劉新陽

摘要：針對當前中小學(xué)創(chuàng)客教育實踐中存在的“有形而少實”的現(xiàn)實困境，文章以“如何使學(xué)習(xí)有效發(fā)生”為著眼點，以“有效失敗”的相關(guān)理論成果為指導(dǎo)，探索通過腳手架促進學(xué)習(xí)有效發(fā)生的設(shè)計策略。研究采取參與式觀察與深度訪談相結(jié)合的方法，在真實教學(xué)境脈中探究了不同類型和強度的腳手架組合設(shè)計在支持和引導(dǎo)學(xué)生有效經(jīng)歷創(chuàng)造性問題解決過程中所發(fā)揮的作用。研究進程中，研究者與教師在平等協(xié)商、充分互動的基礎(chǔ)上共同完成了學(xué)習(xí)活動設(shè)計方案的三輪迭代，是對教學(xué)設(shè)計理論研究與教師專業(yè)發(fā)展支持相結(jié)合的一次實踐探索。研究結(jié)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(shè)計經(jīng)過多輪迭代之后，能夠最大程度地與學(xué)生的已有知識與能力相匹配，從而達成優(yōu)化教學(xué)設(shè)計方案，提升學(xué)習(xí)效果的目的。研究揭示了創(chuàng)客工具對于發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性思維的腳手架價值，提出了創(chuàng)客教育評價要重視學(xué)習(xí)過程的有效性以及為教師提供動態(tài)教學(xué)設(shè)計策略支持而非靜態(tài)教學(xué)模式的推廣等實踐建議。

關(guān)鍵詞：有效失??；創(chuàng)客教育；學(xué)習(xí)活動設(shè)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(xué)創(chuàng)客教育蓬勃發(fā)展的表象之下，已有學(xué)者注意到實踐中所表現(xiàn)出來的創(chuàng)客教育“空心化”及“泡沫化”現(xiàn)象。這些現(xiàn)象反映出在創(chuàng)客教育迅速推廣的過程中，由于對創(chuàng)客教育規(guī)律、特別是對教學(xué)設(shè)計問題的關(guān)注遠遠滯后于硬件設(shè)備及空間環(huán)境的建設(shè)而導(dǎo)致的創(chuàng)客教育“有形而少實”的現(xiàn)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(shè)輕應(yīng)用的情況非常類似。歷史的教訓(xùn)警示我們，僅憑信息化技術(shù)裝備的普及并不能實現(xiàn)教育變革，同樣道理，在缺乏教學(xué)設(shè)計理論與教師教學(xué)實踐支持的情況下，僅憑創(chuàng)客空間的建設(shè)及創(chuàng)客教育活動的開展，所達到的也許只是表面繁榮。

作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與實踐能力重要載體的創(chuàng)客教育活動，其教育成效的達成，取決于學(xué)生是否真正經(jīng)歷了創(chuàng)造性問題解決的過程以及在此過程中學(xué)習(xí)是否得以有效發(fā)生。當前對中小學(xué)創(chuàng)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(xué)習(xí)過程及其有效性的研究。面對一線教師“創(chuàng)客教育究竟該怎么教”的疑問，筆者嘗試從“如何使學(xué)習(xí)得以有效發(fā)生”的視角，探討創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動的教學(xué)設(shè)計與教師教學(xué)實踐支持問題。

二、當前中小學(xué)創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動存在的問題

（一）“造”與“創(chuàng)”的失衡

當前中小學(xué)創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動的主要組織形式有兩類：一是在校內(nèi)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(gòu)所開發(fā)的商業(yè)性課程。從學(xué)習(xí)活動的設(shè)計與實施情況來看，均存在著重“造”而輕“創(chuàng)”的問題。在缺乏相關(guān)教學(xué)設(shè)計理論及工具支持的情況下，學(xué)校教師很容易將自己熟悉的授受式教學(xué)“遷移”到創(chuàng)客學(xué)習(xí)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(xué)目標的全部，而對于創(chuàng)造性思維及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，則顯得既“無心”亦“無力”。校外教育機構(gòu)所開發(fā)的商業(yè)性課程，往往出于“批量生產(chǎn)”的需要，在學(xué)習(xí)活動設(shè)計與課程實施方面均較為程式化，特別是有些機構(gòu)受商業(yè)利益的驅(qū)動，秉持“一定要讓家長看到作品”的理念，導(dǎo)致很多學(xué)習(xí)活動淪為“照著做”。另外，近年來出現(xiàn)的很多中小學(xué)創(chuàng)客賽事，在評價方式上重結(jié)果而輕過程的做法，也產(chǎn)生了不良的導(dǎo)向性作用。

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

（二）結(jié)果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計思維定勢

中小學(xué)創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動重“造”輕“創(chuàng)”現(xiàn)象的根源，并非教育者在思想意識上對創(chuàng)新能力的輕視，而是由于對創(chuàng)新能力不同于一般知識技能的發(fā)展規(guī)律的認識欠缺，以及與之相適應(yīng)的教學(xué)設(shè)計策略的匱乏，致使主導(dǎo)授受式教學(xué)的結(jié)果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計思維定勢乘虛而入的結(jié)果。

教育心理學(xué)研究表明，作為綜合能力的問題解決能力和創(chuàng)新能力是不能直接教授的，必須以包含實質(zhì)內(nèi)容的學(xué)習(xí)活動為載體。由此看來，面向全體中小學(xué)生的創(chuàng)客教育應(yīng)該是一種“創(chuàng)客式教育”——以創(chuàng)客活動為載體，使學(xué)生在運用技術(shù)工具解決真實問題的過程中，掌握相關(guān)知識技能并發(fā)展創(chuàng)新能力。因而，教學(xué)設(shè)計的重心應(yīng)當由對學(xué)習(xí)結(jié)果的關(guān)注轉(zhuǎn)移到對有效學(xué)習(xí)過程的支持上來。

結(jié)果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計思維定勢在實踐中表現(xiàn)為“追求成功、力避失敗”。筆者觀察到很多創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動中學(xué)生因成功實現(xiàn)了預(yù)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(xiàn)某項功能，多數(shù)學(xué)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(xué)生的問題解決過程。結(jié)果導(dǎo)向的教學(xué)模式下培養(yǎng)的學(xué)生如同Giyoo Hatano所定義的“常規(guī)專家”——他們熟練掌握了特定領(lǐng)域的技術(shù)操作，能夠有效應(yīng)對常規(guī)問題，但他們卻不具備“適應(yīng)性專家”所特有的在多變的境脈中創(chuàng)造性解決問題的“適應(yīng)性專長”（Adaptive Expertise）。結(jié)果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計思維定勢，僅關(guān)注表現(xiàn)意義上的“學(xué)生做到了什么”而忽視了“學(xué)生經(jīng)歷了什么”以及“學(xué)習(xí)是否發(fā)生”。對于創(chuàng)新能力這樣的高階認知能力而言，沒有對學(xué)習(xí)過程的支持，是不可能達成發(fā)展目標的。

綜上所述，當創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動過程蛻變?yōu)椤罢罩觥?，而學(xué)習(xí)目標又單一地指向“做出來”時，創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動所肩負的發(fā)展學(xué)生創(chuàng)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(chuàng)客學(xué)習(xí)活動的教學(xué)設(shè)計，為學(xué)生真正經(jīng)歷真實的問題解決過程創(chuàng)設(shè)條件并提供支持，從而實現(xiàn)“創(chuàng)”與“造”的平衡以及學(xué)習(xí)結(jié)果與學(xué)習(xí)過程的“雙豐收”。

三、有效失敗及其對于創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動設(shè)計的理論啟示

（一）有效失敗及其對于學(xué)習(xí)的意義

長期以來，學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域圍繞如何支持學(xué)習(xí)者在真實的問題解決情境中學(xué)習(xí)這一問題開展了大量研究，主導(dǎo)性的研究思路是通過各種腳手架設(shè)計幫助學(xué)習(xí)者“成功”解決問題從而達成學(xué)習(xí)目標。自2008年起，Manu Kapur將目光轉(zhuǎn)向另一種可能，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者在問題解決初期經(jīng)歷的失敗對有效學(xué)習(xí)的發(fā)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(fā)現(xiàn)，全程提供充分腳手架支持的經(jīng)典PBL活動就短期學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)結(jié)果的可遷移性、適應(yīng)性及創(chuàng)造性運用方面則是欠缺的，與直接教學(xué)方式并無顯著差異，而經(jīng)歷了有效失敗過程的學(xué)習(xí)者在這方面的表現(xiàn)是顯著優(yōu)于前者的。

Kapur所建立的利用有效失敗的學(xué)習(xí)活動設(shè)計模型由兩個相繼的學(xué)習(xí)階段——“探索一生成”階段和“整合一鞏固”階段構(gòu)成。在前一階段，學(xué)生在幾乎沒有任何腳手架支持的情況下以小組協(xié)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(shù)解決方案都是“失敗”的。在后一階段，在教師的引導(dǎo)及相關(guān)腳手架支持下，學(xué)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(xué)習(xí)目標。Kapur發(fā)現(xiàn)，在“探索—生成”階段學(xué)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(xué)生在學(xué)習(xí)活動結(jié)束后進行的概念性理解、遷移水平等測試中表現(xiàn)越好。Kapur對此的解釋是：學(xué)生自主生成RSMs的過程為其創(chuàng)造了與核心概念及其關(guān)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(gòu)主義的學(xué)習(xí)觀來看，學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)是在與外界的互動過程中形成和改變的。表征問題、構(gòu)建及檢驗解決方案的過程，既包含學(xué)生運用、操縱相關(guān)概念乃至與其“對質(zhì)”的過程，同時也是相關(guān)概念通過現(xiàn)象或結(jié)果向?qū)W生“回話”的過程，這種雙向互動為知識建構(gòu)所必需的同化與順應(yīng)過程的有效發(fā)生創(chuàng)造了條件。相較之下，過早地為學(xué)生提供結(jié)構(gòu)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(xué)習(xí)結(jié)果（特別是長期效果）欠佳。因此，對有效失敗的關(guān)注，有利于轉(zhuǎn)變教學(xué)實踐中存在的重結(jié)果而輕過程的問題。

（二）有效失敗對創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動設(shè)計的理論啟示

創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動的性質(zhì)決定了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遭遇各種失敗的機會比常規(guī)課堂教學(xué)更多，有效失敗理論強調(diào)利用失敗促成學(xué)習(xí)的發(fā)生，對創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動的設(shè)計具有重要的理論啟示?，F(xiàn)具體闡釋如下：

1.學(xué)習(xí)活動設(shè)計目標：促成有效學(xué)習(xí)的發(fā)生

對有效失敗的研究轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計策略中“規(guī)避失敗”的思維定勢，反映了教學(xué)設(shè)計的關(guān)注點從學(xué)習(xí)結(jié)果到學(xué)習(xí)過程的轉(zhuǎn)移，這其實正是近年來在學(xué)習(xí)科學(xué)的推動下人們對“人是如何學(xué)習(xí)的”這一問題有了更為深入認識的表現(xiàn)。學(xué)習(xí)是一個復(fù)雜而曲折的過程，新的概念結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)者已有概念結(jié)構(gòu)之間通常要經(jīng)歷“沖突一解構(gòu)一重新建構(gòu)”的過程才能真正為學(xué)習(xí)者所掌握，而這一過程中往往是充滿任務(wù)表現(xiàn)意義上的“失敗”的，但經(jīng)歷這一過程，其實是學(xué)習(xí)成功的必要條件。相反，學(xué)習(xí)過程“一帆風(fēng)順”的背后，很可能是必要的知識建構(gòu)過程的缺失，由于新的概念并沒有真正融入學(xué)習(xí)者自身的認知結(jié)構(gòu)，往往會導(dǎo)致學(xué)習(xí)的長效表現(xiàn)不佳。因此，從教學(xué)設(shè)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(xué)習(xí)的發(fā)生，這比對學(xué)習(xí)結(jié)果的追求更加符合學(xué)習(xí)的過程性本質(zhì)。

2.學(xué)習(xí)活動設(shè)計關(guān)鍵：恰到好處的腳手架支持

并非所有失敗對學(xué)習(xí)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(shè)計更加精準的、更具導(dǎo)向作用的腳手架，從而達到讓學(xué)生充分經(jīng)歷最具學(xué)習(xí)價值的失敗，盡量避免無意義失敗的目的。因此，從教學(xué)設(shè)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(xué)生有可能經(jīng)歷的失敗的性質(zhì)。

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

將腳手架支持強度的連續(xù)統(tǒng)與學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中所遭遇困境的特征相結(jié)合，得到如圖1所示的參照框架，它能夠為在創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動中設(shè)計恰到好處的腳手架提供指導(dǎo)。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(fā)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(xué)習(xí)發(fā)生的充分條件，特別是將失敗轉(zhuǎn)化為有效學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)者個體情緒和動機的調(diào)控以及學(xué)習(xí)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(shè)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(gòu)建利于協(xié)作與分享的社會性互動支持兩個方面，這與創(chuàng)客文化的價值取向是高度契合的。

社會文化因素的設(shè)計并非一個獨立的環(huán)節(jié)，而是與整個學(xué)習(xí)活動設(shè)計過程特別是與腳手架的設(shè)計相融合的。在學(xué)習(xí)活動的目標定位方面，教師要努力擺脫結(jié)果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計思維定勢，積極探索使學(xué)習(xí)得以發(fā)生的“另一種可能性”。在學(xué)習(xí)組織形式方面，要重視學(xué)習(xí)共同體的培育，鼓勵協(xié)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(guī)則等方面的指導(dǎo)和支持。在學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計方面，要設(shè)置適當?shù)膯栴}空間，鼓勵學(xué)生在過程中發(fā)現(xiàn)問題并自主探究，引導(dǎo)學(xué)生表達和分享完成任務(wù)的過程及其情感體驗。在學(xué)習(xí)評價方面，倡導(dǎo)“不以成敗論英雄”的價值取向，重視過程性、發(fā)展性的評價方式，指導(dǎo)學(xué)生通過反思學(xué)習(xí)過程來評價自己的學(xué)習(xí)成效。

四、利用有效失敗設(shè)計創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動的實踐探索

從公開發(fā)表的文獻來看，目前僅有1篇碩士論文針對創(chuàng)客教育中利用有效失敗的教學(xué)設(shè)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(xué)設(shè)計模式對創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動的有效性。以此為基礎(chǔ)，本研究試圖從教師教學(xué)設(shè)計實踐的角度對利用有效失敗的具體設(shè)計問題（如腳手架設(shè)計）作進一步考察。這一研究動機源自筆者在與創(chuàng)客教師的接觸過程中了解到他們的一個困惑：學(xué)習(xí)了不少教學(xué)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(zhuǎn)變研究思路，不再把教師的教學(xué)實踐僅視為檢驗理論有效性的工具，而是對教師的教學(xué)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(yù)，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(xué)校的創(chuàng)客教育骨干教師，擁有教育技術(shù)學(xué)碩士學(xué)位和七年初中信息技術(shù)課程教學(xué)經(jīng)驗。趙老師所在學(xué)校為市重點初中，在科技創(chuàng)新教育方面有一定的特色。2016年初學(xué)校建成“創(chuàng)客空間”并引進了校外機構(gòu)開發(fā)的創(chuàng)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(xué)生開展學(xué)習(xí)活動。趙老師是該校創(chuàng)客教育從無到有過程的全程參與者，對創(chuàng)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(shè)計框架，趙老師認同有效失敗的教學(xué)價值并表示愿意在教學(xué)實踐中對其進行探索。

本研究所涉及的教學(xué)內(nèi)容為Arduino課程中“循環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用”部分，此前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過Arduino編程的基本知識（使用Mixly環(huán)境），該部分的重點在于應(yīng)用。經(jīng)與趙老師協(xié)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(shè)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(xué)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(xué)過程中對每個學(xué)生小組的學(xué)習(xí)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(shè)計

（1）設(shè)計方案

趙老師第一輪設(shè)計的學(xué)習(xí)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(huán)節(jié)——復(fù)習(xí)循環(huán)結(jié)構(gòu)。

在課前訪談過程中，趙老師對此的解釋是：

它（指有效失?。┙o我一個啟發(fā)，就是讓學(xué)生自己去用所學(xué)的知識解決問題。以前呼吸燈這個內(nèi)容我的理解就是對循環(huán)結(jié)構(gòu)的鞏固和應(yīng)用，上來復(fù)習(xí)一下，相當于暗示學(xué)生要用到循環(huán)。不復(fù)習(xí)的好處就是讓學(xué)生在實戰(zhàn)中檢驗他們所學(xué)的東西，這就可能會碰到有效失敗，我想這樣的經(jīng)歷應(yīng)該比復(fù)習(xí)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(nèi)涵已經(jīng)有了初步的認識，并采取了“推遲結(jié)構(gòu)化教學(xué)”的措施來為學(xué)生創(chuàng)造更多的從失敗中學(xué)習(xí)的機會。這與Kapur早期開展的一些研究中，對教學(xué)活動流程的調(diào)整是類似的。

與此同時，筆者注意到趙老師對于“LED調(diào)光原理”這個內(nèi)容，仍然保留了結(jié)構(gòu)化教學(xué)的方式，趙老師對此的解釋是：

調(diào)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(diào)關(guān)注核心概念么，這節(jié)課的核心應(yīng)該是循環(huán)的應(yīng)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(xué)重點定位于掌握編程語言。對于“LED調(diào)光原理”，在趙老師的坐標系中似乎被置于偏向Ⅲ區(qū)的位置（與核心概念關(guān)聯(lián)性弱的結(jié)構(gòu)化問題）。

（2）實施與反思

第一輪設(shè)計實施之后，趙老師對教學(xué)效果的自我評價是“并非預(yù)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(xué)過程并幫助其改進教學(xué)設(shè)計提供了重要線索。

趙老師的第一個困惑是關(guān)于“提供什么樣的腳手架”的問題，當趙老師發(fā)現(xiàn)學(xué)生在編寫循環(huán)結(jié)構(gòu)程序遇到困難時，他糾結(jié)于“應(yīng)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(fā)現(xiàn)了他們就循環(huán)結(jié)構(gòu)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(shè)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(qū)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(xù)統(tǒng)”進行分析，趙老師在學(xué)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(xué)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(shè)計策略。鑒于此，筆者幫助趙老師設(shè)計了一個為學(xué)生排除故障提供幫助的“循環(huán)結(jié)構(gòu)檢查單”（如圖3所示），包含了Mixly環(huán)境的循環(huán)結(jié)構(gòu)示例（語法）、排除常見循環(huán)結(jié)構(gòu)問題的檢查要點以及一般性的編程思路。“循環(huán)結(jié)構(gòu)檢查單”作為腳手架，不僅為學(xué)生排除故障提供了一種結(jié)構(gòu)化的參照，同時也將其注意力導(dǎo)向“循環(huán)結(jié)構(gòu)”這一核心概念及其關(guān)鍵特征，幫助學(xué)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(fā)現(xiàn)了一類“意料之外”的錯誤：有兩個小組最終實現(xiàn)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(diào)節(jié)原理的程序“照搬”到了循環(huán)結(jié)構(gòu)中。趙老師對此的分析是：

呼吸燈其實就是連續(xù)改變LED的亮度，也就是連續(xù)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(xué)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(dǎo)他反思第一環(huán)節(jié)“演示并講解調(diào)光原理”中學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性問題，建議他將“調(diào)光原理”視為和“循環(huán)結(jié)構(gòu)”同等重要的核心概念，重新進行教學(xué)設(shè)計，如圖4所示。

2.趙老師的第二輪設(shè)計

（1）設(shè)計方案

用趙老師自己的話說，他的第二輪設(shè)計“是徹底解放思想的結(jié)果”。一方面，他將“調(diào)光原理”由直接講授改為學(xué)生自主探究，另一方面，他用“設(shè)計一個調(diào)光LED燈”取代了“實現(xiàn)呼吸燈效果”的任務(wù)。他對此的解釋是：

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

（2）實施與反思

第二輪設(shè)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(jié)果兩組學(xué)生均未得出有價值的結(jié)論，趙老師不得不回到第一輪設(shè)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(shè)計的實際效果以及學(xué)生的探究能力都產(chǎn)生了懷疑”。

然而，在接下來的“設(shè)計調(diào)光燈”過程中，趙老師為學(xué)生提供的兩種腳手架——循環(huán)結(jié)構(gòu)檢查單以及電位器相關(guān)內(nèi)容發(fā)揮了作用，最終兩個小組都成功地完成了任務(wù)。

兩相對比，趙老師似乎形成了一個定論：

調(diào)光原理，對于學(xué)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(diào)光燈是對的，對調(diào)光原理的應(yīng)用更直接，學(xué)生都做成了。

與已有研究發(fā)現(xiàn)類似，教師在嘗試探究教學(xué)遇挫的時候，傾向歸因于學(xué)生的能力限制并用自己所熟悉的授受式教學(xué)方法取代之。另外，趙老師對“調(diào)光燈”的肯定基于兩個理由：一是“應(yīng)用更直接”，這其實是減少了學(xué)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(jù)上偏重結(jié)果而非學(xué)習(xí)過程?？梢姡谑苁浇虒W(xué)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(xué)習(xí)認同了有效失敗的教學(xué)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(dǎo)致其對所嘗試教學(xué)方法的有效性以及學(xué)生的能力水平產(chǎn)生懷疑，這往往會進一步強化教師對授受式教學(xué)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(xué)設(shè)計提供“腳手架”。于是開始引導(dǎo)趙老師評價“設(shè)計調(diào)光燈”環(huán)節(jié)的腳手架設(shè)計并與之探討設(shè)計腳手架支持學(xué)生對“調(diào)光原理”開展探究的可能性。

筆者：趙老師，您覺得（循環(huán)結(jié)構(gòu)）檢查單和電位器這兩個腳手架的效果怎么樣？

趙老師：（循環(huán)結(jié)構(gòu)）檢查單效果很好，學(xué)生終于學(xué)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(diào)光原理，對學(xué)生來說是一個開放的或者說非結(jié)構(gòu)化的問題，您沒有提供腳手架支持，結(jié)果是沒有產(chǎn)生有效的學(xué)習(xí)，可以稱為“無效失敗”。設(shè)計調(diào)光燈，其實就是對調(diào)光原理的直接應(yīng)用，學(xué)生做成了，但是否有“無效成功”的成分？換句話說，做成一個調(diào)光燈，是否意味著學(xué)生對調(diào)光原理的應(yīng)用達到了舉一反三、靈活運用的水平？設(shè)計恰當?shù)膯栴}情境，提供恰到好處的腳手架支持，是利用“有效失敗”的關(guān)鍵，我覺得在這方面我們還有改進的空間。

針對“調(diào)光原理”環(huán)節(jié)的“無效失敗”問題，筆者和趙老師一起分析了“循環(huán)結(jié)構(gòu)檢查單”成功的原因，參照其中蘊含的設(shè)計原則，確定了改進的方向：厘清調(diào)光原理的核心要素，設(shè)計支持學(xué)生“操縱”這些要素的腳手架。

針對“設(shè)計調(diào)光燈”環(huán)節(jié)存在“無效成功”的風(fēng)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(fā)揮的作用，趙老師提出了仿照電位器腳手架的設(shè)計為學(xué)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(xué)生在更加豐富的情境中運用核心概念——調(diào)光原理與循環(huán)結(jié)構(gòu)來解決問題。

3.趙老師的第三輪設(shè)計

（1）設(shè)計方案

如下頁圖5所示，第三輪設(shè)計方案整體上依然由“探究”和“實踐”兩環(huán)節(jié)組成，不同的是，探究問題的結(jié)構(gòu)化程度有所增強，而實踐環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)化程度有所減弱。這兩方面結(jié)構(gòu)化程度的調(diào)節(jié)，均是借助于不同強度的腳手架設(shè)計實現(xiàn)的，展示出了趙老師不斷豐富的腳手架設(shè)計策略。

在“探究”環(huán)節(jié)，趙老師將演示程序和電路接法提供給學(xué)生，然后讓他們完成一個如圖6所示的學(xué)習(xí)單。

這個學(xué)習(xí)單實質(zhì)上就是支持學(xué)生“操縱”調(diào)光原理兩個關(guān)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(huán)節(jié)，趙老師仿照電位器的強腳手架設(shè)計，增加了亮度、溫度等傳感器模塊的接線圖和相關(guān)程序，擴大了問題空間，將任務(wù)調(diào)整為利用調(diào)光原理解決生活中的問題。在學(xué)習(xí)活動設(shè)置上，更加細化，先“生成設(shè)計方案”再“實施與驗證”以及“分享與討論”環(huán)節(jié)，均為RSMs的多樣化生成與表達創(chuàng)造了條件。

（2）實施與反思

趙老師在教學(xué)后的訪談中表示，這次課“學(xué)生的學(xué)習(xí)是成功的”，對于循環(huán)結(jié)構(gòu)和調(diào)光原理這兩個核心概念，“學(xué)生有了自己切身的感受”“真正理解了”，對于實踐環(huán)節(jié)學(xué)生所產(chǎn)生的豐富創(chuàng)意，他“感到很驚喜”，認為“以前低估了學(xué)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(shè)計——“這次‘分享與討論環(huán)節(jié)存在自說白話的現(xiàn)象，這方面我想也應(yīng)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(xiàn)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(xiàn)預(yù)期的連續(xù)變色，原因是循環(huán)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(shù)直接輸出可變占空比（信號）的，如果我將這個函數(shù)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(diào)光原理，如果直接使用函數(shù)，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(shù)來簡化編程，避免學(xué)生在這上面遇到障礙……所以，腳手架設(shè)計得好，就有可能避免無效失敗、創(chuàng)造有效失敗。

可見，趙老師對如何設(shè)計“恰到好處”的腳手架來利用有效失敗已經(jīng)有了較為深刻的體會?？v觀三輪設(shè)計中腳手架的迭代演化，筆者發(fā)現(xiàn)這一過程與Kapur新近發(fā)表的一篇文章中對腳手架設(shè)計在無效失?。║nproductive Failure）、有效失敗及有效成功（Productive SucCeSS）的轉(zhuǎn)化過程中所發(fā)揮作用的論述是一致的。以本文建立的腳手架設(shè)計框架（見圖1）為參照系，對三輪設(shè)計的核心概念選擇及腳手架強度調(diào)節(jié)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(diào)光原理和循環(huán)結(jié)構(gòu)這兩個核心概念，對問題情境的結(jié)構(gòu)化程度進行調(diào)整并與各類腳手架的設(shè)置相配合的逐步優(yōu)化的過程。

三輪設(shè)計方案的迭代本質(zhì)上是在反復(fù)探查學(xué)生已有知識與能力邊界的基礎(chǔ)上，不斷調(diào)整任務(wù)難度及腳手架強度，以期達成最有效的學(xué)習(xí)的過程。經(jīng)典腳手架設(shè)計所追求的使學(xué)生在“成功”解決問題的過程中經(jīng)歷有效學(xué)習(xí)，即同時達成表現(xiàn)意義上的成功與學(xué)習(xí)的發(fā)生，顯然比利用有效失敗的學(xué)習(xí)更高效。但是，實踐中由于缺乏對學(xué)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(dǎo)致“無效失敗”。由此Kapur提出了有效失敗對于優(yōu)化教學(xué)設(shè)計的獨特價值：利用有效失敗的腳手架設(shè)計經(jīng)過多輪迭代之后，能夠最大程度地與學(xué)生的已有知識與能力相匹配，從而真正實現(xiàn)“有效成功”所代表的短期學(xué)習(xí)效果與長期學(xué)習(xí)效果、問題解決結(jié)果與學(xué)習(xí)有效發(fā)生的雙贏。

五、反思與啟示

（一）將創(chuàng)客工具用作發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新能力的腳手架

有效失敗的相關(guān)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(guān)注到不同強度和性質(zhì)的腳手架組合所產(chǎn)生的導(dǎo)向功能——引導(dǎo)學(xué)習(xí)者將主要精力投注到與有效學(xué)習(xí)的發(fā)生最具相關(guān)性的活動中。若要達成發(fā)展創(chuàng)新能力的目標，最大限度地讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、生成創(chuàng)意、實現(xiàn)原型、驗證改進等過程是非常必要的。長期以來，技術(shù)方面的限制和門檻是中小學(xué)開展科技創(chuàng)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(chuàng)客工具，不僅豐富了解決現(xiàn)實問題的技術(shù)手段，更極大地降低了將創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實的技術(shù)門檻。因此，創(chuàng)客教育成為信息技術(shù)“使能”（Enable）的創(chuàng)新教育實踐場?；谛畔⒓夹g(shù)的創(chuàng)客工具，為培養(yǎng)創(chuàng)新能力的學(xué)習(xí)活動設(shè)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(xué)設(shè)計思維定勢的影響下，教師往往不自覺地偏重創(chuàng)客工具的操作性知識教授，而沒有使學(xué)生真正經(jīng)歷創(chuàng)造性問題解決過程。在學(xué)習(xí)活動設(shè)計與實施過程中，樹立將創(chuàng)客工具用作引導(dǎo)和支持學(xué)生經(jīng)歷有效學(xué)習(xí)過程的腳手架的意識，有助于解決當前創(chuàng)客教育中存在的偏誤。

（二）將學(xué)習(xí)過程的有效性作為評價創(chuàng)客學(xué)習(xí)活動的著眼點

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

（三）以教學(xué)設(shè)計策略支持取代教學(xué)模式推廣

本研究是對教學(xué)設(shè)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(xué)模式，而是通過與教師的密切互動，為教師發(fā)現(xiàn)、分析和解決教學(xué)問題提供方法與策略支持。在三輪設(shè)計迭代過程中，筆者充分感受到了教師在專業(yè)理論引導(dǎo)下所展現(xiàn)出的實踐智慧與主體意識，也見證了教師教學(xué)設(shè)計能力的發(fā)展。已有研究表明，雖然“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念已被教師普遍接受，但由于缺乏與之相匹配的教學(xué)設(shè)計策略，導(dǎo)致教學(xué)實踐的“有形而少實”甚至是“無實”。程式化、流程式的教學(xué)設(shè)計模式，表面上為教師提供了生成教學(xué)設(shè)計方案的“快捷方式”，但卻無法適應(yīng)動態(tài)多變的實踐境脈，也無法為教師教學(xué)設(shè)計能力的發(fā)展提供支持和給養(yǎng)。創(chuàng)客活動較之傳統(tǒng)學(xué)科課程在內(nèi)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(xué)設(shè)計者的身份特征。因而，教學(xué)設(shè)計研究者與教師的合作方式需要從“一階控制”轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸A控制”，由教學(xué)模式的直接提供者轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熃虒W(xué)設(shè)計過程的支持者與合作者。唯有如此，方能營造教學(xué)設(shè)計理論研究與教師教學(xué)設(shè)計能力發(fā)展協(xié)同共進的良性生態(tài)結(jié)構(gòu)。