基于STEAM理念的高校創(chuàng)客空間建設(shè)與探索

摘要：高校專業(yè)實驗室擔負著培養(yǎng)大學生創(chuàng)新思維和科研素質(zhì)的使命，高效優(yōu)質(zhì)的實驗室運行機制保障，對培養(yǎng)學生觀察能力、分析和判斷能力，激發(fā)學生學習的熱情具有重要的作用。作者所在學校的創(chuàng)客空間基于STEAM教育理念，引入跨學科課程體系，從STEAM教育輔修專業(yè)、主題小學期、在職教師培訓(xùn)等三個方面共同助力教師教學能力提升和學生創(chuàng)新能力發(fā)展，在人才培養(yǎng)、科學研究、社會服務(wù)等方面均取得不錯的成效。

關(guān)鍵詞：STEAM；創(chuàng)客空間；創(chuàng)新能力；實驗室建設(shè)

中圖分類號：G642? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）12-0104-04

創(chuàng)新教育是培養(yǎng)學生好奇心、靈敏性和創(chuàng)造性的活動，重點在于培養(yǎng)學生主動探索、主動獲取知識的習慣和能力。創(chuàng)客實驗室是根據(jù)學科建設(shè)需要和人才培養(yǎng)的要求，為適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展和社會對人才培養(yǎng)的要求而建立，其依托創(chuàng)新性的軟硬件環(huán)境開展實踐活動，將科研、創(chuàng)新的思維融入到實驗教學中，探索新型實踐機制和實驗室管理機制，注重“做中學”，突破傳統(tǒng)教師演示、學生模仿的教學模式，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為最終目標，推進研究性學習，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。下面，筆者以所在學校的犀牛創(chuàng)客空間為例，探索創(chuàng)客實驗室運行新機制。

創(chuàng)客空間建設(shè)及運行

1.創(chuàng)客空間建設(shè)背景

筆者所在學校為師范類高校，始終以培養(yǎng)優(yōu)秀教師為己任，同時結(jié)合自身學科特點，依托教育部數(shù)學教育技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新研究中心建立以“STEAM”教育理論為基礎(chǔ)的犀牛創(chuàng)客空間，發(fā)展創(chuàng)客教育，為中小學培養(yǎng)掌握創(chuàng)客技能的合格教師。

2.創(chuàng)客空間基本信息

犀牛創(chuàng)客空間主要包括設(shè)計區(qū)、制造區(qū)、研討與展示區(qū)。設(shè)計區(qū)擁有設(shè)計終端60余臺，可以支持多個小組同時進行活動。制造區(qū)以3D打印機、激光切割機等設(shè)備為主，配備數(shù)控車床和銑床、小型打磨機、曲線鋸、機床等，用于支持制造過程，同時，配套有各類手工工具、木工工具和智能硬件，提供配套輔材和工具，能夠滿足豐富的創(chuàng)客活動所需。研討展示區(qū)配有可移動多功能課桌椅和液晶黑板一體屏幕，集研討、教學、展示、培訓(xùn)于一體。實驗室人才培養(yǎng)以STEAM教育理念為指導(dǎo)，重在培養(yǎng)學生跨學科思維模式，提倡學科交叉融合，通過創(chuàng)客實踐項目，實現(xiàn)創(chuàng)意、創(chuàng)物、創(chuàng)造，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神。具體路徑如下頁圖1所示。

創(chuàng)客空間課程體系建立

1.指向創(chuàng)客教育的活動設(shè)計

犀牛創(chuàng)客空間以STEAM跨學科教育理念為引領(lǐng)，圍繞創(chuàng)客教育活動設(shè)計和開展課程活動?；顒有问桨碚摵驼n程學習、專家講座、項目實踐、設(shè)計挑戰(zhàn)等，旨在使學員掌握綜合實踐活動、創(chuàng)客教育和STEAM教育理論知識體系、基本技能和方法，使其具備項目式教學能力、跨學科課程設(shè)計能力、綜合實踐能力和教育評價能力，培養(yǎng)一專多能的人才。

2.創(chuàng)建跨學科課程群

為培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，犀牛創(chuàng)客空間將課程設(shè)置為八大課程群。每個課程群包括2～3門課程，覆蓋了學生能力培養(yǎng)三大領(lǐng)域，即理論基礎(chǔ)和思維模式、創(chuàng)新設(shè)計能力、工具使用能力等，綜合提升學生創(chuàng)新實踐能力。

其中，科學教育原理與實踐課程、人工智能課程系列課程幫助學生構(gòu)建科學教育的理論知識體系，了解其基本技能和評價方法，為開展創(chuàng)新思維訓(xùn)練和創(chuàng)新設(shè)計能力提升奠定理論基礎(chǔ)。

設(shè)計思維方法與實踐類、智能硬件設(shè)計與開發(fā)、圖形化編程與應(yīng)用課程引導(dǎo)學員建立科學的觀念體系，學會理性分析問題、解決問題的創(chuàng)新方法。以項目式學習為起點，通過發(fā)現(xiàn)問題、問題定義、方案構(gòu)思、模型制作、測試優(yōu)化、展示交流的過程完成創(chuàng)意設(shè)計與實踐、智能硬件設(shè)計與開發(fā)，提升學員創(chuàng)新設(shè)計能力。

手工課程群、二維設(shè)計與激光切割、三維設(shè)計與3D打印等數(shù)字化設(shè)計與制造課程從動手實踐能力、數(shù)控設(shè)計與制造能力等角度，綜合提升學員工具使用和實踐操作能力。

綜合設(shè)計使學員綜合運用所學的理論知識和實踐操作技能，應(yīng)用項目式學習方法，發(fā)揮小組合作和創(chuàng)新精神，完成綜合實踐作品。

創(chuàng)客空間運行機制探索

犀牛創(chuàng)客空間的運行是基于STEAM教師教育課程體系，圍繞創(chuàng)客空間教學空間設(shè)計、教學內(nèi)容整合、教學方法創(chuàng)新等方面開展教學活動。在教學過程中，創(chuàng)客空間重視項目學習、探究式學習、基于問題/設(shè)計的學習、研究性學習以及與真實情境的聯(lián)系，強調(diào)所學知識的應(yīng)用性和實踐性，努力創(chuàng)設(shè)適合創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的非正式化學習環(huán)境。[1]

1.創(chuàng)客空間建立全方位培養(yǎng)模式

在人才培養(yǎng)模式方面，實驗室通過STEAM教育輔修專業(yè)、主題小學期、在職教師培訓(xùn)等三種方式（如圖2），助力教師教學能力提升和學生創(chuàng)新能力發(fā)展。

在教學空間方面，結(jié)合實驗室特點和專業(yè)特色，構(gòu)建實驗室創(chuàng)新硬環(huán)境和軟環(huán)境。實驗室內(nèi)部所有墻面均采用金屬洞洞板覆蓋，輔以掛盒和掛鉤，大大增加了墻面的使用面積和多樣化功能，墻面設(shè)計有手工和電子材料區(qū)、電動工具區(qū)、手工工具區(qū)、作品展示區(qū)等。實驗室桌面采用自動升降顯示器，臺面集計算機設(shè)計、手工臺面、面對面討論等多種功能于一體，使教學空間得到充分運用。創(chuàng)客空間內(nèi)同時布置文化宣傳墻，采用創(chuàng)客空間自有的制造方式以及文字創(chuàng)意表達創(chuàng)新含義，如使用激光切割機切割磁性文字的方式將宣傳文字貼在金屬墻中。創(chuàng)客空間展示區(qū)通過展示學員優(yōu)秀的手工作品、數(shù)字化設(shè)計制造作品、綜合實踐項目作品等，為學生學習提供靈感和啟發(fā)，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和動力。

2.項目驅(qū)動式學習調(diào)動學生積極性

在教學內(nèi)容方面，創(chuàng)客空間各課程群之間形成統(tǒng)一的STEAM創(chuàng)新教育教學體系，同時，模塊化的課程設(shè)計保證各課程群又相對獨立，能夠單獨開展活動，滿足不同場景、不同環(huán)節(jié)的教學或培訓(xùn)項目需求，支持實驗室更靈活、更開放地發(fā)展。

在教學方法方面，創(chuàng)客空間主要采用項目驅(qū)動教學方式，理論與實踐并重，充分發(fā)揮實踐課程的實踐取向，力圖突破傳統(tǒng)實踐課程依附于理論課程的現(xiàn)象，實現(xiàn)二者并重。實踐表明，項目驅(qū)動式教學對提高學生創(chuàng)新能力、培養(yǎng)學生團隊合作意識有重要的意義。以學期綜合實踐活動為例，在開展的歷次學期綜合實踐活動中，主題涵蓋綜合實踐自主創(chuàng)造項目主題、“一帶一路”、“未來學校”等。項目驅(qū)動式教學能夠快速調(diào)動學生動手積極性，團隊能夠在較短的時間內(nèi)運用所學的知識開展討論，形成想法，并付諸實踐，在要求的時間內(nèi)完成創(chuàng)意作品。作品在美觀性、實用性、創(chuàng)新性、學科綜合性等方面表現(xiàn)優(yōu)異，為學生進入教學崗位開展實際教學工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

3.空間管理主次結(jié)合共同參與

在管理體系方面，犀牛創(chuàng)客空間實行“?！骸行摹比壒芾?，師生共同參與。創(chuàng)客空間納入學校統(tǒng)一實驗室管理體系，設(shè)置校內(nèi)編號并備案，每年向?qū)W校匯報實驗室使用情況和成果清單。

創(chuàng)客空間日常運行以學院和學院實驗室管理中心為主要負責單元，以支持教學、科研為主要職責，同時兼顧社會服務(wù)。創(chuàng)客空間面向全校各專業(yè)學生開設(shè)STEAM教師教育輔修二學位，提供成體系的STEAM教師教育課程方案，為所有對創(chuàng)客教育感興趣的學生提供學習和活動的場所和機會。同時，面向相關(guān)專業(yè)本科生開設(shè)手工類必修和選修課程，為學生進入學校開展通用技術(shù)課程提供實踐機會；面向相關(guān)專業(yè)高年級學生在暑期開展專項創(chuàng)新實踐，旨在切實提高學生創(chuàng)新設(shè)計水平。創(chuàng)客空間的科研活動以研究生培養(yǎng)為主，學生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下圍繞專業(yè)興趣開展創(chuàng)客和STEAM教育研究，以及人工智能教育相關(guān)研究。創(chuàng)客空間的活動設(shè)計和實施實現(xiàn)科研先行、教學應(yīng)用的模式，使學生始終能夠接觸最新的科研成果，助力人才培養(yǎng)。

創(chuàng)客空間的管理以教師管理人員為主，研究生管理作為補充，研究生對各類實驗室設(shè)備有較為詳盡的了解，能夠有效緩解實驗室教學人員不足的難題。另外，在開展集中活動時，還會聘請專門的活動助教，以應(yīng)對不同的教學需求。

創(chuàng)客空間人才培養(yǎng)成效

在教學方面，通過開設(shè)必修課、選修課、輔修課程，為本專業(yè)學生以及全校學生開通創(chuàng)新能力培養(yǎng)新渠道，滿足學生多樣化的學習需求。創(chuàng)客空間自建立以來，已吸引來自11個專業(yè)類別的學生修讀STEAM教師教育輔修學位。學生在學習過程中將自身專業(yè)知識與STEAM思維、創(chuàng)客技能相結(jié)合，產(chǎn)出許多優(yōu)秀的作品。在專業(yè)人才培養(yǎng)方面，實驗室連續(xù)四年面向教育技術(shù)學專業(yè)大二本科生開設(shè)創(chuàng)客小學期，以主題設(shè)計和小組合作的方式開展項目式學習，學習方案以STEAM教育理念為引領(lǐng)，通過對STEAM理論、數(shù)字化設(shè)計制造、智能硬件、手工等的學習，實現(xiàn)指定科創(chuàng)主題作品，實現(xiàn)“做中學”，有效鍛煉了學生創(chuàng)新能力和小組協(xié)作能力。在科學研究方面，面向研究生開放創(chuàng)客空間開展STEAM研究工作，支持研究生實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合，切實提高研究生的動手實踐能力。在社會服務(wù)方面，與專業(yè)教師培訓(xùn)項目相結(jié)合，以在職教師信息技術(shù)能力為重點，發(fā)揮創(chuàng)客空間的社會服務(wù)功能，為提升中小學在職教師的綜合素質(zhì)和職后發(fā)展發(fā)揮功能。

創(chuàng)客實驗室建設(shè)優(yōu)化路徑

當前，犀牛創(chuàng)客空間運行仍以管理人員為主導(dǎo)，以教學科研為主要內(nèi)容，運行相對封閉，空間利用率較低，使用靈活性較差。同時，實驗項目內(nèi)容相對固化，缺乏有效的更新機制，且資源短缺。因此，要想加強創(chuàng)客實驗室建設(shè)，充分發(fā)揮其多方面的作用，必須轉(zhuǎn)變觀念，以學生為本，改變傳統(tǒng)實驗室教學管理、運行模式，開放實踐平臺，實現(xiàn)資源共享，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

首先，創(chuàng)客實驗室建設(shè)應(yīng)處理好實驗室與教研室、實驗教學與理論教學的關(guān)系。教師應(yīng)探索實驗室與教研室的配合，結(jié)合理論課程，開設(shè)同類實驗實踐類課程項目，指向共同的培養(yǎng)目標。[2]同時，實驗教學與理論教學既要相對獨立，又要緊密結(jié)合，要建立定期溝通機制，以保持教學的一致性和連貫性。

其次，創(chuàng)客實驗室應(yīng)從當前的有條件開放過渡到全面開放，建設(shè)環(huán)境和諧、設(shè)備相對先進的能給學生提供創(chuàng)新實踐機會的平臺，并建立完善的管理制度。利用課內(nèi)外、學院內(nèi)外、校內(nèi)外多種形式實現(xiàn)開放，吸引更多的學生到開放實驗室從事實驗和科研活動，不斷提高學生的實踐能力、創(chuàng)新能力。[3]創(chuàng)客實驗室應(yīng)建立與全面開放機制相匹配的規(guī)章制度和實驗室規(guī)則，在吸引更多學生參與到創(chuàng)新活動中的同時，保證創(chuàng)客實驗室管理有序化、制度化，可采取預(yù)約制、學時學分制、遠程管理、信息化管理等手段保證創(chuàng)客空間活動順利進行。

再次，高校應(yīng)增加投入，加強學校創(chuàng)新實驗空間的建設(shè)，如配備更多活動室、創(chuàng)客工作坊、工程建設(shè)室等特色功能教室等，為學生提供動手實踐的物理場所和硬件設(shè)施，支持學生自主開展基于興趣的跨學科探究活動，以此培養(yǎng)學生實際動手操作能力。[4]

最后，創(chuàng)客實驗室應(yīng)建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)較高、具有創(chuàng)新意識和奉獻精神的專職實驗教學隊伍。實驗室逐漸增加的實驗項目越來越多涉及新理論知識、交叉學科知識、新實驗手段等，必須加強實驗隊伍建設(shè)和培訓(xùn)，不斷將新知識、新技術(shù)和新方法充實到實驗教學中。

綜上所述，創(chuàng)客實驗室必須注重機制保障，在實驗內(nèi)容創(chuàng)新、隊伍建設(shè)、激勵機制等多方面實現(xiàn)突破，才能更好地助力創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

參考文獻：

[1]魏亞麗，宋秋前.STEM教育研究：熱點、分布及趨勢[J].外國中小學教育，2019（01）：10-19.

[2]王益玲. 改革實驗室管理體制 培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力[J].遼寧教育研究，2003（07）：61-62.

[3]廖慶敏，秦鋼年.建立開放實驗室 提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索，2010，29（04）：162-165.

[4]陳婷，胡雪涵，高鑫.西部中小學STEAM教育發(fā)展的現(xiàn)實問題與應(yīng)對策略—基于教師視角的調(diào)查[J].中國電化教育，2021（03）：111-116.

作者簡介：劉文龍（1987—），男，碩士，實驗師，主要從事實驗室管理與實驗教學、創(chuàng)客與STEM教育教學等方面的工作。