表1：基于5EX模型的“夜间智能安全感应鞋”创客课程设计框架
表2：学生多维能力提升数据表
摘要：本文立足STEAM教育理念与创客教育深度融合的背景，依托华南师范大学教授李克东提出的5EX跨学科学习活动设计模型，系统阐述小学创客课程的设计思路与实践路径。研究以“夜间智能安全感应鞋”项目为载体，详细解析课程在5EX模型指导下的五个环节设计：进入情境与提出问题（EQ）、探究学习与数学应用（EM）、工程设计与技术制作（ET）、知识扩展与创意设计（EC）、多元评价与学习反思（ER）。实践表明，该模型能够有效引导学生从真实生活情境出发，通过科学探究、技术制作与创意迭代，提升其跨学科整合能力、工程思维与创新素养。本研究为以可穿戴智能设备为主题的小学创客课程开发提供了可操作的范式与实证参考。
关键词：STEAM教育；创客教育；5EX模型
一、引言
在智能科技日益渗透日常生活的背景下，培养学生运用智能科技解决实际问题的能力已成为教育的重要使命。STEAM教育强调科学、技术、工程、艺术与数学的深度融合，创客教育则注重“做中学”与创新实践，二者的有机结合为小学阶段开展项目式、跨学科学习提供了理论支撑与实践路径。然而，当前小学创客课程设计在实践层面仍存在若干突出问题：跨学科融合流于形式，未能实现知识体系的深度整合；学习过程呈现碎片化特征，缺乏支撑持续探究的完整链条；评价机制过度聚焦成果产出，忽视学生在创新思维与实践能力上的动态发展。基于此，本研究依托5EX模型开展小学创客课程设计与实践探索，以期为创客教育高质量发展提供参考。
二、理论基础与模型框架 （一）STEAM与创客教育的融合逻辑
STEAM教育的核心在于以真实问题为驱动，实现多学科知识的有机整合与高阶思维能力的培养。创客教育以“做中学”为基本路径，注重将抽象创意转化为具体作品，并通过持续测试与优化，培养学生的工程实践意识与精益求精的精神。以“夜间智能安全感应鞋”项目为例，该项目融合了光传感原理（科学）电路与控制编程（技术）、鞋体结构设计（工程）、灯光效果与外观美化（艺术）、光强阈值与逻辑判断（数学），充分体现了STEAM教育与创客教育在育人目标与实施路径上的深度融合，展现了以实践创新为导向的跨学科学习过程。
（二）5EX模型在创客课程中的指导意义
李克东提出的5EX模型，将跨学科学习活动系统划分为五个环节：EQ、EM、ET、EC、ER。该模型强调学习应从真实情境出发，引导学生经历探究、制作、创新、反思的完整过程，为创客课程提供了结构化、可重复的实施框架。
5EX模型遵循“情境驱动—探究建构—工程物化—创意拓展—评价反思”的认知规律，与小学生由具体到抽象、由实践到理论的学习特点高度契合。在创客课程中运用5EX模型，能够有效避免教学流程碎片化、目标模糊化等问题，使每个教学环节目标清晰、任务明确、层层递进，让学生在有序、有挑战的学习过程中逐步提升综合能力。
（三）“夜间智能安全感应鞋”项目的5EX模型课程定位
在STEAM教育理念下的小学创客课程体系中，“夜间智能安全感应鞋”项目属于“智慧生活”单元，旨在引导学生关注日常生活中的安全与便利问题，运用智能技术提出创意解决方案。课程设计严格遵循5EX模型，各环节均配备相应的学习任务、资源支持与评价指引，形成“以项目为主线、以环节为阶梯、以评价促反思”的完整教学闭环。具体课程设计如表1所示。
三、基于5EX模型的“夜间智能安全感应鞋”课程设计与实施
（一）EQ：进入情境与提出问题
本环节旨在创设真实且富有意义的学习情境，激发学生的同理心与问题意识。教师通过“小宇傍晚走路被绊倒”的生活故事，引导学生思考：“如何设计一双能在天黑时自动发光、照亮脚下并提升行走安全性的鞋子？”学生通过角色体验和小组讨论，明确项目核心需求——设计一款基于环境光感应的自动发光鞋。此环节着重培养学生观察生活、精准定义问题的能力，为后续探究奠定情感与认知基础。
（二）EM：探究学习与数学应用
学生围绕“如何感知光线并控制灯光”开展科学探究与数学分析。教师引导学生学习光线传感器（光敏电阻或集成环境光传感器）的工作原理，理解其将光照强度转换为模拟或数字信号的基本机制学习智能LED灯带的RGB混色原理与串行控制方式。在数学应用层面，学生通过实验测量不同环境下的光强数值，设定合理的“暗环境”阈值，理解“光照值低于阈值则点亮灯带”的逻辑判断过程。本环节强化了学生的数据采集、阈值分析与逻辑建模能力，彰显“数理结合解决实际问题”的STEAM教育理念。
（三）ET：工程设计与技术制作
本环节是项目物化的核心阶段，学生需完成从方案设计到实物制作的完整工程流程。
系统设计：学生绘制系统框图，明确“传感器➝Arduino控制器➝灯带”的信号流向与供电关系。
电路连接与编程：学生使用Arduino Uno主板连接光线传感器与灯带，编写程序实现光控发光功能，重点掌握传感器数据读取、阈值比较判断、灯带颜色与亮度控制等核心技能。
结构制作与组装：学生使用雪弗板、KT板、拼搭积木、魔术贴等材料，设计并制作灯带在鞋体上的固定装置，兼顾美观、可拆卸与穿戴舒适性。制作过程强调热熔胶枪、美工刀等工具的安全规范使用与团队协作。
（四）EC：知识扩展与创意设计
在基础功能实现后，鼓励学生开展功能拓展与个性化创意设计。教师通过“创意设计挑战赛”提出开放式任务：增加手动开关以在明亮环境中关闭灯光；添加旋钮电位器实现灯带颜色手动调节；设计闪烁、呼吸灯等多种灯光模式，提升趣味性与警示效果；优化穿戴结构，采用魔术贴等可拆卸设计，便于鞋具清洗与灯带更换。本环节旨在激发学生的批判性思维与创新意识，推动项目从功能实现向用户体验优化升级，深度融入艺术设计思维。
（五）ER：多元评价与学习反思
课程评价采用过程性评价与终结性评价相结合的方式，围绕五大核心维度开展多元评价：
1.科学原理理解：能否准确阐述光传感与LED发光原理；
2.技术方法掌握：能否正确连接电路并编写光控程序；
3.工具操作实践：能否安全使用工具完成结构制作；
4.数理逻辑表达：能否清晰解释阈值设定与程序逻辑；
5.作品美观与创意：作品是否兼具实用性、创新性与美观性。
评价依据包括课堂观察记录、电路与程序检查表、作品功能演示记录、创意设计草图、学生自我反思报告。通过教师评价、同伴互评与自我反思的多元主体评价，促进学生对学习过程的自我监督与元认知能力的提升。
四、教学实践与效果分析
本次教学实践共有48个学生小组参与，每组8人。
（一）EQ与EM环节实施效果
在情境导入阶段，通过夜间行走安全视频案例与昏暗环境模拟实验，课堂即时反馈显示：96.2%的学生表现出主动探究意愿，课堂提问频次达到平均每课时7.3次，较常规课程提升了210%。
为评估学生对“感知—判断—执行”系统概念的掌握情况，研究团队分别在课前（基线）和课后（即时）两个时间点开展了系统概念建构测试。本次测试共覆盖48名学生，采用开放性问答与系统架构绘图相结合的形式。
测试结果显示：学生的逻辑链理解能力有所提升，课后即时测评中，91.7%的学生能够准确描述“感知—判断—执行”的系统逻辑链，较课前基线调查数据（52.3%）提升了39.4个百分点；同时，学生的系统架构设计能力显著增强，76.4%的学生能够正确绘制包含传感器、控制器和执行器的系统架构图，较课前基线数据14.1%提升了62.3个百分点。
（二）ET环节能力发展数据
在电路连接与编程实践部分，88%的小组成功完成光敏传感器、主控板与LED灯带的电路搭建，基础编程任务完成率达82%。在结构设计方面，约40%的小组在灯带固定与鞋体装饰中展现出良好的工程与美术融合能力，如采用可拆卸绑带、模块化灯槽设计等创新方法。其中6个小组的作品在结构稳定性与美观度上获得了师生的一致好评。
（三）EC与ER环节成果统计
近三分之一的小组提出了创意扩展方案，如加装开关、设计彩色跑马灯等，并在展示环节进行了精彩的分享。学生反思报告中普遍出现“学会了用程序控制灯光”“理解了传感器的工作原理”“希望尝试更多颜色的灯光设计”等积极反馈，表明学生在知识掌握、技能提升与兴趣培养方面实现了同步发展。
从课堂观察来看，学生在项目学习中表现出了更强的合作意识与表达意愿，小组内分工更加明确，能够主动交流遇到的问题并共同寻找解决方案。多数学生从最初被动接受知识逐渐转变为主动探究、大胆尝试，对智能硬件与编程学习的兴趣明显增强，学习主动性与持续性显著提升。
（四）多维能力发展对比分析
表2数据表明，该项目通过“情境—技术—创意”三阶推进模式，在系统思维培养、工程技术实践和创意表达能力培养等方面均取得显著的教学效果。项目将抽象系统概念转化为实际操作的成功率达94.3%，为智能硬件启蒙教育提供了可量化的实施范式。
五、讨论与启示
（一）5EX模型在创客课程设计中的适用性
“夜间智能安全感应鞋”项目验证了5EX模型在可穿戴智能设备类创客项目中的有效性。其中，EQ环节的生活情境创设与EC环节的穿戴设计与创意优化，凸显了艺术与人文关怀在STEAM教育中的重要价值，使技术学习更具人文关怀与设计美感。
（二）实践挑战与优化方向
实践过程中发现，部分学生在多引脚元器件（如彩色灯带）连接以及编程库调用方面存在困难。针对上述问题，未来教学可提供更直观的接线图示与模块化代码示例；同时引入设计思维工作坊，加强对用户需求分析与原型迭代测试环节的指导。此外，可探索采用Arduino Nano等低功耗微控制器与纽扣电池供电方案，使作品更贴近真实可穿戴产品，增强项目的实用性与创新性。
六、结语
本研究以“夜间智能安全感应鞋”项目为案例，系统阐述了5EX模型指导下小学创客课程的设计框架、实施流程与评价方式。实践证明，该模型能够有效引导学生在真实的生活问题情境中，经历“情境导入—科学探究—工程制作—创意扩展—反思评价”的完整学习循环，显著提升学生的跨学科知识整合能力、工程技术实践能力与创新设计思维。“夜间智能安全感应鞋”项目不仅丰富了“智慧生活”主题的课程内容，也为小学开展融合光电技术、编程控制与个性化设计的创客教育提供了可复制的教学范例。
参考文献：
[1]李克东，李颖.STEAM教育跨学科学习活动5EX设计模型[J].电化教育研究，2019，40(4):5-13.
本文系珠海市香洲区课题“STEAM教育理念下小学创客课程的开发与实践研究”阶段性研究成果（项目编号：2024KT013）
