学术论文 | 面向问题解决能力的创客学习应用框架研究 ——基于四轮迭代实验和准实验的分析

点击上方  信息化教学创新  订阅本刊

未经许可不得转载，若需转载请在后台联系我们

摘要：创客学习是一种问题导向的学习，学习者在解决学习问题的同时高阶思维获得发展，而在此过程中如何推动学习者高效地解决问题成为了当前研究的焦点。基于此，文章首先基于“教学法—社会交互—技术”（Pedagogy-Social Interaction-Technology，PST）模型和问题解决过程观点，构建了面向问题解决能力的创客学习应用框架（原型）；之后通过四轮迭代实验，形成了面向问题解决能力的创客学习应用框架（优化版）；最后采用准实验方法，从问题解决能力、作品创造力、学生态度三个方面检验了此应用框架的有效性。创客学习应用框架的提出，可用于提升学习者的问题解决能力和作品创造力，并为教师开展创客学习设计与应用提供参考。

关键词：创客学习；问题解决能力；作品创造力；学生态度；PST模型

一、研究现状

近年来，随着以“创新、分享、技术”为特征的创客理念与教育深度融合，创客学习逐渐受到学界关注。创客学习又称基于创客项目的学习，是一种融合设计、创造与合作的学习范式^[1]。创客学习具有问题驱动、作品导向、深度探究、协同合作的特点^[2]，学习者在创造性应用技术与非技术手段的过程中，通过发现问题、解构问题，寻找解决方案并不断实验，从而形成创造性制品^[3]。创客学习融合“做中学”和“创中学”的学习理念^[4]，有助于提升学习者的高阶思维，正成为信息化背景下广受关注的教学方式。

在创客学习设计方面，研究者多基于设计思维^[5][6]、项目式学习^[7][8]等理论，提出多样化的创客教育教学模式。例如：崔向平等^[9]构建了基于协作式在线开放课程（Collaborative Open Online Course，COOC）的创客教育模式；饶敏等^[10]提出了面向创造力培养的设计型学习模式；Marulcu^[11]提出了包含发现问题、探究问题、制定方案、原型制作、检验修正五个环节的基于乐高的创客学习模式；Loh^[12]认为在科学教学中整合发现问题、设计实验、收集数据、形成结论、分享交流等活动有助于推动学习者在反思中学习。在创客学习效果方面，研究者较为关注学习者问题解决能力、创造力等高阶思维的发展。例如：Kajamaa^[13]认为创客学习促进了学习者的多模态知识实践，且学习者经历知识定向（Orienting）、阐释（Interpreting）、具象化（Concretizing）、拓展（Expanding）后能更高效地解决学习问题，创造出人工制品；Woods等^[14]在创客学习环境中开展STEAM教学实验，发现学习者的跨学科问题解决能力得到了显著提升；Hatzigianni等^[15]通过分析5～8岁儿童参与创客学习的视频，发现儿童的问题解决技巧、创新能力均得到了提高。

综合来看，当前创客学习多聚焦于宏观层面，而缺乏对微观层面的学习过程的研究^[16]，特别是鲜有从支撑学习者问题解决的角度探索创客学习的应用方法。问题解决是一个系统而复杂的过程，如何有效地支撑学习者解决问题需要综合考虑教学法、社会交互和技术因素。基于此，本研究借鉴“教学法—社会交互—技术”（PST）模型，通过四轮迭代实验，探索面向问题解决能力的创客学习应用框架，以期为创客学习实践提供新思路，从而推动创客学习的深入应用。

二、面向问题解决能力的创客学习应用框架的初步构建

作为培养学习者问题解决能力的学习方式，创客学习能否发挥实效，取决于学习者是否真的经历了问题解决的过程，并产出具有创造力的学习制品。基于PST模型和Ge等^[17]提出的问题解决过程观点，本研究构建了面向问题解决能力的创客学习应用框架（原型），如图1所示。

图1  面向问题解决能力的创客学习应用框架（原型）

此框架分为三层：①目标层，指向问题解决能力的四个维度，即识别与分析问题、开发解决方案、方案分析与选择、问题解决与反思；②过程层，指向创客学习过程的四个环节，包括调查发现、设计原型、实验测试、反思改进；③活动层，是从教学法（P）、社会交互（S）、技术（T）三个维度总结支撑上述创客学习过程的活动。

三、研究设计

1.研究对象

研究对象是来自广东省L职业技术学院动漫专业的2016级学生。研究者随机选择1603班为实验班，有学生52人；1601班为对照班，有学生49人。实验班采用初步构建的面向问题解决能力的创客学习应用框架，对照班采用常规的学习方式。两班均开展“创意动画设计”创客项目，且由同一教师授课，学习进度相同；实验时间是2017年11月27日～2018年1月5日。

2.研究方法

本研究综合采用基于设计的研究与准实验研究两种方法：基于设计的研究采用“设计—实施—评价”的循环步骤开展四轮实验，以在实践中不断修订创客学习应用框架；而准实验研究通过问题解决能力调查、作品创造力评价和学生态度调查，来检验创客学习应用框架的有效性。

3.研究工具

①问题解决能力调查：借鉴Xun等^[18]关于劣构问题解决过程的观点和Byun^[19]制定的问题解决能力评价量表，本研究制定了“问题解决能力调查问卷”，并在试测的基础上进行修订，最终设计了10个题项，内容主要涉及识别与分析问题、开发解决方案、方案分析与选择、问题解决与反思等四个方面。经检验，此问卷具有良好的信度和效度。

②作品创造力评价：Besemer等^[20]从超过90份文献资料中抽取了超过125份关于作品创造力的评价标准，据此提出了包含新颖性、问题解决有效性、精密性和综合性的“作品创造力评价量表”。此量表具有较好的信效度，故本研究使用此量表评价学生作品的创造力。

③学生态度调查：为了解学生对创客学习应用框架促进问题解决的态度，本研究制定了非结构化访谈大纲，并随机挑选5名学生进行访谈。访谈内容包括：对创客学习应用框架的整体感受，对“迭代改进、阐释分享、设计思维、问题解决支架”等问题解决策略的态度。

四、基于设计的研究过程

1.第一轮实验

①设计。在教学法方面，研究者将创客项目“创意动画设计”分解为四个子项目，设计“最佳创意动画方案”“最佳创意动画分镜”“最佳创意动画海报”“最佳创意动画影片”竞赛，并提供调查支架供学生记录调查信息。在社会交互方面，教师组建学习小组，搭建线上交流渠道；设计问题调研活动，了解学生需求；设计阐释分享活动，促进学生深入理解问题。在技术方面，教师创建包含“在线群组+云班课+搜索引擎+资源平台+参与式互动教室”的混合式创客学习环境，以支持情境创设、信息收集与共享。

②实施。首先，教师播放优秀创意动画《纸杯》，指出动画不仅要有好的创意，还要体现作者对生活的思考，传递正能量。接着，学生讨论体现正能量的创作主题，开展在线调查并根据结果撰写创意动画方案。随后，学生进行“创意动画方案”的阐释分享，并进行提问与质疑。最后，师生评选最佳创意动画方案。课后，教师引导学生修改方案。

③评价。研究者对课堂进行观察，发现：学生对案例的分析不深，对动画立意、人物、场景方面的掌握不够理想；汇报内容不聚焦，学生过于关注“是什么”，而对“为什么要这样做”、“创新点是什么”等问题缺乏描述；设计方案创意不足，缺乏设计灵感。

2.第二轮实验

①设计。针对案例分析不深的情况，教师运用“5W+2H”（Who，What，When，Where，Why，How，How Much）方法，引导学生剖析动画案例。针对汇报内容不聚焦的情况，教师在云班课平台发布汇报提纲引导学生提炼汇报要点；增加“世界咖啡”活动，通过两轮以上的介绍和提问，促进学生熟悉汇报内容；开展微型课程讲解，结合正、反例分析方案中的问题。针对方案创意不足的情况，教师分享设计思维方法，并向学生介绍类比法、重组法等，以启发学生获取创意。

②实施。课上，教师以创意动画《啊，无声的朋友》为例，运用“5W+2H”方法分析撰写动画设计方案的方法；围绕设计方案，对选题意义与价值、情节构思进行剖析，开展“世界咖啡”活动，引导学生熟悉动画方案；运用设计思维方法，提升作品的创意水平。之后，学生开展分镜建模并进行阐释分享，师生评选最佳动画分镜。课后，教师引导学生修改动画分镜。

③评价。通过课堂观察，研究者发现：学生能较好地将设计思维融入作品创作之中，其动画作品的创意水平得到了一定提升。例如，A小组采用类比法，用方与圆的战争来类比不同种族、文化之间的冲突，表达“地球一家”的主题。但是，学生进行作品创作时多局限于设计者视角，而忽略了动画受众的需求，这导致创作的动画作品存在一些晦涩难懂的地方。此外，分镜也存在规范性不足、立意不高的问题。加上课堂时间有限，教师无法同时指导所有的小组。

3.第三轮实验

①设计。针对第二轮实验存在的问题，本轮实验进行了以下改进：引入同理心方法，引导学生从受众视角设计作品；引导学生应用SWOT方法分析作品的优势与不足，以有针对性地改进作品；教师在“云班课”平台提供在线辅导，帮助学生完善作品。

②实施。课上，教师讲授微型课程，分发分镜头案例，引导学生运用SWOT方法、同理心方法分析创意设计，并修改分镜头脚本。之后，学生开展动画海报制作并进行阐释分享，其他同学扮演评委对动画海报进行评价并提出建议，教师提供学习支架，辅助学生记录观点。课后，学生修改动画海报，并完成创意动画影片制作。

③评价。通过课堂观察，研究者发现：多数小组完成了动画海报制作，但规范性和质量有待提升；学生能将同理心融入作品，并从受众角度思考问题。例如，在动画《寻根》中，创作者从受众视角出发，将主角吃潮汕传统小吃“水晶粿”的情节融入动画，这比原来吃肠粉的环节更能体现主角对家乡的思念。此外，大部分学生能有意识地完善作品，但有部分学生在改进作品时显得束手无策。

4.第四轮实验

①设计。针对第三轮实验存在的问题，本轮实验的设计如下：教师再次提供范例，引导学生分析优秀作品；应用情境故事法，组织学生挖掘作品所要解决的问题；提供反思支架，引导学生深入反思、改进作品；教师加强在线辅导，解决学生的疑难困惑。

②实施。教师点评作品中存在的问题，引导学生进行组间帮扶和组内互助。各小组完成创意动画影片的制作后，在班级内部举行“动画展览会”，学生自由讨论、点评不同的动画影片作品，最后评选最佳动画影片。教师对优秀作品进行点评，汇总修改意见引导学生再次改进作品。

③评价。通过课堂观察，研究者发现：反思已经成为学生的一种习惯。如在进行汇报前后，学生能对动画影片的优点与不足进行总结；小组合作也进一步加强，这可从小组汇报人数越来越多、角色分工越来越细得到验证；通过多次改进，作品立意得到了提升，如第5组《食堂风波》动画对“插队”现象进行批判，以弘扬和谐、友善的社会主义核心价值观，这相较于之前仅通过插队表现大学生日常生活趣事这一立意有了不小的提升。

五、面向问题解决能力的创客学习应用框架的优化

通过四轮迭代实验，面向问题解决能力的创客学习应用框架得到了实践检验。结合检验结果，本研究对此框架进行改进，形成了面向问题解决能力的创客学习应用框架（优化版），如图2所示。

图2  面向问题解决能力的创客学习应用框架（优化版）

①在识别与分析问题维度，针对“问题定位不清”，在教学法层面，教师分解创客项目，细化所要解决的问题；设计作品竞赛，激励学生深度参与问题解决；提供问题调查支架，为问题识别与定位提供支撑。在社会交互层面，教师引导学生组建学习共同体（线上与线下学习社群）、开展问题调研和作品阐释分享，推动学生开展深度合作，并在互动过程中理清问题本质，明确问题解决的方向。在技术层面，搭建线上、线下融合的学习空间，线上空间用于支持情境创设、师生互动、信息检索、资源共享，而线下空间主要用于支持开展参与式的学习分享活动。

②在开发解决方案维度，针对“解决方法缺失”，在教学法层面，教师引导学生应用“5W+2H”方法深入分析问题；引入设计思维，为创造性解决问题提供方法支撑；分析正、反案例，明确解决方案的方向；而微课程讲解用于补充背景知识。在社会交互层面，教师通过“世界咖啡”活动，促进学生深入理解问题解决方案，引导学生进行创客作品建模推动问题解决方案的可视化；小组阐释分享作品，同伴反馈可作为作品改进的依据。在技术层面，线上空间引入在线课程支撑线上辅导，线下空间引入动画工作站、建模工具为作品设计提供支持。

③在方案分析与选择维度，针对“解决方案粗糙”，在教学法层面，教师提供作品范例，助力学生明确优秀问题解决方案的特征；应用同理心方法，推动学生转换视角思考问题；运用SWOT方法，分析作品的优势与不足；观点记录支架则用来记录分析过程。在社会交互层面，学生通过角色扮演实现对解决方案的理性分析，通过互问互疑促进深度思考，通过组间与组内作品的阐释分享深化问题解决过程中所习得的知识与技能。在技术层面，线上、线下融合的学习空间用于记录作品测试过程，帮助学生获取作品的反馈数据（包括质性数据与量化数据）。

④在问题解决与反思维度，针对“学习反思不深”，在教学法层面，教师引导学生分析优秀范例，以明确作品的改进方向；采用情境故事法，在问题情境中分析作品的优劣；设计学习反思支架，促进学生反思问题解决的全过程。在社会交互层面，教师引导学生开展创客作品迭代设计，引导小组反思学习收获与不足，组织作品展览和调查访谈，以获得作品的真实反馈。在技术层面，学习空间与第三个环节相比并无变化，旨在为学习评价和作品发布提供支撑。

六、准实验研究过程

1.问题解决能力调查

实验开始前，研究者分别在实验班、对照班发放“问题解决能力调查问卷”，其中实验班回收问卷40份，有效问卷35份；对照班回收问卷40份，有效问卷38份。从前测数据来看，实验班（M=19.09，SD=6.02）与对照班（M=21.16，SD=6.98）的问题解决能力相差不大；运用SPSS 17.0进行独立样本t检验的结果显示：两者差异不显著（p=0.18＞0.05）。实验结束后，研究者组织后测，实验班和对照班均回收问卷40份、有效问卷33份，进行独立样本t检验的结果如表1所示。

表1  后测中问题解决能力的独立样本t检验

①识别与分析问题维度：实验班得分（M=5.91，SD=0.91）高于对照班（M=4.76，SD=1.70），其中t=-3.43，p=0.001＜0.05，说明两班学生在识别与分析问题方面存在差异显著。

②开发解决方案维度：实验班得分（M=6.70，SD=1.38）高于对照班（M=5.64，SD=1.39），其中t=-3.11，p=0.003＜0.05，说明两班学生在开发解决方案方面存在差异显著。

③方案分析与选择维度：实验班得分（M=6.12，SD=1.17）高于对照班（M=4.76，SD=1.28），其中t=-4.55，p=0＜0.05，说明两班学生在方案分析与选择方面差异显著。

④问题解决与反思维度：实验班得分（M=6.79，SD=1.80）高于对照班（M=5.58，SD=2.09），其中t=-3.34，p=0.001＜0.05，说明两班学生在问题解决与反思方面存在显著差异。

⑤问题解决能力：实验班得分（M=25.52，SD=3.60）高于对照班（M=21.76，SD=4.82），其中t=-3.59，p=0.001＜0.05，说明整体来看，两班学生在问题解决能力方面存在显著差异，并且实验班学生在这方面的表现优于对照班学生。

2.作品创造力评价

授课教师依据“作品创造力评价量表”，对实验班、对照班的小组作品进行评分。随后，本研究采用SPSS 17.0对作品创造力进行独立样本t检验，结果如表2所示。实验班与对照班的作品创造力均值差值为12.66，显著性检验p值为0.000，小于0.05，说明两班学生在作品创造力方面存在显著性差异，且实验班学生在这方面的表现优于对照班。

表2  作品创造力的独立样本t检验

3.学生态度调查

课程结束后，本研究从实验班随机挑选5名学生进行访谈，结果显示：①学生对创客学习应用框架持积极态度，特别是赞同此应用框架在提升动画制作技术、促进小组合作、改进学习作品方面的积极作用。例如，H同学表示“懂得了怎么做一个完整的动画短片，知道一个短片需具备哪些东西”，L同学表示“我能从别人那里听到客观评价，从而知道如何去改进自己的作品，同时也学习了其他小组的优点，进而开阔了自己的眼界并提升了能力”。②学生认为通过阐释分享、迭代改进等方法实现了作品优化，并且越改越好。例如，Z同学认为“迭代改进是完善作品的方法，也可及时发现自己的不足”，W同学表示“通过多次阐释分享，促进了自己对作品的反思，也有助于吸收他人的优点改进自己的作品”。③学生认为设计思维的应用可以帮助他们解决问题，并促进创意思维的发展。例如，M同学表示“课程中使用的设计方法对我提升问题解决能力帮助很大”，W同学认为“创新并不是一味图新求异，只有把创新思维规范起来才能更好地进行创新，而不是脑子中有很多新点子却毫无章法，无从表达”。④学生认为问题解决反思支架对学习反思有积极的作用，如L同学说：“我学会了运用反思记录单来分析作品的优点与不足。”

综上可知，实验班学生在问题解决能力、作品创造力方面的表现均优于对照班学生，实验班学生对创客学习应用框架持积极态度且对其应用效果给予了肯定。

七、结语

本研究构建了面向问题解决能力的创客学习应用框架，通过四轮迭代实验对此应用框架进行了优化，并采用准实验方法检验了此应用框架的有效性，结果表明此应用框架有助于提升学生的问题解决能力和作品创造力，且应用效果较好。后续研究可进一步细化线上、线下学习空间的PST设计策略，并对比分析线上、线下学习空间对创客学习效果的影响。

参考文献：

[1]陈鹏.创客学习:一种创造有意义学习经历的学习范式[J].现代远程教育研究,2016,(6):26-38.

[2]朱龙,胡小勇.面向创客教育的设计型学习研究:模式与案例[J].中国电化教育,2016,(11):23-29.

[3]祝智庭,雒亮.从创客运动到创客教育:培植众创文化[J].电化教育研究,2015,(7):5-13.

[4]王世娟,陈荣,郑旭东.动手,动脑与动心:创客教育的三重境界及其融合[J].现代教育技术,2021,(7):120-126.

[5]胡小勇,朱龙.面向创造力培养的设计思维模型与案例[J].现代远程教育研究,2018,(3):75-82.

[6]Tsai M F. Exploration of students’ integrative skills developed in the design thinking of a psychology course[J]. Thinking Skills and Creativity, 2021,(1):1-9.

[7]王超.中小学创客教育的项目式学习活动设计探究[J].教学与管理,2020,(6):110-112.

[8]陈江静.基于项目式学习的创客课堂——以“设计制作汽车转向灯”项目为例[J].中国现代教育装备,2021,(4):50-52.

[9]崔向平,赵冲,陆禹文.基于COOC平台的创客教育模式构建与应用[J].现代教育技术,2019,(2):113-120.

[10]饶敏,胡小勇,张华阳,等.如何促进学生的创造力培养?——从设计型学习初始模式到设计型学习实践模式[J].现代教育技术,2018,(9):59-65.

[11]Marulcu I. Investigating the impact of a LEGO-based, engineering-oriented curriculum compared to an inquiry-based curriculum on fifth graders’ content learning of simple machines[D]. Boston: Boston College, 2010:99-110.

[12]Loh B, Reiser B J, Radinsky J, et al. Developing reflective inquiry practices: A case study of software, the teacher, and students[A]. Designing for Science[C]. London: Psychology Press, 2021:261-300.

[13]Kajamaa A, Kumpulainen K. Students’ multimodal knowledge practices in a makerspace learning environment[J]. International Journal of Computer-Supported Collaborative Learning, 2021,(4):1-34.

[14]Macann V, Carvalho L. Teachers use of public makerspaces to support students’ development of digital technology competencies[J]. New Zealand Journal of Educational Studies, 2021,56:125-142.

[15]Hatzigianni M, Stevenson M, Falloon G. Young children’s design thinking skills in makerspaces[J]. International Journal of Child-Computer Interaction, 2021,(5):1-11.

[16]刘新阳.利用有效失败的创客学习活动设计——一项探索性研究[J].中国电化教育,2018,(4):82-90.

[17]Ge X, Land S M. Scaffolding students’ problem-solving processes in an ill-structured task using question prompts and peerinteractions[J]. Educational Technology Research and Development, 2003,(1):21-38.

[18]Xun G E, Land S M. A conceptual framework for scaffolding III-structured problem-solving processes using question prompts and peer interactions[J]. Educational Technology Research & Development, 2004,(2):5-22.

[19]Byun H, Lee J, Cerreto F A. Relative effects of three questioning strategies in ill-structured, small group problem solving[J]. Instructional Science, 2014,(2):229-250.

[20]Besemer S P, Treffinger D J. Analysis of creative products: Review and synthesis[J]. Journal of Creative Behavior, 1981,(3):158-178.

25个教研应用场景

25个实用技术工具

在线教研干货锦囊

一线教师必备指南

《在线教研实用指南》

  京东  👉

搜索《在线教研实用指南》

京东、当当、天猫皆可购买

● 推荐阅读 ●