一、意涵解读:Tinker教育的概念厘定
1.“Tinker”的基本界定
“Tinker”最早作为姓氏出现在13世纪,[1]在牛津英语词典中作为名词解释为“补锅匠”,作为动词指“小修补”。Tinkering作为Tinker的分词形式,在牛津词典、韦氏词典中的界定分别为笨拙或不完美地工作,尤指试图修理或者改进、以不熟练或实验性的方式修理、调整或处理某物。因此,文章将Tinker定义为“修补匠”,Tinkering即指敲敲打打的修补活动。“修补”即指修理、补充,“匠”指从事某种活动的匠人,“修补匠”即是专注修补,努力将新理念通过修补活动变为现实的工匠。
修补匠的修补思维与能力是其区别于其他工作的关键因素。首先,修补思维不是自上而下地定目标、做计划,而是自下而上地从散碎、零星的想法和小事入手,逐渐试验并对所发生的情况即时作出反应和调整,进而不断完善计划。其次,修补能力是创造力的重要基础。麻省理工学院的Mitchel Resnick教授指出,修补能力是一种被严重低估的技能。现代社会非常注重创新,但创造性的思维来源于创造性的修补,不懂得修补的人很难拥有创造力。达·芬奇、亚历山大·贝尔、理查德·费曼等许多伟大的科学家,都把自己看成修补者。因此,修补匠所做的并不是需要“四肢发达”的笨拙、重复工作,而是充满创造力、生命力和使命感的工作。
修补匠曾经用精巧的技艺为传统生活图景定下底色,现代生活中修补匠逐渐淡出日常,但修补匠追求极致、耐心专注的精神历久弥坚。这正是富有敬业、精益、专注和创新精神内涵的工匠精神所注重和强调的,修补匠精神无疑也是工匠精神的重要内容。
2. Tinker教育的历史嬗变
现代文化背景下,Tinker为人所熟知的意涵是一种教育理念。Tinker教育理念源自建构主义学习理论,由麻省理工学院教育家、科学家、LOGO编程语言的发明者西蒙·派珀特(Seymour Papert)教授提出。1993年,西蒙·派珀特教授在其《头脑风暴:儿童、计算机及充满活力的创意》中指出:充足的活动空间与探索机会是孩子能够通过动手制作来自我建构知识、理解真实世界的重要条件,实物能够帮助学生深刻接触与感知具象化的思索。[2]其教育思想是Tinker教育理念发展的坚实理论基础,且皮亚杰的建构主义思想以及杜威的“主动性尝试、探究与反思的知识与经验获得”等理论都为Tinker教育发展提供了重要支撑。
2005年,美国教育家基弗尔·塔利(Gever Tulley)于旧金山创立Tinkering学校。学校不设置课程与考试,旨在为6岁及以上年龄的孩子创造基于真实材料与工具的活动环境,鼓励基于好奇心的动手实践、协作创造,给予孩子们空间和自主权以锻炼实际解决问题的能力。此外,2008年以来,美国旧金山博物馆的Tinkering空间以实验融合STEM知识与思想为理念,一直致力于鼓励游客参与Tinkering活动以动手体验创造的意义。2013年,“第十届国际计算机娱乐技术进展会议”提议,将Tinkering理念作为有效的知识生产模式延伸至教育领域。[3]自此,Tinker教育理念便在各种正式与非正式科学学习环境中得到广泛的应用,逐渐受到全球的关注。
3. Tinker教育的性质特点
Tinker教育理念是在Tinkering活动中实现的。Tinkering活动核心是发展个人有意义的想法的生成过程,坚持在实现想法的过程中找到突破问题的解决方案。它以即兴创作为特征,鼓励早期参与工程实践,包括目标设定、探索、原型制作、测试和迭代重新设计,是一种趣味性、实验性、沉浸式、迭代式的参与方式。[4]Tinkering活动的美学层面不仅在创造性的自我表达方面有着重要体现,而且在自我约束等方面也发挥着重要作用。如金属翼状结构放置在由天然材料(如树枝和树叶)构成的用电池驱动的移动物体上可能会影响物体的旋转运动、稳定性或运动速度。因此,学习者必须在自我想法和目标、自我强加的审美关注、可用的材料以及活动核心的物理现象和约束之间进行平衡。最终,学习者可能认识并理解特定的物理现象迫使产生美学妥协或进行重新设计(如为了加速旋转运动,翅膀必须更短)。
Tinker教育因其独到的特征理念,成为各种非正式科学学习的经验借鉴。首先,它是以STEM知识为内容,手脑整合的探索劳动。美国旧金山探索博物馆Tinkering空间的活动理念,即让实验融合科学、技术、数学、艺术等和振奋人心的想法。[5]其次,它是以无意识为基调,进行高度创造的修复改进。Tinkering活动与精心策划的规划不同,它将过程置于目的之上,学习者拥有高度的活动目标所有权,在与材料的互动中无意识地进入学习,既操作简单又提供了各种级别的实践创造体验。此外,它是以好奇心为驱动,自发即兴的学习探究。好奇心和Tinkering之间的相互作用是循环往复的,Tinkering使得学习者在探索知识结构的边界中,满足了学习者的好奇心,进而继续Tinkering活动。最后,它是开放式的设计,是边界自由的匠人实践。Tinkering开放式的设计体现在活动开始时没有具体的规则及预定的结果。边界自由使得学习者能够在自我探索、检验界限并尝试新可能之中潜移默化地培养“匠人精神”。
二、课程重构:Tinker教育的框架概括
Tinker教育能够在各种STEM学习场景中为学生提供真实、有意义的技能与思维锻炼。[6]美国正不断更新对Tinkering教学法的知识和理解,特别是关于如何支持将其纳入学校STEM学习中,提升学生的21世纪必备技能。本部分概括当前及未来在学校中引入Tinker教育理念的一般框架。
1. 多维的环境设计
从周围的世界中寻找灵感并形成具有个人意义的物体是Tinkering实践的关键指标。Tinkering空间是可以尝试、学习、发展和概念化不同科学观念的空间,类似工作场所,由21世纪创新的现代工具和设备组成,为学生提供了多维的学习环境,以促进体验式学习。学生可以在其中实践知识,尝试重组课堂上学到的理论,并观察转化后的结果,也能够使用创新的工具和设备来获得STEM知识。在学校中,通过改变教室和其他设置以支持形成专用的空间并非总是可行的。因此,在学校中可以将教室或餐厅转变为临时Tinkering空间,在场所周围放置先前Tinkering工作的示例以获取灵感,设置一组适当的设备以方便实验,开发强调迭代或草稿之类的Tinkering语言,设计和复制实验以及组织工作空间以使学生有机地开始探索与合作等。
2. 个性化的课程结构
Tinker教育专注于为每位学生提供有意义的学习经验。课程以学生为中心,一些项目已经实现Tinker教育与电子学习的融合,允许学生随时按照自己的节奏讨论、测试、实验和游戏,通过电子学习平台能够跟踪和监控学习进度,进而可以测试出适合每个学生的教育计划。在学校完整的课程结构中融入Tinker教育,需考虑Tinkering活动与传统线性活动之间的变化与取舍。在教育背景下,Tinkering活动无疑更加敏捷,其为初级学习者提供了快速调整计划的机会。以计算机思维能力培养为例(见表1),每门课程均由三个学期(1年)组成,每个阶段都包括三门课程(3年)。完成一个阶段后,学生进入下一阶段。这种学习途径使学生能够深入学习每门课程,并成为计算机科学中真正的问题解决者。这种一定程度的无序或间接性的方法,教会学生不一定要在一开始就全部“计划”好,并一次性把事情做到完美。
3. 灵活的教学方法
美国许多小学工程教育的教师们一直用“Tinker”这个词作为跨越工程与教育界限的桥梁,促进了课程和课堂中游戏与实验的运用。这促使教师开始考虑采取更灵活、替代性的教学方法,这种方法与目前学校强调且更常见的目标导向或结果导向的方法形成对比。在教育环境中进行Tinkering活动是一种富有成效的追求,这允许教师和教育工作者探索灵活的Tinkering实践如何能够在学校环境中鼓励工匠精神。修补中心教学法是一种特殊的教学方法,探索有哪些可能性,并通过试错来培养实现这些可能性的信心。以修补为中心的关键前提是思想的反复重组,如让学生记录从一个尝试到另一个尝试的变化,即“变更日志”。这种教学法的重点不在于构建最终“成果”,而更多地在于构思该“成果”中的多个过程版本。因此,变更日志不仅保留学生序列化和记录他们的想法是何时及如何被变更的,还方便他们返回到早期版本,再次测试并相应地调整他们的想法。
表1 基于Tinker教育理念的计算思维能力培养课程结构[7]
三、案例讨论:Tinker教育的项目实施
Tinker教育是美国非正式学习环境中的新势态。芝加哥儿童博物馆的Tinkering Lab、奥斯汀Tinkery博物馆、洛杉矶re Discover中心等博物馆和科学中心不断更新周令营、夏令营等体验活动,以发展和支持儿童Tinkering探索。美国国家科学基金会(NSF)的推进非正式STEM学习(AISL)计划也相继资助了多项Tinkering研究项目,旨在为非正式环境中STEM学习的设计与开发寻求新方法和循证理解。与此同时,在线开放课程的发布激励了更广泛的修补学习,如Coursera提供的“修补基础:STEM学习的建构主义方法”的课程。此外,哈佛大学、俄勒冈州立大学等多所知名大学教授将Tinkering活动引入音乐、计算机科学等其他学科教学中。[8]由此可见,Tinker教育在美国受到广泛关注并不断实践。
1. 公共图书馆Tinker教育的典型示范
美国公共图书馆是最早开展Tinker教育的图书馆之一,科罗拉多泉地区的公共图书馆系统下属机构开设了多元化的Tinker课程,其Tinker教育的设计与实施也走在前列。下面以为8~12岁儿童设计的为期四天的Tinkering工作坊活动为例,分析Tinker教育在公共图书馆中的实施过程。
工作坊的总体目标是向儿童介绍基本的电子元件,如发光二极管、电路和振动电机,以及它们是如何工作的。活动设有一位主持人,参加工作坊的儿童由父母陪同,但都不需要父母提供帮助。工作坊放置了六张长方形塑胶材质的大桌子,桌子上设置了供应站和个人工作站,桌子两端放有两台笔记本电脑以记录活动,还提供了两台小型数码相机和两台手机,鼓励孩子们为他们的作品拍照,并不时录制简短的视频进行描述。提供的材料包括旧玩具、玩具的电路元件、发光二极管、电池、铜带贴纸、电子纺织品、电池座、导电线轴、毡片、胶水、胶带与其他工艺用品。
工作坊为每一天的活动设定了一个广泛的设计目标(见表2),在活动开始时会进行十分钟的实践课,讲解如何用不同的材料创建不同形式的电路。在广泛的设计目标下,儿童可以随心所欲地选择各种工具和材料进行修理或改造。
表2 图书馆Tinkering工作坊电路改造活动实施过程
上述公共图书馆的Tinkering工作坊活动,展示了Tinkering与其他活动不同的关键要素:通过尝试各种可能性并不断进行修补和完善的沉浸式活动,孩子们最终改造出了艺术品。这些改造的人工制品在设计上并不总是实用或完整的,但孩子们依旧使用、分享和珍惜它们。虽然被明确地教授了电路,但设计目标只有当孩子们开始使用材料时才自然形成,并没有预设达到的目的,且获得了对影响电路功能的其他现象的新见解。如通过在修补情境中与材料的互动,孩子们对如何以某种方式让光通过相应材料以及发光二极管发光的强度有了更好的理解;对电路、电路中替代导线的铜带和导电线以及振动电机头有了基本的了解;开始理解一个按钮电路等。这些案例展示了儿童是如何主动构建知识的,而不是使用“现成的”知识。通过这些修补项目,孩子们有机会在头脑中和现实世界的想法、知识之间建立联系。
2. 博物馆Tinker教育的典型示范
博物馆是目前美国Tinker教育基于项目资助背景下开展的重要阵地。下面以芝加哥儿童博物馆的永久性展览空间———“Tinkering Lab”的TRAEL (Tinkering,Reflection and Engineering Learning)项目为例,简要分析Tinker教育在博物馆中的实施过程。
2015~2019年,Tinkering Lab获得美国国家科学基金会(NSF)资助,并与西北大学等多所高校合作,研究了针对350名儿童及家庭在Tinkering活动中的反思性互动最终如何影响儿童参与STEM项目,进而探究Tinkering活动促进早期STEM教学的具体策略。Tinkering Lab是一个巨大的、装满了原材料和工具的工作室,几乎没有说明,目的是使孩子们摆脱束缚,进行创造。展览空间光线充足,四周墙壁是黑板,工作人员在上面写着鼓舞人心的信息,说明尝试和失败以及再次尝试的重要性。墙壁两旁排成一排的架子上面堆满了防护眼罩和用品,如葡萄酒瓶塞、绳子、乒乓球、管道清洁剂、木屑等,工具栏上装有锯、钻、锤子和螺丝刀。
TRAEL项目为博物馆教育工作者和研究人员提供了一个合作开发和测试策略的机会,以丰富儿童的工程学习。通过给空间配备可以从附近房间进入的摄像机,研究人员能够记录下参与Tinkering活动的家庭。除了记录孩子们和协助者在Tinkering活动时的反思性对话,还记录了孩子们在离开Tinkering Lab和博物馆故事中心展览时的感想。用语言描述一直在做的事情,可以让孩子们跨越时间和地点将一种体验与另一种体验联系起来。团队通过分析以这些方式收集的数据,可以确定在Tinkering体验期间和之后丰富儿童STEM思考的策略。
Tinkering可以为来自不同背景、兴趣和专业水平的儿童和家庭提供一个非常容易进入早期STEM学习的切入点。Tinkering过程中的程序性反思可以帮助孩子观察数据、进行比较、重新评估问题和失败等;活动结束后立即进行总结性反思,可以展示所学内容,包括讨论实践活动中未讨论的内容;事后反思可能会延长学习过程,并支持对经验的长期保留。
3. Tinker教育与STEM教育、创客教育的关系讨论
Tinkering活动促进STEM教育的实现,又与STEM教育方法有所区别。Tinkering活动鼓励人们尝试组合来自不同材料组件的可能性,这对于STEM教育在培养真实的探究以及标准驱动的课程内容方面具有重要的意义。STEM教育力求锻炼学生尝试受挫的信心和忍耐力,而Tinkering活动的开放性设计能够使得学生在未知、质疑、尝试、修复、改进的曲折过程中不断自我提问与解答,在挑战中即能够强化技能,锻炼耐心与容忍错误的能力。Martinez等学者对比解释了Tinkering活动与STEM中常用的Making、Engineering活动之间的区别(见表3)。STEM教育中的Engineering活动从一个明确需要解决的问题为目的开始,Tinkering活动则更加自由,不必预设具体目标,且由于其即兴开始的方式,使得探索过程更加有趣,更能真实地体验和理解科学现象;Making活动则是处于Tinkering与Engineering之间的状态。[9]
表3 Tinker教育与STEM教育的区别[10]
Tinker教育和锻炼创造创新能力的创客教育之间也是相辅相成且求同存异。Tinkering活动中会自然地迸发灵感与创意,而灵感和创意是创客教育开展的前提;此外,创客教育也能使得Tinkering活动中产生的临时性问题得到更细致的思考与解答。但两者又有所不同,从目的上来看,Tinkering活动更强调在原先材料与工具基础上的改造改进,而创客教育更注重全新的社会创造;从方法上来看,Tinkering活动以自由随意的修修补补作为方法,而创客教育则是以结构的重组、构建、创造作为其活动方法;从内在精神指向来看,Tinkering活动注重工匠精神中的修补匠精神,而创客教育则侧重创新精神。
四、认知创新:对我国劳动教育与STEM课程融合的启示
STEM教育作为技术界培养具有全球竞争力的劳动力的一种方式,在国际范围内越发受到重视。劳动教育动手实践的基本内涵,同STEM课程中注重躬身实践的探究要求不谋而合;劳动教育场景与STEM课程强调的真实情境也存在一定相通之处。因此,作为有效探索STEM知识的Tinker教育理念,更加清晰地指明了我国劳动教育与STEM课程深度融合的基本方向,对未来劳动教育发展有着独特的借鉴价值。
1. 培养“沉浸式”创造改进的劳动精神面貌
劳动精神面貌是劳动教育持续及发展的催化剂。培养“沉浸式”改进创造的劳动取向,就是培养工匠精神的“专注”,是沉下心来、除去浮躁的打磨精神。STEM课程中的Tinkering活动更容易保持专注力,破除传统劳动教育课程中的“形式化”“演习化”的教材操练,引入新兴技术与工具稳定学生的注意力,创造“沉浸式”的动手氛围。
2. 锻炼“STEM式”手脑协作的劳动能力
劳动能力是学生体力、智力、创造力等全面增强的必备要素。劳动教育与STEM课程在目标、方法、结果等方面有着紧密的关联。Tinkering活动能为学生提供潜在、有意义的STEM教育机会,开展以Tinkering活动为主的“STEM式”劳动,强化学生在体力劳动中运用智慧的力量,促进“内在思”和“外在做”的统一,为学生理解STEM等学科的知识、技术、方法的过程提供了良好平台。
3. 鼓励“自发式”即兴探索的劳动内驱力
劳动内驱力是劳动教育持续实施的稳定基础。学生自发地参与劳动是全面提高劳动素质,培养优秀的劳动习惯和品质的关键。Tinker教育强调学生利用可获得的材料或工具,即兴自发地修改、探索和创造,从实践中萌发创意。基于多样化的工具与材料进行信息搜集与知识组织,鼓舞学生在Tinkering活动中挣脱开传统劳动课程的束缚,运用学生的好奇本能培养低阶认知,生成内驱动力,促进学生自发即兴的动手动脑,并以自己的劳动能力探索材料无限可能的组合。
4. 保障“开放式”思维成果的劳动价值
劳动教育实施过程中保障“开放式”的思维边界,是实现劳动成果创造性价值的重要前提。Tinker教育重视开放性思维,始终不限制学生的思维边界,进而劳动成果的创新价值才得以保障。劳动教育中应鼓励学习者通过动手探索提出感兴趣的问题,开辟广泛的可能答案,而不是任何具体的“正确”答案。劳动成果应是学生通过无限想象与探索践行得到的,不仅创造过程是开放的,其最终的呈现方式也应是开放的,从而其劳动价值才是具有创造力的。
参考文献
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[2]Papert S. Mindstorms:children, computers and powerful ideas(2nd edition)[M]. New York:Basic Books, 1993:21~37.
[3]Maarten H Lamers, Fons J Verbeek, Peter W H van der Putten. Tinkering in scientific education[EB/OL].(2018-06-16)[2021-05-25]. https://link. springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-03161-3_55.
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[5]Bevan B, Gutwill J P, Petrich M, et al. Learning through STEM-rich tinkering:findings from a jointly negotiated research project taken up in practice[J]. Science Education, 2015, 99(1).
[6]L Brahms. Making as a learning process:identifying and supporting family learning in informal settings[EB/OL].(2018-01-16)[2021-04-13].https://www.researchgate.net/publication/282259691.
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[8]周静,潘洪建.美国探客教育的内涵、发展与价值探析[J].比较教育研究,2019,41(7).
[9]周静,潘洪建.美国Tinker教育:源起、内涵、演进与价值意蕴——兼对我国STEM及创客教育的启示[J].远程教育杂志,2019,37(1).
[10]Martinez, Stager. Invent to learn:making, tinkering and engineering in the classroom[M].Torrance, California:Constructing Modern Knowledge Press, 2013:11~15.
编辑:罗添 校对:唐菁莲 预审:施羽晗 终审:聂竹明