乡村科创人才培养的数智化平台设计与开发

摘要：我国在核心芯片和基础软件等关键核心技术领域面临着“卡脖子”的严峻挑战，严重影响着国家的科技进步与安全。人才短缺是造成这一困境的主要原因。为解决人才短缺这一瓶颈，必须构建教育、科技与人才之间的良性互动机制，以推动国家新质生产力的发展。与此同时，乡村地区拥有广大的中小学生群体，这是科创教育的重要基础。目前，乡村科创教育仍面临一些发展挑战，包括科创课程体系有待完善，科创教具相对有限，以及科创教师队伍需要进一步充实。这些因素在一定程度上影响了城乡教育资源的均衡发展。为了弥合这一差距，文章设计并提出了一种以micro：bit编程教育为基础的数智化平台——“创编堂”。该平台旨在整合优质科创教育资源，并将其推广到乡村地区，提升乡村学生的科技素养和创新能力，进而为国家科技人才储备提供支持。

关键词：科创教育；乡村教育；micro：bit；数智化平台；人才培养

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）09-0060-04 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0 引言

当前，我国在国际环境中面临巨大挑战，核心芯片、基础软件等关键核心技术受制于人，严重制约了国家发展和安全[1]。究其原因，关键在于科技创新人才的缺乏。党的二十大报告明确指出：“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。” 要破解关键技术的瓶颈，必须畅通教育、科技、人才的良性循环，为新质生产力的发展壮大赋予强大动力[2]。湖南省科协党组书记王瑰曙指出，科技创新，人才为先。在实现中华民族伟大复兴中国梦的征程上，我们不但需要更多的领军人才来争夺科技制高点，也亟须筑牢后备人才源源不断的“蓄水池”[3]。

近年来，国内外关于科技创新人才培养的研究逐渐增多。国外研究多聚焦于通过多元化、跨学科的方式培养创新型人才，并借助现代信息技术扩展教育资源的可及性。国内则在政策推动下，逐步探索科技教育的普及和创新人才的培养路径。然而，虽然已有研究为城市地区提供了丰富的科技教育资源，但是在乡村地区教育发展进程中，资源配置和教育方式方面仍有提升空间，需要逐步实现更加均衡和现代化的教育环境。

随着信息技术的飞速发展，数智化手段为破解这一难题提供了新的契机。建设数智化科创教育平台有助于高效整合并推广优质科技教育资源至乡村，提升当地青少年的科技素养与创新能力。基于此，本文提出并设计了一个以micro：bit编程教育为抓手的An⁃droid平台“创编堂”，旨在为乡村地区的科创人才培养探索一套系统化、易推广的解决方案，为国家科技人才培养体系贡献一份力量。

“创编堂”是一款移动端应用软件，采用图形化编程方式，无须掌握复杂的代码，即可轻松进行创作。平台采用项目式教学的方式，为用户提供丰富的游戏和案例，在培养用户学习兴趣的同时，注重引导用户运用流程化思维将复杂问题分解为更小的部分来解决。最终，用户能逐步掌握生活中智能化设备的工作原理，利用掌握的编程知识，设计并实现智能化应用的简易模型。

1 乡村科创背景

乡村地区科创教育资源相对匮乏，课程体系不够健全，科创教具不足，且师资力量薄弱。例如，深圳明德实验学校也存在中小学科创教育办学主体单一、课程不成体系、教学方式机械固化、硬件设施落后、教师配置不足等问题[4]。部分城市学校都是如此，乡村学校更加难以获得足够的教学设备和课程支持。即便有些乡村学校引入了科技课程，但这些课程往往是套用城市教育的内容，并且课程收费偏高，未充分考虑乡村学生的实际需求和背景，导致教学效果不佳，课程受众较少。

同时，现有市场上的科创教具往往存在高成本、高耦合的特点，主要服务于经济条件较好的城市学校，而部分地区的乡村学校由于资金和资源的限制，缺乏量身定制的教具，这在一定程度上影响了乡村学生在科创教育方面的学习体验，城乡教育资源的均衡发展仍有提升空间。乡村科创课程教具的缺乏，影响了乡村学生的科技素养提升。

相比音乐和美术教师，科创教师的职业门槛更高，科创教师不仅需要掌握广泛的科学技术基础知识，还需具备编程、电子、工程等多领域、跨学科的实践能力。科创教育重视实践技能和创新思维，要求结合城乡学生不同的学习特征定制教学课程，打破原有单一教育方式的局限，从多个方面考虑精准配送学习资源，以促进学生的全面个性化发展[5]。这些要求使得科创教师的培养和招聘变得更加困难，凸显出科创教育在师资力量上的不足。

2 科创人才培养实施路径

2.1 通过科普教育与平台建设，扩大科普覆盖面

在乡村地区，线下科普活动和科创教育面临着诸多现实挑战，特别是在场地、设施、和专业教育人员的配备方面，成本高昂且资源有限。要大规模推广科创教育，必须寻找效率更高的替代方案。通过数字化平台的建设，可以将优质的科普教育资源集中在一个便捷的线上环境中，平台能够跨越时间和空间限制，使得乡村学生和教师能够随时随地获取高质量的教学资源。

数字化平台不仅可以替代传统的线下场地，还能够通过虚拟实验室、在线课程、和互动式学习工具，减少对物理实验室和计算机等专业设备的依赖。这大大降低了科普教育的门槛，使得办学主体可以在不增加巨大财务负担的前提下，提供高水平的科技教育。同时，通过在线平台，可以让乡村教师得到更加系统的培训，弥补其在专业知识和教学技能上的不足，从而显著地降低对专业科普教育人员的高要求。整体而言，科普教育平台的建设不仅能够显著提高开展科普教育的效率，还能够扩大其覆盖面和影响力。

2.2 建设科创教育引导性课程资源包与师资，打破市场垄断

现有市场上的科创教具和课程设计普遍存在高耦合性，即硬件和软件高度绑定，用户必须使用指定的设备和平台才能完成教学，对乡村学校来说，大大地缩小了受众用户的范围，这种模式难以持续。为此，打破这种垄断局面，开发开放性更强、成本更低的科创教具和课程体系显得尤为重要。

在课程体系建设上，需要针对乡村地区的具体需求，设计引导性强、易于理解和操作的科创课程。这些课程应注重基础科技知识的普及，同时结合实际应用场景，激发学生的学习兴趣和创造力。例如，在讲解太阳系八大行星模型的同时，在湘西的乡村地区，可以使用黏土和小木棒来构建，在讲解智能小车驱动原理时，通过引导学生绘制模型、设计系统架构，并利用激光切割木板和通用电子元件进行实际构建，学生将逐步掌握智能小车控制原理及各组件的协同作用。通过与地方资源相结合，制定贴近生活的教学案例，确保课程内容能够有效融入学生的日常学习。

在师资建设方面，应着重培养一批具有科技教育背景的教师，通过专项培训和远程教学支持，提升他们的专业能力和教学技巧。通过引入更灵活的教学工具和资源，打破传统教育资源的垄断，乡村学校能够以较低的成本获取所需的教学设备和材料，从而实现在资源有限的环境下提供高质量的科创教育条件。

3“ 创编堂”软件设计

3.1“ 创编堂”体系架构设计

平台体系架构采用“表现层—业务逻辑层—数据访问层”三层架构，表现层主要包括注册、登录、主页、编程、班级管理等界面，业务逻辑层分为编程创作、课程学习、创客论坛、购物商场、班级管理、个人管理等模块，数据访问层主要通过JDBC、SQLiteOpenHelper 类、MyBatis框架等来实现与数据库的交互，如图1所示。数据库主要采用MySQL和Android移动端自带的SQLite轻量级数据库。

3.2“ 创编堂”数据库表设计

创编堂为了实现课程学习，编程创作，购物商城，个人和班级的管理，设计了用户、课程、班级、作业、作品、评论、商品、订单、订单详情，物流公司9张数据库表。主要展示以下3张表的数据库表结构。

1） 作品信息表结构如表1所示。

2） 评论表结构如表2所示。

3） 订单详情表结构如表3所示。

3.3 数智化创客平台功能设计

3.3.1 创客论坛

创客论坛是一个集交流与分享于一体的动态平台，用户可以在此发布图文、视频等多媒体内容，展示个人编程作品、分享学习心得以及交流实践经验。论坛不仅支持对帖子进行回复和讨论，还允许用户对优质内容进行点赞，以此鼓励积极参与和互动，营造出一个充满活力的社区氛围。

3.3.2 编程学习

编程学习模块是“创编堂”平台的核心功能，致力于引导用户深入编程领域，培养其逻辑思维与问题解决能力。平台提供直观的图形化编程工具，降低学习门槛，使用户能够快速掌握编程基础。课程内容覆盖各个年龄段和技能水平，从基础到高级逐步深入，内容丰富多样。通过趣味性强的创客项目，平台鼓励用户将所学知识应用于实际场景，激发创造力和想象力，夯实编程技能基础，提升逻辑思维、创造性思维及问题解决能力。

3.3.3 购物商城

购物商城模块为用户提供了多样化的编程硬件、材料和案例产品，全面支持用户的学习和开源项目实践。当用户需要为一个创客项目寻找特定的电子元件时，可以在商城中快速找到合适的产品，查看相关规格和用户评价，确保选购到最佳的材料，在为用户优化购物体验的同时，也为用户提供一站式的资源获取平台，助力他们高效推进项目进展。

3.3.4 班级管理

班级管理模块为教师提供了一套强大且高效的管理工具，专为优化教学流程设计。教师可以轻松创建班级，设定班级名称和简介，快速添加学生，并便捷地发布作业。通过该模块，教师能够设定作业内容和截止日期，在线批改作业，并实时跟踪学生的学习进展，确保每位学生都能及时获得反馈，促进个性化学习和整体教学质量的提升。

3.3.5 个人管理

个人管理模块为用户打造了高度个性化的管理体验，涵盖个人信息管理、学习进度追踪、作品管理等功能。用户可以实时掌握自己的学习进展，精细管理创作作品，轻松更新个人信息，查看学习曲线和成就，并对自己的项目进行分类和展示。无论是初学者还是资深创客，都能利用这一模块高效规划和优化个人成长路径，确保每一步都在掌控之中，从而最大化平台带来的学习成果和创作成就感。

4 平台实现

目前，“创编堂”平台已在Android Studio下进行实现，主要功能界面如图2所示。

平台主要界面包括首页、商城、班级、“我的”四个界面。首页主要包含创作中心入口和创客论坛，用户可以通过首页快速进入创作与交流的核心功能模块。商场中，用户可以浏览平台提供的硬件教具等商品，将所需商品加入购物车，并通过购物车入口查看和管理购物车中的商品。界面包含课程、作业、签到和数据等模块入口。教师可以查看班级成员的作业完成情况和到课率等信息，并能够单独查看每位成员的详细数据，还可以通过该界面添加新成员。“我的”界面提供了个人档案信息管理功能，用户可以查看班级情况、管理订单、查看历史浏览记录，并设置平台的其他配置项。

5 结束语

本文针对广大编程学习者设计和开发了一款基于micro：bit板的“创编堂”数智化创客平台，为用户提供一个便捷，系统的编程学习生态。本平台针对测试反馈情况，仍有巨大的完善空间，未来可以为购物商城的浏览提供个性化推荐，将订单信息实时转化为可视化图表和分析建议供商家进行参考，用户之间能相互关注，也可以收藏他人的作品分享，从多个方面进行平台优化，不断扩大平台影响力。本平台未来将在广大中小学生中进行推广，向其他编程硬件教具领域逐步扩展，具有良好的应用前景。

本文针对当前乡村科创教育资源匮乏、城乡教育差距日益扩大的现状，设计并开发了基于micro：bit的“创编堂”数智化科创教育平台。该平台旨在整合优质科创教育资源，并将其推广到乡村地区，为乡村学生提供便捷、系统、低成本的科创学习机会，提升他们的科技素养和创新能力。

平台目前已实现了用户管理、课程学习、编程创作、作品展示、论坛互动等核心基础功能，未来将在这个的基础上，继续完善购物商城、班级管理、数据统计分析等功能模块，并不断优化用户体验。希望通过“创编堂”平台的建设，能够为缩小城乡教育差距、促进教育公平贡献一份力量，并为国家培养更多具备科技素养和创新精神的未来人才。

未来，“创编堂”平台将致力于以下发展方向。

扩大平台影响力：积极与各地教育部门、学校、培训机构合作，将平台推广应用到更多乡村学校，惠及更多乡村学生。

丰富平台功能：不断开发新的功能模块，人工智能、物联网等前沿科技领域的学习内容也将进一步引入，满足学生多样化的学习需求。

加强平台互动性：鼓励用户之间的交流与合作，打造活跃的科创学习社区，促进学生的共同进步。

探索跨平台合作：与其他教育平台、科技企业合作，整合更多优质资源，共同推动乡村科创教育的发展。

社会的发展，要求人类的能力从解决问题提升到发现问题，发现问题的能力源自创造力。而孩子的创造力，不仅来自艺术的熏陶，更来自逻辑思维能力的发掘和培养，“人工智能+”的时代正处在进行时，希望乡村的孩子也能跨越大山，通过科创编程积极地拥抱数智化时代的到来。