面向創客教育的學習環境構建研究

王 蔚

面向創客教育的學習環境構建研究

王 蔚

隨著信息技術的發展，傳統教育已經不能滿足社會發展的需要和學生的學習需求，創客教育以提升學生解決問題能力、實踐能力和創新能力為目標，引起了教育界的極大關注。創客教育是為解決中小學教育體制中創新能力培養不足而實施的一系列創新動手技能訓練的綜合課程，它需要實體、虛擬及虛實結合的學習環境，每種環境的建設具有不同的要求。

創客教育；學習環境；環境構建；虛實融合

隨著信息技術的發展，傳統教育已經不能滿足社會發展的需要和學生的學習需求，創客教育由于注重學生解決問題能力、實踐能力和創新能力的發展，引起教育界的極大關注。目前，我國部分地區已經積極投入到創客教育的實踐中去，開發了優秀的創客教育課程，建設了設備齊全、氛圍良好的創客空間。

一、創客教育與學習環境

1.創客教育

國內推行創客教育的典型有浙江溫州中學和北京景山中學等。溫州中學的創客教育始于2008年，其標志是學生自主成立了科技制作社，開設“機器人制作”“創意電子”等校本課程。[1]2013年，溫州申報成為首批國家智慧城市試點，溫州智慧教育城建設成為其中重要組成部分。在智慧教育的影響之下，溫州創客教育的發展更加紅火。北京景山中學的創客教育也是始于2008年，標志是吳俊杰老師指導幾位學生參加科技創新大賽。[2]由此可見，國內創客教育大約于2008年起步，大都起源于科技比賽。

目前對創客教育的定義尚未達成一致，部分學者以及一線人員結合自己的理解闡述了創客教育的內涵。溫州市實驗中學在創客教育的探索行動中智慧地把“創客教育”理解為：“創客教育不是解決所有的教育問題的手段，而是在推進教育變革過程中，找到的一個新支點?！眲摽徒逃枰疃鹊赝七M學習變革，支起學習變革。他們認為，創客教育秉承了“我愿意，我喜歡，我動手，我快樂”的理念，跨學科，智趣同行。[3]“創客教育指培養學生的創新、創業所需的知識、能力、視野等方面的教育行為，其主要表現在活動、課程和環境等方面，而創客活動和課程都需要創客空間來支撐。”[1]“創客教育，是指為解決中小學教育體制中創新能力培養的不足等問題而將創客理念引入中小學教育體系中，實施一系列關于創新動手技能訓練的綜合課程?！盵4]浙江溫州中學的謝作如老師認為，“創客教育的發展要得益于兩個條件：首先是開源硬件、3D打印機以及易于學會的編程語言，讓學生們動手創造更加簡便。其次是在線教育的發展，讓課堂不再是教師講授知識的場所。”[5]

結合以上對創客教育的理解，我們可以看出，創客教育具有如下特征：

(1)創客教育將創客理念融于教育，側重于學校教育，尤其是中小學教育。將創客理念引入教育界，是有別于社會中創客的概念的。社會中的創客主要是指對某一事物有自己的想法，并通過各種方法來將其實現的人，社會中的創客往往是指成年人或者非在校學生。創客教育力圖給學生創造一個環境，這個環境往往依附于學校環境，在這個環境中，給予學生相關資源與條件，使得學生能夠成長為創客。創客教育可以包括高校、中小學，目前也是這兩類學校較多地實施了創客教育。雖然高校學生的理論基礎更扎實，但中小學階段的孩子對世界的好奇心更強，也更容易接受新事物，因此，對學生創新創造能力的培養還是得從中小學開始，這樣才能夠取得更大的成效。

(2)創客教育旨在推進學習變革，提高學生創新能力和動手能力。過去的教育大多是大班式、以教師為中心的應試教育，科學類或者信息技術類的課程得不到重視，即使開設了，也往往非常死板，不能激發學生的創造力，學生作品多局限在純手工(或部分加機械)的物品上，幾乎看不到電子類的作品，層次非常低。[6]但如今，在創客教育理念的影響下，創客類課程的開設從學生的需求和興趣出發，教學過程以學生為中心，能夠很好地調動學生的積極性。在教育中加入開源硬件、3D打印機以及易于學會的編程語言等元素，不但使得學生能夠在做中學、在玩中學，而且教學效果也大大提升，學生的創新能力與動手能力得到了提高。

(3)創客教育以開發校本創客課程為先導。當前越來越多的學校開始進行創客課程的開發，有的學校的校本創客課程已經建設得比較成熟。例如，溫州中學于2011年開始實施基于Arduino的機器人課程，隨后，謝作如老師在此基礎上主編了面向中小學的選修課程《Arduino創意機器人》[7]的電子教材，并設計了大量需要學生動手實踐的任務或者實驗。從這些校本課程的實施效果來看，由于校本課程的開發是從學校、學生的實際需求出發，教師對課程開發也有著豐富的積累，因此取得良好的課程效果。

2.學習環境

通過在Web of Science中檢索“learning environment”關鍵詞和在中國知網上檢索 “學習環境”關鍵詞得到的文獻可知，國內外對學習環境的研究從20世紀90年代開始逐步興起，21世紀以來進入研究熱潮。教育界對學習環境的研究主要集中于傳統學習環境、數字化學習環境、網絡學習環境、移動學習環境、虛擬現實學習環境和智慧學習環境的理論探討與實際建構等方面?？傮w而言，對學習環境的研究大都建立在信息技術的發展之上，隨著信息技術的不斷發展，學習環境的構建也在不斷進步。

對于學習環境的定義，不同的學者有不同的認識。國內較早的對學習環境的定義是朱曉鴿提出的，“學習環境指的是一種面對面的發生在學生與學習資源之間交流的學習過程。學習環境設計是創立一種教學設計，使其能產生有效的、積極的學習環境。學習環境作為學習活動的承擔者和教學設計的結果，主要隸屬教育與培訓范疇，是以學生學習為主而不以教師教授為主的教學過程，因此，它強調學生自我認識與自我提高?！盵8]此外，武法提等人提出，“學習環境是學習活動展開的過程中賴以持續的情況和條件。”[9]根據這個定義，學習環境的要素不僅僅是支撐學習過程的物質條件(學習資源)，而且還包括教學模式、教學策略、學習氛圍、人際關系等非物質條件。何克抗、李文光認為，“學習環境是學習資源和人際關系的組合。學習資源包括學習材料(即信息)、幫助學習者學習的認知工具(獲取、加工、保存信息的工具)、學習空間(比如教室或虛擬網上學校)等。人際關系包括學生之間的人際交往和師生人際交往。”[10]鐘志賢認為，“學習環境是指促進學習者發展的各種支持性條件的統合?！盵11]張劍平認為，“虛實融合的學習環境，是指一類通過傳感器設備識別、獲取真實環境中與學習活動相關的客觀信息，通過互聯網將基于課堂和社會的真實學習環境與基于網絡和多媒體的虛擬學習環境融為一體的新型學習環境?！盵12]黃榮懷等人認為，“智慧學習環境是一種能感知學習情景、識別學習者特征、提供合適的學習資源與便利的互動工具、自動記錄學習過程和評測學習成果，以促進學習者有效學習的學習場所或活動空間?！盵13]楊現民等人綜合國內外學者對智慧學習環境的構想，指出了智慧學習環境的核心思想，即“智慧學習環境是一個智能的學習場所或活動空間，它以學習者為中心，以各種新技術、工具、資源、活動為支撐，具有靈活、智能、開放等特性，為學習者的有效學習提供輕松、個性化的學習支持?！盵14]

綜合以上對學習環境的定義，可以將現代學習環境的特征概括為如下幾點：(1)學習環境強調以學習者為中心，學習者在學習環境中處于主動地位。(2)學習環境既包括學習資源等物質條件，也包括人際關系等非物質條件。(3)學習環境是為了幫助學生自我認識與自我提高而創建的支持性條件。(4)學習環境是動態的。(5)學習環境是開放、靈活、個性化的。

二、面向創客教育的學習環境

“如果學生在一個很自主、很開放的空間里學習和創造，加上技術支撐和老師支持，他可以充分發揮創意。這樣的環境還能更好地激發他的興趣，培養他的創造力和動手能力。此外，這個過程也培養他的團隊合作、解決問題的能力?！盵15]這段話對面向創客教育的學習環境進行了較好的展望。結合以上對創客教育和學習環境的理解，筆者認為，面向創客教育的學習環境應該有如下幾方面特征：

1.創客教育學習環境是一種融合型學習環境

創客教育學習環境不能僅僅是教室環境或者網絡學習環境，它應當融合校內教育和校外教育、實體環境和虛擬環境，做到課內課外、線上線下的融合，這樣才能充分結合網絡學習和面對面討論、實際操作和理論學習的優勢，從而將學習效果最大化。

2.創客教育學習環境具有開放性、交互性

創客教育學習環境應當具有開放性，學習者不受時間、空間和身份的限制，可以隨時隨地使用學習環境中的資源。對于學校的實體環境，應當在大部分時間都開放，并且有值班人員，以方便學生借閱資源、實際操作、交流討論等。虛擬環境，主要是指網絡學習環境，也包括一些網絡虛擬實驗室等。對于虛擬環境，開放性的要求非常容易達到；同時，虛擬環境還要達到交互性要求，以方便學生對網絡資源的查找與學習、線上交流討論等。應當注意的是，這里的交互不僅僅指簡單的人機交互或網絡人際交互，還應當包括虛擬環境的人性化工具和服務，如資源智能推送、人性化學習提醒等。

3.學習資源具有多樣性、多層次性

學習資源的多樣性既包括形式的多樣性，也包括內容的多樣性。在實體環境中，學習資源包括書籍資料、工具材料(如3D打印機、開源硬件)等，也可以放置幾臺計算機，用于學生查找資料。在虛擬環境中，學習資源可以通過文字、聲音、圖形、動畫、影像等多媒體形式充分表現出來。不管是實體環境還是虛擬環境，內容都要多種多樣，包括不同的學習內容，例如Scratch圖形化編程、3D打印機、Arduino電子編程等。此外，這些學習資源還應當具有多種層次，以方便不同的人可以根據自己的興趣、需要、能力、學習風格等選擇不同難度水平、不同教學風格、不同節奏的資源。

4.能夠突顯學生的主體地位，有利于學生的個性化學習

個性化學習是指以承認學習者在社會背景、智能背景、態度價值、情感和生理等方面存在的個別差異為前提，努力使學習者的個性特征與學習環境之間達到一種平衡，使學習者的素質得到全面提升，培養具有完善個性的人的一種教育理念。[16]傳統學習環境由于其軟硬件條件的限制，無法滿足學生的個性化學習。但如今，信息技術飛速發展、學習資源日益豐富、學生的個性化學習需求日益增強，學生在學習環境中占主體地位，教師只是為學生的學習提供指引和幫助，學生個性化學習需求基本滿足。

5.有利于學生創新能力和動手能力的提高

創客教育的主要目的在于提高學生的創新能力和動手能力，因此，創客教育的學習環境必須要有利于學生創新能力和動手能力的提高。在創客教育中，應當營造一個寬松的學習氛圍，學生可以自由發揮自己的想象力，使用實體環境和虛擬環境中的各類工具以及各類資源，通過自我探索，請求同伴、老師或者專家的幫助，將自己的想法變為現實。

三、創客教育學習環境的構建

1.創客教育實體環境的構建

縱觀已有的在創客方面的研究，主要集中于創客空間，而在創客教育領域，研究較多的也是創客空間，尤其是高校創客空間，對于中小學創客空間的研究相對比較少。面向創客教育的實體學習環境可以是創客空間的形式，也可以是類似信息技術學科基地、科技制作社的活動室等活動場地，不管是什么形式，它們本質上都是為實行創客教育而創建。為方便本文的研究，以下將面向創客教育的實體學習環境統稱為“面向創客教育的創客空間”，簡稱為“創客空間”。

通過對溫州中學創客空間[17]、浙江省信息技術學科基地[18]、西田各莊鎮中心小學聯合建設的創客空間等建設較好的創客空間進行具體分析，加上對相關理論的研究和個人的思考，筆者認為，面向創客教育的創客空間的構建應當包括以下幾個方面。

圖1 面向創客教育的創客空間結構圖

(1)創客空間的布置要滿足創客教育的要求。

在空間方面，要根據實際情況選擇適當大小的場所，必要的話，還可以根據需求分成幾個不同類型的分工作室，如3D空間、數字加工空間等。但一般情況下，一個普通教室大小的空間即可，里面能容納4～6張工作臺，能容納一些體積較大的加工工具，如激光切割機、3D打印機等，同時還有放置專業書籍或資料的書柜和用于數字創作或資料查詢的計算機設備等。此外，還有用來存放學生的創客作品和半成品的儲物柜。

在工具和器材方面，中小學創客空間面向的是沒有獨立購買能力的未成年人，所以相對社會上的創客空間而言，工具和器材的準備盡量要全面一些，應能滿足大部分學生研究和實踐的需求，并且工具和器材的選擇要以安全為第一原則。

(2)創客空間要制訂合理的運營計劃。

在開放時間方面，理想的開放時間當然是一周七天，全天開放。但是為了確保學生的正常學習，在課余時間保證開放即可，可以的話，在周末可以向學校周邊的學生開放。

在管理方面，由于創客空間里有的工具和器材相對危險，必須要在確保安全的前提下開展活動。在創客空間建設的初期階段，往往需要專業教師的指導，因此，需要安排多位教師輪流值班，招收骨干成員為志愿者，協助教師管理。此外，創客空間還需要開展各種定期與不定期的活動，從而擴大宣傳，提高學生的積極性。

2.創客教育虛擬環境的構建

面向創客教育的虛擬學習環境主要是指網絡學習環境，包括面向實踐的虛擬實驗室。通過對創客教育和學習環境的相關理論和實踐進行研究和分析，筆者認為，面向創客教育的網絡學習環境的構建應當包括以下幾方面內容。

圖2 面向創客教育的網絡學習環境結構圖

(1)學習資源。學習資源是網絡學習環境中的主體內容，主要包括課程資源、拓展資源庫、案例庫和測試題等。

課程資源是學習資源的主體部分，是由具有教學經驗的教師或者知識領域專家設計而成。在課程內容方面，可以充分利用多媒體手段開發形式多樣的教育資源，做到圖文聲像并茂。這些課程資源不僅包括課程內容，還需要包括課程說明、課程大綱，以方便學生對學習內容的整體把握。此外，如果有條件的話，最好還要有不同教學風格和不同路徑的學習資源供學生個性化選擇。

學生在進行課程資源的學習時，由于先前的基礎不一，還需要一定的預備知識。在拓展資源庫里，可以放置一些課程需要的基礎知識，供學生根據自己的實際需求選擇性學習。同時，課程資源只是相對完整的知識體系，在實際學習或解決問題中，還會涉及多方面的知識和信息資源。因此，拓展資源庫還需要動態補充和更新相關資源。

案例(問題)庫是學習資源的重要組成部分，可以為學生心智模式的構建或者當前問題的解決提供經驗，學生對案例進行對比、模仿與移植，從而更快更好地解決問題。在創客教育中，學生學習的目的是要能夠運用已有知識解決實際問題，通常還需要有所創新。因此，這里的案例常常是指一系列的問題及其解決方案，也可以稱之為問題庫。筆者認為，面向創客教育的案例庫應該具有如下特點：第一，要有一定量的劣構問題。Jonassen(1997)認為，問題分為良構問題和劣構問題。良構問題是指有限定條件的問題，往往根據限定條件，運用所學知識來解決這類問題。劣構問題是定義不完整的問題，確定性條件較少，具有多種解決途徑和解決方法。目前學校教育中的課后問題等大都是良構問題，問題解決形式固定，缺乏創新。但是，人們在日常生活以及專業領域中所遇到的問題，大都屬于綜合性問題，即劣構問題與良構問題的相互綜合。而要想有創新，就需要有解決劣構問題的思維與能力。因此，案例庫中必須要有一定量的劣構問題，促使學習者通過觀察、調查、假設、推理、搜集和處理信息等方法來解決問題，從而提高學生分析和解決問題的能力、反思能力和協作能力等高階能力。第二，案例之間要有關聯性。案例庫中的案例要內容豐富且有一定的關聯性。通常可以是大案例由小案例組成，案例之間可以組合包含。在學習過程中，學生根據自己的學習習慣，可以選擇先了解大案例的架構，再根據該框架逐步學習小案例，也可以先學好每個小案例，再通過大案例的學習進行結構深化。通過這種具有關聯性與層次性的案例的學習，學生可以較好地掌握細節問題，并且對整體架構也比較清楚，從而提高學生的學習效率與解決復雜問題的能力。

測試題是學習資源中必不可少的部分。在每一階段的學習結束后，通過測試可以檢測這一階段的學習效果，以便查漏補缺并調整學習方法和策略，從而提高學習效率。測試題要有質量，且包括客觀題與主觀題，要能夠較準確地反映學生的真實水平。

(2)學習工具。學習工具為學生提供學習支持，主要包括導航工具和信息搜索工具、記錄工具、在線詞典、仿真實驗工具和個人學習空間等。

網絡學習環境中的學習資源必須要方便學生查找，因此，科學美觀的導航工具和信息搜索工具必不可少。在學習過程中，需要對學習內容進行批注或者記錄自己的學習收獲等，因此，學習環境中要有記錄工具，并且能夠進行匯總查看。在線詞典收錄課程資源中所涉及的一些專業名詞，與網絡上各種資源相比，這里的解釋由教師或專家提供，因此更加精確，節省了學生的搜索時間，提高了學習效率。對于某些具體的實踐題目，可能沒有必要進行實際操作或者實際操作成本太大，可以用程序實現的仿真實驗工具進行演練，從而節約成本，提高效率。在個人學習空間中，學生可以查看自己的學習記錄，記錄自己的學習收獲，對已經學得的知識進行整理、歸納，從而創新知識。

(3)學習服務。學習服務為學生提供了更好的學習體驗，主要包括人際交互、學習評價、資源推送與提醒服務等。

要想學習更加高效，師生之間或學生之間的交互必不可少。學習環境中應當設有學習論壇，學生可以在這里進行提問或交流學習心得，老師或專家要對學生的提問進行及時的解答。此外，教師或學生還可以自建討論組，進行針對性討論和學習。學習評價包括系統根據在線學習記錄和測試情況得出的評價，還包括教師根據學生實踐能力和線下表現做出的評價，這種綜合性的評價較全面地評價了學生，并且評價不公開，只有學生和教師知道，避免了學生之間的盲目競爭。學習環境能夠根據學生所學內容，推送相關內容。同時，學習環境還有資源更新提醒、選課提醒、學習任務提醒等服務，提醒方式可以有平臺消息提醒、手機短信提醒或郵件提醒等。

3.實體環境與虛擬環境的融合

在創客教育的具體實施過程中，需要充分發揮實體學習環境和虛擬學習環境的優勢，進行融合性學習，學習進程如圖3所示。

圖3 創客教育虛實融合學習環境結構圖

首先明確要學習的課程，一般情況下，學校開設的創客課程是由教師根據實際需求設置，學生可以根據自己的興趣選擇要學習的課程。選擇好課程后，通過在實體環境中的學習、實踐，以及在虛擬環境中的自主學習，掌握課程的基本內容。在學習過程中，可以進行面對面的討論或者網上的交流互動，通過與老師同學的交流解決自己在學習過程中遇到的問題，也可以交流自己的學習收獲、自己的靈感等。課程學習的目的是提高動手能力，學生在學習過程中要有自己的作品，作品完成后可以進行實物展示，并且在網上介紹自己的作品，包括功能和技術性問題等。最后，對學生的實踐表現以及網絡學習記錄和測試情況等進行評價，這里的評價包括每一學習階段的形成性評價和整個課程學完后的總結性評價。

[1] 浙江溫州：創客空間里的夢想時光[EB/OL].[2015-05-10].http:∥paper.jyb.cn/zgjyb/html/2015-01/31/content_430383.htm?div=-1.

[2] 吳俊杰.讓教育滋養創客 讓創客豐富教育——我的創客教育之路[J].中小學信息技術教育,2014(4):10-12.

[3] 創客教育 學習新支點——溫州市實驗中學創客教育探索行動報告[N].溫州日報，2014-11-11(9).

[4] 傅騫，王辭曉.當創客遇上STEAM教育[J].現代教育技術,2014(10):37-42.

[5] 走進“創客”時代[EB/OL].[2015-05-10].http:∥paper.chinateacher.com.cn/zgjsb/html/2014-11/19/content_105122.htm.

[6] 謝作如.深圳校園創客教育漸熱 是否急功近利[EB/OL].[2015-04-30].http:∥blog.sina.com.cn/s/blog_6611ddcf0102viqh.html.

[7] 謝作如.開源課程：Arduino創意機器人[EB/OL].[2014-06-18].http:∥blog.sina.com.cn/s/blog_6611ddcf0101kcje.html.

[8] 朱曉鴿.論學習環境設計[J].中國電化教育,1996(7):16-18.

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[14] 楊現民，陳耀華.信息時代智慧教育研究[M].上海：上海交通大學出版社，2013：60.

[15] 李凌，王頡.“創客”：柔軟地改變教育[N].中國教育報,2014-09-23(5).

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[17] 謝作如.活躍在溫州中學創客空間里的孩子[EB/OL].[2015-05-12].http:∥blog.sina.com.cn/s/blog_6611ddcf0102vjid.html.

[18] 永言.讓人亮瞎眼的信息技術學科基地(二)[EB/OL].[2015-03-29].http:∥blog.sina.com.cn/s/blog_55e6acc00102vh8t.html.

責任編輯 馮麗櫻

On the Learning Environment Construction of Maker Education

WANGWei/JiangsuNormalUniversity

With the development of information technology, traditional education can not meet the needs of social development and students' learning. Maker education aims at enhancing students' ability to solve problems, practical ability and innovation ability, so it has aroused great concern in the educational circle. Maker education refers to carrying out a series of integrated curriculum of training innovative skills to deal with the deficiency of innovation ability cultivation in the elementary and middle school educational system. It needs actual, virtual and virtual-actual learning environments, and the requirement of each environment construction is different.

maker education; learning environment; environment construction; virtual-actual fusion

G434

A

2095-6576(2015)04-0055-06

2015-06-28

王蔚，江蘇師范大學教育研究院教育技術學碩士研究生，主要從事數字化學習資源與環境建設研究。(1551592326@qq.com)

江蘇省2015年度普通高校研究生科研創新計劃項目“國家精品資源共享課建設與應用績效研究”(KYLX15_1457)