信息師范生開源創客教育的新路徑研究

王 佩，畢亞楠

（1.貴州師范學院 數學與大數據學院，貴州貴陽 550018；2.貴州師范學院大數據科學與智能工程研究院，貴州貴陽 550018）

當前社會中，大數據、云計算、物聯網等新技術層出不窮，各行各業的信息化步伐不斷加快，社會信息化程度逐漸加深，信息技術對教育的影響也日趨明顯。黨的十八大以來，黨中央、國務院對信息化工作愈加重視，教育信息化正在迎來重大發展機遇。同時，教育部在2016 年發表的《教育信息化“十三五”規劃》中，明確提到了要積極推動信息技術與教育融合創新發展，積極探索信息技術在創客教育等新教育模式中的應用。創客教育得到了國家教育層面的大力支持，并進入國家教育規劃中。所以在現階段，要把握好國家給予創客教育的支持，加深學生在創客教育中的學習深度，使學生在教育中能夠更加有效地學到知識，并從中提升創新能力。

在當前的信息師范生的創客教育課堂中，動手實踐是必不可少的環節。在這個過程中，教師往往會肯定以標準答案做出來的同學，而對于時間受限或知識累積不足從而導致失敗的學生，則會批評或忽視。在課堂中，教師過于關注課堂上學習的結果，而忽略了學生遇到的問題，也忽略了學生在失敗中得到的經驗和啟發，使課堂教育效果不好，學習積極性降低，對學生創新能力的提高幫助不大。為解決這個問題，運用“有效失敗”法進行創新，探索實現開源創客教育的新路徑。基于單片機設計應用進行課程設計，將“有效失敗”運用到信息師范生創客教育中，讓教師的關注點注重在課堂過程中，特別是讓學生從失敗中獲得成長，得到經驗。

一、有效失敗理論

有效失敗（Preductive Failure，簡稱PF）理論是由Manu Kapur提出的。該理論主要指學生在學習以及解決問題的過程中，成功的實踐并不代表就已經把知識學習透徹，當學生在學習過程中遇到了困難，并且自身的知識儲備并不足以解決該問題，教師也不會提供實質性的幫助時，學生通過團隊合作，積極使用已學過的知識去嘗試解決問題。即使在實踐過程中肯定會有失敗，但是在失敗中，學生能夠獲得經驗和教訓，并且能夠以此增加對知識的理解以及對知識應用的靈活性，還能夠鍛煉自己的自我學習能力和創新能力。相對于國外的研究，前期國內對于“有效失敗”的運用還是比較少的，但是近年來我國開始逐漸注重在課堂上融入“有效失敗”理論，相關研究也開始逐漸豐富。香港大學楊玉芹將PF 翻譯為“啟發式挫敗”，該研究將翻轉課堂與PF 理論進行結合，為翻轉課堂、微課設計提供新的視角和模式。劉新陽在《利用有效失敗的創客學習活動設計——一項探索性研究》中將有效失敗理論融入創客教育中，還提出了創客教育在實踐中的建議。郭婧遠在《創客教育中利用有效失敗促進學習的研究》一文中，將有效失敗應用到創客教育中。對于“有效失敗”理論運用創客課堂中的研究，國內還沒有完整的理論體系，本文將會對“有效失敗”理論應用到信息師范生創客教育進行深入研究。

二、“有效失敗”理論在創客型信息師范生教育中的課程設計

在創客教育的課程中加入“有效失敗”理論進行相應的課程設計。根據該理論的特點進行課程理論安排，通過問題情境的設計，教師提供恰當的教學支持，學生們將自主解決問題。本文采用單片機學習操作進行課程的實際研究，在信息師范生研究單片機的課程中，加入有效失敗理論來達到課程設計目的。然后經過多次的研究改善，將很大程度上提高學生的知識運用能力以及創新能力，從而將課程設計優化到最佳效果。基于“有效失敗”的課程設計模型如圖1 所示。

圖1 基于“有效失敗”的課程設計模型

從該設計模型中可以看出，首先基于原有的設計方案，將“有效失敗”理論加入其中，設計出一個新的方案，新方案具有開放性，多種解決方法和唯一標準答案。根據該方案進行教學實踐研究，通過學生和教師在課程實踐后的效果評價，進一步將課程設計方案進行修改完善，重點關注與標準答案不一致的失敗例子，通過不斷的修改和完善后，得到最佳課程設計方案。

三、“有效失敗”法在創客型信息師范生教育中的實踐

（一）課程實踐

首先根據課程的初步設計進行具體的課程實踐規劃。本文選擇單片機的學習實踐作為課程的設計基礎。課程實踐規劃如圖2 所示。

圖2 課程實踐規劃

根據課程實踐規劃，可以分為實驗班和普通班兩個班進行實踐。兩個班的基本配置相同，但是在實驗班里使用“有效失敗”的創客型教育模式，普通班進行普通的教學模式。分別給兩個班級的同學教授相同的知識，布置相同的任務，都是基于單片機的課程設計進行課程設計。課程設計分別為三個實驗，在不同階段讓學生依次完成實驗。并在實踐階段分時間段進行幾次考核和調研。通過對比兩個班的調研結果與考核成績，得到初步的實驗結果。

在實驗班的教學中，首先教師先將關于單片機的知識脈絡和基礎概念教給學生，讓學生建立基本的知識體系。經過基礎知識的訓練后，再布置開放性訓練任務讓學生分組進行自主課程方案設計。在此過程中學生自主進行探索，完全是靠團隊合作來處理問題，并最終實現課程設計。在最后成果驗收時，不僅把學生的設計結果與標準答案對比，還與其他組的設計方案進行對比，著重關注失敗的設計案例，讓學生們對設計方案進行優缺點討論，從而自主發現設計問題，來達到提升知識運用靈活性的效果。在整個過程中，教師隨時關注學生們的研究進展，并根據學生的需要，進行知識的補充，作出引導。但重點還是在于學生自己發現問題，并從失敗中得到啟發和經驗。在這期間還會根據兩個班反饋的問題進行適當的調整，使得效果更好。在課程結束后，對學生和教師進行調查以及對學生進行測試，通過與普通班級進行比較來檢驗課程設計效果。若是學生的知識遷移能力相比較于普通學生要強，就證明學生對于知識的理解和對概念的掌握更加深入，也側面證明了教學效果。根據不同的教學效果，及時對課程設計進行調整優化，對問題情境的結構化進行適當改動。通過了解學生在課程中的知識積累情況、創新能力和解決問題的能力，不僅能夠不斷優化設計而得到最佳課程方案，還能夠深入研究“有效失敗”理論在創客型信息師范生教育培養中的優勢。

（二）實踐數據分析

通過對比普通班和實驗班的課程設計的成功率和創新度，將得到的數據進行分析。下圖是實驗班與普通班的成功率對比圖。

圖3 成功率對比圖

根據對比圖的數據可知，實驗班的課程設計成功率比普通班要高出不少，并且根據不斷練習，成功率還在不斷的上升。實驗班的師范生通過“有效失敗”的創客型師范生教育，從自己的設計中明確地發現了自己存在的問題，然后將問題通過教師提點和團隊合作將其解決。在之后的實驗中將學到的知識應用更加靈活，課程設計的成功率就會大大提高。而普通班的師范生沒有對自己的問題進行鉆研和打磨，導致很多問題沒有徹底解決，所以在之后的實驗中同樣的錯誤就會重復發生，因而成功率就不高。從教師的反映中可以發現，學生在操作的過程中會遇到各種各樣的問題，普通班的學生就會去直接找教師解決，不會主動去進行思考；而實驗班的同學會自己主動進行問題的討論和鉆研，直到遇到真的無法解決的問題才會去請教教師。實驗班同學的問題幾乎百分之九十都是團隊合作解決。去請教教師也只是去學習問題的關鍵點，而不是直接問正確方法是什么。所以實驗班學生的學習會更為扎實，知識運用也更加靈活，課程設計的成功率會比普通班高很多。

在課程的創新度方面，兩個班的對比也是非常的明顯。下圖是實驗班與普通班創新度對比。

圖4 創新度對比圖

從對比圖上來分析，實驗班的小組對于題目的理解更為透徹，提出的解決方法更多。實驗班的學生通過“有效失敗”的創客型信息師范生教育，其研究問題的方法更加多樣化，對問題的思考更加的透徹，于是能從過往的失敗中得到更多的啟發，創新能力得到逐步提高，所提出的方案也會越來越多。而普通班的學生過于死板，沒有積極主動地去探索問題，只是在教師的教導下一步一步地完成任務，學習的積極性也不高。導致提出的方案沒有新意。實踐中發現，普通班的學習氛圍明顯比實驗班差。學生們過于依賴教師的幫助，教師在幫助其他同學時，有問題的學生就會變得無所事事，不會積極主動地去尋找問題的解決方法，而是等到教師過來幫助解決問題時，才會重新動起來。而實驗班的氛圍就會明顯好很多，教師會讓同學們積極思考問題，學生們不會過于依賴教師，而是自主去解決問題。學生們互相檢查發現各自的問題，然后根據問題，去查閱相關資料，進行各種各樣的嘗試，最后得到解決方法。實驗班的學生并不怕遇到問題，也并不害怕失敗。反而喜歡通過失敗汲取經驗，一步一步地更新自己的方案，從中獲得越來越多的經驗方法。并且實驗班的學生知識遷移能力會更強一些，對于知識的運用更加的靈活與透徹。

（三）實踐結果

通過以上的實驗分析可以發現，通過將“有效失敗”法融入信息師范生的教育中去，課堂上學生們的積極性與活躍度大大提高。在實踐方面，學生們在對于知識的理解和運用方面得到了很大的提高，在剛開始進行實驗設計時錯誤較多，但是經過多次試驗的鍛煉和打磨，發現問題和解決問題的能力變得更強。在之后的調研中，還發現學生們其實很喜歡自主進行探索，并不喜歡只有教師講解問題，習慣了自己去思考并實踐。在實驗班里學生們得到了更多的自主探索時間，不只拘泥于教師的講解，而是自己動腦思考，創新能力得到了非常大的提升，能夠更加全面的思考。

本文從教師教學實踐的角度和信息師范生創客教育方面對利用“有效失敗”的課程設計問題進行了深度研究。該教學模式的設計與實踐，可以說明學生能夠更自主地去思考問題，解決問題，對知識的理解更加深入和靈活。學生在學習過程中，通過有效失敗學習更多知識，具有深刻的體驗，積累豐富的經驗。通過不斷從失敗中獲取的經驗和教訓，使學生的創新能力得到增強，提出的解決方案增多，增強了對知識的遷移能力和創新能力。

本文的開源創客教育的新路徑研究，通過對課程進行多次迭代設計，能夠最大限度地把學生已有知識與能力相匹配，達到提升學生學習效果的目的。

在當今信息化高度普及的時代，研究創客教育對信息師范生的培養具有深遠的意義，本文從教師教學設計實踐的角度對教學課程設計問題作深入研究，運用“有效失敗”法進行改革創新，探索如何實現開源創客教育的新路徑，具有普適價值。