创新思维工具在创客教育中的应用研究

白凌燕 王星华 董黎明 焦宝聪

随着我国教育理念的不断改革与发展，教育研究与实践者对创客教育的关注也在不断升温。大量的学者对创客教育、教学模式等进行研究和创新，并取得了一系列的成果，然而从创新思维发展工具教学应用的角度来研究创客教育的还较少。随着创客教育的不断应用，创新思维发展工具的教学应用对创客教育的作用和价值越来越值得人们去深入地思考和研究。本文从创新思维工具教学应用的角度，提出仿生工具的应用能够推动创客教育的实施的观点，希望能为创客教育的实施提供新的具体思路和方法。

● 关键概念界定

1.创客教育

对于创客教育的概念，学者们基于不同的角度提出了不同的理解，但他们对创客教育的一些基本共识还是非常明显的：①创客教育是一种基于项目学习的学习方式，强调“做中学”、沟通和分享;②创客教育具有培养创新意识、创新思维、创新能力的优势。

本研究对创客教育的概念界定为创客教育是一种传承了体验教育、项目学习法、创新教育、DIY理念的思想，以一个特定任务为中心，学生在创造的过程中通过协作、交流与共享深化从而建构知识体系的教育模式。

2.仿生工具

关于仿生工具的定义，国内外有代表性的观点是：仿生工具是指模仿自然界的各种生物所具有的结构或功能进行创造。国内外关于仿生工具的定义并不多，因此概念界定时参考了仿生学的定义，做了进一步归纳。本研究把仿生工具的定义界定为是指模仿自然界的各种生物所具有的结构或功能以获得灵感进行创造或改造的工具。

3.仿生工具与创客教育的关系

开展创客教育的目标是培养具有创新意识、创新思维、创新能力这三方面素质的创新人才。仿生工具是以解决问题为中心，围绕着解决问题展开，发展学习者的创新思维，提出新的、有价值的观点或创意的发散思维工具。因此，仿生工具是开展创客教育的有利工具。

● 仿生工具在创客教育中的应用过程

1.仿生工具的具体使用步骤（如下页表1）

2.仿生工具在创客教育中的应用过程

（1）创意阶段

创意阶段是指学生产生创意的阶段，是解决问题的“意化”过程。创意阶段完成的是创意的寻找与形成。可以利用创新思维工具来扩展自身的想法或观点，可以通过功能查询与描述的方式来确定最终的创意。创意阶段不光要形成创意，还要对形成的创意方案进行提炼。创意阶段除去发散，还应考虑到可用的材料、工具，以确定最终的方案。教师要给学生更自由和发散的思考空间，同时对学生的思路进行补充和提示，促使学生形成最终的创造方案。

创新思维工具可在没有形成自身创新想法的前提下使用，以便较为科学系统地形成较为成熟的思路。教师可在学生暂时没有思路或学生已经发现创新问题但未形成具体的改造方式两种情形下，向学生推荐仿生工具，以开阔思路。仿生工具是作为问题解决的一类创新思维工具而存在的，但是仿生工具的使用依然可以在创意阶段发挥自己的价值。下面以安全帽结构的改造作为例子，来说明仿生工具在创意阶段的教学应用。

①情况一：已发现创新问题的创意形成。

首先，可启发学生对安全帽的功能进行查询和列举;其次，根據功能思考安全帽应当具备的特征（如表2）。

②情况二：未形成创新思路的创意形成。

可向学生介绍仿生工具的使用，逐步引导学生形成创意（如表3）。

（2）创图阶段

创图阶段是对创意阶段形成的创意用图形的方式进行表述。它分为图样表达和精确制图两大部分。要求形成关于自身创意的各种示意图或制图，包括功能示意图、装置结构图以及精确制图等。以形成的创意为核心，通过导图、图样表达促进思路更精确化和更科学化，通过初步的手绘的图示表示所遇到的问题以及可能的解决方式;思考各部分的功能和结构，形成功能示意图、装置结构图，使用建模软件绘制具体的精确图。

仿生工具可为装置结构图的绘制提供一定的启发，生物的功能结构彰显着大自然的智慧。在教学过程中，可以以生物的结构启发学生继续思考，以形成图示。龟壳的内部骨架、外部盾片以及两者之间的连接结构对安全帽的结构、龟甲船只的结构都有很大程度的启发（如表4）。

（3）创物阶段

创物阶段要完成原型的制作、实物装配、功能测试、工艺美化以及实物迭代等工作。需要首先对创物阶段制作出来的实物进行装配，然后进行功能测试。功能测试完所得到的是第一代原型制作的产物，还需要在此基础上进行迭代，制作出一个功能方面、工艺美术方面都相对完善的作品。

通过设计好的图纸，完成实物零件的制作，然后进行装配、功能测试以及迭代。使用仿生工具的意识会给学生的迭代过程带来一定的启发。除此之外，仿生工具的其他使用方面和具体流程关系如下页表5所示。

在实物迭代过程中，还可以使用仿生工具的思维仿生，对未使用仿生制作的产物进行迭代。

（4）创编阶段

对于创客教育来说，创物完成并不是所有任务的完结，还需要做的是，从创意的产生到实物的各方面功能向其他人介绍自己的产品。需要完善设计方案，撰写演讲的文稿，进行海报设计与制作、视频设计与编辑等，需要让观众理解并对自己的产品产生浓烈的兴趣。

仿生工具的思维方式在创编阶段不能起到什么作用，因此对仿生工具在该阶段的应用只针对仿生类的作品。

（5）创演阶段

创演阶段是真实的分享与交流的过程，完成具有好的效果的创演，需要使用一定的访谈技巧、演讲技巧，从而达到类似于TED样的演讲。创演阶段希望获得行业者对该产物的评价，促进该产品的迭代。同时此次的分享与交流也希望对该产品进行推广，获得创意的价值（如下页表6）。

演讲之前需要练习，以达到较好的效果。除此之外还要关注其他学者对产品的评价。

● 仿生工具在创客教育中的应用原则

1.仿生工具的使用要有价值

（1）仿生工具的使用要发挥实用价值

仿生工具的使用能够对现有的事物进行有意义的改进或完善。例如，将龟壳结构应用于行李箱的价值意义就不大，现有行李箱就已经足够坚固，而且没有必要使用龟壳结构这种承受力极大的结构，龟壳结构的原理在行李箱的改进上并不能发挥其价值。

（2）仿生工具的使用要能够对产物有一定的进展

仿生工具在作为创作的辅助工具时，要能对创作思路或过程提供一定的思维启发。

2.仿生工具的使用要遵循一定的科学流程

程序化步骤的出现并非为了形式化，更重要的是为了创作者在使用时思路清晰，避免使用者出现遗漏，仿生工具形成一定的流程也会使它的使用更加科学有效。

3.避免强行使用仿生工具

在创作者没有想法时，可以使用仿生工具开拓思路，但是仿生工具也有其使用的范围或情境，如果所要创作的作品与仿生工具很难有一定的联系，就没有必要使用仿生工具，生硬地使用仿生工具与创作建立联系，并不能取得想要的成果。

● 结束语

本文研究仿生工具在创客教育中的应用，并对仿生工具的使用与创客教育的应用路径进行了融合。然而，任何一种思路在实践中的成熟应用都需要一个过程，本文所提出的融合方式在实际的应用中还需要进一步迭代和改进：①在实际的应用中这种融合方式需要灵活地调整和改进;②仿生工具与创客教育还需要更进一步地深入融合。

参考文献：

岑海堂，陈五一.仿生学概念及其演变[J].机械设计，2007（07）：1-2+66.

作者简介：白凌燕（1997.11—），硕士研究生，研究方向为教育绩效。

基金项目：北京市教育科学“十二五”规划重点课题“基础教育学校课堂教学实验研究”（课题编号：ABA15008）、北京市教委社科计划一般项目“开放大学创客人才培养模式”（项目编号：SM201751160001）阶段性成果。