基于创客项目的学习模式探究*

陈 鹏



基于创客项目的学习模式探究*

陈 鹏

（宜春学院物理科学与工程技术学院，江西宜春336000）

基于创客项目的学习（Maker Project-based Learning，MPBL）是当前创客教育采用的一种新型学习模式。文章介绍了MPBL的内涵、理论基础、特征和学习活动，梳理了MPBL模式的实施策略与步骤；以“晒场谷物装袋机”项目为例，对该模式进行了实证研究；最后，就该模式在高校的应用提出了建议。

MPBL；创客教育；创客项目；创客学习

引言

随着物联网、云计算、大数据等新一代信息技术的蓬勃发展，以数字化设计、数字化制造、数字化管理为核心的数字化产品开发技术与互联网的交互融合，正在推动社会生产方式与制造模式的深刻变革。与此同时，创客运动在全球的迅猛发展正在影响教育领域，掀起学习革命的新浪潮。基于创客项目的学习（Maker Project-based Learning，MPBL）是当前创客教育采用的一种新型学习模式。本研究结合近年来相关创客教育的研究与实践，对MPBL模式进行探索与阐释。

一 MPBL模式的内涵、理论基础与特征

1 内涵

MPBL是指围绕来自真实情境的创客项目，充分学习、选择和利用创客空间的学习资源，基于创客项目的“选题调研—创意构思—设计优化—原型制作—成果分享—众筹融资—生产上市”全生命周期，在实际体验、探索创新、内化吸收的过程中进行持续的自主性、合作性、探究性和创造性学习，最终创客素质得以全面培养的一种新型创客学习模式[1]。

其中，“创客空间”是创客基于创客项目进行创新、实践、共享、协作和交流的开放性学习空间，是创客项目实施的工作空间、网络空间、社交空间和资源共享空间。“创客项目”指创客为创造新颖、独特、有社会意义或个人价值的产品而进行的创造性活动。“创客素质”则包含四层特质，即知识结构、能力特质、思维方式和人格特征——知识结构指开展创客实践活动时所需掌握的跨学科知识体系，是创客进行创造的基础系统；能力特质指创客在创造性地发现问题、分析问题、解决问题等的过程中所表现出来的共性素质特征，是创客进行创造的实现系统；思维方式指创客在创造实践中所表现出来的、有利于创新成果产生并带有较大共性特征的思维形式，是创客进行创造的智能系统；人格特征主要指创客在创造活动中表现出来的自我形象、社会动机、个人态度、价值观、内在驱动力等个性品格特征，是创客进行创造的动力系统[2]。

2 理论基础

MPBL融合了多种教育理念，其中最具代表性的有：

①建构主义理论。建构主义理论认为，学习不是由教师向学生传递知识，而是学生主动建构自己的知识系统的过程；学生不是被动的信息吸收者，相反，他要主动地建构信息的意义[3]。MPBL是创客运动在教育中发展的产物，建构主义理论启示我们：应尊重创客的主体性和主动性，并以创客为中心，使创客成为教育目标的承载者、创客活动的探究者、创造实践的参与者、创客产品的创造者和创造活动的反思者，而创客导师成为学习资源的整合者、创客项目的设计者、创客组织的管理者、创客实践的调控者、创造质量的提升者和创客教育的研究者。

②多元智力理论。美国心理学教授Gardner在1983年出版的《智力的结构：多元智能理论》（）一书中，提出了一种有关人类智力的全新理论——多元智能理论；认为每个人至少有七种智力，包括语言智力、音乐智力、逻辑—数学智力、空间智力、身体—运动智力、自我认识智力、人际交往智力[4]。多元智能理论启示我们：实施MPBL，需要多维度、全方位地开发创客的多元智能，如丰富创客项目的形式和主题；保护创客的天赋、个性和兴趣，进行差异化定制教学；在自主选择、合作交流、主动探究的过程中，开发创客的潜能；创建学校创客空间，引导学生发现问题，并运用多元智能创造性地分析问题、解决问题。

③创造性理论。创造性是人类思维的高级形态，也是人类智力、能力的集中表现。林崇德[5]认为，创造性是根据一定的目的，运用一切己知信息，产生出某种新颖、独特、有社会意义或个人价值的产品的智力品质——智力品质既指思维过程，又指思维产品（即以某种形式存在的思维成果）；它既可以是一个新概念、新思想、新理论，也可以是一种新技术、新工艺、新作品。创造性理论诠释了MPBL模式的主旨之所在，即发展创客的创造性思维和人格特征——在新颖、独特的产品创造过程中，创客为了实现将创意转变为现实的梦想，需要不断地开动脑筋，以便能够创造性地发现问题、分析问题并最终解决问题，从而发展了创造性思维；创客的实践活动丰富多样，既有科学创造活动，又有技术创造活动、艺术创造活动等，在这些活动中创客创造具有社会意义或个人价值的产品时，其人格特征也得以不断完善。

3 特征

创客教育实施MPBL的实践表明，MPBL主要具有以下几种特征：

①学习活动的工程性。从本质上来说，工程是人类改造世界、创造财富的一种实践活动。创客学习是一种以造物为目的的学习活动，由“研发—规划—设计—制造（建造）—运行—维护—管理”等环节组成的工程链，理应成为创客学习的基本流程。从活动的目的和过程来看，创客学习都具有工程性。

②学习情境的虚实性。创客的具体学习情境是创客空间，而创客空间是真实的物理空间与虚拟的网络空间通过相互融合而形成的一种个人—集体交互式学习空间，具有虚实性。其中，物理空间负责为创客提供开展各项实践活动的真实场所和环境，虚拟空间则负责资源的开发与共享、创客空间的运行与管理、创客项目的监控与评价、创客成果的分享与交流等。

③学习内容的综合性。STEM（Science、Technology、Engineering、Maths）教育的不断发展，推动着不同学科知识的交叉与融合。而任何一项造物活动的开展，都需要综合运用多学科、多领域的知识经验，从而使创客的学习内容具有综合性。

④学习产品的设计性。造物的本质在于设计。创客在创造具有社会意义或个人价值的产品时，需要通过学习，对产品的各个方面不断予以完善，而这个完善的过程就离不开设计。

⑤学习手段的多样性。以物联网、云计算、大数据等为代表的新一代信息技术，提供了多种线上线下的认知工具和学习资源，大大丰富了学习的手段和学习形式。

⑥学习过程的创造性。创客项目的实施过程本质上是设计的过程，亦是创造的过程。MPBL不仅仅是设计实践，而且是在探究、交流、分享和协作中最终实现造物的创造过程。

⑦学习主体的协同性。在实施MPBL的过程中，创客导师、创客和涉及学习活动的所有人员相互合作，形成了“学习共同体”。在“学习共同体”中，学习主体的协同性主要表现在创客与创客、创客与创客导师、学校创客与社会创客、不同学校创客社群之间的协调创造等方面。

⑧学习评价的多元性。对MPBL的评价，不能以最终的产品价值作为唯一的评价标准，而应针对创客项目的具体实施过程进行多元的动态评价。具体来说，评价内容应涵盖产品研发及运行的全生命周期，评价指标应关注创客素质的全部组成要素。

二基于创客项目的学习活动

创客项目实践的本质在于以知促行、以行促知、知行促创，因此基于创客项目的学习活动应是一个知行合一、基于创客项目的学习活动涉及知识体系、创新创造、自我认知、协作分享、交流沟通和伦理责任[6]等六个学习领域。创客项目所期望的学习结果，就是要促进学生创客的相关认知技能可以在这六个学习领域分别得以实现，这六个学习领域分别对应的学习结果与认知技能如表1所示。

表1 创客学习活动六个学习领域分别对应的学习结果与认知技能[7]

由表1可知，创客教育环境下的项目学习不但体现为知识体系的建构，还内含对创客创新创造能力、自我认知能力、协作分享能力、交流沟通能力和伦理责任的系统培养。相关认知技能在上述六个领域得以实现的载体是基于创客项目的学习活动，其具体形式如图1所示。

图1 基于创客项目的学习活动形式

三实施MPBL模式的步骤

MPBL是一种新型的学习模式，也是一种革新传统学习的新理念。这种模式以学生创客为中心，强调基于创客学习实现“知、行、创”的统一[8]，并基于创客项目实现自主性学习、合作性学习、探究性学习和创造性学习的统一。通常来说，在创客教育中实施MPBL模式，可分为以下八个步骤：

①共设项目，创设情境。学生创客与创客导师共同设计创客项目，设计的创客项目应具有新颖独特性、形式多样性、富有挑战性、协同创新性、兴趣驱动性和可实现性等特点。创客项目可以设置多个情境主题，如面向生活实际的日用品创意设计项目、面向科学前沿的机器人研发项目、面向学科融合的机电液一体化产品研发项目等。

②选择主题，组建团队。创客从拟定的设计项目中选择一个主题，以确立项目的探究和学习方向。由于每位学生创客的兴趣、爱好、能力和专业背景不同，选择的主题也不尽相同，因此有必要根据选题情况组建项目团队，民主选定项目的负责人并由其管理项目的组织与实施。

③任务分解，制定计划。为了更好地开展创客学习活动，每个项目团队要列出所选主题应探究的若干问题，然后对这些问题进行任务分解，并下达至团队成员；同时，制定项目执行计划表，包括项目的人员分工、具体内容、实施流程和时间安排等。

④探究协作，调查研究。项目团队成员通过市场调查、技术调查等手段，采取文献查阅法、产品调查法和专利检索法等方法，收集有助于产品创造的关键信息。项目组整合收集到的调研信息，并通过网络云平台管理、共享调研资料和学习资源。

⑤创意构思，拟定方案。项目团队根据调研结果，应用头脑风暴法进行创意构思，形成产品的概念和架构，并从多角度拟定设计方案，再通过研讨评审确定最优设计方案。

⑥工程设计，原型制作。首先，应用数字化产品开发新技术软件，完成产品数字化样机的三维零件建模、三维装配建模、运动仿真、工程分析优化和二维工程图绘制等。其次，根据三维模型数据，加载到桌面3D打印技术制作产品实物模型，或者采用传统机械加工、数控加工或模具成型的方式完成零部件的加工制造。再次，应用开源软硬件或工业单片机技术进行产品控制系统的设计，并进行相应的电子制作。最后，在完成工程设计优化的基础上，进行原型或样机的装配调试和实际应用测试。

⑦集中展示，成果分享。完成原型制作后，各创客团队要相互分享、学习与交流，并在学校和社会举办的创客嘉年华活动中对各自的创造成果进行公开展示，以让其他创客团队成员了解产品的功能特点、体验产品的创造过程。

⑧综合评价，总结反思。举行创客作品展示活动，各创客团队对展示的作品逐一进行自评、互评，创客导师则对展示的作品进行综合性评价。之后，由创客团队成员和创客导师对创客作品进行总结与反思，以推动产品的优化升级及其后期的生产上市。

四 MPBL模式的学习案例

1 项目选题

2013年3月，具有创客精神的本科生A同学给父母打电话时，想到务农的父母承包了上百亩稻田，每年夏季正逢水稻丰收；由于夏季多雷雨，而大面积晾晒于户外的稻谷很难在短时间内实现快速装载，很容易被淋湿——如果阴雨天气一直持续，没晒干的稻谷就会糜烂或发芽，这会造成相当大的经济损失。为了改变目前低效、高强度的传统人工装袋方式，A同学决定选择“晒场谷物装袋机”作为自主研发的项目。

2 项目实施

“晒场谷物装袋机”项目的实施过程如下：①市场调查。项目团队成员一起去农机公司调研，了解到目前本地区还没有这种装袋设备；通过网络调查，发现吸谷机和刮板输送机等大型设备虽然具有谷物收集、装袋的功能，但存在机械系统复杂、设备成本高、不适宜农户使用等问题，不能满足市场的实际需求。②方案设计。在市场调查分析的基础上，项目团队成员通过查阅学术论文，深入学习谷物装袋设备的相关设计理论，并通过头脑风暴法设计出多种方案；通过多种方案的实验比较分析，项目组决定采用螺旋输送给料和带式输送进料的谷物聚集、输送和装袋设计方案。③样机设计。根据装袋设计方案，项目团队成员进行了具体的机械系统运动方案设计和机械系统结构设计，并在不断调整、完善的过程中设计出三维数字样机。④样机的制作、装配和测试。第一代样机制作出来后，完成相关设备的装配并进入实地测试。

经过测试，项目团队成员发现第一代样机存在机器作业时前进的阻力较大、地面上的谷物不能清扫干净、作业时出料口所出的谷物时断时续等缺陷。针对这些问题，创客导师要求项目团队成员自主分析并研讨制定相应的解决方案。经过十多天的协作探究，项目团队成员提出了创造性的解决方案：由原来的人力驱动改为机器驱动行走方式、整机增加清扫功能、把刮板间的间距缩至原设计的一半。此后经过一个多月的重新构思、设计、分析和计算，A同学带领项目团队最终成功研制出第二代样机——这台晒场谷物装袋机的结构紧凑、操作简单、稳定可靠、制造成本低且装袋效率高，装袋效率达每小时8吨，具有良好的市场推广及应用前景。

3 项目经验总结

经过前后9个多月的创客项目学习实践，A同学带领项目团队成员研制了两代样机，获得两项实用新型专利授权，第二代样机还获得了一项发明专利授权。

“晒场谷物装袋机”项目的经验如下：①面向社会实际需求，结合学生创客自身的兴趣和爱好选择创客项目主题，不仅保证了项目的科学性和实用性，而且有利于激发他们的创造欲望和创新热情。此外，学生创客通过系列创客课程系统地学习三维数字技术，完成创客知识体系的初步建构。②在项目实施的整个过程中，学生创客不仅是知识的学习者，而是创客项目的实践者、项目实施的管理者和创客产品的创造者，其角色由被动学习者、被动实践者变为主动学习者、主动实践者；创客导师则不仅是知识的传授者，而且是项目实践的指导者、项目研讨的参与者和学习资源的整合者。③项目负责人的创造性思维和创造性人格水平决定了项目的完成品质。在“晒场谷物装袋机”项目中，A同学带领项目团队成员坚持进行了9个多月夜以继日的学习探究和创新实践，先后成功研制出两代晒场谷物装袋机，不仅反映了他具有较强的工程创造力，而且他身上还体现了酷爱创造、勤奋好学、重工尚器、分享协作、自主进取和开拓创新的创客精神[9]。

五MPBL模式在高校的应用建议

1 结合学科专业特色，推动基于创客项目的学习

本研究结合本科生机械工程学科“机械设计制造及其自动化”的专业特色，基于数字化产品开发新技术和3D打印技术，采用MPBL模式，跨学科培养创新产品的研发人才，推动基于创客项目的学习。为此，可从以下三个方面着手：①做好项目学习的总体规划，即重构专业课程体系，设置贯穿大学四年学习全过程的创客课程群，以利于建构创客的综合性知识体系；②鼓励学生的自主性与个性，注重创客项目选题的可行性、自主性、实用性、多样性和开放性；③强调创客学习的过程与结果并重，即强调学生在基于创客项目的学习过程中体验新产品从研发到运行的全生命周期，同时体验项目组织、管理和运行的全过程。

2 构建创客空间系统，建设创客导师队伍

推行MPBL模式，引导更多的学生创客加入到创客运动之中，不仅需要创建学校创客空间，还需要建设一支有水平、有经验、可依赖的创客导师队伍。创客导师往往自己就是一名热衷创造、分享和实践的创客，是创客运动的倡导者、创客项目的组织者和创客教育的实践者；创客导师的水平及其在创客项目中的时间、精力投入，将直接影响MPBL模式的效果和可持续性。为了给学生创客提供一个MPBL式创新环境，高校需要鼓励、支持创客导师建立各具特色的创客空间。不容乐观的是，当前高校严重缺乏具有创客精神和创客实践能力的创客导师。高校需要设立创客教育研究学术基金和创客教育教学奖励基金等，以吸引更多的创客导师参与其中。

3 改革高校的学习评价标准，激发学生创客的创造动机

通过访谈，本文作者发现当前高校对学生的评价倚重的仍然是课程考试成绩，部分学业成绩优秀者担心失去学业成绩方面的优势而不太愿意加入创客项目团队。改革传统的以学业成绩为主的单一评价标准，转而采用多元的学习评价标准，将学生创客在创客项目实施过程中的表现、取得的创造性成果、获得的专利授权和竞赛奖励等指标纳入学习评价标准的指标体系之中，可以激发学生创客的创造动机，调动学生创客参与创客项目的积极性和主动性，进而在学校中营造出浓厚的创客文化氛围。

[1]刘景福,钟志贤.基于项目的学习(PBL)模式研究[J].外国教育研究,2002,(11):18-22.

[2]廖志豪.基于素质模型的高校创新型科技人才培养研究[D].上海:华东师范大学,2012:89-90.

[3]温彭年,贾国英.建构主义理论与教学改革——建构主义学习理论综述[J].教育理论与实践,2002,(5):17-22.

[4]武任恒.多元智能理论对创新教育的启示[J].江西社会科学,2005,(1):166-170.

[5]林崇德.创造性人才·创造性教育·创造性学习[J].中国教育学刊,2000,(1):5-8.

[6][7]郑燕林,李卢一.技术支持的基于创造的学习——美国中小学创客教育的内涵、特征与实施路径[J].开放教育研究,2014,(6):42-49.

[8]陈琳.智慧教育创新实践的价值研究[J].中国电化教育,2015,(4):15-19.

[9]祝智庭,雒亮.从创客运动到创客教育:培植众创文化[J].电化教育研究,2015,(7):5-13.

编辑：小米

Investigation on the Model of Maker Project-based Learning

CHEN Peng

Maker project-based learning (MPBL) is a new maker learning model applied in current maker education. This paper introduced the connotation, theoretical basis, characteristics and learning activities of MPBL, and summarized the implementation strategies and steps of MPBL model. The empirical study of this model was carried out in the project of “sunning ground grain bagging machine”. Finally, some suggestions for the application of this model in colleges and universities were also proposed. The results indicated that MPBL model could provide theoretical reference and practical guidance to the theory researchers and practitioners of maker learning.

MPBL; maker education; maker project; maker learning

G40-057

A

1009—8097（2016）11—0013—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2016.11.002

本文为江西省高等学校教学改革研究课题“基于工程意识与创新能力培养的机械CAD/CAM学习领域课程开发研究”（项目编号：JXJG-12-14-13）、江西省教育规划重点课题“中美机械工程教育课程体系比较研究”（项目编号：12ZD026）的阶段性研究成果，并受江西省2013年度普通本科高等学校卓越工程师教育培养计划试点项目“宜春学院机械设计制造及其自动化”（项目编号：赣教高函〔2013〕78号）资助。

陈鹏，副教授，硕士，研究方向为创客教育、3D打印技术、产品创新设计，邮箱为673436756@qq.com。

2015年8月27日