创客教育融入初中物理课堂教学研究

郑晓君 郑誉煌

（1.广东第二师范学院物理与信息工程系 广东广州 510303；2.广东第二师范学院教务处 广东广州 510303）

“创客运动”可以理解为通过“互联网+DIY”，借助3D打印技术和各种开源硬件（例如Arduⅰno）等，将想法转换成现实的一种活动。可定制化是创客运动的主题，在这场活动中人们创新思维所碰撞出来的火花将推动着人们思维与动手能力不断前进[1]。

“创客”既是指一群热爱创新创作并乐于分享互助的人，也是一种具有创新性、创造性、共享性的学习方式。性别、年龄和职业都不会成为创客的障碍，只要你有创意的想法，愿意通过努力不断学习、尝试将想法变成现实，与他人分享交流，你就是创客[2]。

随着网络科技的快速发展，创新创作已不再只属于专家学者们。国内“大众创业，万众创新”的提出与推进，促进了创客运动的兴起和发展，进而掀起了创新热潮。在这个科学技术不断进步。教学理念不断更新的时代，人们对形式多样的优质教育的需求愈发强烈，在这样的背景下，创客教育应运而生[3]。

创客教育是在遵循教育规律下体现创客精神的一种教育形式。创客教育不是兴趣科普教育，而是传统学科教育的增补，是平民化的创意活动。创客教育鼓励学生“在创造中学”，融合不同学科的知识与技能，做到将知识实际应用，贯穿课堂教学。从这个意义上讲，创客教育并不是传统意义上的“第二课堂”，也不是为比赛而设的新课程，而是一种符合当代创新思想的教育教学模式[4]。

一、在初中物理教学中开展创客教育的策略

（一）创客教师的培养

创客教育需要综合素质能力强，能够激发学生创新思维、指导学生开展创客活动的专业教师。然而现在创客教育的状况是创客教育师资匮乏，大多数一线教师甚至没有听说过创客教育，那在这样的形势下怎样快速发展一支专业的创客教师队伍，是开展创客教育的关键[5]。

（1）善于发掘校内物理教师。大多数人认为信息技术和综合实践科目教师是目前校内发展创客教师的最优人选，其次才是物理等学科教师。事实上，创客教育与物理学科教学上有很多的关联，物理教师的实验操作技能、动手能力、专业知识都是成为创客教师的潜在优势。物理教师专业化学习涉及编程、电学、力学等，都为物理教师掌握专业的创客技术（3D 打印、开源硬件、激光雕刻等）提供了知识基础。发掘校内物理教师就要激发教师学习这些技术的兴趣，对于教师而言能够运用3D打印技术制作物理实验教具、模型等，通过这些技术对自身教学进行创新改进，既提高教学效率也将这些技术带进课堂带给学生。只有教师乐于创新敢于创新，才能在教学中将创新、创客理念传播给学生。

（2）实施“走出去，请进来”策略。“走出去”指教师走出自身的学习圈子，例如多到高校或企业学习先进的创客技术和教学方法；多参加此类竞赛，参加比赛既是对自己教学成果的检验，也是一个不断学习完善教学的手段。在参加比赛的过程中，激发自己的创新思维，学习他人的先进思想。“请进来”指邀请专业技术人员、高校教师或专业创客人员来上课，交流，合作学习，让更多的教师有学习创客技能的机会和动手实践、教学的平台。

（3）加强创客技能训练。教师开展创客教育，需要掌握一定的创客技能。对于物理教师而言，主要掌握三维建模和打印技术，激光雕刻与切割技术，Arduⅰno 控制技术。三维建模和打印技术使用三维设计软件进行实体建模，然后在课堂上使用3D打印机输出我们的设计造型。此项技术特别适用于物理教具的设计。激光雕刻与切割技术主要采用激光雕刻机，在物体表面蚀刻所要设计的图案或切割一些简单零件。Arduⅰno 是一个支持多功能物理计算的平台，其包括一个核心板及其外围模块。Arduⅰno可以帮助学生探索各类电子模块的功能，例如光电开关、按钮、继电器等，有利于扩展学生的电学知识。

（二）创新初中物理教具设计

杨现民[6]考虑到我国课程的可实施性，建议多采用一科主导的统整型课程设计形式，即以某个学科（例如物理）为主体，有机融合其他学科知识。物理是一门发现和总结自然规律的学科，它综合性强，同时又与数学、化学等学科有着不可分割的联系。物理教学多以实验探究为主，而创客教育的“在做中学”更加符合素质教育的要求，也更能体现学生在学习过程中的主体性。因此，创客教育与物理学科的融合开展是一种具有可行性的新型教学方式。

在讲授《自由落体运动》时，根据传统物理教学，教师通过讲解公式、知识点等进行课堂教学，再结合相关习题进行巩固。而对于创客式教育，教师则会鼓励学生在学习过程中多动手操作，让学生带着兴趣、意愿进行学习。这时，教师可以通过3D 打印技术自制伽利略轨道教具，如此一来，不仅将“创意变为现实”的创新理念带给学生，通过实物的展示也更加激发学生的学习兴趣，而3D 打印的可定制性也为教学提供更多的可能性，让教学更灵活。老师也可以让学生在课后制作一把反应尺并在课堂上展示，与老师同学分享制作过程的心得和尺子刻度的计算方法，如此，既体现了“学生为主体”的教学理念，也引导了学生将所学知识实际应用，培养学生动手能力的同时巩固了所学知识。

在讲授一些抽象复杂的概念时，创客教育的教学效果尤其显著。例如初三物理第14 章《内能的应用》涉及蒸汽机的结构和工作原理等知识，这些知识对于初中学生而言，比较抽象难懂。在本章的教学中，可以运用3D 建模软件Autodesk 123D Desⅰgn制作蒸汽机的模型（如图所示）。在课堂上展示实物，向学生介绍蒸汽机的曲柄连杆结构，讲解这个结构是如何将杆的直线运动转换为飞轮的圆周运动，进而得出蒸汽机是将蒸汽能量转变为机械功的动力装置。3D 打印自制教具，既为老师带来便利，能更加“随心所欲”根据自身的课堂要求制作相应教具，也能激发学生的学习热情，在物理教学的同时带给学生3D 打印的创客技能。

图 蒸汽机的模型

二、结束语

创客教育，不仅仅只是科普教育，更应该是更多的应用落地，融合课程教学才是创客教育存在的真正意义。根据对教师、家长和学生的初步调查，目前创客教育在学科教学中的应用还处于初步阶段，应该加大创客教育在教学应用上的宣传与推广。只有培养具有创新思维创客精神的老师，才能在初中物理学科教学上加入创客的元素、融入创新的思维，促进学科教学与创客教育融合，提高课堂的教学效率。