創客式學習研究與教學應用

李 君 王 衡 肖 平

(1.西南交通大學 信息科學與技術學院；2.西南交通大學 工程訓練中心；3.西南交通大學 人文學院，四川 成都 610097)

0 引言

創客空間日益受到重視[1]，美國、歐盟、中國都推出了發展創客空間和創客教育的公共政策。國內外的教師和學者普遍對創客教育表現出積極的態度，認為是一種有效的教育方式，取得了良好效果[2]。2009 年11月美國總統奧巴馬在“教育創新(Educate to Innovate)”大會上發言，呼吁“每個學生都應成為創造者，而不僅僅是消費者”。隨后，美國白宮立即啟動了“創客教育計劃”(Maker Education Initiative，MEI)，并讓《Maker》雜志的創始人Dale Dougherty領銜負責實施[3]。該計劃旨在通過推動創客空間建設以及發展各種創客項目激發青少年的興趣、信心和創造力，讓每個青少年都成為創客[4]。2015年初，李克強參觀了深圳柴火創客空間，隨后總理在《政府工作報告中》開始提出大眾創業、萬眾創新，鼓勵建立創客空間，開展創客教育[5]。在公共政策的倡導下，各地紛紛響應，創客空間如雨后春筍，遍地開花。2016年，教育部關于印發《教育信息化“十三五”規劃》的通知(教技〔2016〕2號)[6]。2017年，教育部關于印發《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》的通知(教材〔2017〕4號)，分別明確提出在大學和中小學開展創客教育的指導規劃[7]。

在此背景下，創客教育迅速成為一種熱門的教學模式[8]。尤其在中小學，創客課程和創客空間已經成為教學改革的常見方向。在社會上，也出現了大量創客教育服務提供商。快速發展的創客教育催生了對創客式學習的研究。創客的學習方式是怎樣的？這種學習模式如何運用到教學中？創客教育的發展需圍繞這些問題開展研究。

2013年12月，西南交通大學成立了交大創客空間。本文的作者均為該空間的指導教師，結合實踐對創客學習方式進行總結研究。

1 創客行為分析

1.1 創客

創客的英文Maker很好地解釋了創客的基本行為是做東西(making)。而做東西的目的，既可以為愛好而作，為學習而做，為創業而做，也可以為創新而做[9]。不管目的如何，這個做(making)，一定產出了某個東西(thing)，這個東西往往是實物的。創客式學習式蘊藏在創客的行為過程中。創客“造”(making)的過程，可以分為三個階段：創意階段、造物階段、迭代階段。

1.1.1 創意階段

創客們首先出現了某種創意。這種創意通常來自生活。這里所說的生活包括工作、學習、旅行、家居等日常工作和生活。對于學校的創客主體——學生而言，課堂學習、交流、閱讀、觀察、參與活動、制作都是他們日常生活的一部分。他們在這些生活的過程中，產生了某種認知擴展，進而經過對生活的思索，產生了創意。在被問到創意來源時，他們通常可以講一個故事，來描述這一過程。

1.1.2 造物階段

有了創意后，一部分人會嘗試動手實現，也即做出來(making some things)。創客的造物行為就在這個時候發生了。在動手過程中，根據創意不同，要做的東西也不相同。創客在動手的過程中，也是一個解決所遇到的困難的一個過程。因此學生在造物目的的驅動下，通常自發查閱資料、與人交流、線上學習、實驗等學習過程都可能發生。這就發生了學習行為，伴隨學習行為。創客的學習行為在動手中得以驗證，通過不斷的動手迭代，最終解決問題后，很自然的會獲得一種自我滿足和成就感。這一過程如圖2所示。

圖2 創客在解決問題中學習

1.1.3 迭代階段

創客造東西過程的迭代至少出現在兩個地方。其一是有了創意后，嘗試解決問題，不斷對問題相關知識進行學習，并嘗試動手解決，重復學習和動手的過程，形成迭代。其二是當創客制作出一個解決該問題的初步物品后，當有新創意產生時，會對其進行升級，從而開始產品升級的迭代過程。

1.2 創客學習

在創客的行為過程中，蘊含著一系列的學習過程。這些學習過程即有傳統的課堂教學，也包括一系列課外的自主學習過程。

課堂教學主要體現在創意階段，創客通過課堂學習，帶入了認知的擴展。對創意的產生有積極作用。

創客學習過程中，更多是自主的課外學習過程。在創意階段，包括閱讀，與人交流，觀察，參與某些項目，參加某些活動的行為，客觀上產生了學習行為。在造東西階段，創客們的學習主要體現為做中學，在“做”和“學”的迭代中，通過不斷解決“做”所面對的實際問題，產生連續的“學”的過程。

2 創客式學習特點

通過對創客行為的觀察，我們發現創客式的學習的最集中特點就是這種學習是蘊含在創客行為中的。學習不是創客行為的最主要目標，在某種創意的驅動下造東西是創客行為的目標，但是在這種過程中，客觀的產生了學習的行為。這一學習行為有以下具體特點：

2.1 生活學習

創客的創意具有生活化的特點。他們往往運用所掌握的知識和技能去解決生活中、工作中所面對的問題。很多創客也認為造東西(making)的這一行為本就是生活的一部分，所以發生在造東西過程中的學習，充滿著生活學習的氣息。

創客式學習的這一特點與盧梭開創的梭羅學校的生活教育思想較為相似。在盧梭學校，梭羅采用一種與美麗的大自然完全融合在一起的教育方式，每周兩到三次帶學生到河上旅行，在戶外上課、野餐，讓學生受到以大自然為課堂，以萬物為教材的生活教育[10]。二者都將生活作為學習的最重要場域，學習都發生在生活中。不同的是時代，創客式學習產生和發展于信息技術大發展的時代，再以信息技術為代表的新技術支撐下，體現著新技術革命的精神。

創客式的學習與陶行知先生的“生活即教育”思想也較為接近。陶行知說[11]“生活教育教人發明生活工具，制造生活工具，運用生活工具”。還說“教育有無創造力，也只需看他能否發明人生新工具或新人生工具”。在創客的眼中，發明、制造，這些都是做東西，都是生活中的創客行為。因此也可視為創客式學習是當代的“生活即教育”。

2.2 問題導向

創客的學習發生在創客造東西(making)的過程中，這一過程的出發點往往是解決某個問題。因此創客式的學習，有明顯的問題導向特點。創客式的學習本質上就是為了解決真實生活中的某個問題。這一特點符合問題導向學習(Problem Based Learning，PBL)教學法，因此也常有人將創客式學習看作PBL教學法的一種[4，12]。但是問題導向并非創客式學習的關鍵特點，因此創客式學習法與PBL教學法有一定的區別。

2.3 快速迭代

迭代(Iteration)是計算機編程中的一個概念，可以視為一個循環執行某些動作，達到某種目的的過程[13]。創客文化的發展過程受計算機文化的影響較大[9]，所以創客文化本身就有迭代的基因。

創客在解決問題時候，往往會從原型裝置開始，然后將這一裝置投入真實解決問題的應用中。然后在應用于實際的過程中，不斷的解決暴露出來的問題，從而實現作品從一個原始的原型裝置，到最終成為一個完整解決問題的完善產品。

創客們往往會發明一些工具來支持這一快速的迭代過程。比如RepRap開源3D打印機[14], Arduino開源控制器[15]等，使得人們可以在自己的辦公室甚至宿舍完成原型產品的構建。這些工具的特點是開放源代碼，代碼、圖紙等文檔都可以在某種協議的限制下自由使用。

快速的迭代，尤其是迭代后期，往往需要較為完善和專業的工具，一些創客聚集起來，共享工具，促使了共享式創客空間的蓬勃發展[3，9]。

創客式學習的這種快速迭代特點，與傳統的學校課程安排有較為明顯的對比。傳統的學校課程安排往往是理論與實踐環節割裂，一般會安排一系列理論課程，然后在某個階段，比如一個學期結束后，開展實踐環節。這種學習過程的特點是迭代速度較慢(如圖3所示)。創客式學習的特點是在不斷進階的生活問題中，快速的迭代，最終帶來問題的全面解決。在快速迭代的解決問題過程中，不斷學習，建構知識。相對于傳統的慢迭代的過程，創客呈現出快速迭代的顯著特點(如圖4所示)。

圖3 慢迭代方式的教學設計

圖4 快迭代方式的教學設計

2.4 跨學科

創客式的學習也是一種跨學科的學習。生活中真實的問題往往是跨學科的，需要使用跨學科的知識和能力來解決這些問題。創客式的學習是在解決真實問題的過程中發生的學習，這種學習天然的具備了跨學科的特點。

如圖5所示，以生活中的過河為例，過河這一問題，可是使用的方法有游泳、行船、搭橋、懸索、潛水等多種方法，其中搭橋一項，背后就涉及到力學、材料、地質、土木、造型、項目管理等諸多學科。

圖5 生活中過河問題背后的跨學科

創客式學習所具備的跨學科也并非廣泛的學科整合。創客式的學習較集中使用的學科領域是數字制造、計算、編程技術，使用這些來構建真實或者數字物品的同時帶動了設計思維、計算思想、團隊合作、創新等跨學科能力的培養[2]。基于創客式學習的跨學科教學可以歸為工程領域的跨學科教育[16]。

2.5 建構主義

建構主義認為，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人(包括教師和學習伙伴的幫助)，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得。由于學習是在一定情境即社會文化背景下，借助其他人的幫助即通過人際間的協作活動而實現的意義建構過程，因此建構主義學習理論認為“情境”“協作”“會話”和“意義建構”是學習環境中的四大要素[17]。20世紀末，隨著多媒體技術與互聯網在教育上的應用，極大的提高了這四大要素的可行性，建構主義開始表現出良好的學習效果[18-19]。

創客式學習也體現了建構主義思想，即在創造過程中學習和發現知識，而非被動接受 。創客式學習的建構過程中，大量使用了當代社會的新技術，例如計算、編程、3D打印等。大量的開源技術平臺和大規模的線上開源社區(例如GitHub、Thingiverse、Instructables等)，使得建構主義在創客式的學習中得到了近乎完美的體現。

2.6 自我激勵

創客的行為(Making)更像是一種姿態(stance)，學習者對于學習的態度是，“我處于學習過程的中心，自我激勵”。創客式學習的過程中，實質上是出于某種動機去解決問題的過程。由于某種動機的存在，創客式學習是自主的，主動的，學習者自己是學習過程的導演。因此自我激勵也是創客式學習的一個顯著特點。

3 教學應用

2016年，依托西南交通大學創客空間，課題組組建了一個團隊，將創客式的學習模式，應用到課堂教學中，開設了《從代碼到實物：造你所想》跨學科通識課[21]。

3.1 課程設計

在課程設計上，按照創客式學習的方式，首先將課程的目標設定為一個創造的目標：造一個解決某個實際問題的東西。然后按照這個目標，設計內容和迭代過程。

在內容選擇上，參考了麻省理工學院原子與比特中心的《How to make (almost) anything》課程[23]。并將迭代分為三個階段：創客、具有設計思維的創客、創新者(見圖6)。在第一個階段，學生只需要學習幾項常用技術，構建一個完整項目(例如開源小火車、機器人小車等)。在第二個階段，學生需要組建團隊，頭腦風暴，設計并制作一個解決實際問題的項目，并不斷優化，最終在課程展覽中展覽。在第三個階段屬于拓展階段，學生可以在完成第二次迭代的任務后，繼續發展項目，并將項目應用到真實環境中，或者推向市場。將創意，最終變成創新。如圖7所示的開源火車模擬器項目，學生最初在Level1的大作業開源小火車的項目中得到啟發，在Level2的項目中制作了開源的火車模擬器。此后基于興趣進一步完善和迭代，在中美青年創客大賽中再一次迭代，然后參加Makerfaire Shenzhen活動，根據實際展覽的需要進行產品迭代，并向面向公眾開放體驗，完成從Level2到Level3的轉變。

圖6 《從代碼到實物：造你所想》課程內容和迭代設計

圖7 《從代碼到實物：造你所想》開源火車模擬器項目的迭代過程

3.2 配套環境

為支持創客式學習，教學團隊建立了一個教學網站[24]，將課程有關的知識點都放在該網頁上，學生可以在創客式的學習過程中，不斷的查閱。創客空間為該課程全面開放，提供了課程同學較為全面的常用造物所需機器設備的支持。

3.3 教學效果

學生在本課程中創造了一些有趣的作品，并普遍反映通過本課程的學習，掌握了一種用技術來實際解決問題的能力。教學效果如學生所述：“我在每周一次的課程中一次次接觸那些技能：Fusion 360、數控雕刻、3D打印……從畫電路，到編程，再到外觀設計……我們對大千世界、學習成長、達到新的卓越境界和發現新事物都深深著迷。我們的熱情從學習或工作中的一個具體領域延伸到各個學科領域。”[16]

課程深受學生歡迎，2018-2019第二學期的調查顯示，25名選課同學中，23名投了100分的權重分，2名投了99分的權重分。2018-2019年第2學期，課程被西南交通大學教學質量保障工作委員會本科教學質量保障分委會評為“特優”[25]。

4 結語

創客式的教育模式已經成為從小學到大學教育實踐的熱點之一。我們基于對創客空間學生行為的觀察進行總結，發現創客式學習具有生活學習、問題導向、快速迭代、跨學科、建構主義、自我激勵六個特點。其中生活學習和快速迭代是區別于其它的教學思想和模式較為獨特的兩點。

基于這一觀察結果，我們開展了教學實踐，以生活學習和快速迭代為主要思想，設計了《從代碼到實物：造你所想》的課程，并取得了積極效果。

在教學實踐中，我們也發現了應用創客式學習模式到課堂教學中去，主要有三個方面的挑戰：師資方面，不同學科背景的老師的跨學科合作較難進行。這需要課程團隊有較為跨界的背景，并且需要一定時間的磨合；資金方面，支持創客式學習需要首先建立一個造物的環境，這需要經費支撐和場地支持；知識和經驗方面，需要教師可以帶領學生或者支持學生在無限創意的生活中擴展世界認知，因此需要對具體行業的實際生產和生活有深入的研究。