培养问题解决能力的创客学习活动模型构建与应用

摘要：作者结合创客学习的特征、问题解决过程及影响因素、学习活动要素等，初步构建了创客学习活动模型，并以模型设计“智能罗汉果管理”的创客学习活动为例，开展教学实践，以期能够培养学生的问题解决能力，提升学生的实践创新素养。

关键词：问题解决能力；创客学习；活动设计

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）16-0074-05

引言

问题解决能力是创新型人才的核心能力之一，也是21世纪学生必备的核心素养。创客教育是培养跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的一种素质教育[1]，其以创造性、实践性、协作性、探究性的优势成为问题解决能力培养的有效载体。

但在创客教育活动的设计方面，研究者多基于设计思维、项目式学习来构建教学模式和框架，且在当下中小学创客教育的开展中，存在“造创失衡”现象，较少关注学习活动隐含的因果等科学合理的逻辑关系。[2]因此，笔者通过构建创客教育学习活动模型，设计系统化、连贯性的创客教育学习活动，以期能够培养学生的高阶思维能力。

培养问题解决能力的创客学习活动模型构建

笔者以建构主义理论、学习活动为中心的教学设计理论、斯滕伯格的成功智力三元理论为指导，在分析创客学习活动开展现状的基础上，结合问题解决过程和影响因素、学习活动要素等，初步构建了如下页图所示的学习活动模型。

1.问题解决过程和影响因素洞悉

笔者从心理认知、学习者行为以及教学、测评等角度梳理了问题解决过程，具体如第76页表所示。

2.学习活动要素分析

笔者结合创客教育的特征，将学习活动要素定位为学习目标、学习任务、活动形式、活动规则、活动过程、活动共同体、活动环境等。学习目标要注重创客知识与技能的迁移，注重问题解决过程中的思维形成与发展；学习任务的设计要符合学生的最近发展区，具有层次性和相关性；活动形式包括学习方式和开展形式，学习方式指设计型学习、项目式学习、探究式学习等，开展形式可依托于信息科技课程、综合实践课程，也有工艺品制作、项目设计等；活动规则主要规范和引导学习者问题解决过程中的行为，包括探究规则、协作规则、奖惩规则等；活动共同体是教师和学生，要发挥共同体认知共享、动态发展的优势；活动过程决定学习活动的质量和能力培养的效果，师生活动是高阶思维能力培养的关键；活动环境包括物理环境、技术环境、情感环境等，对活动过程起到有效的支持作用。不同要素互相联系，发挥不同作用，支持活动主体展开学习。

3.学习活动的设计原则

（1）问题驱动原则

教师要秉持问题驱动的原则，在活动的各个环节，通过问题驱动学生开展创客学习与制作，促进问题解决策略的构建和迁移，培养学生的反思性思维和批判性思维。

（2）以学生为中心原则

在学习活动设计中要坚持以学生为中心的原则，从物理、技术、情感环境上促进学习者建构和发展。活动形式契合学生特征，活动规则和活动评价促进学生在创客学习过程中有序进行设计和制作，发展元认知能力。

（3）逻辑性原则

在横向维度上，要注重教學内容的跨学科性，培养学生的跨学科思维，促进学生建构完整的知识结构体系；在纵向维度上，要把握学生思维发展逻辑和学习规律。同时，在学习活动的设计中，教师要注意学生发散思维和聚敛思维的承接和转化，保持循序渐进的连贯状态，促进“知识—实践—创造”的融合互化。

（4）灵活性原则

创设情境的灵活性体现在可以是真实、模拟情境，抑或是角色扮演的切身体验。学习任务的灵活性在于协调有效性和趣味性。[3]前者促进学生进行意义建构、技能迁移等，后者激发学生学习动机。活动规则的灵活性取决于活动主题和活动形式。活动过程的灵活性在于处理好自主性和引导性、无序性和有序性之间的关系。

（5）协同创新原则

在小组合作学习中，教师引导学生通过创意共享，协作会话，不断更新知识网络，进行更高层次的意义建构和互动创生，培养学生的设计和创新思维，激发学生持续创新创造的动力。

（6）多元评价原则

多元评价表现在以下三个方面：一是对学生在问题解决、创意物化时表现的能力进行多维度评价，评价内容包括面向问题的态度、问题解决的过程和问题解决的品质。二是评价方法多样，采用量化和质性相结合的Q-C-Q评价方法，结合课堂观察记录表、学习过程材料、学生作品、师生访谈、能力调查问卷和测试题综合评价。三是评价主体多元化，主要包括教师评价、学生评价（自评和互评）、助教评价等。

4.学习活动的支持策略

（1）问题设计策略

在情境创设中，要隐含学生可以感知，并通过努力可以解决的问题。在理解探究环节，提供发现问题的角度；在分析表征环节，设计启发性的问题，帮助学生创意构想；在规划方案环节，设计问题引导学生思考方案的组成、效果，选择最优方案，并完善方案；在执行方案环节，设计问题搭建学生新旧认知桥梁，引导选择适合的工具和材料，进行创意物化；在反思与总结阶段，设计问题助力学生自我评价与反思，促进学生互评。

（2）学习支架策略

学习支架的设计要基于学习目标、学生需求和最近发展区。支架要根据不同的问题解决阶段和发展障碍，适时提供和调整强度，且应具有层次进阶性和动态性。教师可以搭建概念图、问题提示等概念型支架，促进学生理解情境、表征问题；可以搭建作品范例、方案表等策略性支架，启发创意，明晰思路；可以搭建讨论记录表、同伴互评表等协作学习支架，引导学生协作学习，解决问题；还可以搭建反思总结表、作品评价量规等元认知支架，支持学生计划、监控、调节问题解决过程。

（3）逻辑发展策略

在横向维度上，教师要结合生活中的问题，发掘不同学科知识的互联性和融合性，培养学生的跨学科思维和搭建图示的能力，将多种知识组合内化为创客知识。在纵向维度上，教师需尊重学生的认知发展和学习规律，注意驱动问题、学习支架的进阶性，思维培养的渐进性，由浅入深地引导学生进行“知识—实践—创新”的融合互化。把握问题解决的逻辑，解释相关概念性、程序性知识，教授不同类型问题的解决策略，辅助学生有效解决问题，创意物化。

（4）动态调整策略

教师在学习活动的开展中，可根据学习任务的复杂性和学生的完成度适当分解任务，学生自主探究和教师引导的比重也需要根据实际衍生的问题特征、学生思维能力发展情况予以调整。为促进组内和组间更好地合作学习，教师需在一段时间后对小组成员予以调整，促进学生的差异化发展和整体性进步。

（5）技术支持策略

技术的选择要从现实性、可接受性、有效性三个维度考量。现实性指考虑当地的信息化建设情况，可接受性指师生的数字素养及对技术的易用性感知，有效性指技术支持学生知识建构、认知发展的效果。在学习活动中，教师可以根据实际情况选择相关技术工具。思维导图、创意启示工具等可以帮助学生发散思维、完善知识体系；电子表格、编程软件、3D打印等可帮助学生进行原型构建；智慧平台、可视化软件可采集学习过程数据，辅助创意共享和科学评价。

基于创客学习活动模型的教学实践

笔者基于创客学习活动模型以“智能罗汉果管理”的创客学习活动为例设计了创客学习活动，并在某中学开展了教学实践，教学活动主体为初三某班级学生。笔者基于周乾制订的问题解决能力测评问卷[4]，结合本研究进行适当改编。首先对其他班级进行初测，用SPASS软件做信效度分析。得到总的克隆巴赫α系数为0.931，KMO值为0.693，信效度良好。然后对实践班级正式发放问卷，并采用Allinson等开发的认知风格量表测试学生的认知风格。最后结合学生的认知风格、能力水平和创客学习工作量，将该班级35名学生分为7个小组。

1.创客学习活动过程设计及评价

①理解探究。

教师活动：课上播放视频《罗汉果知多少》，创设情境。从生长习性、地域选择、外界影响、方法探究等角度提供问题选择支架。

学生活动：进入情境，了解罗汉果的特点、价值等。学生头脑风暴，绘制电子概念图，提出有价值的问题。

设计意图：创设情境，提供问题选择支架，培养学生的“共情”能力和问题意识。

②分析表征。

教师活动：在创客学习平台上发布资料，提供问题表征支架，创意启示工具，如如何用条件判断、阈值设置将生长条件模拟转化？引导学生将学科知识内化为创客知识。

学生活动：查阅资料，分析问题，联系旧知，转化成模拟模块，用思维导图理清解决问题需要的工具和知识技能，实现思维可视化，创意构建。

设计意图：让学生自主探究、深入思考、发散思维，培养学生的分析问题与迁移转化能力。

③规划方案。

教师活动：提供任务单、方案表、思路框架图、讨论记录表等，讲解选择结构、循环执行等程序知识，引导学生认知共享，从管理功能分类、环境模拟等方面设计方案。

学生活动：根据相关支架，结合前期分析，确定功能预设、实现方法、实物设计、所需器件等。确定整体性研究思路，规划方案。

设计意图：培养学生的编程素养、整体规划能力和表达交流能力。

④实施方案。

教师活动：提供方案执行支架，提出程序性问题，如养殖基地的模拟、软硬件的调试、结构设计等，适时指导学生实践和创新，动态化调整活动进度和指导策略。

学生活动：任务分工，发挥团队成员优势，借助数字化工具进行原型构建，及时在学习平台上记录创作过程和难点。

设计意图：提高学生的動手实践能力和协作解决问题能力，不断完善方案。

⑤反思总结。

教师活动：提供反思总结表、作品评价量规等，组织组内、组间评估和展示，适时提出反思性问题，维持好活动秩序。对展示交流活动进行总结，提出修改建议和可创新之处。

学生活动：反思罗汉果的管理问题是否解决、学习任务是否完成，然后通过交互式白板进行创意展示，集思广益，为优化作品打下基础。

设计意图：发展学生反省思维和批判思维，培养学生的元认知优化能力。

⑥优化作品。

教师活动：从子功能完善、子功能增设、智能交互等角度提出互动问题，启发优化思路。

学生活动：思考具体优化方法，如可以从环境温控等方面进行子功能完善，从智能报警等方面进行子功能增设，从人脸识别和语音交互方面实现智能交互。

设计意图：培养学生的创新能力和创造性问题解决能力。

笔者采用Q-C-Q综合评价法，结合课堂观察记录表、学习过程材料、学生作品、师生访谈、能力调查问卷和测试题综合评价。

2.效果分析

笔者对该班级学生发放问题解决能力测评问卷，从面对问题的态度、问题解决的过程、问题解决的品质三个维度进行前后测分析，进行配对样本T检验，分析学生问题解决能力的发展情况。

从结果分析来看，三个维度的前后测差异性均小于0.05，说明差异较为显著。其中，问题解决的态度变化最为显著，源于学习活动对学生面对问题的态度影响较为直接，但差异性最小的是问题解决的品质，这可能由于问题解决的品质培养是个长期的过程。整体来看，显著性小于0.05，说明学习活动起到一定的培养效果。本研究结合质性分析，发现学生的问题解决态度更积极、思路更清晰、问题解决方法也更多样，这些能共同促进问题解决能力的提升。

结论与展望

笔者通过教学实践得出，基于创客学习活动模型设计的学习活动能有效培养学生的问题解决能力，发展设计思维和创新思维。但培养效果会受到学习活动开展的质量、周期等影响。本次研究开展的教学实践次数较少，样本有限，而问题解决能力的培养需要一定的时间。今后会开展多轮行动研究，并优化学习活动模型和支持策略，设计多种内容和类型的学习活动，减少无关变量的影响，培养目标逐渐向创新性、协作性问题解决能力过渡。

参考文献：

[1]梁文森.中国创客教育蓝皮书（基础教育版）[M].北京：人民邮电出版社，2016：60.

[2]李琳，赵慧臣.知行创融合的创客教育学习活动序列化设计[J].开放教育研究，2023，29（01）：112-119.

[3]彭红超，祝智庭.面向智慧课堂的灵活深度学习支架设计研究[J].中国电化教育，2023（04）：23-31.

[4]周乾.面向问题解决能力培养的“STEAM+场馆”学习活动设计[D].无锡：江南大学，2022.

作者简介：张梦瑶（1998—），女，山东济宁人，硕士在读，主要从事中小学创客教育、教育信息化研究。