設計型學習：學校創(chuàng)客教育實踐模式新探*

黃利華，包 雪，王佑鎂，李 偉

(1.江西省電化教育館 研究部，江西 南昌 330046 ；2.溫州大學 教育信息化研究所，浙江 溫州 325035 )

設計型學習：學校創(chuàng)客教育實踐模式新探*

黃利華1，包 雪2，王佑鎂2，李 偉2

(1.江西省電化教育館 研究部，江西 南昌 330046 ；2.溫州大學 教育信息化研究所，浙江 溫州 325035 )

由于忽視學科整合設計和實踐模式創(chuàng)新，學校創(chuàng)客教育日益顯現(xiàn)出泡沫化與空心化傾向。設計型學習以“設計”作為學習中介，學習者基于復雜的真實性問題，通過“設計”過程創(chuàng)造學習制品以達成明確的學習目標，對于創(chuàng)客教育具有獨特的創(chuàng)新性和適切性。該文通過整合雙循環(huán)探究模型，建構了創(chuàng)客教育的設計型學習流程，凸顯了學習與設計的迭代循環(huán)，突出了創(chuàng)客教育的“復雜性”和“探究性”，并結合國內外案例分析，進一步闡述了學科創(chuàng)客教育中設計型學習的實現(xiàn)路徑，以推動創(chuàng)客教育與日常學科教學深度融合，為學校創(chuàng)客教育實踐提供了一種具體操作模型。

設計型學習；創(chuàng)客教育；雙循環(huán)探究模型

創(chuàng)客，簡單來說就是把自己想到的東西想辦法去制造出來的人。作為西方DIY文化的體現(xiàn)，創(chuàng)客隨著制造新技術和網(wǎng)絡新經濟的顯現(xiàn)而“迅速走紅”，世界各地創(chuàng)客空間也隨之蓬勃發(fā)展。教育領域也不例外，“創(chuàng)客空間”甚至作為一種“預測性”新技術連續(xù)兩年被國際知名的《地平線報告》列入其中，并預言“創(chuàng)客空間”將成為促進教育學習變革的數(shù)字策略之一。而這僅僅是創(chuàng)客興起與流行的一個方面。隨著“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”國家戰(zhàn)略的推進，創(chuàng)客已經從舊車間、地下室、咖啡室、老廠房、簡易教室、實驗室等走出來，步入政府、行業(yè)、社會、學校的視野，仿佛一夜之間，人人都是創(chuàng)客、處處皆為創(chuàng)客空間！STEM教育、機器人教學、綜合實踐活動課迅速被所謂創(chuàng)客教育所替代，創(chuàng)客與創(chuàng)客教育儼然成為最時髦的標簽！教學模式創(chuàng)新成為學校開展創(chuàng)客教育亟需解決的關鍵問題。

一、創(chuàng)客教育亟需實踐模式創(chuàng)新

真正意義上的創(chuàng)客源于西方“黑客”，代表的是一種源于草根、精于制造的DIY文化潮流，在美國，創(chuàng)客是社會發(fā)展的必然產物，有根深蒂固的教育文化環(huán)境，有非常完善的教育技術配套條件。而在中國，創(chuàng)客到目前為止仍然只是少數(shù)技術愛好者的代名詞，眾多的創(chuàng)客其實是“偽創(chuàng)客”；創(chuàng)客教育甚至是機器人教育、信息技術教育或者STEM教育的“翻新”，源于些許民間智慧、文化差異、教育反思與創(chuàng)新期待，國內創(chuàng)客是由民間創(chuàng)建、草根發(fā)起、國外引領、政府定位、平臺轉變、行業(yè)助推而形成，隨后在社會服務平臺、圖書館、產業(yè)園區(qū)、教育等領域得到迅速推廣，逐步形成燎原之勢。由于缺乏教育文化積累和教育環(huán)境支撐，事實上，看似繁榮的創(chuàng)客教育，其實空心化嚴重，比如盲目讓學生去學習開源電路板、大量采購3D打印、機器人等進課堂等，甚至3D打印一度成為創(chuàng)客教育的代名詞。余勝泉教授認為，當前創(chuàng)客教育發(fā)展出現(xiàn)了“大躍進”“泡沫化”苗頭，表現(xiàn)為“不遵循教育規(guī)律，缺乏科學的教育設計，過分關注技術的炫酷等，缺乏基礎性學科知識融合注入，使得創(chuàng)客教育變成學校秀場等”[1]。

從字面意義來看，創(chuàng)客(Maker)強調的是一種“動手、分享、問題解決”的行為和精神，映射到教育領域，創(chuàng)客教育是以推動創(chuàng)客精神為核心任務，以創(chuàng)客空間為主要場所，以現(xiàn)代信息技術為主要工具，融合STEAM等多學科、跨學科知識，通過創(chuàng)客項目的創(chuàng)意、設計和實施的完整過程，實現(xiàn)培養(yǎng)學生想象力、創(chuàng)造力和動手解決問題能力的教學活動?？梢钥闯?，相對于傳統(tǒng)課堂學習，創(chuàng)客教育實際上是借助現(xiàn)代信息技術和個人化制造工具、開源軟硬件，實現(xiàn)了由通常的“知、行”統(tǒng)一甚至于是單純的“知”進化為“知、行、創(chuàng)”的統(tǒng)一[2]。

因此，從這個意義上看，創(chuàng)客教育并非傳統(tǒng)的“第二課堂”，也非“綜合實踐活動”課程，并非一門“學科化”的課程，而是一種新的教育理念和模式，這種教育新理念需要融合于學校教育系統(tǒng)和課程要素。學校開展創(chuàng)客教育，避免泡沫化和空心化，需要進行學科整合教學模式創(chuàng)新。對于學校創(chuàng)客教育而言，無論是“創(chuàng)客的教育”(Maker Education)，還是“創(chuàng)客式的教育”(Maker Based Education)，核心在于強調“動手、分享、創(chuàng)造”的創(chuàng)客文化理念，并應用創(chuàng)客的理念與方式去融入并改造學科教育教學[3]。而日益興起的設計型學習(Learning by Design)，為創(chuàng)客教育融入日常學校教育提供了可操作的參考模型。

二、設計型學習與創(chuàng)客教育

(一)設計與設計型學習

設計型學習的核心在于“設計”，國際著名人工智能專家西蒙提出，設計是一種以將現(xiàn)存情形改變成想望情形為目標而構想行動方案的過程[4]，設計過程本身就是一種創(chuàng)造性的問題解決活動，設計型學習中以“設計”作為探究學習的中介，學習者基于復雜的真實性問題，通過“設計”過程創(chuàng)造學習制品以解決明確的學習需求?；谠O計過程的循環(huán)探究特質，設計型學習可以視為探究性學習的一種類型。研究者[5]歸納了設計型學習的一般過程：“挑戰(zhàn)性任務——教師給學生提出挑戰(zhàn)任務發(fā)散學生思維；整合型思維——學習者將各科知識進行整合，回憶利用已學的知識，設計能反映主題的制品；迭代性設計——再通過新學的知識，重新加以修改和設計”?？梢钥闯?，創(chuàng)客教育和設計型學習在探究過程上有共同的取向——是一個制品設計與迭代的過程。對于創(chuàng)客教育而言，好的創(chuàng)客項目必須滿足當前的實際需求，在解決問題的過程中運用設計思想，學生獲得能夠用在各個研究領域以及日常生活中的知識和社會技能，極大提高了學科學習的興趣和積極性[6]。

(二)設計型學習的特質

與研究性學習等教育模式不一樣，設計型學習作為一種具體的探究性學習樣式(Pattern)，可以作為創(chuàng)客教育融入日常學科教育教學的一種具體實現(xiàn)方式。設計型學習本質上批判性地繼承和集成了研究性學習和項目式學習的優(yōu)點，更加突出了創(chuàng)客教育實踐的“工程性”和“創(chuàng)新性”、強化了創(chuàng)客能力訓練的“復雜性”和“劣構性”、落實了創(chuàng)客學習過程的“探究性”和“體驗性”。

在設計型學習過程中，通過基于真實的制品的設計、過程、模型、系統(tǒng)、結構的創(chuàng)制等，創(chuàng)客教育的“工程性”表現(xiàn)在：“教師給學生提出挑戰(zhàn)任務發(fā)散學生思維，將工程制造知識進行整合，設計能反映主題的項目，再通過新學的知識，重新加以修改和設計”。創(chuàng)客教育的“創(chuàng)新性”表現(xiàn)在：“學生能夠獲得能夠用在各個研究領域以及日常生活中的知識和技能，包括：批判性地思考問題；獨立查找相關信息；創(chuàng)造性地把信息應用到具體需求中；測驗想法的有效性；從錯誤中學習并拿出新的解決辦法；與他人合作并且民主決策”。創(chuàng)客技能訓練的“復雜性”表現(xiàn)在：設計型學習過程初始一般設計一些“框架”，如挑戰(zhàn)任務、概念、標準等，但這些只是一些準則并沒有束縛學生思維，反而可以使學生以此為中心發(fā)散思維；強化了創(chuàng)客技能訓練的“劣構性”；從現(xiàn)代教學論的觀點來看，設計型學習過程就是發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的過程，注重問題意識的形成與培養(yǎng)，注重激發(fā)學生活躍的思想、求異思維和創(chuàng)造思維，以及學生敢于探索，勇于創(chuàng)造和追求真理的科學精神；突出了創(chuàng)客教育的“探究性”；學習者在創(chuàng)客實踐活動或具體案例的分析中通過學習者親身參與和互動，對情感、行為、事物和策略的內省體察，從而掌握技能、策略，形成能力和某些行為習慣，繼而建立某些情感、 態(tài)度、觀念的過程，“體驗性”蘊涵于創(chuàng)客教育過程之中。

三、基于設計型學習的創(chuàng)客教育操作流程

(一)設計型學習與創(chuàng)客教育的整合

如此看來，借由創(chuàng)客空間發(fā)生的設計型學習，創(chuàng)客教育能夠成為切入日常學校教育、推動教育改革創(chuàng)新的一種有效模式。納基(Moholy Nagy)指出，“設計”綜合了各種因素，學生在課堂中整合多門學科的知識去“設計”課程作品，所以它在教育中應用也就具有了整合多學科的特點[7]。祝智庭教授把創(chuàng)客教育視為是一種“Learning by Doing”的升級版，是對已有實踐導向、創(chuàng)新導向的各類教育樣式的繼承與發(fā)展[8]，其理論基礎是建立在多種成熟的教育理念之上，例如體驗教育、項目教學法、創(chuàng)新教育、DIY(Do It Yourself)理念[9]，上述分析可以看出，創(chuàng)客教育與設計型學習在理念基礎、目標訴求和迭代過程上均具有高度的協(xié)同性。

作為一種探究性教學，創(chuàng)客教育中引入設計型學習(Design-based Learning)，凸顯創(chuàng)客項目的“設計”和“問題解決”屬性，強調學生參與到真實的設計中，有意義地學習學科知識和設計技能[10]，這一整合設計與學習的新范式強調了學習過程與知識創(chuàng)新的有機結合，突出了創(chuàng)客教育中的“復雜性”和“創(chuàng)新性”。學校創(chuàng)客教育通過融合設計型學習，極大提升了學生的STEM技能，而且采用設計型學習方式“同時發(fā)展學生的更多核心素養(yǎng)和關鍵能力，如學習能力、信息能力、合作能力、創(chuàng)新能力等，這也是當前國際上教育教學追求的共同目標”。

(二)創(chuàng)客教育的設計型學習流程

從學校教學實踐來看，大部分探究性教學都采用“劇本式探究”(Scripted-inquiry)方式，而不是真實的探究，直接影響了教學實效性[11]。受此影響，當前不少學校的創(chuàng)客教育仍采用這種“劇本性探究”，這會造成知識的復雜性和過程的體驗感的缺失，無法實現(xiàn)教學過程與創(chuàng)新學習的有機結合。學者和學界也意識到“劇本式探究”在學生教學中的局限性，提出了雙循環(huán)探究模型[12]，如圖1所示。

圖1 設計型學習的雙循環(huán)探究模型

依據(jù)設計的復雜性和探究性，克洛德納(Kolodner)的雙循環(huán)探究模型構建了兩個循環(huán)——調查研究和由理解挑戰(zhàn)、需求新知、規(guī)劃設計、展示成果、評估分析構成的設計循環(huán)，該模型借鑒設計的特質，使學習處在一個不斷的設計——再設計的循環(huán)中，突出了設計型學習的迭代循環(huán)和探究屬性[13]。

從圖1可以看出，設計型學習活動始于左邊的設計/再設計循環(huán)頂部的理解挑戰(zhàn)，包括兩個基本的循環(huán)環(huán)節(jié)：一是設計/再設計循環(huán)，該循環(huán)涉及成功完成設計挑戰(zhàn)任務的活動；二是調查/探索循環(huán)，由于挑戰(zhàn)任務的成功完成離不開探究活動，當學生參與設計挑戰(zhàn)而需要了解某個新事物時，受到激勵去調查，該循環(huán)就自然參與進來。圖1中的“需要做”和“需要知道”實質上是學習者感知特定情境中的問題，也是學習者必須應對的“挑戰(zhàn)”；“如何做”“如何知道”，這就需要學習者進入下一步的設計行動中。可以看出，在結構不良的問題解決過程中，學習會反復地在這兩者之間展開設計行動。

基于此，在創(chuàng)客教育中，教師通過整合復雜設計過程的項目來為學生創(chuàng)設挑戰(zhàn)性任務，通過循環(huán)迭代的探究過程，“驅動學生去創(chuàng)造能夠反映主題、概念和標準的有形學習制品，從而在一個互動的環(huán)境中學習工程知識和技能，在問題解決中促進信息的回憶和再利用，在制品制作中學習創(chuàng)造邏輯聯(lián)系”；在展示和分享作品過程中，進行類比和反思，并在最高水平上進行批判性思考。為使設計型學習的過程更清晰，借鑒克洛德納(Kolodner)的雙循環(huán)探究模型構建了如圖2所示的流程圖。

圖2 創(chuàng)客教育的設計型學習流程

在這樣的學習中，學生的挑戰(zhàn)性任務往往是從一個實際的需求或者問題出發(fā)，先建立起問題/需求解決的標準，再針對面臨的挑戰(zhàn)進行一系列調查探究活動獲得他們需要知道的知識和技術，進而設計出初步方案/作品，然后通過互動討論，評估其可行性和趣味性，找出潛在的約束條件、發(fā)現(xiàn)新的問題……如此形成循環(huán)，不斷迭代不斷完善。每個循環(huán)都整合了多學科知識、設計制造、合作交流，也都涉及各種實踐操作、反饋與分享、反思與展示，這將逐步提高學習者對學科知識概念的理解和實踐技能的掌握。正因為如此，上海創(chuàng)客空間負責人李大維把創(chuàng)客教育歸結為一種探究性學習文化和問題解決過程[14]。

四、案例分析

上述分析表明，通過整合設計型學習，提倡學習與設計的循環(huán)迭代，創(chuàng)客教育為學生在復雜環(huán)境中的學習提供了更有效的方法，通過利用實物操作和技術設計，鍛煉了學生的設計思維和創(chuàng)造能力，使學生體驗概念建構過程，培養(yǎng)了學習者的創(chuàng)新能力和合作能力，這與當代創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的目標訴求完全一致。下面以兩個課程案例為例進行闡釋。

(一)案例1：“睡眠監(jiān)測儀”項目

“睡眠監(jiān)測儀”項目是謝作如老師在浙江省溫州中學主持的創(chuàng)客學習活動[15]。項目活動來源于實際的問題：智能手環(huán)監(jiān)測睡眠不準確，比如將手環(huán)靜置于枕頭旁邊時，手環(huán)監(jiān)測結果是睡眠質量很好，這與現(xiàn)實不符。于是，活動內容是從教師的智能手環(huán)出發(fā)，學生與教師共同去設計與開發(fā)一款更加精準的專門化的睡眠監(jiān)測儀，活動具體內容如圖3所示。

圖3 “睡眠監(jiān)測儀”活動過程

在“睡眠監(jiān)測儀”項目中，學生從理解挑戰(zhàn)開始，對智能手環(huán)的監(jiān)測功能原理及算法進行探究，并進行第一次設計和嘗試，完成電子原型設計和算法編輯。然后，學生對他們的成果進行展示和評價，并分析其不足之處及接下來要解決的問題。至此，學生經歷了第一次的探究循環(huán)和設計循環(huán)。針對上一步發(fā)現(xiàn)的問題，學生需要進行再一次的探究活動，并根據(jù)探究的結果進行第二次設計，完成3D打印外殼，并使用SD卡記錄數(shù)據(jù)。接下來，對當前設計評價并提出新的要求，這是第二次雙循環(huán)。最后，根據(jù)評價結果確立的標準的挑戰(zhàn)任務進行第三次探究并完善作品，這是第三次雙循環(huán)。所以，在“棉花糖挑戰(zhàn)”中，設計/再設計與調查/探究的雙循環(huán)進行了三次。后續(xù)若有其他的想法需要更改設計則還需進行更多次的探究和再設計，因此，可能進行的雙循環(huán)次數(shù)也更多。

(二)案例2：“可持續(xù)發(fā)展”課程項目

“可持續(xù)發(fā)展”課程是美國亞特蘭大市城市高中的一個項目，由美國學者克羅德娜主持設計并實施[16]，要求學生運用可持續(xù)發(fā)展的概念及世界其他地方的成功經驗來完成亞特蘭大可持續(xù)發(fā)展的項目——“一貫作業(yè)項目”，內容是遵循城市規(guī)劃原則，借助案例為亞特蘭大流域管理部門設計一份解決潛在問題的方案。課程的具體過程如圖4所示。

圖4 “可持續(xù)發(fā)展”項目活動過程

在“可持續(xù)發(fā)展”課程項目中經歷了四次雙循環(huán)。學生同樣是從理解挑戰(zhàn)開始，了解可持續(xù)發(fā)展的概念、學生所處社區(qū)的環(huán)境問題及利益相關者的角色，然后開始探究什么是城市規(guī)劃并設計出初始方案并評估，這是第一次雙循環(huán)；接下來根據(jù)評估發(fā)現(xiàn)的問題或限制條件對方案進行探究——設計的迭代循環(huán)，直到做出自己較滿意的設計，這次又經歷了兩次雙循環(huán)；再接著學習其他案例的成功經驗來對自己的方案進行再調整。最后，問題落到學生為社區(qū)做貢獻上面，學生需要評估自己所在的社區(qū)并為社區(qū)設計、創(chuàng)建公園，在這個實際問題的解決中又經歷了一次甚至更多次探究——設計的雙循環(huán)過程。

五、結語

本文基于目前愈演愈烈的創(chuàng)客教育現(xiàn)狀，提出整合設計型學習的雙循環(huán)探究模型，建構學校創(chuàng)客教育實踐模式，推動創(chuàng)客教育有效融合日常學科教育教學，通過國內外的兩個案例分析，剖析了創(chuàng)客教育融合多輪次循環(huán)的設計型學習，促使學生從實際問題出發(fā)解決問題，再針對新生成的問題探究新的解決方案，最終形成較為完善的作品/方案，發(fā)展了學生的創(chuàng)新性和問題解決能力。這表明，設計型學習是適應學生創(chuàng)新能力和問題解決能力的一種新模式，與創(chuàng)客教育的宗旨與訴求完全一致。

[1]余勝泉.警惕創(chuàng)客教育泡沫化[DB/OL]. http://www.edu777.com/redian/2015/1008/13369.html,2016-07-10.

[2]陳琳.智慧教育創(chuàng)新實踐的價值研究[J].中國電化教育,2015,(4):15-19.

[3]楊現(xiàn)民,李冀紅.創(chuàng)客教育的價值潛能及其爭議[J].現(xiàn)代遠程教育研究,2015,(2):23-34.

[4]Simon, H.A.The sciences of the artificial. Cambridge[M].MA: MIT Press,1999.16.

[5]王佑鎂,李璐.設計型學習——一種正在興起的學習范式[J].中國電化教育,2009,(10):12-16.

[6][10]Yaron Doppelt, Matthew M. Mehalik, Christian D. Schunn, Eli Silk, Denis Krysinski. Engagement and Achievements: A Case Study of Design-Based Learning in a Science Context[J]. Journal of Technology Education,2008,19(2):30-39.

[7]同濟大學建筑設計基礎教研室.建筑形態(tài)設計基礎[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1981.63.

[8]祝智庭,孫妍研.創(chuàng)客教育:信息技術使能的創(chuàng)新教育實踐場[J].中國電化教育,2015,(1):14-21.

[9]祝智庭,雒亮.從創(chuàng)客運動到創(chuàng)客教育:培植眾創(chuàng)文化[J].電化教育研究,2015,(7):5-13.

[11]Kolodner, J. L., Crismond, D., Gray, J., Holbrook, J., & Puntambekar,S.. Learning by Design from theory to practice[A]. A. S. Bruckman, M.Guzdial, J. L. Kolodner, & A. Ram. Proceedings of the International Conference of the Learning Sciences[C].Charlottesville, VA:AACE,1998.223-229.

[12][13]Kolodner, J.L.. Facilitating the Learning of Design Practices:Lessons Learned from an Inquiry into Science Education[J]. Journal of Industrial Teacher Education, 2002,39: 9-40.

[14]李大維.創(chuàng)客教育,讓青少年觸摸真實的世界[EB/OL]. http://blog.sina.com.cn/s/blog_6611ddcf0102vfp5.html,2016-08-12.

[15]謝作如,楊潔. 創(chuàng)客空間中的設計型學習——以“睡眠監(jiān)測儀”項目為例[J].教育與裝備研究,2016,(6):29-33.

[16]曹東云,謝利民.一種設計型學習的教學設計框架[J].外國中小學教育,2012,(12):56-60.

Learning by Design: A New Study on Maker Education Practice Model in Schools

Huang Lihua1, Bao Xue2, Wang Youmei2，Li Wei2
(1.Department of ETD & R, Jiangxi Province Centre of Audio-Visual Education, Nanchang Jiangxi 330046; 2.Institute of e-Learning, Wenzhou University, Wenzhou Zhejiang 325000)

Maker Education has increasingly shown the tendency of foam and hollow because of neglect of practice model innovation and integration discipline design. Based on complex questions of authenticity, design based learning make “design” as a learning intermediary. In this learning model, the learner can create learning products to achieve speci fi c learning goals through the process of “design”，which creates a unique innovation and relevance on maker education in schools. By integrating the model of double cycle inquiry in design based learning, this study built the process of design based learning in maker education, which highlights the iterative loop of learning and design, as same as the “complexity” and “inquiry” of maker project; At the same time this paper expounds the paths of design based learning in maker education by cases analysis. This study can promote the depth fusion of maker education and daily discipline teaching, and provides a speci fi c operation model for school maker education.

Design-based Learning; Maker Education; Double Cycle Inquiry Model

G434

A

黃利華：中學高級，研究方向為信息技術教育應用(361136160@qq.com)。

包雪：在讀碩士，研究方向為信息技術教育(528680302@qq.com)。

王佑鎂：教授，博士，碩士生導師，研究方向為數(shù)字化學習、數(shù)字化閱讀(wangyoumei@126.com)。

2016年8月12日

責任編輯：宋靈青

1006—9860(2016)11—0018—05

* 本文系浙江省高等教育課堂教學改革研究項目“基于支架理論的IEPR循環(huán)型課堂教學模式創(chuàng)新與實踐”(項目編號：kg2013376)研究成果。