创客教师知识结构框架的构建与生成机理分析

龙丽嫦 梁志成 尹睿

[摘   要] “创客教师”是伴随创客教育热潮而涌现出的一类新的教师群体。“谁能胜任创客教师角色”“创客教师应具备什么知识结构”是培育创客教师必须回答的问题。文章在文献研究与创客师资培训扎根研究的基础上，首先指出创客教师具有跨领域性知识、造物实践能力、高阶思维和开源文化素养等独特性。然后，借鉴“整合技术的学科教学法知识”（TPCK）框架，针对创客教师在知识、能力和素养上所蕴含的为创新而变革的设计性知识和思维的需求，在原TPCK框架中增加设计（Design）要素，提出并優化构建“整合技术的设计性学科教学法知识”（TP-DCK）框架，明确指出设计性学科内容知识（DCK）是创客教师知识的核心主导要素。最后，揭示创客教师设计性学科内容知识的映射与转化机理，以期为创客教师的培养提供学理依据和创新思路。

[关键词] 创客教师; 教师知识结构; TPCK; TP-DCK; DCK

[中图分类号] G434            [文献标志码] A

[作者简介] 龙丽嫦（1974—），女，广东广州人。中教高级教师，教育硕士，主要从事中小学创客教育、教师“互联网+”研修等领域研究。E-mail：85225010@qq.com。尹睿为通讯作者，E-mail：littleyin79@163.com。

一、问题的提出

随着创客运动在全球范围内火热兴起以及国家相关政策文件的驱动，创客教育在全国各地如火如荼地开展。由此，“创客教师”作为一类新的教师群体应运而生。目前，承担中小学创客教学工作主要以信息技术、通用技术或科学教师为主，这容易造成创客教师“泛学科化”的错用。“谁能胜任创客教师角色”“创客教师应具备什么知识结构”成为培育和发展这一特殊教师群体亟待解决的关键问题。本研究在吸收整合技术的学科教学法知识（Technological Pedagogical Content Knowledge，TPCK）框架内涵的基础上，针对创客教师的独特性，系统探讨创客教师知识结构框架，并揭示其内在转化机理，以期为创客教师的培养提供学理依据和创新思路。

二、创客与创客教育的界定

关于创客与创客教育的内涵，有学者从广义和狭义上界定，也有学者基于西方的定义作出本土化诠释。倘若仅仅将创客看作是“把想法变成现实的人或者把自己想到的东西想办法去制造出来的人”[1]，毋庸置疑，界定的边界拓宽了，却不利于研究者与实践者把握创客教育的本质[2]。由于学术界对创客与创客教育的界定尚未达成共识，也未形成成熟的创客教育理论体系和课程体系，故无法开展系统的、有针对性的师资培训[2]。事实上，创客教育是创客运动的一部分，植根于创客文化[1]，因而，要分析创客教师的知识结构，需要对创客与创客教育的内涵给予明确厘定。

（一）创客及其文化特质

“创客”（Maker），源于20世纪后期盛行于欧美的DIY（自造）文化。随着计算机科学的诞生和互联网的发展，DIY从一种休闲娱乐演变为更具复杂内涵的审美文化，即从制造业批量化生产转向提倡个性化的设计[1]。伴随开源软件运动与新型生产工具的勃兴，DIY进一步向数字科技创新领域延展，人们可以利用互联网、3D打印机和各种桌面加工设备将创意变为实际产品。这些通过个人创造与分享将想法变为现实的人被称为“创客”[1]，他们具有DIY、分享与交流、桌面制造和创意转化的典型特征。创客的“自造”可以归纳为“用户创新、开放式创新、平民化创新”的一种创新2.0模式的最佳实践[1]。

（二）创客教育及其取向

何克抗立足于人才培养的角度指出，创客教育是我国创新教育体系的有机组成部分，目的在于培养具有创新意识、创新思维和创新能力的人才——不仅是能够把创意转化成物质产品的创造者，也是能够把创新思想、理论和方法转化为精神产品的创造者[3]。钟柏昌从学习结果的角度指出，创客教育有广义、中义和狭义之分，其中狭义的创客教育指的是“为了培养学生的实践创新能力（教育目标），以‘创意、整合、实践、分享等创客精神（教育理念）为指导，在创客空间（教育环境）中，主要采用正向和逆向项目教学（教学方法）开展的虚实融合的造物学习活动（教育活动），本质上是一种工程教育（教育本质）”[2]。前者的界定体现宏观视野，后者的定义给予实践启迪。由于教师知识具有引导未来教育教学行动的实践性功能[4]，创客教师知识也不例外，所以本研究倾向于从实践角度界定创客教育。

三、创客教师及其独特性分析

（一）谁是创客教师

创客教师是指在各级各类学校中，从事创客教学或指导学生开展创客实践的教师[5]。根据上文关于创客和创客教育的界定，本研究认为，广义上的创客教师是指培养学生创新意识、创新思维和创新能力的教育教学工作者;狭义上的创客教师是指培养学生“成为酷爱科技、热衷实践、乐于分享，努力把各种创意转变为虚实融合的数字化作品甚至产品的人”的教育教学工作者。

（二）创客教师的独特性

1. 从创客教育的属性看与STEAM教育的异同

（1）从源起看，创客教育源自于由外至内的社会文化推动

创客教育源于2006年的开源运动带动DIY文化复兴而推动的全球化创客运动，具有广泛的社会文化基础，蕴含了当下大时代特性和新技术内涵[1]。它是由社会文化推动教育系统变革，并随之孵化和生长的产物，是一个从外至内的推动过程。STEAM教育是由美国国家科学基金会在1986年的报告中提出，以驱动教育系统内部回应未来社会变革发展需要，是一个由内及外的变革过程。

（2）从特征看，创客教育强调造物学习和开源文化给养

创客教育的核心特征是造物学习，知识习得是通过动手实践来考察[6];尽管STEAM教育也强调动手做，但目的在于促进知识理解[7]。创客教育有着鲜明的技术特征和产品设计DIY意蕴，特别是体现互联网、开源硬件、3D打印机等桌面制造工具和设计制造的取向;而STEAM教育没有特定的产品设计和工具指向，视具体学习项目需求而定。创客教育突出开源文化特征，来自创客圈的DIY制造文化和开源文化以及创客空间文化的给养，强调创变促成创客教育生态的发展[8];而STEAM教育则无此文化特征。

（3）从目标看，创客教育侧重创客公民素养的培养

创客教育强调培养学生成为新一代具有創新意识、创新思维和创新能力的公民，具体指的是能够动手设计和制作个性化产品的人[9];STEAM教育则强调培养更多的科学家、技术专家、工程师和数学家，以创造知识激活社会新产业[10]。

（4）从方式看，创客教育强调以产品制造为导向的项目学习

创客教育和STEAM教育都倡导项目学习。但是，前者强调以作品产出为导向的设计，追求作品DIY式的模仿和创变[9]，且突出作品的科技性、前沿性和实用性，如智能家居控制装置、校车安全管理智能系统等;后者的项目范围更广，既可以是设计与制作类，也可以是科学探究类[11]，还可以是人文艺术和社科研究类，其作品既可以是实物型，也可以是文案型，如非遗沙湾飘色人物造型设计、楼层环境与食物霉变实验、植物与染色、京剧变脸自动装置的研制、建筑造型中的数学图形等。

2. 从创客教育的属性看创客教师的独特性

创客教师作为一类特殊的教师群体，兼具“创客”和“教师”的双重身份。基于创客教育的属性和教师专业化特性，创客教师具有三方面独特性（见表1）：在专业知识上，强调跨领域性。创客教师需要具备的专业知识包括造物过程所需的跨学科知识、创客文化知识和创客教育知识。其中，跨学科知识偏向设计、技术和工程类知识。在专业能力上，强调造物的实践能力。创客教师需要掌握动手创作虚实融合作品的能力和开源硬件与桌面制造工具等运用能力，达到模仿设计或创新设计的要求。在专业素养上，强调以产品设计为导向的高阶思维和开源文化素养。在产品制造过程中，创客教师不仅需要具备设计思维、计算思维和工程思维等高阶思维，而且为满足培养具有创新创意转化与孵化的“自造者”和“开源者”，创客教师还要在体验参与产品设计与制作的过程中汲取和涵养开源文化素养，并践行开源分享和文化传播。

四、TPDCK：创客教师的知识结构框架

（一）TPCK：创客教师知识结构框架构建的依据

20世纪80年代中期，舒尔曼（Shulman，L.S.）提出“学科教学法知识”（Pedagogical Content Knowledge，PCK）这一新型的教师知识之后，教师知识作为影响教师专业发展的决定性因素成了世界各国教师教育研究中备受关注的热点问题[12]。随着信息技术的发展及在教育领域中的广泛应用，“技术”已然成为教育领域中的一个极其活跃且不可或缺的要素[12-13]纳入到教师专业知识结构中，凸显了信息时代技术在教学中的重要作用和存在的合理方式[14]。于是，密舒拉（Mishra，P.）和科勒（Koehler，M.J.）富有洞见地提出了“整合技术的学科教学法知识”（TPCK），并构建了“整合技术的学科教学法知识生成模型”，对学科内容知识（Content Knowledge）、教学法知识（Pedagogical Knowledge）和技术知识（Technological Knowledge）两两之间以及三者之间的动态整合进行详细描述[12，15]，如图1所示。TPCK的提出，丰富了教师知识结构模型，为促进教师教学专业化发展提供了新的思路。

由于TPCK是一个高度情境化的知识体，教师可以根据具体的主题情境和教学经验生成自己独特的TPCK，如科学教师可以生成整合技术的科学教学法知识、数学教师可以生成整合技术的数学教学法知识。由于创客教师需要具备凸显造物设计与制作的跨学科知识和与之匹配的各学科教学法知识，其实质是学科内容知识、学科教学法知识和技术知识在创客教育领域中的具体演绎。所以，TPCK可为创客教师知识结构框架的构建提供依据。

（二）TPDCK：创客教师知识结构框架构建与内涵分析

创客教师具有以社会产品原型为参照物的造物知识和能力，蕴含着为创新而变革的设计性知识和思维的需求，而这往往在传统学科教学中被“悬置”。鉴于此，本研究在TPCK框架的基础上增加设计性知识（Design Knowledge，DK）要素，提出“整合技术的设计性学科教学法知识”（Technological Pedagogical and Design Content Knowledge，TPDCK），如图2所示。

1. 基本要素：CK

创客教师的学科内容知识凸显跨学科性。需要说明的是，在课程论领域，“学科”的涵括性相当强，既指称了教育领域各种相对独立开设的学科或科目，又涵括了非学科或科目的各种具体的教育活动与项目，所以，创客教师的学科内容知识既有来自于中小学学科的横向知识（如：信息技术学科中的程序设计知识），又有来自于高等教育的专业学科知识（如：电子技术、机械工程），也有来自于社会文化的知识（如：创客运动），还有来自于工业领域的知识（如：制造业）。这些知识既有书本知识，也有社会文化知识，更有实践活动的知识。可见，CK是创客教师知识结构框架中最具奠基性的基本要素，也是创客教师在知识结构上区别于其他学科教师的突出要素。

2. 新增关键要素：DK

设计是人类走向社会的一种自然才能和有效方式[16]。随着时代变迁，“设计促进创新”被赋予社会化价值，设计逐渐从专业领域走进大众视野，孕育起大众设计文化，使设计之于产品设计场所营造者、之于文化活动家和之于产品制造，趋向于更广泛、更有趣、更立体的协同，以实现其设计的意义建构和问题解决[17]。在这个意义上，创客教师在设计和制作创客教育作品时，是从大众设计的文化视角参与到产品原型的设计中，以回应真实世界的社会性、场景性、技术性、创新性和人本性问题。设计是对真实世界中的问题进行创新性方案构想的一系列问题解决过程，是融合人文社会、自然科学、科学技术等多学科知识的有效途径。教师在设计与制作创客教育作品时，运用多学科知识建立起抽象的假设或想法，然后使用所掌握的知识，通过实践转化为新的发明创造，形成设计制品。此外，在面对技术驱动的、真实的互联世界时，创客教师还要思考如何为学生设计创造性、多样化、个性化的学习环境与活动，以增强学生的学习体验，提升学生的创客素养。这种设计正是数字时代教师面向更加复杂学习环境的技术与教学融合式创新所需要的设计思维[18]——一种直接指向知识创造的能力。可见，在创客教师知识结构中，“设计”元素必不可少。它不仅关涉多学科融合应用使之彰显造物的设计价值的内容知识，而且蕴含着教师知识的动态生成过程，这与TPCK强调知识体不断动态建构的主张不谋而合。由此，设计性知识要素，是丰富创客教师知识结构的关键要素，既指与造物设计相关的学科内容知识，也指促进知识创生和发展，为创新而变革的设计思维知识。

3. 组合要素

整合技术的设计性学科教学法知识结构框架由4个基本要素（CK、DK、PK、TK）、6个两组合要素（DCK、PCK、PDK、TCK、TPK、TDK）和5个三组合要素（PDCK、TPCK、TPDK、TDCK、TPDCK）组成，见表2。

从图2可见，由于设计性知识（DK）元素的加入，四个基本元素在两者之间以及三者之间组合时，TDK与TPDK、TDCK，以及PCK与TPCK、PDCK都有一部分相重叠，因此，需要对该框架作进一步演化，以更加清晰地解释要素之间的关系。

4. TP-DCK：TPDCK的优化

在TPCK框架中，我们发现，教学法知识（PK）和技术知识（TK）因应学科内容知识（CK）的不同，在组合时具体化为学科教学法知识和整合技术的学科内容知识，以适应特定学科内容有效使用教法方法、有效整合技术进而促进学科内容教学的需要。

在创客教育实践中，由于设计性知识（DK）与学科内容的融合度最高，设计性学科内容知识（DCK）是牵动教学法知识（PK）和技术知识（TK）的关键性组合要素，它分别与教学法知识（PK）和技术知识（TK）进行组合，形成了P-DCK、T-DCK和TP-DCK，构成了创客教师知识结构的主导要素和从属要素，从而进一步将TPDCK框架优化为TP-DCK，如图3和表3所示。可见，优化后的知识结构框架，一方面更加明确了创客教师知识的核心主导要素，另一方面解决了TDK与TPDK、TDCK，以及PCK与TPCK、PDCK的重叠问题。

（1）P-DCK：设计性学科教学法知识

P-DCK是指设计性学科内容知识与教学法知识融合而成的、体现各学科教学法特点的知识。如前所述，创客教师具备的学科内容知识涉及面较为宽广，根据不同学科领域知识，其教学法也显现出多样性，以满足不同知识的有效教学需要。例如：对于创客空间、开源文化等知识，采用基于空间场域的教学法;对于项目作品设计和开发等知识，采用范例教学法和项目学习法，必要时采用实地调研法;对于电路板焊接、电路搭建和检测等知识，采用师徒制和示范—模仿的方法。

（2）T-DCK：整合技术的设计性学科内容知识

T-DCK是指突出设计性学科内容知识有效技术应用的知识。由于DCK的丰富性和多样性，它在技术境脉中也呈现出多样态，应用技术开展教学的方式和策略也就呈现出多样态。例如：针对开源平台软件环境的知识，可以通过屏幕录制的微课进行教授;针对硬件环境、电子工具等复杂的技术知识，可以采用包括手部操作视频拍摄录制、视频信号传输投屏或网络流媒体同步播放等手段。

（3）TP-DCK：整合技术的设计性学科教学法知识

TP-DCK是指面向设计性学科知识运用设计思维有效融合技术和教学法的知识。它是创客教师独有的知识体，也是创客教师最终生成与发展的知识体。它要求创客教师既要掌握丰富多样的跨学科知识，还要具有设计思维知识，更要懂得如何将这些融合的知识有效地利用技术和教学法加以“转化成智”，让学生有效获得并达至最优的教学绩效。

五、创客教师DCK的生成机理分析

（一）创客教师知识的核心主导要素DCK的生成

文献分析发现，已有研究鲜有对创客教师知识的生成机理进行挖掘。基于作者多年开展创客师资培训的扎根研究，结合创客教育源起的开源文化驱动，本研究对创客教师知识的核心主导要素DCK的生成过程作一剖析，以揭示创客知识如何经由社会文化引介到教育体系[19]，从而发展成为创客教师知识的内在转化机理。

创客教育受创客圈的文化影响，创客圈又受全球背景下社会创新驱动的产品设计和制造需求的影响，这使创客教师的DCK生成产生一个映射和转化的过程。为展现这一过程，在纵向上按照社会圈、创客圈和创客教育圈分层，在横向上按照知识型社会以创新产品开发驱动为导向的人才所需知识出发，从宏观、中观到微观、从外到内，依次按文化价值、产品设计性知识和产品制造技术知识三个维度分布[16]，对应维度按引介路径向下逐层推进（如图4所示）。首先，社会圈向创客圈的映射。社会圈的产品人才领域知识，按三个维度分别指社会与产业文化领域知识、产品设计领域知识和产品制造技术领域知识，它们分别通过价值映射、设计映射和制造技术映射，对应生成创客圈的创客领域知识，具体化为创客运动与开源文化、DIY文化知识、创客作品设计性知识和创客作品制作技术知识。其次，创客圈向创客教育圈的转化。经过价值转化、设计转化和制作技术转化，对应生成创客教育与创客公民培养关系的知识、创客教育作品设计性知识和创客教育作品制作技术知识等，这是中小学创客教师普遍要掌握的设计性学科内容知识（DCK），即通用型DCK。

（二）创客教师通用型DCK的内容类目和知识集

创客教师通用型DCK的三个知识维度所涵括的内容类目和知识集见表4。知识集所列的具体条目既有理念知识、理论知识，也有实操知识;既有陈述性知识，又有程序性知识。

（三）创客教师个体DCK的映射与转化

教师知识是一个高度情境化的知识体。在实践中，我们不难发现由于各个国家、地区对创客教育的推动和转化力度不同，创客教师通用型DCK是不同的，加上创客教育的开源文化特征，使得一些区域的创客教师生成独具个性的DCK，反过来带动通用型DCK的发展。此外，创客教师个体已有的学科内容知识储量存在差异，也使得创客教师个体DCK的生成存在差异，而且这种个性化知识会随着教师的学习实践不断得以螺旋式创生和发展。

本研究进一步借鉴安格里（Angeli，C.）和瓦兰奈德（Valanides，N.）在ICT-TPCK的“技术映射”的逻辑理路[23]，提出了创客教师个体DCK的映射与转化方法（如图5所示）。创客教师个体DCK，是由社会与产业领域向创客领域映射并通过创客教育实践情境转化而生成的一种独具个性的设计性学科内容知识。这种转化受到学校办学理念、学习环境、教育者和学习者四个因素的影响和制约，具体表现为：学校对创客教育的价值定位、创客教育空间升级改造和应用情况、创客教育课程设置及其知识生命周期、创客教学器材选用情况、教师对创客教育的接受度、教师对跨学科知识的融合力和转化力以及学生对创客教育的接受度等境脉因素。例如，智能交通产业領域知识，向下映射可能成为多种创客研发产品原型所需的知识，如“疲劳驾驶智能提醒仪”“醉驾智能监控系统”“智能校车安全系统”等产品原型所需的知识。其中，“疲劳驾驶智能提醒仪”产品原型所需的知识经过上述四个教育情境因素的规约转化为“疲劳驾驶智能提醒仪”创客教育作品项目所需的知识，可能是由创客公司销售创客教育产品套装的知识，也可能是由创客教师利用开源分立器件自行构组实验套件的知识。

六、结   语

综上所述，本研究构建的TP-DCK框架从知识角度回应了当下“谁能胜任创客教师角色”“创客教师应具备什么知识结构”的问题。从研究视域上看，该框架为TPCK在创客教育教学领域的具体应用提供了一个演进路径，开辟了TPCK在创客教育研究中的新视域;从教师发展来看，该框架为厘定创客教师知识结构提供了一个思考框架，开启了创客教师专业发展的知识研究。

结合创客教师的独特性，本研究还对创客教师的设计性学科内容知识的生成机理进行了分析，为改变当前技术取向的创客教师专业发展提供了依据。当然，我们可以看到，TP-DCK对创客教师的要求是极高的。就目前中小学教师学缘结构和创客教育实践环境来看，真正具有TP-DCK知识的创客教师并不多见。因此，在后续研究中，应加强面向TP-DCK发展的培训课程研制，探索区域创客教师实践共同体的组织形态和研修策略，从而助力创客教育的深入发展。

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