面向创客教育的学习环境构建研究

王 蔚

面向创客教育的学习环境构建研究

王 蔚

随着信息技术的发展，传统教育已经不能满足社会发展的需要和学生的学习需求，创客教育以提升学生解决问题能力、实践能力和创新能力为目标，引起了教育界的极大关注。创客教育是为解决中小学教育体制中创新能力培养不足而实施的一系列创新动手技能训练的综合课程，它需要实体、虚拟及虚实结合的学习环境，每种环境的建设具有不同的要求。

创客教育；学习环境；环境构建；虚实融合

随着信息技术的发展，传统教育已经不能满足社会发展的需要和学生的学习需求，创客教育由于注重学生解决问题能力、实践能力和创新能力的发展，引起教育界的极大关注。目前，我国部分地区已经积极投入到创客教育的实践中去，开发了优秀的创客教育课程，建设了设备齐全、氛围良好的创客空间。

一、创客教育与学习环境

1.创客教育

国内推行创客教育的典型有浙江温州中学和北京景山中学等。温州中学的创客教育始于2008年，其标志是学生自主成立了科技制作社，开设“机器人制作”“创意电子”等校本课程。[1]2013年，温州申报成为首批国家智慧城市试点，温州智慧教育城建设成为其中重要组成部分。在智慧教育的影响之下，温州创客教育的发展更加红火。北京景山中学的创客教育也是始于2008年，标志是吴俊杰老师指导几位学生参加科技创新大赛。[2]由此可见，国内创客教育大约于2008年起步，大都起源于科技比赛。

目前对创客教育的定义尚未达成一致，部分学者以及一线人员结合自己的理解阐述了创客教育的内涵。温州市实验中学在创客教育的探索行动中智慧地把“创客教育”理解为：“创客教育不是解决所有的教育问题的手段，而是在推进教育变革过程中，找到的一个新支点。”创客教育需要更深度地推进学习变革，支起学习变革。他们认为，创客教育秉承了“我愿意，我喜欢，我动手，我快乐”的理念，跨学科，智趣同行。[3]“创客教育指培养学生的创新、创业所需的知识、能力、视野等方面的教育行为，其主要表现在活动、课程和环境等方面，而创客活动和课程都需要创客空间来支撑。”[1]“创客教育，是指为解决中小学教育体制中创新能力培养的不足等问题而将创客理念引入中小学教育体系中，实施一系列关于创新动手技能训练的综合课程。”[4]浙江温州中学的谢作如老师认为，“创客教育的发展要得益于两个条件：首先是开源硬件、3D打印机以及易于学会的编程语言，让学生们动手创造更加简便。其次是在线教育的发展，让课堂不再是教师讲授知识的场所。”[5]

结合以上对创客教育的理解，我们可以看出，创客教育具有如下特征：

(1)创客教育将创客理念融于教育，侧重于学校教育，尤其是中小学教育。将创客理念引入教育界，是有别于社会中创客的概念的。社会中的创客主要是指对某一事物有自己的想法，并通过各种方法来将其实现的人，社会中的创客往往是指成年人或者非在校学生。创客教育力图给学生创造一个环境，这个环境往往依附于学校环境，在这个环境中，给予学生相关资源与条件，使得学生能够成长为创客。创客教育可以包括高校、中小学，目前也是这两类学校较多地实施了创客教育。虽然高校学生的理论基础更扎实，但中小学阶段的孩子对世界的好奇心更强，也更容易接受新事物，因此，对学生创新创造能力的培养还是得从中小学开始，这样才能够取得更大的成效。

(2)创客教育旨在推进学习变革，提高学生创新能力和动手能力。过去的教育大多是大班式、以教师为中心的应试教育，科学类或者信息技术类的课程得不到重视，即使开设了，也往往非常死板，不能激发学生的创造力，学生作品多局限在纯手工(或部分加机械)的物品上，几乎看不到电子类的作品，层次非常低。[6]但如今，在创客教育理念的影响下，创客类课程的开设从学生的需求和兴趣出发，教学过程以学生为中心，能够很好地调动学生的积极性。在教育中加入开源硬件、3D打印机以及易于学会的编程语言等元素，不但使得学生能够在做中学、在玩中学，而且教学效果也大大提升，学生的创新能力与动手能力得到了提高。

(3)创客教育以开发校本创客课程为先导。当前越来越多的学校开始进行创客课程的开发，有的学校的校本创客课程已经建设得比较成熟。例如，温州中学于2011年开始实施基于Arduino的机器人课程，随后，谢作如老师在此基础上主编了面向中小学的选修课程《Arduino创意机器人》[7]的电子教材，并设计了大量需要学生动手实践的任务或者实验。从这些校本课程的实施效果来看，由于校本课程的开发是从学校、学生的实际需求出发，教师对课程开发也有着丰富的积累，因此取得良好的课程效果。

2.学习环境

通过在Web of Science中检索“learning environment”关键词和在中国知网上检索 “学习环境”关键词得到的文献可知，国内外对学习环境的研究从20世纪90年代开始逐步兴起，21世纪以来进入研究热潮。教育界对学习环境的研究主要集中于传统学习环境、数字化学习环境、网络学习环境、移动学习环境、虚拟现实学习环境和智慧学习环境的理论探讨与实际建构等方面。总体而言，对学习环境的研究大都建立在信息技术的发展之上，随着信息技术的不断发展，学习环境的构建也在不断进步。

对于学习环境的定义，不同的学者有不同的认识。国内较早的对学习环境的定义是朱晓鸽提出的，“学习环境指的是一种面对面的发生在学生与学习资源之间交流的学习过程。学习环境设计是创立一种教学设计，使其能产生有效的、积极的学习环境。学习环境作为学习活动的承担者和教学设计的结果，主要隶属教育与培训范畴，是以学生学习为主而不以教师教授为主的教学过程，因此，它强调学生自我认识与自我提高。”[8]此外，武法提等人提出，“学习环境是学习活动展开的过程中赖以持续的情况和条件。”[9]根据这个定义，学习环境的要素不仅仅是支撑学习过程的物质条件(学习资源)，而且还包括教学模式、教学策略、学习氛围、人际关系等非物质条件。何克抗、李文光认为，“学习环境是学习资源和人际关系的组合。学习资源包括学习材料(即信息)、帮助学习者学习的认知工具(获取、加工、保存信息的工具)、学习空间(比如教室或虚拟网上学校)等。人际关系包括学生之间的人际交往和师生人际交往。”[10]钟志贤认为，“学习环境是指促进学习者发展的各种支持性条件的统合。”[11]张剑平认为，“虚实融合的学习环境，是指一类通过传感器设备识别、获取真实环境中与学习活动相关的客观信息，通过互联网将基于课堂和社会的真实学习环境与基于网络和多媒体的虚拟学习环境融为一体的新型学习环境。”[12]黄荣怀等人认为，“智慧学习环境是一种能感知学习情景、识别学习者特征、提供合适的学习资源与便利的互动工具、自动记录学习过程和评测学习成果，以促进学习者有效学习的学习场所或活动空间。”[13]杨现民等人综合国内外学者对智慧学习环境的构想，指出了智慧学习环境的核心思想，即“智慧学习环境是一个智能的学习场所或活动空间，它以学习者为中心，以各种新技术、工具、资源、活动为支撑，具有灵活、智能、开放等特性，为学习者的有效学习提供轻松、个性化的学习支持。”[14]

综合以上对学习环境的定义，可以将现代学习环境的特征概括为如下几点：(1)学习环境强调以学习者为中心，学习者在学习环境中处于主动地位。(2)学习环境既包括学习资源等物质条件，也包括人际关系等非物质条件。(3)学习环境是为了帮助学生自我认识与自我提高而创建的支持性条件。(4)学习环境是动态的。(5)学习环境是开放、灵活、个性化的。

二、面向创客教育的学习环境

“如果学生在一个很自主、很开放的空间里学习和创造，加上技术支撑和老师支持，他可以充分发挥创意。这样的环境还能更好地激发他的兴趣，培养他的创造力和动手能力。此外，这个过程也培养他的团队合作、解决问题的能力。”[15]这段话对面向创客教育的学习环境进行了较好的展望。结合以上对创客教育和学习环境的理解，笔者认为，面向创客教育的学习环境应该有如下几方面特征：

1.创客教育学习环境是一种融合型学习环境

创客教育学习环境不能仅仅是教室环境或者网络学习环境，它应当融合校内教育和校外教育、实体环境和虚拟环境，做到课内课外、线上线下的融合，这样才能充分结合网络学习和面对面讨论、实际操作和理论学习的优势，从而将学习效果最大化。

2.创客教育学习环境具有开放性、交互性

创客教育学习环境应当具有开放性，学习者不受时间、空间和身份的限制，可以随时随地使用学习环境中的资源。对于学校的实体环境，应当在大部分时间都开放，并且有值班人员，以方便学生借阅资源、实际操作、交流讨论等。虚拟环境，主要是指网络学习环境，也包括一些网络虚拟实验室等。对于虚拟环境，开放性的要求非常容易达到；同时，虚拟环境还要达到交互性要求，以方便学生对网络资源的查找与学习、线上交流讨论等。应当注意的是，这里的交互不仅仅指简单的人机交互或网络人际交互，还应当包括虚拟环境的人性化工具和服务，如资源智能推送、人性化学习提醒等。

3.学习资源具有多样性、多层次性

学习资源的多样性既包括形式的多样性，也包括内容的多样性。在实体环境中，学习资源包括书籍资料、工具材料(如3D打印机、开源硬件)等，也可以放置几台计算机，用于学生查找资料。在虚拟环境中，学习资源可以通过文字、声音、图形、动画、影像等多媒体形式充分表现出来。不管是实体环境还是虚拟环境，内容都要多种多样，包括不同的学习内容，例如Scratch图形化编程、3D打印机、Arduino电子编程等。此外，这些学习资源还应当具有多种层次，以方便不同的人可以根据自己的兴趣、需要、能力、学习风格等选择不同难度水平、不同教学风格、不同节奏的资源。

4.能够突显学生的主体地位，有利于学生的个性化学习

个性化学习是指以承认学习者在社会背景、智能背景、态度价值、情感和生理等方面存在的个别差异为前提，努力使学习者的个性特征与学习环境之间达到一种平衡，使学习者的素质得到全面提升，培养具有完善个性的人的一种教育理念。[16]传统学习环境由于其软硬件条件的限制，无法满足学生的个性化学习。但如今，信息技术飞速发展、学习资源日益丰富、学生的个性化学习需求日益增强，学生在学习环境中占主体地位，教师只是为学生的学习提供指引和帮助，学生个性化学习需求基本满足。

5.有利于学生创新能力和动手能力的提高

创客教育的主要目的在于提高学生的创新能力和动手能力，因此，创客教育的学习环境必须要有利于学生创新能力和动手能力的提高。在创客教育中，应当营造一个宽松的学习氛围，学生可以自由发挥自己的想象力，使用实体环境和虚拟环境中的各类工具以及各类资源，通过自我探索，请求同伴、老师或者专家的帮助，将自己的想法变为现实。

三、创客教育学习环境的构建

1.创客教育实体环境的构建

纵观已有的在创客方面的研究，主要集中于创客空间，而在创客教育领域，研究较多的也是创客空间，尤其是高校创客空间，对于中小学创客空间的研究相对比较少。面向创客教育的实体学习环境可以是创客空间的形式，也可以是类似信息技术学科基地、科技制作社的活动室等活动场地，不管是什么形式，它们本质上都是为实行创客教育而创建。为方便本文的研究，以下将面向创客教育的实体学习环境统称为“面向创客教育的创客空间”，简称为“创客空间”。

通过对温州中学创客空间[17]、浙江省信息技术学科基地[18]、西田各庄镇中心小学联合建设的创客空间等建设较好的创客空间进行具体分析，加上对相关理论的研究和个人的思考，笔者认为，面向创客教育的创客空间的构建应当包括以下几个方面。

图1 面向创客教育的创客空间结构图

(1)创客空间的布置要满足创客教育的要求。

在空间方面，要根据实际情况选择适当大小的场所，必要的话，还可以根据需求分成几个不同类型的分工作室，如3D空间、数字加工空间等。但一般情况下，一个普通教室大小的空间即可，里面能容纳4～6张工作台，能容纳一些体积较大的加工工具，如激光切割机、3D打印机等，同时还有放置专业书籍或资料的书柜和用于数字创作或资料查询的计算机设备等。此外，还有用来存放学生的创客作品和半成品的储物柜。

在工具和器材方面，中小学创客空间面向的是没有独立购买能力的未成年人，所以相对社会上的创客空间而言，工具和器材的准备尽量要全面一些，应能满足大部分学生研究和实践的需求，并且工具和器材的选择要以安全为第一原则。

(2)创客空间要制订合理的运营计划。

在开放时间方面，理想的开放时间当然是一周七天，全天开放。但是为了确保学生的正常学习，在课余时间保证开放即可，可以的话，在周末可以向学校周边的学生开放。

在管理方面，由于创客空间里有的工具和器材相对危险，必须要在确保安全的前提下开展活动。在创客空间建设的初期阶段，往往需要专业教师的指导，因此，需要安排多位教师轮流值班，招收骨干成员为志愿者，协助教师管理。此外，创客空间还需要开展各种定期与不定期的活动，从而扩大宣传，提高学生的积极性。

2.创客教育虚拟环境的构建

面向创客教育的虚拟学习环境主要是指网络学习环境，包括面向实践的虚拟实验室。通过对创客教育和学习环境的相关理论和实践进行研究和分析，笔者认为，面向创客教育的网络学习环境的构建应当包括以下几方面内容。

图2 面向创客教育的网络学习环境结构图

(1)学习资源。学习资源是网络学习环境中的主体内容，主要包括课程资源、拓展资源库、案例库和测试题等。

课程资源是学习资源的主体部分，是由具有教学经验的教师或者知识领域专家设计而成。在课程内容方面，可以充分利用多媒体手段开发形式多样的教育资源，做到图文声像并茂。这些课程资源不仅包括课程内容，还需要包括课程说明、课程大纲，以方便学生对学习内容的整体把握。此外，如果有条件的话，最好还要有不同教学风格和不同路径的学习资源供学生个性化选择。

学生在进行课程资源的学习时，由于先前的基础不一，还需要一定的预备知识。在拓展资源库里，可以放置一些课程需要的基础知识，供学生根据自己的实际需求选择性学习。同时，课程资源只是相对完整的知识体系，在实际学习或解决问题中，还会涉及多方面的知识和信息资源。因此，拓展资源库还需要动态补充和更新相关资源。

案例(问题)库是学习资源的重要组成部分，可以为学生心智模式的构建或者当前问题的解决提供经验，学生对案例进行对比、模仿与移植，从而更快更好地解决问题。在创客教育中，学生学习的目的是要能够运用已有知识解决实际问题，通常还需要有所创新。因此，这里的案例常常是指一系列的问题及其解决方案，也可以称之为问题库。笔者认为，面向创客教育的案例库应该具有如下特点：第一，要有一定量的劣构问题。Jonassen(1997)认为，问题分为良构问题和劣构问题。良构问题是指有限定条件的问题，往往根据限定条件，运用所学知识来解决这类问题。劣构问题是定义不完整的问题，确定性条件较少，具有多种解决途径和解决方法。目前学校教育中的课后问题等大都是良构问题，问题解决形式固定，缺乏创新。但是，人们在日常生活以及专业领域中所遇到的问题，大都属于综合性问题，即劣构问题与良构问题的相互综合。而要想有创新，就需要有解决劣构问题的思维与能力。因此，案例库中必须要有一定量的劣构问题，促使学习者通过观察、调查、假设、推理、搜集和处理信息等方法来解决问题，从而提高学生分析和解决问题的能力、反思能力和协作能力等高阶能力。第二，案例之间要有关联性。案例库中的案例要内容丰富且有一定的关联性。通常可以是大案例由小案例组成，案例之间可以组合包含。在学习过程中，学生根据自己的学习习惯，可以选择先了解大案例的架构，再根据该框架逐步学习小案例，也可以先学好每个小案例，再通过大案例的学习进行结构深化。通过这种具有关联性与层次性的案例的学习，学生可以较好地掌握细节问题，并且对整体架构也比较清楚，从而提高学生的学习效率与解决复杂问题的能力。

测试题是学习资源中必不可少的部分。在每一阶段的学习结束后，通过测试可以检测这一阶段的学习效果，以便查漏补缺并调整学习方法和策略，从而提高学习效率。测试题要有质量，且包括客观题与主观题，要能够较准确地反映学生的真实水平。

(2)学习工具。学习工具为学生提供学习支持，主要包括导航工具和信息搜索工具、记录工具、在线词典、仿真实验工具和个人学习空间等。

网络学习环境中的学习资源必须要方便学生查找，因此，科学美观的导航工具和信息搜索工具必不可少。在学习过程中，需要对学习内容进行批注或者记录自己的学习收获等，因此，学习环境中要有记录工具，并且能够进行汇总查看。在线词典收录课程资源中所涉及的一些专业名词，与网络上各种资源相比，这里的解释由教师或专家提供，因此更加精确，节省了学生的搜索时间，提高了学习效率。对于某些具体的实践题目，可能没有必要进行实际操作或者实际操作成本太大，可以用程序实现的仿真实验工具进行演练，从而节约成本，提高效率。在个人学习空间中，学生可以查看自己的学习记录，记录自己的学习收获，对已经学得的知识进行整理、归纳，从而创新知识。

(3)学习服务。学习服务为学生提供了更好的学习体验，主要包括人际交互、学习评价、资源推送与提醒服务等。

要想学习更加高效，师生之间或学生之间的交互必不可少。学习环境中应当设有学习论坛，学生可以在这里进行提问或交流学习心得，老师或专家要对学生的提问进行及时的解答。此外，教师或学生还可以自建讨论组，进行针对性讨论和学习。学习评价包括系统根据在线学习记录和测试情况得出的评价，还包括教师根据学生实践能力和线下表现做出的评价，这种综合性的评价较全面地评价了学生，并且评价不公开，只有学生和教师知道，避免了学生之间的盲目竞争。学习环境能够根据学生所学内容，推送相关内容。同时，学习环境还有资源更新提醒、选课提醒、学习任务提醒等服务，提醒方式可以有平台消息提醒、手机短信提醒或邮件提醒等。

3.实体环境与虚拟环境的融合

在创客教育的具体实施过程中，需要充分发挥实体学习环境和虚拟学习环境的优势，进行融合性学习，学习进程如图3所示。

图3 创客教育虚实融合学习环境结构图

首先明确要学习的课程，一般情况下，学校开设的创客课程是由教师根据实际需求设置，学生可以根据自己的兴趣选择要学习的课程。选择好课程后，通过在实体环境中的学习、实践，以及在虚拟环境中的自主学习，掌握课程的基本内容。在学习过程中，可以进行面对面的讨论或者网上的交流互动，通过与老师同学的交流解决自己在学习过程中遇到的问题，也可以交流自己的学习收获、自己的灵感等。课程学习的目的是提高动手能力，学生在学习过程中要有自己的作品，作品完成后可以进行实物展示，并且在网上介绍自己的作品，包括功能和技术性问题等。最后，对学生的实践表现以及网络学习记录和测试情况等进行评价，这里的评价包括每一学习阶段的形成性评价和整个课程学完后的总结性评价。

[1] 浙江温州：创客空间里的梦想时光[EB/OL].[2015-05-10].http:∥paper.jyb.cn/zgjyb/html/2015-01/31/content_430383.htm?div=-1.

[2] 吴俊杰.让教育滋养创客 让创客丰富教育——我的创客教育之路[J].中小学信息技术教育,2014(4):10-12.

[3] 创客教育 学习新支点——温州市实验中学创客教育探索行动报告[N].温州日报，2014-11-11(9).

[4] 傅骞，王辞晓.当创客遇上STEAM教育[J].现代教育技术,2014(10):37-42.

[5] 走进“创客”时代[EB/OL].[2015-05-10].http:∥paper.chinateacher.com.cn/zgjsb/html/2014-11/19/content_105122.htm.

[6] 谢作如.深圳校园创客教育渐热 是否急功近利[EB/OL].[2015-04-30].http:∥blog.sina.com.cn/s/blog_6611ddcf0102viqh.html.

[7] 谢作如.开源课程：Arduino创意机器人[EB/OL].[2014-06-18].http:∥blog.sina.com.cn/s/blog_6611ddcf0101kcje.html.

[8] 朱晓鸽.论学习环境设计[J].中国电化教育,1996(7):16-18.

[9] 武法提.基于WEB的学习环境设计[J].电化教育研究,2000(4):33-38,52.

[10] 贺平,武法提.论学习环境设计的理论基础[J].现代教育技术,2006(6):36-39.

[11] 钟志贤.论学习环境设计[J].电化教育研究,2005(7):35-41.

[12] 张剑平,许玮,杨进中,等.虚实融合学习环境:概念、特征与应用[J].远程教育杂志,2013(3):3-9.

[13] 黄荣怀,杨俊锋,胡永斌.从数字学习环境到智慧学习环境——学习环境的变革与趋势[J].开放教育研究,2012(1):75-84.

[14] 杨现民，陈耀华.信息时代智慧教育研究[M].上海：上海交通大学出版社，2013：60.

[15] 李凌，王颉.“创客”：柔软地改变教育[N].中国教育报,2014-09-23(5).

[16] 邓晖,徐梅林.个性化网络学习环境建设状况调查与启示[J].现代远程教育研究,2003(1):31-34，63.

[17] 谢作如.活跃在温州中学创客空间里的孩子[EB/OL].[2015-05-12].http:∥blog.sina.com.cn/s/blog_6611ddcf0102vjid.html.

[18] 永言.让人亮瞎眼的信息技术学科基地(二)[EB/OL].[2015-03-29].http:∥blog.sina.com.cn/s/blog_55e6acc00102vh8t.html.

责任编辑 冯丽樱

On the Learning Environment Construction of Maker Education

WANGWei/JiangsuNormalUniversity

With the development of information technology, traditional education can not meet the needs of social development and students' learning. Maker education aims at enhancing students' ability to solve problems, practical ability and innovation ability, so it has aroused great concern in the educational circle. Maker education refers to carrying out a series of integrated curriculum of training innovative skills to deal with the deficiency of innovation ability cultivation in the elementary and middle school educational system. It needs actual, virtual and virtual-actual learning environments, and the requirement of each environment construction is different.

maker education; learning environment; environment construction; virtual-actual fusion

G434

A

2095-6576(2015)04-0055-06

2015-06-28

王蔚，江苏师范大学教育研究院教育技术学硕士研究生，主要从事数字化学习资源与环境建设研究。(1551592326@qq.com)

江苏省2015年度普通高校研究生科研创新计划项目“国家精品资源共享课建设与应用绩效研究”(KYLX15_1457)