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中学创客实验室建设方案

创客教育课程作为一种新形态的课程，目前还缺少成熟的设计理论和开发过程模型。本文基于对创客教育的认识以及相关课程的开发经验，提出了创客教育课程的通用设计框架。该框架共包括三层，分别是指导理论层、关键要素层以及学习过程层。其中，指导理论层包括体验式学习和建造主义两大核心理论，两者均是课程要素设计以及学习过程设计的“基点”。其设计重心应体现在二方面： 1.创客教育课程要素设计创客教育课程是由一系列要素组成的完整课程。其中，学习内容、活动项目、研创环境、网络资源、展示平台以及课程评价是创客教育课程不可或缺的关键要素。（1）学习内容：内容是课程的核心，不管是知识型课程还是活动型课程，都要承载一定的知识内容，只是表现形式不同。内容同样是创客教育课程设计应当关注的第一要素。课程设计者与授课教师团队需要在分析相关课程大纲的基础上，精心、合理选编多学科知识，构成较为系统的课程内容体系。创客教育课程的内容设计绝不是脱离课程大纲，而是以一种新的形式进行学科知识交叉重组，其最终目的是要推进新课程改革。（2）活动项目：创客教育课程的组织与实施以“项目”为基本单元，将苦涩的、机械化的材料转变为有活动、有意义的项目问题，可以拉近学习者与生活的距离。]课程设计者需要围绕课程内容设计若干贴近生活、趣味化的研究项目，每个项目中再设计一系列活动，有序引导、支持学生开展全程浸入式的项目学习。项目设计的出发点不是“知识”而是“问题”，项目学习的过程便是解决问题的过程。（3）授课教师：创客教育课程的授课教师往往不是一个人，而是一个团队，既有技术老师的参与，也有学科教师的参与，还可能有教育管理者以及校外专家的参与。授课教师既要参与课程的设计，又是课程的组织者和实施者。考虑到教学实际，创客教育课程教师团队的组成建议采用“1名主持教师+几名核心教师+多名外围教师”的模式。主持教师负责统筹和团队管理，核心教师全程参与学生指导，外围教师可根据学生项目开展的需要灵活适时邀请。授课教师主要承担“教练”和“项目导师”的角色，绝不“越俎代庖”，要为学生提供必要的架手架支持和及时的指导反馈。（4）研创环境：创客教育课程具有研创性，鼓励学生像科学家一样开展研究和创造活动。创客教育课程的开展需要研创环境的支撑，如，各种创客空间、探究实验室、互动型教室等。研创环境的设计需要遵循人机工程学基本原则，给学习者提供舒适、自由、开放的创作空间；要能够方便的接入互联网，支持学习者通过网络检索资料、连接社群、在线研讨、展示分享等；要根据需要提供必备的硬件、软件、材料等资源，支持学习者通过动手操作将创意变成现实。（5）网络资源：立体化的网络学习资源可以有效促进创客教育课程的顺利开展，为学生进行随时随地学习、研究和创造活动提供重要支撑。网络资源的制作应尽可能丰富多样，以满足学习者的不同学习需求。一般来说，创客教育课程所用的网络资源包括教材、教/学案、使用指南、微视频、操作软件、优秀课程作品等。为低年级学生开设的创客教育课程，建议将网络资源的使用时机和方式明确写入项目的实施活动中。此外，还应鼓励学生在项目实践过程中自主生成个性化的创客教育课程资源，久而久之，将形成持续扩展并进化的创客教育课程资源库。（6）展示平台：创客教育非常注重成果的分享交流，分享的渠道可以是创客社区，也可以是小型的创客嘉年华，或者是课堂上的作品展示。数字土著具有强烈的自我展现欲望，他们需要多渠道的展示平台向家长、老师、同学以及社会公开自己的创意作品。通过作品展示分享，学习者一方面可以获得自我成就感和认同感，从而激发再创造的热情；另一方面还可以获得来自大众用户的反馈与建议，不断优化作品，甚至可能实现作品的产业化。（7）课程评价：如何评价学生的学习效果是创客教育课程设计的重点和难点。不同于传统课程的纸笔测验，创客教育课程更加注重学习产出的物化成果，倡导结果与过程相结合、老师与学生协同参与的评价模式。一方面，需要制定完备的、易操作的评价指标对学生的创意作品进行评量；另一方面，需要注重学习过程数据采集和阶段性成果的搜集，以客观评价学生的课程参与以及进步情况。创客教育课程不适合采用标准化评价，应考虑到不同学习者的知识基础和兴趣偏好，建议多采用增量式评价，以促进每位学习者的快乐成长。 2.学习过程设计创客教育课程的学习过程可以概括为“一条主线，两种形式”。所谓一条主线，即课程以项目活动为主脉络有序推进；而两种形式，是指采用线上与线下相结合的混合式学习方式。创客教育课程开展的主线是一系列研究项目，课程设计者将学习内容划分为一个个既相互关联又适度松散的研究项目，学习者以小组形式开展基于项目的学习。每个项目围绕一个核心问题展开，设计一系列学习活动（如，观看演示、知识学习、练习模拟、资料检索、方案设计、原型制作、同伴互评等），帮助学生步步为营、寻求破解问题之道。学习活动的数量和类型视项目难度和学习者基础水平而定，活动的设计要遵循“探究、构造、体验”的基本思想以及梅瑞尔的“首要教学原理”，避免空洞的说教和无目的的探究。为了综合检验课程学习效果，每门创客教育课程都提供一个综合性研究项目，让学生协同设计创意解决方案，利用各种资源制作出最终的综合课程作品。创客教育课程采用混合式的学习模式，通过将线上线下活动以及线上线下资源有机整合，为学习者创设一体化的研创环境。线上活动以自学、交流、展示、分享为主，线下活动以考察、操作、咨询、面授为主。学生利用在线社区或网络学习平台自主观看教师录制的微视频，与同伴在线讨论项目问题，自主分享项目开展过程中搜集的相关材料，同时，将项目作品发布到创客社区等展示平台。学生还可以利用在线平台开展项目管理（如，分配任务、监督进展、制定计划等），教师利用平台实时掌握每个小组的项目进展，并及时给予反馈指导。教师还可以根据项目学习需求，进行集中面授指导，也可以每周提供固定的指导时间，有需要的小组可以当面请教老师。遇到一些专业性很强的问题或者项目开展遇到瓶颈时，可以通过教师联系相关的学科专家，进行当面咨询。学生还可以在教师的帮助下，到相关企业、科研机构、社会场所等进行实地考察，搜集资料，激发灵感。创客空间、探究实验室、互动型教室等是创客教育课程开展的主阵地，学生可以充分利用这些空间提供的软硬件资源以及专业指导力量，动手制作“独一无二”的创意作品。创客空间需要配备的基本仪器设备在创客空间中，学生必须学会的技能有三类：功能实现类，模型制作以及加工工具，这三项技能是学生通往创客之路上必须先掌握的基本技能。创客空间建设的内容包括手工与机械制作，引导参与者自己动手参与创新创作的过程；机器人组装与控制，针对学生的机器人制作和编程控制，由兴趣引导科技创新，启发参与者灵活运用力学、结构、材料、电子、软件、艺术等知识；3D建模与制作，充分发挥创造者的空间想象能力，实现逻辑思维训练和实践操作训练；开源软硬件，创作者通过对嵌入式开发、电子电路、运动学和工程理论等知识的理解和运用，践行知行合一；多元沟通，通过创客空间的制作坊，分享会等活动，提高公开演讲、集体项目合作、沟通以及辩论的能力。序号产品名称规格,探究课题单位数量一、基础设备 1 设计工作台规格1400×1200×780mm，钢木结构。个 10 2 学生凳钢塑结构。个 48 3 存列柜 1200×500×2000，板木结构。个 2 4 计算机台式机电脑内存容量: 4GB 内存类型: DDR3 硬盘容量: 500GB 硬盘接口: SATA3 硬盘转速: 7200转显卡接口: PCI-E 显卡类型: 独立显卡显卡型号: 其他/other 显存容量: 2GB 屏幕尺寸: 23英寸显示器类型: 平板显示器光驱类型: DVD-RW 声卡类型: 5.1 操作系统: Windows 7 Home Basic或以上台 10 二、3D造型设计 1 3d打印机规格：打印精度: 0.011mm 成型方法: 熔融沉积成型打印尺寸: 300×200×200mm 喷嘴直径: 0.4mm 层厚: 0.1-0.4mm 喷头流速: 30cc/h，定位精度: 0.011mm 加热板温度: 50 喷头温度: 220 运动速度: 0-150，实际功率: 300W 输入电压: 110~220 产品外型尺寸: 430×505×380mm，产品重量: 12KG 台 10 2 PLA耗材材料直径：1.75mm 卷 20 三、智能模型创意设计与搭建 1 数字住宅智能家居模型搭建制模块功能：通过手机app进行智能家居的蓝牙控制；控制对象：智能电视模型，窗户，排气扇等能进行模拟互动操作。展示内容：展示服务机器人模型与智能家居模型，主要构成部分有客厅、厨房、卧室中高新科技的应用。游客可以通过APP控制系统对家庭里灯、电视、空调、门磁安防警报、窗帘、可燃气体检测、排风扇等设备进行远程控制，体验智能家居生活。操作方式：观众通过手机对电灯、电视等进行远程控制，体验服务机器人与智能家居生活。套 1 2 棚室温度控制模型该模型可以模拟棚室控制工作原理，模型装有温度传感器，采集模型内温度，在一定范围内，模型会做模拟开窗散热、关窗保温动作。套 10 四、电子创意模型设计与搭建 1 Mbot Ranger 1、工作电压：9v~12v 2、控制方式：蓝牙手机控制 3、编程方式：兼容Arduino编程和mBlock图形化编程 4、模型种类：a)四轮履带车 b)三轮车 c) 自平衡鸟 5、特点：可以在各个复杂的环境运行 6、材料：主要结构件材料使用高强度2mm航空铝板冲压成型，结合CNC精密加工，结构坚固，配合紧密；耐高温度达到500摄氏度。抗拉强度大于250MPa；耐力大于172MPa；延伸率小余1.7%；硬度大于70HB；套 10 2 mBot 1.1 1、工作电压：3.7v~6v 2、控制方式：红外控制和2.4G控制 3、编程方式：兼容Arduino编程和mBlock图形化编程 4、教程：配有教材书一本和入门视频教程 5、充电方式：电脑USB可充电，2~3个小时可以充电完毕 6、锂电池电量：1800mAh 7、可以结合各个扩展包进行扩展套 10 3 音乐套件 1、可用3种不同方式来操作该音乐机器人。a)通过手势控制（使用超音速模块检测位置）b)可以播放预先设定好的乐曲（或编程播放）c)通过PC软件控制 2、材料：主要结构件材料使用高强度2mm航空铝板冲压成型，结合CNC精密加工，结构坚固，配合紧密；耐高温度达到500摄氏度。抗拉强度大于250MPa；耐力大于172MPa；延伸率小余1.7%；硬度大于70HB； 3、电子模块：使用国标RJ25通信接口进行通讯，在行业中，驱动模块体积小，驱动能力大，稳定性强 4、编程平台：基于Arduino开源平台开发，★兼容mBlock(Scratch)软件，兼容Arduino IDE软件套 10 4 创客空间套装（高级版）组成：双孔梁结构件（6件）单孔梁结构件（6件）连接件（6件）基本传动部件（7件）轴类传动部件（7件）电子模块（ 6件）电机模块（7件）运动部件（5件）高级传动部件（6件）大型零件扩展包（6件）五金（6件）参数性能: 1、精密金属结构件（投标公司须提供符合该技术参数的演示产品，否则视为无效投标人）（1）材质：使用高强度铝型材材料，结合CNC精密加工，结构坚固，配合紧密；（2）兼容性：兼容大量工业标准件，完美实现工业应用场景；（3）连接方式：螺纹槽设计须让连接多样化，在不需要螺母的情况下也可以实现固定和连接。 2、电子模块（投标公司须提供符合该技术参数的演示产品，否则视为无效投标人）（1）通讯接口：主控制板与配套电子模块须使用国标RJ25通信接口进行通讯；（2）电子模块：包含各类传感器和驱动器模块，演示的传感器至少包含以下模块中的两种：超声测距、光线和灰度、人体红外、音量、温度、电机驱动、电机模块、蓝牙模块、红外接收模块、彩色LED模块、数码管模块、舵机、限位器等；（3）主控制板：兼容Arduino开源硬件开发平台，可使用Arduino IDE软件进行编程，兼容mBlock(Scratch)图形化编程软件，配套封装库。（4）兼容性：动力部分，兼容大量市面上常见的直流电机，舵机，步进电机，在动力装置方面选择范围广 3、电子模块编程平台：支持Arduino IDE、mBlock(Scratch)、ArduBlock等图形化编程环境。套 10 5 电路搭建盒 31个组件，可以建构串联、关联、导电性、摩斯密码等7种实验模型。盒 10 6 液压机械创意实验箱提供330个电子控制搭建部件，搭建液压挖土机，液压机械手，液压起重机，液压推土机等5种机械。套 10 8 自动导航车规格：210个组件，模型制作完成后,自动导航系统将根据即时的交通状况调整路径;使用最新的蓝牙搖控技术，搭配iPad或iPhone做为智能控制中心，只要简单的动动手指，就能使车朝任意方向前进. 套 10 9 常见电子元件应用试验套件该套件提供一套电子控制搭建平台，通过搭建电子电路，了解晶体管三极管、二极管，电阻、电容、电位器、发光二极管、直流继电器/电磁继电器、磁敏传感器、温度计、晶闸管、逻辑门芯片、555芯片、小型集成芯片等常用电子元器件的使用方法。套 10 10 常见电子电路应用试验套件该套件提供一套电子控制搭建平台，结合套件中提供的电子元器件，可以搭建出三极管开关、放大、电平转换，恒温控制，继电器控制，智力抢答，三人表决，单稳延时，光敏报警，可控硅控制等常见电子电路，并了解这些电路的应用。套 10 11 太阳能实验套件 194件，可组装成17种模型：太阳能风帆车、水陆两用船、赛车、摩托车、重型机车、压路机、水泥搅拌车、油罐车、挖土机、街道清扫车、工程车、直升机、起重机、电梯、缆车、铲车、大卡车。套 10 12 技术与设计1试验套件通过该套件可搭建出一些模型，在搭建过程中让学生了解什么是设计，设计有哪些特点，在套件提供的零件器材基础上搭建一些结构模型，在设计搭建的过程中了解设计的基本原则，对设计进行实践，并了解设计怎样进行优化。套 10 13 悬崖避障模型该模型在动作的过程中，能避开前方障碍物或悬空的地方，有智能识别功能。套 10 14 循轨迹模型该模型在动作过程中，能沿着设定的路线前进，在前进方向偏离时，能自动更改方向。套 10 15 力的转化演示器规格：126件，将水的压力转化为动力能源，带动挖斗来模拟挖土机工作的全过程。套 10 16 结构蠕动模型该模型利用主板控制与结构传动实现蠕动动作。套 10 17 结构步行模型该模型利用结构传动实现步行动作，在步行过程中能播放音乐。套 10 18 控制牵引模型该模型可以在光束的控制下实现前进、左转、右转动作。套 10 19 前后联动模型该模型利用结构传动实现前后联动动作，在动作过程中可以识别障碍物。套 10 20 遥控模型该模型可以利用一个小的遥控模块控制该模型的动作。套 10 21 简易分拣机模型该模型可以识别黑白两种颜色的物体，对物体进行快速的分拣。套 10 22 交通灯模型该模型可以模拟实体交通灯，可以对交通灯进行预设，设置交通灯控制模式，交通灯点亮延长时间。套 10 23 气动系统控制模型该模型可以模拟气压传动装置，整套模型中有气压泵、储压罐、减压阀、换向阀、气缸等部件组成，通过了解各部件的原理，就可以了解气动的基本原理。套 10 24 奇妙的无线电实验箱规格：400×200×100，铝合金箱包装。探究问题：1、什么是电磁波，无线电，调制，解调。 2、电磁波产生，发射，接收的过程。 3、无线发射接收模块的使用。套 10 25 激光传声与光纤通讯实验箱实验箱规格：400×200×100，铝合金箱包装。探究问题：1、激光传声原理，光电转换过程。2、了解光纤通讯的特点。 3、了解警报喇叭的制作，工作原理。套 10 26 无线电台规格：无线电台，发射装置：可以发射歌曲等，接收装置：可接收发射装置发射的歌曲等，收发射有效范围：10米套 10 27 传感器应用实验箱包含光敏传感器、热敏传感器、声敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、力敏传感器、位移传感器、条形磁铁等。认识温度传感器、光传感器、声传感器、磁传感器、力传感器和湿度传感器等传感器，可开展传感器功能演示电路实验、万用表测多种传感器、温控灯实验、声控灯实验、磁控灯实验等。套 10 28 数字电路实验箱包含D触发器、JK触发器、编码器、发光二极管、七段译码器、石英晶体、数码管、译码器、与非门、非门、四输入与非门、与门、或门、整流二极管、光电二极管、TTL集成电路、COMS集成电路、EWB电子工作平台等。认识数字电路和数字电路实验器电子元器件，可开展高低电平检测实验、三极管管脚判别实验、三极管开关电路实验、三极管放大电路实验、继电器锁存器实验、开关电路模拟“与”逻辑实验、开关电路模拟“或”逻辑实验、开关电路模拟“非”逻辑实验、车门报警电路实验、简易密码锁电路实验、与门电路实验、或门电路实验、三人表决器实验、单稳延时电路实验、定时电路实验、单键双稳开关实验、定时电路实验、密码电路实验和可变调电子门铃实验套 10 29 电磁继电器包含直流继电器、交流继电器、干黄继电器、延时继电器、直流接触器、交流接触器、保险丝、热继电器、微型直流电机等。认识电磁继电器和电磁继电器实验器电子元器件，可开展电磁继电器功能演示实验、电磁继电器控制电路实验、单向可控硅特性实验、双向可控硅管脚判别实验、晶闸管控制电路实验和调光台灯实验。套 10 30 电子控制系统包含直流继电器、交流继电器、干黄继电器、延时继电器、直流接触器、交流接触器、保险丝、热继电器、微型直流电机、磁弹簧、单晶晶体管、电感、光敏二极管、热敏二极管、微型直流电机、稳压管、线圈、音乐集成、音频变压器、运放集成等。套 10 31 奔跑吧，火柴人多媒体触摸屏：32寸多点触控显示器；10个分解的人物跑步动作，拖到动画框中组成跑步过程，系统处理后播放，如果先后顺序摆错，跑步动画会显得奇怪和滑稽。套 1 32 机械组合传动方式组成：蜗轮蜗杆传动，齿轮齿条传动，链传动。展示内容：本展项通过三组传动模型的操作演示，用简单的原理向观众展现机械运动中常见的传动原理，培养勤于动手、乐于发现科学奥秘的习惯。操作方式：转动手轮，观察和感受不同的机械运动机构。套 10 南京师范大学课程资源研究所邮政编码： 210097 地　　址：南京市宁海路122号南京师范大学信息技术楼公司电话： 025-83204284 83302681 83301983 公司传真： 025-83302681转8028 手　　机：13405879778 联系人：王克芳网　　址：http://www.kczyyjs.com 电子邮件：wangkefang@163.com QQ号码：306824063

南京师范大学课程资源研究所 2021-08-23