基于耗散结构理论的创客教育特征审视及发展

□ 董同强，马秀峰

随着新一代人工智能的兴起，人类社会正藉由“智能革命”步入一个由互联网、大数据和人工智能三重叠加的智能化时代，这是继农业文明、工业文明、信息文明之后的一种更为高级的社会形态。[1]随之引起了产业结构、经济增长动力以及社会分工体系的巨大变化，工业革命以来所建立的依靠标准化教学来批量培养人才的教育模式已无法满足智能时代对高层次创新型人才的需求，社会转型必然会推动教育生态系统的深度变革。创客教育的兴起恰恰是推进我国传统教育创新变革的良好契机，作为目前教育界研究的热点，如何更有效地将“创客”与“教育”融合一体，建设创客教育生态系统已经成为当下学术界关注的一个热点话题。耗散结构理论作为非平衡系统自组织理论的重要组成部分，从宏观上对创客教育系统走向自组织提供了策略与路径，并最终实现创客教育系统的有序演化。[2]在创客教育系统中，教师如何以学生的个体差异为前提，通过开展有效教学培养高素质人才是促进系统走向自组织不可或缺的关键点。

一、当创客教育遇上耗散结构理论

国内外的研究者从不同的角度对创客教育概念、内涵进行了表述，马丁尼兹(Martinez)和斯塔哲(Stager)将“在创造中学习”与“基于创造的学习”定义为创客教育内涵的出发点与核心[3]，其目标在于将青少年培养成为能利用各种技术手段与方法将自身创意变为现实的创客；祝智庭等认为创客教育是以信息技术为基础，继承和发展了体验教育、创新教育、DIY理念的教育模式[4]，强调了在体验教育中的深度参与和在实践中的深入学习；王佑镁认为创客教育本质上是一种素质教育，是面向全人发展的、培养个体DIY、分享精神与创造能力的教育取向。[5]赵呈领认为创客教育是以学生创新思维发展为核心，以数字技术为支撑，以跨学科式“做中学”为实现路径，培养具备创客素养的创新人才的新型教育模式。[6]李彤彤认为创客教育是以学生核心素养的培养为根本目标,提升学习者的创新意识、创新思维和创新能力的教育形式。[7]综上分析，笔者认为创客教育并不是具体的一种模式或者方法，而是影响人终身的、指向“全人发展”的一种教育取向，是指导创客培养、创客活动发展的导向标。通过实地调研发现，我国在发展创客教育过程中存在着不容小觑的问题[8]：创客空间建设困难,虽然各级政府相继出台政策推动创客教育的发展,但是如何建设创客空间却缺乏统一的建设标准；进入课堂障碍重重，创客教育进入校园呈爆发趋势，部分学校已经购入了相关的硬件设备，但是却没有相关的配套教材供学生使用；创客师资匮乏，缺乏专业的创客教师，课程多由各个学校的信息技术教师兼任；各个机构之间缺乏分享与交流，自我摸索现象比较突出，缺乏开放共享的互联网思维与意识，形成一种低级的、简单的封闭教育系统。

耗散结构理论认为：当一个系统处于开放状态,在该系统从平衡态到近平衡态、再到远离平衡态的演化过程中,当达到远离平衡态的非线性区时,一旦系统的某个参量的变化达到一定的阈值,通过涨落,该系统就可能发生突变(即非平衡相变),由原来的无序混乱状态转变为一种时间、空间或功能有序的新状态。这种在远离平衡区形成的、新的稳定的宏观有序结构,在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构被称为“耗散结构”(dissipative structure)[9]。由此可知，耗散结构的形成需要具备开放、远离平衡态、非线性、涨落四个条件。

反思创客教育现状和分析耗散结构的特点，可以看出：创客教育以其自身的理念在学生成长发展方面做出了重要贡献，在国内已经被众人所接受，获得了如火如荼的发展局面，但是深入考虑它的发展趋势，我们更应该将创客教育推向更为成熟的阶段，真正响应和贯彻国家素质教育、创新教育的教育理念。因此，可以借助耗散结构理论研究创客教育系统自组织的过程，促使其由现行的封闭教育系统自发地转变为高阶的、新的有序结构，从系统外部汲取负熵(促使系统走向有序的因素)，营造开放的教育环境，促使系统内部原先积累的熵增(系统自身失序的现象)逐渐减少，通过系统内部的各要素之间的相干与耦合作用，使其由无序向有序转变。[10]

从系统科学的角度，可以将创客教育划分为人力子系统、环境子系统、智慧子系统、物质子系统四类。人力子系统包括创客教师、学习者及教育管理者；环境子系统包括线下的创客空间及线上的虚拟创客社区；智慧子系统包括教与学的策略、方式及评价；物质子系统包括创客教学的相关课题、资源及媒体。对教师而言，创客教育是对学习者创新能力培养过程中的人力子系统、环境子系统、智慧子系统、物质子系统最优化的系统设计；对学习者而言，创客教育是基于环境子系统与物质子系统所提供的条件，以人力子系统中各要素之间的信息交互作为实施手段，对智慧子系统进行调整与优化。

二、基于耗散结构理论的创客教育特征分析

1.开放性是创客教育系统的首要条件

开放性是系统自身不断发展的内在特征，主要包括资源开放、结构开放和服务开放。资源开放是指教师将自身所准备的教育资源与互联网资源进行链接，充实自身系统的知识容量，使课堂的教学资源能够得到无限扩展；结构开放是指系统根据教学环境与教学内容的不同改变自身结构，扩展教学空间，利用可构件化技术随时更新教学资源；服务开放是指创客教育系统中加工实验室为学习者提供全面的教育服务，全方位地支持学习者进行自主学习、基于项目的学习与弹性学习。

系统只有与外界不断地进行物质、能量和信息的交换，才能形成开放的系统，才有利于形成有序的结构，因此，开放是创客教育系统走向有序的首要条件。事实上，有序的创客教育并不具有不变性和永恒性，它是一个随时在发展并且发生变化的系统，其中教师与学习者是系统中的主体，教师只能维持短暂的阶段性教学结果不变。随着社会的快速发展以及教育信息化的推进，创客教育的内涵会不断地革新，教育方式也必然多样化，创客教育系统所形成的耗散结构也会发生变化，不断形成新的结构。创客教育系统是开放的，但并不是所有的开放系统都能形成耗散结构，假如系统与外界进行能量交换并不利于系统走向有序，系统将更加无序。因此，创客教育系统要有序发展，必须甄别与外界交换的信息的优劣，不断地融合各种先进的技术和教育理念，形成一个有序、开放的系统。

2.远离平衡态是创客教育系统的有序之源

在知识经济时代，随着教育发展的多元化、多样化，决定其质量的因素将越来越取决于教师素质，创客教育对教师素质提出了更高的、全方位的要求，向传统的教师观提出了挑战，加剧了教师自身的生存危机感。由此，教师开始主动改变自己僵化的教学方式以及知识建构模式，充分考虑学生的个体差异，提高自己的教学能力，建构新的教学理念，使自己处于远离平衡态。学习者在接触新知识、新问题的学习过程中，原先已建构的学习模式不一定适用于学习者，他们需要摆脱原有学习模式的束缚，使自身处于远离平衡态，构建新的学习模式。创客教育系统中的人力资源子系统所产生的生存危机作用于智慧子系统并引导其走向有序。因此，远离平衡态是创客教育的有序之源。

3.涨落是引发创客教育系统走向有序的动力

涨落是偶然的，是在系统中随处可见的一种不平衡现象，创新的社会要求教育系统由僵化的应试教育转变为以培养创新型人才为主的教育模式，这恰恰与创客教育的内涵不谋而合。系统从外界所汲取的有利因素是创客教育系统的外涨落，其自身内部还能产生内涨落。在创客教育课堂中，教师在对教学项目设计时，没有既定的模式可以参考，只能基于自己原有的教学经验，借鉴优秀的教学项目设计，自主建构新的课堂教学模式。教师在教学项目设计过程中，摆脱了已建构的教学模式的限制，自主控制教学过程的进行，这便是创客教育系统中的内涨落。

4.非线性机制是创客教育系统运行的基本规则

非线性是指系统内部各要素之间相互联系、相互作用呈现非线性关系，其中各要素既不能各自独立，也不是简单的线性叠加关系。在创客教育系统中存在着相干效应与突变效应。相干效应指的是系统中各元素丧失了元素的独立性，不再是相互分离的、简单的量叠加关系，而是作为一个整体形成的自组织机构。突变效应指的是在临界点附近所发生的涨落，使系统由于微小的偏离变化导致系统性质的改变。

(1)相干效应。创客教育系统中的智慧子系统通过汲取有利因素形成有序结构，可以通过各种专题培训活动培养教师的教学技能，激发他们的潜能，使得人力子系统结构更加优化；同时通过云平台的分享传播，使环境子系统更加完善。由此可知，智慧子系统通过相干效应与人力子系统和环境系统相互融合，共同构成自组织结构。

(2)突变效应。在创客教育系统中，系统自身的性质由人力子系统各要素之间的关系所决定。教师承担着引导者的身份，通过设定一定的教学情境启发学生思维，培养学生动手创造的能力；而学习者不仅要增长自身知识，更要积极地投身于实践中，在这个过程中难免会出现以教师为主还是以学生为主的教学设计上的疑问。这完全取决于教师所选择的创客教育课题侧重的是理论还是实践。这个过程就是通过突变效应完成的，导致了创客教育系统性质的不同。

三、耗散结构理论对创客教育发展的启示

1.良好的创客空间的创设：时刻关注系统的开放度

目前，在应试教育的影响下，我国教育仍然以置入式教学为主，课本教材仍然是主要的授课载体，学生在课堂上所接受的知识处于一种“死”的状态，并不活跃。学生的视野被完全禁锢在书本知识中，认为只要掌握了课本上机械的、呆板的知识，完成课堂所布置的任务，就能达到教学大纲的要求。如此长期下去必然会导致学生丧失对外界教学资源的利用，形成封闭的教学系统。自创客教育理念引入我国以来，从部分学校的试点成效来看，创客课堂的教学资源来源于课本、网络、社会实践的多元化资源拓展。在一定程度上教学资源的拓展促进了学生思想的发散，但随之而来的一个问题便是学生在基于网络开展学习的过程中，出现了概念混淆、认识错误的现象。原因在于学生对所获得的知识缺乏甄别的能力。

基于此，教师在加大创客教育系统开放度的同时，必须对其开放条件加以控制。由教师通过人力干预直接控制系统与外界进行的信息、能量的交换，避免不利于系统走向有序的因素引入，构建一个有利于学生学习的课堂学习环境。在构建过程中，应该采取以下措施：第一，整合校际资源，充分调动校内图书馆、实验室等现有资源结合创客课题与项目所需要的定制化设备，打造开放共享的物理创客空间，这类创客空间专门为学习者提供技术平台与研发场地。第二，打造在线创客网络学习空间，将为学习者提供适时、适度、适地的学习帮助，实现无缝化按需学习。[11]第三，加强校社合作，广泛吸收外界资源，加强与社会创客空间的协同建设，使创客项目不局限于实验室，同时融入社会具体情境。

2.创客教师角色的重构：促使师生认知远离平衡态

在课堂中，教师的教学方法与手段是否适合学生的创新、实践能力的发展，取决于其是否在课堂中赋予学生足够的发言权。在以置入式教学方法为主的课堂教学中，教师始终把持着课堂的话语权，忽视了学生的兴趣与动机，单方面地进行知识传输，将学生视为知识的被动接受者。创客与教育的“碰撞”改变了传统教育模式的教育理念、目标、策略，教师不再是课堂的权威，而变为与学生具有平等话语权的课堂讨论者。教师通过给学生设置创客课题来布置教学任务，有的学习者却不知如何开始，如何进行。课题设置太难必然会导致学生挫败感的产生，久而久之，会导致学生不愿意再参加创客教育的课堂实践，失去了学习的兴趣。这是由教师所布置的教学任务与学生认知不匹配造成的。

要解决这个问题，应该重构教师的角色，促进师生认知远离平衡态。具体措施有：第一，转变思路，重构创客导师角色。培养智慧型教师，使其成为学习情境的设计者、人力资源的管理者、学习过程的调控者与学习结果的质量监控者。第二，创新教师的教学技术手段，提升其信息化教学实践能力。搭建信息化教学在线平台，提升教师的TPACK应用能力，同时为教师提供在线研修方式，借助微课、翻转课堂等模式使他们随时随地参与其中，打破时空限制。第三，整合优秀师资资源，吸纳各个专业的创新人才加入创客导师队伍。借助高校优质的教师资源，为学生提供各个专业的学科指导，同时从校外聘请专门研究创客教育的培训师作为兼职教师，为学生提供培训与咨询服务。

3.创客教育系统由量变走向质变：专注于临界点的涨落，适时进行人力干预

涨落本身是微小的，是在系统中随处可见的、随机生灭的。它们在时空上并不具有相干性，然而临界点的涨落却能通过非线性作用放大，使原先的系统失去稳定性，产生新的有序结构，决定系统的发展方向。在创客教育倡导的“理解型”教学模式下，教师积极汲取做中学、体验教育、项目学习法、创新教育理念，结合各学科内容及特征进行教学方法的创新，这便是创客教育系统中的有效涨落。然而在课堂教学中教师过度注重学习者创新型思维的培养，往往导致课堂教学活动的变质，使得课堂为了创新而创新，失去了创客教育的意义，究其原因是教师教学的模式并未能形成创客教育系统的有效涨落。

因此，教师应始终着眼于创客教育系统中产生的临界点涨落，及时预计、判断突变的性质，通过人力干预引导创客教育系统走向有序。具体措施如下：第一，更新教育目标，使创客人才的培养与教育改革相契合。第二，整合学科教学内容，培养学生成为“自造者”。借鉴国外创客教育开展的经验，将创客教育融于现有的课程资源中，这样既实现了课程的教学，又间接实现了创客教育的目标。[12]同时可借助创客平台，将STEAM教育理念与现行的课程体系相结合，形成一个跨学科、跨领域的整体。第三，以“创造中学”为核心，落实教学策略的实施，使学生回归到真实生活中，在探索人与人、人与社会的关系过程中发现问题与需求，并与科学、技术、艺术等相结合进行创作。[13]

4.“1+1>2”协同效应的形成：加强自身认识，倡导多方力量融入参与

在创客教育系统中，非线性机制运作产生的结果并不是唯一的，它有可能会促进系统协同效应的形成，也有可能导致消极效应的产生。培养创新型人才是我国创新教育的目标，这就对学生创新意识、思维、能力的培养提出了更深层次的要求。但是调研发现，目前我国创新人才培养模式依然以“批量制造”为主，所培养出的学生“千人一面”，难以适应社会的需求；同时“单一化”的教学模式，使得学生的学习缺乏弹性，阻碍了他们的个性发展，与社会倡导的“终身学习”教育理念背道而驰。创客教育绝非仅仅是教育界的“内事”，创新人才的培养需要家庭教育、社会教育与学校教育的无缝融合，尤其需要各种社会力量的参与以及创客组织的跨界合作，形成协同效应。[14]在培养目标上，培养能“改造”社会的人，使学习者不仅懂得消费知识，更应掌握创造知识的能力。在创客教育背景下，由社会创客教育模式与学校创客教育模式相结合，共同构成校社协同教育模式。这种模式一方面避免了教育资源的重复建设，通过项目合作达到教育利益的最大化，建立众建共享的机制；另一方面为学习者创新能力的培养奠定了基础，通过专业实践项目，激发学习者的实践兴趣和创新意识，提高学习者的专业实践知识与能力，从而实现培养适应社会发展所需的应用型创新人才。[15]通过发挥各界的力量，使学习者由学习、模仿转变为再创造、再建构，引发创客教育的共振效应。

将耗散结构理论引入创客教育的研究，使我们认识到创客教育发展的实质就是其内部发生涨落并放大的过程。这就要求我们从实际出发，加强对创客教育的实践研究和本土化研究，针对创客教育发展过程中出现的问题提出切实可行的解决办法。如何借助耗散结构理论，构建创客教育生态系统是我国教育技术学领域学者亟须解决的关键问题，本文试图从系统科学的角度透析创客教育的发展，对创客教育发展中出现的问题加以阐述，期冀对创客教育的健康发展提供借鉴，同时也期待教育技术领域的学者对系统理论应用研究给予更多关注。