创客教育支持学生核心素养发展模型研究

庞敬文 唐烨伟 钟绍春 王晓晗

摘要：“互联网+”时代，提升学生学习能力与创新能力的核心素养的培养受到前所未有的关注，创客教育以其提升学生信息素养、创新意识和创新能力为根本，促进学生全面发展正以其开放性的教育形态在全国各地如火如荼地展开，其思想与学生核心素养的理念不谋而合。在创客教育新形式下发展学生的核心素养，是该研究关注的重点。该文首先分析了创客教育与核心素养的基本理念，确定了该文的研究方向；其次在分析已有概念基础上，界定了创客教育的内涵和特征；再次，对创客教育支持学生核心素养培养的可行性进行分析；最后，基于核心思维的三层架构，设计了创客教育支持学生核心素养发展模型，提出了四位一体的思想，四位包括了学习目标、学习环境、学习过程和学习评价四个方面，一体指的是学生核心素养体系，这四个方面的设计仅仅围绕着学生核心素养的发展。

关键词：创客教育；核心素养；四位一体；模型

一、问题的提出

2017年美国新媒体联盟发布了《NMC地平线报告：2017高等教育版》，报告中指出：“创客文化能够促进学习者真实的学习，在这种文化氛围下，学生不再只是知识的消费者与参与者，而是知识生态系统的积极贡献者，学生在经历了体验、实践和创造等一系列活动之后，他们能够以更具体的和创新的方式展现新技能”，“创客大会”官网上的一系列数据也表明创客运动正在如火如荼得进行着，2014年全球各地举办了100余次创客大会，这其中包括了日本、中国、美国和意大利等国家，可见，创客在世界各地都受到了关注，各国也都在积极地探索如何来推动创客教育的发展。

核心素养的提出表明了21世纪我国人才培养目标的范式发生了质的转变，新世纪人才素养的代表以经合组织（OECD）的核心素养框架、欧盟的终身学习核心素养指导体系和美国的21世纪技能等等。国内学者李艺教授从学科意义和一般意义两个角度出发，提出了核心素养的三层架构，强调了跨学科、综合性和问题解决能力等的发展。而创客教育的独特价值，就是为学生创设一个真实的创客空间，使他们能够在近乎真实的情境中，将创意变成真实的作品，通过运用跨学科综合知识，以小组合作、自主探究和做中学等活动形式，解决复杂的问题，最终提高学生的问题解决能力、综合应用能力和思维能力等等。因此，我们可以发现创客教育的宗旨和核心素养的发展不谋而合，创客教育对于核心素养的培养具有重要意义。

纵观创客教育的已有成果，笔者发现现有的研究主要集中在两个层面。在技术层面，随着新型技术日益出现与发展的今天，以创客教育为代表的“互联网+”教育形式已经初步形成；在研究层面，众多学者开始从不同的角度对创客教育进行了研究，如实现路径、课程设计、创客教育的特征和内涵、空间设计等等，但是关于创客教育支持下学生素养发展的相关研究非常少。基于此，文章将学生核心素养的培养置于创客教育的背景下，提出创客教育支持学生核心素养发展的模型。

二、创客教育的内涵及特征

（一）创客教育的内涵

创客教育的理解有两种视域：一是创客的教育，在这种视域下，创客教育旨在解决如何培养创客；二是创客式教育，该种视域下是指如何运用创客的理念与方式进行教育变革。

本文中将创客教育理解为后者，即创客教育是指利用创客的理念与方式，在新兴技术的支持下，以创新能力发展为核心目标，将创意融入到实践之中，以小组合作和探究的形成生成作品。相较于传统的教育方式，创客式教育实现了三个转变，一是学生转变，学生由被动的接受者，转变为主动的创造者；二是成果呈现形式的转变，学习成果的呈现形式由隐性的知识或经验转变为显性的实物或产品；三是核心价值的转变，由传统的知识和技能转变为创新思维的追求，具体如图1所示。

（二）创客教育的特征

Martinez和Stager提出指出创客教育应该具备八个关键特征（要素），分别是目的和相关性、时间充裕性、复杂性、挑战性、多维关联性、可访问性、共享性与新颖性。依据Martinez和Stager提出的创客教育特征框架，本研究认为创客教育应该具备以下几个特征：

1.创客教育以创新培养为基础

创客教育要想实现可持续的发展，就要实现全人教育的培养目标。在这样的大目标下，创客教育可以分为三个阶段来持续推进，一是培养学生的创新能力，二是激发学生的分享意愿，三是塑造学生的健康人格，其中创新能力作为创客教育发展的基础，是全人教育目标达成的基石，对于推动创客教育的发展具有重要意义。

2.创客教育以新兴技术为支撑

创客教育的兴起与发展与技术有着密不可分的关系，新兴技术是加快创新教育发展的助跑器。在研读创客教育的相关成果时，我们也不难发现，创客活动往往与创客空间、3D打印机、机器人、开源硬件等技术同时活跃在大众的视野之中，这表明了技术为创客教育的发展提供了强有力的保障。

3.创客教育以实物作品为成果

虽然STEM教育与创客教育都强调创新能力的培养，但是两者最大的不同就是在創客教育中，学生作为创造者，在学习结束之后，一定会生成实际作品作为学习的产出。这些作品都融合了学生的创意，是培养学生创新实际能力的载体。创造作品作为学生学习的产出，并不是最终的目的，最终的目的是为了在创造作品的过程中培养学生的创新思维，训练学生的表达能力和实践动手操作能力等等。

三、创客教育支持学生核心素养培养的可行性

核心素养为当代世界所普遍重视，世界各个国家（地区）以及国际组织在进行教育和课程改革时，对于“核心素养”的具体培养方式上存在差异，但是其共性思想都是以重视公民关键的、必要的、重要的素养为核心。针对我国的现实需求和教育实际，普遍认定核心素养是学生在接受相应学段教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会需要的必备品格和关键能力，以培养“全面发展的“人”为目标，将核心素养分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，包含“科学精神”“责任担当”“人文底蕴”“健康生活”“学会学习”和“实践创新”。创新品格和创新能力作为学生应具备的适应终身发展和社会发展所需要的核心成分之一，在培养落实的过程中需要基于真实的情境、丰富的资源以及多样化的测评。结合创客教育的内涵和特征，可以将创客教育对核心素养培养的目标分为基础性素养、工具性素养和发展性素养，基于此，本文对创客教育支持学生核心素养培养的可行性进行分析，如下页图2所示。

首先，创客教育的核心特征有助于激发学生的学习兴趣，具有独特性教育功能的创客教育，强调在实施过程中大胆创新、勇于实践，具有挑战性，在进行能够解决生活中实际问题的创造活动中，具有能够激发学生学习动机的趣味性；其次创客教育的课程设计有助于学生学习能力、创造能力以及动手实践能力的提高，学生创客教育背景下可以综合利用科学的知识解决问题，知道怎样使用新技术进行分析、推理，从而形成解决真实世界中问题的能力；再次，创客教育的学习活动有助于学生形成稳定的学习意志，不断进行学习和积极探索新知，有助于学生培养责任意识，学会健康生活；此外，创客教育的课程设计有助于学生创新品格和创新能力的增强，在实施过程中学生通过参加基于问题或活动的学习实现核心素养的培养，利用技术手段运用创造性、批判性思维实现利用综合实践手段解决与生活密切相关的实际问题，强调协作性以及创造性。

因此，创客教育从自身的核心特征激发学习者的学习动力；从课程实施角度可以提高学生解决问题能力、创造能力、综合实践能力以实现学生的核心素养培养。

四、创客教育支持学生核心素养发展模型设计

（一）创客教育支持学生核心素养发展模型的设计原则

当前，核心素养是教育界中一个较热的词汇，有研究者将核心素养作为衡量深化基础教育改革，落实素质教育目标的要素。国内学者李艺教授从学科层面和一般层面提出了核心素养的三层架构，认为核心素养包括了双基层、问题解决层和学科思维层。系统观统领下的教学系统包括了学习目标、学习环境、学习过程（学习活动）和学习评价四个关键要素。本研究认为创客教育支持学生核心素养发展模型设计时，要重点关注这四个要素，并要遵循以下几个原则，分别是学习目标的挑战性和复杂性、学习环境的智能性和可访问性、学习过程（活动）的共享性和众创性以及学习评价的生成性和新颖性，如图3所示。

1.学习目标的挑战性与复杂性

创客教育的学习目标设计要具备挑战性和复杂性两个特征。在设计学习目标时，一方面要设计劣构的问题，使学生能够运用跨学科领域的知识解决复杂的问题，从而培养学生的分析问题、综合运用系统知识解决问题的能力；另一方面要设计挑战性的目标，但是目标不能过难，否则容易使学生产生恐惧心理，这就要求教师要充分了解学生的初始水平。只有合理设计学习目标才能够保证学生的全情投入，使他们体验到成功的喜悦。

2.学习环境的智能性与可访问性

创客空间为创客教学活动的顺利开展提供了实践的场所，为学生创意的落实提供了实现的载体。创客空间实际上是一个智能的学习环境，在这个环境中包含了人工智能技术、3D打印机、开源硬件等，通过利用人工智能等新兴技术，自动感知情境和记录与追踪学生学习的过程，来为学生的个性化学习提供支持；通过利用可视化、智能引导、监控与反馈等多样化的智能工具，为学生的学习提供给养。从而使学生可以实现在任何时间和任何地点进行随时访问，利用环境中丰富的数字化资源和工具来支持他们开展活动。

3.学习过程（活动）的共享性与众创性

创客教育鼓励学生之间的协同创造，强调学习过程的共享性和众创性。以共享性和众创性为驱动的学习过程表明了学习的过程（活动）从“学习即个体获得”走向了“学习即共同创造”的学习隐喻。在这一隐喻之下，不仅强调了创新过程要实现共同参与，而且也强调了创客活动要实现集体创新。因此，在设计学习活动时，我们要关注学生集体智慧的结晶，鼓励学生共享自己的观点，从而促使学生形成乐于分享和主动参与的思想。

4.学习评价的生成性与新颖性

成果是创客教育目标是否达成的一个衡量指标，是目标、环境、过程三者是否密切配合和共同作用的结果。创客教育强调学习过程的产出，在学习活动结束之后，学生要制造出具有创新性的作品。一方面，作品是学生创意得以落实的载体，通过对学生作品的评比，能够了解学生是否对知识进行了深度加工以及是否积极参与到学习过程之中等等；另一方面，要判断小组之间的作品是否是不同的，即是否具备新颖性的特征。作品的评比的结果并不是为了给学生划分等级，而是为了使学生在完成小组作品的过程中，能够培养他们积极分享与乐于表达的能力，从而为他们提供一个实现自己价值的平台。

（二）創客教育支持学生核心素养发展模型设计

根据核心素养的三层架构思想以及创客教育的关键要素，本研究提供了技术环境下的创客教育支持学生核心素养发展模型，如图4所示。笔者在该模型中提出了四位一体的思想，即创客教育中的目标设计、活动设计、环境设计和评价设计仅仅围绕着学生核心素养的发展，这四个方面的设计是相互联系又相互促进的。值得注意的是，本文在核心素养三层架构的基础之上，将环境层作为核心素养培养的一个强有力保障，融入到了核心素养之中，我们认为环境层能够为学生问题解决的过程提供技术保障，是双基层、问题解决层和学科思维层的外在环境力。

1.学习目标提供全面部署

人工智能支持下的创客教育模式的总目标是促进学生核心素养的发展。这个总体目标属于宏观层次的目标，瞄着这个宏观目标，我们应该思考如何设计学习环境来为学习目标的实现提供保障、如何设计学习过程来落实学习目标、如何设计学习评价来检验学习目标是否达成。我们都知道，如果宏观目标不进行分析与细化，是不容易实现的。因此，我们在进行具体设计时，应该将总目标细化成具体的子目标，以知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标为载体，遵从学习目标的挑战性和复杂性原则，同时三个维度的目标要兼顾思维能力的发展，通过三者的共同作用才能够使学生的思考问题和解决问题的能力得以提高。

2.学习活动提供智力支持

创客教育的总体需要通过一系列的任务和活动序列来承载，学习过程为智力和思维的发展提供了土壤。学习过程主要包括了任务驱动、探求新知、协同创造和深层探究四个环节。在任务驱动环节，学生应该明确具体的任务，以批判性的思维来审视问题，思考并决策达成任务需要经历的活动序列；在探究新知环节，学生需要基于原有的知识和经验，对已有知识进而经验进行加工与重構，思考已有知识体系是否能够解决问题，在这一环节中，驱动学生学习新知识，来解决实际的问题。这时我们要注意问题应该是劣构的，学生需要运用跨学科知识才能够得以解决。在协同创造环节，我们关注的是在人工智能技术支持下，学生之间能够进行知识的共享以及众创性活动的发生。在深层探究环节，学生根据协同思考的结果进行深层加工，为小组观点提供更科学与合理的依据。

3.学习评价提供分享平台

创客教育不同于STEM教育，其主要区别就是在STEM教育中，并不是一定要求学生有产出（实物作品），但是在创客教育中，一定要求学生有产出（实物作品），学生可以借助开源硬件和3D打印机等技术，来设计与制作实际作品。因此，创客教育中的学习评价主要采取作品评价、小组评价和个人反思评价等多元的评价方式。作品的评价重点关注学生的作品是否有创意，所设计的成品是否是新颖的，我们可以利用人工智能技术搭建的实时分享与交流的平台，学生通过上传自己的作品，分享自己的创意与成果，在相互讨论和交流的过程中，不断地反思与完善自己的成果。其他学生也可以通过观看这些作品，拓宽自己的思路，生成自己的创作灵感。

4.学习环境提供物质保障

学习环境能够为创客教育学习目标的落实、创客活动的开展、创客学习的评价提供保障。学生创意的实践需要一个发挥的空间，这个空间应该能够为创意的落实提供多种技术支撑和吩咐的物质保障，因此，这个智能化的创客空间应该是一个真实的物理场所，是一个相对线上虚拟社区而言的实体空间和开放式社区平台，能够为这些小小创客们提供3D打印机、开源硬件、激光切割机等等设备，使他们能够按照自己的需求来随时随地地访问和使用这些设备。但是，这些激光切割机等设备可能对于学生来说是陌生的和危险的，如果不能够对于学生加以智能引导和监控，很可能对他们产生某些伤害，因此，我们需要利用先进的技术（如人工智能技术等）来对学生进行智能引导，在他们使用这些设备的过程中，实时地提示并告知学生可能遇到哪些危害，应该注意哪些问题，并且教师也能够实时的监控学生的实践操作过程。此外，利用人工智能技术的智能自动感知环境和记录与追踪过程，不仅能够给予学生一个温馨舒适的学习场所，而且也能够对学生学习过程中产生的大量数据进行分析与挖掘，为师生提供及时的反馈。

五、结束语

面对教育应以学生的发展为核心，着力培养适应信息化时代的学习者，把培养学生的核心素养摆在重要的地位，变革现有的教育理念，寻求适合时代发展的教育实践，对教育工作者而言责无旁贷。创客教育的兴起与发展并不是偶然，本文对创客教育的核心进行分析，提出创客教育支持核心素养培养的可行性，并结合核心思维的三层架构，实现创客教育对核心素养培养的对接，创客教育正在革新传统教育模式，强调技术在学习过程中激发学习兴趣、提高学习能力、形成社会责任感、发展创新能力等核心素养培养目标的作用，是一件非常有意义的探索。希望藉此能为相关研究提供一些思考。同时，如何在实践中真正有效地落实，进行设计，将是我们下一步研究需要深入研究和实践的。