创客式学习研究与教学应用

李 君 王 衡 肖 平

(1.西南交通大学 信息科学与技术学院；2.西南交通大学 工程训练中心；3.西南交通大学 人文学院，四川 成都 610097)

0 引言

创客空间日益受到重视[1]，美国、欧盟、中国都推出了发展创客空间和创客教育的公共政策。国内外的教师和学者普遍对创客教育表现出积极的态度，认为是一种有效的教育方式，取得了良好效果[2]。2009 年11月美国总统奥巴马在“教育创新(Educate to Innovate)”大会上发言，呼吁“每个学生都应成为创造者，而不仅仅是消费者”。随后，美国白宫立即启动了“创客教育计划”(Maker Education Initiative，MEI)，并让《Maker》杂志的创始人Dale Dougherty领衔负责实施[3]。该计划旨在通过推动创客空间建设以及发展各种创客项目激发青少年的兴趣、信心和创造力，让每个青少年都成为创客[4]。2015年初，李克强参观了深圳柴火创客空间，随后总理在《政府工作报告中》开始提出大众创业、万众创新，鼓励建立创客空间，开展创客教育[5]。在公共政策的倡导下，各地纷纷响应，创客空间如雨后春笋，遍地开花。2016年，教育部关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知(教技〔2016〕2号)[6]。2017年，教育部关于印发《中小学综合实践活动课程指导纲要》的通知(教材〔2017〕4号)，分别明确提出在大学和中小学开展创客教育的指导规划[7]。

在此背景下，创客教育迅速成为一种热门的教学模式[8]。尤其在中小学，创客课程和创客空间已经成为教学改革的常见方向。在社会上，也出现了大量创客教育服务提供商。快速发展的创客教育催生了对创客式学习的研究。创客的学习方式是怎样的？这种学习模式如何运用到教学中？创客教育的发展需围绕这些问题开展研究。

2013年12月，西南交通大学成立了交大创客空间。本文的作者均为该空间的指导教师，结合实践对创客学习方式进行总结研究。

1 创客行为分析

1.1 创客

创客的英文Maker很好地解释了创客的基本行为是做东西(making)。而做东西的目的，既可以为爱好而作，为学习而做，为创业而做，也可以为创新而做[9]。不管目的如何，这个做(making)，一定产出了某个东西(thing)，这个东西往往是实物的。创客式学习式蕴藏在创客的行为过程中。创客“造”(making)的过程，可以分为三个阶段：创意阶段、造物阶段、迭代阶段。

1.1.1 创意阶段

创客们首先出现了某种创意。这种创意通常来自生活。这里所说的生活包括工作、学习、旅行、家居等日常工作和生活。对于学校的创客主体——学生而言，课堂学习、交流、阅读、观察、参与活动、制作都是他们日常生活的一部分。他们在这些生活的过程中，产生了某种认知扩展，进而经过对生活的思索，产生了创意。在被问到创意来源时，他们通常可以讲一个故事，来描述这一过程。

1.1.2 造物阶段

有了创意后，一部分人会尝试动手实现，也即做出来(making some things)。创客的造物行为就在这个时候发生了。在动手过程中，根据创意不同，要做的东西也不相同。创客在动手的过程中，也是一个解决所遇到的困难的一个过程。因此学生在造物目的的驱动下，通常自发查阅资料、与人交流、线上学习、实验等学习过程都可能发生。这就发生了学习行为，伴随学习行为。创客的学习行为在动手中得以验证，通过不断的动手迭代，最终解决问题后，很自然的会获得一种自我满足和成就感。这一过程如图2所示。

图2 创客在解决问题中学习

1.1.3 迭代阶段

创客造东西过程的迭代至少出现在两个地方。其一是有了创意后，尝试解决问题，不断对问题相关知识进行学习，并尝试动手解决，重复学习和动手的过程，形成迭代。其二是当创客制作出一个解决该问题的初步物品后，当有新创意产生时，会对其进行升级，从而开始产品升级的迭代过程。

1.2 创客学习

在创客的行为过程中，蕴含着一系列的学习过程。这些学习过程即有传统的课堂教学，也包括一系列课外的自主学习过程。

课堂教学主要体现在创意阶段，创客通过课堂学习，带入了认知的扩展。对创意的产生有积极作用。

创客学习过程中，更多是自主的课外学习过程。在创意阶段，包括阅读，与人交流，观察，参与某些项目，参加某些活动的行为，客观上产生了学习行为。在造东西阶段，创客们的学习主要体现为做中学，在“做”和“学”的迭代中，通过不断解决“做”所面对的实际问题，产生连续的“学”的过程。

2 创客式学习特点

通过对创客行为的观察，我们发现创客式的学习的最集中特点就是这种学习是蕴含在创客行为中的。学习不是创客行为的最主要目标，在某种创意的驱动下造东西是创客行为的目标，但是在这种过程中，客观的产生了学习的行为。这一学习行为有以下具体特点：

2.1 生活学习

创客的创意具有生活化的特点。他们往往运用所掌握的知识和技能去解决生活中、工作中所面对的问题。很多创客也认为造东西(making)的这一行为本就是生活的一部分，所以发生在造东西过程中的学习，充满着生活学习的气息。

创客式学习的这一特点与卢梭开创的梭罗学校的生活教育思想较为相似。在卢梭学校，梭罗采用一种与美丽的大自然完全融合在一起的教育方式，每周两到三次带学生到河上旅行，在户外上课、野餐，让学生受到以大自然为课堂，以万物为教材的生活教育[10]。二者都将生活作为学习的最重要场域，学习都发生在生活中。不同的是时代，创客式学习产生和发展于信息技术大发展的时代，再以信息技术为代表的新技术支撑下，体现着新技术革命的精神。

创客式的学习与陶行知先生的“生活即教育”思想也较为接近。陶行知说[11]“生活教育教人发明生活工具，制造生活工具，运用生活工具”。还说“教育有无创造力，也只需看他能否发明人生新工具或新人生工具”。在创客的眼中，发明、制造，这些都是做东西，都是生活中的创客行为。因此也可视为创客式学习是当代的“生活即教育”。

2.2 问题导向

创客的学习发生在创客造东西(making)的过程中，这一过程的出发点往往是解决某个问题。因此创客式的学习，有明显的问题导向特点。创客式的学习本质上就是为了解决真实生活中的某个问题。这一特点符合问题导向学习(Problem Based Learning，PBL)教学法，因此也常有人将创客式学习看作PBL教学法的一种[4，12]。但是问题导向并非创客式学习的关键特点，因此创客式学习法与PBL教学法有一定的区别。

2.3 快速迭代

迭代(Iteration)是计算机编程中的一个概念，可以视为一个循环执行某些动作，达到某种目的的过程[13]。创客文化的发展过程受计算机文化的影响较大[9]，所以创客文化本身就有迭代的基因。

创客在解决问题时候，往往会从原型装置开始，然后将这一装置投入真实解决问题的应用中。然后在应用于实际的过程中，不断的解决暴露出来的问题，从而实现作品从一个原始的原型装置，到最终成为一个完整解决问题的完善产品。

创客们往往会发明一些工具来支持这一快速的迭代过程。比如RepRap开源3D打印机[14], Arduino开源控制器[15]等，使得人们可以在自己的办公室甚至宿舍完成原型产品的构建。这些工具的特点是开放源代码，代码、图纸等文档都可以在某种协议的限制下自由使用。

快速的迭代，尤其是迭代后期，往往需要较为完善和专业的工具，一些创客聚集起来，共享工具，促使了共享式创客空间的蓬勃发展[3，9]。

创客式学习的这种快速迭代特点，与传统的学校课程安排有较为明显的对比。传统的学校课程安排往往是理论与实践环节割裂，一般会安排一系列理论课程，然后在某个阶段，比如一个学期结束后，开展实践环节。这种学习过程的特点是迭代速度较慢(如图3所示)。创客式学习的特点是在不断进阶的生活问题中，快速的迭代，最终带来问题的全面解决。在快速迭代的解决问题过程中，不断学习，建构知识。相对于传统的慢迭代的过程，创客呈现出快速迭代的显著特点(如图4所示)。

图3 慢迭代方式的教学设计

图4 快迭代方式的教学设计

2.4 跨学科

创客式的学习也是一种跨学科的学习。生活中真实的问题往往是跨学科的，需要使用跨学科的知识和能力来解决这些问题。创客式的学习是在解决真实问题的过程中发生的学习，这种学习天然的具备了跨学科的特点。

如图5所示，以生活中的过河为例，过河这一问题，可是使用的方法有游泳、行船、搭桥、悬索、潜水等多种方法，其中搭桥一项，背后就涉及到力学、材料、地质、土木、造型、项目管理等诸多学科。

图5 生活中过河问题背后的跨学科

创客式学习所具备的跨学科也并非广泛的学科整合。创客式的学习较集中使用的学科领域是数字制造、计算、编程技术，使用这些来构建真实或者数字物品的同时带动了设计思维、计算思想、团队合作、创新等跨学科能力的培养[2]。基于创客式学习的跨学科教学可以归为工程领域的跨学科教育[16]。

2.5 建构主义

建构主义认为，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人(包括教师和学习伙伴的帮助)，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助即通过人际间的协作活动而实现的意义建构过程，因此建构主义学习理论认为“情境”“协作”“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素[17]。20世纪末，随着多媒体技术与互联网在教育上的应用，极大的提高了这四大要素的可行性，建构主义开始表现出良好的学习效果[18-19]。

创客式学习也体现了建构主义思想，即在创造过程中学习和发现知识，而非被动接受 。创客式学习的建构过程中，大量使用了当代社会的新技术，例如计算、编程、3D打印等。大量的开源技术平台和大规模的线上开源社区(例如GitHub、Thingiverse、Instructables等)，使得建构主义在创客式的学习中得到了近乎完美的体现。

2.6 自我激励

创客的行为(Making)更像是一种姿态(stance)，学习者对于学习的态度是，“我处于学习过程的中心，自我激励”。创客式学习的过程中，实质上是出于某种动机去解决问题的过程。由于某种动机的存在，创客式学习是自主的，主动的，学习者自己是学习过程的导演。因此自我激励也是创客式学习的一个显著特点。

3 教学应用

2016年，依托西南交通大学创客空间，课题组组建了一个团队，将创客式的学习模式，应用到课堂教学中，开设了《从代码到实物：造你所想》跨学科通识课[21]。

3.1 课程设计

在课程设计上，按照创客式学习的方式，首先将课程的目标设定为一个创造的目标：造一个解决某个实际问题的东西。然后按照这个目标，设计内容和迭代过程。

在内容选择上，参考了麻省理工学院原子与比特中心的《How to make (almost) anything》课程[23]。并将迭代分为三个阶段：创客、具有设计思维的创客、创新者(见图6)。在第一个阶段，学生只需要学习几项常用技术，构建一个完整项目(例如开源小火车、机器人小车等)。在第二个阶段，学生需要组建团队，头脑风暴，设计并制作一个解决实际问题的项目，并不断优化，最终在课程展览中展览。在第三个阶段属于拓展阶段，学生可以在完成第二次迭代的任务后，继续发展项目，并将项目应用到真实环境中，或者推向市场。将创意，最终变成创新。如图7所示的开源火车模拟器项目，学生最初在Level1的大作业开源小火车的项目中得到启发，在Level2的项目中制作了开源的火车模拟器。此后基于兴趣进一步完善和迭代，在中美青年创客大赛中再一次迭代，然后参加Makerfaire Shenzhen活动，根据实际展览的需要进行产品迭代，并向面向公众开放体验，完成从Level2到Level3的转变。

图6 《从代码到实物：造你所想》课程内容和迭代设计

图7 《从代码到实物：造你所想》开源火车模拟器项目的迭代过程

3.2 配套环境

为支持创客式学习，教学团队建立了一个教学网站[24]，将课程有关的知识点都放在该网页上，学生可以在创客式的学习过程中，不断的查阅。创客空间为该课程全面开放，提供了课程同学较为全面的常用造物所需机器设备的支持。

3.3 教学效果

学生在本课程中创造了一些有趣的作品，并普遍反映通过本课程的学习，掌握了一种用技术来实际解决问题的能力。教学效果如学生所述：“我在每周一次的课程中一次次接触那些技能：Fusion 360、数控雕刻、3D打印……从画电路，到编程，再到外观设计……我们对大千世界、学习成长、达到新的卓越境界和发现新事物都深深着迷。我们的热情从学习或工作中的一个具体领域延伸到各个学科领域。”[16]

课程深受学生欢迎，2018-2019第二学期的调查显示，25名选课同学中，23名投了100分的权重分，2名投了99分的权重分。2018-2019年第2学期，课程被西南交通大学教学质量保障工作委员会本科教学质量保障分委会评为“特优”[25]。

4 结语

创客式的教育模式已经成为从小学到大学教育实践的热点之一。我们基于对创客空间学生行为的观察进行总结，发现创客式学习具有生活学习、问题导向、快速迭代、跨学科、建构主义、自我激励六个特点。其中生活学习和快速迭代是区别于其它的教学思想和模式较为独特的两点。

基于这一观察结果，我们开展了教学实践，以生活学习和快速迭代为主要思想，设计了《从代码到实物：造你所想》的课程，并取得了积极效果。

在教学实践中，我们也发现了应用创客式学习模式到课堂教学中去，主要有三个方面的挑战：师资方面，不同学科背景的老师的跨学科合作较难进行。这需要课程团队有较为跨界的背景，并且需要一定时间的磨合；资金方面，支持创客式学习需要首先建立一个造物的环境，这需要经费支撑和场地支持；知识和经验方面，需要教师可以带领学生或者支持学生在无限创意的生活中扩展世界认知，因此需要对具体行业的实际生产和生活有深入的研究。