基于综合学习设计的创客课程实践研究

摘要：创客课程是跨学科创新力培养的新途径。当前，我国创客课程存在目标功利化、实施形式化、缺少适配评价方式等现实问题。因此，研究基于综合学习设计理论，融合斯坦福设计思维，从学习设计、相关知能、支持程序、专项操练与课程评价五个方面，以“基于Arduino的智能加湿器”为例，设计实施了面向初中一年级的创客课程，以期为中小学教师课堂教学给予参考。

关键词：综合学习设计;创客课程;设计思维;Arduino

中图分类号：G642       文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）10-0145-03

1 问题提出

创客教育是以培养学习者特别是青少年学习者的创客素养为导向的教育模式[1]。《2018年教育信息化和网络安全工作要点》提出“探索信息技术在众创空间、跨学科学习、创客教育等教育教学新模式中的应用，逐步形成创新课程体系[2]。”但就现状来看，创客课程的开发和实施仍存在诸多问题。

1.1 课程结果导向，目标功利化

目前许多学校在创客课程的实施过程中过于注重“成果”，忽视了学生制作和创造能力的过程性发展，片面追求技术的新颖而缺乏过程的引导，将创客课程等同于“小发明、小制作”，并致力于用“发明成果”参加创客比赛的获奖，从而导致课程目标功利化，背离了创客教育的初衷。

1.2 课程模式不完善，课程实施形式化

当前的中小学创客课程实施情况仍旧不甚理想，原因大致有两项：其一是创客课程在中小学的开展需要依赖基礎学科，而其中大部分是由通用技术教师和信息技术教师兼任，教师本身缺乏创客课程教学经验。其二教学模式的指导也仅停留在研究层面上，极少涉及教师在课堂中课程具体实施细节。

1.3 创客课程缺乏有效的评价体系

创客课程的教学评价往往是以学生的成果、作品作为评判标准，或以在创客比赛、科技竞赛中取得的奖励来评判学校创客课程开展情况，缺乏行之有效的课程评价体系。

2 Arduino的智能加湿器开发课例分析

针对创客课程开发中普遍存在的问题，结合近年来创客课程开发的理论研究与实践经验，融合综合学习设计理论和斯坦福设计思维设计了 “基于Arduino的智能加湿器开发”课例，以期为中小学创客课程的建设提供参考和借鉴。

2.1 学习任务

2.1.1 设计学习任务

“设计学习任务”是综合学习设计的核心步骤，在正式进入综合学习后第一步就是让学生们明白要做的有意义任务，使其变成连接其他要素的主干[3]。

恩伯尔教授推崇选择现实中的任务作为基础（利于学生形成综合能力） ，因此设置场景：“在干燥的季节，尤其是北方，为了改善室内的干燥环境，许多家庭卧室内的加湿器便成为常用电器。传统的加湿器大多是手动开关或是定时开关控制，若长时间使用造成空气湿度过高人会感到胸闷、呼吸困难，所以保持适当的湿度就显得十分重要。我们可以通过湿度传感器获取环境湿度，微控制器根据设定参数与环境湿度进行对比控制继电器的开合，进行这样的改造就能使加湿器维持我们想要的湿度”。选择智能家居系统中的“智能加湿器的制作”，结合“综合学习设计理论”和“设计思维”设计的学习任务模块如表1所示：

2.1.2 技能分解与目标

在“十步骤”中的第二步为“开发评估工具”，即评估学生外显学业表现的方法。简化流程为“技能分解”“制定学业目标”和“开发评估工具”，主要为技能分解与学业目标制定[4]。以“设计并制作智能加湿器” 综合学习任务为例进行分解以明确各级技能层级，得到的技能层级如图1所示：

创生性组成技能对应的学业目标涉及基于图示的问题解决与推理，不需要熟练的再生性组成技能对应的学业目标涉及应用规则和程序，需要熟练的再生性组成技能对应的学业目标涉及能否熟练运用常规套路。将“设计并制作智能加湿器”分解的组成技能进行分类后如表2所示：

2.1.3 排序学习任务

以“设计并制作智能加湿器”为例，利用“顺向链接”的方式进行学习任务排序，技能群组如图2所示：

前文已经完成了复杂技能的分解，根据基础课程基础知识和设计思维模型的五个步骤将子技能分成了技能群组。S代表“设计与制作智能加湿器”的基础学科知识，E代表同理心（empathize） ，D代表问题定义（define） ，I代表创意构思（ideate） ，P代表原型实现（prototype） ，T代表实际测试（test） [5]。技能群组内是从左到右链接的关系，群组间整体的顺序为S-E-D-I-P-T，每一阶段都需要以之前的阶段为基础。S作为基础知识会穿插在第一到第四课用来提供最底层的技能支持，大方向上根据S-SE-SED-SEDI-SEDIP-SEDIPT “滚雪球”的过程顺利完成经过测试的产品。同时在实际教学的过程中鉴于每个学生的接受度都不同，会存在设计与原型的迭代，教师鼓励学生不断试错、迭代[6]。

在学习任务组件的局部排序原则遵循“从易到难，从扶到放”，即在系列学习任务中先给学生支持性较强的学习任务，后逐步撤除脚手架。以“智能家居功能设计”为例，任务层级排序如表3所示。

2.2 相关知能

第二个要素即相关知能，是连接学习任务与技能的桥梁，主要涉及认知策略（缩写为SAPs） 和心理模式，有助于学生完成学习任务中的创生性内容。

在“技能分解与目标”时已将组成技能进行分类，其中创生性组成技能需要在适当的时候呈现相关知能来辅助。本课程最核心的系统化问题解决方法（SAPs） 是设计思维中的d.school模型，心理模式使用概念模式。以“设计并制作智能加湿器”复杂创生性技能为例，SAPs如图3所示：

“设计并制作智能加湿器”的SAPs告诉了学生如何有效地进行整个产品的设计与制作，规定了逐步完成目标的各个步骤。在相关模块课程开始的时候就告知学生要完成的学习任务“设计和制作智能加湿器”，并呈现相关知能（这里是以d.school模型为基础的SAPs） ，以帮助学生从学习任务中得知要真正掌握什么技能。

2.3 支持程序设计

支持程序有助于学生完成学习任务中的再生性内容。“设计支持程序”中提供支持程序主要包括“即时呈现支持程序”“应用示例和示例”和“进行矫正错误的反馈”[7]。随着虚拟现实技术的发展，利用AR和VR来辅助教学及时呈现支持程序是理想方式之一，但在目前的中小学课堂尚未普及。因此，在“制作智能加湿器”的过程中，当学生需要使用电焊、溶胶等连接电路或加湿器外壳，支持程序形式可以是操作视频、电路线连接说明和教师指导，并逐渐由高支持性任务转化为低支持性任务，直至撤除。

2.4 专项操练

专项操练只有在学习者需要达到高度熟练水平的再生性技能才需要进行，在智能加湿器中的“溶胶和焊接”属于需要熟练的再生性组成技能。在安排专项任务操练的过程中，运用分割化、简化和碎片化等局部任务排序方法来处理，将“焊接”分成“认识工具-焊点-焊线-焊元件-焊简单电路”的顺向链接，并设计对应的支持程序，比如视频或动画演示等。

2.5 课程评价

创客课程的最终阶段为课程评价。创客课程评价注重过程性原则、全面性原则和多元化原则，主要有五个维度维度：概念理解、解决问题能力和批判性思维、创造力和自我表达能力、主动性和意愿性、交际和性感投入[10]。在评价的方法上，教师可以选择“成长记录袋+成果展示”的方法，也可以根据学生情况参考表5制定合适的评价量表。

3 结论与展望

创客教育具有民主性、开放性、生活化的鲜明特征，能够极大变革中小学教与学的风格，创客课程作为创客教育理念的实施载体，重视从行动和分享的过程中主动构建知识[8]。本文基于Arduino的智能加湿器开发为例探讨了综合学习设计与设计思维融合的课程应用性。结合课例分析看，一门创客课程的开发需要总目标的引和具有动态性的课程内容，课程实施过程中需要防止脱离实际和知识碎片化。此外，该创客模型是基于当前中小学课程空间和知识内容所设计，随着新课改的不断推进，具备全球性的创客主题和系统化的创客空间也应纳入课程开发设计中去。在今后的研究工作中也将继续探索主题创客课程在特定的创客空间中的实施模式。

参考文献：

[1] 祝智庭，雒亮.从创客运动到创客教育：培植众创文化[J].电化教育研究，2015，36（7）：5-13.

[2] 中华人民共和国教育部.教育部《2018年教育信息化和网络安全工作要点》[Z]. 2018-02-11.

[3] 王伟，张鑫，钟永江.EDIPT设计思维模型在Scratch教学中的应用探索[J].中小学电教，2020（5）：16-18.

[4] 蔡彬彬.基于Design Thinking模型的高校创新类课程教学探索[J].无锡商业职业技术学院学报，2020，20（1）：106-108.

[5] 左勤勇，陈欣.设计思维导向下高中生物学教学的实践[J].生物学教学，2020，45（2）：15-16.

[6] 丁飞.运用设计思维重构信息技术课堂教学——以“信息技术的力量”一课为例[J].实验教学与仪器，2019，36（12）：44-46.

[7] Akçayır M，Akçayır G.Advantages and challenges associated with augmented reality for education：a systematic review of the literature[J].Educational Research Review，2017，20：1-11.

[8] 闵兰斌，郭梦梦.基于核心素养的STEAM教育：特征與实践要点[J].教育与教学研究，2020，34（10）：34-47.

【通联编辑：王力】

收稿日期：2021-06-10

作者简介：李一航（1998—） ，女，河北秦皇岛人，研究生在读，主要研究方向为智能教育。