利用有效失敗的創客學習活動設計

劉新陽

摘要：針對當前中小學創客教育實踐中存在的“有形而少實”的現實困境，文章以“如何使學習有效發生”為著眼點，以“有效失敗”的相關理論成果為指導，探索通過腳手架促進學習有效發生的設計策略。研究采取參與式觀察與深度訪談相結合的方法，在真實教學境脈中探究了不同類型和強度的腳手架組合設計在支持和引導學生有效經歷創造性問題解決過程中所發揮的作用。研究進程中，研究者與教師在平等協商、充分互動的基礎上共同完成了學習活動設計方案的三輪迭代，是對教學設計理論研究與教師專業發展支持相結合的一次實踐探索。研究結果支持了“有效失敗”的新近理論觀點，驗證了利用“有效失敗”的腳手架設計經過多輪迭代之后，能夠最大程度地與學生的已有知識與能力相匹配，從而達成優化教學設計方案，提升學習效果的目的。研究揭示了創客工具對于發展學生創造性思維的腳手架價值，提出了創客教育評價要重視學習過程的有效性以及為教師提供動態教學設計策略支持而非靜態教學模式的推廣等實踐建議。

關鍵詞：有效失敗；創客教育；學習活動設計；腳手架

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

一、引言

在當前中小學創客教育蓬勃發展的表象之下，已有學者注意到實踐中所表現出來的創客教育“空心化”及“泡沫化”現象。這些現象反映出在創客教育迅速推廣的過程中，由于對創客教育規律、特別是對教學設計問題的關注遠遠滯后于硬件設備及空間環境的建設而導致的創客教育“有形而少實”的現實困境。當前的情形與本世紀初教育信息化推進過程中重硬件輕軟件、重建設輕應用的情況非常類似。歷史的教訓警示我們，僅憑信息化技術裝備的普及并不能實現教育變革，同樣道理，在缺乏教學設計理論與教師教學實踐支持的情況下，僅憑創客空間的建設及創客教育活動的開展，所達到的也許只是表面繁榮。

作為培養學生創新能力與實踐能力重要載體的創客教育活動，其教育成效的達成，取決于學生是否真正經歷了創造性問題解決的過程以及在此過程中學習是否得以有效發生。當前對中小學創客教育的研究，多集中在較為宏觀的理論層面，尚缺乏對微觀層面的學習過程及其有效性的研究。面對一線教師“創客教育究竟該怎么教”的疑問，筆者嘗試從“如何使學習得以有效發生”的視角，探討創客學習活動的教學設計與教師教學實踐支持問題。

二、當前中小學創客學習活動存在的問題

（一）“造”與“創”的失衡

當前中小學創客學習活動的主要組織形式有兩類：一是在校內以校本課程、綜合實踐活動或興趣小組等形式開展，二是校外教育機構所開發的商業性課程。從學習活動的設計與實施情況來看，均存在著重“造”而輕“創”的問題。在缺乏相關教學設計理論及工具支持的情況下，學校教師很容易將自己熟悉的授受式教學“遷移”到創客學習活動中來，從而使“看得見、摸得著”的操作步驟和制作成品在不知不覺中成為教學目標的全部，而對于創造性思維及創新能力的培養，則顯得既“無心”亦“無力”。校外教育機構所開發的商業性課程，往往出于“批量生產”的需要，在學習活動設計與課程實施方面均較為程式化，特別是有些機構受商業利益的驅動，秉持“一定要讓家長看到作品”的理念，導致很多學習活動淪為“照著做”。另外，近年來出現的很多中小學創客賽事，在評價方式上重結果而輕過程的做法，也產生了不良的導向性作用。

中小學開展創客教育，并非簡單地把創客運動引進校園。中小學生與創客的區別在于后者是具備較強的動手能力、創新能力以及創造性動機與熱情的人，而中小學生恰恰是需要通過創客教育發展上述能力的人。也許正是“在面對國內學生創新精神與實踐能力不強的焦急心理的驅使下，將創客教育作為教育改革的萬能藥”，才導致有“造之形”而少“創之實”的失衡現象。脫離了“創”的“造”很可能淪為“仿造”，這顯然與創客教育的初衷是背道而馳的。

（二）結果導向的教學設計思維定勢

中小學創客學習活動重“造”輕“創”現象的根源，并非教育者在思想意識上對創新能力的輕視，而是由于對創新能力不同于一般知識技能的發展規律的認識欠缺，以及與之相適應的教學設計策略的匱乏，致使主導授受式教學的結果導向的教學設計思維定勢乘虛而入的結果。

教育心理學研究表明，作為綜合能力的問題解決能力和創新能力是不能直接教授的，必須以包含實質內容的學習活動為載體。由此看來，面向全體中小學生的創客教育應該是一種“創客式教育”——以創客活動為載體，使學生在運用技術工具解決真實問題的過程中，掌握相關知識技能并發展創新能力。因而，教學設計的重心應當由對學習結果的關注轉移到對有效學習過程的支持上來。

結果導向的教學設計思維定勢在實踐中表現為“追求成功、力避失敗”。筆者觀察到很多創客學習活動中學生因成功實現了預期的功能而歡呼雀躍的場景，但問及排除故障的過程以及為何要實現某項功能，多數學生語焉不詳。對制作成功的追求，使得教師傾向于直接教授解決問題的具體方法而不是支持學生的問題解決過程。結果導向的教學模式下培養的學生如同Giyoo Hatano所定義的“常規專家”——他們熟練掌握了特定領域的技術操作，能夠有效應對常規問題，但他們卻不具備“適應性專家”所特有的在多變的境脈中創造性解決問題的“適應性專長”（Adaptive Expertise）。結果導向的教學設計思維定勢，僅關注表現意義上的“學生做到了什么”而忽視了“學生經歷了什么”以及“學習是否發生”。對于創新能力這樣的高階認知能力而言，沒有對學習過程的支持，是不可能達成發展目標的。

綜上所述，當創客學習活動過程蛻變為“照著做”，而學習目標又單一地指向“做出來”時，創客學習活動所肩負的發展學生創造性問題解決能力的使命就變得虛無縹緲了。因此，我們必須反思和改進創客學習活動的教學設計，為學生真正經歷真實的問題解決過程創設條件并提供支持，從而實現“創”與“造”的平衡以及學習結果與學習過程的“雙豐收”。

三、有效失敗及其對于創客學習活動設計的理論啟示

（一）有效失敗及其對于學習的意義

長期以來，學習科學領域圍繞如何支持學習者在真實的問題解決情境中學習這一問題開展了大量研究，主導性的研究思路是通過各種腳手架設計幫助學習者“成功”解決問題從而達成學習目標。自2008年起，Manu Kapur將目光轉向另一種可能，發現學習者在問題解決初期經歷的失敗對有效學習的發生具有促進作用，于是提出了“有效失敗”（Productive Failure）這一概念。Kapur藉由準實驗對比研究發現，全程提供充分腳手架支持的經典PBL活動就短期學習效率和效果來看是令人滿意的，但從長期效果來看，特別是在學習結果的可遷移性、適應性及創造性運用方面則是欠缺的，與直接教學方式并無顯著差異，而經歷了有效失敗過程的學習者在這方面的表現是顯著優于前者的。

Kapur所建立的利用有效失敗的學習活動設計模型由兩個相繼的學習階段——“探索一生成”階段和“整合一鞏固”階段構成。在前一階段，學生在幾乎沒有任何腳手架支持的情況下以小組協作的形式嘗試解決問題，營造開放和包容的文化氛圍，鼓勵多樣化的思維方式和解決方案，通常這一階段的多數解決方案都是“失敗”的。在后一階段，在教師的引導及相關腳手架支持下，學生通過與成功解決方案的比較，對失敗方案的問題及其根源進行分析，由此達成學習目標。Kapur發現，在“探索—生成”階段學生所生成的“問題表征與解決方法”（Representations and Solution Methods，簡稱RSMs）多樣性越強，學生在學習活動結束后進行的概念性理解、遷移水平等測試中表現越好。Kapur對此的解釋是：學生自主生成RSMs的過程為其創造了與核心概念及其關鍵特征開展充分的認知互動的機會，從而有助于深化概念的理解并提升遷移水平。

從建構主義的學習觀來看，學生的認知結構是在與外界的互動過程中形成和改變的。表征問題、構建及檢驗解決方案的過程，既包含學生運用、操縱相關概念乃至與其“對質”的過程，同時也是相關概念通過現象或結果向學生“回話”的過程，這種雙向互動為知識建構所必需的同化與順應過程的有效發生創造了條件。相較之下，過早地為學生提供結構化知識，甚至為追求問題解決的“成功”而直接教授解決方案，都因剝奪了上述過程而造成學習結果（特別是長期效果）欠佳。因此，對有效失敗的關注，有利于轉變教學實踐中存在的重結果而輕過程的問題。

（二）有效失敗對創客學習活動設計的理論啟示

創客學習活動的性質決定了學生在學習過程中遭遇各種失敗的機會比常規課堂教學更多，有效失敗理論強調利用失敗促成學習的發生，對創客學習活動的設計具有重要的理論啟示。現具體闡釋如下：

1.學習活動設計目標：促成有效學習的發生

對有效失敗的研究轉變了傳統教學設計策略中“規避失敗”的思維定勢，反映了教學設計的關注點從學習結果到學習過程的轉移，這其實正是近年來在學習科學的推動下人們對“人是如何學習的”這一問題有了更為深入認識的表現。學習是一個復雜而曲折的過程，新的概念結構與學習者已有概念結構之間通常要經歷“沖突一解構一重新建構”的過程才能真正為學習者所掌握，而這一過程中往往是充滿任務表現意義上的“失敗”的，但經歷這一過程，其實是學習成功的必要條件。相反，學習過程“一帆風順”的背后，很可能是必要的知識建構過程的缺失，由于新的概念并沒有真正融入學習者自身的認知結構，往往會導致學習的長效表現不佳。因此，從教學設計目標暨價值追求維度來看，有效失敗理論最為重要的啟示就是專注有效學習的發生，這比對學習結果的追求更加符合學習的過程性本質。

2.學習活動設計關鍵：恰到好處的腳手架支持

并非所有失敗對學習都是有意義的，因而利用有效失敗并非完全排除教師的支持，相反，它要求教師設計更加精準的、更具導向作用的腳手架，從而達到讓學生充分經歷最具學習價值的失敗，盡量避免無意義失敗的目的。因此，從教學設計意義上來說，“在什么情況下提供腳手架”以及“提供什么樣的腳手架”決定了學生有可能經歷的失敗的性質。

如果按照問題解決過程中教師所提供支持的強度構建一個連續統，完全放任學生的試誤式問題解決和教師直接替代學生解決可視為兩個極端。所謂“恰到好處的腳手架設計”即是根據具體情境在這個連續統上尋求最有利于學習發生的位置，Kapur借用球類運動的術語，將其形象地稱之為“甜蜜點”（Sweet-Spot）。Kapur的研究表明，使學生的學習活動聚焦于作為學習目標的核心概念及其關鍵特征，有利于深化概念性理解及增強遷移能力。受其啟發，筆者認為，創客學習活動中提供腳手架的時機以及腳手架的支持強度，應該由學生所遭遇的問題情境的性質及其與核心概念的關聯程度共同決定。

將腳手架支持強度的連續統與學生在學習活動中所遭遇困境的特征相結合，得到如圖1所示的參照框架，它能夠為在創客學習活動中設計恰到好處的腳手架提供指導。對該框架的具體描述，如表1所示。

3.社會文化因素：腳手架發揮作用的必要保障

腳手架所提供的認知維度的支持，并非學習發生的充分條件，特別是將失敗轉化為有效學習的過程中，社會文化因素的作用不容小覷。社會文化因素在學習者個體情緒和動機的調控以及學習者共同體文化與交往方式的塑造等方面有著不可替代的作用。社會文化因素的設計目標，包括營造包容失敗、鼓勵探索與嘗試的文化氛圍以及構建利于協作與分享的社會性互動支持兩個方面，這與創客文化的價值取向是高度契合的。

社會文化因素的設計并非一個獨立的環節，而是與整個學習活動設計過程特別是與腳手架的設計相融合的。在學習活動的目標定位方面，教師要努力擺脫結果導向的教學設計思維定勢，積極探索使學習得以發生的“另一種可能性”。在學習組織形式方面，要重視學習共同體的培育，鼓勵協作、弱化競爭，為分工、討論、溝通、分享等基本人際互動形式提供方法、工具及規則等方面的指導和支持。在學習任務設計方面，要設置適當的問題空間，鼓勵學生在過程中發現問題并自主探究，引導學生表達和分享完成任務的過程及其情感體驗。在學習評價方面，倡導“不以成敗論英雄”的價值取向，重視過程性、發展性的評價方式，指導學生通過反思學習過程來評價自己的學習成效。

四、利用有效失敗設計創客學習活動的實踐探索

從公開發表的文獻來看，目前僅有1篇碩士論文針對創客教育中利用有效失敗的教學設計模式開展實證研究，其主要成果是驗證了Kapur所提出的兩階段教學設計模式對創客學習活動的有效性。以此為基礎，本研究試圖從教師教學設計實踐的角度對利用有效失敗的具體設計問題（如腳手架設計）作進一步考察。這一研究動機源自筆者在與創客教師的接觸過程中了解到他們的一個困惑：學習了不少教學理論和模式，但在實踐中卻感到“不好用”和“不會用”。這啟示筆者轉變研究思路，不再把教師的教學實踐僅視為檢驗理論有效性的工具，而是對教師的教學實踐進行參與式觀察，通過與教師的充分互動實施“柔性”的研究干預，并在此過程中探查教師對有效失敗的認識及利用情況。

（一）實踐探索的基本情況說明

參與本研究的趙老師（化名）為其所在學校的創客教育骨干教師，擁有教育技術學碩士學位和七年初中信息技術課程教學經驗。趙老師所在學校為市重點初中，在科技創新教育方面有一定的特色。2016年初學校建成“創客空間”并引進了校外機構開發的創客教育課程，利用課余時間以興趣小組的形式面向初一、初二年級學生開展學習活動。趙老師是該校創客教育從無到有過程的全程參與者，對創客教育充滿熱情并投入了大量精力。在研究開始之前，筆者向趙老師講解了有效失敗理論以及圖1所示的腳手架設計框架，趙老師認同有效失敗的教學價值并表示愿意在教學實踐中對其進行探索。

本研究所涉及的教學內容為Arduino課程中“循環結構的應用”部分，此前學生已經學習過Arduino編程的基本知識（使用Mixly環境），該部分的重點在于應用。經與趙老師協商，利用三周的時間在三個平行進度的初中一年級興趣班中實施三輪設計迭代，具體情況如表2所示。筆者全程參與趙老師的備課及教學過程，在課前及課后對趙老師分別進行約30分鐘的訪談并錄音，在教學過程中對每個學生小組的學習活動全過程進行錄像。

（二）實踐探索過程及分析

1.趙老師的第一輪設計

（1）設計方案

趙老師第一輪設計的學習活動序列如下頁圖2所示，與原初方案的唯一不同之處就是去除了第一個環節——復習循環結構。

在課前訪談過程中，趙老師對此的解釋是：

它（指有效失敗）給我一個啟發，就是讓學生自己去用所學的知識解決問題。以前呼吸燈這個內容我的理解就是對循環結構的鞏固和應用，上來復習一下，相當于暗示學生要用到循環。不復習的好處就是讓學生在實戰中檢驗他們所學的東西，這就可能會碰到有效失敗，我想這樣的經歷應該比復習會讓他們印象更為深刻。

由此可見，趙老師對有效失敗的基本內涵已經有了初步的認識，并采取了“推遲結構化教學”的措施來為學生創造更多的從失敗中學習的機會。這與Kapur早期開展的一些研究中，對教學活動流程的調整是類似的。

與此同時，筆者注意到趙老師對于“LED調光原理”這個內容，仍然保留了結構化教學的方式，趙老師對此的解釋是：

調光原理這個我覺得還是講給他們比較好，有效失敗不是強調關注核心概念么，這節課的核心應該是循環的應用。

趙老師的上述認識與課堂觀察所見相互印證，筆者認為趙老師傾向于將Arduino課程的教學重點定位于掌握編程語言。對于“LED調光原理”，在趙老師的坐標系中似乎被置于偏向Ⅲ區的位置（與核心概念關聯性弱的結構化問題）。

（2）實施與反思

第一輪設計實施之后，趙老師對教學效果的自我評價是“并非預期中的那樣好”，在課后訪談過程中，他主要表達了兩個困惑。正是這兩個困惑，為筆者分析趙老師的教學過程并幫助其改進教學設計提供了重要線索。

趙老師的第一個困惑是關于“提供什么樣的腳手架”的問題，當趙老師發現學生在編寫循環結構程序遇到困難時，他糾結于“應該怎么幫助他們才既不是直接告訴錯在哪里又能幫他們解決問題”。通過對該班全部三個小組的課堂視頻進行分析，筆者在兩個小組中發現了他們就循環結構問題向趙老師求助的情況，趙老師對他們的處理方式是相同的：首次求助時僅提示他們“自己動腦想一想”（但兩個小組均未能自主解決），再次求助時趙老師給予較為具體的提示（如“步長的設置正確嗎”），最終兩個小組的問題都得以解決。但是趙老師對自己的做法并不滿意，認為這樣做“跟以前直接告訴他們哪里錯了沒什么區別，再遇到類似的問題，肯定還要問”。

參照前述“腳手架強度連續統”進行分析，趙老師在學生首次求助時幾乎沒有提供幫助，處于腳手架最弱的一端，而再次求助時所用的提示，則接近于告知學生解決方法，處于腳手架最強的另一端，可見，趙老師缺乏相對豐富的腳手架設計策略。鑒于此，筆者幫助趙老師設計了一個為學生排除故障提供幫助的“循環結構檢查單”（如圖3所示），包含了Mixly環境的循環結構示例（語法）、排除常見循環結構問題的檢查要點以及一般性的編程思路。“循環結構檢查單”作為腳手架，不僅為學生排除故障提供了一種結構化的參照，同時也將其注意力導向“循環結構”這一核心概念及其關鍵特征，幫助學生在使用過程中深化理解并掌握解決編程問題的一般方法。

趙老師的第二個困惑是他發現了一類“意料之外”的錯誤：有兩個小組最終實現的是亮暗交替變化效果，而非漸亮漸暗的呼吸燈效果，原因是他們將趙老師演示亮度調節原理的程序“照搬”到了循環結構中。趙老師對此的分析是：

呼吸燈其實就是連續改變LED的亮度，也就是連續改變亮滅時間比例。那個演示原理的程序是保持一種亮度，也就是固定的比例。我問過學生，他們知道呼吸燈是什么樣子的，但他們就是做不出來，這里是需要一點遷移的。

借著趙老師所說的“遷移”，筆者引導他反思第一環節“演示并講解調光原理”中學生學習的有效性問題，建議他將“調光原理”視為和“循環結構”同等重要的核心概念，重新進行教學設計，如圖4所示。

2.趙老師的第二輪設計

（1）設計方案

用趙老師自己的話說，他的第二輪設計“是徹底解放思想的結果”。一方面，他將“調光原理”由直接講授改為學生自主探究，另一方面，他用“設計一個調光LED燈”取代了“實現呼吸燈效果”的任務。他對此的解釋是：

學以致用嘛，能用某個原理解決現實問題，這才是真正的學習。調光燈是對LED調光原理最直接的應用，比呼吸燈更有實用價值，學生可能會更感興趣。以前我也想到過用調光燈，但這需要額外用到電位器和幾個函數，以前是怕這些東西喧賓奪主，所以不敢用。現在受你這個圖的啟發（指圖1），我把這部分歸為“與核心概念無關的結構化問題”，直接把電位器的接法還有相關的程序給學生，這樣他們就能專注到調光上了。

（2）實施與反思

第二輪設計的實施過程頗有些戲劇性。在“探究如何通過編程改變LED亮度”過程中，趙老師并未提供任何腳手架支持，結果兩組學生均未得出有價值的結論，趙老師不得不回到第一輪設計中所用的“演示并講授”的方法。這令趙老師感到“很受挫”，甚至“對這種設計的實際效果以及學生的探究能力都產生了懷疑”。

然而，在接下來的“設計調光燈”過程中，趙老師為學生提供的兩種腳手架——循環結構檢查單以及電位器相關內容發揮了作用，最終兩個小組都成功地完成了任務。

兩相對比，趙老師似乎形成了一個定論：

調光原理，對于學生來說太難了，不適合探究，還是直接講的好……把呼吸燈改成調光燈是對的，對調光原理的應用更直接，學生都做成了。

與已有研究發現類似，教師在嘗試探究教學遇挫的時候，傾向歸因于學生的能力限制并用自己所熟悉的授受式教學方法取代之。另外，趙老師對“調光燈”的肯定基于兩個理由：一是“應用更直接”，這其實是減少了學生在變化的情境中運用知識的機會；二是“都做成了”，這顯然是在評價依據上偏重結果而非學習過程。可見，授受式教學的思維定勢對教師來說是根深蒂固的，即使教師通過理論學習認同了有效失敗的教學理念，但在實踐過程中還是很容易“不自覺地”背離自己認同的理念。更重要的是，教師的反思往往意識不到這一點，從而導致其對所嘗試教學方法的有效性以及學生的能力水平產生懷疑，這往往會進一步強化教師對授受式教學方法的認可，弱化教師嘗試作出改變的動機。

筆者認為，在這種情況下，也需要為教師反思和改進教學設計提供“腳手架”。于是開始引導趙老師評價“設計調光燈”環節的腳手架設計并與之探討設計腳手架支持學生對“調光原理”開展探究的可能性。

筆者：趙老師，您覺得（循環結構）檢查單和電位器這兩個腳手架的效果怎么樣？

趙老師：（循環結構）檢查單效果很好，學生終于學會了自己排查錯誤，電位器沒有成為我過去想象中的攔路虎，這也是腳手架的功勞。

筆者：探究調光原理，對學生來說是一個開放的或者說非結構化的問題，您沒有提供腳手架支持，結果是沒有產生有效的學習，可以稱為“無效失敗”。設計調光燈，其實就是對調光原理的直接應用，學生做成了，但是否有“無效成功”的成分？換句話說，做成一個調光燈，是否意味著學生對調光原理的應用達到了舉一反三、靈活運用的水平？設計恰當的問題情境，提供恰到好處的腳手架支持，是利用“有效失敗”的關鍵，我覺得在這方面我們還有改進的空間。

針對“調光原理”環節的“無效失敗”問題，筆者和趙老師一起分析了“循環結構檢查單”成功的原因，參照其中蘊含的設計原則，確定了改進的方向：厘清調光原理的核心要素，設計支持學生“操縱”這些要素的腳手架。

針對“設計調光燈”環節存在“無效成功”的風險，筆者和趙老師一起分析了電位器腳手架對于拓展問題空間所發揮的作用，趙老師提出了仿照電位器腳手架的設計為學生提供亮度、溫度等傳感器模塊的“強腳手架”支持，以此來支持學生在更加豐富的情境中運用核心概念——調光原理與循環結構來解決問題。

3.趙老師的第三輪設計

（1）設計方案

如下頁圖5所示，第三輪設計方案整體上依然由“探究”和“實踐”兩環節組成，不同的是，探究問題的結構化程度有所增強，而實踐環節的結構化程度有所減弱。這兩方面結構化程度的調節，均是借助于不同強度的腳手架設計實現的，展示出了趙老師不斷豐富的腳手架設計策略。

在“探究”環節，趙老師將演示程序和電路接法提供給學生，然后讓他們完成一個如圖6所示的學習單。

這個學習單實質上就是支持學生“操縱”調光原理兩個關鍵要素的腳手架，問題2和3針對“亮滅時間比例（占空比）”這個要素，而問題4針對“頻率”這個要素。

在“實踐”環節，趙老師仿照電位器的強腳手架設計，增加了亮度、溫度等傳感器模塊的接線圖和相關程序，擴大了問題空間，將任務調整為利用調光原理解決生活中的問題。在學習活動設置上，更加細化，先“生成設計方案”再“實施與驗證”以及“分享與討論”環節，均為RSMs的多樣化生成與表達創造了條件。

（2）實施與反思

趙老師在教學后的訪談中表示，這次課“學生的學習是成功的”，對于循環結構和調光原理這兩個核心概念，“學生有了自己切身的感受”“真正理解了”，對于實踐環節學生所產生的豐富創意，他“感到很驚喜”，認為“以前低估了學生的能力”。與此同時，趙老師對腳手架的類型與功能的認識也有所拓展，開始考慮社會文化因素方面的腳手架設計——“這次‘分享與討論環節存在自說白話的現象，這方面我想也應該提供腳手架支持，讓討論更有效”。

在討論對有效失敗的認識時，趙老師特別分析了一個例子：

這次課2組想用3色LED實現一個變色燈，他們的編程思路，包括對三原色原理的理解，都是正確的，但最后沒有實現預期的連續變色，原因是循環的嵌套出了一點問題。但是我覺得他們這個過程中收獲還是蠻大的。其實Arduino里面是有一個Analog Write函數直接輸出可變占空比（信號）的，如果我將這個函數的用法作為像電位器用法那樣的腳手架直接告訴他們，他們的程序可以簡化不少，很有可能成功。這就是選擇誰作為核心概念問題了。這次課的目的是理解調光原理，如果直接使用函數，就看不到原理了，但如果核心概念是三原色原理，我就可以使用這個函數來簡化編程，避免學生在這上面遇到障礙……所以，腳手架設計得好，就有可能避免無效失敗、創造有效失敗。

可見，趙老師對如何設計“恰到好處”的腳手架來利用有效失敗已經有了較為深刻的體會。縱觀三輪設計中腳手架的迭代演化，筆者發現這一過程與Kapur新近發表的一篇文章中對腳手架設計在無效失敗（Unproductive Failure）、有效失敗及有效成功（Productive SucCeSS）的轉化過程中所發揮作用的論述是一致的。以本文建立的腳手架設計框架（見圖1）為參照系，對三輪設計的核心概念選擇及腳手架強度調節作過程分析，繪制出如圖7所示的演化路徑。它反映了圍繞調光原理和循環結構這兩個核心概念，對問題情境的結構化程度進行調整并與各類腳手架的設置相配合的逐步優化的過程。

三輪設計方案的迭代本質上是在反復探查學生已有知識與能力邊界的基礎上，不斷調整任務難度及腳手架強度，以期達成最有效的學習的過程。經典腳手架設計所追求的使學生在“成功”解決問題的過程中經歷有效學習，即同時達成表現意義上的成功與學習的發生，顯然比利用有效失敗的學習更高效。但是，實踐中由于缺乏對學生已有知識與能力邊界的精準把握，所提供的腳手架往往過強或過弱——前者易造成“無效成功”而后者易導致“無效失敗”。由此Kapur提出了有效失敗對于優化教學設計的獨特價值：利用有效失敗的腳手架設計經過多輪迭代之后，能夠最大程度地與學生的已有知識與能力相匹配，從而真正實現“有效成功”所代表的短期學習效果與長期學習效果、問題解決結果與學習有效發生的雙贏。

五、反思與啟示

（一）將創客工具用作發展學生創新能力的腳手架

有效失敗的相關研究改變了以往對腳手架功能的相對單一的認識，啟示我們關注到不同強度和性質的腳手架組合所產生的導向功能——引導學習者將主要精力投注到與有效學習的發生最具相關性的活動中。若要達成發展創新能力的目標，最大限度地讓學生經歷發現問題、生成創意、實現原型、驗證改進等過程是非常必要的。長期以來，技術方面的限制和門檻是中小學開展科技創新類活動的最大障礙。如今，以開源硬件、3D打印機、圖形化與模塊化編程語言為代表的創客工具，不僅豐富了解決現實問題的技術手段，更極大地降低了將創意變為現實的技術門檻。因此，創客教育成為信息技術“使能”（Enable）的創新教育實踐場。基于信息技術的創客工具，為培養創新能力的學習活動設計提供了豐富的腳手架素材，但在實踐中并未得到正確運用。正如本文的案例所反映的，在授受式教學設計思維定勢的影響下，教師往往不自覺地偏重創客工具的操作性知識教授，而沒有使學生真正經歷創造性問題解決過程。在學習活動設計與實施過程中，樹立將創客工具用作引導和支持學生經歷有效學習過程的腳手架的意識，有助于解決當前創客教育中存在的偏誤。

（二）將學習過程的有效性作為評價創客學習活動的著眼點

對有效失敗的研究不僅凸顯了學習過程的重要性，更啟發我們思考什么樣的學習過程對于實現特定的學習目標來說是有效的，以及如何通過學習活動的設計與實施來確保學生經歷這樣的過程。學習過程的有效性，對于作為綜合性高階認知能力的創新能力的發展尤為重要。從國外實踐經驗來看，關注學習過程而非結果，已成為創客教育評價方式的顯著特征。將學習過程的有效性作為評價創客學習活動的著眼點，有利于引導教師在教學設計過程中更加關注學生的學習體驗，擺脫機械套用某種教學設計模式的思維局限，亦有利于豐富和發展面向學習過程的評價方式，糾正當前實踐中重結果而輕過程的問題。

（三）以教學設計策略支持取代教學模式推廣

本研究是對教學設計研究者與一線教師有效合作方式的一次探索，筆者并沒有為教師提供可供“套用”的教學模式，而是通過與教師的密切互動，為教師發現、分析和解決教學問題提供方法與策略支持。在三輪設計迭代過程中，筆者充分感受到了教師在專業理論引導下所展現出的實踐智慧與主體意識，也見證了教師教學設計能力的發展。已有研究表明，雖然“以學生為中心”的教學理念已被教師普遍接受，但由于缺乏與之相匹配的教學設計策略，導致教學實踐的“有形而少實”甚至是“無實”。程式化、流程式的教學設計模式，表面上為教師提供了生成教學設計方案的“快捷方式”，但卻無法適應動態多變的實踐境脈，也無法為教師教學設計能力的發展提供支持和給養。創客活動較之傳統學科課程在內容、組織形式及評價方式上具有更多的靈活性，更加凸顯了教師作為教學設計者的身份特征。因而，教學設計研究者與教師的合作方式需要從“一階控制”轉變為“二階控制”，由教學模式的直接提供者轉變為教師教學設計過程的支持者與合作者。唯有如此，方能營造教學設計理論研究與教師教學設計能力發展協同共進的良性生態結構。