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教育信息技术|面向创客教育的设计型学习研究:模式与案例
2020-01-21 08:46:56来源：100唯尔

面向创客教育的设计型学习研究：

朱 龙，胡小勇

(华南师范大学 教育信息技术学院)

　　一、引言
　　

　　“互联网+”时代，以提升学生学习与创新能力为核心的创客教育受到了前所未有的关注。新媒体联盟《地平线报告》连续三年　　　　(2014-2016)提及创客空间及其在教育中的应用，引发创客教育热。自2013年起，为提升学生STEM素养及创新能力，英国政府先后启动“国家科学工程大赛”“STEMNET”项目以及“你的生活”项目。

　　2014年，美国启动“创客教育计划”(Maker Education Initiative)，旨在加快实现“创造者的国度”(A Nation of Makers)，提升年轻人创造能力；

　　2015年，为加快创新型人才培养，日本代表团与美国爱荷华大学签订《TOMODACHI倡议书：STEM 教育交流项目资助》。

　　2016年6月，我国教育部颁布《教育信息化“十三五”规划》(以下简称“规划”)提出：“积极探索信息技术在……创客教育等新的教育模式中的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力。”[1]在此背景下，探索面向创客教育的教学模式，助力学生学习与创新能力发展，成为教育领域关注的焦点。

　　创客教育是一种能力导向式的教育(Competence-Based Education)，创客教育关注“问题探究、动手设计”。从这一点上来看，创客教育与设计型学习(Design Based Learning，DBL)存在一定的一致性，二者均强调学习过程的真实情境性、设计性、迭代性以及成果化。

　　基于此，本文从创客教育及设计型学习内涵出发，探索面向创客教育的设计型学习模式，对提升学生学习与创新能力，实现创新人才目标具有重要意义。

二、面向创客教育的设计型学习模式


(一)创客教育发展历程及研究述评
　　

　　21世纪以来，以互联网为代表的信息技术大大降低了普通人参与创新的门槛，催生出一种人人可参与的创新环境，人人纷纷加入到以创意和技术推动的创新活动中来。创客教育大事记如图1所示。

　　2005年，Dale Dougherty在《Maker》杂志发起创客运动，并举办了三次创客嘉年华活动，在全球引爆创客运动。创客运动倡导将创意转化为产品，这与教育领域“做中学”理念不谋而合，因而在教育领域逐步受到关注。

　　2009年“Educate to Innovate”启动，加快了创客运动与教育融合；

　　2013年，美国众多中小学参与实施“创客教育”；

　　2014年，美国启动“创客教育计划”，加快发展创客项目及创客空间，推动创客教育进学校；

　　2015年3月，“创客”第一次写入中国政府工作报告；

　　2016年6月，教育部颁布《规划》，提出探索信息技术在创客教育中应用，提升学生创新意识、创新能力，由此持续推动中国创客教育发展。

　　

同时，国内外研究者从不同维度和视角对推进创客教育进行了研究，其中具有代表性研究如表1所示：

研究视角

作者

研究结论

宏观：

政策、

机制

祝智庭，孙妍妍[2]

(2015)

推进创客教育的方式：建立协同共享创客中心、开展大规模的教师培训、研发创客教育教学器械、创建社区创客中心、形成良好的激励机制

郑燕林[3]

(2015)

意识层面：响应创客行动，充分重视创客教育价值

规划层面：整体设计创客教育，联合社区充分联动

实践层面：打造优质创客教育空间和实施灵活的创客教育形式

Jennie Snyder[4]

(2015)

区域层面推进创客教育：设计思维融入教育之中、转变教学方法和有效教师专业培训、提升教学领导力、提供教师观摩创客课程机会、转变评价方式

中观：

项目、

课程、

环境

Sylvia Libow Martinez等[5]

(2016)

创客教育项目核心要素：明确的目的和意义、充足的时间、复杂性、一定的学习强度、融合互联思维、资源易得、分享、创新性

杨刚[6]

(2016)

推进创客教育建立以“人文通识课程—学科专业课程—跨学科交叉课程”为主线的课程体系

Michelle Hlubinka等[7]

好的创客教育空间能够满足创造实践需求，提供“用知识”的机会，为学习者提供有益的资源列表、表格和模板

Margaret E.Madden[8]

(2013)

通过应用SIIM(Student-Initiated Integrative Major，学习者中心的整合模式)，设计并实施跨学科课程整合的课程，促进创新能力发展

微观：

模式、

方法

何克抗[9]

(2016)

在创客活动准备阶段：采用课内整合模式(有意义传递—接受教学模式和教师主导下的探究性教学模式)

在创客活动实施阶段：采用课外整合模式(基于主题探究的研究性学习教学模式、WebQuest教学模式和JiTT—适时教学模式)

黄荣怀[10]

(2016)

我国基础教育开展创客教育有三种途径：基于设计的学习(创造的深度体验)、基于项目的学习(创造的方法体验)、基于体验的学习(跨学科知识联结)

王旭卿[11]

(2015)

在综合考虑创客教育理念、教学目标、教学策略、评价基础上构建面向STEAM教育的创客教育模式

Jennifer Pierrat[12]

(2016)

提升创客思维举措：帮助学生学会玩中学、培养创造思维、不断地反思、关注学习的成果、容错的学习氛围、有效的激励

　　综上所述，国内外研究的启示是：

　　(1)相关研究丰富，创客教育有待深入融合。研究者从多个维度对创客教育进行了深入的探讨，相关经验值得借鉴，但指导创客教育应用的研究相对较少。构建面向创客教育的教学模式，将有助于创客教育深入融合。

　　(2)发挥创客教育环境和项目优势，推进创客教育应用。创客教育支撑环境是开展创客教育的基础，为师生教与学提供丰富的资源、实践的工具、协作的场所。在学习项目方面，项目通常来自真实生活情境、融合跨学科知识、以问题为导向。发挥创客教育环境和项目优势，为创客教育提供支撑。

　　(3)构建面向创客教育的设计型学习模式，为创客教育应用提供指导。从已有研究发现，创客教育通常以实践项目引导(Project-oriented)，融合多学科知识(Interdisciplinary)，包含探究、设计以及反思等环节。以此为基础，通过理论梳理、案例分析以及课堂观察，笔者发现，设计型学习是一种能较好实践创客教育的学习模式，构建面向创客教育的设计型学习模式，以此推进创客教育实践，为创客教育实践提供参考。

　　(二)设计型学习内涵及实践模型
1.设计型学习内涵

　　从探究视角来看，设计型学习(Design Based Learning)是一种基于项目的探究学习方法，通过完成学习项目，学习所需的知识与技能[13]。从设计视角出发，设计型学习是教师提出设计型挑战，学生通过多次的设计活动完成挑战，形成一定的设计成果[14][15]。综合上述观点，本研究将设计型学习界定为：是一种融合探究活动和设计实践的学习方法，教师提出设计型学习挑战，学习者经过反复探究、设计完成面向真实情境的项目，形成学习成果。

　　探究是解决问题的基础，探究活动通常包括：观察、提出问题、制定计划、实施调查、形成结论、交流讨论、评价完善。但在实际教学中往往是剧本式探究(Scripted Inquiry)而非基于真实情境的探究(Authentic Inquiry)。

　　在剧本式探究中，由教师制定学习目标、提出学习主题、提供学习材料、规定学习过程以及学习的“正确”答案和结论[16]。与剧本式探究所不同的是，设计型学习关注在真实、有意义情境中的自我知识建构。探究活动具有以下特点：

　　第一，学习过程面向真实问题解决，以解决实际问题引导学习进程。

　　第二，主动参与的学习。学习不再是被动参与和接受，而是主动参与、探索。第三，团队协作。研究表明，在协作学习环境中学习有助于提升学习者沟通交流能力、演讲能力以及问题解决能力。

　　设计(Design)通常包含三个核心要素：迭代化的学习过程、有效的团队协作和实物化的学习成果。

设计是面向真实情境的问题解决过程，这一过程从来都不是一蹴而就，需要多次的迭代。迭代既能实现设计作品的精细化，又能促进知识更加熟练地掌握与应用。此外，设计离不开有效的团队协作，West & Hannafin在对影响学生设计活动成功的各项关键要素的研究中发现，协作活动以及基于小组形成的观点与共识位列各项要素前两位[17]，Krajcik认为团队协作为学习者交流思想、分享观点、相互学习提供可能[18]，有助于促进学习者建构共同的学习经验[19]。在设计型学习的早期研究中，研究者就非常关注人工制品的制作，学生在完成真实的设计制品过程中，将创造性的观点实物化，以此提升知识实践运用能力以及批判性思维能力[20]。

　　2.设计型学习模型

　　国外研究者对设计型学习模型进行了深入研究，尼尔森基于对传统顺向教学的思考，提出了设计型学习的“逆向思维”模型，克罗德纳等人运用基于案例的推理(Case-based Reasoning)提出了基于设计的科学探究式循环模型，美国创新技术博物馆提出的学习挑战模型，福特尤斯(Fortus D)与德尔希曼(Dershimer R C)联合提出基于设计的科学学习循环模型。笔者对上述设计型学习模型核心观点和特点进行了分析，如表2所示。

表2设计型学习模型核心观点和特点

模型

核心观点

特点

逆向思维模型

顺向直线式的教学不利于学生高阶思维的发展，教学应开始于高级别的推理，采用逆向思维进行教学

1.以逆向思维视角推进教学活动

2.教学一开始建立评价标准，以标准作为学习支架引导学习过程

3.课程是在学习开始一段后开展，有助于提升教学针对性

基于设计的科学探究式循环模型

通过设计中学能快速获得学习反馈。此外通过设计能激发学习动机，提升学生问题复杂认知技能、社会技能以及交流技能

1.包括调查探究与设计/再设计两个循环圈

2.两个循环的相互嵌套与融合

3.强调多次分享与设计作品的改进完善

学习挑战模型

学习的过程离不开概念化、建构/测试、获得知识三个方面，并且是一个循环的过程

1.知识建构的基本过程：概念化、建构&测试、获得知识

2.任一环节可作为学习起点和终点

3.关注创新的问题解决方法与策略

基于设计的科学学习循环模型

设计型学习离不开具体的生活情境，设计学习过程是灵活、多样的

1.关注学习问题、活动所在的情境

2.强调学习反馈在教学过程的作用

3.学习过程具有较强灵活性，学习环节能进行灵活跳转


　　上述模型为设计型学习提供了指引，但从实用性层面来看，也存在些许不足，比如：逆向思维模型对学习分享环节关注不够，其更加适用于教师活动，在学生活动方面关注较少；基于设计的科学探究式循环模型在实用性方面有待提升，在开始及结束方面缺乏明确的指引；学习挑战模型则欠缺具清晰的环节支撑；基于设计的科学学习循环模型虽关注到学生在设计学习中的行为，但教师层面的活动关注较少。

　　(三)面向创客教育的设计型学习模式构建

1.理论依据

　　项目式学习(Project Based Learning)旨在督促学生通过广泛深入地探究复杂真实的问题和精心设计的产品与任务而获得知识和技能的一种系统性教学方式。依据PBL教师行动手册对项目的界定，项目是复杂的、富有挑战性的，需要通过设计、问题解决、决策、调查探索等活动来完成[21]。项目式学习在学习内容上：重课内，又重课外；在教学方法上：轻讲解，重启发；在组织形式上：轻封闭，重开放；在学习形式上：轻个体学习，重小组学习等[22]。其特征包括：真实的学习项目、以问题解决为导向的学习评价、教师作为辅助者、清晰的教学目标、团队协作、学习反思、多学科知识综合运用[23]。在项目式学习中，课程项目是核心，项目通常以驱动性(Driving)的问题来启动，以面向真实情境的问题解决为目的，包含建构性的探究(Constructive Investigation)活动，以此推动学生对学科知识与原理的理解与掌握、知识经验的转化与建构[24]。

　　体验式学习(Experimental Learning)源于人们对学校过于注重直接经验和接受式学习的思考。Kolb于1984年提出了体验式学习的四阶段模式，包括：具体体验(Concrete Experience)、观察反思(Reflective Observation)、抽象概念(Conceptualization)、检验假设(Active Experimentation) [25]。学习开始于具体情境中的体验，通过观察反思将个人经历建构成一种理论或模式，对已发生的现象或问题进行解释。在面对新的问题情境时，运用建构的理论或模式进行解决，以验证理论的合理性、可靠性[26]。

　　由此可见，体验式学习是一个以体验为基础的持续过程，学习既包括学习者之间的互动作用、也包括与环境之间的互动，学习者的经验、知识在学习过程中不断地被更新、检验，并最终创造出新经验、新知识[27]。

　　2.模式构建

　　在上述分析的基础上，本文以创客教育环境为基础，以提升学生学习与创新能力为核心，从师生活动视角出发构建了面向创客教育的设计型学习模式(如图2所示)。

　　从教师的活动来看，教师在学习过程中主要充当辅助者、帮助者的角色。学习初始，围绕主题，师生共同确定学习项目。教师通过模拟或描述一定的学习情境，呈现需要完成的学习挑战，并详细叙述学习挑战的内容。随后师生共同建立学习评价标准(哪些需要做的、哪些不需要做的等)作为学习的指引，依据评价标准，教师提供相关学习支架，比如：学习过程记录表、任务备忘录等，帮助学生记录学习过程，为反思和评价提供依据。在学生探究、设计的过程中，教师进行监督观察，并依据学习需要适时指导学习，进行课程讲授、开展不同领域、行业间的跨界合作，解决学生在学习过程中的各类疑难问题。当设计完成后，教师组织学生进行成果发布，并依据先前制作的评价标准开展学习评价，反思设计以及教学成功与不足，并适当进行改进完善。

　　从学生的活动来看，学生在学习过程中充当探究者、设计者和反思者的角色。学习活动主要分为三个方面，即“探究”“设计”和“反思”。三个环节之间可以依据需要进行任意的跳转，三者相互融合、相互包含。

　　在探究环节，首先要明确探究任务，根据任务设计探究方案，并实施调查探究，随后进行探究结果分析，在全班范围内进行交流分享，听取教师以及同学的评价意见，并结合建议修正完善探究结果，并依据需要开展再次的探究调查。

　　在设计环节，在探究环节结果基础上，依据学习任务总目标制定设计方案，并进行展示分享，同伴间、小组间、师生间对设计方案进行评价分析，完善后开展设计原型(Prototype)制作，并通过实践进行检验，依据反馈对所设计的成果进行完善，并依据需要进行再次的设计。
　　在反思环节，反思涵盖于探究环节以及设计环节，学习中以小组的形式进行探究结果和设计作品的展示，通过同伴互评、小组自评、教师评价等形式对探究结果及设计作品进行评价与分析，形成改进结论，并再次行动，开展学习，并发布最终学习成果。

　　三、面向创客教育的设计型学习特征


　　(一)问题导向

　　将问题作为创客教育的出发点，引导学生分析问题、解决问题以及反思问题，以此促进学生问题解决能力发展。从问题的结构特性来看，问题分为良构型问题(Well-structured)和劣构型(Ill-structured)问题，良构型问题是指能够直接观察到、认识到的问题，劣构型问题是指没有特定答案的问题，Jonassen对常见问题进行了梳理[28]，如图3所示。创客教育的问题应当从两部分交叉或劣构问题区域入手，以问题引导学习。

　　(二)工具助力

　　在创客教育中，信息技术工具是完成学习项目的重要手段。它的作用包括：

第一，作为探索手段支撑学习者在建构中学。面对劣构型的学习问题通常要进行深入的探究，学习工具为探究提供了极大的便利。比如：资源检索工具、数据处理工具。

第二，作为背景支撑做中学。例如情境模拟工具(虚拟现实、增强现实工具)、学习成果设计及制作工具(Auto CAD、3D打印、开源硬件等)。

　　第三，作为社会中介支撑在对话中学[29]。创客教育强调对话与分享，技术工具(即时通讯工具、在线网络平台)能有效支撑学习者交流思想、观点，促进彼此间的协作与知识共享。

　　(三)迭代升华

　　面向创客教育的设计型学习最大特点是学习环节的迭代循环。克洛德纳曾提出：“知识在应用于实践前，通常需要反复的循环设计才能实现”[30]，迭代能帮助学习者更好地掌握所学的科学与设计知识，提升知识应用绩效和知识迁移能力。在科学和设计领域尤其关注迭代学习应用，Apedoe等提出一种学习循环[31]，学习循环将教学划分为设计技能区和科学知识区，二者相互融合构成一个迭代的学习过程，学习进程中不仅包括从设计到评价到实践应用的迭代过程，还包括反复多次的全班讨论、小组活动以及个人活动。
(四)跨界融合
　　跨界融合体现在学科知识和教学对象的跨界融合两方面。从学科知识来看，面向创客教育的设计型学习打破传统学科界限，实现了多学科的跨界融合。20世纪80年代，美国提出了STEAM教育战略，旨在打破传统学科领域间的界限，实现学生多领域学科知识的综合培养[32]。创客教育正是STEAM教育战略的延伸与拓展。从教学对象来看，设计型学习实现校内外、教与对象的跨界融合。在学习过程中，校内外某一领域的专业技术人员或创客都有可能成为“指导者、教练”对学习者的学习进行授导，甚至掌握某一技能的学习者也可能成为学习过程中的指导者。
　　　　　　

　　(五)互联思维

　　进入21世纪，随着信息技术的发展，学习变得开放、复杂、互联。在这一背景下，乔治西蒙斯提出了联通主义学习理论(Connectivism)，并提出“学习是与特定的节点和信息资源建立连接的过程”[33]。在面向创客教育的设计型学习中，互联思维的运用无处不在：在面向真实情景的问题学习过程中，学习者需要借助信息化的工具查找资源，向专业人员寻求帮助，与同伴建立联系开展协作，实现线上与线下学习的结合；学习完成后，借助互联网将学习成果进行分享、交流和展示，扩大学习影响力，实现学习成果的价值增值。

　　(六)动手实践

　　传统教学中，往往关注知识的识记与理解，在学生动手实践方面相对较少。在面向创客教育的设计型学习中，学习是“动手做”(Hands-on)。学习者依据学习项目、决定学习过程、开展设计、建模、反思学习活动和学习成果，以此来提升创造性思维能力。Yaron Doppelt通过采用文件夹评价法(Portfolio Assessment)对128位参与设计型学习的12年级学生的创造性思维能力进行评价，研究表明学生在学习感知(Awareness)、观察(Observation)、学习策略(Strategy)以及学习反思(Reflection)方面体现出较高的发展水平[34]。

　　(七)作品驱动

　　创客运动倡导将创意想法转换成实物，秉承创客精神的创客教育同样强调学习成果的作品化。传统学习中，学习成果往往停留在“知”的层面。面向创客教育的设计型学习强调动手实践，在设计中实现知识的融合创新应用，而学习作品可以是面向生活中某一具体问题，并且能够实现问题解决的模型、实物、产品。以作品为导向，学习目标更加明确，学习过程更加聚焦，能有效激发学习效能。学习成果作品化，能够促进多学科知识的统合，加深知识地综合运用，从而使得学习更有意义。

　　(八)育人导向

　　从创客运动的本质来看，创客追求创意想法的产品化，并实现商业价值。在推进创客教育进学校、进课堂的过程中要防止这种纯商业产品思想，树立以育人为导向的教育观。对于创客教育，当前存在两种理解，一种是创客的教育，旨在培养具有创客素养的人；另一种是用创客理念去改造教育[35]。从上述两种理解来看，其根本目标在于通过创造实践培养具有创新意识、创新精神和创新思维的人，正如斯坦福大学FabLearn项目负责人Paulo Blikstein所讲的那样：“创客教育关乎育人过程，而非产品。[36]”

　　四、面向创客教育的设计型学习案例


　　“Animal In Action”是由Janet L. Kolodner及其团队所设计的科学学科案例。学习项目主题是“保护动物在行动：设计能让动物自由捕食和交流的保护区”。项目分为三个探究任务以及一个设计任务，其课程内容及流程如图4所示。

　　在探究环节，首先开展探究任务1“科学家如何研究动物行为？”。

　　学习者从观察身边的同学开始，学会观察以及记录的步骤、数据收集方法、数据解释方法等。学习者运用上述方法对动物行为进行探究，初步形成一套解释动物行为的知识体系。通过学习，学生了掌握精确记录的方法以及运用科学知识的方法，学会了观察与探究。

　　探究任务2“动物如何捕食？”。学习者运用第一阶段所学，制定探究方案，并据此对大猩猩和蜜蜂捕食行为进行观察、记录、讨论，制作海报并开展“调研展览会”，依据他人反馈和自我反思进行完善。学习者逐步深入理解动物自身及环境如何影响其捕食行为。

　　依据相同的流程，完成探究任务3“动物如何交流？”，掌握动物如何通过声音和动作进行交流的知识，为动物保护区设计提供参考建议。

　　设计环节，即：“动物保护区方案设计”。在完成上述三个探究任务的基础上，学习者掌握数据调查基本流程与方法、对影响动物捕食和交流的因素有了清晰的认识。

　　基于此，学生开展动物保护区的设计。学生首先明确完成这项挑战的标准和限制条件、梳理先前子主题所学习的内容。以上述内容为指引，制定设计方案，并在方案简报(Plan Briefings)中进行分享，获取相关反馈和建议，对设计方案进行修正完善，进行再次展示分享，再次进行修正完善，进行再次设计，并形成最终的设计，并在项目公告板中进行公布，结合学习反思进行再次完善。

　　通过学习，学习者掌握了一套科学的研究流程，学会了小组学习、同伴互助学习，理解迭代学习的重要性，学会如何通过调研为所提出的建议提供支撑，以及将所学的知识与技能运用于设计之中，完成最终的动物保护区设计。

　　五、结束语

　　本研究面向学习与创新能力培养，以创客教育环境为支撑，从师生活动视角构建了面向创客教育的设计型学习模式，有助于创客教育理念落地教学，实现21世纪人才培养。当前，研究者正开展一系列相关实证研究，将其应用于学校创客教育教学中，逐步完善该模式，并在实践应用中检验其有效性，为推进创客教育进课堂提供教学操作层面上的参考。
该文已在《中国电化教育》
2016年11期刊出