基于STEAM理念的高校创客空间建设与探索

摘要：高校专业实验室担负着培养大学生创新思维和科研素质的使命，高效优质的实验室运行机制保障，对培养学生观察能力、分析和判断能力，激发学生学习的热情具有重要的作用。作者所在学校的创客空间基于STEAM教育理念，引入跨学科课程体系，从STEAM教育辅修专业、主题小学期、在职教师培训等三个方面共同助力教师教学能力提升和学生创新能力发展，在人才培养、科学研究、社会服务等方面均取得不错的成效。

关键词：STEAM；创客空间；创新能力；实验室建设

中图分类号：G642  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）12-0104-04

创新教育是培养学生好奇心、灵敏性和创造性的活动，重点在于培养学生主动探索、主动获取知识的习惯和能力。创客实验室是根据学科建设需要和人才培养的要求，为适应新技术发展和社会对人才培养的要求而建立，其依托创新性的软硬件环境开展实践活动，将科研、创新的思维融入到实验教学中，探索新型实践机制和实验室管理机制，注重“做中学”，突破传统教师演示、学生模仿的教学模式，以培养学生创新能力为最终目标，推进研究性学习，培养创新型人才。下面，笔者以所在学校的犀牛创客空间为例，探索创客实验室运行新机制。

创客空间建设及运行

1.创客空间建设背景

笔者所在学校为师范类高校，始终以培养优秀教师为己任，同时结合自身学科特点，依托教育部数学教育技术应用与创新研究中心建立以“STEAM”教育理论为基础的犀牛创客空间，发展创客教育，为中小学培养掌握创客技能的合格教师。

2.创客空间基本信息

犀牛创客空间主要包括设计区、制造区、研讨与展示区。设计区拥有设计终端60余台，可以支持多个小组同时进行活动。制造区以3D打印机、激光切割机等设备为主，配备数控车床和铣床、小型打磨机、曲线锯、机床等，用于支持制造过程，同时，配套有各类手工工具、木工工具和智能硬件，提供配套辅材和工具，能够满足丰富的创客活动所需。研讨展示区配有可移动多功能课桌椅和液晶黑板一体屏幕，集研讨、教学、展示、培訓于一体。实验室人才培养以STEAM教育理念为指导，重在培养学生跨学科思维模式，提倡学科交叉融合，通过创客实践项目，实现创意、创物、创造，培养学生创新精神。具体路径如下页图1所示。

创客空间课程体系建立

1.指向创客教育的活动设计

犀牛创客空间以STEAM跨学科教育理念为引领，围绕创客教育活动设计和开展课程活动。活动形式包含理论和课程学习、专家讲座、项目实践、设计挑战等，旨在使学员掌握综合实践活动、创客教育和STEAM教育理论知识体系、基本技能和方法，使其具备项目式教学能力、跨学科课程设计能力、综合实践能力和教育评价能力，培养一专多能的人才。

2.创建跨学科课程群

为培养学生综合素质和创新能力，犀牛创客空间将课程设置为八大课程群。每个课程群包括2～3门课程，覆盖了学生能力培养三大领域，即理论基础和思维模式、创新设计能力、工具使用能力等，综合提升学生创新实践能力。

其中，科学教育原理与实践课程、人工智能课程系列课程帮助学生构建科学教育的理论知识体系，了解其基本技能和评价方法，为开展创新思维训练和创新设计能力提升奠定理论基础。

设计思维方法与实践类、智能硬件设计与开发、图形化编程与应用课程引导学员建立科学的观念体系，学会理性分析问题、解决问题的创新方法。以项目式学习为起点，通过发现问题、问题定义、方案构思、模型制作、测试优化、展示交流的过程完成创意设计与实践、智能硬件设计与开发，提升学员创新设计能力。

手工课程群、二维设计与激光切割、三维设计与3D打印等数字化设计与制造课程从动手实践能力、数控设计与制造能力等角度，综合提升学员工具使用和实践操作能力。

综合设计使学员综合运用所学的理论知识和实践操作技能，应用项目式学习方法，发挥小组合作和创新精神，完成综合实践作品。

创客空间运行机制探索

犀牛创客空间的运行是基于STEAM教师教育课程体系，围绕创客空间教学空间设计、教学内容整合、教学方法创新等方面开展教学活动。在教学过程中，创客空间重视项目学习、探究式学习、基于问题/设计的学习、研究性学习以及与真实情境的联系，强调所学知识的应用性和实践性，努力创设适合创造性思维培养的非正式化学习环境。[1]

1.创客空间建立全方位培养模式

在人才培养模式方面，实验室通过STEAM教育辅修专业、主题小学期、在职教师培训等三种方式（如图2），助力教师教学能力提升和学生创新能力发展。

在教学空间方面，结合实验室特点和专业特色，构建实验室创新硬环境和软环境。实验室内部所有墙面均采用金属洞洞板覆盖，辅以挂盒和挂钩，大大增加了墙面的使用面积和多样化功能，墙面设计有手工和电子材料区、电动工具区、手工工具区、作品展示区等。实验室桌面采用自动升降显示器，台面集计算机设计、手工台面、面对面讨论等多种功能于一体，使教学空间得到充分运用。创客空间内同时布置文化宣传墙，采用创客空间自有的制造方式以及文字创意表达创新含义，如使用激光切割机切割磁性文字的方式将宣传文字贴在金属墙中。创客空间展示区通过展示学员优秀的手工作品、数字化设计制造作品、综合实践项目作品等，为学生学习提供灵感和启发，激发学生的创新意识和动力。

2.项目驱动式学习调动学生积极性

在教学内容方面，创客空间各课程群之间形成统一的STEAM创新教育教学体系，同时，模块化的课程设计保证各课程群又相对独立，能够单独开展活动，满足不同场景、不同环节的教学或培训项目需求，支持实验室更灵活、更开放地发展。

在教学方法方面，创客空间主要采用项目驱动教学方式，理论与实践并重，充分发挥实践课程的实践取向，力图突破传统实践课程依附于理论课程的现象，实现二者并重。实践表明，项目驱动式教学对提高学生创新能力、培养学生团队合作意识有重要的意义。以学期综合实践活动为例，在开展的历次学期综合实践活动中，主题涵盖综合实践自主创造项目主题、“一带一路”、“未来学校”等。项目驱动式教学能够快速调动学生动手积极性，团队能够在较短的时间内运用所学的知识开展讨论，形成想法，并付诸实践，在要求的时间内完成创意作品。作品在美观性、实用性、创新性、学科综合性等方面表现优异，为学生进入教学岗位开展实际教学工作奠定了良好的基础。

3.空间管理主次结合共同参与

在管理体系方面，犀牛创客空间实行“校—院—中心”三级管理，师生共同参与。创客空间纳入学校统一实验室管理体系，设置校内编号并备案，每年向学校汇报实验室使用情况和成果清单。

创客空间日常运行以学院和学院实验室管理中心为主要负责单元，以支持教学、科研为主要职责，同时兼顾社会服务。创客空间面向全校各专业学生开设STEAM教师教育辅修二学位，提供成体系的STEAM教师教育课程方案，为所有对创客教育感兴趣的学生提供学习和活动的场所和机会。同时，面向相关专业本科生开设手工类必修和选修课程，为学生进入学校开展通用技术课程提供实践机会；面向相关专业高年级学生在暑期开展专项创新实践，旨在切实提高学生创新设计水平。创客空间的科研活动以研究生培养为主，学生在导师的指导下围绕专业兴趣开展创客和STEAM教育研究，以及人工智能教育相关研究。创客空间的活动设计和实施实现科研先行、教学应用的模式，使学生始终能够接触最新的科研成果，助力人才培养。

创客空间的管理以教师管理人员为主，研究生管理作为补充，研究生对各类实验室设备有较为详尽的了解，能够有效缓解实验室教学人员不足的难题。另外，在开展集中活动时，还会聘请专门的活动助教，以应对不同的教学需求。

创客空间人才培养成效

在教学方面，通过开设必修课、选修课、辅修课程，为本专业学生以及全校学生开通创新能力培养新渠道，满足学生多样化的学习需求。创客空间自建立以来，已吸引来自11个专业类别的学生修读STEAM教师教育辅修学位。学生在学习过程中将自身专业知识与STEAM思维、创客技能相结合，产出许多优秀的作品。在专业人才培养方面，实验室连续四年面向教育技术学专业大二本科生开设创客小学期，以主题设计和小组合作的方式开展项目式学习，学习方案以STEAM教育理念为引领，通过对STEAM理论、数字化设计制造、智能硬件、手工等的学习，实现指定科创主题作品，实现“做中学”，有效锻炼了学生创新能力和小组协作能力。在科学研究方面，面向研究生开放创客空间开展STEAM研究工作，支持研究生实现理论与实践的有机结合，切实提高研究生的动手实践能力。在社会服务方面，与专业教师培训项目相结合，以在职教师信息技术能力为重点，发挥创客空间的社会服务功能，为提升中小学在职教师的综合素质和职后发展发挥功能。

创客实验室建设优化路径

当前，犀牛创客空间运行仍以管理人员为主导，以教学科研为主要内容，运行相对封闭，空间利用率较低，使用灵活性较差。同时，实验项目内容相对固化，缺乏有效的更新机制，且资源短缺。因此，要想加強创客实验室建设，充分发挥其多方面的作用，必须转变观念，以学生为本，改变传统实验室教学管理、运行模式，开放实践平台，实现资源共享，为培养创新型人才奠定基础。

首先，创客实验室建设应处理好实验室与教研室、实验教学与理论教学的关系。教师应探索实验室与教研室的配合，结合理论课程，开设同类实验实践类课程项目，指向共同的培养目标。[2]同时，实验教学与理论教学既要相对独立，又要紧密结合，要建立定期沟通机制，以保持教学的一致性和连贯性。

其次，创客实验室应从当前的有条件开放过渡到全面开放，建设环境和谐、设备相对先进的能给学生提供创新实践机会的平台，并建立完善的管理制度。利用课内外、学院内外、校内外多种形式实现开放，吸引更多的学生到开放实验室从事实验和科研活动，不断提高学生的实践能力、创新能力。[3]创客实验室应建立与全面开放机制相匹配的规章制度和实验室规则，在吸引更多学生参与到创新活动中的同时，保证创客实验室管理有序化、制度化，可采取预约制、学时学分制、远程管理、信息化管理等手段保证创客空间活动顺利进行。

再次，高校应增加投入，加强学校创新实验空间的建设，如配备更多活动室、创客工作坊、工程建设室等特色功能教室等，为学生提供动手实践的物理场所和硬件设施，支持学生自主开展基于兴趣的跨学科探究活动，以此培养学生实际动手操作能力。[4]

最后，创客实验室应建设一支结构合理、素质较高、具有创新意识和奉献精神的专职实验教学队伍。实验室逐渐增加的实验项目越来越多涉及新理论知识、交叉学科知识、新实验手段等，必须加强实验队伍建设和培训，不断将新知识、新技术和新方法充实到实验教学中。

综上所述，创客实验室必须注重机制保障，在实验内容创新、队伍建设、激励机制等多方面实现突破，才能更好地助力创新人才培养。

参考文献：

[1]魏亚丽，宋秋前.STEM教育研究：热点、分布及趋势[J].外国中小学教育，2019（01）：10-19.

[2]王益玲. 改革实验室管理体制 培养学生创新能力[J].辽宁教育研究，2003（07）：61-62.

[3]廖庆敏，秦钢年.建立开放实验室 提高学生的实践能力和创新能力[J].实验室研究与探索，2010，29（04）：162-165.

[4]陈婷，胡雪涵，高鑫.西部中小学STEAM教育发展的现实问题与应对策略—基于教师视角的调查[J].中国电化教育，2021（03）：111-116.

作者简介：刘文龙（1987—），男，硕士，实验师，主要从事实验室管理与实验教学、创客与STEM教育教学等方面的工作。