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小学创客实验室建设方案创客空间教室

国家有关部门高度重视创客教育，教育部办公厅出台了《关于“十三五”期间全面深人推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》，提出要“有效利用信息技术推进‘众创空间’建设，探索STEAM教育、创客教育等新的教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识”。创客教育由教、学、想和造四个阶段组成，需要建立相应的创客空间（创客教室）及配套的创客教育课程。一、创客空间（创客教室）建设方案（一）创客空间布局 1.创客空间总览图完整的创客空间实验室主要由教学区、操作区、作品展示区、加工台、电子元器件储存区、储物柜和交流讨论区组成。应根据学校实验室大小以及实际规划的不同面积和大小对创客空间进行不同的设计和规划。 2.功能区设置 2.1教学区这个区域主要用于老师给学生传授基础的理论知识，为学生们的创新做基础性铺垫。 2.2操作区学生活动操作平台，配置桌椅，可以定制，也可以使用普通的课桌。宽阔的课桌和舒适的座椅，将会有更好的制作体验。 2.3作品展示区创客实验室会产生非常多优秀的学生作品，我们要让更多的人看到他们的成果，鼓励和激发学生创造的思维。所以我们需要一个很酷的展示区。展示区的职能不仅可以存放学生的作品，还可以存放一些有趣味性，较高技术含量的作品，来引导学生发散思维，激发兴趣。 2.4器材收纳区创客实验室的器材管理，将会是学校面临的一大难题。需要制定一套合理的管理办法，来解决硬件资源在使用时出现的问题。所以，需要一个合理的收纳区域，来帮助解决这样的问题。 2.5多媒体交流区创客实验室的网络功能，是我们加入网络共享平台的窗口。我们不仅可以完成自身的基本需求，如课堂教学，编程，查阅资料等；还可以与其他创客分享作品和交流经验。（二）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。为实现以上教学目标，需要配备相应的基本仪器设备，具体体系如下： 1、功能实现类：机械、运动、电子，电路、程序、人工智能。 2、模型制作：材料和结构设计。 3、加工工具：工具和附件。二、创客教育课程建设方案创客教育课程是一种有别于传统学科课程的新型课程。创客教育课程有广义和狭义之分。广义的创客教育课程是指以培养学生创客素养为导向的各类课程，既包括电子创意类课程，也包括手工、陶艺、绘画等艺术类创意课程；狭义的创客教育课程则特指以智能化信息技术（Scratch、Mixly、Arduino、Galileo等）应用为显著特征的电子创意类课程，其科技含量较高。（一）创客教育课程的四大设计理念为了保证创客教育课程能够真正服务创客教育、在创新人才培养中发挥实效，创客教育课程设计应遵循四大理念，分别是趣味化、立体化、模块化和项目化。这四种理念之间不是简单的并列关系，而是相互贯通、相辅相成，共同指导高质量创客教育课程的设计、开发与应用。理念1：趣味化设计，让学生体验学习的快乐创客教育是一种兴趣导向的教育模式，趣味性是创客教育课程设计的首要原则。爱玩是孩子的天性，创客教育课程就是要还原学习的“乐趣”，解放孩子的天性，让孩子们在快乐的探究活动中掌握学科知识、培养创新创造能力。创客教育课程的趣味化设计可从两个方面入手：（1）内容趣味化：创客教育课程的内容设计至关重要，既不能脱离大纲要求，又要激活学生的内在学习动机，让他们感受到课程学习的乐趣。为此，一方面，可以将知识进行问题化转换，即通过设计有趣的问题来调动学生的积极性，以问题贯穿课程内容而非采用传统的知识点组织方式；另一方面，可以将知识进行生活化转换，即建立知识与生活情境之间有意义关联，让学生真正感触到知识的生活价值。（2）活动趣味化：传统课堂上干瘪瘪的知识讲授绝对不适合创客教育，创客教育课程鼓励采用那些能够让学生亲自参与、动手实践的活动类型，比如，调研、实验、组装、模拟、比赛、游戏等。学生只有深度参与，才能有真实的“获得感”和身心愉悦的学习体验。需要说明的是，这里并非完全排斥传统的说教和练习活动，而是要以动手体验类活动为主，在此过程中可根据学生的实际表现和需要灵活融入讲解、练习等活动。理念2：立体化设计，超越传统课程的单一形态创客教育课程不是传统课程的翻版，而是一种融合多种学习理念与多种信息技术，以提升学生创客素养和创新、创造力为核心目标的全新课程形态。创客教育课程的设计不应该是二维平面，而应具备三维立体的视觉效果和使用体验。创客教育课程的立体化设计体现在：（1）课程目标立体化：在课程目标设定上，创客教育课程既遵循新课改倡导的三维目标；同时，又将在每个目标维度融入更多创新创造方面的具体要求，形成创造导向的立体化课程目标。（2）课程内容立体化：创客教育课程内容来源渠道多样，绝不局限于教科书，互联网、学习社区、创客空间等都可以提供丰富的学习内容，甚至学生也可以通过SGC（Student-generated content）的方式创生更贴近学生需求的课程内容。创客教育课程要与学生的知识经验紧密关联，要与学生的社会生活有机连通，建立“知识——经验——生活”多向度联结的内容管道。（3）课程资源立体化：除了纸质教材和相关配套辅助材料，创客教育课程还应提供足够丰富、足够便捷的数字化学习资源。比如，学习手册、微课、软件工具、历届学生作品、移动APP等，以全方位支持学生随时随地的探究学习。除了数字化资源，创客教育课程还应尽可能整合更多校内、校外的学科专家资源，以便给予学生更专业性的指导，帮助他们破解探究创造过程中遇到的难题。（4）课程教学立体化：创客教育课程的实施环境不再局限于传统教室，更多的教与学活动将发生在实验室、创客空间以及各种社会场所。创客教育课程教学除了物理空间的教学外，在线创客社区、网络学习空间等虚拟环境也是开展创客教育课程教学的重要场所。教师团队利用技术搭建起融合多种教学方法、整合各种学习资源的立体化教学环境；同时，营造平等民主、开放分享的学习氛围，以促进每位学习者的积极深度参与。（5）课程评价立体化：创客教育课程要改变传统课程的单一化评价模式，鼓励教师和学生协同开展立体化的学习评价，强调评价方式多样化、评价主体多元化、评价数据全面化以及评价目标个性化。创客教育课程评价的目的是衡量、诊断、预测每个孩子的学习与成长的动态情况，倡导利用学习档案袋持续采集学生的学习过程与结果数据，进而开展基于数据的全面、个性评价。理念3：模块化设计，灵活组装以满足不同层次的需求模块化设计思想早已在软件编程、产品设计等方面得到了广泛应用。简单来说，模块化就类似我们小时候玩的积木，通过少数几个模块便可以组合出很多种形状。创客教育课程的模块化设计，即根据程序模块化的构想和编制原则设计课程，充分考虑课程编制和课程实施的要求，将课程内容分解成适度松散而又相互关联的子模块。由于每个孩子的知识基础与兴趣点有所不同，统一步调的单一课程组织形式难以支持学生的个性化学习。创客教育课程的模块化有助于増强课程的灵活性、开放性和适应性，让每位学生都能从整个课程体系中选择自己感兴趣的模块以组成个性化的课程。学生之间可以根据兴趣自由组成兴趣小组，集体选择、重组课程模块形成团队课程，开展项目合作学习与作品创作。创客教育课程的模块化设计需要注意以下几点：（1）单个模块之间应当具有一定的独立性，但从整个课程来看，模块之间又是有机联系在一起的，在保证灵活性的同时又不失课程知识体系的完整性。（2）围绕相同的主题知识与技能要求，应尽量设计指向不同问题与生活情境、包含不同难度级别的项目模块，以便给学生提供更多的选择空间，达到“条条道路通罗马”的目的。（3）每个模块应保持合理的开放性，允许不同学科的教师根据教学需要以及学习者的实际情况，进行灵活的内容改编和配套工具资源的快速调换，以扩大课程模块的适用范围，提高课程模块的利用率。理念4：项目化设计，像科学家一样的研究创造项目不是大人的专利，小孩子同样可以玩转项目。老师布置项目任务，学生在教师指导下协作开展项目，最后提交项目报告、进行课堂成果汇报。项目式学习（Project-based learning）旨在把学生融入有意义的任务完成的过程中，让学生积极地学习、自主地进行知识的建构，以现实学习生成的知识和培养起来的能力为最高成就目标。（二）创客教育课程设计的框架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。 12 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 2 13 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 2 14 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 2 15 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 2 16 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 2 17 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 4 18 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 4 19 奔跑吧，火柴人多媒体触摸屏：32寸多点触控显示器；显示分辨率：1366×76 屏幕比例：16:9 背光方式：LED背光计算机配置：i5CPU/4G内存/32G态硬盘展示内容：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。加入卡通老虎追捕动画，增加幽默效果。操作方式：学生在触摸屏中选择火柴人奔跑动作片段，观看合成效果。套 4 20 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 4 21 水能和风能应用创客实验盒规格:176件,可以组装成F1赛车，豪华轿车，跑车，火箭车，飞机，油罐车，飞弹发射车，简易快艇，鱼雷，水上飞机，飞鱼，航空母舰，阿基米德潜艇，神风驱逐舰，喷水器，双瓶喷水器，双喷水头，动力涡轮水车，耕耘机，高扭力卡车头，八轮大卡车，水循环动力车，动力巴士，拉风跑车，天旋地转，捣米机，跳舞音乐盒，指挥机器人，雷达站等29个模型。套 4 22 动物园创客实验盒规格:88件,可以组装成霸王龙，大象，翼手龙，企鹅，螃蟹，猴子，天蝎，兔子等8个模型。套 4 23 百变创客实验盒规格:242件,可以组装成2挖土机、云梯车、堆土车、虎鱼、风车,大嘴鸟、狗、滚轮车、灯塔、夹罐车等10个模型。套 4 24 弹力创客实验盒规格:70件,可以组装成橡皮筋赛车，航天飞机，双体船，水翼艇，直升机等5个模型。套 4 25 7号机器人创客实验盒规格：228个部件。可以组装为智能机器人等8种机器人模型。在机器人的胸口上放置一台智能型手机，用这台智能型手机与另外的计算机使用视讯通话，就可以利用计算机看到它行进的画面。在很多救难现场都会用到这种救难机器人，例如坍方造成救难人员无法进入时，就会利用救难机器人前进探路，让救难人员了解现场状况；可以编写程序让机器狗往前进，它会一直往你的方向前进直到你面前坐下来；编写甲虫机器人的程序，会让它往前走直到感测到一个障碍物，接着，它会挥动夹钳和拍打翅膀来吓跑你。如果继续靠近它，它会退后，并与你保持距离，如果移除障碍物，它就会继续前进。套 4 26 能源组合技术创客实验盒规格:265件, 2片太阳能活动板, 可做 22 种模型变化，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。套 4 27 太阳能奇妙变幻创客实验盒规格：176件，可做蒸汽火车单螺旋桨飞机等6 种模型. 套 4 28 电学实验盒创客实验盒规格：120件，可以组装13种模型.可开展以下实验：摩斯密码、导电性、串并联和电流急急棒等13种实验套 4 29 电和磁创客实验盒规格：189件，可以组装电磁火车等6种模型.可开展电磁组合实验，了解电和磁是可以相互转换的，了解电是怎样产生磁的，以及电流和磁力的方向等知识，套 4 30 燃料电池创客实验盒规格：91个部件，可做由燃料电池驱动的22款模型，吉普车、风车、直升机和螺旋桨飞机等。套 4 31 空压发电创客实验盒规格：320×240×123，由85个部件组成。探究问题：利用空气压力发电。套 4 32 弹性原理创客实验盒）规格：320×240×370，由145个部件组成。9种交通车。探究问题：弹性原理套 4 33 齿轮传动创客实验盒规格：320×240×370，由50个部件组成。探究问题：可以组装成4个齿轮传动套 4 34 光学组装创客实验盒规格：173个零件可以设计组装显微镜，双筒望远镜、单筒望远镜、动画光学投影机等，投影机可以通过LED照明投射在屏幕上或者墙上欣赏动画。套 4 35 力的转化创客实验盒规格：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 4 36 气动组装创客实验盒规格：110件，可以设计组装气垫船，气悬球，火箭车等18款模型。套 4 37 组装遥控创客实验盒规格：212件，3个马达，1个红外线接收器，1个红外线遥控器。模型从使用1个马达到3个马达，由易到难，让模型产生不同的变化、动作。遥控式的红外线遥控器，利用红外线接收原理，可同时操作3个不同功能、动作的马达，自己设计一款属于自己的遥控模型来进行遥控实验。可设计吊车、推土机、机械手臂18种模型。套 4 38 趣味力学创客实验盒规格：由230个部件组成。，\可以组装成旋转木马、缆车、升降机、摩天轮等6个模型。套 4 39 空气水动能源创客实验盒规格：拼插式结构，易于组装拆卸，可重复使用。由空气压缩瓶、打气筒、气压水动马达及多种结构件、传动件、连接件组成，用ABS材料制作，能搭建水力发电、水槌机、鼓风机、气压水动车等5种以上模型。套 4 40 风力能源创客实验盒规格：部件數 :133个。拼插式结构，易于组装拆卸，可重复使用。由两种不同规格的叶片、马达盒、充电装置、LED发光装置及多种结构件、传动件、连接件组成，用ABS材料制作，能搭建风力发电模型等8种以上模型；套 4 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