創(chuàng)客式學(xué)習(xí)研究與教學(xué)應(yīng)用

李 君 王 衡 肖 平

(1.西南交通大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；2.西南交通大學(xué) 工程訓(xùn)練中心；3.西南交通大學(xué) 人文學(xué)院，四川 成都 610097)

0 引言

創(chuàng)客空間日益受到重視[1]，美國、歐盟、中國都推出了發(fā)展創(chuàng)客空間和創(chuàng)客教育的公共政策。國內(nèi)外的教師和學(xué)者普遍對(duì)創(chuàng)客教育表現(xiàn)出積極的態(tài)度，認(rèn)為是一種有效的教育方式，取得了良好效果[2]。2009 年11月美國總統(tǒng)奧巴馬在“教育創(chuàng)新(Educate to Innovate)”大會(huì)上發(fā)言，呼吁“每個(gè)學(xué)生都應(yīng)成為創(chuàng)造者，而不僅僅是消費(fèi)者”。隨后，美國白宮立即啟動(dòng)了“創(chuàng)客教育計(jì)劃”(Maker Education Initiative，MEI)，并讓《Maker》雜志的創(chuàng)始人Dale Dougherty領(lǐng)銜負(fù)責(zé)實(shí)施[3]。該計(jì)劃旨在通過推動(dòng)創(chuàng)客空間建設(shè)以及發(fā)展各種創(chuàng)客項(xiàng)目激發(fā)青少年的興趣、信心和創(chuàng)造力，讓每個(gè)青少年都成為創(chuàng)客[4]。2015年初，李克強(qiáng)參觀了深圳柴火創(chuàng)客空間，隨后總理在《政府工作報(bào)告中》開始提出大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新，鼓勵(lì)建立創(chuàng)客空間，開展創(chuàng)客教育[5]。在公共政策的倡導(dǎo)下，各地紛紛響應(yīng)，創(chuàng)客空間如雨后春筍，遍地開花。2016年，教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的通知(教技〔2016〕2號(hào))[6]。2017年，教育部關(guān)于印發(fā)《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》的通知(教材〔2017〕4號(hào))，分別明確提出在大學(xué)和中小學(xué)開展創(chuàng)客教育的指導(dǎo)規(guī)劃[7]。

在此背景下，創(chuàng)客教育迅速成為一種熱門的教學(xué)模式[8]。尤其在中小學(xué)，創(chuàng)客課程和創(chuàng)客空間已經(jīng)成為教學(xué)改革的常見方向。在社會(huì)上，也出現(xiàn)了大量創(chuàng)客教育服務(wù)提供商?？焖侔l(fā)展的創(chuàng)客教育催生了對(duì)創(chuàng)客式學(xué)習(xí)的研究。創(chuàng)客的學(xué)習(xí)方式是怎樣的？這種學(xué)習(xí)模式如何運(yùn)用到教學(xué)中？創(chuàng)客教育的發(fā)展需圍繞這些問題開展研究。

2013年12月，西南交通大學(xué)成立了交大創(chuàng)客空間。本文的作者均為該空間的指導(dǎo)教師，結(jié)合實(shí)踐對(duì)創(chuàng)客學(xué)習(xí)方式進(jìn)行總結(jié)研究。

1 創(chuàng)客行為分析

1.1 創(chuàng)客

創(chuàng)客的英文Maker很好地解釋了創(chuàng)客的基本行為是做東西(making)。而做東西的目的，既可以為愛好而作，為學(xué)習(xí)而做，為創(chuàng)業(yè)而做，也可以為創(chuàng)新而做[9]。不管目的如何，這個(gè)做(making)，一定產(chǎn)出了某個(gè)東西(thing)，這個(gè)東西往往是實(shí)物的。創(chuàng)客式學(xué)習(xí)式蘊(yùn)藏在創(chuàng)客的行為過程中。創(chuàng)客“造”(making)的過程，可以分為三個(gè)階段：創(chuàng)意階段、造物階段、迭代階段。

1.1.1 創(chuàng)意階段

創(chuàng)客們首先出現(xiàn)了某種創(chuàng)意。這種創(chuàng)意通常來自生活。這里所說的生活包括工作、學(xué)習(xí)、旅行、家居等日常工作和生活。對(duì)于學(xué)校的創(chuàng)客主體——學(xué)生而言，課堂學(xué)習(xí)、交流、閱讀、觀察、參與活動(dòng)、制作都是他們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?。他們?cè)谶@些生活的過程中，產(chǎn)生了某種認(rèn)知擴(kuò)展，進(jìn)而經(jīng)過對(duì)生活的思索，產(chǎn)生了創(chuàng)意。在被問到創(chuàng)意來源時(shí)，他們通?？梢灾v一個(gè)故事，來描述這一過程。

1.1.2 造物階段

有了創(chuàng)意后，一部分人會(huì)嘗試動(dòng)手實(shí)現(xiàn)，也即做出來(making some things)。創(chuàng)客的造物行為就在這個(gè)時(shí)候發(fā)生了。在動(dòng)手過程中，根據(jù)創(chuàng)意不同，要做的東西也不相同。創(chuàng)客在動(dòng)手的過程中，也是一個(gè)解決所遇到的困難的一個(gè)過程。因此學(xué)生在造物目的的驅(qū)動(dòng)下，通常自發(fā)查閱資料、與人交流、線上學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)等學(xué)習(xí)過程都可能發(fā)生。這就發(fā)生了學(xué)習(xí)行為，伴隨學(xué)習(xí)行為。創(chuàng)客的學(xué)習(xí)行為在動(dòng)手中得以驗(yàn)證，通過不斷的動(dòng)手迭代，最終解決問題后，很自然的會(huì)獲得一種自我滿足和成就感。這一過程如圖2所示。

圖2 創(chuàng)客在解決問題中學(xué)習(xí)

1.1.3 迭代階段

創(chuàng)客造東西過程的迭代至少出現(xiàn)在兩個(gè)地方。其一是有了創(chuàng)意后，嘗試解決問題，不斷對(duì)問題相關(guān)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并嘗試動(dòng)手解決，重復(fù)學(xué)習(xí)和動(dòng)手的過程，形成迭代。其二是當(dāng)創(chuàng)客制作出一個(gè)解決該問題的初步物品后，當(dāng)有新創(chuàng)意產(chǎn)生時(shí)，會(huì)對(duì)其進(jìn)行升級(jí)，從而開始產(chǎn)品升級(jí)的迭代過程。

1.2 創(chuàng)客學(xué)習(xí)

在創(chuàng)客的行為過程中，蘊(yùn)含著一系列的學(xué)習(xí)過程。這些學(xué)習(xí)過程即有傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，也包括一系列課外的自主學(xué)習(xí)過程。

課堂教學(xué)主要體現(xiàn)在創(chuàng)意階段，創(chuàng)客通過課堂學(xué)習(xí)，帶入了認(rèn)知的擴(kuò)展。對(duì)創(chuàng)意的產(chǎn)生有積極作用。

創(chuàng)客學(xué)習(xí)過程中，更多是自主的課外學(xué)習(xí)過程。在創(chuàng)意階段，包括閱讀，與人交流，觀察，參與某些項(xiàng)目，參加某些活動(dòng)的行為，客觀上產(chǎn)生了學(xué)習(xí)行為。在造東西階段，創(chuàng)客們的學(xué)習(xí)主要體現(xiàn)為做中學(xué)，在“做”和“學(xué)”的迭代中，通過不斷解決“做”所面對(duì)的實(shí)際問題，產(chǎn)生連續(xù)的“學(xué)”的過程。

2 創(chuàng)客式學(xué)習(xí)特點(diǎn)

通過對(duì)創(chuàng)客行為的觀察，我們發(fā)現(xiàn)創(chuàng)客式的學(xué)習(xí)的最集中特點(diǎn)就是這種學(xué)習(xí)是蘊(yùn)含在創(chuàng)客行為中的。學(xué)習(xí)不是創(chuàng)客行為的最主要目標(biāo)，在某種創(chuàng)意的驅(qū)動(dòng)下造東西是創(chuàng)客行為的目標(biāo)，但是在這種過程中，客觀的產(chǎn)生了學(xué)習(xí)的行為。這一學(xué)習(xí)行為有以下具體特點(diǎn)：

2.1 生活學(xué)習(xí)

創(chuàng)客的創(chuàng)意具有生活化的特點(diǎn)。他們往往運(yùn)用所掌握的知識(shí)和技能去解決生活中、工作中所面對(duì)的問題。很多創(chuàng)客也認(rèn)為造東西(making)的這一行為本就是生活的一部分，所以發(fā)生在造東西過程中的學(xué)習(xí)，充滿著生活學(xué)習(xí)的氣息。

創(chuàng)客式學(xué)習(xí)的這一特點(diǎn)與盧梭開創(chuàng)的梭羅學(xué)校的生活教育思想較為相似。在盧梭學(xué)校，梭羅采用一種與美麗的大自然完全融合在一起的教育方式，每周兩到三次帶學(xué)生到河上旅行，在戶外上課、野餐，讓學(xué)生受到以大自然為課堂，以萬物為教材的生活教育[10]。二者都將生活作為學(xué)習(xí)的最重要場域，學(xué)習(xí)都發(fā)生在生活中。不同的是時(shí)代，創(chuàng)客式學(xué)習(xí)產(chǎn)生和發(fā)展于信息技術(shù)大發(fā)展的時(shí)代，再以信息技術(shù)為代表的新技術(shù)支撐下，體現(xiàn)著新技術(shù)革命的精神。

創(chuàng)客式的學(xué)習(xí)與陶行知先生的“生活即教育”思想也較為接近。陶行知說[11]“生活教育教人發(fā)明生活工具，制造生活工具，運(yùn)用生活工具”。還說“教育有無創(chuàng)造力，也只需看他能否發(fā)明人生新工具或新人生工具”。在創(chuàng)客的眼中，發(fā)明、制造，這些都是做東西，都是生活中的創(chuàng)客行為。因此也可視為創(chuàng)客式學(xué)習(xí)是當(dāng)代的“生活即教育”。

2.2 問題導(dǎo)向

創(chuàng)客的學(xué)習(xí)發(fā)生在創(chuàng)客造東西(making)的過程中，這一過程的出發(fā)點(diǎn)往往是解決某個(gè)問題。因此創(chuàng)客式的學(xué)習(xí)，有明顯的問題導(dǎo)向特點(diǎn)。創(chuàng)客式的學(xué)習(xí)本質(zhì)上就是為了解決真實(shí)生活中的某個(gè)問題。這一特點(diǎn)符合問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)(Problem Based Learning，PBL)教學(xué)法，因此也常有人將創(chuàng)客式學(xué)習(xí)看作PBL教學(xué)法的一種[4，12]。但是問題導(dǎo)向并非創(chuàng)客式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵特點(diǎn)，因此創(chuàng)客式學(xué)習(xí)法與PBL教學(xué)法有一定的區(qū)別。

2.3 快速迭代

迭代(Iteration)是計(jì)算機(jī)編程中的一個(gè)概念，可以視為一個(gè)循環(huán)執(zhí)行某些動(dòng)作，達(dá)到某種目的的過程[13]。創(chuàng)客文化的發(fā)展過程受計(jì)算機(jī)文化的影響較大[9]，所以創(chuàng)客文化本身就有迭代的基因。

創(chuàng)客在解決問題時(shí)候，往往會(huì)從原型裝置開始，然后將這一裝置投入真實(shí)解決問題的應(yīng)用中。然后在應(yīng)用于實(shí)際的過程中，不斷的解決暴露出來的問題，從而實(shí)現(xiàn)作品從一個(gè)原始的原型裝置，到最終成為一個(gè)完整解決問題的完善產(chǎn)品。

創(chuàng)客們往往會(huì)發(fā)明一些工具來支持這一快速的迭代過程。比如RepRap開源3D打印機(jī)[14], Arduino開源控制器[15]等，使得人們可以在自己的辦公室甚至宿舍完成原型產(chǎn)品的構(gòu)建。這些工具的特點(diǎn)是開放源代碼，代碼、圖紙等文檔都可以在某種協(xié)議的限制下自由使用。

快速的迭代，尤其是迭代后期，往往需要較為完善和專業(yè)的工具，一些創(chuàng)客聚集起來，共享工具，促使了共享式創(chuàng)客空間的蓬勃發(fā)展[3，9]。

創(chuàng)客式學(xué)習(xí)的這種快速迭代特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的學(xué)校課程安排有較為明顯的對(duì)比。傳統(tǒng)的學(xué)校課程安排往往是理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)割裂，一般會(huì)安排一系列理論課程，然后在某個(gè)階段，比如一個(gè)學(xué)期結(jié)束后，開展實(shí)踐環(huán)節(jié)。這種學(xué)習(xí)過程的特點(diǎn)是迭代速度較慢(如圖3所示)。創(chuàng)客式學(xué)習(xí)的特點(diǎn)是在不斷進(jìn)階的生活問題中，快速的迭代，最終帶來問題的全面解決。在快速迭代的解決問題過程中，不斷學(xué)習(xí)，建構(gòu)知識(shí)。相對(duì)于傳統(tǒng)的慢迭代的過程，創(chuàng)客呈現(xiàn)出快速迭代的顯著特點(diǎn)(如圖4所示)。

圖3 慢迭代方式的教學(xué)設(shè)計(jì)

圖4 快迭代方式的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.4 跨學(xué)科

創(chuàng)客式的學(xué)習(xí)也是一種跨學(xué)科的學(xué)習(xí)。生活中真實(shí)的問題往往是跨學(xué)科的，需要使用跨學(xué)科的知識(shí)和能力來解決這些問題。創(chuàng)客式的學(xué)習(xí)是在解決真實(shí)問題的過程中發(fā)生的學(xué)習(xí)，這種學(xué)習(xí)天然的具備了跨學(xué)科的特點(diǎn)。

如圖5所示，以生活中的過河為例，過河這一問題，可是使用的方法有游泳、行船、搭橋、懸索、潛水等多種方法，其中搭橋一項(xiàng)，背后就涉及到力學(xué)、材料、地質(zhì)、土木、造型、項(xiàng)目管理等諸多學(xué)科。

圖5 生活中過河問題背后的跨學(xué)科

創(chuàng)客式學(xué)習(xí)所具備的跨學(xué)科也并非廣泛的學(xué)科整合。創(chuàng)客式的學(xué)習(xí)較集中使用的學(xué)科領(lǐng)域是數(shù)字制造、計(jì)算、編程技術(shù)，使用這些來構(gòu)建真實(shí)或者數(shù)字物品的同時(shí)帶動(dòng)了設(shè)計(jì)思維、計(jì)算思想、團(tuán)隊(duì)合作、創(chuàng)新等跨學(xué)科能力的培養(yǎng)[2]?；趧?chuàng)客式學(xué)習(xí)的跨學(xué)科教學(xué)可以歸為工程領(lǐng)域的跨學(xué)科教育[16]。

2.5 建構(gòu)主義

建構(gòu)主義認(rèn)為，知識(shí)不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境即社會(huì)文化背景下，借助其他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴的幫助)，利用必要的學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)的方式而獲得。由于學(xué)習(xí)是在一定情境即社會(huì)文化背景下，借助其他人的幫助即通過人際間的協(xié)作活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的意義建構(gòu)過程，因此建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為“情境”“協(xié)作”“會(huì)話”和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素[17]。20世紀(jì)末，隨著多媒體技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)在教育上的應(yīng)用，極大的提高了這四大要素的可行性，建構(gòu)主義開始表現(xiàn)出良好的學(xué)習(xí)效果[18-19]。

創(chuàng)客式學(xué)習(xí)也體現(xiàn)了建構(gòu)主義思想，即在創(chuàng)造過程中學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)知識(shí)，而非被動(dòng)接受 。創(chuàng)客式學(xué)習(xí)的建構(gòu)過程中，大量使用了當(dāng)代社會(huì)的新技術(shù)，例如計(jì)算、編程、3D打印等。大量的開源技術(shù)平臺(tái)和大規(guī)模的線上開源社區(qū)(例如GitHub、Thingiverse、Instructables等)，使得建構(gòu)主義在創(chuàng)客式的學(xué)習(xí)中得到了近乎完美的體現(xiàn)。

2.6 自我激勵(lì)

創(chuàng)客的行為(Making)更像是一種姿態(tài)(stance)，學(xué)習(xí)者對(duì)于學(xué)習(xí)的態(tài)度是，“我處于學(xué)習(xí)過程的中心，自我激勵(lì)”。創(chuàng)客式學(xué)習(xí)的過程中，實(shí)質(zhì)上是出于某種動(dòng)機(jī)去解決問題的過程。由于某種動(dòng)機(jī)的存在，創(chuàng)客式學(xué)習(xí)是自主的，主動(dòng)的，學(xué)習(xí)者自己是學(xué)習(xí)過程的導(dǎo)演。因此自我激勵(lì)也是創(chuàng)客式學(xué)習(xí)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。

3 教學(xué)應(yīng)用

2016年，依托西南交通大學(xué)創(chuàng)客空間，課題組組建了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，將創(chuàng)客式的學(xué)習(xí)模式，應(yīng)用到課堂教學(xué)中，開設(shè)了《從代碼到實(shí)物：造你所想》跨學(xué)科通識(shí)課[21]。

3.1 課程設(shè)計(jì)

在課程設(shè)計(jì)上，按照創(chuàng)客式學(xué)習(xí)的方式，首先將課程的目標(biāo)設(shè)定為一個(gè)創(chuàng)造的目標(biāo)：造一個(gè)解決某個(gè)實(shí)際問題的東西。然后按照這個(gè)目標(biāo)，設(shè)計(jì)內(nèi)容和迭代過程。

在內(nèi)容選擇上，參考了麻省理工學(xué)院原子與比特中心的《How to make (almost) anything》課程[23]。并將迭代分為三個(gè)階段：創(chuàng)客、具有設(shè)計(jì)思維的創(chuàng)客、創(chuàng)新者(見圖6)。在第一個(gè)階段，學(xué)生只需要學(xué)習(xí)幾項(xiàng)常用技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)完整項(xiàng)目(例如開源小火車、機(jī)器人小車等)。在第二個(gè)階段，學(xué)生需要組建團(tuán)隊(duì)，頭腦風(fēng)暴，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)解決實(shí)際問題的項(xiàng)目，并不斷優(yōu)化，最終在課程展覽中展覽。在第三個(gè)階段屬于拓展階段，學(xué)生可以在完成第二次迭代的任務(wù)后，繼續(xù)發(fā)展項(xiàng)目，并將項(xiàng)目應(yīng)用到真實(shí)環(huán)境中，或者推向市場。將創(chuàng)意，最終變成創(chuàng)新。如圖7所示的開源火車模擬器項(xiàng)目，學(xué)生最初在Level1的大作業(yè)開源小火車的項(xiàng)目中得到啟發(fā)，在Level2的項(xiàng)目中制作了開源的火車模擬器。此后基于興趣進(jìn)一步完善和迭代，在中美青年創(chuàng)客大賽中再一次迭代，然后參加Makerfaire Shenzhen活動(dòng)，根據(jù)實(shí)際展覽的需要進(jìn)行產(chǎn)品迭代，并向面向公眾開放體驗(yàn)，完成從Level2到Level3的轉(zhuǎn)變。

圖6 《從代碼到實(shí)物：造你所想》課程內(nèi)容和迭代設(shè)計(jì)

圖7 《從代碼到實(shí)物：造你所想》開源火車模擬器項(xiàng)目的迭代過程

3.2 配套環(huán)境

為支持創(chuàng)客式學(xué)習(xí)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)教學(xué)網(wǎng)站[24]，將課程有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)都放在該網(wǎng)頁上，學(xué)生可以在創(chuàng)客式的學(xué)習(xí)過程中，不斷的查閱。創(chuàng)客空間為該課程全面開放，提供了課程同學(xué)較為全面的常用造物所需機(jī)器設(shè)備的支持。

3.3 教學(xué)效果

學(xué)生在本課程中創(chuàng)造了一些有趣的作品，并普遍反映通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握了一種用技術(shù)來實(shí)際解決問題的能力。教學(xué)效果如學(xué)生所述：“我在每周一次的課程中一次次接觸那些技能：Fusion 360、數(shù)控雕刻、3D打印……從畫電路，到編程，再到外觀設(shè)計(jì)……我們對(duì)大千世界、學(xué)習(xí)成長、達(dá)到新的卓越境界和發(fā)現(xiàn)新事物都深深著迷。我們的熱情從學(xué)習(xí)或工作中的一個(gè)具體領(lǐng)域延伸到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域?！盵16]

課程深受學(xué)生歡迎，2018-2019第二學(xué)期的調(diào)查顯示，25名選課同學(xué)中，23名投了100分的權(quán)重分，2名投了99分的權(quán)重分。2018-2019年第2學(xué)期，課程被西南交通大學(xué)教學(xué)質(zhì)量保障工作委員會(huì)本科教學(xué)質(zhì)量保障分委會(huì)評(píng)為“特優(yōu)”[25]。

4 結(jié)語

創(chuàng)客式的教育模式已經(jīng)成為從小學(xué)到大學(xué)教育實(shí)踐的熱點(diǎn)之一。我們基于對(duì)創(chuàng)客空間學(xué)生行為的觀察進(jìn)行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)客式學(xué)習(xí)具有生活學(xué)習(xí)、問題導(dǎo)向、快速迭代、跨學(xué)科、建構(gòu)主義、自我激勵(lì)六個(gè)特點(diǎn)。其中生活學(xué)習(xí)和快速迭代是區(qū)別于其它的教學(xué)思想和模式較為獨(dú)特的兩點(diǎn)。

基于這一觀察結(jié)果，我們開展了教學(xué)實(shí)踐，以生活學(xué)習(xí)和快速迭代為主要思想，設(shè)計(jì)了《從代碼到實(shí)物：造你所想》的課程，并取得了積極效果。

在教學(xué)實(shí)踐中，我們也發(fā)現(xiàn)了應(yīng)用創(chuàng)客式學(xué)習(xí)模式到課堂教學(xué)中去，主要有三個(gè)方面的挑戰(zhàn)：師資方面，不同學(xué)科背景的老師的跨學(xué)科合作較難進(jìn)行。這需要課程團(tuán)隊(duì)有較為跨界的背景，并且需要一定時(shí)間的磨合；資金方面，支持創(chuàng)客式學(xué)習(xí)需要首先建立一個(gè)造物的環(huán)境，這需要經(jīng)費(fèi)支撐和場地支持；知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)方面，需要教師可以帶領(lǐng)學(xué)生或者支持學(xué)生在無限創(chuàng)意的生活中擴(kuò)展世界認(rèn)知，因此需要對(duì)具體行業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)和生活有深入的研究。