创客教学实践方法及其理论构建研究

许涛

摘 要：创客运动日益引起教师和教育研究者的兴趣，他们认为创客运动所强调的实践学习、项目学习以及创造性问题解决方法孕育着丰富的教学思想和教学机会。然而，学术界迄今为止鲜有对创客教学法的系统描述和研究，在此背景下，本文在文献研究的基础上从实践教学法、项目教学法、建构主义和建造主义学习理论的角度分析创客教学实践的方法，在此基础上提出创客教学法，并对创客教学法从概念上进行初步界定，以抛砖引玉，激发同行对高等教育领域基于创客教学的关注和重视。

关键词：创客运动；创客教学方法；创客教师；学生创客

中图分类号：G40-01 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）07-0001-06

一、引言

当今，制造技术和工具的平民化以及在线社区的兴起推动了人类发展史上新一轮的创新和制造革命，使创客运动和创客教育成为可能的3D打印机、智能机器人、微处理器、可穿戴设备、智能手机和新的编程语言等新工具赋予了人们前所未有的创造能力，点燃了公众对创客运动的关注和热情，高等教育机构更是首当其冲，擎起创客运动的大旗，在各种场合以多种形式倡导创客文化，并发起创客活动以吸引更多的学生参与其中，重新谱写21世纪高等教育的职责和使命。然而，人们对创客运动环境下的创造或制造（making）一词的定义及其潜在影响的理解并不一致，往往从广义上把其理解为“修修补补、敲敲打打”（tinkering）的同义词，而与经过深思熟虑的、缜密的教学或研究方法无关，因此，当前急需从概念上澄清制造（making）和创客（maker）等词的涵义，使用人们普遍接受的语言来解释并理解创客，并严密地论述制造和创客在高等教育中的角色、范围和未来。正如Lee Martin（2015）指出创客运动尽管是新的社会现象，但其源起与人们的社会生活和社会实践密切相关，从教育的角度而言，其渊源更是深厚。

创客运动符合当前高等教育改革的趋势，也符合现代科学所揭示的人类学习的原理和规律，并且创客运动日益引起教师和教育研究者的兴趣，他们认为创客运动所强调的实践学习、创造性问题解决方法孕育着丰富的教学机会，但创客运动代表了对传统高等教育教学和研究方法的变革，甚至颠覆。然而，各个学校还在单打独斗、单兵作战，许多有价值的洞见和思想还没有得以纪录和传播，学术界迄今为止也鲜有对创客教学法的系统描述和研究，幸运的是，全球各地已有中小学和大学行动起来迎接创客运动所带来的挑战。在此背景下，本文尝试对创客教学从方法论上进行溯源，并提出、界定创客教学法，以抛砖引玉。

二、实施创客教学的方法论基础

经验表明，新技术、新資源和社会环境的变迁是推动教育变革、形成新的课堂形态的重要力量。创客运动中3D打印技术的应用开辟了新的学习空间，学习者可以从创意、设计、制作、展示、参与角度全方位融入学习过程中，从而发展并提高其创新能力、设计能力、实践能力、团队意识和合作能力等。尽管到目前为止，各国教育体系中还没有正式的创客教育课程表或课程大纲，并且创客教育还主要体现在校园创客活动、创客比赛或创客大会上，但是教师以及教育研究者看到了创客文化重塑学习的可能性，因此正试图重新思考科学、技术、工程和数学（STEM）等课程的有效教学模式。支持者认为通过促使学生动手或实践学习科学、技术、工程和数学（STEM）等课程能够让学习更加生动和有趣，也就是说，应用创客教学法能够使上述课程更贴近学生生活和经验。

众所周知，创客运动主要集中在电子、机器人、3D打印以及像视频制作、金属加工、木刻、书法等传统艺术和手工艺活动，强调社会环境下通过实践进行学习，在很大程度上体现了皮亚杰的建构主义学习理论（connstructivism）、实践学习（experiential learning）、项目学习（project-based learning），更是建造主义学习理论（constructionism）和创客文化奠基人西蒙帕佩特教育思想的体现，即好的教育不是如何让教师教得更好，而是如何提供充分的空间和机会让学习者去构建自己的知识体系。（Martinez & Stager，2013）上述理论在很大程度上奠定了创客教学的理论基础，基于此，下文通过文献研究从创客教学的角度对实践教学法、项目教学法、建构主义学习理论和建造主义学习理论分别予以介绍以夯实创客教学的理论基础，在此基础上，界定并阐述创客教学法。

1.实践教学法

创客运动的深入发展使实践学习法成为教学的焦点，工程、艺术、音乐、戏剧、木刻、缝纫、烹饪等需要学习者使用真实工具和材料的课程和实践学习模式成为教师和学习者推崇的教学方法。实践教学法也叫“经验学习法”（experiential learning），是一种以学习者为中心的、通过实践与反思相结合来获得知识、技能和态度的学习方式。实践学习法强调个体经验对学习的意义，不是简单地主张要在做（实践）中获得新知识、新能力，而是更关注对实践经验的总结和反思，强调在掌握技能知识的过程中不仅是能知道、能行动，而且要求能从深刻的反思中获得经验的提升，使学习者通过反思与实践过程获得发展（Patrick Felicia，2011）。所以，实践学习法本质上是“做中学”与 “思考中学”的结合。自从杜威提倡的“在做中学”、“生活即教育”开始，实践学习法历经各种理论流派发展，不过直到20世纪70年代，这一学习理论才在David A. Kolb广泛借鉴并深入研究哲学家、教育家约翰·杜威、实验社会心理学的先驱库尔特·勒温和杰出心理学家让·皮亚杰之后得以系统发展和应用。（Nancy M.Dixon，Doris E. Adams & Richard Cullins，1997）杜威认为“知识不是由读书或人解疑而得来的结论”，“一切知识来自于实践经验”，“学校主要是一种社会组织。教育既然是一种社会过程，学校便是社会生活的一种形式”。（赵祥麟、王承绪，1981）实际上，通过实践进行学习并不是新概念，早在公元前350年，亚里士多德就在其《尼各马可伦理学》一书中写到：“就人类在实践之前必须学习掌握的知识而言，人类往往先通过实践而后学习掌握该知识。”

实践学习的一个经典例子就是学习者通过近距离观察动物园环境下的动物以获取相关动物知识，这和通过阅读有关动物的书本而掌握相关知识截然不同，因此，学习者掌握了第一手知识以做出进一步的发现和实践，极大地促进了学生对现实环境或世界的认知和理解。（P.R.McCarthy& H.M. McCarthy，2006）另一个实践学习的经典例子是学习如何骑自行车，这一例子贴切地说明了David A. Kolb的四步骤实践学习模型，如图1所示。根据这一模型，在“具体实践经验”阶段，學习者实际练习骑自行车，这一阶段奠定了“反思和总结”的基础，他或她有机会思考骑车的动作要领，琢磨如何提高骑车技能，这一阶段属于“概念抽象”阶段，随后的每一次骑车练习都受到前期经验、反思和总结的影响，这属于“积极试验或实践”阶段。

在Kolb看来，知识是个人在具体环境中通过经验或实践而获得，他认为，学习者要想从经验中获取知识必须具备四种能力：第一，学习者必须有主动进行实践的意愿；第二，学习者必须具备反思经验的能力；第三，学习者必须拥有并使用概念化经验的分析能力；第四，学习者必须拥有决策和问题解决能力以应用从实践经验中获取的新知识或新思想。

卡内基梅隆大学研究人员Daragh Byrne和Catherine Davidson（2015）在美国创客学校联盟所发布的《美国高等教育机构创客运动现状》中援引受调查机构和专家的观点认为，几乎所有的大学都认为创客活动是有价值的、重要的、不同于传统的有效学习模式，是“可重复的、实践性的学习和做事方法”（宾夕法尼亚州立大学）、“真正的、灵活的学习方法”（Sierra学院），能够产生高质量的学习效果并能够培养“实践能力强的问题解决者”（田纳西理工大学）。然而，长期以来，社会、学校和家庭忽视了实践学习或动手学习的价值，而把学生困在教室环境中，把学生视为消极的知识接收容器，迫使学生每日为考试做准备，并以分数为标准测评其知识掌握程度，然而，同样的技术、技能和概念知识可以在创客空间、微观装配实验室、工作室或者机动车维修店里学习、掌握。毋庸置疑，培养创造力的关键在于激励学生使用真实的工具生产、制作有意义的物品或开发、设计有趣的项目。对科学、技术、工程和数学科目而言，采取实践学习法无疑是实施创客教育的有效途径，当然艺术创作、历史研究、写作教学等学科也是不同形式的创造实践，理应属于创客教育的范畴。

2.项目教学法（Project-based learning）

项目学习法中的“项目”指以一套独特而相互联系的任务为前提，通过有效利用实物、智力、知识和技能等多种资源，为实现特定目标所做的努力，在项目教学中，学习过程成为一个人人参与的创造实践活动，注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。由此可见，项目学习法中的“项目”是管理学科中的“项目”在教学领域的延伸、发展和具体运用，是以学科概念和原理为中心，以制作作品并将作品推销给客户为目的，在真实世界中借助多种资源开展的探究式学习和实践活动，并在一定时间内解决一系列相互关联着的问题的一种新型的探究性学习模式。

项目学习法强调学生主动参与、自主协作、探索创新，是对传统死记硬背、以教师为中心的教学模式的变革。研究人员认为项目学习法能够促进学生深层学习能力的发展，拓宽其知识面，提升其沟通能力、社交技能和领导力，并能够培养、强化学生的创造、创新以及写作能力。Markham（2011）认为项目学习法有效整合了知识和实践，即学生能够应用所学知识解决真实环境中的问题，此外，运用项目学习法进行学习的学生能够充分利用数字工具，协作生产高质量实物产品。更重要的是，项目学习法让学生重归教育的中心，而不是课程，这一教学理念符合当前全世界对学生创新能力、创造性、自信心、同理心、学习动机和学习热情的重视和倡导，而这些品种的培养和塑造需要通过课程学习，更需要通过实践得以激发和体现。Blumenfeld（1991）等研究人员认为项目学习法的显著特点和优势是其激励学生通过探究进行学习，在这一理念的引导下，学生通过提出问题、辩论、预测、设计计划或试验、收集并分析资料，得出并传播结论或想法，然后提出新的问题、创造实物或产品。传统的教学理论把知识从具体的生活情境中抽取出来，不利于学习者全面地了解知识的生活原型，一旦面对复杂的现实问题往往束手无策，更不用说创新了。而项目学习法强调学生之间在课堂上或其他学习空间相互协作以解决实际问题，并且问题的成功解决往往需要学生利用跨专业知识和技能，这和创客运动中所体现并强调的不同专业背景的人针对具体项目取长补短、相互协作以创造更多的知识和解决实际生活中的问题，用知识创造财富的目标有异曲同工之处。此外，创客项目蕴涵着丰富的知识、技能和学习机会，学生在完成创客项目过程中需要充分施展想象力、创造力，把握学习机会，通过创客项目掌握新知、拓展技能。实践中，上海STEM云中心的创客学习项目“声音不‘见了”、“发光的单车安全衫”、“神奇的力学导电墨水”、 “植物职能反馈系统”、“水火箭的奥秘初探”、“简易污水过滤系统”、“低温环境下新型建筑材料的探究”、“四旋翼无人机超声波探障技术”等融合了科学、技术、工程和数学知识及技能的创客学习项目为学生提供了知识性、趣味性的学习机会，深受各年龄段学习者欢迎。

3.建构主义学习理论（constructivism）

建构主义学习理论认为知识和意义的产生是学习者经验和已有概念相互作用的结果，这一理论对心理学、社会学、教育学和科学史等学科产生了持久、广泛、深刻的影响。在广泛实证研究的基础上，众多专家指出建构主义学习理念和实践比传统教学方法更能够促进学习者的知识掌握和建构，并显著提高其学习成绩。（Hmelo-Silver，Duncan& Chinn，2007；Guthrie et al.，2004；Jong Suk Kim，2005；Do[g][ˇ]ru& Kalender，2007）也因此，建构主义学习理论成为近半个世纪以来全球教育教学领域每一次变革运动的驱动力，对众多学习理论和教学实践产生了强大的、不可替代的影响。严格地说，建构主义并不是具体的教学法，具体而言，不论学习者是利用其已有经验理解课堂知识传授还是按照说明建造汽车模型，建构主义学习理论都认为这是学习者从自身经验中建构知识，也就是说，学习不是知识由教师向学生的传递，而是学生建构自己知识的过程。学生不是被动的信息吸收者，而是意义的主动建构者，这种建构不可能由其他人代替。建构主义学习理论认为教师不单是知识的传授者，他应该重视学生自己对各种现象的理解，倾听他们的看法，洞察他们这些想法的由来，以此为根据，引导学生丰富或调整自己的理解。教师还要激励学生结成学习共同体，在教学实践中通过合作、沟通对问题进行探究式学习。另外，由于学习者经验背景的差异，他们对问题的理解常常各异，在学习共同体中，这些差异本身便构成了一种宝贵的学习资源，而教学就是要增进学生之间的合作，使他看到那些与自己不同的观点，从而促进学习的发生。（《教育心理学》冯忠良等著，人民教育出版社，2000）尽管不少人常常把其和Seymour Papert吸收皮亚杰的建构主义和实践学习理论后发展的建造主义学习理论（constructionism）混为一谈，但研究人员认为建构主义学习确实和积极学习或实践学习等教学方法在很大程度上有共同之处。

4.建造主义学习理论（constructionism）

Seymour Papert的建造主义学习理论（constructionism： learning by making）是创客教学法的理论基础之一。从构词上看，Seymour Papert的建造主义学习（constructionism）和Jean Piaget的建构主义（constructivism）密切相关，这也是Seymour Papert命名其理论为建造學习理论的内在原因，然而，这也导致了建造主义迄今没有得到广泛的承认和接受。建造学习的过程涉及两种类型的建构：首先，学习是积极、主动的过程，在此过程中，学习者根据自身的经验积极建构知识，他们不是获得知识，而是创造知识，这点等同于皮亚杰的建构主义学习观，在此基础上，Seymour Papert补充了第二种类型的建构，即学习者在建造对其个人有意义的物品时所进行的学习效果更佳。建造主义学习理论突出强调了学习过程中学习者的创造性、动手能力、探究能力和建构能力，认为学习者通过和同伴共同参与建造过程能够实现最佳学习效果。（Kafai，Peppler&Chapman，2009）

建造主义诞生在个人电脑应用的初期，因此，这一理论的发展主要围绕着电脑、编程以及电脑和现实世界物品之间的关系。数字时代的到来和网络技术的发展使人们成为信息的生产者，而不再只是信息的消费者，数字工具的应用开启了学生创造力、想象力和自主学习之门，创造了大量的学习机会，从根本上变革了传统的教学模式，因此，创客运动大环境下积极创新并应用符合创客教育特点的教学理论成为教育工作者的首要任务，Seymour Papert的建造主义学习理论也因此成为创客教学的必然选择。（Jonan Donaldson，2014）

建造主义学习理论认为传统的、日复一日的、毫无新意的教学模式越来越令人无法忍受，也就是说，学生被当作斯金纳箱子中的小白鸽通过操作性条件反射进行学习，在这一学习模式下，死记硬背成为测评学习结果的主要手段。具体而言，建造主义理论吸收、融合了皮亚杰的建构主义学习观，即学习者自身是知识的建构者，Papert和Harel （1991） 进一步解释道：“建造主义学习理论也认为无论在任何环境下学习都是‘知识结构的建构过程，这点和建构主义学习理论一致，但不同点在于建造主义学习理论还同时认为学习者是在特定的环境下通过积极参与建造物品的过程进行学习，这一物品建造过程可以是在沙滩上垒城堡、在家制作糕点、搭积木、编程、做诗或构思高深的宇宙理论。”近年来，这一理论极大地推动了基于项目的学习研究和应用电脑进行学习的研究。不过，对于电脑在教学中的作用和角色，历来有两种说法，一种是“催化剂”说，另一种是“媒介”说，然而，按照西蒙·派珀特的观点，电脑与其说是一种到达学习最终目标的“催化剂”，不如说是一种“媒介”，是学习者用来完成学习任务或项目的必备原材料，也是学习者用来制造物品、生成思想的原材料，这一观点契合创客运动环境下电脑作为“媒介”或工具的角色和地位。综合上述分析，可用图2简单表示创客教学法的理论基础。

在上文论述的基础上，笔者尝试从概念上对创客教学法进行界定，即创客教学法是指在创客空间里通过实践教学、项目教学并在同伴互助的基础上进行的社会化学习，这一教学法鼓励学生通过创客项目把创意制造成实际物品，并在此过程中掌握知识、拓展能力。具体地说，创客教学法倡导以兴趣为导向的学习模式，学习者可以按照共同的兴趣爱好结成学习小组，解决感兴趣的问题、任务或挑战。这一学习模式能够充分调动学习者的积极性和首创精神，并在解决问题的过程中体验快乐、培养合作意识和行为，促进学习者之间的信息交流、知识构建和技能掌握。其次，创客教学法强调学习的经验性和创造性，学习者在问题解决或任务完成过程中相互激励、激发彼此的创意，促进集体知识的发展。第三，创客教学法强调实践学习，鼓励学生进行既有普遍价值又有意义和趣味的项目学习（project-based learning），从而使学生的创造、设计和制造能力在学习过程中得以培养和挖掘。

从学生的角度，具体而言，创客教学法的好处可以体现在如下方面：第一，创客教学法支持以学生为中心合作学习和迭代设计，有助于增强他们应对学习、生活和未来职业发展中的压力和挑战。第二，创客教学法有助于培养学生批判性思维、问题解决和决策制定能力。在把创意制作成物品的过程中，由于在书本中找不到现成答案，学生的问题解决和批判性思维能力得到锻炼和发展，并促进了教师和学生之间的互助互学。此外，以学生为中心的创客教学使课堂充满活力和乐趣，也使学生成为变革传统教学模式的推动者而不再是传统教学模式的变革对象。第三，创客教学法有助于学生掌握复杂的技术知识和应用。学生在教室环境下把创意制作成物品使学生有机会应用各种先进的技术工具，了解并掌握全球技术变革的尖端信息和知识。

对教师和教学管理人员而言，创客教学法的好处有：首先，创客运动热潮和创客精神激励下的教学环境使教师的职业发展充满挑战，同时也带来了新的学习和发展机会。其次，通过深入了解创客运动，教师能够掌握更多的技术工具和技能，从而更有效地教导学生克服数字学习环境下的困难和挑战。在很大程度上，从教学的角度而言，创客运动所带来的显著成就和变化是基于项目学习模式的复兴，尤其是对科学、技术、工程和数学等科目。最后，创客运动使教学管理人员认识到大学要想保持或成为数字时代的领导者必需营造支持创客学习的校园环境和氛围，把创客大会引入到校园文化和生活中，重新设计基于创客空间或微观装配实验室的学习空间，强化教师和学生迎接挑战、追求卓越的创客精神。

三、结束语

创客运动的持续发展带来了新的教学理念和实践，社会、学校和家庭第一次认识到创客精神在教育中的价值和意义，纷纷跳出传统的思维定势，鼓励学生从制作中学习，把思想和创意转化为具体的实物，用亲手实践的发明创造解决现实问题。教学的重点也转向提供并创造真实的跨学科体验，而不再是关上门进行某一知识点的讲解。换言之，创客运动影响的不仅仅是教学方式的变革，还有教学内容的改变。因此，全社会，尤其是学校和教师在完善教育过程的同时，也需要对教育内容进行改进，以适应并最终引领创客运动在教育领域的发展、演化。同时，必须认识到，培养创客本质上并不需要技术创新或者酷炫的技术工具，不管学校是否有创客空间和工具等创客资源，每一个教师都有责任和使命引导、培养并发展学生的创客思维和对创客文化、创客活动的兴趣与热情。此外，进行创客教学时还应遵循下述原则：首先，道德黑客原则，即为创造知识解构或重构现有技术，而不是为私利剽窃、抄袭、盗用现有技术和思想；其次，设计原则，即为解决问题选择并试验多种想法和工具，而不是因循守旧、固执己见；第三，创造原则，即通过创客教学过程实现有效学习、知识掌握和创造。

然而，尽管当前发展并应用创客教学法的环境和条件已经成熟，必要的创客活动工具——从开源代码到3D打印机——都已唾手可得，整个社会和公众对创客文化的支持程度也日益增强，但是，全面接受并在现有正式教育体系中融入创客文化还有待时日，需要人们转变观念，此外，创客教学法的成熟也无法一蹴而就，有待持续探索和试验。

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（編辑：王天鹏）