高校创客教育课程教学设计与应用研究

沈丹丹

摘 要：高校作为培养创新创业人才的重要场所，在高校开展创客教育课程，培养大学生的高阶思维能力是时代发展的需求。文章基于岭南师范学院的学生特征和学校实际，从学习目标、学习内容、学习空间、师资队伍、学习方式和学习评价等六个方面，对《STEAM与创客教育综合实践》课程进行教学设计，并加以实践。采用问卷调查和访谈方式，对学生的知识掌握程度和高阶思维能力发展的教学效果进行了分析。结果表明，学生的知识掌握程度和高阶思维能力均得到显著提升，验证了该创客教育课程设计的有效性。

关键词：创客教育;创客教育课程;教学设计;高阶思维能力

中图分类号：G642     文献标志码：A          文章编号：1673-8454（2020）16-0001-06

一、引言

“创客”一词起源于美国，是指通过动手实践，将创意变成现实的人。2014年6月，奥巴马在白宫“创客嘉年华”的演讲中，要求美国大学在创客运动的发展中发挥引领作用，赋予每个学生平等的创造机会，为建设创客型国家而奋斗。美国新媒体联盟发布的《地平线报告》（2018高等教育版）中指出，高等教育在一年或更短时间内必须大力发展创客空间。2019年，中共中央、国务院印发的《中国教育现代化2035》中也提出，教育现代化的任务之一是提升一流人才培养与创新能力。为此，国内众多高校纷纷开展创客教育活动，为大学生创新创业打好基础。可见，将创客教育融入高等教育教学改革势在必行，这也有助于加快培养富有创新精神、勇于投身实践的创新人才。

随着创客教育在高校的不断推进，其主要开展形式有创客空间的建立、创客教育课程的开发、创客社团的组织和创客活动的开展等。其中，在高校开展创客教育课程的过程中，主要存在课程设计呆板、创客环境闭塞、师资力量薄弱等问题[1]，这些问题导致学生的创新和实践能力不足。而课程设计作为教育活动开展的重要前提，对教学实践具有重要的指导意义。因此，本研究将针对上述存在的问题，对高校创客教育课程进行教学设计与实践研究。

二、创客教育与创客教育课程

1.创客教育的内涵

国際创客运动与全球教育改革的互动助推了创客教育的发展。一般认为教育领域的“创客运动”最早源于美国麻省理工学院的比特及原子研究中心在2001年发起的Fab Lab创新项目[2]。而“创客教育”的兴起，学术界普遍认为与2009年11月美国总统奥巴马在“教育创新”大会上的发言有关。

自创客教育兴起后，国内众多学者从不同视角对创客教育的内涵和外延进行了论述。基于教育模式论的视角，创客教育是以探究为主要学习方式，以培养21世纪高素质人才为目的的创新教育模式[3];基于教育课程论的视角，创客教育是通过开设专门的创客课程，培养创客人才[4];基于教育类型论的视角，创客教育被认为是引导学生在创客空间中完成某种造物，培养学生综合实践能力和创新能力的一种教育类型[5];而基于教育理念论的视角，创客教育则是用于指导创客教学、创客运动和创客文化发展的一种理念[6]。由此可见，创客教育虽然存在四种不同的定位，但均强调“创意、整合、实践、分享”的创客理念，普遍认为创客教育的目标在于培养学生的创新素养和实践能力[7]。本研究将定位于教育课程论的视角，探讨创客教育课程的教学设计和实践效果。

2.创客教育课程的理解与设计

创客教育课程是创客教育“落地”的必由之路。对创客教育课程的理解主要有两种典型的观点：一是要素观，即从课程所含要素出发解释创客教育课程;二是形态观，即从课程的表现形态来对创客教育课程进行界定。而创客教育课程的设计与对创客教育课程的理解密切相关。

创客教育课程的要素观是指从学习目标、学习内容、学习活动和学习评价等要素设计创客教育课程，如张文兰等[8]在四川成都七中以《3D打印与创意制作》课程为例开展实践，验证了创客教育课程设计的合理性;李建珍等[9]则以全日制教育硕士（现代教育技术）专业学位研究生《创客教育》课程为例，指出课程目标在于培养学生的创新能力，课程内容应遵循开放性、经济性、针对性及个性化原则进行开发与利用，课程活动应以项目为主要内容单元，课程评价应重视评价主体、评价形式和评价内容的多元化。

创客教育课程的形态观则主要考虑创客教育课程的表现形式，如吴永和等[10]构建了“学做创”的高校创客教育课程模式;申静洁、赵呈领等[11]以某小学创客教育中的《3D打印》课程为实践环境，通过两轮创客项目实施，发现整个班级的学生有向更高创新状态水平过渡的倾向。不论哪种创客教育课程，其课程设计的目的具有一致性，均以培养学生的创新精神和实践能力为目的。

本研究在已有研究的基础上，结合本校具体实际情况，从学习目标、学习内容、学习空间、师资队伍、学习方式和学习评价等多方面构建创客教育课程的实施框架，开展创客教育课程教学实践，促进学生高阶思维能力的发展。

三、研究设计与方法

1.研究方法

（1）问卷调查法

为了解学生已有的创客素养基础水平和课程结束后的学习效果，本研究设计了两份调查问卷。前测问卷由学生基本信息、已有知识水平和初始高阶思维能力三部分组成;后测问卷则由学生基本信息、内容模块掌握程度和高阶思维能力发展三部分组成。其中，高阶思维能力的题项借鉴了潘星竹等[12]设计的量表，从批判性思维能力、问题解决能力和创新能力三个方面对学生的高阶思维能力进行前后测。整个量表采用李克特5点评分法，测量结果采用Excel 2016和SPSS 22.0软件进行统计分析。

（2）访谈法

本研究根据学生的课堂表现、作品完成情况以及课后问卷调查结果，采用访谈法在每个小组中各抽取两名学生进行访谈，深度调查学习者对该课程的反馈意见和教学效果。

2.研究对象分析

本研究以广东省湛江市岭南师范学院通识教育课《STEAM与创客教育综合实践》为例，课程实施8周（共16学时），研究对象为全校选修该课程的大三学生，共30人，自由组合，共分为6组，每组5人。对调查结果统计发现，学生的性别和专业分布基本情况如表1所示，男生较多，并且大部分学生是理工科类，这可能与该课程的性质更偏向科技类有关。

由表2可知，大部分学生在学习该课程前并不太了解STEAM教育和创客教育的内涵，对3D打印和开源硬件技术的了解程度也不高，但因为有部分学生（7人）来自计算机专业，所以已经很好地掌握了某种编程语言。

3.课程教学设计及实施

本研究在已有研究的基础上，结合学习者初始能力，主要从以下六个方面对《STEAM与创客教育综合实践》课程进行教学设计，并加以实施。

（1）设置高阶思维能力的学习目标

学习目标是学习活动设计和实施的出发点，也是学生通过课程学习所要达到的结果。创客教育课程的学习目标主要是培养学生的高阶思维能力。高阶思维能力是指发生在较高认知水平上的活动和行为。根据布卢姆的教育目标分类，学习目标分类中的分析、评价、创造通常被归类为高阶思维能力[13]。而21世纪核心竞争能力主要包括：问题解决能力、批判性思维能力、团队协作能力、沟通能力以及创造性思维能力[14]。

本文根据已有研究及课程内容实际，将创客教育课程的最终学习目标定位于批判性思维能力、问题解决能力和创新能力的提升，并以此为出发点进行学习内容和学习活动的设计与评价。在本研究的课程设计中，主要通过设置问题情境，激发学生运用新知识解决实际问题的能力。同时，在课程内容中融入多学科知识，让学生学会对复杂的问题进行理性思考，并从不同视角思考同一问题。另外，通过小组协作开展项目实践，让学生综合运用所学知识制作富有创意的作品，以此提高学生的高阶思维能力。

（2）创设真实生活情境的学习内容

学习内容是课程设计的核心要素。创客教育课程内容一般超越了单一学科知识界限，整合并优化了跨学科知识，在内容和形式上具有多元性。因此，其内容设计的核心一般是问题或项目的设计[15]，而基于真实生活情境选择和设计问题或项目是开展创客教育课程的重要策略，能有效地激发学生的学习兴趣，引导学生思考问题、解决问题，从而更好地达到学习目标。

本研究的创客教育课程内容主要包括：一个理论模块“STEAM和创客教育内涵”，三个实践模块“图形化编程”“3D打印”和“开源硬件”以及一个整合所学知识的综合项目设计模块“创客项目综合实践”。每个模块的内容设计均根据学生的生活经验和认知结构来选择案例，激发学生的参与意识。如在“3D打印”模块的内容设计中，以生活中常见的水杯为例进行讲解，学生在实际操作过程中，可根据自己的水杯外观，结合已学知识点进行创意设计。

（3）融合线上线下的创客学习空间

学习空间是创客教育课程开展的重要场所。本研究的创客学习空间主要分为线上虚拟空间和线下实体空间两部分。教师课前通过线上空间为学习者提供项目背景知识、学习资源和项目参考案例等，并从线上空间获得学生学习进展情况，掌握学习者交互讨论与协作开展的情况[16]，为课堂线下教学设计提供依据。而在线下教室空间，教师则主要講解课前学习中存在的问题，指导学生线下分组讨论、协作实践，完成项目作品。当然，线下空间还可以是校外创客企业、校外创客集市活动等。

在《STEAM与创客教育综合实践》课程教学中，教师课前将学习资源发布到Blackboard学习平台上，学生下载学习，并在微信群里讨论交流，将不懂的问题带入课堂，教师则根据课前学习情况在线下课堂里有针对性地讲解，并组合活动桌椅，将学生分组，引导学生通过协作完成项目任务，最后将成果分享到Blackboard平台，以便进一步开展评价反思活动。

（4）配置专业互补的创客师资队伍

创客教育课程是一种跨学科、跨领域的综合知识和技能习得的课程。相应地，其教学应由不同学科的教师和企业专家组成导师团队。创客教师不仅要为学生做好示范、提供脚手架，更要引导学生表达自己的想法、反思自己的学习行为、探索问题解决的路径，培养学生的批判性思维和问题解决能力。

在《STEAM与创客教育综合实践》课程中，一共由三名教师组成，学科背景分别是教育学、教育技术学和计算机科学与技术。不同教师针对不同的学习内容进行讲解，当一名教师主讲时，另外两名教师就作为辅助教师，引导和组织学生完成项目任务，并观察学生课堂学习情况，为下一次的课堂教学设计提供改进的依据。

（5）开展基于项目的创客学习方式

项目是创客教育课程学习的载体，高质量的创客项目能有效促进学生高阶思维能力的发展。基于项目的创客教育课程学习具有以学习者为中心、以解决实际问题为中心和以产品为中心的特点[17]，主要包括“仿”的演示项目与“创”的创作项目。其中，“仿”是学习知识与掌握技能的最佳途径，学生通过模仿教师演示步骤，明确工具使用方法和问题解决策略，掌握产品制作的基本知识;“创”是指学生突破固有的观念和思路，以新的视角选择主题、构思方案、设计模型，在创造中培养创客精神与创新能力[18]。

本研究基于创客教育课程创新与实践的本质，将“仿”的演示项目与“创”的创作项目对应融合，秉承学生主体性、项目生成性、空间开放性的原则建构创客教育课程学习方式。在《STEAM与创客教育综合实践》课程的实践模块教学中，均采用先“仿”后“创”的项目学习方式，使学生在“仿”与“创”的项目体验过程中锻炼思维能力、实践能力与问题解决能力，形成有意义的知识组织方式与信息加工模式。

（6）设计多元化的课程学习评价

学习评价是课程设计的一个重要环节，其目的是检验学习效果。学习评价可以促进学习者朝着学习目标不断地改进和完善，能为课程改进提供依据。由于创客教育课程的自身特点，传统的课程测验不适用于创客教育课程。因此，如何依据创客课程的目标，设计多元化的评价内容、评价主体和评价方法，显得尤为重要。

在《STEAM与创客教育综合实践》课程的学习评价中，评价内容涉及与学习目标相对应的三个维度，批判性思维能力通过考察学生在作品设计上是否会尝试用不同的方法去解决同一个问题，如在可视化编程时，是否逻辑缜密，并从不同视角去尝试;问题解决能力主要考察学生的知识应用能力，如在3D作品设计过程中，能否充分利用所学知识或寻求帮助，完成任务;而创新能力则着重考察学生在作品构思和技术实现上的创新。

在评价主体上，不只局限于主讲教师，还包括辅助教师、同学和自己等，主讲教师和辅助教师贯穿于学习的整个过程，观察、记录学生的学习过程，及时发现问题并给予引导，学生自评和小组间互评则能引发学生反思，深度理解知识。在评价方法上，将过程性评价与总结性评价相结合，既重视学生平时的课堂表现和作品完成情况，又重视最后综合项目实践作品的展示汇报效果，根据评价标准进行准确评估。

4.教学案例分析

下面笔者以《STEAM与创客教育综合实践》课程中“图形化编程”模块为例，具体介绍其教学设计。

（1）学习内容分析

該模块的学习内容主要包括Scratch编程的算法、逻辑和基本操作。这些内容对大部分学生来说还比较陌生，许多学生还不具备编程的思维，因此在讲解的过程中，需要结合实例进行演示操作。

（2）学习目标分析

该模块的学习目标是要求学生能正确理解编程中的算法与逻辑，熟悉图形化编程基本操作，并能编写简单的小程序作品。在创客学习环境下，应充分利用多元的师资队伍，为学习者实现高阶思维能力的发展创造条件。

（3）学习活动和评价设计

主讲教师课前在Blackboard平台上提供图形化编程的基本知识讲解和优秀案例，学生进行学习和讨论。课堂上，主讲教师根据学生的学习情况和已有知识水平，对编程的算法和逻辑进行详细讲解，并将一个实例进行分解，边讲解边让学生模仿练习;然后让学生再独立完成一次主讲教师讲解的实例，两名辅助教师根据学生的完成情况可进行适当指导，学生之间也可交流讨论;任务完成后，每组学生自主选择一个主题，协作完成编程设计，小组成员可以在网上搜索主题内容和设计方案，一起讨论确定主题。自选主题的作品完成后，根据评价标准，小组之间进行自评、互评，三名教师也分别给出相应评价，然后每组学生根据评价结果进行修改完善。

四、研究结果与分析

1.对内容模块的掌握程度分析

对“STEAM和创客教育内涵”“图形化编程”“3D打印”和“开源硬件”四个内容模块的掌握程度进行前后测两配对样本t检验，结果发现学生在这四个模块的前后测均值上相差较大，t检验统计量对应的双尾概率p均为.000，远小于0.05，详见表3。从表3中我们可以看出，学生在学习前后的知识掌握程度上存在显著差异，学完该课程之后更好地掌握了基本理论知识和操作技能。

综合项目设计模块“创客项目综合实践”，主要要求学生综合逻辑程序类、3D创意类及电子类设计与开发工具制作创客作品，并从艺术性、使用性、技术性和创新性四个维度对作品进行评价。由于该课程采用自由组合的形式分组，相同专业、相互认识的学生更愿意在一组。结果发现，有艺术专业学生的小组，作品的外观更具有观赏性;计算机专业和电子专业学生较多的小组，其作品的使用性和技术性更强。

2.高阶思维能力发展分析

高阶思维能力的配对样本t检验结果如表4所示，批判性思维能力、问题解决能力和创新能力t检验的相伴概率均小于.05，说明通过该课程的学习，学生高阶思维能力的三个维度均存在显著差异，并且通过比较均值，证明课后的各项能力水平均高于课前的各项能力水平。

结合期末作品之间的差异性分析，对课后理工科类和人文社科类专业三个维度的高阶思维能力进行独立样本t检验。由表5可知，在批判性思维能力方面，理工科类和人文社科类专业的平均值分别为4.361、3.333，t检验相伴概率为0.00，远小于.05，有显著差异，并且理工科类的学生更具有批判性思维能力。在问题解决能力和创新能力方面，理工科类和人文社科类专业t检验相伴概率分别为.604和.262，均大于.05，不存在显著差异，说明两类学科的学生在问题解决能力和创新能力上相差不大。

但通过访谈发现，在问题解决能力方面，理工科类的学生更愿意通过独立思考解决问题，而人文社科类的学生更愿意咨询教师或向同学寻求帮助;在创新能力方面，理工科类的学生主要是从技术和功能上创新，而人文社科类的学生主要是从外观上创新。总之，学生在学完该课程后，其批判性思维能力、问题解决能力和创新能力等高阶思维能力均得到了一定程度的提升。

五、讨论与总结

本研究的创客教育课程定位于以智能化信息技术应用为显著特征的创意类课程，其科技含量较高，与传统学科课程有显著差异，具有整合性、研创性、协同性等核心特征[19]，以项目活动、主题探究或问题解决为主要方式，强调在创造过程中培养一种创新能力和创客思维能力[20]。该课程的教学设计和实施以本校师生实际和现有学习环境为基础，以学生创客素养的培养和高阶思维能力的提升为目标，以现实问题为基点，以研究项目的形式组织学生开展协同探究，整合多学科教师力量，协同开展创客教育课程的教学设计与学习指导，从而形成了“学研创”的理想教育模式。

本研究旨在通过“创客的教育”培养“创客式教育”人才。通过问卷调查和课堂观察发现，大部分学生能较好地完成课堂作品创作，较好地掌握各内容模块的知识点。另外，调查结果和访谈还表明，大部分学生认为与传统学科相比，该课程融合了多学科知识，在完成作品时，更需要保持理性和逻辑思考;当面对不懂的问题时，更愿意跟同组或其他组的学生讨论、咨询教师或网络查询，直到问题解决;在完成期末作品主题模块“创客项目综合实践”时，想做出有新意和更多功能的作品。这说明该课程的教学设计基本达到了培养学生高阶思维能力的目标。

课程设计是实施创客教育的重要组成部分。在人工智能时代和“双创”背景下，高校创客教育课程的设计与实践显得尤为重要。本文基于课程理论观，从学习目标、学习内容、学习空间、师资队伍、学习方式和学习评价等六个方面，对创客教育课程进行了教学设计和实践。从研究视角看，本研究设计了创客教育课程教学设计的一种理论框架;从实践视角看，该框架为创客教育课程的建设提供了具体的实施路径。但本研究只是基于30人班级的小样本研究，研究对象和研究环境具有一定的独特性;另外，由于该课程只有一个班级，无法通过对比来确定更好的教学设计模式。

因此，在未来研究中，本团队将在更多班级开设《STEAM与创客教育综合实践》课程，并根据选修课程的学生特征，设计适合学生个性化发展的学习主题，形成具有更强灵活性和自主选择性的创客教育课程教学设计，从而进一步探究创客教育课程实施效果的影响因素及有效策略等问题。

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