创客教育融入学科课程：一种实践路径的设计研究

申静洁 赵呈领

摘要：创客教育为革新基础教育教学理念与教学方法提供了可能。该文基于学科整合的视角构建以学科素养、创客素养、综合素养为核心，以“做中学”、探究式学习、项目式学习为实施路径，秉承教与学的系统性、创新空间开放性、学习过程协作性、创新能力发展性的原则建构融前端设计、过程设计、评价设计于一体的基于学科课程整合创客教育教学模型。通过质性与量化相结合的分析方法对学生五周学习结果分析如下：学科学习层面，学生知识记忆与理解、学科技能与文化显著提升，形成求真探索、实事求是的科学素养;创客学习层面，学生创新意识与创新思维处于较高水平，创新技能存在两极分化，多数学生具有基于技术的工程设计与基于创新的产品物化的创客素养;综合学习层面，学生在依据科学原理创新的综合能力方面具有显著性差异，半数学生形成根据知识原理创新实践的综合素养;课程满意度层面，学生认为依托该教学模型的学习可以有趣地将知识与练习相结合，从而提升知识原理的學习效果。

关键词：创客教育;学科整合;教学设计

中图分类号：G434 文献标识码：A

在技术创新驱动与创新人才培养战略双重作用下催生的创客教育，为革新基础教育教学理念与教学方法提供可能。创客教育是以培养学生技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力的学科核心素养为中心，强调在真实的情境中通过借助技术工具和平台开展基于项目的学习，使学生在对技术感知和运用过程中形成工程思维、提升创新能力。创客教育以独立的课程活动形式进入教育系统仍处于边缘性介入，与学科课程相结合以解决理论性学科内容学习与实践性创客教育学习的割裂问题，是其走向教育中心的必由之路。基于学科的整合与基于创客项目的整合是实现创客教育与学科课程常态化融合的两条路径。基于学科的整合是以学科知识与原理为基点，将创客教育以模块化形式嵌入学科教学，引导学生在实践体验的支持下开展深度学习;基于创客项目的整合是以解决生活问题而生发的创客项目为主线，在依据项目主题遴选相关学科内容基础上，重组不同学科知识的内在结构，使其成为有机融合的整体。本研究以基于学科整合的视角构建创客教育融入学科课程的教学模型，以科学课程中桥梁设计的工程项目为依托，嵌入创客教育中3D打印的桥梁建模内容，开展为期五周的实践研究，通过前后测的方式考察学生对科学原理的掌握情况，由课堂观察法获取学生学科学习、创客学习及综合能力的数据，辅以对访谈内容的分析得到学科学习层面，学生在知识记忆与理解、学科技能与文化方面显著提升，形成求真探索、实事求是的科学素养;创客学习层面，学生创新意识与创新思维处于较高水平，创新技能存在两极分化，多数同学具有基于技术的工程设计与基于创新的产品物化的创客素养;综合学习层面，学生在依据科学原理创新的综合意识、综合思维与综合技能的综合能力方面具有显著性差异，半数学生形成根据知识原理创新实践的综合素养;课程满意度层面，学生认为依托该教学模型的学习可以生趣地将知识与练习相结合，从而强化科学原理以提升学习效果。

一、创客教育与学科融合理论基础

教育部《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》提出通过跨学科教育活动整合相关教育内容，提高学生问题综合分析能力与解决能力。在此背景下，创客教育立足于通过跨学科的综合项目使学生依据学科知识开展创新设计与实践活动，在复杂问题解决与项目实施过程中培养学生知识原理的探究与学习能力、学科内容与生活经验的运用能力、创意设计与创造体验的创新能力、学科知识与创新能力融合的综合能力。在创客教育与学科整合的初步探索阶段，其课程设计与实施主要分为基于学科的整合与基于项目的整合两种取向，且基于学科整合包含创客教育与STEM教育及创客教育与独立学科整合两个视角。研究者认为创客教育与STEM教育的整合应以工程为纲领，以技术为中心，以科学、数学、艺术等为组成成分的框架结构，但不同学科参与的凸显程度与重要程度存在较大差异，在一定程度上违背了STEM教育跨学科融合的真谛。创客教育与独立学科整合是以创客教育为工具，通过将创客教育的理念融入学科教学以辅助学生课程学习，但仅借创客教育之形于学科教学活动，而忽视创客教育造物的实质，使创客教育与学科整合处于片面化的理念融合状态。基于学科整合中的创客教育处于从属地位，以内嵌的方式融入课程教学，而基于项目的整合以创客项目为贯通相关学科内容的主线，通过对学科内容的重构消除学科壁垒以实现真正意义上的学科融合。杨维以学科主体为项目选择依据，根据项目主题对相关学科内容的授课课时与教学方式进行调整，其设计方案虽具有跨学科教学的雏形，却未能使语文、科学、美术、音乐等学科无缝融合。因此，创客教育与学科整合存在对整合方式科学选择与正确定位的偏差、对创客教育融创新与造物于一体的本质理解的偏颇等关键问题，是制约创客教育长足发展的重要因素。

基于学科整合与基于项目整合是创客教育接轨学科教学的两条路径，应依据教学目标与教学内容选择适切的方式接入学科课程，遵循由单一学科内容生发项目的基于学科整合，在理念融合的基础上，通过创客教育造物过程深化课程学习以实现思与行统一的原则，及高相关多学科内容交叉的基于项目整合，通过消除学科界限使学生在创作的过程中培养多元视角与跨界思维的要求，根据对课程整合方式的定位与特征梳理得到如表1所示结果。

创客教育与学科整合应依据具体课程内容甄选适切的整合方式，按照表1设计原则组织教学活动，促进学生基于理论的创造能力与基于跨界思维的综合能力。基于学科的整合从学科视角出发，将理工科教学内容（如桥梁的建设、动力和力、地球的表面等）与工程化文科教学内容（如信箱、赵州桥、果园机器人等）作为创客项目主题，使学生在知识学习与创新实践过程中培植其基于科学探究的创新设计与造物能力，形成创客文化与求实精神、传统文化相交融的氛围。基于项目的整合以多学科融合的工程项目视角重构各学科内部知识结构与外部连结网络，使学生在创新实践过程中建立以项目为基点的发散性跨学科知识体系，并在体系构建中提升以多元学科内容为基础的创新能力，促进学生知识建构与创新能力互助协调发展。尽管两条路径在课程定位、学习目标及教学设计等方面存在差异，但二者相辅相成地对分解的学科内容择以最优化的整合方式，通过融入学科教学推动创客教育与教育系统常态化融合的进程。本研究从基于学科整合的角度出发设计由学科课程整合创客教育的教学模型，通过考试评测与观测评价的量化分析方法和过程评价、作品评价与态度访谈的质性分析方法全面考察该模型的可用性与适用性，为培养具有系统知识、创新能力及融合二者的综合能力的创新型人才指明方向。

二、创客教育融入学科课程路径设计

（一）创客教育融入学科课程理论依据

1.创新教育

创新教育是在新时代背景下对教育目标与培养理念重新定位——以创新意识为基础，以创新思维与创新技能为核心，促进学生全面协调发展—一以促进教育全局性、结构性的革新。创客教育秉承创新教育的创新人才培养宗旨，通过外部因素相互作用使内部结构重新组合的方式使学生在实践中提升创客素养。创客素养是吸纳创新教育之创新素养，依照创客教育创新与造物的本质要求加以“本土化”而衍生的，包含求新探真的内部心理倾向与积极渴望的内部心理体验的创新意识、独特灵活的创意构思与理性辩证的分析能力的创新思维、新颖多元的问题解决方式与实践体验的创物能力的创新技能，遵循以创新意识为本原、以创新思维为中心、以创新技能为归宿的创新型人才培养架构。

2.“做中学”

“做中学”是在合适的学习环境中基于学生主观认知与客观事物相互作用，使其通过实践行动掌握具体知识与使用方法以践行知行合一的教育理念。创客教育强调通过体验与实践的创作过程内化学科知识与工具使用方法，在升华学生对学科认识与情意态度的过程中形成创客文化。“做中学”以人文课程工程化与理工课程实验化的方式融于创客教育，形成于求知中创新一在创新中探索一从探索中深化的实施方略，即将具有工程特征的人文课程内容以情感为主线开展项目，使学生在感知内里思想感情基础上，通过创新造物的过程体味文化魅力;将具有实操特征的理工课程内容以实验探究为主线开展项目，使学生在实践探索中发掘科学原理，在项目创作中检验、运用科学原理，使其在领会科学工程真谛的基础上具备施行能力，成为融科学知识、创新能力、情感意志于一体的创新人才。

3.基于项目的学习

基于项目的学习是以现实环境中真实的开放性框架问题为驱动，通过学生主动探索与问题解决过程学习知识技能的一种动态学习方法。创客教育以项目式学习为贯通创新教育与“做中学”教育理念的实践载体，学生依据自定义的学习目标与作品产出，以团队协作的方式实施项目任务，在创客项目挑战过程中深化问题理解、完善体系架构。项目式学习融于创客教育是以学科内容与真实世界复杂问题为项目主题，以开放性的概化项目为抓手，使学生以多元化创新视角确立项目切入点、细化项目设计方案，在小组协作的实践体验过程中形成具有个性特色与应用价值的创客成品。

（二）创客教育融入学科课程路径设计

创客教育依托技术工具寓创新意识与创新思维于实践行动中，以创新性技术产品为项目目标指向，使学生在遵从本心的创作设计中实现全人发展以促进创客教育回归教育之本真。基于学科课程整合创客教育应以培养学生创客素养、学科素养、综合素养为教学目标，秉承教与学的系统性、创新空间开放性、学习过程协作性、创新能力发展性的原则组织以前端设计为基础、以评价设计为导向、以过程设计为重心的教学活动，辅以各环节设计要义构建教学框架的概要模型（如图1所示）。

该框架设计通过项目式学习使创新教育之创与“做中学”之行在以实体为思考对象、以技术为必要手段的基础上进行融合，作为学科课程与创客教育整合的基准。前端设计从系统角度统筹学科内容与成品创作的内在关联，通过协调目标、资源、环境等影响因素，建立基于学科课程的创客教育教学系统设计框架。评价设计秉承学生发展的全人教育理念，以课程标准为参照依据，通过考试、观察、作品、问答、访谈的多样化方法从学科知识技能、创新能力、综合能力三个维度全面考察学生学习效果。过程设计依从项目开放性与实践协作性原则，使学生在开放的创新空间中以个体意愿偏好生成教学具体内容与实施路径，通过互助协商使其在完成自定学习目标过程中提高创新能力、知识运用能力、综合的问题解决能力。模型三元素以前端设计为过程具化与评价拟定的参考依据，以评价设计为过程组织与前端搭建的行动指南，以基于前端设计与评价设计支撑而开展的过程设计为前端修正与评价验证的数据来源，通过创客素养、学科素养、综合素养的目标纽带使三者互依互连，构成基于学科课程整合创客教育教学系统发展的共同体。因此，该教学框架立足于创客教育核心理念，以创新、发展与体验的视点从教学设计整体观出发，将学科课程设计纳入创客教育教学理念与学习环境，围绕学科内容抉择项目主题与课程设计，使学科课程与创客教育形成相互包容的有机统一体。

（三）融合路径的教学设计

本研究以创新教育理念为设计环境，依照基于学科课程整合创客教育教学设计框架，使学生以探究的学习方式在项目创作过程中建立个体知识体系，实现学科课程与创客教育双重教学目标（如图2所示）。该模型以教学分析为基础，以基于项目的创作为中心，从知识结构分析、教学目标确立、项目主题选取与资源环境和支架设计的前端分析、情境创设、课程教学、创新实践、成品测试、展示交流的过程设计及学科学习评价、创客学习评价、综合能力评价的评价设计等环节进行建构，使学生在基于知识原理的创新体验中提高其学科思维与实践能力、创新能力及“学科-创客”综合能力。

1.前端设计

创客教育的学科综合性特质要求教学设计者在剖析学科知识结构与创客工具应用的基础上，以全局意识遴选能够在创客空间中践行课程原理或思想主旨的创客項目，根据该项目主题构建教学框架，为环境设计、资源设计与支架设计提供方向支持。知识结构分析应本着为创新实践提供理论支撑的原则审查知识关联结点，重构以创客项目为中心、以工程思维为脉络的知识体系架构，使创客教育与学科课程成为有机整体。教学目标制定应在培养学生学科思维与基于知识的实践能力基础上，关注学生学科素养、创客素养与综合素养的全面发展。项目主题择选应秉承源于生活的真实性、创新空间的开放性、知识覆盖的完整性准则，在能够统筹知识结构与教学目标的前提下，使之相互补充以共同组建基于学科课程整合创客教育教学设计的框架雏形。环境设计是在满足课程实施所依存的物理环境需求基础上，依据创新、协作、开放的发展教育理念构造空间布局以融入培养文化精神所必要的环境元素，为学生知识、能力、素养提升提供保障。资源设计是传递教学内容与思想理念的载体，应以启发性、形象性、易懂性原则筛选、组织、制作教学材料，以简短性、提示性、具体性规则设计开发学习资料，以必要性、多样性、易用性准则筹备创作原料，为基于项目的教与学提供全方位支持。支架设计需以开放的问题为支点引导学生在创新空间中探求创意的立足点与困境的突破点，使其在自我探究的过程中获取基础知识、提升创新能力、培养综合素养。前端设计以分析单元结构为发端，以创客项目为中心，在联合教学目标构建教学框架的基础上为环境设计、资源设计、支架设计提供明晰的方向和内容支持。

2.过程设计

（1）真实开放的情境创设。基于学科课程整合创客教育的情境设计应以依托学科内容衍生的创客项目为轴心，以趣味性生活化的教学理念为指向，遵循学生中心性、空间开放性、内容全面性、文化融合性原则，通过劣构性多元化创设方法营造具有文化底蕴、开放发散的教学情境。首先，依据学生意志偏好从生活实际出发，探求具备趣味、新颖、真实、难度等驱动因素的可塑情境;其次，创新是连接知识与实践的枢纽，根植于开放的发展空间，因此，课程情境应承袭创新的目标理念，遴选、设计具有创新培植土壤的开放空间。再者，情境是承载课程教学的软环境，在引出教学内容的基础上需统领教与学的全过程，全面覆盖项目学习与创新体验所依附的知识技能;最后，将乐于创新、践行创新的创客文化与科学求真、协作进取的学科文化融合，无缝渗入学生创作过程以培养学生学科素养、创客素养与综合素养。

（2）基于问题的学科教学设计。课程教学是在学生知晓学习内容与学习目标的基础上，以问题探究的方式检验假设、探索真理，通过对研究结果陈述与分析进行意义建构的学习过程。由情境引出的学习主题不仅要激发学生对学习内容的兴趣，也需使学生将学科知识与创客实践自然地建立联系。目标解读从整体的视角将其分为不同难度梯度，以简明语言分别阐述学科学习内容、创客创作内容、实践内容要求，使学生依据个体能力水平定位相应目标层级，针对性地开展学与创的课程活动。学科课程内容由教师以情境化抛锚的方法提出问题，学生以自我主导、动手实践的方式在教师追问与指导下，通过实验探究对问题假设提供科学论据，完成目标内容学习与知识体系建构。知识梳理是在教师提供线索框架的基础上，由学生自述实验现象与发掘结果，通过总结归纳内化为创新行动的理论指南。

（3）基于项目的创新实践设计。创新项目开发包含依据科学原理的创作工具学习、由情境生发与原理支持的创新项目开发、基于资源反馈的深入创作三个环节。基于学科知识创新的工具学习以依托教学情境的课程内容为基础，由学生确定学习创作工具所依据的子项目主题以设计作品框架雏形，通过集体拟定项目实施方案与讲演模仿的实操练习的迭代循环过程，使学生掌握基于知识创作的实践技能，经提炼知识原理与项目创作的对应关系和将创意构思转变为技术产品的工具运用方法，强化学生根据学科知识进行项目创作的意识和能力。在领会课程内容与创作技能的基础上，使学生从项目主题所在的教学情境择选适合其最近发展区的子项目内容，由理念创新、功能创新、设计创新等方面以辐条发散的思维方式通过协作会话预制作品原形。线上虚拟创客空间是课堂教学与创新活动的拓展与延伸，学生基于线上空间的学习资源，按照科学原理优化原形或创作新品，通过非实时师生与生生作品交流反馈，引导其修正完善以形成具有科学理论支撑的创客成品。

（4）成品测试与展示交流。基于学科知识创作的技术成品测试应依从科学性、应用性、适切性三个基本原则，以设计立意表述、制作过程自述、“原理一产品”解说的方式呈现学生作品，根据产品测试结果与设计者阐述使学生以头脑风暴的形式从学科知识原理角度出发分析现象产生原因，协商修正方案的可用性、合理性、最简性，从而让学生在项目陈述与讨论交流中深化依据学科内容创新的意识、依照学科知识设计的思维、凭据科学原理创作的能力，形成创有所依、学以致用综合素养。

3.评价设计

基于学科课程整合创客教育的评价设计，应秉成以学习结果为主导的过程性评价理念与基于评价量表的以观察、交流、访谈等多样化途径对学生课堂表现、创作过程、技术作品的多元化评价原则，从学科学习评价、创客学习评价、综合学习评价三个维度对学生学习效果进行全面考察。学科学习评价以学科素养为核心，从知识学习、技能练习与态度培养三方面考量学生知、行、意的课程学习状态水平。创客学习评价围绕以工匠精神为核心的创客素养从创新意识、创新思维与创新技能三个层面对学生内隐与外显的创新品质通过言、行、物进行挖掘以客观评测其创新能力水平。综合学习是指学生能够依据学科知识技能实施创新活动以培养其跨界综合的创新精神与能力，形成综合素养的高阶学习目标，因此，综合学习评价应以综合素养为中心，从融合意识、融合思维、融合技能评估学生综合学习状态水平。

在基于学科课程整合创客教育模型设计中，尽管授课形式保留学科界限，使创客教育以外接模块的方式嵌入课程教学，但学科课程与创客教育是相辅相成的整体，而非相互割裂的独立个体。从表现形式上看，前端设计是在对学科内容与创客教育综合分析基础上，依据科学素养、创客素养与综合素养构建教学框架;过程设计是以学科课程为基点，从创客教育视角将知识运用与创新实践相连接，即形成知识讲授与过程演练、原理应用与产品开发的交叉递进的螺旋结构。从内在本质上看，基于该模型的课程教学以培养学生根据科学原理开发创造的能力与融合学科一创客的综合素养为根本目标，通过使学生在探究中学习、在学习中实践、在实践中创新的教学链条将学科课程与创客教育从内里贯通，形成互为基础手段的整合态势。

三、创客教育融入学科课程实践

（一）实践背景

以武汉市某小学3D打印的创客课程为基于学科课程整合创客教育模型应用的教学环境，以科学教育出版社六年级上册科学课程中形状与结构单元的桥梁建造为课程项目主题，按照图1所示的融合路径与图2所示的教学模型设计课程内容，开展为期五周的科学课程与创客教育的整合课。本文以该校五年级各班选修3D打印课程的21名学生为研究对象，在O2O创客空间中主要以合作探究、协作创造、成果自述与会话协商的方式展开学习活动，通过迭代修正使学生做出具有理论依据的创新作品。

（二）研究方法与数据收集

本研究以“台灯”项目与“桥梁”项目分别作为前后测观察数据来源，根据评价量表记录课堂观察法采集的学生课堂言行、创作过程、物化作品、线上交流等数据，通过前后测试卷考察学生桥梁相关知识的掌握情况，项目结束后以访谈法深入探析学生自我感知的学习结果及对该教学方法所持态度，结合统计分析法、内容分析法与数据挖掘法，对采集的数据进行深入剖析。统计分析法用于以班级为单位的整体视角，对桥梁知识前后测试卷结果与基于评价设计的学科学习、创客学习与综合学习的量表观测数据进行分析。内容分析法是以个体为单位的局部视角分析学生对基于学科课程整合创客教育教學模型的学习效果与满意度的访谈内容，通过以小见大的方式透视课程教学成果与潜在问题。数据挖掘法既从宏观视角发掘产生统计分析结果的内部影响因素，也从微观角度揭示影响学生个体学习效果的内在机制，形成具有科学依据的教学策略，辅助基于学科课程整合创客教育教学模型的有效实施。

（三）整体视角实践效果分析

从科学期末考试试卷与教材内容中筛选桥梁测试点构成的前后测试卷总分均为33分，以图2评价设计对应维度的末级指标数为总分，依据课堂观察法获取科学学习、创客学习与综合学习的成绩，通过SPSS 20.0软件对学生桥梁知识前后测数据及学科学习评价、创客学习评价、综合学习评价的前后观测数据，运用配对样本t检验方法得到如表2所示的学生整体学习效果统计量。

1.考试成绩分析

当学生未学习桥梁建设相关内容时，其测试成绩平均为12.95分（SD=4.092），学习结束后测试相同知识点的不同题目，学生平均成绩为23.24分（SD=3.649），这个差异是显著的（t=-10.746，df=20，P=0.000< 0.05）。基于对教与学的过程分析，推测产生这一结果的原因主要由以下两方面：意识层面上，使学生以桥梁工程师的身份思考桥梁建设整体流程及各方面影响因素，让其从思想上接受3D打印不仅是运用技术工具制作产品，而且是基于科学原理与生活实际创新设计具有应用价值的新颖作品，从而调动学生学习科学的积极性。教学环节上，通过学生自我总结的方式使其梳理科学知识与“操作-原理”对应关系，深化其对学科内容的理解。这一测试结果表明基于学科课程整合创客教育教学模型能够显著促进学生学科知识学习，并在一定程度上表明使用该教学模型进行学科学习可能是有效的。

2.学科学习观测结果分析

学生以独立的创客课程形式制作台灯时，其学科学习观测结果均值为0.33（SD=0.730），以基于学科课程整合创客教育的课程形式建造桥梁时，其学科学习观测结果均值为2.29（SD=1.271），前后学习结果具有显著性差异（t=-7.192，df=20，P=0.000<0.05）。促进这一转变的因素有以下三方面：一是学习方式上，以学生为主体的探究式学习，通过小组协作开展实验探究、记录数据、挖掘原理、陈述结论的学科学习活动，使学生在动手实践的乐趣中自主构建知识框架以促进知识的长时记忆;二是教师引导上，在学科内容学习过程中，教师通过提供脚手架使学生基于已有知识与生活经验述说桥梁设计的相关内容，通过对知识的提取、再认与组建加深对知识理解与再生;三是教学技巧上，在学科学习与实践创作过程中有意识地使学生运用所学知识分析现实桥梁建设依据的原理，在此基础上应用创新工具进行再创造以强化学生对科学知识的记忆、领悟与运用。

3.创客学习观测结果分析

在台灯项目学习过程中，针对学生创新能力进行评价的创客学习观测结果均值为4.52（SD=2.272），在桥梁建设项目学习中，学生创客学习观测结果均值为5.29（SD=2.217），学生在两个项目中的表现差异不显著（t=-1.504，df=20，P=0.148> 0.05）。通过对个体数据逐个筛查，发现编号为17号学生后测成绩明显低于前测，在删除该学生数据的基础上进一步分析，得出学生在台灯项目中创客学习观测结果均值为4.40（SD=2.257），在桥梁建设项目中学生创客学习观测结果均值为5.40（SD=2.210），这一结果具有显著差异性（t=-2.127，df=19，P=0.047<0.05），造成这一结果的原因主要有以下两点：一方面在本研究开展之前已采用“基于学科课程整合创客教育教学模型”中“基于项目的创新实践”的教学环节进行半学期的创客课程教学，学生在一定程度上已具备了创新能力基础，进而通过五周的综合学习与创新体验未能使学生创新能力在此基础上得到较大提升;另一方面受学生个体主观因素影响，使对班级整体学习效果的数據分析因少数学生学习动机、个体偏好、创新意愿等因素产生偏差，从而出现上述两组相对的实验结果。

4.综合学习观测结果分析

采用以创客教育融入学科教学的授课方式之前，学生在台灯项目制作中的综合学习观测结果的均值为0.29（SD=0.717），运用基于学科整合创客教育的教学方式后，学生在桥梁设计项目中的综合学习观测结果均值为1.10（SD=1.300），后者显著高于前者（t=-3.302，df=20，P=0.004< 0.05）。该结果有赖于在目标导向、教学策略与教学指导合力强化学生综合意识的基础上提升综合素养。一是目标导向层面：在目标解读环节向学生阐明创作要求为基于桥梁建造的科学原理，设计具有创新元素与应用价值的桥梁，使学生有目标、有抓手地开展学习活动;二是教学策略层面：在学生开始具体设计与创作之前，使其思考这些原理以何种途径融于桥梁建设，并在实践过程中使学生阐述设计依据，多角度、深层次强化“知识学习一创新体验一知识深化/再生”的学习意识与能力。教学指导层面，以“建造何类桥梁-运用哪些原理-从哪些方面创新-运用哪些工具-是否符合原理与实际-如何进行修正和完善”的指引框架为学生提供学习支架，促进学生在其已有的基础上得到提升。

（四）基于个体视角的实践数据挖掘

以学生个体为分析单元对学习数据进行统计描述得到如下页图3所示个体学习结果。由图可知学生在考试成绩、学科成绩、创客学习、综合学习四个维度均有所提升，其中学科学习提升显著，创客学习相互交融，综合学习有待深化。

1.学科学习：知、行、意的全面发展

由图3可知学生在科学知识记忆与理解层面、科学原理探究与应用层面均有较大幅度的提升。究其原因可知，“做中学”符合学生喜好动手操作的天性，运用实验材料协作探究是激发学生学习欲望与探索精神的重要手段，学生在知识挖掘过程中深入交流与结论解释是促使其掌握科学知识技能与原理应用、领悟科学文化与学科内涵以培养学科素养的有效途径。以编号为1号、11号和19号为代表的高阶成绩水平的学生不仅能够辨别运用所学知识原理，而且在意识思想层面对科学的认识由记忆考试转变为解决实际问题以改善生活，形成较高的科学学科素养。以编号为9号和14号为代表的低阶成绩水平的学生缺乏踏实坚毅、虚心求解的学习态度，在实验探究与产品物化过程中常旁观评说他人行为而鲜少付诸行动，以致对学习的内容仅停留于知道层次，未能很好地掌握知识运用的方法。

2.创客学习：“创”中“造”的技能提升

创客学习效果从创新意识、创新思维与创新技能三维度十层次对学生知识学习、实践创作、物化产品进行全方位考评。由图3可知有13名同学两次评测成绩在两分之内上下浮动，以11号为代表的6名同学后测成绩比前测成绩高3分及以上，以17号为代表的2名同学后测成绩比前测成绩低3分及以上，11号及17号同学前后测作品（台灯为前测作品，桥梁为后测作品）如图4所示。11号同学台灯作品在较大程度是对家用台灯的再现，对部分组件进行一定创新设计;桥梁设计则是将“年年有余”的寓意与东湖风景区建设格调相结合，以“鱼”喻“余”表达出对游客的美好祝愿。在与该同学交谈过程中知晓培养发散性思维与创新技能以提升综合创新能力是其选修3D打印课程的初衷，在这一目标驱动下该同学积极与教师讨论如何设计更具新颖性的创新作品，并积极探索创新工具使用方法，从而取得较大进步。17号同学台灯作品突破传统造型设计，以开放的花朵为设计元素融入“阳光”的理念，并运用工具物化为产品，表现出较高的创新能力水平;桥梁设计试图制作吊桥却似木桥，不仅未添加创新元素，而且不符合实际桥梁建造原理。为探究该同学出现这一现象的原因，基于课堂观察收集的证据辅以访谈证明其学习与创新的动机源于是否对学习内容感兴趣，而对学习内容的兴趣依赖于能否运用其擅长的工具进行“恶搞”，该学生虽在思想上具备运用学科视角构思设计、解决创作问题，但在行动上因畏难而不愿挑战突破自己现有水平，从而造成其创客学习结果的反复变化。

3.综合学习：以学导行的素养形成

综合学习是建立在具备学科能力与学科素养、创客能力与创客素养的基础上，能够将二者自然地无缝融合，创作出融理论基础与创新突破于一体的综合性产品。由图3综合学习结果可知，学生综合素养存在两极分化，半数学生虽掌握桥梁建设的基本科学知识，却未能以此为基础指导其创新桥梁设计，其余同学则在不同程度上具备基于学科的综合创新意识、创新思维与创新技能，初步在创客文化与科学文化交融的文化环境中形成综合素养。1号、3号、19号同学将拱桥设计理念与吊桥相结合（如图5所示），既承接拱桥受力大特点，又继承吊桥设计元素，对桥塔及相关组件予以创新设计以凸显基于科学知识的综合创新能力。21号同学以吊桥为立论依据，以桥塔构造的创新立意与构造为突破点，设计以环保理念为出发点的大跨度东湖吊桥。四位同学在学科学习过程中表现出较大的求知欲与科学探索的欲望，在实践创作过程中向教师询问其设计方案是否符合科学原理以期达到较高创新目标，并依据教师提供的修改建议反复修缮，创作出打破个体原有能力水平且有理所依、致力创新的综合性桥梁。

4.访谈分析：过程结果的良好体验

访谈提纲围绕评价准则及对基于学科课程整合创客教育教学方法的满意度进行设计，以学习者个体的主观视角评价其学习效果、学习满意度及教学效果，通过对访谈的11名同学的数据进行分析统计得到如图6所示结果。由图可知学生认为其在学科学习、创客学习、综合学习的学习效果较好，并对基于学科课程整合创客教育的教学方法满意度较高。学科学习层面，学生在掌握拱桥、吊桥、木桥基本原理及构造的基础上能够运用相关知识构思、设计桥梁，并在动手实践过程中形成科学是严谨的，是解决生活问题的认识观念。创客学习层面，学生创作动机分为两类，即喜欢3D打印与自我提升，学生创意来源包含顿悟、网上图片、真实桥梁再现、课堂学习四种，在创作过程中积极探索新工具使用方法和已学工具的新的使用方法，灵活解决制作过程中出现的问题。综合学习层面，学生能够有意识地在考量知识原理运用途径的前提下融入创新元素，通过各种工具的组合使用，將“原理+创新”的桥梁设计转化为综合性的应用产品。教学方式满意度层面，学生认为基于该教学模型的学习可以将知识与练习相结合，以“创”促“学”是其桥梁知识掌握比传统分科教学学习效果好的原因。尽管所有学生都认可该教学方法，但8名学生相较于传统分科教学更偏爱基于学科整合创客的教学方式，认为该方法可以使枯燥的知识在创的过程中活起来;另外3名同学认为该教学方法的教学效果与分科教学效果相同，但认同该教学方法使学习充满活力。因此，以学习者个体角度审视基于学科课程整合创客教育模型的应用效果，结合学科学习、创客学习、综合学习、教学满意度四个维度的数据分析结果，在一定程度上印证了该教学模型的有效性，为其使用价值提供理论基础。

四、结语

基于学科课程整合创客教育模型强调通过践行教与学的系统性、创新空间开放性、学习过程协作性、创新能力发展性的教学原则，实现培养学生学科素养、创客素养、综合素养的高阶教育目标。在根据采集数据以整体与个体角度从科学课程学习、创客桥梁设计、科学一创客综合能力及学习满意度四个方面分析模型实践效果基础上，通过反思学生言行表现与策略实施效果得出以下三点教学建议：第一，在同一原理统筹下依据学生基础水平设置并行项目主题（如“形状与结构”相关理论框架下高塔与桥梁设计）以触动学生对学习内容兴趣点而积极从事创新活动;第二，由图片、视频、实物、言语等形式呈现的学习支架在具有一致性基础上，应秉成启发性的设计原则以强化学生创新动机与综合能力;第三，以配对助学的方式由能力基础较强的学生充当教师角色指导能力较差的学生，帮助有创意缺技能的学生实现自我提升。该模型致力于破解创客教育与学科课程割裂分离的困境，但仅聚焦于以学科视角审视创客教育融入课程教学路径设计，缺乏从基于创客项目整合的角度考量创客教育与学科课程融合的有效策略，因此，该模型适用于以创客教育为手段，在促进学科学习过程中培养以理创新、学以致用的综合能力的整合课设计，而对以创客教育为中心重组学科知识关联结构，以提高学生多学科跨界综合的创新能力的教学组织的可行性与有效性有待进一步检验。

作者简介：

申静洁：在读硕士，研究方向为创客教育、教学设计、教育技术理论与实践（sjingjie@mails.ccnu.edu.cn）。

赵呈领：教授，博士生导师，研究方向为教育技术理论与实践应用、信息技术与课程整合、教师专业发展研究（zhcling@mail.ccnu.edu.cn）.