4 40?風力能源創客實驗盒?規格：部件數 :133個。拼插式結構，易于組裝拆卸，可重復使用。由兩種不同規格的葉片、馬達盒、充電裝置、LED發光裝置及多種結構件、傳動件、連接件組成，用ABS材料制作，能搭建風力發電模型等8種以上模型；?套?4 南京師范大學課程資源研究所郵政編碼： 210097 地　　址：南京市寧海路122號南京師范大學信息技術樓公司電話： 025-83204284 83302681 83301983 公司傳真： 025-83302681轉8028 手　　機：13405879778 聯系人：王克芳網　　址：http://www.kczyyjs.com 電子郵件：wangkefang@163.com QQ號碼：306824063

南京師范大學課程資源研究所 2021-08-23

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