摘要：本文圍繞如何提升創客素養，提出了通過中小學信息技術學科，在中小學內培養3D創客師資，從而普及創客素養的思路。並提供了若干區域學校、學生個體實踐案例以佐證此模式的可操作性。
關鍵詞：信息技術；創客素養；信息素養；科技創新
一、創客素養與科技創新活動
（一）創客素養
1.探究與思考
創客是願意或勤於問為什麼的人，不斷在探究生活、學習、工作中的不合理現象，並積極去探究為什麼不合理？俗話說，找到問題就解決了一半，這說明現象≠問題，比如，家裡的水管共鳴是現象，原因可能是頻率共振（通過調節進戶閥門解決），也可能是漏水（補上漏點解決），還有可能是水管中混進了空氣（找到儲氣點排出解決）。能積極觀察到不合理現象是發現問題從而解決問題的第一步，這也是培養學生創客素養最關鍵的一步。
2.行動實踐
一是有勇於行動的意識，想到了就去做，不管想法成熟與否或有能力與否（無能力的可與下條呼應），二是有行動實踐的能力，也即在不斷行動的過程中，掌握並能有效使用各種創客工具，並逐漸形成一套行動的思路與方法（如下圖），基於問題導向善用創客工具來解決問題。
圖1：那豆青少年科技創作過程全圖
3.終身學習
創客工具種類繁多（參見：二、創客工具分類），且在不斷的增加演進中，熟練掌握並能應用一種創客工具需要很多時間，例如：學習使用3D印表機的進絲、軟體切片設置、開始列印等並不難，但要保證列印出一個優秀的作品，需要考慮多種因素；再進一步，使用3D造型軟體，設計一個解決問題的結構件，同時應符合3D列印的特點，這需要至少1-2個月的專注投入才能有所收穫。在掌握這些創客工具並吸收了周邊應用的知識與技能後，要能進一步圍繞「思考方法」來「解決問題」更是一個螺旋成熟的過程，需要不斷吸收各類養分，終身學習。
4.合作與分享
在開展創客活動中有意識的了解自己、認識自己，意識到人的多樣性和各有所專的特點，從而更願意加入到合作項目中去發揮自己的特長。此外，創客活動不是孤芳自賞，而是需要通過各種渠道與途徑多多分享，找到賞識自己方案的夥伴，找到能為自己方案提供意見建議的隊友，在這個共鳴的過程中持續改良，不斷成長。
（二）科技創新活動
中小學校的科技創新活動，一般歸入於綜合實踐這一學科中，比如每年5-6月份全國各地市在科技節發起的（市級）青少年科技創新大賽，通常就由綜合實踐活動老師來主導參加，在經過30多年演變後，全國青少年科技創新大賽的作品已經由最初的小發明、小創意以及各種手工與傳統製作，向創客作品的方向演化，但創客素養對於綜合實踐活動老師來說，卻是門檻相對較高的一項技能，如能通過信息技術學科，把創客素養帶入到綜合實踐活動中去，將有利於更好的開展新時代的科技創新活動。
二、創客工具分類
對於創客技術，坊間有許多提法，比如《創客教育體系架構研究》[1]中，提出了：創客的技術支撐，由「3D技術、網絡通訊技術、傳感技術、可穿戴技術、虛擬實境技術」組成，而《基於「中國創造」的創客教育支持生態研究》[2]中，則對創意電子教育，提出了「上位機軟體：編程工具，板卡固件：作業系統、解釋器、代碼庫，硬體板卡：控制板、擴展板，底層晶片：微處理器、其他晶片」的技術支撐架構。
創客技術一經產品化，就成為創客工具，我們認為創客工具有如下三大類：
（一）結構創意類
1.3D造型軟體（含3D掃描儀）
用於設計結構件，基礎的3D造型軟體（如全國中小學電腦製作活動中使用的中望3D One軟體），一般具備實體建模、草圖繪製、特徵造型、布爾運算、測量等功能。適合小學起點的學生使用。而功能更為強大的軟體，也進入不少教師的視野，如西門子的Solid Edge軟體，不僅具有多種正向建模手段，同時也有強大的逆向建模功能，可以配套3D掃描儀，依託實物模型快速完成三維再設計，這也是三維建模設計的高級階段。
2.3D印表機
3D印表機是輸出工具，也是創意思維的一個載體，沒有實物輸出則評估、交流、反饋的效果會不盡理想，所以3D列印是從虛擬世界（數位化存在）向現實世界（實體存在）轉化的重要步驟。現在的3D列印與傳統加工方式相比，可稱之為身邊小工廠，能更便捷的輸出為實物，方便改良完善與數位化保存。
3.雷射切割、焊接
輸出工具，用得好還得看創意。
4.機械加工
各種傳統機械加工方式，如車、磨、鑽、刨、銑等，在部件的材料選擇、材料強度、外觀質量、批量成本等方面都有無可比擬的優勢。
5.木工、手工、陶藝
傳統文化積累下來有很多結構創意（如木工的各類榫卯結構），可用於激發創意思考。
（二）電子創意類
入門級一般使用圖形化的方式編程，可以方便的傳輸到固件以執行相應命令，使主板與擴展板的組合具備某種人機互動功能，也可以稱之為人工智慧基礎。
1.編程軟體——上位機
入門級的圖形化編程界面，方便教師教學及學生理解使用，低齡至小學一年級的學生也可以理解並使用，通過編程學習邏輯關係，從而讓學生從小具備邏輯思維的能力。典型的有Scratch, Mixly, Linkboy等軟體環境。
2.智能電路
目前較多採用Arduino電路板以及各種擴展板，經過多年的發展，Arduino電路板家庭已經發展壯大，除了入門級的UNO板外，還有多達幾十種主板可以供使用者選擇，比如像Mega板就可以作為一臺3D印表機的主板使用。另外，2016年由BBC（沒錯，是英國廣播公司！）專為青少年編程教育推出的開發板micro:bit，以其低成本、高集成度和易用的特點，逐步為更多的創客教育工作者所認可。
（三）傳統工具類
1.手工具——各種螺絲刀、各種鉗子、手工鋸子、扳手，榔頭等
2.電動工具——電鑽、電磨、電鋸，或桌面式的微型工具機也可列入此類。
3.電子電路工具——示波器、萬用表、電流表等
三、信息技術學科在推動創客活動時的主導地位
（一）創客教育依賴於大量信息化的實踐工具
1.編程工具
需要通過程式語言來實現設計者的邏輯意圖，目前主流的入門編程工具均採用圖形化方式以方便更低齡的學生使用。而在高中階段的信息技術課程中，以浙江為例，不管是2018年開始大熱的Python語言，還是之前所採用的VB語言，編程都列入高考選考的內容，這樣從小學生入學到高考，在編程這一培養內容的延續性上已經形成了閉環。
2.3D造型軟體
在培訓中小學教師的過程中，我們發現有不少教師具備一定的3D造型軟體使用基礎，比如中學教師會主動學習AUTOCAD，Solidworks等軟體，這些創客教師都是在做電子創意的過程中意識到結構件的重要性，也即美觀或更能滿足搭建電路板的各類個性化尺寸要求——開始學習相關軟體。此外，現在也有廠家推出了圖形化編程形式的3D造型軟體，如Scratch 3D，可以用圖形化編程的方式來實現空間立體造型，將編程與3D造型有機結合在一起，這也使信息技術教師更容易理解與掌握。
3.3D印表機——不是傳統印表機，但有相通性
中小學校內的各類電子設備，一般由信息技術教師來學習、操作或對接校外的維護保養事宜，所以對於同屬電子設備類的3D印表機，信息技術老師們也是比較容易上手與操作的，熟悉傳統的電子設備維護服務流程，同樣可以有效地嫁接到創客新裝備中來。
此外還有很多信息化工具，以下不再逐一列舉。
（二）信息技術教師的信息素養與動手能力恰恰是創客素養中重要一面
對照上文中的「行動實踐」，各學科中，恰恰是信息技術教師具有了較好的信息素養基礎，以及日常電子設備操作實踐時必要的動手能力，這種「與學科俱來」的能力是其它學科教師沒有條件具備的。
（三）教育信息化2.0時代給信息技術學科提出更高要求
1.從提升學生信息技術應用能力向提升信息技術素養轉變
舉例如：在教育信息化1.0時代，會用電腦打字（辦公文員），而2.0時代，要會用電腦編程（程式設計師），教師所做到的不只是工具操作或簡單應用教學，而應把自己會學會玩的「信息素養」傳遞給學生，讓學生也具有同樣會學會玩的能力。
2.從應用融合發展，向創新融合發展轉變
在教育信息化1.0時代，信息技術發揮作用的典型場景，往往是每個教室配了一塊多媒體展示裝置，各學科老師都使用PPT來代替板書，備課與上課更為輕鬆，但是教學內容與教學方法上的變革卻甚少。而2.0時代的創新融合，意味著不只是教學方式、教學內容上有創新，而是以學生為中心，更著重於培養其創新實踐的能力。
（四）各學科均有與科技創新結合，需要通過創客教育進入新發展階段
查找文獻資料，中小學中已有大量的各科教師，意識到在教學中融入科技創新思維的重要性，比如初中物理：「把探究式教學作為主流，努力培養學生的動手能力」[3] ,《一種科技創新的教學設計》[4]專題研究在高中物理階段的創新教學方法，也即：發現問題、提出問題；分析思考、確定課題；理論推測、論證方案；製作模型、檢驗方案；評估矯正、升華創新。此外還有小學語文、小學英語、高中生物，高中化學，均有教師將自己的學科與科技創新相結合，本文不再一一列舉。以上，說明各學科均意識到科技創新的重要性並都找到了相關結合點，但如何順應現代高技術的快速發展，並將之帶入學科？我們認為可以創客教育為入口，從信息技術學科開始，逐漸普及到培養各學科教師的創客素養，讓這種探索進入一個全新的階段。
圖2：中小學創客教育的學科體系和導入方式
四、培養教師創客素養的構想與路徑
（一）第一步：學會使用創客工具
我們在參與各類教師培訓平臺3D創客師訓項目時，所設計的40-90學時師資培訓項目，通過加大實踐比重，引導教師以應用為導向開展學習，可以確保參加培訓的教師掌握各種基礎的創客類信息技術工具。
（二）第二步：學會利用信息技術手段完成創客項目
在掌握工具的操作及基本整合應用之後，創客教師的學習應向創客項目方向發展，在開展創客項目中，可以使用的信息技術手段如：
1.檢索文獻
學會通過專業文獻渠道，如萬方數據、維普期刊等搜索文獻，用於探究、學習並形成自己的獨有構想或構思，例如本文後的參考文獻。
2.網絡調查
如「問卷星」，可以設計調查問卷，使用微信建立問卷並通過轉發收集調查問卷，在界定問題、設計方案完成後的用戶反饋階段均可用到。
3.資源搜索
通過網際網路檢索課件資源、開發資源或合作夥伴信息等。
4.學習與分享
使用類似3D造（www.3dzao.cn）的網站，瀏覽並學習其它用戶上傳的3D設計數據信息，並可以將自己設計好的3D數據上傳並分享。
（三）第三步：從會「用」工具到會「造」工具的轉換
不滿足於做一些簡單改良，而是要把創客作品做成產品化，這是培養創客素養的第三步。比如桌面型3D印表機，起點就是一個創客作品。許多創客從會用這一設備，到不滿足於現有設備的功能，利用電路主板、擴展板與各類器件以及編制的控制程序，自己搭建一臺3D印表機並不斷改良優化，這即是創客素養的一種質變。
五、培育創客素養的實踐案例
（一）2017年浙江省中小學師資培訓
2017年，藉助與浙江省教育廳師資培訓平臺上的培訓基地合作，我們培養了全省近350名3D創客師資（中小學含中職教師）。3D創客也即圍繞問題，使用3D造型軟體設計，以3D列印件為外形載體，結合創意電子來實現一定的人機互動功能的創客活動。有別於傳統坐而論道的師資培訓方式，創客師資培訓更強調實踐教學，對實踐環境有更高的要求（本文：二、中所提到的各類創客工具，傳統教室多不具備），同時也對教學設計提出更高的要求。具體實踐中，我們為進入企業（擁有功能完備的3D創客教室）培訓的教師，提供全程（一般至少3天）3D列印設備使用服務，方便教師在課堂電腦學習後實踐操作使用3D列印設備，因為可以自主列印想要的模型，這一舉措極大的激發了教師的動手興趣並培養了實踐能力。在2017年底舉辦的教師教具比賽中，許多教師提交了結合本身學科的3D列印教具改良作品。
（二）3D夢想城鎮的內部講師教研活動
先臨啟智的3D夢想城鎮有許多內部講師——3D夢想師，根據工作要求，分為實習級，三、二、一共四個等級，不同的級別與技術掌握能力、教學應用能力、課程開發能力、教師培養能力相關，其中「技術掌握能力」基本覆蓋本文中的各類創客工具。為培養內部講師，每兩周有固定的教研時間，以提升講師的上述能力，並每半年進行一次等級評定。
（三）2017年浙江省各類中小學創客類比賽獲獎實例
以下實例為實踐「那豆青少年科技創作過程全圖」的一個典型案例，按該流程培養學生觀察、思考、實踐、改良最終完成了作品，「一種適用於多種櫃門把手的手機支架」作品參加了2017年全國中小學信息技術創新與實踐活動（NOC）獲一等獎，同年也在杭州市青少年科技創新大賽中獲得三等獎。
圖3：科技創新項目報告
參考文獻：
[1]創客教育體系架構研究，陝西師範大學楊麗，張立國，王國華，《現代遠距離教育》2016年第3期 總第165期
[2] 基於「中國創造」的創客教育支持生態研究，傅騫 北京師範大學教育技術學院，2015.11 《中國電化教育》總第346期
[3] 初中物理教學怎樣培養學生科技創新能力，陳興毅 重慶市忠縣教育信息技術與裝備中心，《科學諮詢(科技·管理)》,2015(2)
[4] 一種科技創新的教學設計——兼談創新教學方法，邢海根 廬江第四中學，物理通報2009年第8期
本文在人民教育出版社舉辦的「第三屆中小學數位化教學研討會」中，獲評論文一等獎，文中內容局部有修改。
權利聲明：本文系3D夢想城鎮 那豆老師（周毅）原創，並授權在本公眾號刊登，文中觀點不代表本號立場，轉載者需獲得授權。