鄉村科創人才培養的數智化平臺設計與開發

摘要：我國在核心芯片和基礎軟件等關鍵核心技術領域面臨著“卡脖子”的嚴峻挑戰，嚴重影響著國家的科技進步與安全。人才短缺是造成這一困境的主要原因。為解決人才短缺這一瓶頸，必須構建教育、科技與人才之間的良性互動機制，以推動國家新質生產力的發展。與此同時，鄉村地區擁有廣大的中小學生群體，這是科創教育的重要基礎。目前，鄉村科創教育仍面臨一些發展挑戰，包括科創課程體系有待完善，科創教具相對有限，以及科創教師隊伍需要進一步充實。這些因素在一定程度上影響了城鄉教育資源的均衡發展。為了彌合這一差距，文章設計并提出了一種以micro：bit編程教育為基礎的數智化平臺——“創編堂”。該平臺旨在整合優質科創教育資源，并將其推廣到鄉村地區，提升鄉村學生的科技素養和創新能力，進而為國家科技人才儲備提供支持。

關鍵詞：科創教育；鄉村教育；micro：bit；數智化平臺；人才培養

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）09-0060-04 開放科學（資源服務） 標識碼（OSID） ：

0 引言

當前，我國在國際環境中面臨巨大挑戰，核心芯片、基礎軟件等關鍵核心技術受制于人，嚴重制約了國家發展和安全[1]。究其原因，關鍵在于科技創新人才的缺乏。黨的二十大報告明確指出：“教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。” 要破解關鍵技術的瓶頸，必須暢通教育、科技、人才的良性循環，為新質生產力的發展壯大賦予強大動力[2]。湖南省科協黨組書記王瑰曙指出，科技創新，人才為先。在實現中華民族偉大復興中國夢的征程上，我們不但需要更多的領軍人才來爭奪科技制高點，也亟須筑牢后備人才源源不斷的“蓄水池”[3]。

近年來，國內外關于科技創新人才培養的研究逐漸增多。國外研究多聚焦于通過多元化、跨學科的方式培養創新型人才，并借助現代信息技術擴展教育資源的可及性。國內則在政策推動下，逐步探索科技教育的普及和創新人才的培養路徑。然而，雖然已有研究為城市地區提供了豐富的科技教育資源，但是在鄉村地區教育發展進程中，資源配置和教育方式方面仍有提升空間，需要逐步實現更加均衡和現代化的教育環境。

隨著信息技術的飛速發展，數智化手段為破解這一難題提供了新的契機。建設數智化科創教育平臺有助于高效整合并推廣優質科技教育資源至鄉村，提升當地青少年的科技素養與創新能力。基于此，本文提出并設計了一個以micro：bit編程教育為抓手的An?droid平臺“創編堂”，旨在為鄉村地區的科創人才培養探索一套系統化、易推廣的解決方案，為國家科技人才培養體系貢獻一份力量。

“創編堂”是一款移動端應用軟件，采用圖形化編程方式，無須掌握復雜的代碼，即可輕松進行創作。平臺采用項目式教學的方式，為用戶提供豐富的游戲和案例，在培養用戶學習興趣的同時，注重引導用戶運用流程化思維將復雜問題分解為更小的部分來解決。最終，用戶能逐步掌握生活中智能化設備的工作原理，利用掌握的編程知識，設計并實現智能化應用的簡易模型。

1 鄉村科創背景

鄉村地區科創教育資源相對匱乏，課程體系不夠健全，科創教具不足，且師資力量薄弱。例如，深圳明德實驗學校也存在中小學科創教育辦學主體單一、課程不成體系、教學方式機械固化、硬件設施落后、教師配置不足等問題[4]。部分城市學校都是如此，鄉村學校更加難以獲得足夠的教學設備和課程支持。即便有些鄉村學校引入了科技課程，但這些課程往往是套用城市教育的內容，并且課程收費偏高，未充分考慮鄉村學生的實際需求和背景，導致教學效果不佳，課程受眾較少。

同時，現有市場上的科創教具往往存在高成本、高耦合的特點，主要服務于經濟條件較好的城市學校，而部分地區的鄉村學校由于資金和資源的限制，缺乏量身定制的教具，這在一定程度上影響了鄉村學生在科創教育方面的學習體驗，城鄉教育資源的均衡發展仍有提升空間。鄉村科創課程教具的缺乏，影響了鄉村學生的科技素養提升。

相比音樂和美術教師，科創教師的職業門檻更高，科創教師不僅需要掌握廣泛的科學技術基礎知識，還需具備編程、電子、工程等多領域、跨學科的實踐能力。科創教育重視實踐技能和創新思維，要求結合城鄉學生不同的學習特征定制教學課程，打破原有單一教育方式的局限，從多個方面考慮精準配送學習資源，以促進學生的全面個性化發展[5]。這些要求使得科創教師的培養和招聘變得更加困難，凸顯出科創教育在師資力量上的不足。

2 科創人才培養實施路徑

2.1 通過科普教育與平臺建設，擴大科普覆蓋面

在鄉村地區，線下科普活動和科創教育面臨著諸多現實挑戰，特別是在場地、設施、和專業教育人員的配備方面，成本高昂且資源有限。要大規模推廣科創教育，必須尋找效率更高的替代方案。通過數字化平臺的建設，可以將優質的科普教育資源集中在一個便捷的線上環境中，平臺能夠跨越時間和空間限制，使得鄉村學生和教師能夠隨時隨地獲取高質量的教學資源。

數字化平臺不僅可以替代傳統的線下場地，還能夠通過虛擬實驗室、在線課程、和互動式學習工具，減少對物理實驗室和計算機等專業設備的依賴。這大大降低了科普教育的門檻，使得辦學主體可以在不增加巨大財務負擔的前提下，提供高水平的科技教育。同時，通過在線平臺，可以讓鄉村教師得到更加系統的培訓，彌補其在專業知識和教學技能上的不足，從而顯著地降低對專業科普教育人員的高要求。整體而言，科普教育平臺的建設不僅能夠顯著提高開展科普教育的效率，還能夠擴大其覆蓋面和影響力。

2.2 建設科創教育引導性課程資源包與師資，打破市場壟斷

現有市場上的科創教具和課程設計普遍存在高耦合性，即硬件和軟件高度綁定，用戶必須使用指定的設備和平臺才能完成教學，對鄉村學校來說，大大地縮小了受眾用戶的范圍，這種模式難以持續。為此，打破這種壟斷局面，開發開放性更強、成本更低的科創教具和課程體系顯得尤為重要。

在課程體系建設上，需要針對鄉村地區的具體需求，設計引導性強、易于理解和操作的科創課程。這些課程應注重基礎科技知識的普及，同時結合實際應用場景，激發學生的學習興趣和創造力。例如，在講解太陽系八大行星模型的同時，在湘西的鄉村地區，可以使用黏土和小木棒來構建，在講解智能小車驅動原理時，通過引導學生繪制模型、設計系統架構，并利用激光切割木板和通用電子元件進行實際構建，學生將逐步掌握智能小車控制原理及各組件的協同作用。通過與地方資源相結合，制定貼近生活的教學案例，確保課程內容能夠有效融入學生的日常學習。

在師資建設方面，應著重培養一批具有科技教育背景的教師，通過專項培訓和遠程教學支持，提升他們的專業能力和教學技巧。通過引入更靈活的教學工具和資源，打破傳統教育資源的壟斷，鄉村學校能夠以較低的成本獲取所需的教學設備和材料，從而實現在資源有限的環境下提供高質量的科創教育條件。

3“ 創編堂”軟件設計

3.1“ 創編堂”體系架構設計

平臺體系架構采用“表現層—業務邏輯層—數據訪問層”三層架構，表現層主要包括注冊、登錄、主頁、編程、班級管理等界面，業務邏輯層分為編程創作、課程學習、創客論壇、購物商場、班級管理、個人管理等模塊，數據訪問層主要通過JDBC、SQLiteOpenHelper 類、MyBatis框架等來實現與數據庫的交互，如圖1所示。數據庫主要采用MySQL和Android移動端自帶的SQLite輕量級數據庫。

3.2“ 創編堂”數據庫表設計

創編堂為了實現課程學習，編程創作，購物商城，個人和班級的管理，設計了用戶、課程、班級、作業、作品、評論、商品、訂單、訂單詳情，物流公司9張數據庫表。主要展示以下3張表的數據庫表結構。

1） 作品信息表結構如表1所示。

2） 評論表結構如表2所示。

3） 訂單詳情表結構如表3所示。

3.3 數智化創客平臺功能設計

3.3.1 創客論壇

創客論壇是一個集交流與分享于一體的動態平臺，用戶可以在此發布圖文、視頻等多媒體內容，展示個人編程作品、分享學習心得以及交流實踐經驗。論壇不僅支持對帖子進行回復和討論，還允許用戶對優質內容進行點贊，以此鼓勵積極參與和互動，營造出一個充滿活力的社區氛圍。

3.3.2 編程學習

編程學習模塊是“創編堂”平臺的核心功能，致力于引導用戶深入編程領域，培養其邏輯思維與問題解決能力。平臺提供直觀的圖形化編程工具，降低學習門檻，使用戶能夠快速掌握編程基礎。課程內容覆蓋各個年齡段和技能水平，從基礎到高級逐步深入，內容豐富多樣。通過趣味性強的創客項目，平臺鼓勵用戶將所學知識應用于實際場景，激發創造力和想象力，夯實編程技能基礎，提升邏輯思維、創造性思維及問題解決能力。

3.3.3 購物商城

購物商城模塊為用戶提供了多樣化的編程硬件、材料和案例產品，全面支持用戶的學習和開源項目實踐。當用戶需要為一個創客項目尋找特定的電子元件時，可以在商城中快速找到合適的產品，查看相關規格和用戶評價，確保選購到最佳的材料，在為用戶優化購物體驗的同時，也為用戶提供一站式的資源獲取平臺，助力他們高效推進項目進展。

3.3.4 班級管理

班級管理模塊為教師提供了一套強大且高效的管理工具，專為優化教學流程設計。教師可以輕松創建班級，設定班級名稱和簡介，快速添加學生，并便捷地發布作業。通過該模塊，教師能夠設定作業內容和截止日期，在線批改作業，并實時跟蹤學生的學習進展，確保每位學生都能及時獲得反饋，促進個性化學習和整體教學質量的提升。

3.3.5 個人管理

個人管理模塊為用戶打造了高度個性化的管理體驗，涵蓋個人信息管理、學習進度追蹤、作品管理等功能。用戶可以實時掌握自己的學習進展，精細管理創作作品，輕松更新個人信息，查看學習曲線和成就，并對自己的項目進行分類和展示。無論是初學者還是資深創客，都能利用這一模塊高效規劃和優化個人成長路徑，確保每一步都在掌控之中，從而最大化平臺帶來的學習成果和創作成就感。

4 平臺實現

目前，“創編堂”平臺已在Android Studio下進行實現，主要功能界面如圖2所示。

平臺主要界面包括首頁、商城、班級、“我的”四個界面。首頁主要包含創作中心入口和創客論壇，用戶可以通過首頁快速進入創作與交流的核心功能模塊。商場中，用戶可以瀏覽平臺提供的硬件教具等商品，將所需商品加入購物車，并通過購物車入口查看和管理購物車中的商品。界面包含課程、作業、簽到和數據等模塊入口。教師可以查看班級成員的作業完成情況和到課率等信息，并能夠單獨查看每位成員的詳細數據，還可以通過該界面添加新成員。“我的”界面提供了個人檔案信息管理功能，用戶可以查看班級情況、管理訂單、查看歷史瀏覽記錄，并設置平臺的其他配置項。

5 結束語

本文針對廣大編程學習者設計和開發了一款基于micro：bit板的“創編堂”數智化創客平臺，為用戶提供一個便捷，系統的編程學習生態。本平臺針對測試反饋情況，仍有巨大的完善空間，未來可以為購物商城的瀏覽提供個性化推薦，將訂單信息實時轉化為可視化圖表和分析建議供商家進行參考，用戶之間能相互關注，也可以收藏他人的作品分享，從多個方面進行平臺優化，不斷擴大平臺影響力。本平臺未來將在廣大中小學生中進行推廣，向其他編程硬件教具領域逐步擴展，具有良好的應用前景。

本文針對當前鄉村科創教育資源匱乏、城鄉教育差距日益擴大的現狀，設計并開發了基于micro：bit的“創編堂”數智化科創教育平臺。該平臺旨在整合優質科創教育資源，并將其推廣到鄉村地區，為鄉村學生提供便捷、系統、低成本的科創學習機會，提升他們的科技素養和創新能力。

平臺目前已實現了用戶管理、課程學習、編程創作、作品展示、論壇互動等核心基礎功能，未來將在這個的基礎上，繼續完善購物商城、班級管理、數據統計分析等功能模塊，并不斷優化用戶體驗。希望通過“創編堂”平臺的建設，能夠為縮小城鄉教育差距、促進教育公平貢獻一份力量，并為國家培養更多具備科技素養和創新精神的未來人才。

未來，“創編堂”平臺將致力于以下發展方向。

擴大平臺影響力：積極與各地教育部門、學校、培訓機構合作，將平臺推廣應用到更多鄉村學校，惠及更多鄉村學生。

豐富平臺功能：不斷開發新的功能模塊，人工智能、物聯網等前沿科技領域的學習內容也將進一步引入，滿足學生多樣化的學習需求。

加強平臺互動性：鼓勵用戶之間的交流與合作，打造活躍的科創學習社區，促進學生的共同進步。

探索跨平臺合作：與其他教育平臺、科技企業合作，整合更多優質資源，共同推動鄉村科創教育的發展。

社會的發展，要求人類的能力從解決問題提升到發現問題，發現問題的能力源自創造力。而孩子的創造力，不僅來自藝術的熏陶，更來自邏輯思維能力的發掘和培養，“人工智能+”的時代正處在進行時，希望鄉村的孩子也能跨越大山，通過科創編程積極地擁抱數智化時代的到來。