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中国创新教育的未来,如何从科技创新和STEAM寻找自己的路?

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更新时间:1970-01-01

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STEM 与中国科学创新教育发展史

1986年,美国国家科学委员(National Science Board)会为了培养创新跨界型人才,提出了 STEM 教育体系,该体系侧重发展和培养Science(科学)、Technology(技术)、Egineering(工程)、Maths(数学)的科技与工科教育。后来也有人把 Arts(艺术)教育融合到 STEM 教育中去,整体称作 STEAM 教育。

2009年,在奥巴马上台之时,美国国家科学委员会发表了一封致奥巴马的公开信,主题是《改善所有美国学生的科学、技术、工程和数学教育》。在早期,STEM 教育主要是为了培养高校的创新型人才,而后来随着其满满成为美国的一项普适性教育体系,整个 K12 教育阶段,都会采用 STEM 教育体系。

2008 年 3 月,中国成立北京青少年科技创新学院。2014 年 6 月,习主席在中国科学院第十七次院士大会上强调了科技创新的重要性,同时指出科技创新教育势在必行。2015 年 9 月,国家教育部在十三五规划纲要中,首次提出探索 STEAM、创客教育等新教育模式,加强学生的信息意识和创新意识。2016 年 3 月,教育部驾驭装备研究与发展中心根据教育部工作部署,把 STEAM 教育、创客教育作为加强创新创造教育的中心工作。

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中国科技创新发展进程

在全球的创新教育都在不断摸索的同时,全球的科技创新也在不断倒逼创新教育的发展和收割创新教育的成果红利。20 世纪下半叶,美国的科技创新不断发展,尤其是在硅谷逐渐形成之时,美国的科技创新呈现迅猛之势,尤其以仙童半导体之后发展起来的软件、硬件科技公司为代表。同时,美国科技创新借助全球化和互联网的力量,开始将科技成果推向全世界。而全球的科技创新人才,也反向从全球各地向美国聚集。

而中国在 21 世纪初,借助信息全球化的互联网红利,也开始出现大量科技创新的企业。并用了十年左右的时间,便借助人口红利和市场红利,在个别领域已经达到了全球领先的水平。

但中国科技创新一直有一个痛点,便是中国科技创新人才不足。中国的大量科技创新企业在前期人才培养阶段,大量依靠资本的推动。而后期海外留学的华人,渐渐成为回国创业团队的补充力量。

但整体上来说,中国的科技创新人才供给还远远没达到美国的水准,一方面中国的高校创新技术成果转化并没有美国那么的系统和完善,另一方面中国的高端创新培养能力也几乎为零。再一方面,中国也没有美国那么好的移民政策和社会环境基础,吸引全球最优秀的人才。

创客教育与 STEAM 教育

在这种情况下,中国的创新教育势在必行。而在 2010 年后,随着全球 Maker 杂志、MakerFair、Hackspace、TechShop 以及连线杂志主编 Chris Anderson 的《创客:新工业革命》等创客内容和运动的推进,Maker(创客,台湾译成“自造者”)取代过去的 DIYer,成为新时代的创新动手电子硬件爱好者的代称。而创客运动,则推动了一大波全球创新创造运动的发展和普及。

早期的创客,他们主要以 Arduino、树莓派等微型电脑为硬件控制基础,自己开发一些可以通过联网或手机控制的自动化小程序,比如之前豆瓣的工程师就用树莓派做了一个前台开门器,也有的用树莓派做饮水机自动发微博、自造家庭 NAS 片源下载系统,以及天气预报、播放器、电子相框等。

而一些自己 DIY 的产品外壳或结构,便是用 3D 打印机打印出来的。同时,3D 打印机也能打印非常多有加工难度或者高度定制化的东西。

后来创客通过分享会、工作坊、课程等,慢慢演化成了一些教成人、孩子做一些发挥想象力和个性化、好玩的东西的课程。然后便于创客教育挂上了钩,全国各地的创客空间等开始通过这种模式产生一些收入。

早期创客教育也主要是一些视野比较超前、对孩子的创新能力比较在意,同时本身也有一定经济能力的家长会让孩子去参加,后来也慢慢有越来越多的家长和孩子也愿意接受这些有趣好玩又有创新性的东西了。

而 STEAM 教育,由于很在便在国外兴起,所以一开始只是在国外有一些类似的机构(毕竟 STEAM 是国家教育体系主推的)。在美国,孩子的创新、素质教育有很多种形式,比如在国内之前也有很多的机器人比赛,美国拥有庞大基数的童子军训练营,以及各种木工手工陶艺等体验课程等。

随着创客教育的发展,STEAM 教育也慢慢被一些教育人士和机构引进到国内。由于其本身综合性非常高,所以非常适合对孩子进行创新创造能力的培养。

中国创新教育的摸索与成就

中国在创新教育方面,也做了很多年。最早的素质教育是有类似的理念,但国家推行了很多年之后也没有太多具体的内容和成果。

而 2008 年成立的 北京青少年科技创新学院,则已经在这些方面做了近 10 年的创新教育探索和工作。最初这个科技创新学院的成立是作为高中课改的补充和延伸,但随着一些专业的教育工作者的努力,这么长时间内也产生了非常明显的成果。

青少年科技创新学院的核心目的是让孩子在科学家身边成长,所以有两个计划:针对高中生的翱翔计划,和针对初中生的雏鹰计划。他们每年会从北京六七十所高校的上千个孩子中,选择一些优秀的孩子,让他们到各个高校、中科院等科学实验室中去研究一些自己喜欢而专项的课题。这些孩子中有很多都参加了国际性的机器人比赛、做出很创新的作品,甚至有个别的在做了几个项目之后也开始做自己的创业项目。

除了青少年科技创新学院,北京四中在 2010 年开始,开设了一个以四中第一人校长“王道元”命名的“道元实验班”,这个班会招收一些在个人认知、思维、创造力、自我驱动力等方面全面发展,或者在自然科学、工程技术、社会科学、文学等方面有自己的专业特长的学生,进一步的挖掘他们的潜力和进行深入系统培养。而这些学生,在创新创造能力方面显然与同龄人不可同日而语,但也因为不参加高考而完全走向西式教育体系。

除了上面两个,北京教委也有很多新的尝试,比如这两年开始的初中性开放科学实践,便是让学生能够更好的获得社会创客教育的资源,以及国家教委的学校向社会购买服务的政策开放,也为学校引入更超前更创新的教育模式提供了可能。

中国创新教育的发展方向

对于中国来说,在创客教育的发展,国外 STEAM 教育的引进,以及国内创新教育自有摸索的经验下,国内的创新教育应该形成更专业更系统的教育模式和体系。

在人才培养分类方面,小学、初中、高中,和高校的创新教育培养是不一样的。小初高的教育更偏向于创新创造的基础素养培育,可以在九年义务教育或美国的 K12 教育体系下进行。而大学、技校、专科学校的培养,则更注重创新创造的应用、深入、技能型培养。在小学、初中、高中里,应该有一个系统的成长体系课程,而在高校里,则应该是以不同方向和项目应用的形式来进行。

对于中小学生来说,创新教育的体系需要形成一套“三年为基础、六年为阶段、九年为体系”教育模式,让孩子能够系统的获得创新创造的环境熏陶、内容吸收、思维培养的过程。单是一节体验课或一学期的项目课,无法培养孩子的兴趣和思维。

基础创新教育,就要给孩子提供创新认知、与世界信息同步、会使用基本的软件工具、了解设备的原理和使用、产品的概念和系统构建、高级或复杂产品系统构建,以及产品化、设计美学、协作能力、沟通能力、持续学习能力的系统培养。简单来说,这需要三年五年甚至更长的时间才能完成的。

创新教育的基本元素与完整体系

创新教育本身对孩子来说是一件非常好的事情,尤其在现代科技日益发达的时代。以前一个工作能干一辈子,现在年轻人十年可能原来的工种就消失了(比如被机器人替代)。现代社会各种创新的工具、理念、职业层出不穷,以后的人类需要的就是不断学习的能力,不断掌握新的工具的能力,以及不断提高自身创新价值的能力。

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根据我们过去五六年的创新创造和创客教育的经验,对与比较系统的创新教育,应该至少具备下面几个元素:

专业性:

专业性体现两个方面:专业的教育理念,和专业的教学内容与方法。教学理念一定是在科学的教育思维引导下,形成的一套科学、可持续性、普适性、正确价值观导向的模式。

而专业的教学内容与方法,一定是由对科学、技术、工程、数学、艺术等方面有丰富的经验、整理提炼能力、二次传道能力的团队或专业人士来进行开发、设计和培训的。比如目前国内绝大多数创新教育课程,都没有基础的软件、硬件、工程开发基础,导致其课程趋于低幼化,没有系统成长性。

系统性:

正如前面所说,教育本身就是一个百年大计,创新教育也是如此。创新教育一定要有系统的成长体系,比如第一到三阶段是意识培养、信息获取、产品体验、原理接触等,第四到六阶段便要学习如何使用工具,掌握工具的原理、操作,以及用工具做出自己想要的产品。到了第七到九阶段,便是发现总结—解决方案—概念化—产品原型—产品优化—产品宣讲等一系列的项目制课程。当然前面说的时间可能会在三年内、六年内、九年内,对于不同孩子,可能会有不同的情况。

开放性:

创新创造本身,就具有开源性、开放性,所以在整个教育方法中,也要有创新教育的开放性。这需要老师或者课程开发者,不断了解更新的发展、工具、创新的模式,同时教给孩子们,让他们从世界获得开放的知识、开放的信息、开源的工具,与其他人进行开放的交流、开放的共享、开放的协作等等。

如果一个创新教育课程体系中,全是闭门造车,完全不顾社会已经发展到了什么程度,这就完全背离了创新教育的本义。

创新延展性:

创新教育,培养的是孩子的创新能力,所以其课程体系一定要有创新延展性。如果课程里只教孩子组装一个已经产品化的东西,每一步都是固定的,而没有可拓展性、可重复性、可定制性,其本身便没有意义。

不管是学一个设备使用还是做一个产品,在学习过程中孩子可以把自己个性化的想法、主观意愿等加进去,在学完之后还能用这个设备创造更多更不一样的东西,或者做出来的产品还可以有更多的改进或拓展性的二次学习,这才是一种创新的延展教育。

协作沟通能力:

创新教育,绝对不是一个人做的事情。中国自从有了教育以来,就极度缺乏对学生的合作能力、协作能力、沟通能力的培养,而这些能力在现代社会往往是最重要的。应试教育要求的是只要你做的比别人好就可以,一个人接受的教育只有竞争意识,没有合作意识,在现代社会很难达到更高的成就。

创新教育要把协作能力、沟通能力放在课程体系中——想法需要大家头脑风暴、产品化需要共同规划、技术设计演示要交给不同的人、获得成功要明白是团队的努力…… 等等这些,都是创新教育非常重要的一部分。

评估体系:

创新教育是一种新的教育内容和模式,目前通用的应试教育评估体系并不完全适合,所以创新教育课程体系中,也要有比较科学的评估体系。

比如每一堂课,可以评估孩子的创新性、个性化、完成度、知识掌握程度等,在每一阶段的课,对学生的信息获取、处理、总结能力,对思考和问题解决能力,对创新创造能力、实践能力、沟通协作表达能力等有一个系统的评估。

另外,个性化的适度鼓励、积极价值观的引导、学生对知识产权意识的尊重等等方面,也是课程研发人员或授课老师需要注意的。

创新教育案例

从全球的创新教育来说,比较系统、专业、完整的创新教育体系课程,目前并不多。但很多公司也在不断的探索和尝试,比如在硅谷非常火的 AltSchool,以软件工程思维来作为教学理念。国内还有一些从某一领域切入创新教育的,比如航天创客、科学探案教育、木工创客、拆改造探究式学习、Arduino电子创客等等方面,也算是一种新鲜的模式。

目前我们也在尝试通过学校创新教育设备的基础建设,加上长期的创新课程研发提供,为学校的创新教育提供专业系统的成长课程资源,目前来说算是比较系统和专业的。

我们的创新教育体系,从创客感性认识入门,到创新研发设备原理、使用与再造,再到软件、硬件、设计、产品化的知识和技能培训,再到不同复杂程度的产品制作,最后到特性化项目的创造与演示,来给学生一个长期的系统成长模式。

创客的感性认识,包括了创客运动的历史、创客文化、创客工具、开源硬件/3D打印/机器人/AR/VR 初识、创客空间参观等;设备原理是用再造,包括 3D 打印的工艺原理、三维设计、打印机使用、再造一个打印机等课程,除了 3D 打印还有激光切割机、CNC、车钻铣刨磨等工具设备;软件硬件设计产品包括Arduino、电子电路、工业设计等;产品制作包括感应灯、空气净化器、音响、风扇、机械臂、机器人、智能小车等等。

创新教育的高级目标

创新教育,其本意是在培养学生的创新创造能力,其基础是科学、技术、工程、设计等多个交叉学科的混合应用,其理念是把信息敏感度、创新意识、协作意识、团队价值等融入到学生的未来发展过程中。所以创新教育是一个非常复杂、专业、系统的工程。

而创新教育的成果,未来培养的是有独立人格、具有创新精神、能够很好的在生活工作中应对的人。其中非常优秀的,会成为国家的科学栋梁、创新人才、创业人才,从而提升国家的整体竞争力和加强其核心优势。

过去,中国人很多都会到国外留学和生活;现在,中国的经济和生活水平提高之后,很多人开始回国工作或创业,但获得优质的教育,还是更偏向于国外留学;未来,希望中国的创新教育,能够直接培养国际最顶尖的人才,降低全社会获得优质教育的成本,让更多的人享受最优质的教育。


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