创客教育装备的教学适应性评价研究——以Arduino学习套件为例

吴永和 仲娇娇



创客教育装备的教学适应性评价研究——以Arduino学习套件为例

吴永和 仲娇娇

（华东师范大学 教育学部教育信息技术学系，上海 200062）

文章首先通过文献分析，对创客教育装备和教学适应性进行了概念解析。随后，文章基于创客教育装备的需求特征和教育装备的教学适应性内涵，设计了创客教育装备的教学适应性评价模型。在此基础上，文章构建了由2个一级指标、11个二级指标和20个三级指标组成的创客教育装备的教学适应性评价指标体系。最后，文章以Arduino学习套件的教学适应性评价实践为例，检验并改进了该评价指标体系。通过创客教育装备的教学适应性评价，学校和教师可以选择合适的装备、规范采购并确保质量，故有助于创客教育教学的顺利开展。

创客教育装备；教学适应性；评价模型；评价指标体系；Arduino学习套件

引言

自2011年“创客”的概念在我国出现以来，它所承载的创新、开放和分享的文化氛围冲击着传统教育模式[1]，受到了国家和社会的重视与支持。比如，教育部在2015年发布的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中明确指出，有条件的地区要有效利用信息技术推进“众创空间”建设；而教育部教育装备研究与发展中心更是在2016年把创客教育作为加强创新创造教育研究的中心工作之一。在此背景下，学校系统中的创客空间越来越多，这些空间不仅配备了传统的手工和机械制作工具，还拥有数字化的设备：①数字化快速成型工具，如3D建模软件与3D打印机、3D扫描仪等；②开源软硬件制作工具，包括开源硬件开发平台、积木式开源硬件、开源的开发套件或程序设计语言等[2]。而“创客空间中设备配备”的问题，成为了创客教育的研究重点之一[3]。

教育装备是实现教育现代化的重要支撑[4]，创客教育装备则是创客教育发展的直接动力。然而，当前的学校创客教育装备仍然存在标准体系不健全、产品质量把关不严等问题。为此，本研究从创客教育装备的教学适应性评价角度进行了相关研究，旨在探讨“如何规范创客教育装备采购并确保创客教育装备质量”这一问题。

一 相关概念解析

1 创客教育装备

国内关于教育装备的定义有多种，其中比较通用的一种说法是：“教育装备是指在教育领域中，为实施和保障教育教学活动而配备的各种资源的总和，以及对其进行相应配置、配备的行为与过程。”[5][6]创客教育装备可以看作是特殊教育情境中的教育装备[7]。本研究延续教育装备的通用定义，将创客教育装备定义为：在创客教育领域中，为实施和保障创客教育教学活动而配备的各种资源的总和，以及对其进行相应配置、配备的行为与过程。具体来说，这些资源包括：开源硬件等数字电子设备，激光切割机、3D打印机、机械加工等设计制造设备，材料加工与手工制造工具等软硬件设备，以及用于编程控制的软件平台。在创客教育教学实践中，创客教育装备起着“效能工具”、“认知工具”和“创造工具”的作用。

目前，已有不少研究者对创客教育装备的选择和装配进行了思考与研究，相关的研究成果为本研究奠定了基础。如李卢一等[8]认为创客空间的设计特别注重创造工具选择的适切性，确保学生在创造过程中有实用性的工具；雒亮等[9][10]详细分析了创客教育情境中开源硬件的特点与适用范围，为创客教育装备的选择提供参考；傅骞等[11]总结了三种为Arduino服务的图形化编程工具的特色，为满足创客课程的实际需求做出探索。

2 教学适应性

目前，学校和教师在采购创客教育装备产品时，并没有可靠的依据和明确的规范，难以对其质量进行有效的监控和管理，导致低水平产品直接进入课堂的教学活动。2016年7月，教育部发布《关于新形势下进一步做好普通中小学装备工作的意见》，对规范采购和确保装备质量提出了明确的要求，指出要建立装备新技术、新产品进入学校的科学实验和论证机制，经过危害性测试和教学适应性评价的技术与产品方可进入学校[12]。

“适应”是一种主体的意识或行为。“教学适应性”可以定义为教师、学生与环境互动，按照教育环境的变化与要求调整教学、学习的心理和行为[13]。基于此，“创客教育装备的教学适应性”可以解释为“作为主体的教师与学生对由教育装备构建起来的创客教育教学和学习环境的适应能力”。从教育角度考虑，使用教育装备是为了提高教育水平，教育装备的任务是保证教育活动高质量地完成。而创客教育装备的教学适应性评价的目的是为了规范采购与装配，确保装备质量，促进创客教育教学。

二 创客教育装备的教学适应性评价模型设计

1 设计依据

为了保证教育活动的正常开展，创客教育装备需有较高的产品质量。此外，教育装备的教学适应性具有丰富的内涵，它涉及教育装备对教师与学生的生理适应性、心理适应性、认知适应性、教师适应性、学生适应性、时间适应性、空间适应性、文化适应性等诸多方面的问题[14]。基于此，本研究将创客教育装备的教学适应性评价拓展到主客体两方面，既考虑教育装备的产品质量，又从学生和教师的主体性出发考虑其教学性质。

图1 创客教育装备的教学适应性评价模型

2 评价模型

科学地逐级分解评价对象是提高评价模型效度的关键，而李方[15]、张琴珠等[16]的研究成果为科学有效地设计评价指标模型提供了理论依据。兼顾创客教育装备教学适应性评价的主客体两方面，本研究分别确立了创客教育装备在产品质量、教学性质这两个一级指标下的二级指标，由此构建了创客教育装备的教学适应性评价模型，如图1所示。

（1）产品质量

泛北部湾文化圈的构建除了形成一种良好的经济发展环境之外，还在于可以抵御和抗衡外来霸权文化。现如今，一些国家以文化渗透和宗教渗透等方式对东亚、东南亚地区实施干预，旨在从文化方面控制该地区人们的思想以达到政治、经济的全面干预。因此，面对这种情形，泛北部湾经济合作区各国要团结一致，在文化上形成团结一致，共同抵御外来霸权文化的干预。

产品质量是指新技术、新产品满足创客教育需要的性质的总和，主要包括：操作运行方面，如操作是否方便，运转是否可靠、稳定等；可持续方面，如是否耐用、是否有拓展性等；技术方面，如是否应用了先进技术；外观方面，如外型是否美观大方；安全方面，如使用是否安全、性能是否稳定等；经济方面，如是否物美价廉；维护方面，如是否便于维护保养和修理等。

（2）教学性质

教学性质是从教师教学和学生学习的角度出发，重点考察：①用户体验，是指用户在心理、生理方面的适应性感受，如使用装备的舒适程度等。②支持服务，这是创客教育装备区别于一般装备的外显特征，包括配套教学材料、师资培训和问题解答等。③认知适应，是从学生主体出发，配备符合认知水平阶段和学生认知层次的教育装备及其所构成的教学环境[17]。④人文适应，包括时空适应和文化适应，如教鞭在时代和社会的变迁中逐渐被摒弃，说明它不具备时空适应性；而如果在中国中小学推广创客教育装备，那么其配套的教学材料就必须按照中文规范书写，而不能用英文或者其它外文书写，否则就不具备文化适应性。

三 创客教育装备的教学适应性评价指标体系

构建评价的指标体系是评价方案设计的中心环节，它本质上是一个判断处理的过程[18]。依据评价指标体系确立原则[19]，本研究将创客教育装备的教学适应性评价模型中的二级指标进一步细化，由此确立了由2个一级指标、11个二级指标和20个三级指标构成的创客教育装备的教学适应性评价指标体系（下文简称“评价指标体系”），如表1所示。需要说明的是，评价指标体系中的一级、二级指标应基本固定不变，而三级指标可以根据实际情况予以适当调整，以增强评价指标体系的规范性和灵活性，形成一个有较强操作性、适应性的评价指标体系。

1 指标分析

（1）产品质量

①“操作运行”下设2个三级指标：“可靠运行”是指无零件损坏、接触良好、程序正常、运行稳定等，“操作便捷”则指软件运行环境易获、硬件连接方便、没有技术性的难点等。

②“可持续”下设2个三级指标：“耐用性”是以时间为自变量、以装备的可使用程度为因变量的一种特性。“拓展性”包括产品自身可扩展和迭代更新的产品可兼容——产品自身可扩展是指通过增减模块、开放接口和软件编程，可实现多种功能，并允许不局限于该开源硬件的扩展；迭代更新的产品要求一代代产品之间存在“接口”，可兼容使用。

③“技术”的“先进性”要求产品应用先进的技术，能反映当前科学技术的先进成果，达到拓宽学生视野、拉近学生与新兴科学技术之间距离的目的。

④“外观”的“美观性”要求产品符合学生的审美观，给人以舒适感和美的享受。

⑤“安全”的“安全性”要求产品避免对人身安全、健康、环境造成危害。

⑥“经济”的“经济性”要求在确保质量的前提下，获得一定数量的创客教育装备产品时所消耗的费用最少。

⑦“维护”的“便捷性”要求后期维护便捷，以确保产品使用正常。

表1 创客教育装备的教学适应性评价指标体系

（2）教学性质

①“用户体验”下设2个三级指标：“生理适应性”是指学生对产品引起的刺激所能耐受的程度，“心理适应性”是指学生的情绪、人格和自我意识对产品引起的刺激所能接受的程度。

②“支持服务”下设3个三级指标：“使用说明与配套教材”是指能够提供针对创客教育装备的原理图解、使用说明和针对教学的辅助材料；“师资培训服务”是指在教师使用创客教育装备上课前，为教师提供相应的培训服务，包括装备的操作、使用和维护等内容；“问题解答”是指教师在备课、上课期间遇到技术性问题时，能够得到及时的解答。

③“认知适应”下设4个三级指标：“吸引性”是指开源硬件学习套件能够吸引学生的注意力并激发学习动机、维持学习兴趣；“丰富性”是指产品的外部构造、内部结构或原理值得继续挖掘；“阶段性”要求针对不同阶段学生的认知发展情况，对相应的产品进行明显区分；“交互性”强调产品能够提供反馈信息，与学生之间形成一个循环系统。

④“人文适应”下设2个三级指标：“时空适应性”是指创客教育装备适应正在发展的技术和理念方面的程度，“文化适应性”则指产品能够根据作为主体的人所处的文化背景而表现出差异的契合度。

2 评分量规

评价指标体系采用李克特五点量表计分法，每个三级指标满分为5分，评分分值计算公式为：评价总分=产品质量×产品质量权重+教学性质×教学性质权重。参考教师教学工作评价表，本研究对2个一级指标和11个2级指标分别赋予相应的权重，而不对20个三级指标赋予权重。

四 Arduino学习套件的教学适应性评价实践

以Arduino为代表的开源硬件是实践者手中最重要的工具，也是近期创客教育装备应用的热点之一[20]。本研究对两种Arduino学习套件进行了教学适应性评价，以检验和改进评价指标体系。

1 Arduino学习套件

Arduino是便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。本研究以Arduino学习套件A和Arduino学习套件B为研究对象，两者的主要差异如表2所示。其中，学习套件A在整个实验过程中直接在面包板上插拔元件，而学习套件B采用积木式接口，将传感器直接插在扩展板上即可实现输入和输出连接。

表2 两种套件的主要差异

2 Arduino学习套件教学适应性评价的应用调查

H大学在创新课程“创客教育与3D打印的教育应用”中采用了多种Arduino学习套件，本研究针对该课程的20名硕士研究生分别进行了Arduino学习套件A、B的教学适应性问卷调查，并对应于评价指标体系编制了13道题。需要说明的是，由于开展问卷调查时评价指标体系尚未完善，故问卷没有体现耐用性、用户体验和人文适应三方面；由于学生没有接触采购和维护，故也没有将采购的经济性和维护的便捷性纳入问卷调查；在分值计算中，产品质量和教学性质的权重分别为50%。基于此，本研究使用SPSS 17.0软件对两次评价数据进行了可靠性分析，结果如表3所示。表3显示，Arduino学习套件A评价结果的Cronbach’s α值=0.805，表明评价指标体系的内部一致性信度可以接受；Arduino学习套件B评价结果的Cronbach’s α值=0.853，也表明其信度可以接受。基于标准化项的Cronbach’s α值是将样本观察值在各题项的得分化为标准分数后，再计算信度。表3显示，两次评价结果的Cronbach’s α值与其对应的基于标准化项的Cronbach’s α值相差不大。由此，这两组数据初步验证了评价指标体系的可靠性。

表3 两次评价数据的可靠性分析

项统计量是题项变量的描述性统计量，包括平均数、标准差、样本个数（N）。Arduino学习套件两次评价的项统计量如表4所示，从中可以看出：在两次评价中，题项C11的标准偏差接近于1，表示量度数据分布的分散程度较大，说明数据值偏离算术平均值比较严重。通过访谈参与Arduino学习套件教学适应性评价的学生，本研究发现问题在于对题项C11对应的“交互性”这个指标的描述不够准确。因此，本研究将“交互性”的描述修改为“提供反馈信息，与学生之间形成一个循环系统”。与此同时，通过对问卷和访谈数据进行分析，本研究将用户体验和人文适应等两部分内容补充到评价指标体系之中，使其评价指标更加完整。

表4 两次评价的项统计量

五 小结

评价指标体系的构建是一个复杂的过程，它对提高创客教育装备采购的规范和质量监控具有重要意义。创客教育装备的研发团队应不断提高自身的专业水平、加大评价工作的熟练度，建立创客教育装备的评价标准，具体措施包括：增加可靠性检验的样本量、规范评价过程、拓展对不同创客教育装备的评价应用，以及对指标的分类、细化和描述进行多轮考察、验证与改善等。本研究所做的探索还只是一个开端，后续研究将致力于设计开源硬件、电子积木和3D打印等一系列可配备于创客教育中的新技术和新产品的教学适应性评价方案。期待更多的研究者从创客教育装备的角度，对创客教育、STEAM教育等创新教育在各个学段中的实践做出贡献，助力高校创新创业和课程改革的实施与发展。

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Research on Teaching-Adaptability Evaluation of Maker Education Equipment ——Taking the Arduino Learning Suite as an Example

WU Yong-he ZHONG Jiao-jiao

Firstly, this paper analyzed the concepts of maker education equipment and teaching adaptability through literature analysis. Secondly, based on the demand characteristics of maker education equipment and the connotation of teaching adaptability of educational equipment, this paper designed the evaluation model of teaching adaptability of maker education equipment. On this basis, the evaluation index system for teaching adaptability of maker education equipment, which consisted of two first-level indicators, 11 second-level indicators and 20 third-level indicators, was constructed. Finally, this paper took the evaluation practice of teaching adaptability of Arduino learning suite as an example to verify and improve the evaluation index system. Through the teaching adaptability evaluation of maker education equipment, schools and teachers could choose appropriate equipment, standardize procurement and ensure quality, which was contribute to the smooth development of maker education and teaching.

maker education equipment; teaching adaptability; evaluation model; evaluation index system; Arduino learning suite

G40-057

A

1009—8097（2018）09—0120—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.09.018

吴永和，研究员，博士，研究方向为教育大数据与学习分析、人工智能与智慧教育等，邮箱为yhwu@deit.ecnu.edu.cn。

2018年1月18日

编辑：小米