面向創新思維培養的小學課程學習活動設計

任劍鋒 祁永珍

[摘? ?要] 近年來，中小學生創新思維的培養受到了越來越多的重視，如在信息技術課程中，不少中小學通過增加Scratch編程模塊來培養創新思維能力和提高信息素養。但相關的系統研究比較缺乏，特別是在如何有針對性地設計相應的學習活動方面缺少深入研究。有鑒于此，文章在討論相關支撐理論和梳理總結相關研究的基礎上，形成了面向創新思維培養的學習活動設計原則，并基于這些原則構建了小學生面向創新思維培養的、由“準備”“創造”和“分享”3大環節及“先導”“創意”“設計”“實現”和“總結”5個小環節為主要框架構成的學習活動組織程序的理論模型，然后以信息技術課程中的Scratch編程模塊為依托，通過行動研究使模型得到了發展。研究結果發現，學生在創造力傾向測驗的冒險性、想象力、好奇性和挑戰性等維度上都有顯著提高。學生對所學課程的興趣也逐漸濃厚，有創意且獨立完成任務的人數逐漸增加，一系列數據支持研究提出的相關模型和具體實施辦法的有效性。

[關鍵詞] 創新思維; 學習活動; 創客教育; Scratch

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 任劍鋒（1973—），男，甘肅天水人。副教授，博士，主要從事教育信息化理論及計算機支持學習系統的設計與開發研究。E-mail：renjf@126.com。

一、研究背景

本課題是在國內外創客運動的實踐和相關國家政策的推動背景下提出的。國內外教育界將 21 世紀定義為“創新人才培養”的世紀，越來越多的國家把創新人才的培養列入政策規劃當中。我國早在1999 年，由教育部頒布的《關于深化教育改革，全面推進素質教育的決定》中，即對培養創新人才進行了強調。2014 年，教育部《關于全面深化課程改革，落實立德樹人根本任務的意見》進一步強調，實施素質教育要求學生具備創新思維能力，要因材施教。因此，創新思維培養是素質教育理論實踐化的具體舉措。國際教育界把21世紀定義為“創新人才培養”的世紀，越來越多的國家把創新人才的培養列入戰略計劃中，教育競爭核心轉變為創新能力的競爭，其成敗越來越依賴于所擁有的“創新型”人才的多少。可見，培養學生的創新精神和能力已成為國際社會的共識。

作為培養創新型人才的一種方式，創客運動最早源于老牌工業大國英國。早在 1997 年，英國時任首相布萊爾便牽頭成立了“創意產業特別工作組”[1]。1998年，美國的Gershenfeld教授在MIT開設的 “如何能夠創造任何東西” 的課程成為他最受歡迎的課程，受此啟發，他建立的 “圍觀裝配實驗室”突出了個人創新創造的理念。此后，創新設計、個人制造實踐開始風靡。2009年11月，美國時任總統奧巴馬在“Educate to Innovate”活動中首次倡導美國學生應成為知識的創新者和社會創造者[2]。這成為美國政府在全球率先開展“國家創新戰略”和落實創客教育的標志。此后，包括麻省理工學院、哈佛大學、斯坦福大學等名校在內的幾百所高校相繼建設創客空間、創客檔案、創客圖書館、創客實驗室。中小學的創客教育也開始流行起來，眾多中小學校長承諾積極開展創客教育活動，為中小學生的創造、探索和發明活動提供創意空間場所，同時鼓勵教師在課程教學中更多地融入創客教育的理念、目標和方法。

我國創客教育起步較晚，但2014年后開始迅速發展。2014年，第一屆青少年創客文化節在溫州舉行。2015年，深圳成立創客周。隨后各地創客運動應運而生。2017年，中國第一屆創客教育論壇召開，總結創客教育最新成就，探討了創客教育熱點問題和遇到的難題。在實踐發展的同時，我國創客教育研究也有一定發展。本研究所進行的文獻調查發現，從2013年起國內創客教育研究數量不斷上升，尤其是2017年達到500篇以上。這些研究主要集中在4個方面：（1）相關概念、特征和目標研究。祝智庭、黃榮懷、楊現民等學者在這方面的研究有較大影響。（2）創客教育發展路徑及面臨問題的研究。這方面研究表明，創客教育大跨步發展的同時，也暴露出一些問題，如師資匱乏、教學設計單一、教法陳舊、缺乏配套教學裝備等。（3）創客教育在不同學科、不同階段中的應用研究。這方面研究較多，按學科來看，在英語、科學、物理、品德、信息技術、機器人等科目中均有涉及。（4）創客教育教學模式、學習活動設計研究。這方面的研究比較少并且深度遠遠不夠。

學校中的創客教育是以發展學生的創新思維與創新能力為宗旨的，信息技術課程則是培養學生創新思維的重要載體。2000 年，教育部發布的《中小學信息技術課程指導綱要》明確指出，學生創新能力的培養是信息技術教師的重要任務。而小學階段是學生創新能力發展最為關鍵的時期。學生從學前教育階段過渡到小學階段，學習環境和學習方式發生了很大的變化，他們對新事物的好奇心以及求知欲正在與日俱增。另外，根據學習科學的相關研究，小學階段的兒童有比其他階段更優越的學習的生理基礎，因此，在小學階段進行創新思維培養顯得尤為重要。

綜上所述，創新教育已有了廣泛的實踐基礎和政策支持，是新時代人才培養的重要形式，并且小學階段的創新思維培養更為重要。但相應的比較系統和深入的研究非常缺乏，導致在理念和活動組織方式上存在很多問題，這即是本研究的出發點。

二、 面向創新思維的學習活動設計的基本原則

創新思維也被稱為創造性思維，是能夠感知問題，猜測和產生新想法，并傳達出結果的一種思維能力，是創造力的核心。Andreasen[3]認為，創新思維充分利用了所有人的技能和經驗。Kraft[4]等認為，創造性思維不是天生的才能，而是一個過程，是人類智慧的一個組成部分，可以在任何背景下實踐和發展。Treffinger[4]則提出了創造性學習模型，該模型包括創造性學習的三級水平，并且在每一級都考慮到認知與情感兩個維度。第一級水平包括一類具有發散功能的認知與情感因素;第二級水平包括更高級的或更復雜的思維過程;第三級是學習者真正融入真實的問題和挑戰。這些研究對于我們提出面向創新思維培養的學習系統設計原則及在設計相關活動程序中突出發展創新思維能力的步驟或做法來說，是很有啟發的。

創新思維或創造力的測量比較復雜，但經過多年的研究，也有一些比較典型的量表可以借鑒，如吉爾福特、托蘭斯和威廉斯等人的相關量表。吉爾福特的南加利福尼亞創造力量表由言語測驗和圖表測驗兩部分構成，涉及11個子項;托蘭斯的創造性思維測驗量表主要測驗學生在“流暢性”“靈活性”“獨創性”和“精確性”4個方面的表現。威廉斯的創造性傾向量表，主要測驗“冒險性”“挑戰性”“想像力”和“好奇心”4個方面的表現。本研究主要目的不在于研制研究量表，所以在創新思維和能力測量上借鑒并采用了威廉斯的、經過林幸臺和王木榮等修訂的量表版本，它更適合我國的情況。

原則是根據一定的目的和規律而制定的指導相應工作的基本準則。原則可以因不同歷史時期人們考慮問題的基本思路和范式而發生變化。而關注學生“有所創造地”“建構性地”學習的觀念，及相應學習系統設計的指導原則，實際上早在20世代80年代末興起的“學習革命”中就已經得到強調。

20世紀80年代以來，由認知心理學、腦神經學、計算機科學、哲學、語言學、人工智能、人類學等對“智能實體在環境中的適應”共同感興趣的分支領域交叉而成的認知科學，因其傳統研究單元和研究方法的局限等，逐漸發生了變化。

站在時代潮流前列的認知科學家普遍認為，傳統的認知科學的關注對象和研究方法過于遠離人在真實世界中認知發展的實際狀況。比如，眾多研究把注意力集中在“無足輕重”的問題上，而這些問題只需推理者在很少的東西上作出決定， 問題的背景也限于狹隘的界定，忽略掉的正是任務的復雜性以及問題與個人經驗的聯系。如認知心理學中經常做的一類實驗是：隨意排列一些字符，測驗記住它的時間，或者生造一些實際上不存在的詞，以檢驗人類記住這些生造詞匯的時間。這類研究即被認為遠離真實生活，因為此類學習永遠也不會在實踐中遇到。這樣的研究導致真實世界的復雜性被忽視了，而所發現的認知規律也將人所處的社會世界與自然世界進行了抽離。

從本體論的角度來看，教育空間是在一個包含了物質實體、交互關系、實踐活動與意義建構等的“互嵌空間”之中來顯現自身的存在。從人的生命成長和精神完善即價值論的層面來說，教育空間并非是單純的物理實體空間，而更多是主體展開生命活動與建構意義的空間。[5]在反省認知科學局限的基礎上，一些走在時代前沿的學者強調真實教育和工作場所中的績效問題研究，成為新興的學習科學的奠基者。與傳統認知科學家相比，他們的研究在認知的研究視野、范式、方法等多方面有所不同。體現在學習心理學領域，有諸如在建構主義、情境認知、分布式認知、具身認知等的基本觀點上保持一致而側重點不同的眾多理論，掀起了認知科學的一次革命。著名的建構主義教學設計專家戴維·H·喬納森即指出：“在過去十年間，學習領域的理論發展經歷了一次科學的革命”。[6]過去的觀點認為學習是知識的獲得，“知識是可以由一個人‘交給另一個人的客體”。而新觀點認為：“學習既是個體性的建構意義的心理過程，也是社會性的、工具中介的知識合作建構過程。有意義的學習是有意圖的、復雜的，是處于它所發生的情境脈絡中的。”[6]

以建構主義為代表的新的學習科學革命使得傳統上進行教學和教學設計時所遵循的原則發生了很大變化。學習被認為是學習者主動地建構關于外部世界的獨特理解及建構獨特的自身的活動，是一種活動性的、參與性的、建構性的、反省的和有目的的，在人際互動與協商中不斷發展自我影響力的活動。這些新發展及相應的教育理念的變革，對當代教育技術的發展產生了重大影響，同時深刻改變了學習系統設計的理念、范式和具體方法。教育技術的工作理念從通過精心的設計和開發相關教學過程以控制學習者的學習產出，轉向“便利”與“支持”學習。如AECT 1994和AECT 2005的相關定義，均體現了一種支持、便利學習而不是控制學習的理念。正如瑞澤[7]在其新修訂的《教學設計和技術的趨勢與問題》中所闡述的：“新定義還強調，領域專業人員所作的教學干預應以促進學習為目的，而不應像一些早期的定義所說的或所蘊含的那樣，是要引起或控制學習。新觀點承認，無論學習者將會碰到什么樣的教學干預，他們在確定自己學習什么東西方面都起著重要作用”。

這些變革引起了教學設計工作者對自身角色理解的變革，從基于客觀知識傳遞主義的“工匠”隱喻轉變為基于知識建構的“農民”隱喻，即學習者更像農民的操作對象即莊稼，是自有生命體，而完全不像工匠的那些能夠被完全決定其一切的無生命的產品。相應地，教學設計新范式的基本理念應該是主要支持學生自身的學習與發展，而不是支持教師的教。因此，要致力于設計方便學生學習的活動組織形式、環境與資源，設計促進學生社會性交流的氛圍，使其“充滿成就感地”“有樂趣地”“建構/創造性地”“貼近生活地”“合作地”和不斷“反思地”學習與發展。

建構主義的核心詞“意義建構”本身就蘊含了“創新”“創造”等的內涵，而面向創新思維的學習系統設計，則應更加強調這些內涵。如此，則“主動性”“建構性/創造性”“實踐性”“協作性”和“綜合性”等一系列原則，便成為新教學設計，特別是面向創新思維培養的學習活動設計的基本原則：

（1）主動性原則。強調以學生為中心，引導其積極主動地探究科學而非只是讓教師“傳授科學”，根據新的學習科學，知識實際上是不能夠“傳”的。

（2）創造性/建構性原則。強調充分發掘學生的潛力，引導其求異求新，時有新意，日見新成，不斷體驗創造智慧的成就感，從而更增進其探索求知求新的動機與興趣，促進其“意義”與“身份”的雙重建構。

（3）實踐性原則。強調設計學生學的活動而非只關心教師教的程序的設計。面向創新思維培養的學習是基于學生的，并且是基于活動的。既然學習并不能理解為脫離實踐的心智表征處理，就要強調把學習放到具體的實踐活動中去，通過對活動客體的操作，在交互中建構知識。

（4）綜合性原則。強調學的“情境”而非“教”的情境，貼近學生的生活，從實際生活中引出真實或盡量接近真實的、綜合的、復雜的問題供學習者探索解決。

（5）協作性原則。協作性原則是得到多種理論支持的，其中作為建構主義學習心理學兩大重要淵源的皮亞杰和維果茨基的理論尤其得到重視。皮亞杰[8]認為，當人們在一個環境中合作時產生的社會認知沖突會造成認知的不平衡，而這種不平衡反過來又激發人們的觀點采擇能力和認知發展。而在協同性的學習中，學生間不斷進行的交流就在不斷地造成認知的不平衡，平衡的發展動力則促進學生積極進行觀點對比、論證、解釋、修正等活動，從而支持了認知的不斷發展。可以說這種效應就是一種人際交互的協同效應。維果茨基[9]認為，認知發展在社會交互作用中產生。在認知發展中，每一心理功能都發生了兩次，第一次在參與社會交互的人們之間，第二次在個體心理層面，即個體內部。兒童最初在社會搭檔的支持下完成認知任務，多次以后，這些社會交互便逐漸被內化，直到能獨立完成任務。因此，個體心理過程起源于社會交互作用。為了說明這一過程，維果茨基提出了最近發展區的概念。 最近發展區是指兒童能夠獨立完成的任務和在與成人或是更優秀同伴交互作用中完成的任務之間的差距。維果茨基認為，教學的最重要特征是教學在創造著最近發展區。這就形成了兒童不斷發展的更大可能性。按維果茨基的說法，則“最近發展區”效應就是一種人際交互所依恃的協同效應。協作被看成一種共同建構意義的過程，意義建構不能被視為參與者個體的心智表征，而是多人互動的結果。從教育的終極價值關懷來看，我們對教育空間構成的思考除了要考慮其物理存在和對象表現之層次外，還必須涉及其人格表達這一更深的層次，即要著重思考人之心智的活動以及由人所構成的位格世界（也稱人格世界）對其自身的意義。[5]可見，面向創新思維培養的學習系統設計需要強調充分發揮人際交互的協同效應，使得學習者之間能互相啟發、促進，獲得思維方式、知識、情感體驗和實際動手能力等多方面的相互支持，并且也保證了問題解決的較高質量。

面向創新思維培養的學習活動設計，要遵循上述基本原則，即應該把上述基本原則“變現”，轉換為設計學習系統的可操作的“工具”與“方法”，特別是轉換為學習活動的組織程序。

三、面向創新思維培養的學習活動程序的理論模型建構

前面討論了面向創新思維培養的學習系統設計的幾個最基本的原則。按照這些原則，可以形成一個由“準備”“創造”和“分享”3大環節，“先導階段”“創意階段”“設計階段”“實現階段”和“總結階段”5個小環節構成的學習活動程序的初步理論模型，如圖1所示。

圖1中模型的第1大環節對應于5個小環節的先導階段，第2大環節涉及中間3個小環節，第3大環節對應最后一個小環節。這5個小環節的學習活動組織程序本身就能體現出以學生為本的主動性原則，在整個過程中突出了學生的“建構”或“探索”，即學習不再是被教師“傳授”或“交給”知識的過程，學生是在“行動”中“創造”或“建構”知識，不斷發展新的自我。其中有三個小環節如“創意階段”“設計階段”及“實現階段”涉及了創新活動從新的“點子”閃現、捕捉、明確化到具體化為設計方案，最后到實現的整個過程，與一般的教學活動過程有明顯區別，體現了面向創新思維培養的學習設計的要旨。然而創新是需要一定的條件和氛圍的，因此，在活動程序一開始，安排了“準備”或者“先導階段”，從而為學習者的創新準備建立相關的外部資源、環境、合適的氛圍條件與內部的心理條件，營造出適宜創新的基礎。程序的最后階段安排了總結，通過學生間的交流、評論與反省，進一步發揮協同效應，同時讓學生有更好的成就體驗，更好地“建構自我”。

圖1中3個大環節的意義是比較清楚的，下面主要解釋5個小環節的含義。

“先導階段”是學習活動程序的首要階段，主要激發學生的學習興趣，從而引發學習探索的好奇心，并為本學習活動的展開打下一定的基礎，又包括“展示樣例—體驗樣例”（前者表示教師的學習引導活動，后者表示學生的學習探索活動，下同）和“先導教學—先導學習”兩個環節。

在“創意階段（創意激發—產生創意）”，學生以頭腦風暴等方式，充分進行創意，鼓勵求異思維、分散性思維，進行天馬行空的想象。任何想法都得到尊重和記錄。學生在各自自由地產生創意后，在組內進行討論、交流，那些雖難以實現但創意度很高的想法也得到很高評價。通過交流和協商，探索小組對提出的創意進行整合，選出一個或幾個準備予以實現。

在“設計階段（設計指導—設計草圖）”，要將之前的創意進行構思并在學習單上進行反映，進而為下一階段的實施奠定基礎。教師主要充當幫助者的角色，引導學生理清思路，將草圖畫在學習單上，就所欲實現的結果表現與實現途徑、方法等進行設計。

“實現階段（引領探索—創意實現）”旨在讓學生通過交流、合作與協同制造，進行作品的創作，將構思好的創意予以實現，從而培養創新實現的能力。

在 “總結階段（評估與總結—展示與反思）”，進行學生創意作品的組間展示與交流，互相進行評價，肯定在創意和實現上的成功之處，反省可以改進與拓展思維的地方。充分肯定學生的發展，可以通過作品在學校展板、走廊等地方的展播，讓創意“回到生活”，給學生更高的成就體驗。

四、面向創新思維培養的學習活動模型的實踐與發展

為了檢驗圖1中模型的有效性及進一步改進該模型，本研究以西部偏遠地區 A省的郊區學校B小學四年級學生作為研究對象，以信息技術課程中的Scratch內容為依托進行了教學實踐。在本研究開始前，學生沒有接觸過 Scratch 編程，但上過信息技術課程，具有一定的計算機基本技能。每個學生配備有一臺電腦，教師可通過課堂管理系統實時監控學生學習進程，還可以將作品示例以及教學素材等資源發送給學生。

我們在此環境分階段展開了三輪行動研究的教學試驗，以檢驗和改進前述的學習活動理論模型。在第一輪的教學試驗結束以后，對學生實施了問卷調查，發現學生對本單元的四個主題所涉及的內容掌握得不錯，但不是特別好。學生反饋在經過最后的評價分析以后，仍然需要修改之前的作品。他們對于自己小組的作品，甚至對別的小組的作品都有非常好的創意想要提出來等等。根據這些反饋意見，我們在“先導學習”前加上了一個前次作品重評修改的階段，并主要在創造階段的3個子環節補充和強調了交流與協同。

第二輪的教學試驗進行了四個單元的教學，以檢驗和改進修訂后的模型。學習效果的調查發現，學習任務的整體完成效果比較好，學生對課程也產生了濃厚的興趣，不再拘泥于對教師展示作品的模仿，而是能夠富有創意地構想和設計。學習活動模型中的草圖的設計，用以幫助學生明確自己所要設計的作品的大致樣子，并且支持組內與組間的交流。但本輪的教學試驗發現，學生并不能夠很好地落實所設計的草圖，并且任務完成的效果與之前自己預想的有一定的出入。據此，研究進一步修訂了模型，在“設計階段”后添加了“草圖分享”的小環節，以便學生的各種創意都有更好的展現機會，能互相啟發和修改。

第三輪的教學試驗又進行了四個單元的教學，結果發現，依據該模型實施的教學可以較好地達到預期的教學目標，在促進并培養小學生的創新思維方面有較好的效果。學生都要求有充分的時間展示其創意與作品，但由于上課時間有限，無法讓所有學生都發言闡述自己的創意并進行作品分享。因此，設計了一定時間的組內討論和代表發言，然而在展示參與的均衡度上仍有一定問題，這有待我們在后續研究中繼續探索。這樣，經過三輪行動研究，我們最后建構的學習活動模型如圖2所示。

五、面向創新思維培養的學習活動模型的應用效果

目前，創造力測評的方法主要有測驗、作品分析和主觀評估三種。本研究主要通過前后測檢驗來分析和觀察，并以訪談來分析學生在創新思維方面的表現與提高效果。

按研究選用的量表，總分在 133 分以上表明有很大的創造性潛能，111～133 分表明創造力潛力良好，111 分以下表明創造力傾向一般。前后測的測試發現，學生的創造力有了較明顯提高。教學試驗之前，具有很強創造潛能的學生人數為 0 人，75%的學生屬于創造力潛力良好，創造力潛力一般的占總人數的 25%。而后測發現，12.5% 的學生具有很大的創造潛能，創造力潛力良好的百分率升至 81.25%。另外，從創造力傾向的各維度看，除了想象力的優秀百分率沒有明顯的提升之外，其余三個維度的優秀百分率都有明顯的提升。冒險性的前測均值和后測均值分別為24.69與 27.44;好奇性的前測均值和后測均值分別為 33.13與35.44;想象力的前測均值和后測均值分別為 27.93與30.81;而挑戰性的前測均值和后測均值分別為 27.88與30.44。使用T 檢驗計算前后均值的變化，發現在“冒險性”“好奇心”“想象力”和“挑戰性”這四個維度上均在0.05水平上達到了顯著性差異。教學實踐中和之后的觀察和訪談也發現，學生在遇到問題和困難時，能夠嘗試用自己的方式或以組內交流的方式去解決，對未知的事物敢于冒險，勇于探索。大部分學生對新的知識產生了更強烈的探索欲望，能夠盡力發揮想象進行創意，對未知的事物也具有了很強的好奇心，對新穎解決方案的探究欲望也在逐步提高，這也說明本研究所建構的面向創新思維培養的學習活動模型是有效的。

六、結? ?語

本研究以新的學習科學的相關理論為基礎，構建了面向小學生創新思維培養的學習活動理論模型，并以信息技術課程中的Scratch編程內容為依托，通過行動研究來驗證和發展所提出的學習活動模型，并通過行為研究不斷改進，最終建構了面向小學生創新思維培養的學習活動模型。研究發現，依據該模型的教學使得學生的創造力確實有了明顯發展，學生整體的創造力指標得分有明顯提高，并且在“冒險性”“好奇心”“想象力”和“挑戰性”這四個維度正向發展達到了統計學上的顯著性差異。我們認為該模型如果遷移到其他“創客”類課程中，也可能有一定效果。但由于研究設計和教學實驗條件中的一些問題， 研究中還存在諸多不足之處，如研究對象的樣本數比較少，可能會對相關結果有一定影響。另外，由于創新思維的復雜性，相應措施往往很難在短期就能產生明顯結果，這對研究結論也會造成一定的影響。我們會在后期繼續進行探索，以期更好地解決這些問題。

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