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——在第六届“素质教育与逻辑思维”论坛上的专题报告
清华大学航天航空学院教授 高云峰
一、创课教育的理论 （一）创课的历史及文化 创客（Maker/Hack），是指出于兴趣与爱好，努力把各种创意转变为现实的人。 2014年的国际高等教育权威报告《地平线报告》中指出，创客将在3到5年之内形成影响教育发展的关键趋势，并取得实际效果。 在美国，创客及创客教育已经成为了国家战略。创客，正取代个人创新、企业创新，成为创新的新主角。 2014年的 Maker fair（创新集市） 活动在美国白宫举行，彰显该运动对支持国家创新战略具有的特别意义。 （二）STEAM与创客教育 1986年，美国国家科学委员会在《本科的科学、数学和工程教育》报告中首次出现了STEM概念（Science，Technology，Engineering，Mathematics）。 2006年，美国总统布什在其国情咨文中公布了一项重要计划——《美国竞争力计划》，提出知识经济时代教育目标之一是培养具有STEM素养的人才，并称其为全球竞争力的关键。 2009年，美国国家科学委员会致总统奥巴马一封公开信，明确指出：国家的经济繁荣和安全要求美国保持科学和技术的世界领先和指导地位。大学前的STEM教育是建立领导地位的基础，而且应当是国家最重要的任务之一。 近年，又增加了Art，变为STEAM。 科学，是反映自然、社会、思维等客观规律的知识体系，数学，是研究空间形式和数量关系的一门科学。技术，是解决问题的工具、方法和经验的总称。工程，是运用科学原理和技术手段创造人工物体的过程。
1.STEAM教育的内涵 STEAM教育是一种通过整合科学、技术、工程和数学领域内容指引教学和学习的途径和方法。STEAM综合了各学科的特点，将知识的获取、方法与工具的利用以及创新生产的过程进行了有机的统一。 STEAM不仅综合了不同学科的知识，更加融合了不同学科所经历的不同实践活动、体现的不同精神和内涵，可以认为是一种多元学科文化的融合创新。STEAM教育是STEM理念在教育中的反映，是付诸于教育实践的一种思考，STEAM教育强调不同学科教育的重要性及其之间的关联性，培养学生的综合素养。 2.STEAM教育的特征 STEAM教育以整合的教学方式培养学生掌握知识和技能，并能灵活应用解决真实世界的问题。融合的STEAM教育具备这些核心特征:跨学科、趣味性、体验性、协作性、设计性等。 跨学科。强调融合各个学科，在“学”和“做”中发展学生的多元智能，通过各学科的规律性联系，不断培养学生的创新意识、创新能力和创新精神。 体验性。多年的课堂教学经验表明，学习不仅要通过自学或教师讲授习得抽象知识，更要让学生用脑、用心、动手参与学习过程。
3.创客文化与STEAM教育的异同及借鉴 目前创客空间普及很快，几乎每所学校都要建立创客空间。与此同时，STEAM教育则冷清得多。 从教育的角度看，STEAM教育是系统的本质的，而创客教育是零散的表象的。目前有一种以偏概全的趋势，用创客教育取代了STEAM教育。因此正确理解创客教育与STEAM教育的关系，利用创客教育的热潮重视STEAM教育，就显得尤为重要。 建议如下： （1）STEAM教育中嵌入创客教育模式 创客教育和活动明显可以降低STEAM起步阶段的难度，对于平缓初始阶段的学习曲线大有裨益。并且，如果融入创客教育，将更加丰富学生的学习内容。还可借助高效的数字化设备，设计更为实用的课程，通过课程让学生看到学科之间、学科与现实之间的关联，从而让学生了解真实的生活，培养学生的交流技能，促进学生在身体、智力、情感和品德的全面发展。 （2）强调创客教育为用，STEAM为本 现有的创客教育活动没有形成一套成熟的课程体系，且缺少体系化的培养模型和教材，还不能取代学校的系统化教学。 既要深化STEAM教育，在学生的实验中设置更多STEAM课程，又要大力推广数字化设备，让创客教育成为学校开展STEAM教育的有力抓手，做到“STEAM为本、Maker为用”，保证学生学习创新的可持续性。 二、创课教育的实践 （一）STEAM教育的案例 STEAM基于科学、技术、工程与数学之间的关系综合了各学科的特点，将知识的获取、方法与工具的利用以及创新生产的过程进行了有机的统一。 我在进行STEAM教育尝试时，强调“设计”作为学生已有知识体系的反馈和输出，具有开放性和挑战性，是创意和能力培养的必要环节。努力贯通创客教育与STEAM教育。一个没有深厚 STEAM基础的创客，可以做一些简单的设计和装置，但是涉及到更多科学原理、数学计算的问题时，往往束手无策。如下图：
（二）真实情境中的创客案例 STEAM 教育和创客教育都倾向于真实情境问题的解决。 从2000年开始，我先后与中央电视台《异想天开》、《走进科学》、《我爱发明》、《原来如此》以及北京电视台、湖南卫视、深圳卫视合作，策划设计了数百个力学科普实验或活动，例如纸桥过车、纸船载人、弹簧秤称大象、手机吊冰箱、飞针穿玻璃、机械打水漂等经典节目，观众累计超过5亿人次。 以“手机吊冰箱”为例：
（三）数字化创客培养的平台——给我一块木板，还你一个世界 从目前的发展水平看，激光切割机、3D 打印机、数控机床、激光扫描仪、开源硬件聚集起来成为“快速原型设备套件”已经是创客的基本硬件。目前3D打印技术发展很快，在艺术设计、工业零部件、科普模型、医学修复、食品、建筑等方面都有应用。但是3D技术最大的问题是速度比较慢，精度不高，入门容易进阶难…… 所以，我整合了快速的激光切割技术，建立了相应的数字化设计与制作平台，经过实践，可以让学生在课堂内做出自己的作品。 什么是CAME（卡魅）？ CAM是Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造，这在工业界已经广泛运用。 CAME是Computer Aided Manufacturing for Education，服务于教育的计算机辅助制造。 CAME的核心是把CAM（计算机辅助制造）技术和设备创造性地引入课堂教育，帮助每个学生释放创意并形成作品。 CAME最大的特点，就是可以快速地帮助学生实现自己的想法。以往，学生做一个东西，使用锯、锉、钻、削等方法，要费很长时间，很多人的热情往往就在这个过程中消失了。 数字化的设计和制造，速度非常快，而且精度很高。用激光切割出一个高精度的圆形只需几秒钟，手工费时费力且几乎不可能太圆。 利用CAME，在很短的时间内就可以把学生的创意付诸实施，做出很漂亮的东西。这个感觉就完全不一样。 CAME以平板为主要材料，配少量器材，可以做出令人意外的作品，真正体现了创客的创意。 由于激光切割需要的是平面设计，大大降低了设计的难度。而且用平面也可做出三维的作品。国内外有研究表明：男女学生在学习立体几何方面有明显的差异，这对目前3D打印的普及是一个需要考虑的问题。另外，学生在设计一个新东西的时候，开始时经验不足，不可避免会出一些错误。以往，学生花了很长时间做出来的东西，一旦有错，就容易前功尽弃，积极性受到打击。 现在，修改设计后，花几分钟就可以再做出一个。所以，可以不断地边试验边修改。 这种“所想即所得”的授课模式让学生充满成就感，建立自信心，能最大限度地激发学生的创造力。
三、总结 （一）创客的发展十分迅速，创客教育目前还没有形成体系。STEAM教育对国家的未来十分重要，但是目前还没有得到应有的重视。可以借助创客运动开展STEAM教育，融合的学科知识是创客后续前进的动力。 （二）真实情景下的问题涉及多学科的知识，有利于学生发现问题、解决问题。除了知识和过程，也利于学生的情感培养。 （三）创立了创客培养的卡魅平台，让学生在课堂内就能把创意变为现实，二维的设计减低了难度，从原材料做起体现了创客的价值。
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