复杂系统创造力视角下创客教育系统设计研究

2018-05-14宿庆张文兰

中国电化教育 2018年9期

宿庆张文兰

摘要：创客教育作为以培养学生创造力为核心的教育形式，近年来发展迅并得到广泛关注。在实践中，国内创客教育在借鉴国外经验的基础上进行了实践探索。但由于探索时间短、案例有限，创客教育没能很好地处理其各组成要素之间的关系，使指向培养学生创造力的创客教育系统出现重工具模仿应用的问题。该文基于复杂系统创造力理论，分析创客教育系统中物质能量、精神能量、多样性及适应性的组成特点，以培养和提高学生创造力为目标，对课程资源、设备工具、人员安排、活动组织、评价考核等要素的组织及原则进行分析并加以设计，以期为创客教育系统更好的发展提供理论支撑。

关键词：复杂系统；创造力；创客教育

中图分类号：G434

文献标识码：A

社会的高速发展对教育提出新的要求，培养学生对学科或者跨学科知识的实践应用能力、问题解决能力越发重要起来，创客教育正是在这样的时代应运而生，成为其有效载体，并在教育领域快速发展，成为研究热点。近年来，我国创客教育实践蓬勃发展并有不少学者开始关注创客的研究，但已有的研究主要对创客教育的内涵、整体规划以及国外案例实践借鉴等方面进行了关注，对创客教育本土化的具体实施路径和方法等问题，由于现阶段实践探索时间较短，案例尚比较有限[1]。在创客教育的实施中，由于实践者未能很好地处理项目课程、设备工具、活动组织、人员安排、主题设计、评价考核等要素之间的关系，常常出现“忽视教育规律的指导作用，缺少对创客教育科学的教学设计，较少将基础性学科知识的应用注入创客项目中，致使创客教育走向‘工具性取向，过分地关注技术工具的应用和各种设备的炫酷，使得创客教育一定程度变成学校对外展示的平台和秀场”等问题[2]。在创客教育的实践中，更多的只是为学生提供开拓视野、动手实践的机会，课程内容、教学活动更多从工具、设备的使用和模仿制作出发，距离培养学生创新能力的目标还较远。基于此，在创客教育这个复杂系统中，如何合理的安排创客课程、创客活动、设备工具等相关元素、分配师生角色以培养和提升學生的创造力是创客教育想要长远发展，亟待探索和解决的关键问题。本研究从复杂系统创造力理论出发并以此为理论框架，从创客教育中的物质能量、精神能量、多样性和适应性方面来探讨创客教育系统的构成模型，以期为建立和推进以学生创造力培养为核心的创客教育系统提供一定理论支撑。

一、复杂系统创造力理论

（一）复杂系统

复杂性是当代科学、哲学等领域研究的热点问题，复杂系统理论作为哲学层面上的一种新的存在论和认识论，是复杂性科学下的子领域，已逐步被广泛接受。所谓复杂系统是“窥一斑难以知全豹”的，即指通过对系统中的一个组成部分的了解，是不能对系统的性质做出完全解释的[3]。正如古希腊著名哲学家亚里士多德的名言“整体大于各部分之和”。由于复杂系统发挥的功能取决于构成要素自身、彼此之间的关系和相互作用以及与环境之间的作用，复杂系统具有这些要素彼此关系中产生的不同性质。涌现性是复杂系统的重要特征，也是复杂系统能够产生创造的重要原因。涌现性简单说就是“1+1>2”，当具有相互作用的复杂系统各要素彼此的作用达到一个临界水平时，复杂系统会自发地向新的特征前进，发生质变[4]。复杂系统因其各组成部分的相互作用不断涌现新的特征，从而产生创造，复杂系统也因此而特殊。自组织性是指复杂系统在内部机制的驱动下，自行从简单到复杂，不断提高自身复杂程度和精细度的过程。复杂系统的自组织性让其可以在不受人为控制或外在因素的操纵下，自行从无序创造出有序，体现创造性。同时，构成其中的各要素之间的互动使复杂系统随着时间的变化而变化，具有动态性；同时，由于复杂系统具有涌现性，它对外部的影响具有较高的敏感性，所以它又是开放的[5]。

（二）复杂系统创造力理论

谈及复杂系统的创造力，我们更多的是强调其在能量、多样性和适应性三个因素的影响下不断涌现出新的特征的潜力。

能量是万物运动和赖以存在的动力和源泉，我们身边的一切物质都可以看作是能量的不同组成形式。能量作为复杂系统最根本的组成部分，是系统赖以存在、运行、发展的基本要素。没有能量，所有的创造都将变成“无源之水”，创造就不可能发生。同时，由于能量转换与利用方式的不同，促使系统出现层次结构，正如生态系统中的能量金字塔。因此复杂系统的涌现特性或者说创造能力，就必定受制于能量状况[6]。拥有较多能量的系统，往往表现出来的新特征涌现能力或者说创造力就越强。

多样性以及多样性之间的相互作用，是复杂系统产生创造的重要条件。由于复杂系统是开放的，能与环境不断进行物质、能量、信息的交换，因此复杂系统在整体上体现出自身的多样性以及其所处环境的多样性。以生态系统为例，其中物种越多样，生态系统越丰富，创造出的魅力也就越大。同样，大量生态学的研究表明，当生态系统所处的环境越复杂，其构成的动植物群落也就越复杂多样，生态系统的多样性也就越丰富。由于复杂系统具有自组织的特性即能够通过自身要素之间的相互作用，自行从无序创造出有序。复杂系统在自组织的特性下，系统内部组成要素之间相互作用，初始的创造产生后，又成为后续创造的条件，这种循环的相互作用，使复杂系统产生创造称为可能。复杂系统的多样性既是系统创造的结果，又是系统进行进一步创造的条件[7]。当系统所处的环境越复杂，系统组成部分也就相应越复杂，要素之间的循环作用也就越多样，复杂系统便能产生更强的创造力。

在复杂系统中，随着系统多样性的增加，系统变得越来越复杂，组成要素也越来越专门化以适应复杂的系统及外部环境，随着要素专门化的增加，系统又进一步复杂。因此，复杂系统中的创造可以看作其组成要素不断分化、专门化适应的过程。但随着分工的不断专门化，系统逐渐变得“迟钝”，对外界产生强烈的适应性，而这样的适应性使系统趋于稳定、静止，将制约系统不断向前发展、不断涌现、不断创造。因此，为维持复杂系统持续的创造性或者涌现性，需要不断打破复杂系统要素形成的专门化，不断创造出新的专门化，从而不断使复杂系统循环从适应到不适应再到适应，产生更大的创造性。因此，适应性与复杂系统创造力呈反比。

作为落实创客教育的重要载体，广义的创客教育课程资源包括创意电子、手工制作类等在内的以工程科技或人文艺术为导向的课程资源；而在狭义上的则特指以图形化编程平台、Arduino软硬件为主要特征和载体的电子创意类课程[14]。创客教育是一种指向真实问题解决或者准真实问题解决的教育方式，与学科课程有严密学科体系不同，它要求学生综合运用物理、数学、技术等多门课程中学到的基础知识与技能，遵循设计思维的一般流程，通过“调查研究现状、分析并明确问题、制定解决方案、动手实施解决方案、评估反思效果”的迭代步骤，实现问题解决和主动学习[15]。从课程目标上看，课程资源应体现面向真实问题的跨学科性。学生通过在面对真实问题的解决的过程，培养问题解决、团队协作和创新能力。从课程内容上看，课程资源应体现实践性。创客教育以美国著名教育家约翰·杜威（John Dewey）的“做中学”（Learningby Doing）思想为主要理念，进一步发展为“创造中学”（Learning by Creating），通过在从活动中、真实体验中的学习，将学科知识与生活实践有机联系起来，最终实现“知行合一”[16]。学生通过创客教育中的实践从间接经验的习得转向直接经验的习得，并通过实践让自己的创新想法得以实现，解决真实问题。从课程内容组织上看，创客教育系统的课程资源应体现生成性。在创客教育课程的组织上，要灵活对待和记录学习者在参与问题解决过程中生成的经验、方案，进一步丰富和完善课程内容。

硬件设备和信息技术支持平台为创客教育的有效实施提供保障。创客教育离不开将人们聚集在一起分享知识与创意的创客空间的支持，创客空间通过配备包括工艺加工、切割焊接、3D打印、开源硬件软硬件平台等创造工具[17]，为创客教育的开展和培养学生的创造力提供保障。我们需要清醒地认识到设备、工具等都只是创客空间的外在表现形式，其本质上应该是为支持学生在创造中学习（Learning By Creating）而整合智力、工具、技术与社会性资源的综合空间[18]。换言之，创客空间不应仅仅是存放工具与材料的物理空间，而更应该是一个承载创造性活动、支持创意的产生与分享、鼓励互动与协作的线上空间，这就需要信息技术平台的有效支持。在实践中可以使用蓝墨云班课等支持跨平台使用的免费软件支持在线空间的建设。无论是硬件设备还是信息技术支持平台，首先需要考虑合适性。学校在开展创客教育中，应遵循教育规律，正确处理设备工具与创客项目的关系，注重科学的设计和学科知识的融入，而不是盲目地让学生学习开源电路、3D打印、机器人等技术工具，落入要具性的“桎梏”，仅关注技术的炫酷，使创客教育出现泡沫化的苗头[19]。其次，需要符合可达性。在创客教育的问题解决过程中，学生需要随时随地获得各种工具、资源，只有让学生能够随时随地的访问这些资源，才有可能让学生涌现新的想法，设计出新的创造。在实践中，创客教育还需要获得家长、老师的认可和支持，因此硬件设备和信息技术支持平台的选择还需要滿足可接受性和可分享性。可接受性是指选择使用的硬件设备和信息技术支持平台能否获得家长的支持，能否让家长觉得该技术、方法是学生及其未来发展所需要的。可分享性则是要求硬件设备和信息技术支持平台的选择能支持学生方便分享作品。

（2）创客教育系统中精神能量的组成及其原则

创客教育源于创客文化与教育的结合，根植于创客文化。创客文化的精髓是创客精神，创客精神的灵魂是创新。只有当创新精神成为了创客教育团队的意识和行动自觉时，这个团队才具有创造的动力。创意、创造、创新是创客教育中“创”的要义，它是要通过培养学生改造精神、创新精神和合作精神，达到突破传统教育桎梏、在实践活动中推陈出新以及联合各方力量的目的。在具体的实践中，创客教育以创新精神为灵魂，以合作精神为保障，以改造精神为基础，最大程度地发掘潜能、推进学生创新能力的发展[20]。本质上来说，创客文化是发源于DIY文化并根植于对科技、实践和创造有独特兴趣且相信自己可以通过自己动手而获得生存的人群的亚文化。这种糅合了技术元素的亚文化，表现出了反对权威、自由思维的朋克理念[21]。一群有创新意愿的人在创客文化这种亚文化的指引下，通过创新、实践、分享，靠自己的能力创造出有创意的作品，以培养创造力。何克抗教授指出，在有关部门或机构主办的比赛、作品展览等活动中，创客文化逐渐形成，这些活动需要多年坚持下去，从而推动创客教育健康、深入、并可持续发展[22]。要将创客文化渗透在学校文化中，为学生营造不惧权威、自强独立、敢于冒险、脚踏实地的良好氛围，并渗透在各学科的学习中，培养学生创新意识、创新思维，进而通过丰富的创客活动、创客课程培养创新能力。

2.创客教育系统中复杂多样性的表现及原则

指向创造力培养的创客教育系统的多样性可以分为时空多样性、角色多样性、学科多样性、主题多样性四个维度。

时空多样性主要包括时间和空间的多样性。从时间上而言，相比较于普通的学科知识学习，创客课题的学习是一个复杂的过程，要想较好的完成需要花费大量的时间[23]。完成创客项目课题时，学生们往往需要制定详细的实施计划、小组合作执行并完成既定的计划、尝试运行并检验结果、调整和修改计划方案等过程[24]。因此，需要为学生提供足够的时间去执行、调试、修改、扩展和推广评价各自的创客项目。在实践中，可以通过常规课时、综合实践活动课、社团选修课时弹性安排创客项目，也可以通过开放创客空间给予有需要的学习者申请使用来增加创客教育系统的时间多样性。创客教育系统的时空多样性还主要体现在开展创客活动空间的多样性。通常情况下，创客除了在拥有各种技术工具和丰富信息资源的物理创客空间开展项目外，还需要在在线平台空间上展示作品、交流体会、分享成果[25]。除此之外，开展创客教育还应加强与社会创客空间、博物馆、图书馆、高校等机构的联系，邀请专业创客人校、高校研究人员指导，组织学生参观社会创客空间，参加相关活动，使学生能够接受更加专业的指导，获得更大创造力。

创客教育系统中的角色多样性主要包括老师和学生角色的多样性。在现代课堂教学中，教师不再是知识唯一来源的权威，更多情况下成为学习活动的顾问、导师；学生则在相对宽松、民主、和谐的学习氛围中积极主动的参与学习、自主学习[26]。在创客教育系统中，教师的角色和任务变得更加多样，教师除了要传授必要的知识技能外，还要承担情境创设、设备管理、人员安排、课程调控、实践指导等工作。对于学生而言，其角色也转为直接经验的主动生成者。在组成的创客小组中，学生将承担团队领导、设备管理、学习分享、宣传评价等多样工作，让学生在承担多样的任务中，承担更多的挑战，提升创造力。

同时，还要关注创客主题的多样性和涉及学科的多样性。西方学者马丁尼兹（Martinez）和斯塔哲（Stager）认为成功的创客教育应具备一定的复杂性，涉及多门学科知识，与学生已有的知识经验达成链接。复杂性是一项创客项目的基本特征之一，作为一项没有教学大纲的教学活动，在设计创客项目课题时应充分考虑学生已经掌握了什么样的学科知识、其自身具备什么样的能力潜质以及擅长的工作是什么，从而更大程度的调动学生参与的兴趣，最大限度利用已有的知识解决问题[27]。一方面，创客的主题应来自于学生的日常生活，具有一定的趣味性和复杂性，能够引发学生对真实生活中现实问题的感知与思考，创造贴近生活实际、具有一定意义和用途、能够带来满足感和愉悦感的东西。另一方面，创客的主题还可以来自于学科知识中具有实践性质的部分。通过在创客项目与学科知识的巧妙结合，在深入应用探究中对学科知识的基本原理、概念有了更加深入的了解，同时学科知识的融入也让创客教育更接“地气”，不至于走向与学科教学“相悖”的道路，对学生能力素养的提升和创客教育的良性发展，都是大有裨益的[28]。

3.创客教育系统中适应与不适应的和谐统一

适应性是一个复杂系统对其所处环境的适应程度，只有适应才能生存，只有适应才有可能有所创造、有所创新。创客教育中能量和多样性因素为学生提供了滋养创造力的土壤，学生只有适应了这样的环境土壤，才能熟悉“游戏规则”，将自己的想法变成现实。但当一个人完全适应环境，一切行为都完全盲从于环境准则时，也就失去了创造力。因此，在创客教育中，可以通过提供挑战、多元评价挑战、提供认知冲突打破学习者对环境的适应。在创客项目的推进中，老师应不断根据学生的进度设置诸如创客马拉松、项目推介会之类的挑战，让学生在面对挑战时产生“不适”进而催生更大的创造力。在创客主题的设立上也应遵循新颖性，每届学生参与的创客主题应有所不同，进而让学生能够在丰富的创客主题中创造更加丰富的创客项目。在评价方面，也不宜采用学生已经适应的总结性、标准化测验的评价，而应该通过制定评价量规开展同伴互评、组间分享评价，在保证评价科学有效性的同时，兼顾能够有效促进学习者的积极参与和实践反思。创客项目的评价者也不应只有老师，而是应该由老师、学生、家长、专业人士共同组成，鼓励学生完善创客项目。从评价内容来看，也应该打破学生对总结性作品评价的适应性，还有结合学生的实践、分享、合作过程进行评价。在创客教育中的评价还应注重打破已有对成功评价的适应，关注实施创客课题项目中的失败。由于创客项目的复杂性，学生在参与创客项目中遇到的失败可能远比在普通的学科知识的学习中遇到的更多[29]，在评价中要引导学生将失败视为获取成功的必由之路，在失败中总结经验、反思学习，而教师则为学生提供更加精确的脚手架，最终帮助学生完成创客项目。

同時，心理学认为个体的认知发展主要是通过同化和顺应两种方式从原本的认知不平衡转向认知平衡的，即认知不平衡可以帮助学习者建构自己的知识体系。学习者在参与任何学习活动之前，并非一无所知，而是已经对世界有了一定的认识，新的知识主要是在学生已有认知的基础上进行同化和建构的。所谓认知冲突是指新的学习情境与学生已有的认知结构之间暂时性的矛盾。当新的学习情境与学生已有认知结构出现“失衡”时，认知冲突便会产生，学习者也会产生一定的不适应，因此学习就在打破低层次“平衡”，产生“冲突”与“不适”，再通过化解“冲突”建立新的“适应”从而达到对新知的建构。在创客教育中，教师在创客项目主题的设置、驱动问题的设计上，也应打破学生已有的惯性思维，一定程度上“颠覆”其已有对世界的认识，产生一定程度的不适应，进而产生强烈的好奇，驱动学生主动参与创客活动，在参与实践创新中，打破“冲突”、重构“平衡”，建立新的“适应”。

三、复杂系统创造力理论下创客教育实施的建议

基于在复杂系统创造力理论框架下对创客教育系统设计模型的讨论，本研究对创客教育的具体实施提出以下建议。

（一）建立能量导向的创客空间

如前文所述，物质能量和精神能量是创客教育发展的基础。正所谓“近朱者赤近墨者黑”，一个良好的校园文化氛围是学校得以发挥育人功能的重要因素，校园文化一般指以学生学习为出发点，以校园为主要物理空间，所构建的涉及基建、课程、校园活动、教职工风貌等因素在内的一种群体文化。从这个角度上看，创客空间作为学校创新精神和创客文化的主要发源地，其物质能量与精神能量并不完全独立。在建设创客空间时，不应仅仅将其视为单纯的实验室，而应从促进学生发展、满足学生对创客活动的期望与需求和创客教育能量的角度综合考量。在规划上，可以结合学校已有的校园文化精髓，构建以创造、分享、实践为核心的创客教育精神能量，并基于此进行创客空间的整体设计规划。在选址上，应充分考虑学校功能区域的划分，将创客空间与学校其他功能区域融为一体，为创客文化融入校园文化奠定基础。在设备工具的配备选择上，不应仅关注高端、先进的设备工具，而应从学生切身需求、发展潜力、学校课程建设、创客教育精神能量等角度出发，为学生提供合适、充分、可达的设备工具作为物质能量，并在创客项目的实施中不断丰富、更新，保证物质能量的丰富不竭。在装修装饰上，也应以构建的创客教育精神能量为指导，搭建一个让学生积极主动参与创造、分享、实践的平台和物理空间。除此之外，创客空间还应为学生提供方便易用的网络平台，除了能够便于学生获得丰富资源以外，还应能支持学生分享项目成果、交流经验、开展评价。同时所建设的创客空间还应成为学校创客精神和文化传播和分享的源头，在创客活动的宣传推广上，注重创新精神氛围的建设，以开放、自由的态度管理创客空间，通过开放体验活动课程、交流展示嘉年华等活动，让更多的人走进创客空间，了解创客教育，感受创新创造的魅力，营造支持创新创造的氛围。创客教育的物质能量还包括创客课程，在建设中我们除了考虑什么样的课程能够支持学生创造之外，还应以构建的创客教育精神能量为指导，具备研究性、实践性、普及性等特征，以贴近生活的项目开展课程设计，为学生提供丰富的课程能量。同时，在创客教育精神能量的指导下，创客课程另外一个重要的特征就是开放性，在课程建设的过程中，要充分发挥学生生成性内容的作用，将学生在参与创新、实践中生成的新想法、新思路梳理总结，建设成课程资源，在丰富课程能量的同时，也提升了学生的获得感进而提高其参与创客教育的积极性。

（二）走向多样的创客教育元素

多样性和复杂性是支持创客教育良好发展的重要要素。教师在创客教育中发挥主导作用是创客教育得以实施的保障，同时我们的教师又有各自的学科背景、从事不同科目的教学工作。为满足创客教育跨学科知识应用与实践的需要，在创客教育教师队伍的建设中，首先应注重教师学科结构的多样化，建立由多学科教师共同组成的支持跨学科项目设计与实施的导师队伍。随着国家“大众创业、万众创新”浪潮的不断推进，越来越多的年轻人、学者、青年企业家投身创新创业中，学校可以充分挖掘身边的资源成为学校创客教育的导师，可以包括学生家长、毕业学生、企业人员、创业先锋等，这些人员的加入可以让设计的创客项目更加贴近生活实际，让创客教育的项目能够做到根植于校园又不仅仅停留在校园，让知识的学习和应用更加贴近生活，进而提升学生的素养。在真实世界中，很少有问题是依靠单一学科知识能够解决的，我们往往都需要利用多学科知识共同协作完成问题的解决。创客教育的主题来源于学生的日常生活，指向真实问题的解决，自然也具备显著的跨學科性。创客教育的项目主题可以来自学生的日常生活或者学习实际，比如“科学探测师”“我的学习伙伴”“智能城市” “智能家居”等，将物理、化学、数学、技术（信息技术与通用技术）等学科知识有机融合，完成项目的同时获得知识应用的能力素养。创客教育的项目因其复杂性和高强度需要更多的时间参与其中，要做好与学科课程教学时间的协调，在不影响正常学科教学的基础上，利用综合实践活动课、社团选修课甚至是课外时间开展实施创客项目。

（三）在不适应中激发更多创造

适者生存、物竞天择是众所周知的自然规律，无论是自然界的生态系统还是我们身边的社会系统，我们总是在适应与不适中平衡并涌现创造。创客教育作为以培养学生创造力为目标的教育形态，也需要平衡适应与不适以涌现创造。评价作为评估学生学习效果的手段，是让学生产生“不适”的手段之一。长期的应试教育让我们的学生对基于分数的总结性评价产生了较好的“适应”，而对创客教育的评价不应停留在已有的“适应”，而应产生更多的“不适”。从评价主体上看，学生已经适应教师作为评价主体，自己作为评价客体开展的评价，在创客教育中应打破评价主体上的已有“适应”，进行多元主体的评价，从仅由教师评价学生的“适应”转向学生组内、组间评价的“不适”。从评价内容上看，学生和老师更加“适应”的是基于客观知识、标准答案的评价，然而创客教育作为基于真实情景问题解决的教育形式，其答案往往没有绝对的正误，而且尝试问题解决的过程往往比结果更加重要，因此学生和老师要从关注最终成果评价的“适应”逐渐转向关注过程、甚至是失败的“不适”。除此之外，在评价时间和频次上还可以通过不定期开展微挑战、创客竞赛、创客马拉松等活动，使参与创客项目的学生不断的从“不适”到“适应”中产生创造。从项目主题的设置上，我们应该更多的尝试去打破学生对已有世界认识的“适应”，在项目主题的选择时，应更多抛出有违学生常识的问题或现象，在学生的认知结构中产生冲突，激发学生想去探究、解决的兴趣，并在认知冲突的不断解决中，获得新的知识、建立知识与真实世界的联系。

四、结语

2017年12月份新公布的普通高中课程标准，特别是普通高中通用技术、信息技术课程标准中都针对培养学生实践创新和信息素养提出了要求。在复杂系统创造力理论的视角下，本研究针对创客教育开展中重设备工具应用学习，轻学生创造力培养这一现状，以复杂系统创造力理论为基本框架审视创客教育中各要素的组成，并从丰富物质能量、培植创新精神能量，时空、角色、学科、主题的多样性，适应与不适应的和谐统一三个方面提出创客教育中课程、设备、主题、任务、师生角色和评价等环节的组成及原则，最终旨在为构建一个以培养学生创造力为目的的创客教育系统，提供理论和实践参考。

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