基于课程融合的“创客”教学设计与应用模型研究

董黎明 焦宝聪

摘要：“创客”教育是培养创新型人才的重要途径，是创新教育的重要组成部分。当前“创客”教育的研究和实践者对于“创客”教育的研究聚焦于“创客”教育理论与实践框架，对于“创客”教育理论与课程系统教学实践相结合，“创客”教学模式的教学设计研究不多，然而学习者的创新与实践能力需要系统的课程知识为基础，有效的教学源于教师前端精细而科学的教学设计。该文基于“创客”教育的理论与课程系统教学实践相结合、教师教学设计与学生应用相结合的理念，通过对“创客”“创客空间”和“创客教育”等概念的梳理，结合“创客”教学实践，提出基于课程整合的“创客”教学设计与应用模式，并对此模式应用实例和原则进行分析，为相关工作的实践与研究者提供借鉴。

关键词：微课程；创客教育；教学模式；教学设计

中图分类号：G434 文献标识码：A

随着以“智能化”为标志的“工业4.0”时代的到来，世界各国相继把科技创新作为国家发展战略，我国继十七大报告中提出把自主创新作为国家发展的基本战略之后，提出了“中国制造2015”和建设创新型国家，把培养具有创新精神和能力的创新型人才作为创新战略的实施的基础。创新人才的培养离不开创新教育，“创客”教育作为创新教育的重要途径，随着2015年“创客”一词写入“两会”政府工作报告后，成为教育领域的关注焦点。“创客”教育使学习者成为知识的应用者和创造者，而不只是知识的接受者和消费者。近年来，“创客”教育的研究人员主要以技术支持、学科综合、制造产品和创新能力为核心，研究“创客”教育的理论框架和“创客空间”的建设方案，对于“创客”教育理论与课程系统教学实践相结合的研究不多，在“创客”教育的模式方面研究者更多聚焦于教学的实施框架，对应用前的教学设计研究不多。然而学习者的创新与实践能力需要系统的课程知识为基础，有效的教学源于教师前端精细而科学的教学设计。本文基于“创客”教育的理论与课程系统教学实践相结合、教师教学设计与学生应用相结合的理念，通过对“创客”“创客空间”和“创客教育”等概念的梳理，结合“创客”教学实践，提出基于课程融合的“创客”教学设计与应用模式，并对此模式的应用原则进行分析，为相关工作的研究和实践者提供借鉴。

一、研究背景综述

（一）“创客”（Maker）

“创客”（Maker）一词源于加拿大科幻作家科利·多克托罗（Cory Doctorow）的小说中“有创意的聪明人”。美国克里斯·安德森把“创客”定义为以开源化、数字化和智能化为工具，为追求创新，把创意变成现实的人群。杨现民等认为“创客”是一批由强烈的内在动机和兴趣驱动的创意设计与实现者。李凌等把“创客”定义为一群不以营利为目标，利用3D打印技术和各种开源硬件，把创意转变为现实的人。综合以上学者的观点，“创客”是指具有创新意识、借助于现代科技手段，把创意实现并免费分享的人。

（二）“创客”空间（Maker Space）

“创客”空间（Maker Space）名称源自“Maker”与“Space”的组合。其他的英文表达如“HackLab”“HackSpace”等。美国加西亚·洛佩斯认为“创客”空间是计算机实验室、科学实验室、木工房和艺术实验室的结合。美国多尔蒂则认为“创客”空间是支持“创客”进行各种制造活动的开放式、创造性社区，旨在用“我能”思维培养“创客”的场所。美国Kera则认为“创客”空间是一系列与开源软件、硬件与数据等要素相关的共享技术、治理过程和价值观。谢作如认为“创客”空间是一个具有工作室和加工车间功能的开放实验室，“创客”们通过在“创客”空间里共享资源和知识来实现他们的想法场所。李凌认为“创客”空间就是为“创客”提供的实现创意，交流创意和产品的创新和交友相结合、线下线上相结合的社区平台。综上所述，“创客”空间是激发人们创新意识、促进人们把创意实现、交流和分享的开放的线上、线下或两者相结合的空间。

（三）“创客”教育

“创客”教育的定义可以分为五类。（1）强调目标类：祝智庭、雒亮提出广义上“创客”教育是一种以培育大众“创客”精神为导向的教育形态；狭义上的“创客”教育是一种以培养学习者，特别是青少年学习者的“创客”素养为导向的教育模式。（2）强调内容类：吴俊杰提出“创客”教育是指以培养学习者的创新和创业所需知识、能力、意志和视野方面的教育活动、行为、环境和课程的总和。（3）强调理论基础类：祝智庭、孙研研提出“创客”教育是以信息技术整合为基础，传承项目学习法、体验教育、DIY理念和创新教育的思想。（4）强调过程类：郑燕林、李卢一提倡“基于创造的学习”，强调“创客”教育是学习者融入创造情境、投入创造过程。（5）强调教育层次类：王佑镁提出从微观上看，“创客”教育通过课程学习培养个体的“创客”基本素养，包括知识与理解、技能与态度、价值与倾向；从中观上看，“创客”教育通过“创客”项目培养群体的创新创业能力；从宏观上看，“创客”教育通过“创客”教育活动培植社会的“创客”教育文化。

综上所述，“创客”教育是把“创客”教育理念与现代教育相整合，以信息技术为基础，体验教育、项目学习法、创新教育DIY等理念相融合的教育模式。在层次上包括个体、群体和社会三个层面的“创客”教育，在目标上包括培养个体创新精神和“创客”教育素养、群体创新创业能力、社会“创客”教育精神与“创客”教育文化，在途径上包括“创客”教育空间的建设、发展各种“创客”教育项目、创新动手技能训练等，在学习方式上强调“创造中学”。

（四）“创客”教学模式

教学模式是指在一定的教学理论、教育思想和学习理论指导下，在一定的教学资源和环境的支持下，教与学活动中各要素之间的稳定关系和活动进程的结构形式。“创客”教学模式是在创新教育、项目学习法、体验教育等教育理念指导下，在项目、课程、“创客”空间等环境和资源的支持下，教学活动过程中教师、学生、教学内容、环境等要素的稳定关系和活动进程的结构形式。在“创客”教学模式研究中一般有四种类型：系统整合型、项目探究型、螺旋结构型和创业驱动型。（1）系统整合型强调学生的创造过程与系统各相关因素相整合。如王佑镁“创客”教育新生态框架、王旭卿面向STEM教育的“创客”教育模式等。（2）项目探究型强调基于精心设计的项目，在教师、政策、资金等支持下学生创造。如基于“创客”項目学习（Maker Project-based Learning，MPBL）的新型学习模式、依托“智创空间”搭建“创客”教育平台的“ZC Space“创客”教育模型等。（3）螺旋结构型强调学生在两种或两种以上驱动力的交织的螺旋上升环境中进行创造。如利益与专业驱动的“双螺旋”“创客”教学模型、技术与创新人才驱动的高校、社会、政府的协同模型等。（4）创业驱动型强调学生在就业和创业能力提高的驱动下进行创造。如基于专业驱动的学校“创客”教育模式和基于创业驱动的社会“创客”教育模式。随着近年来“创客”教学模式的实践与发展，“创客”教学与课程相融合的教学模式由于其通过跨界学习，在培养具有系统知识、创新能力和创新思维的创新型人才方面具有不可替代的优势，成为“创客”教学模式研究的一种趋势。

二、基于课程融合的“创客”教学设计与应用模式

在整合已有的四种“创客”教学模式的基础上，基于“创客”与课程教学相融合，提出以微课程引导，由创意构思、设计制作、发布分享、评价再生和众筹上市五个阶段形成的“创客”教学设计与应用模式（如下页图1所示）。

（一）创意构思教育

创新永远是人类发展和社会进展的根本动力。对于学习者的创新素养，在保护的同时，还需要培养，即通过教育教学实践来培养创新能力。

1.创意构思教育中的微课程设计

创造性的实质是指根据一定目的，运用一切已知的信息，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。知识系统性越强，则创造性越突出；创造性思维是发散思维与辐合思维相结合。任何创意的产生都是基于一定的基础知识之上而产生的，微课程由于其固有的内容精简性、针对性，使用过程中有效地适应当前碎片化学习趋势，对于创意产生之前引导学生奠定知识基础具有十分重要的作用。课程教学由于其科学性和系统性，能有效地弥补微课程教学造成学生知识碎片化不系统的不足，因此在学习者创意构思教育中，结合课程系统教学，以案例和项目为驱动设计的微课程显得十分重要。案例主要是结合课程专业知识或实践训练，由教师设计的以创新能力培养为目标的案例。项目主要指结合竞赛或实际任务，由教师精心设计的以创新能力培养为导向的专题项目和综合项目。项目需要具备能激起学生的兴趣、独特性、充裕的时间、一定复杂性和挑战性、多学科关联性、资源可获取性、成果可分享等特點。整个微课程设计分为分析、设计和制作三个小阶段，如图2所示。

2.创意构思教学模型

创意构思教育每个环节以“创客”文化（“创客”教育过程中的各种因素协同发展形成的文化环境）为背景，分为知识建构、创意构思和创意延展三个阶段（如下页图3所示）。

（1）知识构建阶段

学习者基于线上学习空间，以微课程为学习载体，以线上学习任务单为引导，结合生生交互、师生交互进行自主线上学习，为创意构思阶段积累知识基础和教师创意构思阶段教学设计提供依据。包括四个环节：课前学生网络学习——学习者通过网络课程（以案例或项目为驱动，以微课程为主要展现形式）进行自主学习；课前在线测试——学习者结合网络课程的学习内容，通过在线测试检查学习状态；师生主题计论——以学习者自主学习网络课程中产生的问题或分歧为主题，教师引导学生进行在线讨论；教师网上答疑——教师通过微信群、QQ群、网络课程答疑室对学习者自主学习或讨论中的问题进行答疑。

（2）创意构思阶段

学习者基于线下学习空间，以案例项目及问题分歧为驱动，在教育者的引导下，以组（教育者根据上阶段学习者学习数据分组）为单位完成新任务，并通过交流分享学习成果产生新的问题与分歧、观点和创意。包括九个环节：活动情境的创设——设计有助于学习者发现创新方向的活动情境，一般用问题情境引出本活动的任务；学生活动分组——教师根据知识建构阶段学习者的反馈，结合案例或项目的特点，对学生进行分组；学生观察描述任务——学生通过自主观察情境中的素材，把自己的观察结果，结合教师给的活动任务，描述出观察的结果，并填写任务表；学生组合经验——学生根据上阶段的观察结果和任务表，联系生活实际或已有的知识经验填写任务相关经验表；学生提出观点和创意——学生结合上阶段的经验表，通过小组协作对经验进行重新组合，提出解决任务的观点或新的创意，并填写观点或创意表；学生提出问题和分歧——通过学生头脑风暴或学生自主质疑上述学生活动的各个阶段，形成学生组内问题表；学生组间成果和问题评价——各组间相互交流观察结果任务表、任务相关经验表、任务观点或创意表、问题表，并对上述各表进行组间评价，填写组间评价表；学生提出新的问题与分歧——通过组间评价，学生提出新的问题与分歧；教师汇总学生观点或创意和问题分歧，并填写相应的学生观点或创意表和学生问题分歧表。

（3）创意延展阶段

学习者基于线上和线下学习空间，以创意构思阶段成果为基础，以培养学生创新意识为导向，以解决创意构思阶段提出的问题或分歧及提出新的创意为目标，学生在教师的支持引导下，自主组建项目组，通过实验来搜索解决问题和分歧可行方案和数据，并产生新的创意、问题和分歧。包括五个环节：教师提供支持——教师为学习者解决问题或分歧创建相应的资源和环境；学生自主组建项目组——学生根据个人的兴趣爱好，以构思创意阶段提出的问题与分歧为主题，自主组建项目组；学生解决问题和分歧——学生在教师的帮助下，利用教师提供的资源和环境，合作解决问题和分歧；学生成果交流与评价——学生通过组间对解决问题和分歧的成果进行相互交流和评价；学生创生出新的问题和分歧——通过上述四个环节，学生在解决问题和分歧中产生新的问题、分歧和创意。

（二）设计制作教育

设计制作教育模型如下页图4所示：

1.教学设计阶段

教学设计阶段指以上阶段学生提出的创意项目实现为驱动，对设计制作过程进行教学设计，主要包括六个环节：（1）创意项目分析——教师对创意项目教学中三维目标、创意项目相关学科的知识结构图及学生者的特征进行分析和描述；（2）资源设计——教师对创意设计所需要的相关知识、材料进行设计；（3）设计制作环境创建——教师对学习者创意设计和制作所需要的工具或软件环境进行创设，设计工具或软件包括Scratch可视化程序设计工具、思维导图软件、编程软件、二维设计软件、三维设计软件等，制作工具包括Arduino、传感器、3D打印、激光切割、数控机床等；（4）关键环节设计——教师对创意设计和制作过程中的关键环节进行设计，为学生模仿提供依据；（5）关键控制点设计——针对学习者设计制作过程中出现的偏差，教师设计一些控制点规范学生的行为；（6）活动任务设计——教师把创意设计制作项目分成逻辑步骤，并对每个步骤设计不同的要求。

2.教学应用阶段

教学应用阶段指依据上一阶段的设计结果，学习者在教师的指导下，在“创客”空间或教师精心设计的创造环境中完成创意的设计与制作的阶段，包括六个小阶段。（1）情境导人：教师通过展示创意设计和制作的产品的价值或应用场所激发学习者参与的热情。（2）学生工具或设备学习：学习者对创意设计或制作所需要的材料、软件或工具功能和使用规则进行必要的学习，为后续使用过程中提供安全保障。（3）学生关键环节模拟学习：学习者在教师示范下，模拟教师完成工具使用过程中的关键环节，并了解关键环节的原理。（4）学生创图：创图是创意的思维具体化、可视化，运用图形样式对意念中或客观存在的技术对象加以描述和交流；学生创图指学生自主或小组协作在设计环境中利用系统设计软件对创意进行图示化，将创意图化或建模的过程。（5）学生创物：学生自主或小组协作在制作环境中利用制作工具将上阶段的模型或图纸，使用一定的材料进行物化，转化成有形物品的过程。常用的制作工具包括：创意手工类（纸艺、塑艺、陶艺、叶画等）、快速原型类（手绘、纸模、草模等）、机械加工类（木工、金工等）、开源电子类（Arduino、传感器、控制器、万用表等）、数字设计类（3D打印、激光切割、数控机床等）、数字媒体（AR、VR、MR、PS等）。由于设计与制作之间是有差异的，制作过程中出现无法解决问题时，需要回归到上一步设计的过程进行修改。（6）应用改进：学生对创意作品运用到现实环境中进行对功能和用户体验的验证，形成改进意见，并对创图和创物的过程进行改进。

（三）发布分享

本阶段学习者把创意构思、设计模型、制作过程、创意作品及其他相关材料免费分享，主要的分享途径是社交媒体、“创客”空间和主题活动。分享的社交媒体主要包括Facebook、Twitter、微信群、QQ群、BBS等。分享的“创客”空间主要包括线上“创客”空间分享和线下“创客”空间专题交流。主题活动主要指学校或社会举办的“创客”嘉年华等活动。

（四）评价再生

以促进学习者创新素养发展为核心，通过评价促进“创客”作品的再生。因此，对于“创客”教育效果的评价主要包括学生创意构思能力、设计制作能力、分享水平和创新作品四方面的评价。

（1）创意构思能力评价主要包括学生观察描述水平、经验组合水平、观点或问题的独创性、观点或问题的变通性、观点或问题的流畅性和学生构思过程的精细性（思维过程的缜密、详尽、准确）等方面。（2）设计制作能力的评价主要包括工具使用的熟练水平、关键环节的模拟水平、创图能力：目标一致性（设计的产品与目标一致的能力）、综合性（综合运用各种学科进行设计的能力）、创物能力（主要包括美观性、技术性（结构的设计与材料的选择）、交互性（产品操作规范、相容、安全和高效）、环保性和经济性、应用改进能力等。（3）发布分享水平的评价主要包括作品分享意识、分享内容、分享途径、分享效果四个方面。（4）新作品的评价主要包括作品的实用性、功能的完备性、新颖性、社会价值性四方面。

（五）众筹上市

众筹上市阶段包括众筹融资和生产上市两个阶段。众筹融资可利用网络众筹平台如京东众筹等筹集创意产品需要的资金；生产上市可利用企业生产平台进行生产，并利用电子商务平台如淘宝进行上市。

三、基于课程整合的“创客”教学模式的应用实例分析

基于课程融合的“创客”教学设计与应用模式包括六个基本环节，创意构思教育作为此模型的开始环节和核心环节，对整个教学模式具有奠基性的作用，本文以初中数学知识点“黄金分割”的创意构思教育为实例进行分析，为模型实施提供参考和依据。

（一）“黄金分割”的微课程设计

“黄金分割”的微课程设计如表1所示。

（二）“黄金分割”创意构思教学设计

“黄金分割”的创意构思教学设计如表2所示。

四、基于课程整合的“创客”教学模式的应用原则

（一）以“创意产生和实现”为中心

“创客”教育的目标是提高学习者的创新素养，学习者学习的目的不是为了学会某些知识，而是创意的产生和实现。在“创客”教育过程中，学习者不仅要知道原理是什么，更要体会到原理能做什么。美国“创客”之父Mitch Altman认为“创客”教育应以创意的实现为导向把各个学科结合起来。在基于课程融合的“创客”教学模式中，教育者需要鼓励学习者反思并清晰表达不同任务之间的共同原理，从而使其能独立地将所学知识和技能迁移、应用到新的问题情景中，使创意产生和实现。

（二）以“项目、案例、问题或分歧”为驱动

“创客”教育强调学生“做中学”。在基于课程融合的“创客”教学模式中，学习者需要在教师精心设计的项目和案例实践中，分析项目和案例的任务，设计解决方案、实施项目过程中实现基于创造的学习，形成创意和实现创意作品。同时，学习者在项目实践过程中发现问题和提出分歧，在解决问题和分歧中提出新的创意，并在创意实现的过程中提出新的问题和分歧，促进新的创意迭代产生。

（三）以“师生角色多样化”为基础

在基于课程融合的“创客”教学模式中，学生的角色由原来知识的被动地接受者，转变而成主动的知识应用者与知识创造者，成为集科学家、发明家、数学家、设计者等多方面的综合性角色。教师的角色也从传统的知识传授者转变成为教学的设计者、学生的引导鼓励者、创造过程中的支持合作者、管理者等综合性角色。

（四）以“有效分享交流”为动力

“创客”的最主要的特点是主动分享和乐于互动。为了交流体验和分享智慧，“创客”聚集在开放的“创客”空间中，相互学习，共同协作，开设“创客”技术工作坊，从而促进知识分享、跨界协作和创意的实现以至产品化。在基于课程融合的“创客”教学模式中，教育者为学习者分享创意和学习经验设计分享空间和分享策略，以分享策略激励学习者主动把创意和学习经验在分享空间中进行分享，学习者通过互相有效分享为动力，促进创意的更有效地实现和新的创意再生。

（五）以“微课”和“创客空间或创造环境”为载体

在基于课程融合的“创客”教学模式中，微课程作为创意激发阶段的载体，为学生产生创意奠定的知识的基础，同时，创意的设计与实现，“创客”空间或教师精心设计的“创客”环境为学生提供了工具、环境、材料、软件等支持，一方面有助于学生创意的有效实现，另一方面也能在做中迭代产生新的创意。

（六）以社会、学校、教师、学生和家长五要素整合的“创客”文化为根本

教学模式的有效运行需要各要素相互协调整合，基于课程融合的“创客”教学模式中，社会通过创建和开放主題线上虚拟和线下实体“创客”教育科普基地构建“创客”社会环境；学校通过创建“创客”课程和“创客”空间奠定“创客”教育基础；教师通过“创客”继续教育课程提升“创客”教育素养；学生通过体验“创客”教育课程提升“创客”素养；家长通过“创客”教育亲子课程提升与孩子互动。五因素以构建“创客”文化为中心协同发展。

五、结束语

本文提出基于课程系统教学实践的“创客”教学模式，并在模式的应用中强调把教师的教学设计与学习者的应用结合。任何一个模式的提出到其成熟应用都需要一个过程，本文提出的基于课程整合的“创客”教学设计与应用模式在教学实践过程中的成熟应用还存在一些需要完善之处：一是此模式研究是基于文献研究与实践总结的基础上完成，其应用的可操作性需要实践数据进行进一步的论证；二是本文提出的是一个基于课程融合的“创客”教育通用教学模型，由于其基于课程的系统教学，课程系统教学存在着学科类别的差异性，如何在模型中体现学科类别的差异性仍有待进一步研究的考证。