王 涵

(重慶師范大學 教育科學學院，重慶 沙坪壩 401331)

1 STEM教育與創(chuàng)客教育

1.1 STEM教育

STEM 是科學( Science) 、技術( Technology) 、工程(Engineering)和數(shù)學(Mathematics)四門學科的簡稱，強調(diào)多學科的交叉融合。[1]STEM教育不僅僅是這四門學科的簡單相加，而是將其重新糅合組織成一門新的學科體系，其本質(zhì)是多個學科的融合教育，旨在培養(yǎng)學生多學科交叉的整合思維和解決實際問題的能力。STEM教育在20世紀80年代的美國作為一項國家教育戰(zhàn)略出現(xiàn)，旨在應對國際人才競爭，提升學生的科技理工素養(yǎng)和綜合實力。[2]在知識經(jīng)濟和信息技術產(chǎn)業(yè)充分發(fā)展的21世紀，發(fā)達國家越來越重視學生科學素養(yǎng)、技術素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學素養(yǎng)的縱向提升和橫向整合，以迎接當今人才培養(yǎng)的全面化、綜合化、創(chuàng)新化發(fā)展趨勢。之后美國學者Georgette Yakman在STEM教育中注入了新的元素——A(Art)，因此，STEM教育又繼續(xù)發(fā)展為STEAM教育。STEM教育和STEAM教育雖然內(nèi)容上存在差異，但是它們都強調(diào)以培養(yǎng)學生的跨學科多元整合思維為目標，以真實的生活情境問題為依托，以學生的主動參與和實踐活動為路徑，以項目式主題活動為導向，以新型技術工具為支持，教師指導學生小組綜合利用多學科素養(yǎng)和跨學科知識來分析解決現(xiàn)實問題的探究式學習。

1.2 創(chuàng)客教育

“創(chuàng)客”(Maker) 最早誕生于西方 20 世紀 60 年代的DIY 文化，意指那些勇于突破、富有想象、積極創(chuàng)新，通過實際動手操作將創(chuàng)意付諸于實踐使之并變?yōu)楝F(xiàn)實的人。隨著第三次工業(yè)革命的發(fā)展，科學技術的進步帶動了人類生活各個領域的革新，3D打印技術的個性化創(chuàng)造、物理交互設計的互動媒體作品以及基于Scratch的物理計算工具的項目學習已經(jīng)成為科學技術下典型的創(chuàng)客教育模式。創(chuàng)客運動(Maker Movement)提倡個人或與他人合作通過動手操作和實踐探究以創(chuàng)造出新產(chǎn)品，強調(diào)實物的輸出，這在全球引起一場全新的技術革命。同時，近幾年興起的創(chuàng)客空間——開放的工作室、實驗操作室、產(chǎn)品制造室、器械組裝室，利用科技和硬件設施為創(chuàng)客提供了一個實現(xiàn)創(chuàng)意的平臺?；诙磐白鲋袑W”的教育思想和西蒙·帕珀特(Seymour Papert)的構造主義的理論建構，并伴隨創(chuàng)客文化的發(fā)展、創(chuàng)客空間的建構以及相關技術條件的支持，創(chuàng)客教育應運而生。作為教育領域一個新范疇，創(chuàng)客教育是在技術條件支持下，多學科知識融合支持下，以“實踐探究”為學習方式，引導學生發(fā)揮獨創(chuàng)批判精神和實踐動手能力，基于某個項目或問題來發(fā)明創(chuàng)造的新型教學模式。它一方面強調(diào)能力導向的創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)，另一方面強調(diào)引導教育發(fā)展方向的創(chuàng)造性、實踐性變革。

2 STEM教育和創(chuàng)客教育的異同

2.1 相同之處

2.1.1 理論根基相同：“做中學”的理念

杜威“做中學”的思想強調(diào)學生在實踐活動中的探索操作，強調(diào)在實踐中積累知識，在活動中增長經(jīng)驗，學生成為課堂的中心，重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力和解決問題的動手操作能力，反對知識的灌輸和突出間接經(jīng)驗的唯一地位。STEM教育和創(chuàng)客教育均是杜威“做中學”教學思想在實踐中的應用，重視學生自主學習能力的發(fā)展。STEM教育側(cè)重于學生多學科素養(yǎng)的融合發(fā)展，綜合運用所學的知識解決實際問題，以培養(yǎng)適應時代發(fā)展的復合型人才；創(chuàng)客教育則側(cè)重于讓學生自己動手將創(chuàng)意想法轉(zhuǎn)化為輸出成品，同樣也要求學生綜合運用一門或多門學科知識，成為一個創(chuàng)造者，創(chuàng)造思維得到發(fā)展。在學習方式上，STEM教育和創(chuàng)客教育都強調(diào)學習者置身其中的實踐情境知識的學習，學生的主動參與和自主探究是其本質(zhì)屬性。

2.1.2 現(xiàn)實基礎相同：社會的共同參與

美國STEM教育的發(fā)展是由政府和學校統(tǒng)籌推動的，是為了培養(yǎng)適應時代發(fā)展的多學科素養(yǎng)人才。美國聯(lián)邦政府在充分發(fā)揮國家科學基金會、國立衛(wèi)生研究院和教育部三大機構的引導作用下，聯(lián)合STEM教育合作機構(Co STEM)、企業(yè)及其他組織來確保STEM教育政策的有效實施。[3]此外，STEM教育的發(fā)展還需要公眾和社會的大力支持。為了吸引學生對STEM教育的興趣，需要專門的教育研究機構對其進行系統(tǒng)的設計和開發(fā)。創(chuàng)客本身就是以一個社會群體的概念出現(xiàn)的，隨著社會創(chuàng)客空間規(guī)模的擴大，學校教育期待將最新的技術運用到教學之中，以適應時代教育信息化變革的需要。同時，學校的創(chuàng)客空間應該與家庭創(chuàng)客空間、社區(qū)創(chuàng)客空間以及社會孵化中心進行協(xié)同聯(lián)動，通過網(wǎng)絡空間有效地進行整合。

2.2 不同之處

2.2.1 情境問題的來源不同

STEM教育和創(chuàng)客教育都重視真實情境的重要性，強調(diào)情境教學。但是，STEM教育中的情境問題多是由教師設計和制定的，在四門學科的知識系統(tǒng)下，教師進行一定的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和規(guī)劃，學生一般是在教師提供的綜合情境問題下進行問題的再開發(fā)、再探索。而創(chuàng)客教育則更多地強調(diào)學生自己提出問題、設計項目、動手操作、輸出產(chǎn)品，學生可以將自己頭腦中的創(chuàng)意付諸實踐，并非讓學生探索已有的問題或相同的問題。

2.2.2 學習產(chǎn)出不同

STEM教育強調(diào)多學科領域知識的整合，跨學科知識體系和綜合課程的建構。它是圍繞學科知識展開的，并不重視工具的使用和產(chǎn)品的輸出。這與STEM教育產(chǎn)生的原因有關，學生STEM素養(yǎng)和綜合能力不足，以期通過一定的知識融合和項目研究來培養(yǎng)學生的科學、技術、工程和數(shù)學素養(yǎng)(STEM 素養(yǎng))。創(chuàng)客教育則強調(diào)學生運用已有的學科知識及相關的硬件設施將創(chuàng)意現(xiàn)實化、作品化，它要求學生要有一定的產(chǎn)品成果。

2.2.3 培養(yǎng)能力不同

由于學生STEM素養(yǎng)的缺少，STEM教育則更關注學生綜合素養(yǎng)的提高。雖然STEM課程比單科課程更有效地發(fā)展學生的綜合能力，彌補學科之間的割裂，促進知識之間的銜接，但是它只是重點培養(yǎng)了學生跨學科知識的協(xié)調(diào)能力和知識的理解記憶能力，對于學生創(chuàng)新性思維、獨創(chuàng)性意識、質(zhì)疑批判思維和發(fā)現(xiàn)問題能力的培養(yǎng)力度有限。創(chuàng)客教育主要是針對學生創(chuàng)新能力的不足，鼓勵學生大膽運用有關資源和學科知識，動手操作將創(chuàng)意產(chǎn)品化。它更加重視學生獨創(chuàng)能力和動手能力的發(fā)展，但這可能導致學生學科基礎知識的弱化。

2.2.4 師生關系不同

在STEM教育中，教師是知識的傳授者、項目的設計者、過程的協(xié)調(diào)者，學生則處于參與者的角色，依據(jù)教師傳授的學科知識，并在其引導下，通過具體的項目活動進行學習。同時，STEM教育還強調(diào)不同教師之間的配合，由于多學科領域知識的融合，它需要不同的學科教師對STEM綜合課程進行開發(fā)。在創(chuàng)客教育中，教師更像一個支持者或輔助者，淡化對學生知識灌輸和活動干預。學生成為項目的獨創(chuàng)者，他們可以提出自己的觀點和發(fā)現(xiàn)，教師不需要預設太多的問題或傳授過多的結(jié)果性知識，更強調(diào)學生的自主式發(fā)現(xiàn)學習和操作探究。

3 STEM教育的特點分析

3.1 課程體系的跨學科整合性

傳統(tǒng)分科教學割裂了知識和課程體系之間的關聯(lián)性和綜合性，很難培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)分析問題，橫向融合多門學科知識和素養(yǎng)去解決問題的能力。課程體系的跨學科性強調(diào)在STEM教育中，教學的重點不是某一單一學科領域知識的傳授或分科教學的界限劃分，而是強調(diào)針對某一特定問題，綜合運用多門學科知識進行問題的探究和解決。知識體系的跨學科整體建構模式是 STEM整合課程最為突出的特點。STEM教育以現(xiàn)實問題為出發(fā)點，以科學、技術、工程和數(shù)學等學科知識的交叉融合為理論指導，在探究操作的過程中鍛煉提高學生的各方面素養(yǎng)和能力。同時，STEM教育強調(diào)項目學習內(nèi)容和學生實際生活的關聯(lián)性，通過多門學科融合的方式，使學習資源和教學內(nèi)容打破了單一范疇。如美國的項目領導方式(Project Lead the Way, PLTW)的目的是培養(yǎng)學生在全球化競爭中所需的技能。通過與學校教育的合作，設計富有個性化、針對性的K-12課程、高素質(zhì)的人才隊伍以及合作活動開展STEM教育。PLTW開設了一系列適應不同學段學生的課程，從K-5階段的起步課程到初中階段的入門PLTW課程(PLYW Gateway)，再到高中階段的各個學科的PLTW課程，其都突出了課程設置的整合性和階段化。

3.2 學習過程的實踐體驗性

STEM教育是在“做中學”和“真體驗”下運用科學、技術等多門知識和綜合思維參與到真實的生活情境和問題之中協(xié)作探究式的自主學習。它強調(diào)學生要通過實踐活動和經(jīng)驗情境，以多學科、多視角、多方面的整體觀去進行項目式學習。學生在項目活動中的動手操作不僅能獲得相關問題領域的經(jīng)驗性知識，還能在參與活動中獲得過程性知識，這種學習方式不同于單純的間接經(jīng)驗的接受式學習，切實做到淡化形式、注重實質(zhì)，更加關注于學生學科知識的掌握和運用，對學生未來的學習和生活大有裨益。如美國的STEM課程“電梯”，它是通過學生已有的工程力學、電學、齒輪軸承、物理傳輸?shù)任锢韺W知識，材料等化學知識以及外觀設計等美學知識去合理設計電梯模型并測驗其效能。這不僅強調(diào)學生要習得相關知識，更重視學生在工程設計框架下對知識的操作和運用，并在這過程中進行創(chuàng)造性開發(fā)設計，充分體現(xiàn)知識的實用性和生活性。

3.3 學習活動的協(xié)作互助性

STEM課程是基于項目的群體協(xié)作式學習，其活動需要生生之間、師生之間的配合協(xié)調(diào)，甚至還需要社會的廣泛參與。STEM教育的協(xié)作性主要包括兩個維度：一是指不同學科教師之間的知識滲透和課程融合。它強調(diào)STEM的教師要突破自己已有的固定學科局限，擺脫傳統(tǒng)“專業(yè)主義”的觀念，在知識經(jīng)濟共享的時代努力學習多方面的知識，在已有的專業(yè)背景下找到學科之間的內(nèi)在聯(lián)系。因此，不同的學科教師應該在相互交流和學術探討中找到課程融合的問題，合理設計適應本班學生的課程整合方案。二是指學生學習過程中的對話、協(xié)作和經(jīng)驗分享。STEM活動一般是由學生小組進行協(xié)作完成的，共同發(fā)現(xiàn)問題、分析條件、設計方案、準備材料、收集信息、提出假設、完成操作并進行集體評價。一方面，由于STEM課程強調(diào)跨學科的整合性和項目的復雜性，因此，單靠一個學生的經(jīng)驗能力是很難完成的；另一方面，學生通過合作學習，相互交流，不僅能夠高效地完成教學計劃，還能在其過程中培養(yǎng)良好的組織協(xié)調(diào)能力、團隊合作意識和同伴互助精神。

3.4 教師隊伍的專業(yè)復合性

STEM教育強調(diào)跨學科知識的整合，因此需要具有綜合學科素養(yǎng)知識的STEM教師，即具有技術、科學、工程、數(shù)學等學科知識的復合型教師。包括科學技術工程復合型教師(STE)、科學工程技術復合型教師(SET)或科學技術數(shù)學復合型教師(STM)的培養(yǎng)等。[4]此外，隨著軟件工程、人工智能、3D打印技術、高級編程、物聯(lián)網(wǎng)技術等的發(fā)展，教師除了掌握已有的學科知識外，還需了解更多新興領域的知識以及信息化時代的科學技能等。除了理論知識的傳授，教師還需重視對學生技術應用的啟示和創(chuàng)新思維的開發(fā)。

3.5 教育手段的技術信息化

技術不僅是STEM教育的一個不可或缺的組成要素，也是STEM課程得以有效開展的一個核心關鍵工具。這里的技術工具包括物理支持的硬件設備，如3D打印機、Picoboard傳感器板、Makey Makey/酷樂宅、Arduino單片機及體感設備等，這些平臺和工具大多便宜、跨平臺、開源，為學生活動操作提供了一個簡易高效的硬件編程環(huán)境。其還包括一系列的認知工具，如計算機編程軟件、思維導圖、物理計算等來開發(fā)學生的創(chuàng)造性思維和發(fā)散性思維，并輔助硬件設備有效運作的各種軟件系統(tǒng)。

4 STEM教育對創(chuàng)客教育發(fā)展的啟示

4.1 加強課程融合，重構課程體系

STEM教育的核心觀念是多學科的整合，它不是為了培養(yǎng)學生具有某單一領域的素養(yǎng)，而是強調(diào)發(fā)揮創(chuàng)造性思維綜合運用學科知識來解決實際問題。創(chuàng)客教育理念也強調(diào)學生對多門基礎知識的綜合掌握和應用，為了推動創(chuàng)客教育的發(fā)展，則需對當前的課程體系進行融合重構：一是要加強學科課程內(nèi)容和時代發(fā)展的整合性。即課程要適應社會發(fā)展并具有相關性和生活性。二是要加強課程內(nèi)容和科學技術的融合性。在學科培養(yǎng)之中有效地滲入媒體素材、技術工具、軟件工程和硬件設施等，提高學生的信息科學素養(yǎng)和技術操作能力。三是強調(diào)課程項目的可操作性。一個好的STEM課程應該是學生聯(lián)系生活實際，通過已有的知識經(jīng)驗并利用可獲得性的工具材料進行創(chuàng)意作品化的建構。四是課程體系具有階段性。創(chuàng)客課程不是一門單獨的課程，而是由低級到高級、由入門到精通、適應學生階段發(fā)展的循序漸進的一整套課程體系，如低段以入門課程為主，包括一些簡單的計算機編程、電力學、材料分析、物質(zhì)結(jié)構等方面的理論知識，主要培養(yǎng)學生對創(chuàng)客課程的興趣；中段以較為復雜的知識整合和技能訓練為主，如電路配置、裝備重組以及電子切割等技術性操作課程；高段則以綜合性創(chuàng)新項目為主，學生要經(jīng)歷全面復雜項目的設計、開發(fā)、實施和評價等環(huán)節(jié)，如制造 Yirego Drumi 腳踏式迷你洗衣機。

4.2 創(chuàng)新學習方式，在活動中學習

STEM教育和創(chuàng)客教育均以“做中學”的理論為根基，給傳統(tǒng)的教學方式帶來了極大的沖擊，不再聚焦于教師在課堂上傳授間接經(jīng)驗和理論性知識的單一模式，而是轉(zhuǎn)向?qū)W生實際動手操作能力和問題解決能力的關注。隨著技術性創(chuàng)客空間的發(fā)展，為學生的創(chuàng)意產(chǎn)出化提供了一個良好的實現(xiàn)平臺。如學生利用電學知識設計電路連接，利用硬件設施和計算機軟件編程等探究機器人、汽車模型、遙控臺燈制作。首先，教師要保護學生的創(chuàng)意點子，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。鼓勵學生在學習生活中要善于發(fā)現(xiàn)、仔細觀察、積極思考、主動探究，把理論落實到實踐上。其次，教師要學習更多關于創(chuàng)客教育的理論、實踐經(jīng)驗、程序步驟和方法評價。利用各種創(chuàng)客交流大賽，提供更多典型創(chuàng)新研究案例，鼓勵學生積極創(chuàng)新和二次創(chuàng)造。同時，教師應主動地進行創(chuàng)客教學模式研究，設計合理的課程體系、實施策略、評價方法等。再次，適當縮小創(chuàng)客課堂的班級規(guī)模，給每個學生充分的活動機會。創(chuàng)客活動在某種程度上會因?qū)W生人數(shù)過多，缺乏教師有效指導或因?qū)W生缺乏活動的場地和器材而受限，小班額的配置使學生有更多機會進行小組競賽、分享經(jīng)驗和表達交流。

4.3 整合多方力量，開展協(xié)作學習

協(xié)作學習是指學生以多人合作或小組團隊的形式而進行學習活動的一種策略。STEM教育和創(chuàng)客教育都強調(diào)學生跨學科知識的整合，要求不同興趣和專業(yè)領域的學生共同參與探究。如上海師范大學兩名計算機科學與技術師范專業(yè)學生聯(lián)合本校音樂、美術專業(yè)的多名學生，一起圍繞音樂元素合作創(chuàng)作了“音樂風暴”互動媒體作品，這充分體現(xiàn)了跨學科的優(yōu)勢。其次，教育模式的跨越式發(fā)展，需要融合社會多方面的力量。政府要加大對創(chuàng)客空間建設和技術設備支持的投入力度，教育部門則需充分利用人力資源加大對創(chuàng)客教育政策出臺和模式設計的研究開發(fā)，技術產(chǎn)業(yè)部門要加大對科學技術、工具設備和平臺建設的研發(fā)力度。再次，發(fā)揮創(chuàng)客組織對創(chuàng)客教育的助推力量。創(chuàng)客組織是由一群敢于創(chuàng)新、勇于突破的個體組成的一個共同體，美國的 Maker Ed 組織就是一個典型的公益創(chuàng)客組織，其不僅有助于成員在合作互動的過程中對科技、工程、數(shù)學的興趣提升，還推動了美國創(chuàng)客運動的蓬勃發(fā)展。我國一方面可以借鑒公益性創(chuàng)客組織的構建模式；另一方面可以成立專門的教研委員會，以國家課程為依托，挖掘地方課程資源，發(fā)揮區(qū)域特色，打造面向本校不同年齡階段學生的創(chuàng)客教育協(xié)會、創(chuàng)客教育基地、創(chuàng)客教育團隊等。

4.4 提高師資水平，提供專業(yè)指導

美國為了提高教師的綜合素質(zhì)，拓展教師提升平臺，豐富教師發(fā)展資源，啟動了多項教師培訓項目。我國的STEM教育和創(chuàng)客教育都還處于一個萌芽的階段，對于教師的培養(yǎng)模式還處于傳統(tǒng)的單一學科化傾向并缺乏相應的信息技術培訓支持。我國開展的創(chuàng)客活動或科技競賽，主要還是以信息技術教師為主導，他們具有新時代所需的軟硬件技術、高級編程及電子工程知識。但是，由于創(chuàng)客項目的復雜性，在其具體活動中涉及美學設計、材料分析、物質(zhì)分解、生態(tài)研究、心理輔導等多學科知識，這對創(chuàng)客教師的綜合素質(zhì)提出了極高的要求。首先，教師自己就要培養(yǎng)其多方面的興趣和特長，有較強的學習能力和探究能力，能較快地吸收和掌握某一領域的核心知識。其次，高等教育階段的師范生培養(yǎng)要研究開設創(chuàng)客教師培養(yǎng)專業(yè)及設置相應的課程教學。專業(yè)化的培訓和學習是提高師資的重要途徑。再次，借鑒他國的成功經(jīng)驗，加大管理支持和政策鼓勵的力度。美國教育部發(fā)布了“2016美國44家教育技術規(guī)劃”，擴大了教師技術課程的規(guī)模并加大了支持力度，旨在推動教師職前培訓項目的發(fā)展，推動教師技術素養(yǎng)的全面提升。

4.5 推動創(chuàng)客活動，營造創(chuàng)客文化

創(chuàng)客教育應該是以培養(yǎng)全民大眾的創(chuàng)新精神為目標導向，其本質(zhì)是一種大眾教育，核心是培養(yǎng)人們的工匠精神?，F(xiàn)代社會是一個呼吁人人創(chuàng)造、人人創(chuàng)新的大眾創(chuàng)業(yè)時代，創(chuàng)客教育無疑也需要走向去精英化培養(yǎng)的路徑。隨著創(chuàng)客運動的蓬勃發(fā)展，越來越多的機構、組織、學校、企業(yè)開始關注創(chuàng)客運動并參與其中。2013年 11 月，中國發(fā)明協(xié)會舉辦了首屆中華創(chuàng)客大賽。2019年6月27日，泰州市新生代企業(yè)家“新動力”訓練營暨第五屆蜂鳥杯青年創(chuàng)客大賽正式啟動。2020年9—11月，南京市以“奇思妙想護平安——創(chuàng)新思維培養(yǎng)公共衛(wèi)生安全意識”為主題舉辦了第五屆中小學創(chuàng)客大賽。各種創(chuàng)客大賽、創(chuàng)客活動的興起大大推動了教育領域的創(chuàng)客文化的培養(yǎng)，無論是高校，還是中小學、社會機構、企業(yè)部門都越來越重視對個體創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)，有助于營造一個全民參與的創(chuàng)客文化環(huán)境和大眾創(chuàng)新氛圍。