創客教育裝備的教學適應性評價研究——以Arduino學習套件為例

吳永和 仲嬌嬌

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創客教育裝備的教學適應性評價研究——以Arduino學習套件為例

吳永和 仲嬌嬌

（華東師范大學 教育學部教育信息技術學系，上海 200062）

文章首先通過文獻分析，對創客教育裝備和教學適應性進行了概念解析。隨后，文章基于創客教育裝備的需求特征和教育裝備的教學適應性內涵，設計了創客教育裝備的教學適應性評價模型。在此基礎上，文章構建了由2個一級指標、11個二級指標和20個三級指標組成的創客教育裝備的教學適應性評價指標體系。最后，文章以Arduino學習套件的教學適應性評價實踐為例，檢驗并改進了該評價指標體系。通過創客教育裝備的教學適應性評價，學校和教師可以選擇合適的裝備、規范采購并確保質量，故有助于創客教育教學的順利開展。

創客教育裝備；教學適應性；評價模型；評價指標體系；Arduino學習套件

引言

自2011年“創客”的概念在我國出現以來，它所承載的創新、開放和分享的文化氛圍沖擊著傳統教育模式[1]，受到了國家和社會的重視與支持。比如，教育部在2015年發布的《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》中明確指出，有條件的地區要有效利用信息技術推進“眾創空間”建設；而教育部教育裝備研究與發展中心更是在2016年把創客教育作為加強創新創造教育研究的中心工作之一。在此背景下，學校系統中的創客空間越來越多，這些空間不僅配備了傳統的手工和機械制作工具，還擁有數字化的設備：①數字化快速成型工具，如3D建模軟件與3D打印機、3D掃描儀等；②開源軟硬件制作工具，包括開源硬件開發平臺、積木式開源硬件、開源的開發套件或程序設計語言等[2]。而“創客空間中設備配備”的問題，成為了創客教育的研究重點之一[3]。

教育裝備是實現教育現代化的重要支撐[4]，創客教育裝備則是創客教育發展的直接動力。然而，當前的學校創客教育裝備仍然存在標準體系不健全、產品質量把關不嚴等問題。為此，本研究從創客教育裝備的教學適應性評價角度進行了相關研究，旨在探討“如何規范創客教育裝備采購并確保創客教育裝備質量”這一問題。

一 相關概念解析

1 創客教育裝備

國內關于教育裝備的定義有多種，其中比較通用的一種說法是：“教育裝備是指在教育領域中，為實施和保障教育教學活動而配備的各種資源的總和，以及對其進行相應配置、配備的行為與過程。”[5][6]創客教育裝備可以看作是特殊教育情境中的教育裝備[7]。本研究延續教育裝備的通用定義，將創客教育裝備定義為：在創客教育領域中，為實施和保障創客教育教學活動而配備的各種資源的總和，以及對其進行相應配置、配備的行為與過程。具體來說，這些資源包括：開源硬件等數字電子設備，激光切割機、3D打印機、機械加工等設計制造設備，材料加工與手工制造工具等軟硬件設備，以及用于編程控制的軟件平臺。在創客教育教學實踐中，創客教育裝備起著“效能工具”、“認知工具”和“創造工具”的作用。

目前，已有不少研究者對創客教育裝備的選擇和裝配進行了思考與研究，相關的研究成果為本研究奠定了基礎。如李盧一等[8]認為創客空間的設計特別注重創造工具選擇的適切性，確保學生在創造過程中有實用性的工具；雒亮等[9][10]詳細分析了創客教育情境中開源硬件的特點與適用范圍，為創客教育裝備的選擇提供參考；傅騫等[11]總結了三種為Arduino服務的圖形化編程工具的特色，為滿足創客課程的實際需求做出探索。

2 教學適應性

目前，學校和教師在采購創客教育裝備產品時，并沒有可靠的依據和明確的規范，難以對其質量進行有效的監控和管理，導致低水平產品直接進入課堂的教學活動。2016年7月，教育部發布《關于新形勢下進一步做好普通中小學裝備工作的意見》，對規范采購和確保裝備質量提出了明確的要求，指出要建立裝備新技術、新產品進入學校的科學實驗和論證機制，經過危害性測試和教學適應性評價的技術與產品方可進入學校[12]。

“適應”是一種主體的意識或行為。“教學適應性”可以定義為教師、學生與環境互動，按照教育環境的變化與要求調整教學、學習的心理和行為[13]。基于此，“創客教育裝備的教學適應性”可以解釋為“作為主體的教師與學生對由教育裝備構建起來的創客教育教學和學習環境的適應能力”。從教育角度考慮，使用教育裝備是為了提高教育水平，教育裝備的任務是保證教育活動高質量地完成。而創客教育裝備的教學適應性評價的目的是為了規范采購與裝配，確保裝備質量，促進創客教育教學。

二 創客教育裝備的教學適應性評價模型設計

1 設計依據

為了保證教育活動的正常開展，創客教育裝備需有較高的產品質量。此外，教育裝備的教學適應性具有豐富的內涵，它涉及教育裝備對教師與學生的生理適應性、心理適應性、認知適應性、教師適應性、學生適應性、時間適應性、空間適應性、文化適應性等諸多方面的問題[14]。基于此，本研究將創客教育裝備的教學適應性評價拓展到主客體兩方面，既考慮教育裝備的產品質量，又從學生和教師的主體性出發考慮其教學性質。

圖1 創客教育裝備的教學適應性評價模型

2 評價模型

科學地逐級分解評價對象是提高評價模型效度的關鍵，而李方[15]、張琴珠等[16]的研究成果為科學有效地設計評價指標模型提供了理論依據。兼顧創客教育裝備教學適應性評價的主客體兩方面，本研究分別確立了創客教育裝備在產品質量、教學性質這兩個一級指標下的二級指標，由此構建了創客教育裝備的教學適應性評價模型，如圖1所示。

（1）產品質量

泛北部灣文化圈的構建除了形成一種良好的經濟發展環境之外，還在于可以抵御和抗衡外來霸權文化。現如今，一些國家以文化滲透和宗教滲透等方式對東亞、東南亞地區實施干預，旨在從文化方面控制該地區人們的思想以達到政治、經濟的全面干預。因此，面對這種情形，泛北部灣經濟合作區各國要團結一致，在文化上形成團結一致，共同抵御外來霸權文化的干預。

產品質量是指新技術、新產品滿足創客教育需要的性質的總和，主要包括：操作運行方面，如操作是否方便，運轉是否可靠、穩定等；可持續方面，如是否耐用、是否有拓展性等；技術方面，如是否應用了先進技術；外觀方面，如外型是否美觀大方；安全方面，如使用是否安全、性能是否穩定等；經濟方面，如是否物美價廉；維護方面，如是否便于維護保養和修理等。

（2）教學性質

教學性質是從教師教學和學生學習的角度出發，重點考察：①用戶體驗，是指用戶在心理、生理方面的適應性感受，如使用裝備的舒適程度等。②支持服務，這是創客教育裝備區別于一般裝備的外顯特征，包括配套教學材料、師資培訓和問題解答等。③認知適應，是從學生主體出發，配備符合認知水平階段和學生認知層次的教育裝備及其所構成的教學環境[17]。④人文適應，包括時空適應和文化適應，如教鞭在時代和社會的變遷中逐漸被摒棄，說明它不具備時空適應性；而如果在中國中小學推廣創客教育裝備，那么其配套的教學材料就必須按照中文規范書寫，而不能用英文或者其它外文書寫，否則就不具備文化適應性。

三 創客教育裝備的教學適應性評價指標體系

構建評價的指標體系是評價方案設計的中心環節，它本質上是一個判斷處理的過程[18]。依據評價指標體系確立原則[19]，本研究將創客教育裝備的教學適應性評價模型中的二級指標進一步細化，由此確立了由2個一級指標、11個二級指標和20個三級指標構成的創客教育裝備的教學適應性評價指標體系（下文簡稱“評價指標體系”），如表1所示。需要說明的是，評價指標體系中的一級、二級指標應基本固定不變，而三級指標可以根據實際情況予以適當調整，以增強評價指標體系的規范性和靈活性，形成一個有較強操作性、適應性的評價指標體系。

1 指標分析

（1）產品質量

①“操作運行”下設2個三級指標：“可靠運行”是指無零件損壞、接觸良好、程序正常、運行穩定等，“操作便捷”則指軟件運行環境易獲、硬件連接方便、沒有技術性的難點等。

②“可持續”下設2個三級指標：“耐用性”是以時間為自變量、以裝備的可使用程度為因變量的一種特性。“拓展性”包括產品自身可擴展和迭代更新的產品可兼容——產品自身可擴展是指通過增減模塊、開放接口和軟件編程，可實現多種功能，并允許不局限于該開源硬件的擴展；迭代更新的產品要求一代代產品之間存在“接口”，可兼容使用。

③“技術”的“先進性”要求產品應用先進的技術，能反映當前科學技術的先進成果，達到拓寬學生視野、拉近學生與新興科學技術之間距離的目的。

④“外觀”的“美觀性”要求產品符合學生的審美觀，給人以舒適感和美的享受。

⑤“安全”的“安全性”要求產品避免對人身安全、健康、環境造成危害。

⑥“經濟”的“經濟性”要求在確保質量的前提下，獲得一定數量的創客教育裝備產品時所消耗的費用最少。

⑦“維護”的“便捷性”要求后期維護便捷，以確保產品使用正常。

表1 創客教育裝備的教學適應性評價指標體系

（2）教學性質

①“用戶體驗”下設2個三級指標：“生理適應性”是指學生對產品引起的刺激所能耐受的程度，“心理適應性”是指學生的情緒、人格和自我意識對產品引起的刺激所能接受的程度。

②“支持服務”下設3個三級指標：“使用說明與配套教材”是指能夠提供針對創客教育裝備的原理圖解、使用說明和針對教學的輔助材料；“師資培訓服務”是指在教師使用創客教育裝備上課前，為教師提供相應的培訓服務，包括裝備的操作、使用和維護等內容；“問題解答”是指教師在備課、上課期間遇到技術性問題時，能夠得到及時的解答。

③“認知適應”下設4個三級指標：“吸引性”是指開源硬件學習套件能夠吸引學生的注意力并激發學習動機、維持學習興趣；“豐富性”是指產品的外部構造、內部結構或原理值得繼續挖掘；“階段性”要求針對不同階段學生的認知發展情況，對相應的產品進行明顯區分；“交互性”強調產品能夠提供反饋信息，與學生之間形成一個循環系統。

④“人文適應”下設2個三級指標：“時空適應性”是指創客教育裝備適應正在發展的技術和理念方面的程度，“文化適應性”則指產品能夠根據作為主體的人所處的文化背景而表現出差異的契合度。

2 評分量規

評價指標體系采用李克特五點量表計分法，每個三級指標滿分為5分，評分分值計算公式為：評價總分=產品質量×產品質量權重+教學性質×教學性質權重。參考教師教學工作評價表，本研究對2個一級指標和11個2級指標分別賦予相應的權重，而不對20個三級指標賦予權重。

四 Arduino學習套件的教學適應性評價實踐

以Arduino為代表的開源硬件是實踐者手中最重要的工具，也是近期創客教育裝備應用的熱點之一[20]。本研究對兩種Arduino學習套件進行了教學適應性評價，以檢驗和改進評價指標體系。

1 Arduino學習套件

Arduino是便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。本研究以Arduino學習套件A和Arduino學習套件B為研究對象，兩者的主要差異如表2所示。其中，學習套件A在整個實驗過程中直接在面包板上插拔元件，而學習套件B采用積木式接口，將傳感器直接插在擴展板上即可實現輸入和輸出連接。

表2 兩種套件的主要差異

2 Arduino學習套件教學適應性評價的應用調查

H大學在創新課程“創客教育與3D打印的教育應用”中采用了多種Arduino學習套件，本研究針對該課程的20名碩士研究生分別進行了Arduino學習套件A、B的教學適應性問卷調查，并對應于評價指標體系編制了13道題。需要說明的是，由于開展問卷調查時評價指標體系尚未完善，故問卷沒有體現耐用性、用戶體驗和人文適應三方面；由于學生沒有接觸采購和維護，故也沒有將采購的經濟性和維護的便捷性納入問卷調查；在分值計算中，產品質量和教學性質的權重分別為50%。基于此，本研究使用SPSS 17.0軟件對兩次評價數據進行了可靠性分析，結果如表3所示。表3顯示，Arduino學習套件A評價結果的Cronbach’s α值=0.805，表明評價指標體系的內部一致性信度可以接受；Arduino學習套件B評價結果的Cronbach’s α值=0.853，也表明其信度可以接受。基于標準化項的Cronbach’s α值是將樣本觀察值在各題項的得分化為標準分數后，再計算信度。表3顯示，兩次評價結果的Cronbach’s α值與其對應的基于標準化項的Cronbach’s α值相差不大。由此，這兩組數據初步驗證了評價指標體系的可靠性。

表3 兩次評價數據的可靠性分析

項統計量是題項變量的描述性統計量，包括平均數、標準差、樣本個數（N）。Arduino學習套件兩次評價的項統計量如表4所示，從中可以看出：在兩次評價中，題項C11的標準偏差接近于1，表示量度數據分布的分散程度較大，說明數據值偏離算術平均值比較嚴重。通過訪談參與Arduino學習套件教學適應性評價的學生，本研究發現問題在于對題項C11對應的“交互性”這個指標的描述不夠準確。因此，本研究將“交互性”的描述修改為“提供反饋信息，與學生之間形成一個循環系統”。與此同時，通過對問卷和訪談數據進行分析，本研究將用戶體驗和人文適應等兩部分內容補充到評價指標體系之中，使其評價指標更加完整。

表4 兩次評價的項統計量

五 小結

評價指標體系的構建是一個復雜的過程，它對提高創客教育裝備采購的規范和質量監控具有重要意義。創客教育裝備的研發團隊應不斷提高自身的專業水平、加大評價工作的熟練度，建立創客教育裝備的評價標準，具體措施包括：增加可靠性檢驗的樣本量、規范評價過程、拓展對不同創客教育裝備的評價應用，以及對指標的分類、細化和描述進行多輪考察、驗證與改善等。本研究所做的探索還只是一個開端，后續研究將致力于設計開源硬件、電子積木和3D打印等一系列可配備于創客教育中的新技術和新產品的教學適應性評價方案。期待更多的研究者從創客教育裝備的角度，對創客教育、STEAM教育等創新教育在各個學段中的實踐做出貢獻，助力高校創新創業和課程改革的實施與發展。

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Research on Teaching-Adaptability Evaluation of Maker Education Equipment ——Taking the Arduino Learning Suite as an Example

WU Yong-he ZHONG Jiao-jiao

Firstly, this paper analyzed the concepts of maker education equipment and teaching adaptability through literature analysis. Secondly, based on the demand characteristics of maker education equipment and the connotation of teaching adaptability of educational equipment, this paper designed the evaluation model of teaching adaptability of maker education equipment. On this basis, the evaluation index system for teaching adaptability of maker education equipment, which consisted of two first-level indicators, 11 second-level indicators and 20 third-level indicators, was constructed. Finally, this paper took the evaluation practice of teaching adaptability of Arduino learning suite as an example to verify and improve the evaluation index system. Through the teaching adaptability evaluation of maker education equipment, schools and teachers could choose appropriate equipment, standardize procurement and ensure quality, which was contribute to the smooth development of maker education and teaching.

maker education equipment; teaching adaptability; evaluation model; evaluation index system; Arduino learning suite

G40-057

A

1009—8097（2018）09—0120—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.09.018

吳永和，研究員，博士，研究方向為教育大數據與學習分析、人工智能與智慧教育等，郵箱為yhwu@deit.ecnu.edu.cn。

2018年1月18日

編輯：小米