創(chuàng )客教育裝備現狀調研及發(fā)展趨勢研究

• 來(lái)源： 原創(chuàng ) 更新時(shí)間： 2017-10-26 點(diǎn)擊： 5201次

• 　　 隨著(zhù)人類(lèi)科學(xué)技術(shù)日新月異，在國際競爭已轉型為科技的競爭的大環(huán)境下，“創(chuàng )客運動(dòng)”應運興起，近年來(lái)，中國教育界也應時(shí)投入創(chuàng )客教育、創(chuàng )客團隊、創(chuàng )客人才的的發(fā)展培養研究與實(shí)踐熱潮，這也成為中國教育裝備采購網(wǎng)不容忽視的國家發(fā)展使命擔當。創(chuàng )客教育裝備與創(chuàng )客教育，無(wú)異于武器與軍隊的關(guān)系，是戰爭勝負的重要決定因素之一。特刊載此文，是希望在中國教育領(lǐng)域的眾多“處女地”中引起高度重視，并希望相關(guān)科研單位及企業(yè)不斷努力研發(fā)出順應時(shí)代發(fā)展的新型教育裝備產(chǎn)品，聯(lián)手打造未來(lái)中國的光明前景!

  　　近幾年，隨著(zhù)“創(chuàng )客”運動(dòng)的開(kāi)展和普及，創(chuàng )客精神受到社會(huì )各界關(guān)注。創(chuàng )客的動(dòng)手創(chuàng )新理念正是目前教育領(lǐng)域強烈提倡的，因此不少研究者倡導將創(chuàng )客理念帶入教育領(lǐng)域。美國新媒體聯(lián)盟每年發(fā)布的《地平線(xiàn)報告》是國際上預測技術(shù)在教育領(lǐng)域中應用的風(fēng)向標。2014年的《地平線(xiàn)報告》對創(chuàng )客的應用前景進(jìn)行了描述，更加激起教育者對創(chuàng )客教育的研究與實(shí)踐熱情。李克強總理曾在2015年《政府工作報告》中明確提出，要讓“眾多‘創(chuàng )客’脫穎而出，要讓眾多‘創(chuàng )客’能夠自由創(chuàng )業(yè)與成業(yè)”[2]。無(wú)論從全球發(fā)展趨勢還是國家政策層面，都可以看出創(chuàng )客教育的實(shí)踐價(jià)值與意義。

  　　“工欲善其事，必先利其器”，作為創(chuàng )客教育的重要組成部分，創(chuàng )客教育裝備在創(chuàng )客教育的發(fā)展進(jìn)程中都起著(zhù)不可替代的作用。2016年3月，教育部教育裝備研究與發(fā)展中心制訂的年度工作要點(diǎn)中，就提出要為創(chuàng )客教育和STEM課程提供教育裝備支撐，努力將教育裝備與課堂教學(xué)結合起來(lái)，以培養學(xué)生的創(chuàng )新設計能力和問(wèn)題解決能力[3]。然而,目前對創(chuàng )客教育裝備的研究還比較碎片，且市面上種類(lèi)多而雜，不成體系，不能很好地展現其發(fā)展概貌與未來(lái)發(fā)展趨勢，也不利于教育者在實(shí)施創(chuàng )客類(lèi)教學(xué)活動(dòng)時(shí)合理地選擇恰適的創(chuàng )客教育裝備。

  　　本研究試圖通過(guò)對中外相關(guān)文獻的研究與案例分析，探討創(chuàng )客教育裝備的基本分類(lèi)，并對其發(fā)展趨勢作出預判。

  　　一、概念辨析

  　　為了更好地理解下文，下面就一些基本概念進(jìn)行界定。

  　　(一)創(chuàng )客與創(chuàng )客空間

  　　創(chuàng )客(Maker)，本意是指“制造者”。廣義上講，涉及制作制造的都屬于創(chuàng )客，例如手工藝者。而現在，創(chuàng )客更多的是指利用網(wǎng)絡(luò )和新興科技，把創(chuàng )意變成現實(shí)，大膽創(chuàng )新的一群人[4]。創(chuàng )客以用戶(hù)創(chuàng )新為核心理念，是一個(gè)熱衷于創(chuàng )意、設計、制造的群體。作為創(chuàng )客活動(dòng)的載體，創(chuàng )客空間是創(chuàng )客們共同創(chuàng )造作品，將自己的創(chuàng )意與眾人分享的實(shí)體實(shí)驗室[5]。近兩年，創(chuàng )客空間有從實(shí)體空間往虛體空間延伸的趨勢。

  　　(二)創(chuàng )客教育

  　　對于創(chuàng )客教育的概念，學(xué)者們從不同角度對其進(jìn)行了界定。祝智庭等人認為,創(chuàng )客教育是在新興科技和互聯(lián)網(wǎng)社區發(fā)展的大背景下，以信息技術(shù)為基礎，傳承了體驗教育[6]、項目學(xué)習、創(chuàng )新教育、DIY等理念的學(xué)習模式[7]。楊現民等人認為，創(chuàng )客教育是以“開(kāi)放創(chuàng )新、探究體驗”為理念，以“創(chuàng )造中學(xué)”為學(xué)習方式，以培養創(chuàng )新型人才為目的的新型教育模式[8]。而中國電子學(xué)會(huì )現代教育技術(shù)分會(huì )創(chuàng )客教育專(zhuān)委會(huì )則認為,創(chuàng )客教育是創(chuàng )客文化與教育的結合，以學(xué)生興趣作為基礎，通過(guò)項目學(xué)習的方式，使用數字化工具，倡導創(chuàng )物，鼓勵分享，以培養跨學(xué)科解決問(wèn)題能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng )新能力為主旨的素質(zhì)教育[9]。從中得見(jiàn)，創(chuàng )客教育正迎合了國家培養創(chuàng )新型人才的需求。

  　　(三)創(chuàng )客教育裝備

  　　教育裝備是完成教育任務(wù)有效組織起來(lái)的系統，是保障教學(xué)活動(dòng)所需的資料、學(xué)具、儀器、設備以及相關(guān)軟件的總稱(chēng)[10]。教育裝備可以說(shuō)是教具、學(xué)具、工具和資源的統稱(chēng)。創(chuàng )客教育裝備是教育裝備的一個(gè)分支，因此，沿用教育裝備的概念，筆者將創(chuàng )客教育裝備定義為，在開(kāi)展創(chuàng )客教育中所需的材料(如各種金屬材料、木制品等原材料)、零件(如螺栓、螺帽等小零件)、工具(如扳手、鉗子等)、設備(如數控機床、3D打印機等)、軟件(如Scratch、APP Inventor等)、平臺以及相關(guān)資源等。

  　　二、研究設計

  　　(一)研究目標

  　　研究目標主要有兩個(gè)。第一，厘清當前市場(chǎng)上雜而多的創(chuàng )客教育裝備類(lèi)型，并找出各類(lèi)型的典型案例，以便為教育機構或教育者實(shí)施創(chuàng )客教育時(shí)合理地選擇裝備類(lèi)型提供參考。第二，對創(chuàng )客教育裝備的發(fā)展趨勢作出相關(guān)預測，為各大公司和機構進(jìn)行創(chuàng )客教育裝備設計與開(kāi)發(fā)提供參考。

  　　(二)研究過(guò)程與方法

  　　本研究選取中國知網(wǎng)上與創(chuàng )客教育相關(guān)的文獻、典型的創(chuàng )客教育實(shí)踐案例以及相關(guān)博客進(jìn)行分析，采用理論思辨文獻研究案例分析理論思辨的研究路線(xiàn)。首先通過(guò)文獻對創(chuàng )客相關(guān)的概念進(jìn)行分析，厘清創(chuàng )客教育裝備的內涵;然后在中國知網(wǎng)上以“創(chuàng )客”并含“教育”以及“創(chuàng )客教育”為主題進(jìn)行檢索，并鎖定核心期刊文獻，從中抽取與創(chuàng )客教育裝備相關(guān)的內容進(jìn)行分析與歸類(lèi)，并針對其發(fā)展現狀與趨勢進(jìn)行剖析與預測。

  　　三、研究發(fā)現

  　　(一)基本情況

  　　截至2016年11月，以“創(chuàng )客”并含“教育”為主題在中國知網(wǎng)上進(jìn)行檢索，得到期刊文章502篇;以“創(chuàng )客教育”為主題進(jìn)行檢索，得到期刊文章為295篇。

  　　我國關(guān)于創(chuàng )客教育方面的文獻最早見(jiàn)于2013年，代表人物是北京景山中學(xué)吳俊杰及其研究團隊;2014年論文數量開(kāi)始增加，2015年增加幅度明顯，而到2016年呈現井噴式的增長(cháng)。進(jìn)一步分析發(fā)現，這些文章涉及高等、中等、初等以及職業(yè)教育等多個(gè)教育領(lǐng)域以及工程學(xué)、計算機等多個(gè)學(xué)科，從中可推演出創(chuàng )客教育不僅僅局限于中小學(xué)，可見(jiàn)諸各個(gè)學(xué)段，并且呈現出與其他學(xué)科教學(xué)相融合的趨勢。

  　　筆者首先對檢索出的文獻進(jìn)行了初步篩選與分析，剔除了開(kāi)欄語(yǔ)、新聞稿等與創(chuàng )客教育關(guān)聯(lián)度不大的文獻，共得到280篇文獻，然后將這些文獻圍繞理論探索、教育革新、策略空間、應用效果和實(shí)踐應用等五個(gè)方面進(jìn)行了分析，發(fā)現目前對創(chuàng )客教育的研究大部分還是以理論研究為主，其中教育革新類(lèi)研究最熱(共計116篇)，大部分研究者提倡將創(chuàng )客教育理念融入傳統課程建設、學(xué)生培養和學(xué)校創(chuàng )新環(huán)境建設中。相比之下，創(chuàng )客教育的實(shí)踐案例較少，說(shuō)明在國內創(chuàng )客教育的研究大部分仍停留在理論層面;雖然大部分文獻也提及了創(chuàng )客教育裝備，然而針對創(chuàng )客教育裝備進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究的論文不多。

  　　(二)創(chuàng )客教育裝備的主要類(lèi)型

  　　根據本研究目標，對文獻進(jìn)一步分析，將范圍縮小至115篇，并且這些文章主要來(lái)自核心期刊，其中76.5%的論文都直接提到創(chuàng )客教育裝備，然后針對這115篇論文進(jìn)行了內容分析。分析變量為創(chuàng )客教育裝備，表1將每篇文章中提及的創(chuàng )客教育裝備進(jìn)行列舉，然后對其進(jìn)行分析、歸類(lèi)，限于篇幅只列舉部分。

  　　目前市面上的創(chuàng )客教育裝備多而雜，良莠不齊，不利于創(chuàng )客教育裝備的良性發(fā)展和創(chuàng )客教師的選擇，故有必要對其進(jìn)行分類(lèi)。筆者發(fā)現，之前有研究者對于創(chuàng )客教育裝備進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分類(lèi)，王聰[11]在他的博文中就提到目前國內創(chuàng )客教育設備大致可以分為四類(lèi)：一是通用技術(shù)類(lèi);二是開(kāi)源電子套件類(lèi);三是3D打印類(lèi);四是機器人設備類(lèi)。顯然，王聰主要從技術(shù)工具的視角對創(chuàng )客教育裝備進(jìn)行了分類(lèi)。Martin[12]從裝備的運作原理將創(chuàng )客教育數字化工具主要分為兩類(lèi)，一是物理工具，如3D打印機、數控機床、激光切割機以及開(kāi)源硬件等;二是邏輯工具，如微型控制器、微型計算機和其他電子產(chǎn)品類(lèi)。而更多的研究者是從創(chuàng )客教育內容的視角進(jìn)行了分類(lèi)，如雒亮等[13]提出創(chuàng )客空間中應該包含“材料加工與手工制造”、“設計與 3D 打印”、“開(kāi)源硬件設計與開(kāi)發(fā)”三個(gè)結構域的內容。傅騫[14]認為，當前國內外開(kāi)展的創(chuàng )客教育裝備主要有以下幾類(lèi)：以圖形化編程軟件Scratch及擴展硬件為核心的創(chuàng )意程序設計、以開(kāi)源硬件如Mbed、Arduino、Rasperberry Pi為核心的創(chuàng )意電子設計、以圖形化編程軟件App Inventor為核心的創(chuàng )意移動(dòng)應用開(kāi)發(fā)、以結構件和3D打印機為基礎的創(chuàng )意造型設計、以機器人為切入點(diǎn)的創(chuàng )新機器人開(kāi)發(fā)。綜上所述，筆者按照創(chuàng )客教育裝備的功能將其分成了五大類(lèi)——電子互動(dòng)類(lèi)、建造建模類(lèi)、編程語(yǔ)言類(lèi)、機器人類(lèi)和其他，具體內涵界定如下：

  　　(1)電子互動(dòng)類(lèi)：主要是指開(kāi)源硬件平臺、微型計算機、微型處理器等用于快速設計、可交互的電子設備。常見(jiàn)的有Arduino、樹(shù)莓派、Beagle Board、TinyDuino、pcDuino等。

  　　(2)建造建模類(lèi)：主要是指建模軟件、打印設備等用于硬件原型的設計與建造成型的裝備。常見(jiàn)的有Maker Bot、Egg-Bot等開(kāi)源桌面3D打印機、3D掃描儀、3D建模軟件等。

  　　(3)編程語(yǔ)言類(lèi)：主要是以語(yǔ)言編程為主的工具，常見(jiàn)的如Scratch、ArduBlock等圖形化編程工具，以及難度稍大的C語(yǔ)言和JAVA語(yǔ)言。

  　　(4)機器人類(lèi)：主要是指制作機器人所需要的相關(guān)設備，包括各種電子元件、器材和相關(guān)材料，常見(jiàn)的如樂(lè )高機器人套件。這里要注意的是，機器人類(lèi)創(chuàng )客教育裝備可能會(huì )包含前幾類(lèi)創(chuàng )客教育裝備，所以這里特指除了上述類(lèi)別以外用于制作機器人的裝備。

  　　(5)其他：是指除以上幾類(lèi)之外的裝備，主要包括手工鋸、錘子、銼刀、電烙鐵等基礎加工工具;和小型車(chē)床、銑床、鉆床、電鉆、角磨機等進(jìn)階加工工具;以及各種常規材料、智能材料、電路連接等所涉及的創(chuàng )客教育裝備。

  　　在以上分類(lèi)的基礎上，對這五種類(lèi)型在篩選出的115篇論文中的所占數量進(jìn)行了統計，見(jiàn)表2。其中，數量排在第一位的是建造建模類(lèi)，這一類(lèi)裝備大多聚焦于3D打印機和3D建模軟件。電子互動(dòng)類(lèi)創(chuàng )客教育裝備也較多，主要關(guān)注開(kāi)源硬件平臺。

  　　對文獻進(jìn)一步分析發(fā)現，目前創(chuàng )客教育裝備的應用熱點(diǎn)主要集中在三方面，一是以Arduino為代表的開(kāi)源套件;二是3D打印;三是機器人。

  　　(三)創(chuàng )客教育裝備的典型案例分析

  　　此部分主要針對各類(lèi)創(chuàng )客教育裝備的代表性“工具”和典型案例進(jìn)行分析。此處的“工具”不是指單純意義上的工具，還包括軟件、平臺、系統等。具體分析如下。

  　　1. 電子互動(dòng)類(lèi)

  　　在電子互動(dòng)類(lèi)中，開(kāi)源硬件平臺的應用較為廣泛，尤其是Arduino以易實(shí)施、靈活性強、利于激發(fā)學(xué)生的興趣等優(yōu)勢占據主流地位，其核心是讓學(xué)生利用現有的電子元件設計出創(chuàng )新的應用[15]。浙江省溫州中學(xué)謝作如團隊以Arduino為主要平臺構建創(chuàng )客課程體系作為校本選修課程，成為國內中小學(xué)創(chuàng )客空間的一個(gè)典型代表[16]，目前該系列課程已經(jīng)成熟，《Arduino創(chuàng )意機器人》小學(xué)版和中學(xué)版教材已出版并提供電子版資源下載，為中小學(xué)開(kāi)源硬件的創(chuàng )客教育實(shí)踐提供了參考。

  　　2. 建造建模類(lèi)

  　　建造建模類(lèi)創(chuàng )客教育裝備一出現，就引起了很多研究者的研究熱情，這一類(lèi)別的當前熱點(diǎn)主要是依托風(fēng)靡全球的3D 打印技術(shù)，因此研究文獻較多。國外代表性的項目如賽迪研究院專(zhuān)家組Hod Lipson的Fab@Home項目以及 Paulo Blikstein的Fab Lab@School[17]，該類(lèi)項目主要通過(guò)任務(wù)驅動(dòng)和學(xué)習情境創(chuàng )設，結合3D打印技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題，如學(xué)生在清晰的圖解信息基礎上，設計和3D打印風(fēng)車(chē)葉片、齒輪等零部件，組裝風(fēng)力發(fā)電機并測試 。近兩年，我國很多中小學(xué)也開(kāi)設了3D打印課程，如在北京市東城區就有31所“三維創(chuàng )意設計與3D打印”課程實(shí)驗學(xué)校[18]。甚至3D打印課程與傳統課程進(jìn)行了融合，如在語(yǔ)文課堂中運用3D“復活”活字印刷，在物理課堂中制作小孔成像演示儀等[19]。但是，3D打印類(lèi)創(chuàng )客教育裝備由于涉及建模，所以難度上也會(huì )有所增加，適合中高年級的學(xué)生，而其較之電子互動(dòng)類(lèi)，價(jià)格稍微昂貴，如果是大型打印機對場(chǎng)地要求也較高。

  　　3. 編程語(yǔ)言類(lèi)

  　　當前教育日益重視對于學(xué)生編程能力的培養，通過(guò)編程語(yǔ)言的學(xué)習來(lái)訓練學(xué)生的邏輯思維能力。這一類(lèi)創(chuàng )客教育裝備的典型代表是Scratch軟件，是由美國麻省理工學(xué)院設計開(kāi)發(fā)的一款簡(jiǎn)易編程工具，用類(lèi)似樂(lè )高積木的命令塊搭建程序，與其他創(chuàng )客教育裝備不同的是，它作為一款可視化的編程軟件很早就引起了教育學(xué)者的關(guān)注。很多世界知名大學(xué)都開(kāi)設了Scratch課程，美國信息技術(shù)教師聯(lián)盟CSTA在K–12計算機科學(xué)課程標準中還將其設為編程軟件的入門(mén)課程[20]。近幾年，我國華南師范大學(xué)附屬小學(xué)吳向東、華中科技大學(xué)附屬小學(xué)毛愛(ài)萍以及北京景山學(xué)校吳俊杰也利用Scratch進(jìn)行了相應的課程教學(xué)實(shí)踐[21]。

  　　4. 機器人類(lèi)

  　　通過(guò)機器人來(lái)激活學(xué)生創(chuàng )造思維與創(chuàng )新意識，培養學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，挖掘學(xué)生創(chuàng )新潛能，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。其中，樂(lè )高機器人是目前創(chuàng )客教育中使用較多的機器人類(lèi)創(chuàng )客教育裝備。利用樂(lè )高機器人進(jìn)行創(chuàng )新設計最早源自美國的麻省理工學(xué)院(MIT)和塔輔茨(Tufts)大學(xué)[22]。機器人也可以與其他的創(chuàng )客教育內容聯(lián)系在一起，如3D打印技術(shù)，就可以用來(lái)制作機器人的零部件;開(kāi)源硬件平臺可以用來(lái)制作機器人的核心芯片，通過(guò)在其上編程實(shí)現功能;編程工具則是為程序代碼服務(wù)，這些都為機器人教學(xué)提供了便利。王同聚[23]在廣州創(chuàng )建的 “智創(chuàng )空間(ZC Space)”中開(kāi)設了中學(xué)生“Scratch與機器人融合創(chuàng )意智造”的體驗課程。該課程基于Scratch編程，結合機器人硬件實(shí)現機器人與電腦屏幕動(dòng)畫(huà)角色的雙向控制，實(shí)現了虛實(shí)結合和軟硬交互。

  　　5. 其他

  　　除了上述四類(lèi)外，還有一些傳統的創(chuàng )客裝備，如普通的機械工具、化工材料等。如Meadow小學(xué)的“棉花糖挑戰”[24]活動(dòng)，教師在課堂中要求學(xué)生用未煮過(guò)的面條、膠帶、繩子和棉花糖，在有限的時(shí)間內搭建塔，通過(guò)共同探討倒塌的原因不斷改進(jìn)設計，從而理解原理;馬云霞[25]等人就人工智能課程中“塑料PVC機械猴制作”這一內容進(jìn)行創(chuàng )客教育設計，通過(guò)在課程中讓學(xué)生自己動(dòng)手制作PVC機器猴來(lái)了解其運動(dòng)的原理，加深理解，過(guò)程中只是使用了機械類(lèi)的工具，如剪刀、美工刀、銼刀、電烙鐵等。

  　　四、創(chuàng )客教育裝備發(fā)展趨勢探析

  　　隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展與理念的轉變，創(chuàng )客教育將逐漸在各級學(xué)校和機構中普及，會(huì )形成完整的創(chuàng )客課程體系，創(chuàng )客理念也會(huì )逐漸進(jìn)入傳統課程。那么，隨之創(chuàng )客教育裝備也會(huì )出現以下發(fā)展趨勢：

  　　(1)種類(lèi)將更加細化，功能更加多樣。創(chuàng )客教育裝備從最開(kāi)始的3D打印發(fā)展到Arduino等開(kāi)源硬件平臺，又拓展到機器人設備等。未來(lái)隨著(zhù)新興技術(shù)的發(fā)展，如人工智能、3D 打印、AR&VR等新興技術(shù)的崛起，創(chuàng )客教育裝備必會(huì )越來(lái)越多樣化，越來(lái)越細化，以滿(mǎn)足不同創(chuàng )客教育群體的需求。

  　　(2)將更具系統性、專(zhuān)業(yè)化。從以上文獻分析可以看出，目前創(chuàng )客教育所使用的裝備大多開(kāi)發(fā)的初衷并不是用于教育領(lǐng)域，而是逐步移植到教育中來(lái)的，所以隨著(zhù)創(chuàng )客教育運動(dòng)的開(kāi)展，創(chuàng )客教育裝備必會(huì )更具教育系統性和專(zhuān)業(yè)性。

  　　(3)將更加集成化、智能化。未來(lái)創(chuàng )客教育裝備的體積會(huì )越來(lái)越小，且智能化程度會(huì )越來(lái)越高;同時(shí)，也會(huì )更加易于操作，便于教學(xué)，為學(xué)生提供良好的學(xué)習體驗?，F階段已經(jīng)有公司對Scratch和Arduino進(jìn)行了集成，將其整合成一個(gè)系統，這樣更有利于創(chuàng )客教育的開(kāi)展。所以，可以預見(jiàn)創(chuàng )客教育裝備將會(huì )更加集成化、智能化。

  　　(4)創(chuàng )客教育裝備會(huì )逐漸形成一套完整的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈。隨著(zhù)創(chuàng )客市場(chǎng)化進(jìn)程的不斷加速，從項目孵化器眾籌平臺，到硬件提供商，再到互聯(lián)網(wǎng)社區，創(chuàng )客運動(dòng)市場(chǎng)已經(jīng)快速形成了一套生產(chǎn)體系，而在未來(lái)創(chuàng )客教育裝備也會(huì )逐漸形成從硬件、軟件到支持服務(wù)的一套產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)圈。

  　　綜上所述，雖然目前市場(chǎng)上創(chuàng )客教育裝備多而無(wú)序，但是隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展、理念的轉變以及創(chuàng )客教育的普及，創(chuàng )客教育裝備類(lèi)別必會(huì )更加豐富，也會(huì )更趨教育專(zhuān)業(yè)性、趣味性以及智能化，以滿(mǎn)足不同教育場(chǎng)景、學(xué)習者所需。