基于Citespace知识图谱的创客教育解析

2018-07-09王录通王录安

实验室研究与探索 2018年6期

王录通，陈俊，王录安，张芥，姚瑶

(1.贵州师范大学教育科学学院, 贵阳 550025; 2.中国人民大学农业与农村发展学院，北京 100872)

0 引言

物联网技术是教育信息化发展的战略重点，侧重于全面感知、智能处理、可靠传送的整体属性。创客教育嵌入技术因子，秉承创新思维的设计理念，以网络技术为核心载体。2015年国务院颁发《关于发展众创空间推进大众创新创业的指导意见》，全面构筑创客空间发展平台，培育具有高科技人才[1]。创客教育揭开了智能机器人、遥感科技、开源硬件、数控技术、光电通信等技术构架的序幕[2]。2017年3月新媒体联盟中国高教版《地平线报告》明确指出，全面推进虚拟与远程实验室、VR/AR技术、可穿戴技术等研究项目。创客教育根植于物联网智能技术领域，跃迁数字化发展的轨道，加强资源推送、远程交互系统、智能语音识别系统等协同创新管理机制建设。创客教育在传感技术、网络通信技术、机械制造技术的支撑下风靡全球。例如：在智能汽车制造领域，通过配置电源管理模块、红外测距模块、电机驱动模块提升创新技术性能监测指标[3]，加快新型产业转型升级，建构物联化、智能化、网络化的生态信息链接系统。

1 创客领域

1.1 STEAM教育

STEAM教育是美国政府提出的教育倡议。STEAM兼容科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Art)、数学(Mathematics)课程[4]。STEAM教育以项目学习为主，嵌入各种学科课程[5]，开拓了3D打印技术、DIY、scratch编程、人工智能的进展。STEAM教育主张做中学、学中做的教学模式，让学生在体验中发现问题，解决问题[6]，具有跨学科性、情境性、合作性等特征。所谓跨学科性就是把理工、文学、科技、信息、艺术等学科整合在一起的系统。情境性需要有信息化教育资源与数字化环境，创设创客项目情景，或者创建创客教育虚拟环境，推广创客社会实践活动。STEAM将逐渐发展为包容性更强的跨学科综合素质教育。

1.2 创客空间

2012年，美国开设“创客空间”(Maker space)，创客空间含义是把电脑、技术、科学、工具汇聚在一起，开展创意与合作活动，它是物理制造空间配备原型制造工具与数字化资源结合而成[7]。创客空间的作用是承载信息发布、作品展示、资源共享模块[8]，网络通信技术拓展了创客空间的应用范畴，创客空间的范围较广，可以容纳所有创意产品、创意活动、创意设计，不仅涵盖创客器械还包括创客技术、创客精神、创客环境等。

创客器械主要有创意工具、创意机器、智能家居等，其中智能家居指利用物联网技术与网络通信技术、安防监测系统相结合，推动网络家电、数字影视、远程监控设备的信息产业的发展。为居民提供安全、舒适、节能的全方位服务体系。智能家居实现资源建设宏观布局与微观调控系统的生态契合，智能照明、智能门禁[9]、视频监控、防盗报警系统等通过用户认证、信任管理、协同授权、数据加密等环节破解家电使用繁杂问题。例如,智能安防报警系统兼备家庭的各种传感器、智能手机、探测器及执行器共同联合为家庭安防体系。报警系统采取先进智能型控制网络技术，报警功能包括防火、防盗、防爆及紧急求助等功能；居住房屋配置门磁感应器、红外感应器、玻璃破碎探测器、煤气泄漏探测器、环保监测仪、紧急求助按钮。

创客技术有纳米技术(Nanotechnology)，也称毫微技术，实质是一种单个原子、分子射程物质的科技。纳米科技主要应用于微电子和计算机技术、纳米生物学、纳米光纤、纳米检测[10]、航空航海、能源制造、生物技术等范畴。纳米电子学是基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。其次，创客教育包括传感技术(Sensing Technology)，指光电传感器、霍尔传感器、光纤传感器[11]、磁敏传感器、生物传感器。光电传感器采用光电原件作为检测原件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电原件进一步将光信号转换为电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电原件三部分构成。光电传感器一般有发送器、接受器和检测电路组成。光电传感能够在电子科技、地质探测仪、激光检测仪、医疗诊断仪中发挥独特功效，传感技术逐步融进创客教育研究领域。

创客精神是创新实践的源泉与导向，创客精神是从情感态度到创新意识、创客思维在过渡到技术手段，创客精神能够提升教师及学生的思维水平，学会用创新的手段解决教学难题，提升创新素养。为师生搭建良好的沟通交流平台，彰显操作实践能力，为实现“双一流”大学战略规划提供坚实的精神支持与保障。

1.3 创客教育

目前，创客教育(Maker education)尚未明确含义，创客教育概念主要有以下几种阐释：

观点1指创建网络技术与信息技术相融合的数字化生态环境，开发3D打印技术、CNC激光饰刻技术、社交媒介与开源硬件等智能数控技术[12]。该观点强调网络信息化与智能设备相契合，从而满足自主研发创新产业的需求，推动创新驱动发展战略。

观点2指创意课程，主要以培养学生创客素养为导向的课程，以高科技为显著特征的电子信息创意课程[13]。该观点把创客教育视为课程体系，并且归纳总结创客课程具有整合性、研创性、协同性特征，强调创新的教学模式与课程结构。

观点3指运用网络技术与机械工具相结合转化为开发创意产品，基本特征是敢于冒险[14]。该观点侧重提升学生创新思维与创新技能相结合品质，开发创客教育的典型模式，提升创客教育的价值研究。

综上所述，创客教育指一种宏观的创意环境，利用物联网技术与数字化器具研制创意产业，核心价值在于将虚拟技术转化为现实，把创意技术应用在科研机构、交通预警、地质勘探、电子通讯、医疗器械、工程建筑、农林安防等智能行业。

2 创意教育现状解析设计

2.1 研究工具

该研究采用Citespace可视化应用软件，Citespace软件由美国德雷赛尔大学计算机与情报学教授陈超美设计开发。Citespace全称Citation space(引文空间),也常被称为“科学知识图谱”(Mapping knowledge domains)[15]。Citespace研究旨在探究主题的“研究热点” “研究前沿” “路径演变”，其核心功能是文献共被引、作者共被引、共次网络等[16]。Citespace主要在管理科学(Management science)、情报探析(Intelligence analysis)、财政统计(Financial statistics)等技术有所突破。

2.2 数据来源

本研究数据来源于CNKI数据库，对“创客教育” 核心期刊主题词进行检索，因为核心期刊具有权威性、典型性、高端性等特征，能够充分映射出创客教育的最新态势与研究的焦点。时间跨度为2007-2017年,在操作中将剔除广告、消息、征稿等无效信息，共精心筛选了核心期刊发表的128篇关于创客教育的文章。

3 结果解析

3.1 关键词解析

该研究采用Citespace5.0.R1对“创客教育”进行可视化探析，并且设置相应参数指标。时间跨度设置为2007-2017年，Network:N=61,E=61(Density=0.033 3),N代表网络节点数量，E代表连线的数量。Density表示网络的密度， Modularity是网络模块化的评价指标，Modularity的值越大表明网络聚类效果越佳，Q取值区间为[0,1]，Q>0.3证明网络社团结构明显，图1中ModularityQ=0.653 9说明网络社团结构显著。Silhouette值表示衡量网络同质性指标，越接近1代表网络同质性越高。Silhouette值=0.7聚类结果为高信度，在0.5以上表明聚类结果合理[15]，图1中Mean Silhouette=0.07114,表明聚类结果为高信度。在此基础上利用Citespace对创客教育可视化探析，捕获创客教育的研究热点与演化脉络。创客空间呈现的频次16，因为创客空间能够拓展创客教育科研的界限，两者具有高度协同性、匹配性的创新迹象。STEAM教育频次为8，STEAM教育隶属于创客教育的应用范畴，蕴含科学、技术、工程、艺术、数学核心课程，进而提升学生思维的敏锐性、决策力、甄别力。创新创业教育频次为7,主要培养学生创客素养的专门机构，通过系统培训，增强知识建构、逻辑推理、编程思维等技能。结果显示，创客教育热点关键词依次为创客空间(Maker space)、STEAM教育(STEAM Education)、创新创业教育(Innovation and entrepreneurship education)、创客运动(Maker movement)、教学模式(Teaching model)、实践教学(Practical teaching)等。

图1 关键词解析

3.2 机构解析

该研究对创客教育机构进行知识图谱解析，时间跨度为2007～2017年。数据来源于CNKI数据库，核心期刊在一定程度上映射出该区域科研能力与团队合作力度。图2所示为创客教育机构分析，图中圆点面积越大表明创客教育研究数量越多，研究区域范围越广泛。经筛选，创客教育研究机构主要有华东师范大学教育信息技术学系(频次6)、东北师范大学计算机科学与信息技术学院(频次6)、东北师范大学教育学部(频次5)、温州大学创业人才培养学院(频次5)、华南师范大学教育信息技术学院(频次3)、华东师范大学开放教育学院(频次3)。研究显示，创客教育机构缺乏合作力度，发展区域不均衡，创客教育建设存在差异等关键问题，研究基地主要聚焦在高校信息技术学院与专业培养机构。

3.3 作者解析

通过科学计量工具Citespace软件全面剖析创客教育高产者的学术动态，进而阐释创客教育研究的热度。本研究剔除会议、新闻、征稿后共收录128篇核心期刊文章，圆点面积越大代表创客教育的学术论文发表数量越多。创客教育发文量高产者分别为李卢一、王佑镁、陈珊、郑燕林、韩芳、祝智庭、傅骞等。李卢一、郑燕林主要研究方向为现代远程教育；王佑镁主要研究方向为创客教育、数字化教育；祝智庭主要研究方向为教育信息化、网络技术、教育技术等领域。如图3所示，Network:N=111,E=21(Density=0.003 4)，ModularityQ=0.979 6，Mean Silhouette=0.218 8，从整体架构获悉创客教育发文数量依然不容乐观。研究表明，创客教育高产作者主要研究方向为教育信息化、信息技术、网络技术界，侧面映射创客教育尚未形成规模的科研群体，缺乏合作团队。

图2 机构解析

图3 作者解析

4 研究对策

4.1 深化创客教育机制改革

创客教育尚未形成科研群体规模，研究层次水平较低。因此，宏观层面上相关部门要深化科技创新机制改革，促进信息化工程建设，鼓励开展数控科技、新能源汽车、军事装备、医药科学创新培训项目。通过机械结构、嵌入式控制系统、运动控制、组装智能机器人等操作流程，培养学生创新社会实践技能[17]。微观层面上要开展创客教育与智创教育课程来提升学生动手能力[18]。倡导人工智能新型产业，加快人工智能产业升级改造，形成人机交互、协同创新、数据挖掘、自主研发、安全规范的管理机制。开发增强现实技术、研发虚拟农业探测系统、虚拟交通预警系统、虚拟军事装备系统等关键技术。

4.2 加强创客机构密切合作

创客教育机构联系并非紧密，缺乏合作机制。因此，要不断挖掘虚拟化技术的科研潜力[19]，建设创客教育研发基地，加大创客教育宣传力度，搭建“网络学习空间”平台，实施网络教学、资源推送、资源共享的运作模式。提升教育信息化发展水平，引进高科技人才，拓展创客教育交流空间，实施多校联合、跨校实训等措施，争取实现创客教育与国际接轨，与世界接轨。

4.3 大力投入创客基金项目

研究发现，创客教育建设基地呈现显著差距，分布不均。由此推导经济发展水平会间接影响创客培养项目，创客教育筹建需要充裕的资金作保障，教育部门应大力投入创客教育资金，在互联网发展的背景下逐步缩小城乡差距，落实精准扶贫政策，鼓励建设创业专门机构，优化创客教育评价指标，彰显区域创新特色产品，促进教育资源公平。