初中物理課堂教學創客教育的融入

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摘要：近年，創客活動在全世界各地快速興起發展，越來越多的學校開始創辦創客課程。素質教育是“以學生為主體”的教育，創客教育“在做中學”的理念正是與之相符。如何將創客教育理念融入物理課堂教學是一個值得研究的課題。運用3D設計技術，討論了在初中物理教學中開展創客教育的策略和實際應用。

關鍵詞：創客教育；物理教學；3D設計

“創客運動”可以理解為通過“互聯網+DIY”，借助3D打印技術和各種開源硬件（例如Arduino）等，將想法轉換成現實的一種活動。可定制化是創客運動的主題，在這場活動中人們創新思維所碰撞出來的火花將推動著人們思維與動手能力不斷前進[1]。“創客”既是指一群熱愛創新創作并樂于分享互助的人，也是一種具有創新性、創造性、共享性的學習方式。性別、年齡和職業都不會成為創客的障礙，只要你有創意的想法，愿意通過努力不斷學習、嘗試將想法變成現實，與他人分享交流，你就是創客[2]。隨著網絡科技的快速發展，創新創作已不再只屬于專家學者們。國內“大眾創業，萬眾創新”的提出與推進，促進了創客運動的興起和發展，進而掀起了創新熱潮。在這個科學技術不斷進步。教學理念不斷更新的時代，人們對形式多樣的優質教育的需求愈發強烈，在這樣的背景下，創客教育應運而生[3]。創客教育是在遵循教育規律下體現創客精神的一種教育形式。創客教育不是興趣科普教育，而是傳統學科教育的增補，是平民化的創意活動。創客教育鼓勵學生“在創造中學”，融合不同學科的知識與技能，做到將知識實際應用，貫穿課堂教學。從這個意義上講，創客教育并不是傳統意義上的“第二課堂”，也不是為比賽而設的新課程，而是一種符合當代創新思想的教育教學模式[4]。

一、在初中物理教學中開展創客教育的策略

（一）創客教師的培養創客教育需要綜合素質能力強，能夠激發學生創新思維、指導學生開展創客活動的專業教師。然而現在創客教育的狀況是創客教育師資匱乏，大多數一線教師甚至沒有聽說過創客教育，那在這樣的形勢下怎樣快速發展一支專業的創客教師隊伍，是開展創客教育的關鍵[5]。（1）善于發掘校內物理教師。大多數人認為信息技術和綜合實踐科目教師是目前校內發展創客教師的最優人選，其次才是物理等學科教師。事實上，創客教育與物理學科教學上有很多的關聯，物理教師的實驗操作技能、動手能力、專業知識都是成為創客教師的潛在優勢。物理教師專業化學習涉及編程、電學、力學等，都為物理教師掌握專業的創客技術（3D打印、開源硬件、激光雕刻等）提供了知識基礎。發掘校內物理教師就要激發教師學習這些技術的興趣，對于教師而言能夠運用3D打印技術制作物理實驗教具、模型等，通過這些技術對自身教學進行創新改進，既提高教學效率也將這些技術帶進課堂帶給學生。只有教師樂于創新敢于創新，才能在教學中將創新、創客理念傳播給學生。（2）實施“走出去，請進來”策略。“走出去”指教師走出自身的學習圈子，例如多到高校或企業學習先進的創客技術和教學方法；多參加此類競賽，參加比賽既是對自己教學成果的檢驗，也是一個不斷學習完善教學的手段。在參加比賽的過程中，激發自己的創新思維，學習他人的先進思想。“請進來”指邀請專業技術人員、高校教師或專業創客人員來上課，交流，合作學習，讓更多的教師有學習創客技能的機會和動手實踐、教學的平臺。（3）加強創客技能訓練。教師開展創客教育，需要掌握一定的創客技能。對于物理教師而言，主要掌握三維建模和打印技術，激光雕刻與切割技術，Arduino控制技術。三維建模和打印技術使用三維設計軟件進行實體建模，然后在課堂上使用3D打印機輸出我們的設計造型。此項技術特別適用于物理教具的設計。激光雕刻與切割技術主要采用激光雕刻機，在物體表面蝕刻所要設計的圖案或切割一些簡單零件。Arduino是一個支持多功能物理計算的平臺，其包括一個核心板及其外圍模塊。Arduino可以幫助學生探索各類電子模塊的功能，例如光電開關、按鈕、繼電器等，有利于擴展學生的電學知識。

（二）創新初中物理教具設計楊現民[6]考慮到我國課程的可實施性，建議多采用一科主導的統整型課程設計形式，即以某個學科（例如物理）為主體，有機融合其他學科知識。物理是一門發現和總結自然規律的學科，它綜合性強，同時又與數學、化學等學科有著不可分割的聯系。物理教學多以實驗探究為主，而創客教育的“在做中學”更加符合素質教育的要求，也更能體現學生在學習過程中的主體性。因此，創客教育與物理學科的融合開展是一種具有可行性的新型教學方式。在講授《自由落體運動》時，根據傳統物理教學，教師通過講解公式、知識點等進行課堂教學，再結合相關習題進行鞏固。而對于創客式教育，教師則會鼓勵學生在學習過程中多動手操作，讓學生帶著興趣、意愿進行學習。這時，教師可以通過3D打印技術自制伽利略軌道教具，如此一來，不僅將“創意變為現實”的創新理念帶給學生，通過實物的展示也更加激發學生的學習興趣，而3D打印的可定制性也為教學提供更多的可能性，讓教學更靈活。老師也可以讓學生在課后制作一把反應尺并在課堂上展示，與老師同學分享制作過程的心得和尺子刻度的計算方法，如此，既體現了“學生為主體”的教學理念，也引導了學生將所學知識實際應用，培養學生動手能力的同時鞏固了所學知識。在講授一些抽象復雜的概念時，創客教育的教學效果尤其顯著。例如初三物理第14章《內能的應用》涉及蒸汽機的結構和工作原理等知識，這些知識對于初中學生而言，比較抽象難懂。在本章的教學中，可以運用3D建模軟件Autodesk123DDesign制作蒸汽機的模型（如圖所示）。在課堂上展示實物，向學生介紹蒸汽機的曲柄連桿結構，講解這個結構是如何將桿的直線運動轉換為飛輪的圓周運動，進而得出蒸汽機是將蒸汽能量轉變為機械功的動力裝置。3D打印自制教具，既為老師帶來便利，能更加“隨心所欲”根據自身的課堂要求制作相應教具，也能激發學生的學習熱情，在物理教學的同時帶給學生3D打印的創客技能。

二、結束語

創客教育，不僅僅只是科普教育，更應該是更多的應用落地，融合課程教學才是創客教育存在的真正意義。根據對教師、家長和學生的初步調查，目前創客教育在學科教學中的應用還處于初步階段，應該加大創客教育在教學應用上的宣傳與推廣。只有培養具有創新思維創客精神的老師，才能在初中物理學科教學上加入創客的元素、融入創新的思維，促進學科教學與創客教育融合，提高課堂的教學效率。

參考文獻：

[1]劉蕊清,黃葛鴻.基于創客思維下初中物理“非常規”實驗課堂的探索——以人教版“測量小燈泡的電功率”為例[J].中學理科園地,2020,16(3):29-30.

[2]田曉龍.關于創客教育與初中物理教學相融合的思考[J].學周刊,2020(19):83-84.

[3]陳海深.創客教育視域下物理實驗資源的開發與實踐[J].物理教師,2020,41(05):50-54.

[4]黃錦波.基于創客式教育理念的初中物理教學實踐[J].教育信息技術,2020(Z1):154-157.

[5]陳銀芝,彭明河.基于創客教育的初高中物理銜接[J].湖南中學物理,2020,35(1):67-68.

[6]楊現民.建設創客課程:“創課”的內涵、特征及設計框架[J].遠程教育雜志,2016,35(3):3-14.

作者：鄭曉君 鄭譽煌 單位：廣東第二師范學院物理與信息工程系