小學科學探究實驗室-人工智能與機器人及VR體驗
序號名稱技術參數(shù)單位數(shù)量
一、基礎設備部分
1學生實驗臺張8
2學生凳張48
3儀器柜張2
二、實驗儀器
1、人工智能與機器人
1小學競賽機器人1型套2
2太空探索機器人套6
3探究實驗機器人車套6
4滅火競賽機器人套2
5遙控智能機器人套6
6競賽機器人--傳球機器人套6
7競賽機器人--抓放球機器人套6
8競賽機器人--發(fā)射小球機器人套6
9機器小龍?zhí)?
10動物園--動物機器人套6
11六腳機器人（分組實驗） 套6
畫圖機器人1套6
12暗語通關設計套1
13吸力創(chuàng)意實驗盒套6
14趣味智能創(chuàng)客實驗盒套6
15智能理財服務模型套6
16機器人制作實驗箱2套6
17航天模型套6
18聰明的機器狗套6
19足球對抗機器人套6
20機器人制作實驗箱14套6
21拼裝機器人車套裝1#套6
22拼裝機器人車套裝2#套6
23六腳機器人（分組實驗） 套6
24機器人1號套6
25機器人2號套6
26機器人3號套6
27動物園--動物機器人套6
28鬧鐘報警機器人套6
29清潔機器人套6
2、VR體驗
1小學虛擬實驗套1
2VR體驗套1
3虛擬地球儀套6
4三維空間成像套1
三、智慧墻創(chuàng)意區(qū)
1蝸牛爬井 塊1
2點燈游戲塊1
3魔術師的硬幣塊1
4吹燈開扇塊1
一、創(chuàng)客空間（創(chuàng)客教室）建設方案（一）創(chuàng)客空間布局
1.創(chuàng)客空間總覽圖完整的創(chuàng)客空間實驗室主要由教學區(qū)、操作區(qū)、作品展示區(qū)、加工臺、電子元器件儲存區(qū)、儲物柜和交流討論區(qū)組成。應根據(jù)學校實驗室大小以及實際規(guī)劃的不同面積和大小對創(chuàng)客空間進行不同的設計和規(guī)劃。
2. 功能區(qū)設置
2.1教學區(qū)
這個區(qū)域主要用于老師給學生傳授基礎的理論知識，為學生們的創(chuàng)新做基礎性鋪墊。
2.2操作區(qū)
學生活動操作平臺，配置桌椅，可以定制，也可以使用普通的課桌。寬闊的課桌和舒適的座椅，將會有更好的制作體驗。
2.3作品展示區(qū)
創(chuàng)客實驗室會產(chǎn)生非常多的學生作品，我們要讓更多的人看到他們的成果，鼓勵和激發(fā)學生創(chuàng)造的思維。所以我們需要一個很酷的展示區(qū)。展示區(qū)的職能不僅可以存放學生的作品，還可以存放一些有趣味性，較高技術含量的作品，來引導學生發(fā)散思維，激發(fā)興趣。
2.4器材收納區(qū)
創(chuàng)客實驗室的器材管理，將會是學校面臨的一大難題。需要制定一套合理的管理辦法，來解決硬件資源在使用時出現(xiàn)的問題。所以，需要一個合理的收納區(qū)域，來幫助解決這樣的問題。
2.5多媒體交流區(qū)
創(chuàng)客實驗室的網(wǎng)絡功能，是我們加入網(wǎng)絡共享平臺的窗口。我們不僅可以完成自身的基本需求，如課堂教學，編程，查閱資料等；還可以與其他創(chuàng)客分享作品和交流經(jīng)驗。
（二）創(chuàng)客空間需要配備的基本儀器設備
在創(chuàng)客空間中，學生必須學會的技能有三類：功能實現(xiàn)類，模型制作以及加工工具，這三項技能是學生通往創(chuàng)客之路上必須先掌握的基本技能。創(chuàng)客空間建設的內容包括手工與機械制作，引導參與者自己動手參與創(chuàng)新創(chuàng)作的過程；機器人組裝與控制，針對學生的機器人制作和編程控制，由興趣引導科技創(chuàng)新，啟發(fā)參與者靈活運用力學、結構、材料、電子、軟件、藝術等知識；3D建模與制作，充分發(fā)揮創(chuàng)造者的空間想象能力，實現(xiàn)邏輯思維訓練和實踐操作訓練；開源軟硬件，創(chuàng)作者通過對嵌入式開發(fā)、電子電路、運動學和工程理論等知識的理解和運用，踐行知行合一；多元溝通，通過創(chuàng)客空間的制作坊，分享會等活動，提高公開演講、集體項目合作、溝通以及辯論的能力。
為實現(xiàn)以上教學目標，需要配備相應的基本儀器設備，具體體系如下：
1、 功能實現(xiàn)類：機械、運動、電子，電路、程序、人工智能。
2、 模型制作：材料和結構設計。
3、加工工具：工具和附件。
二、創(chuàng)客教育課程建設方案創(chuàng)客教育課程是一種有別于傳統(tǒng)學科課程的新型課程。創(chuàng)客教育課程有廣義和狹義之分。廣義的創(chuàng)客教育課程是指以培養(yǎng)學生創(chuàng)客素養(yǎng)為導向的各類課程，既包括電子創(chuàng)意類課程，也包括手工、陶藝、繪畫等藝術類創(chuàng)意課程；狹義的創(chuàng)客教育課程則特指以智能化信息技術（Scratch、Mixly、Arduino、Galileo等）應用為顯著特征的電子創(chuàng)意類課程，其科技含量較高。
（一）創(chuàng)客教育課程的四大設計理念
為了保證創(chuàng)客教育課程能夠真正服務創(chuàng)客教育、在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中發(fā)揮實效，創(chuàng)客教育課程設計應遵循四大理念，分別是趣味化、立體化、模塊化和項目化。這四種理念之間不是簡單的并列關系，而是相互貫通、相輔相成，共同指導高質量創(chuàng)客教育課程的設計、開發(fā)與應用。
理念1：趣味化設計，讓學生體驗學習的快樂
創(chuàng)客教育是一種興趣導向的教育模式，趣味性是創(chuàng)客教育課程設計的首要原則。愛玩是孩子的天性，創(chuàng)客教育課程就是要還原學習的“樂趣”，解放孩子的天性，讓孩子們在快樂的探究活動中掌握學科知識、培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)造能力。創(chuàng)客教育課程的趣味化設計可從兩個方面入手：
?。?）內容趣味化：創(chuàng)客教育課程的內容設計至關重要，既不能脫離大綱要求，又要學生的內在學習動機，讓他們感受到課程學習的樂趣。為此，一方面，可以將知識進行問題化轉換，即通過設計有趣的問題來調動學生的積極性，以問題貫穿課程內容而非采用傳統(tǒng)的知識點組織方式；另一方面，可以將知識進行生活化轉換，即建立知識與生活情境之間有意義關聯(lián)，讓學生真正感觸到知識的生活價值。
?。?）活動趣味化：傳統(tǒng)課堂上干癟癟的知識講授不適合創(chuàng)客教育，創(chuàng)客教育課程鼓勵采用那些能夠讓學生親自參與、動手實踐的活動類型，比如，調研、實驗、組裝、模擬、比賽、游戲等。學生只有深度參與，才能有真實的“獲得感”和身心愉悅的學習體驗。需要說明的是，這里并非完全排斥傳統(tǒng)的說教和練習活動，而是要以動手體驗類活動為主，在此過程中可根據(jù)學生的實際表現(xiàn)和需要靈活融入講解、練習等活動。
理念2：立體化設計，超越傳統(tǒng)課程的單一形態(tài)
創(chuàng)客教育課程不是傳統(tǒng)課程的翻版，而是一種融合多種學習理念與多種信息技術，以提升學生創(chuàng)客素養(yǎng)和創(chuàng)新、創(chuàng)造力為核心目標的全新課程形態(tài)。創(chuàng)客教育課程的設計不應該是二維平面，而應具備三維立體的視覺效果和使用體驗。創(chuàng)客教育課程的立體化設計體現(xiàn)在：
?。?）課程目標立體化：在課程目標設定上，創(chuàng)客教育課程既遵循新課改倡導的三維目標；同時，又將在每個目標維度融入更多創(chuàng)新創(chuàng)造方面的具體要求，形成創(chuàng)造導向的立體化課程目標。
?。?）課程內容立體化：創(chuàng)客教育課程內容來源渠道多樣，絕不局限于教科書，互聯(lián)網(wǎng)、學習社區(qū)、創(chuàng)客空間等都可以提供豐富的學習內容，甚至學生也可以通過SGC（Student-generated content）的方式創(chuàng)生更貼近學生需求的課程內容。創(chuàng)客教育課程要與學生的知識經(jīng)驗緊密關聯(lián)，要與學生的社會生活有機連通，建立“知識——經(jīng)驗——生活”多向度聯(lián)結的內容管道。
?。?）課程資源立體化：除了紙質教材和相關配套輔助材料，創(chuàng)客教育課程還應提供足夠豐富、足夠便捷的數(shù)字化學習資源。比如，學習手冊、微課、軟件工具、歷屆學生作品、移動APP等，以支持學生隨時隨地的探究學習。除了數(shù)字化資源，創(chuàng)客教育課程還應盡可能整合更多校內、校外的學科專家資源，以便給予學生更專業(yè)性的指導，幫助他們破解探究創(chuàng)造過程中遇到的難題。
?。?）課程教學立體化：創(chuàng)客教育課程的實施環(huán)境不再局限于傳統(tǒng)教室，更多的教與學活動將發(fā)生在實驗室、創(chuàng)客空間以及各種社會場所。創(chuàng)客教育課程教學除了物理空間的教學外，在線創(chuàng)客社區(qū)、網(wǎng)絡學習空間等虛擬環(huán)境也是開展創(chuàng)客教育課程教學的重要場所。教師團隊利用技術搭建起融合多種教學方法、整合各種學習資源的立體化教學環(huán)境；同時，營造平等民主、開放分享的學習氛圍，以促進每位學習者的積極深度參與。
（5）課程評價立體化：創(chuàng)客教育課程要改變傳統(tǒng)課程的單一化評價模式，鼓勵教師和學生協(xié)同開展立體化的學習評價，強調評價方式多樣化、評價主體多元化、評價數(shù)據(jù)全面化以及評價目標個性化。創(chuàng)客教育課程評價的目的是衡量、診斷、預測每個孩子的學習與成長的動態(tài)情況，倡導利用學習檔案袋持續(xù)采集學生的學習過程與結果數(shù)據(jù)，進而開展基于數(shù)據(jù)的全面、個性評價。
理念3：模塊化設計，靈活組裝以滿足不同層次的需求
模塊化設計思想早已在軟件編程、產(chǎn)品設計等方面得到了廣泛應用。簡單來說，模塊化就類似我們小時候玩的積木，通過少數(shù)幾個模塊便可以組合出很多種形狀。創(chuàng)客教育課程的模塊化設計，即根據(jù)程序模塊化的構想和編制原則設計課程，充分考慮課程編制和課程實施的要求，將課程內容分解成適度松散而又相互關聯(lián)的子模塊。
由于每個孩子的知識基礎與興趣點有所不同，統(tǒng)一步調的單一課程組織形式難以支持學生的個性化學習。創(chuàng)客教育課程的模塊化有助于増強課程的靈活性、開放性和適應性，讓每位學生都能從整個課程體系中選擇自己感興趣的模塊以組成個性化的課程。學生之間可以根據(jù)興趣自由組成興趣小組，集體選擇、重組課程模塊形成團隊課程，開展項目合作學習與作品創(chuàng)作。創(chuàng)客教育課程的模塊化設計需要注意以下幾點：
（1）單個模塊之間應當具有一定的獨立性，但從整個課程來看，模塊之間又是有機聯(lián)系在一起的，在保證靈活性的同時又不失課程知識體系的完整性。
?。?）圍繞相同的主題知識與技能要求，應盡量設計指向不同問題與生活情境、包含不同難度級別的項目模塊，以便給學生提供更多的選擇空間，達到“條條道路通羅馬”的目的。
（3）每個模塊應保持合理的開放性，允許不同學科的教師根據(jù)教學需要以及學習者的實際情況，進行靈活的內容改編和配套工具資源的快速調換，以擴大課程模塊的適用范圍，提高課程模塊的利用率。
理念4：項目化設計，像科學家一樣的研究創(chuàng)造
項目不是大人的，小孩子同樣可以玩轉項目。老師布置項目任務，學生在教師指導下協(xié)作開展項目，提交項目報告、進行課堂成果匯報。項目式學習（Project-based learning）旨在把學生融入有意義的任務完成的過程中，讓學生積極地學習、自主地進行知識的建構，以現(xiàn)實學習生成的知識和培養(yǎng)起來的能力為成就目標。
（二）創(chuàng)客教育課程設計的框架
創(chuàng)客教育課程作為一種新形態(tài)的課程，目前還缺少成熟的設計理論和開發(fā)過程模型。本文基于對創(chuàng)客教育的認識以及相關課程的開發(fā)經(jīng)驗，提出了創(chuàng)客教育課程的通用設計框架。該框架共包括三層，分別是指導理論層、關鍵要素層以及學習過程層。
其中，指導理論層包括體驗式學習和建造主義兩大核心理論，兩者均是課程要素設計以及學習過程設計的“基點”。其設計重心應體現(xiàn)在二方面：
1.創(chuàng)客教育課程要素設計
創(chuàng)客教育課程是由一系列要素組成的完整課程。其中，學習內容、活動項目、研創(chuàng)環(huán)境、網(wǎng)絡資源、展示平臺以及課程評價是創(chuàng)客教育課程不可或缺的關鍵要素。
?。?）學習內容：內容是課程的核心，不管是知識型課程還是活動型課程，都要承載一定的知識內容，只是表現(xiàn)形式不同。內容同樣是創(chuàng)客教育課程設計應當關注的要素。課程設計者與授課教師團隊需要在分析相關課程大綱的基礎上，精心、合理選編多學科知識，構成較為系統(tǒng)的課程內容體系。創(chuàng)客教育課程的內容設計絕不是脫離課程大綱，而是以一種新的形式進行學科知識交叉重組，其目的是要推進新課程改革。
?。?）活動項目：創(chuàng)客教育課程的組織與實施以“項目”為基本單元，將苦澀的、機械化的材料轉變?yōu)橛谢顒?、有意義的項目問題，可以拉近學習者與生活的距離。]課程設計者需要圍繞課程內容設計若干貼近生活、趣味化的研究項目，每個項目中再設計一系列活動，有序引導、支持學生開展全程浸入式的項目學習。項目設計的出發(fā)點不是“知識”而是“問題”，項目學習的過程便是解決問題的過程。
（3）授課教師：創(chuàng)客教育課程的授課教師往往不是一個人，而是一個團隊，既有技術老師的參與，也有學科教師的參與，還可能有教育管理者以及校外專家的參與。授課教師既要參與課程的設計，又是課程的組織者和實施者?？紤]到教學實際，創(chuàng)客教育課程教師團隊的組成建議采用“1名主持教師+幾名核心教師+多名外圍教師”的模式。主持教師負責統(tǒng)籌和團隊管理，核心教師全程參與學生指導，外圍教師可根據(jù)學生項目開展的需要靈活適時邀請。授課教師主要承擔“教練”和“項目導師”的角色，絕不“越俎代庖”，要為學生提供必要的架手架支持和及時的指導反饋。
（4）研創(chuàng)環(huán)境：創(chuàng)客教育課程具有研創(chuàng)性，鼓勵學生像科學家一樣開展研究和創(chuàng)造活動。創(chuàng)客教育課程的開展需要研創(chuàng)環(huán)境的支撐，如，各種創(chuàng)客空間、探究實驗室、互動型教室等。研創(chuàng)環(huán)境的設計需要遵循人機工程學基本原則，給學習者提供舒適、自由、開放的創(chuàng)作空間；要能夠方便的接入互聯(lián)網(wǎng)，支持學習者通過網(wǎng)絡檢索資料、連接社群、在線研討、展示分享等；要根據(jù)需要提供必備的硬件、軟件、材料等資源，支持學習者通過動手操作將創(chuàng)意變成現(xiàn)實。
（5）網(wǎng)絡資源：立體化的網(wǎng)絡學習資源可以有效促進創(chuàng)客教育課程的順利開展，為學生進行隨時隨地學習、研究和創(chuàng)造活動提供重要支撐。網(wǎng)絡資源的制作應盡可能豐富多樣，以滿足學習者的不同學習需求。一般來說，創(chuàng)客教育課程所用的網(wǎng)絡資源包括教材、教/學案、使用指南、微視頻、操作軟件、課程作品等。為低年級學生開設的創(chuàng)客教育課程，建議將網(wǎng)絡資源的使用時機和方式明確寫入項目的實施活動中。此外，還應鼓勵學生在項目實踐過程中自主生成個性化的創(chuàng)客教育課程資源，久而久之，將形成持續(xù)擴展并進化的創(chuàng)客教育課程資源庫。
（6）展示平臺：創(chuàng)客教育非常注重成果的分享交流，分享的渠道可以是創(chuàng)客社區(qū)，也可以是小型的創(chuàng)客嘉年華，或者是課堂上的作品展示。數(shù)字土著具有強烈的自我展現(xiàn)欲望，他們需要多渠道的展示平臺向家長、老師、同學以及社會公開自己的創(chuàng)意作品。通過作品展示分享，學習者一方面可以獲得自我成就感和認同感，從而激發(fā)再創(chuàng)造的熱情；另一方面還可以獲得來自大眾用戶的反饋與建議，不斷優(yōu)化作品，甚至可能實現(xiàn)作品的產(chǎn)業(yè)化。
?。?）課程評價：如何評價學生的學習效果是創(chuàng)客教育課程設計的重點和難點。不同于傳統(tǒng)課程的紙筆測驗，創(chuàng)客教育課程更加注重學習產(chǎn)出的物化成果，倡導結果與過程相結合、老師與學生協(xié)同參與的評價模式。一方面，需要制定完備的、易操作的評價指標對學生的創(chuàng)意作品進行評量；另一方面，需要注重學習過程數(shù)據(jù)采集和階段性成果的搜集，以客觀評價學生的課程參與以及進步情況。創(chuàng)客教育課程不適合采用標準化評價，應考慮到不同學習者的知識基礎和興趣偏好，建議多采用增量式評價，以促進每位學習者的快樂成長。
2.學習過程設計
創(chuàng)客教育課程的學習過程可以概括為“一條主線，兩種形式”。所謂一條主線，即課程以項目活動為主脈絡有序推進；而兩種形式，是指采用線上與線下相結合的混合式學習方式。
創(chuàng)客教育課程開展的主線是一系列研究項目，課程設計者將學習內容劃分為一個個既相互關聯(lián)又適度松散的研究項目，學習者以小組形式開展基于項目的學習。每個項目圍繞一個核心問題展開，設計一系列學習活動（如，觀看演示、知識學習、練習模擬、資料檢索、方案設計、原型制作、同伴互評等），幫助學生步步為營、尋求破解問題之道。學習活動的數(shù)量和類型視項目難度和學習者基礎水平而定，活動的設計要遵循“探究、構造、體驗”的基本思想以及梅瑞爾的“首要教學原理”，避免空洞的說教和無目的的探究。為了綜合檢驗課程學習效果，每門創(chuàng)客教育課程都提供一個綜合性研究項目，讓學生協(xié)同設計創(chuàng)意解決方案，利用各種資源制作出綜合課程作品。
創(chuàng)客教育課程采用混合式的學習模式，通過將線上線下活動以及線上線下資源有機整合，為學習者創(chuàng)設一體化的研創(chuàng)環(huán)境。線上活動以自學、交流、展示、分享為主，線下活動以考察、操作、咨詢、面授為主。學生利用在線社區(qū)或網(wǎng)絡學習平臺自主觀看教師錄制的微視頻，與同伴在線討論項目問題，自主分享項目開展過程中搜集的相關材料，同時，將項目作品發(fā)布到創(chuàng)客社區(qū)等展示平臺。學生還可以利用在線平臺開展項目管理（如，分配任務、監(jiān)督進展、制定計劃等），教師利用平臺實時掌握每個小組的項目進展，并及時給予反饋指導。教師還可以根據(jù)項目學習需求，進行集中面授指導，也可以每周提供固定的指導時間，有需要的小組可以當面請教老師。遇到一些專業(yè)性很強的問題或者項目開展遇到瓶頸時，可以通過教師聯(lián)系相關的學科專家，進行當面咨詢。學生還可以在教師的幫助下，到相關企業(yè)、科研機構、社會場所等進行實地考察，搜集資料，激發(fā)靈感。創(chuàng)客空間、探究實驗室、互動型教室等是創(chuàng)客教育課程開展的主陣地，學生可以充分利用這些空間提供的軟硬件資源以及專業(yè)指導力量，動手制作創(chuàng)意作品。
