创新思维工具在创客教育中的应用研究——以综摄工具为例

曹烔烔 陈 蕊 董黎明，2 焦宝聪

( 1.首都师范大学 教育学院，北京 100048；2.北京开放大学 科学技术学院，北京 100081)

0 引言

创客教育越来越成为教育研究与实践者关注的热点。创客教育通过培养学生的创新思维，提升创新能力，最终形成具备创新素养的创新型人才，以助力我国创新型国家建设。

目前创客教育的相关研究已经非常多，学者们从不同角度对创客教育进行了研究。雒亮等[1]从创客教育工具角度提出了可用于创客教育的开源硬件,梳理了可用于创客教育的具体工具；付志勇[2]从创客空间建设角度，结合创客实践和创客教育的特点,探讨众创空间生态的理念与模式；杨维等[3]从STEM视角分析了STEM教育思想下的创客教育特征, 构建了基于中小学课程整合的创客教育一般模式框架。

可以看出，大多数研究更关注空间资源建设方面，而对于创新思维及相关工具的研究却十分缺乏，而思维恰恰是影响创新的关键，因此有必要从创新思维及其工具方面对创客教育开展深入研究。

1 关键概念界定

1.1 创客教育

创客教育以融合信息技术为基础，建立在体验教育、项目式学习法、创新教育、DIY理念等多种教育理念之上[4]。创客教育理念的核心在于通过动手实践培养学生的创新意识、创新思维和创新能力[5]。创客教育不仅仅是一种活动形式,作为思维、探究和行动的独特模式,还需要想象力、协作力和创造性整合资源的能力[6]。基于以上，笔者认为创客教育是通过“创造”的过程，提升学生创新能力、探究能力、协作能力的教育理念。

1.2 综摄工具

综摄一词源于古希腊语synectikos，意思是将看似互不关联的各种东西联系在一起。张永声[7]认为综摄法源自我们对外部事物的学习和认识过程，常常是在某些带有启发暗示的“指挥下”进行的，而这种“指挥”与我们日常生活中的所见所闻密切相关。陈俊红[8]归纳了综摄法的两大思考原则：异质同化，即运用熟悉的方法和已有的知识进行分析、比较, 提出新设想，同质异化，即从新的角度或运用新方法处理一些早已习惯的熟悉事物, 从而提出新的设想。本研究创新思维工具中的综摄工具定义为：创客教育中以熟悉的事物为媒介，利用其某些特征进行联想，从而产生创意解决问题的方法。

2 创客教育中综摄工具应用

2.1 综摄工具产生创意，促进创客教育实施

创意的产生的创客教育实施的首要环节。综摄工具通过联想不同已有事物的某些元素产生新的想法，从而激发创意，为创客教育的实施开拓路径。

2.2 综摄工具操作简便，节约创客教育成本

综摄工具各环节操作简单，对教师提出了更低的要求。综摄工具使用的关键在于联想与迁移，而不需要更为复杂的物化工具，为创客教育开展节约成本。同时，相对于其它思维工具，例如奥斯本检核工具、仿生工具、六何工具，综摄工具环节更加简单，耗时更少。

2.3 促进团体创造力的培养

综摄工具作为一种培养团体创新力的方法与工具，与创客教育中的“协作”理念是一致的。戈登发现, “一个合适的工作小组比个人更优越。综摄法小组可以把那种半意识的思想活动浓缩于几小时中, 而单个人却可能要酝酿好几个月”[9]。创客教育中，通过团队的合作交流、思维碰撞，提升学生的创造力、动手能力、问题解决能力以及团队合作能力[10]。

图1 综摄工具在创客教育中的应用

3 创客教育中综摄工具应用

3.1 创意阶段

综摄工具模糊了具体问题，将具体问题抽象成一个主题，学生可尽情发散其思维，形成创意。因此，综摄工具在创客教育应用中最大的价值在创意阶段。综摄工具在创意阶段的开展共分为五个环节。环节一：异质同化即变陌生为熟悉。教师不提出具体问题，而是抛出与问题相关的抽象主题或概念；环节二：自由联想。学生就抽象主题进行不受限制的想象，任何与之相关的概念都可以被提出。环节三：同质异化即变熟悉为陌生。在学生就主题相关的概念讨论过程中，教师将具体问题抛出，以环节二讨论的结果来讨论环节三引入的具体问题；环节四：结合。从环节三中得到的启示结合实际情景，形成新颖解决方案；环节五：教师评估。教师对学生的方案进行可行性分析，学生根据评估建议对方案进行修改完善。

3.2 创图阶段

本阶段学生将创意阶段中所形成的创意进行图示化，包括粗略手工绘图和精确软件制图形成创意对象的模型。在手工绘图环节，学生依据粗略创物形象，在草纸上画出整体效果图和结构功能分解图。在软件制图环节可采用SolidWorks机械设计软件、3D-ONE建模软件等设计软件建立数字化模型。SolidWorks综合功能强大，但对学习能力要求也更高，适合高校学生绘图使用，而3D-ONE建模型软件具备简单易用的程序环境，可进行丰富实用的3D实体设计，适合中小学教育。

综摄工具在创图阶段可以使用两种类比方法:

方法1：拟人类比。将创造对象的某一部件与人体某一部位或某一动作进行类比，从而形成创新制品外观的创意。例如将所做物品的支撑部位与人的腿类比，将承重部位与人体骨骼作类比等。

方法2：直接类比。将创造对象某一部件与自然界已经存在的事物或研究成果作类比，从已有成果上获得启发或者在已有成果的基础上加以改进，这相对于凭空想象多了借鉴物，更加容易实施。

3.3 创物阶段

创物是指根据创图阶段建立的数字化模型进行加工制作，使创意形成实物。这一阶段主要包含零件加工，结构组装，创意美化等环节。在整个创物阶段，教师要确保学生明晰安全知识，掌握工具使用规范。

在零件加工环节，学生使用3D打印机、激光切割机等工具将数字化模型进行实体呈现；在结构组装环节，学生使用螺丝螺母、胶水等工具将各零件进行组装，在这一环节实物模型已经基本实现；最后学生可根据需要对作品进行美化，例如绘画、彩喷、增加装饰等。

3.4 创编阶段

此阶段要求学生为创新对象增添一个背景，这个背景可以是真实发生的事情亦可以是一个幻想的故事。一个生动情境下的作品，总是比一个冰冷的物品更能引起他人的同理心，因此创编阶段是创客教育中不可或缺的环节。

综摄工具在创编阶段可以使用的两种类比方法:

方法1：象征类比。所谓象征,是指借用某种具体的形象来表达抽象的概念或某种思想情感。在创客教育中，象征类比是指赋予创造对象一定的象征性,使它们具有独特的意义

方法2：想象类比。创客教育中，想象类比是指从记忆里存在的形象或经验中获得灵感，编造创意背景故事。

3.5 创演阶段

创演阶段是指利用演示工具和演讲技巧，对自己创新过程和创新作品进行生动形象地演示。成长型思维极为重要的一点就是引导学生关注学习过程而不是结果，而在创客教育中，学生的创意最终依靠创新作品呈现。因此在创演阶段，对创新过程和创新作品的演示同等重要。

4 创客教育中综摄工具应用案例

本研究以“制作一款帮助睡眠的光影灯”为案例，介绍综摄工具在创客教育中的应用模式。

4.1 创意阶段

4.1.1 师生活动

异质同化：教师抛出较为抽象的概念“睡眠”；自由联想：学生根据“睡眠”进行自由联想，联想到微风、星光、舒缓的音乐、柔软、光影朦胧等概念；同质异化：教师抛出具体问题：制作一款帮助睡眠的光影灯；强行结合：学生将微风、光影朦胧、星光、舒缓的音乐等概念与助睡眠的光影灯进行结合联想，形成创意“灯影风车”即利用风车风叶的转动使彩灯产生眩晕效果促进睡眠；教师评估：教师对学生创意给予反馈，学生根据反馈改进方案。

4.1.2 阶段成果

学生形成创意方案：利用风叶转动打散灯光，形成眩晕效果帮助睡眠，将外观装饰为机械风格，其外观和灯光效果都能作为居家装饰。

4.2 创图阶段

4.2.1 师生活动

手工绘图：学生将“灯光风车”主结构与小镜子和闹钟类比，采用“两板双脚”结构控制站立，齿轮传动类比机械表结构，固定件类比帽子，灯罩类比白炽灯，风叶类比风扇转动。根据以上想法画出手稿，并标注各个零件的结构功能；软件制图：学生建立各个零件的数字化模型。

4.2.2 阶段成果

结构功能图；整体效果图；数字模型图见图2。

图2 数字模型图

4.3 创物阶段

4.3.1 师生活动

零件加工：学生把模型图导入计算机，使用3D打印机和激光切割机将零件加工出来；结构组装：使用螺丝螺母、碳管、胶水等将各零件进行组装；创意美化：使用白色胶带覆盖中心裸露的黑色碳管。

4.3.2 阶段成果

实物作品见图3。

图3 实物作品图

4.4 创编阶段

4.4.1 师生活动

背景增添：学生依据想象类比方式，为作品编制出个性的名字和故事背景。

4.4.2 阶段成果

作品名称：清风明月。

4.5 创演阶段

4.5.1 师生活动

学生使用Powerpoint演示自己的创新过程，讲述作品的背景故事等。

4.5.2 阶段成果

演讲PPT。

5 综摄工具在创客教育中的应用原则

5.1 学生主体原则

在创造过程中，教师要充分尊重学生的创造主体身份，做好引导和安全工作。在整个活动过程中，教师主要充当“主持人”工作，为学生抛出问题，鼓励学生创想并做评估。

5.2 包容性原则

综摄工具的特殊性要求学生将客观世界及想象世界与实际问题强行联系，因此，学生可能会提出很多想法。教师必须接受学生所有的回答, 必要的情况下, 还要鼓励非理性的、奇怪的甚至是荒谬的想法[11]。

5.3 迁移性原则

综摄工具为创客教育提供了众多类比方式，教师要引导学生通过类比将已有知识经验迁移至实际问题中，建立起新旧知识之间的联系。

5.4 过程结果并重原则

创造的成果不应只是实物作品，还包含学生在创造过程中创新的想法、新奇的思路、努力的品质等。教师要引导学生享受创造的过程，培养创新的思维习惯，养成良好的学习品质。

6 结语

本文构建了综摄工具在创客教育中的应用模式,并通过案例介绍了综摄工具的应用实践过程，以期为创新思维工具在创客教育中的应有研究推进提供借鉴与参考。本文提出的应用模式仅仅是综摄工具应用在创客教育中的一个框架，在适用于其它创新思维工具时，可能会根据需要进行适度变动和调整。