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Maker教育理論與實踐/ 29

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Maker 教育理論與實踐

楊孟山 國立臺北科技大學技術及職業教育研究所博士生 林宜玄 國立臺北科技大學技術及職業教育研究所助理教授

一、前言

近年來由於快速成型的新技術蓬 勃發展,從雷射切割、CNC 機具到 3D 列印機等,讓原型設計開發和製造業 創業的成本大幅降低,縮短了產品測 試、修正、監控的歷程,使客製化得 以 實 現, 也打 開了 製 造業 的新 局 面 (Kraft, 2014)。2005 年美國《Maker》 雜誌創刊,雜誌創辦人戴爾‧道弗帝 (Dale Dougherty)提出 Maker 一詞, 泛指一群擁抱 DIY、手做的族群,把 想法實踐出來的人,這群人具備酷愛 分享、享受動手做樂趣的特質,可以 指涉工程師、藝術家或任何動手做東 西的人。他表示「Maker 這個詞是非常 完美的中性字眼……創造者(Creator) 或發明家(Inventor)都有比較特定的 意思,Maker 一詞的範圍非常廣泛,正 因為它夠廣泛,我們才可以包容這麼 多不同的族群」。狹義而言,「自造者」 與「創客」在中文上之定義不盡相同, 「自造者」為純粹抱持好玩心態、樂 於手做的一群人,「創客」則是把「自 造」和「創業」作連結,把「自造者 運動」(Maker Movement)商業化的一 群人,他們急於自造、創新、創業。 由於目前華人圈對於「自造者」與「創 客」二字眼,不加以區分,無論「自 造者」或「創客」英文原文均為 Maker (張舜芬,2015)。 親子天下 2014 年 7 月號封面故事 「 動 手 做 開 啟 真 學 習 」, 正 式 將 「Maker」概念,從美國舊金山教育現 場帶回臺灣,開啟了教育新觀點。文 章中提到,二十一世紀「動手做」已 被 定調為教 育與人 才 的關鍵內涵 , 「Maker」成為未來人才關鍵字,透過 動手做能夠培養創新的能力,獨立自 主思考的能力、主動的動機與解決問 題的能力。本研究將以教育觀點,定 名採「自造者」一詞。從建造論談自 造者運動觀點,從自造者運動影響教 育生態,以及自造者教育如何落實於 高中職課程。

二、建造論(Constructionism)與

自造者教育

2016 年辭世的著名數學、學習理 論家 Seymour Papert 教授被譽為「自造 者運動之父」(Martinez & Stager,2013, p.17),Papert 同時也是創立 LOGO 程 式語言的人,在麻省理工學院創辦了 著 名的人工 智能實 驗 室和媒體實 驗 室 ,是人工 智慧領 域 的先驅者之 一 (Papert,2017)。Papert 自從 1950 年代 開始追隨皮亞傑(Piaget) 做研究,他延 續並修正皮亞傑的認知學習理論,他 對皮亞傑的觀點有不同的詮釋。Papert 認為經由適切的環境協助,可以更快 提昇兒童的智能,也就是他更強調「科 技資源」在教學上的應用。同時,Papert 是 整個認識 論與學習 研究群的領導

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者 , 他 所 提 出 的 建 造 論 (Constructionism)是以皮亞傑的建構論 (Constructivism)為理論架構來源(施能 木,2008)。 (一) 建構論 無論在哲學上、心理學上或教育 學上,屬建構主義(Constructivism) 派別者採用「建構(construct)」一詞, 是指他們對何謂知識(knowledge)與 知識的形成(how knowledge is bluit) 有其特別的主張。而在教育上的建構 主 義 可概 觀的 劃分 為 個人 的建 構 觀 (personal construct)和社會的建構觀 (social construct)兩大主流(李咏吟, 1998)。其中,心理學家皮亞傑和維高 斯基(Vygotsky)的認知發展理論,特 別受到教育學者們熱烈地討論和研究 ( 幸 曼 玲 , 1996 ﹔ Steffe & Gale, 1995),常與建構主義的主張相提並 論。因此,我們將說明他們的教育觀 點如后: 1. 皮亞傑的建構觀點 在皮亞傑的理論中,認為知識是 認知個體主動的建構,而不是被動的 接收或吸收。因此,知識是由互動中 建構而來,學習是一種將經驗有意義 化的社會過程(黃國鴻,2000)。因此, 皮亞傑認為:認知是一種建構作用, 人們為了適應生存中的環境,還藉著 天賦或基模來認知外在環境,同時也 藉由「同化」(assimilation)、「調適」 (accommodation)的作用,以建構出 有助於適應環境的知識。上述「同化」 係指個體能將新知識納入既有的認知 基模(cognitive schema),而「調適」 係 指個體既 有的基模 不能容納新知 識,則必須改變認知結構,以建構出 適應環境的新知識(吳志緯,2002)。 根據上述內容的討論,我們可得 知建構論基本上有三大原則:主動原 則、適應原則與發展原則(詹志禹, 1996﹔von Glasersfeld,1989)。此三大 原則的進一步說明如下: (1) 主動原則:知識並非由認知主體被 動地接受而來,而是由認知主體建 造而來。 (2) 適應原則:認知的功能是適應性 的,是用來組織經驗世界,不是用 來發現本體性的真實。 (3) 發展原則:知識的成長是透過同 化、調適及反思性抽取等歷程逐漸 發展而成,後續知識必須植基於先 備知識且受限於先備知識。 上述三大原則必須同時並存,因 為單純強調「主動原則」,雖然可以跳 脫傳統知識論中的「接受觀(received view )」, 卻 容 易 墮 入 理 性 主 義 (rationalism)、天生論(innatism)以 及觀念論(idealism)等別一端的陷阱, 必須輔以「適應原則」,才能使建構論 另闢蹊徑,在先天與後天之間尋找互 動的可能。但是,若忽略了「發展原 則」,那麼建構將仍然不夠彰顯知識的 動態性,而且不足以說明知識成長與 重建的歷程。總之,必須聯合三大原 則的內涵,才能使建構論的意義較為 完整。

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2. 維高斯基的建構觀點 人類智能的發展是來自於人與世 界的互動,也就是社會互動與社會經 驗的結果。維高斯基強調社會文化在 學習歷程中的重要性,在歷史文化所 發 展 的符 號文 字將 影 響學 習者 的 發 展,同時他認為發展的過程是隨著學 習而產生的(黃國鴻,2000)。 根據 Wertsch(1985)的解釋,維高 斯基將人類心理能力發展區分為兩個層 次,透過原始的(natural)較低層次的能 力,如基本的注意和感官的知覺,個體在 人際間的互動和學會使用語言工具的歷 程當中,便會產生思考,並且造成心靈的 變化,亦即個體重新再建構和組織意義, 因而轉變到較高層次的心理能力(甄曉 蘭、曾志華,1997)。再者,維高斯基認 為個人與外在社會互動的結果,對於個人 內在認知結構的塑造及促進認知發展,扮 演著重要的角色,個人認知結構是外在社 會活動逐漸內化的結果。 在合作學習的過程中,學習者可透過 能 力 較 佳 的學 習 伙 伴鷹 架 式 的 協助 ( scaffolded support ) 而 發 展 成 長 (Vygotsky,1978)。他進一步的提出近側 發展區(zone of proximal development)的 觀點,並且主張認知的發展必須要透過社 會互動方面的協助,學習者本身自我發展 的能力有限,但是可以透過同儕間的合作 學習及有效的社會互動,提升個體認知發 展的空間(鄭晉昌,2002)。基於近側發 展區的觀點,教師應該在學習者發展之 前,適時提供鷹架引導學習者發展潛能, 讓他學得符號的意義與應用。 總而言之,建構論的認知發展研 究乃是脫離行為學派而導向個體內在 深層思維活動的探究,正如 Confrey (1991)所指出:建構論對於知識建 構的定義乃是基於 皮亞傑的心智適 應的原理,是一種個人與環境互動的 建構歷程。皮亞傑所闡釋的認知結構 或基模的理論,正是建構教學理念描 述個體知識建構的內在運思活動之最 佳寫照。然而另一方面,維高斯基則 從社會文化的層面出發,強調人際間 的互動及文化工具(語言或符號)的 使用,也為建構教學理念闡釋個體的 知 識建構提 供了另 一 方面的重要 基 礎。 (二) 建造論 1. 建造論的意涵 建造論是由 Papert 所提出的學 習理論,它是 Papert 延續修正皮亞傑 的建構論而提出的,此理論特別強調 學習者必須有意識的從事某項公開事 務的建造。因此,建造論特別強調: 1.學習是主動的歷程,知識不是自然獲 得的而是製造出來的,也就是學習者 從經驗中主動建構知識﹔2.當學習者 熱衷於對其個人有意義的事物時,他 對 新知識的 建構是 特 別有效率。 其 中,第一項觀點是建立於皮亞傑的建 構論之上,而 Papert 加以擴充而成為 建造論(Resnick,1996)。建造論的基 本理念是「從做中學」,強調學習者要 從 事創作外 在的或 可 與人共享的 作 品。學習者所從事的活動並非都可以 算是學習的活動,最重要的是此項活 動 要 具 備 豐 富 的 學 習 內 容

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(learning-richness)的本質。學習者在 從事建構活動之時,可以隨時參照其 成果的進展而獲得靈感與引導,並可 以更具體地去操作此項實物。透過這 項逐漸成形的作品,創作者可以指著 某實質的一部份回溯其過去的思考, 並規劃出未來的活動。此外,在設計 的過程中,學習者除了規劃之外,更 可藉實際動手做去測試其設計過程中 的 創 意。 在學 習者 的 作品 發展 過 程 中,他會不斷的修改,甚至推翻原有 的想法,而非只是執行公式化的程序 (Roth,1998)。 再 者 , 由 於 電 腦 科 技 高 度 的 發 展,Papert(1988)所提的建造論除強 調「從做中學」的觀念外,並且認為 「形式運思」的思考風格不一定優於 「具體運思」的思考風格,因而提出 認識多元論的主張,強調在具體的操 作過程中, 也可以有相同的學習效果 (吳志緯,2002)。因此,Papert 所提 出的建造論是建立於兩個不同的建構 (construction)觀念:一是學習是主 動 的 建構 新知 識, 而 不是 被動 的 接 受﹔二是透過對事物的操弄,並且進 一步的展現、發展,或與人分享而達 到個人有意義化的建構學習(Papert & Harel,1991)。McGrath(2000)認為: Papert 所 提 的 建 造 論 是 結 合 皮 亞 傑 的 建 構 論 與 Lego 組 件的操 作而成 的。即 Papert 的建造論是涵蓋皮亞傑 的建構論,再加上能夠讓學習者主動 操作的實物。 Papert 和 Harel(1991)指出建構 論與建造論的差異在於:建構論認為 知識是由學習者建構,而非教師所提 供﹔建造論認為精進的創意通常會發 生在學習者投入某些事物的建造、或 與他人分享經驗時。建造論也支持建 構論的觀點:學習者是一個主動的知 識建構者,然而也強調在外在作品的 建造,因這樣可讓學習者分享彼此間 的創意。雖然沒有外在作品的創作, 學習者仍然可以建構且表達知識,但 有更多的證據顯示藉由外在作品的創 作,學習者可以更互動,以及分享他 們所暸解的事物及想法。 2. 建造論應用-Maker Movement 建造論在教育上兼具有學習理論 與學習策略的特性,它建立於皮亞傑 的建構論。建造論認為知識不是簡單 地由教師傳達給學生們,而是學習者 主動的心智建構,學習者不僅是獲取 創意(ideas)而且是開創出自己的創 意(Papert,1993)。因此,建造論主張: 應該讓學習者主動地參與一些外在作 品的創作,同時讓他們有機會表達自 己的看法,及與他人分享想法,如此 新的創意極有可能會被創造出來。 換言之,以建造論為主的學習環 境,一開始就設定課程/單元目標與 期望是重要的,如此學習者會清楚暸 解他們試著要獲得的內容及表現的程 度。而多樣的策略就是允許學習者利 用不同的方法,以解決他們所遭遇的 問題;藉由展現作品及學習的討論結 果,學習者可獲得回饋而來修正他們 的計畫或作品;與真實世界有關的應 用,可讓學習者真正學到在有意義情 境(meaningful context)中所發生事物 的處理程序(施能木,2008)。

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綜上,這意味著建造論是一種支 持將自造者運動聚焦於問題解決以及 數位化和實物製造的學習理論。Papert 的建造論將具體的、基於產品的體驗 置於人類如何學習的中心(Harel & Papert,1991 )。 它 根 源 於 認為 學 習是 玩、實驗和真實探究的成果,其顯著 特色是「學習是透過創造可分享的事 物 的 行 為 來 進 行 知 識 的 建 構 」 (Martinez & Stager,2013)。在正式和 非正式學習空間中使用具體工具和程 式是 Papert 建造論的產生實體,這些 工 具 和 程 式 包 括 Logo 程 式 語 言 (Resnick et al.,2009)、樂高頭腦風暴 工具包(Resnick et al.,1988)、Scratch 程式設計語言(Resnick et al.,2009)、 電腦俱樂部程式(Kafai et al.,2009) 等。除此之外,諸如基於專案的科學 (Schneider et al.,2002)和基於問題的 學習(Schwartz et al.,2001)等教育方 法也強調透過創造可分享的事物的行 為 來 進 行 知 識 的 學 習 與 建 構 (Halverson& Sheridan,2014)。

三、中美「Maker 教育」現況

2014 年 6 月 18 日,美國總統 歐 巴 馬 在 白 宮 舉 辦 了 首 屆 「 Maker Faire」,除了將這天訂為全國自造者日 (National Day of Making),6 月 12 日~ 6 月 18 日為美國自造週(National Week of Making)外,更提出了新政策:(1) 幫助 Maker 推出新業務和創造就業 機會。(2)結合全國 150 所大學和 130 間以上的圖書館,協同英特爾、 迪士尼等廠商,在全美各地開設更多 自造者空間,提升學生成為 Maker 的 機會。(3)讓 Maker 解決大眾迫切的 問題,像是醫療、航太或是弱勢族群 生活議題(Kraft, 2014)。Maker 的概 念其實一直存在著,賈伯斯( Steve Jobs)在車庫中製作出第一代的蘋果電 腦 Apple I 是 Maker 耳熟能詳的典 範,美國不少大型企業的萌芽茁壯都 和自造者有關聯,蘋果、微軟都是如 此。顯見 Maker 議題對於世界最大經 濟體──美國,有著舉足輕重影響力。 2014 年 3 月份行政院長對外談 話,希望扶植臺灣 3D 列印產業發展, 提出了在校園中建置 3D 列印設備的 政策構想,並交由行政院研提具體執 行方案。據此,教育主管當局研擬引 進由美國 MIT 麻省理工學院發起 Fab Lab(Fabrication Laboratory,自造實驗 室)的實驗室模式及其教育推廣概念, 創造可供參與者自行設計製造創作作 品的空間,建置 Fab Truck 行動實驗 室,Fab Truck 利用租賃貨櫃進行改裝 移動至各高級中等學校辦理 3D 列印 校園巡迴推廣活動(教育部,2014)。教 育部宣示自 2016 年起訂定每年 5 月 5 日是自造者教育週,期待動手做能增 加學習與經驗,教育部也將積極促進 大學與在地高國中小、產業跨域合作 建立夥伴關係,推廣自造者課程與人 才培育,推動各級學校自造者教育, 培育學生與世界接軌的競爭力(教育 部,2016a)。自 2016 年起,己於全國 11 縣市設置自造教育示範中心,期待 每 一縣市均 能擁有 資 源發展自 造教 育,其目標係緊扣 108 課綱之課程發 展。故在可預期的未來,自造教育仍 將為國家重要的教育政策之一(鄭國 明、王仁俊,2017)。

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圖 1 自造者教育工具(Schön & Kumar,2014) 自造者運動被認為是「第三波工 業革命」,預計將在未來十年內,顛覆 製造業、社會、科技、教育、醫療的 最主要的影響力之一,是一股由下而 上的創新力量(楊育修,2014)。在自造 者教育環境中,自造者可以使用的工 具 應 該 有 哪 些 呢 ? Schön & Kumar(2014)認為 3D 列印機、Arduin 等微電腦控制器、NXT 教育機器人等 平台、電腦及 App 等應用程式是必須 的,如圖 1 所示。研究者綜合多篇研 究,認為因自造者運動而興起的自造 者教育特色如下: (一) Maker 教育刺激傳統教育思潮 自 造 者 係 指 一 群 酷 愛 科 技 或 技 術、熱衷實踐的人群,他們以分享技 術﹑交流思想為樂。自造者文化是 DIY 文化的延伸,它在其中糅合了技術元 素,自造者的興趣主要集中在以工程 化為導向的主題上,例如電子、機械、 機器人、3D 列印等,也包括相關工具 的熟練使用,如;CNC、雷射切割機 等,還包括傳統的金屬加工、木工及 藝術創作。自造者運動的興起,在新 課綱的科技領域,結合新工具機的科 技發展下如各種 3D 數位工具機,如 3D 掃描、3D 繪圖、3D 列印、切割、 雕刻及相關成形科技的研發,如;硬 化、燒結、積層等,讓製造的流程有 別於傳統製造方式。此外,資訊科技 的普及發展網路社群與分享機制將許 多製造的知識在社群中得以傳播,問 題也可以在社群中獲得解答與運用。 (鄭國明、王仁俊,2017)。 (二) 資訊設備賦予自造教育基礎 自造教育從早期純仰賴手工的工 藝教育,迄今借助電腦及資訊設備的 應用,而愈發呈現多元面向。換言之, 資訊教學設備的普及乃自造教育成長 的重要助力。但資訊教育非等同自造 教 育 , 資 訊 科 技 (Information and Communication Technologies, ICT) 非 常廣泛地應用於教育,改變了教學與 學習模式,科技教學資源的應用也促 使自造教育朝更多元的發展(鄭國明、 王仁俊,2017)。 (三) 透過 3D 列印技術來強化建模能 力

Kaiser & Sriraman(2006)認為學生 在建模(modelling)的過程中,必須妥善 應用科學與數學等不同領域的知識, 以解決其所面臨的真實情境問題,因 此 ,建模是工程設計 歷程的重要關 鍵。如能搭配 Thingiverse 等建模分享 網站,透過前述的分析,若能在專題 學習活動中融入工程設計歷程,並強 化建模的重要性,對於學生而言應該 有更寶貴的收穫。依據此一論點,3D 列印技術便可以在建模這個步驟中扮 演重要的角色,學生可以透過 3D 列印

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技術進行建模,以藉此評估設計構想 的可行性,進而降低後續實際製作的 可能問題 (林坤誼,2017)。

四、自造教育落實於高中職課程

美國總統歐巴馬(Barack Obama)提 出「教育創新」十年計畫,編列預算四 億美元(約新台幣一百二十億元),培 養、訓練十萬名教師,期望提升美國學 生的科學和數學能力,並且建議教師取 法 Maker 精神,透過動手做的實際任 務,整合知識,讓學習更有趣實用(賓靜 蓀、林韋萱、張益勤,2014)。 教育部國民及學前教育署發佈「補 助試辦國民中小學自造教育示範中心作 業要點」,要求各縣市國中小申請成立自 造教育示範中心須配合開設推展自造教 育相關課程,課程內涵:包括跨領域設 計與製作、傳統工藝、電腦繪圖、數位 自造、程式設計、機器人或機電整合等 課程(教育部,2016b )。全臺已有 11 縣 市設置自造教育示範中心。 Maker 精神在於主動創造,而非被 動接受;鼓勵分享合作,而非競爭; 從樂趣出發,動機不斷電;任何想法, 都可以做出來。全世界的 Maker 和發 明家都強調,發明不會發生在理論的 研讀中,而是發生在實際動手做的過 程裡,利用各種科目的理論和內容, 解決真實世界的問題,有意義的發明 才會發生(賓靜蓀等人,2014)。在這些 「動手做」歷程中,除了讓學生學習 到完整的知識外,更重要的是學生必 須擁有創新的能力,獨立自主思考的 能力、主動的動機與解決問題的能力。 自造者教育的屬性,對應十二年 國民教育課綱在高中課程方面(廖証 三,2016;薛元陽,2017;施亞辰, 2017;黃蘚茹,2017),比較偏向「生 活科技」課程及「計算機概論」課程, 其學科中心正搭配 108 課綱的實施及 前瞻建設預算,規畫各校的自造空間 教 室與設備 。在技 術 型高中課程 方 面,「專題實作」部定必修課程是可以 著墨的地方,也可以搭配十二年國民 教育課綱開設更多有關數位製造或自 造議題的校定選修課程。當前的 Maker 教學活動相當活絡,在網路上面看到 很 多實作單 元以及 作 品的分享。 當 Maker 進到教育體制,成為正式或非正 式課程時,就需要透過系統化的規劃 與評鑑,來確保 Maker 教育的方向與 效益。本文提出的 Maker 是十二年國 教科技領域課程的策略之一,可作為 參考。後續的課程發展、課程評鑑等, 都 還需要更 多努力 與 投 入,以 確保 Maker 教育效果可以符合大家的期待。 參考文獻  李咏吟(1998)。認知教學-理論與 策略。臺北市:心理。  吳志緯(2002)。國小學生以電腦 樂高進行科學學習之個案研究(未出版 碩士論文),臺北市立師範學院科學教 育研究所,臺北市。  幸曼玲(1996)。皮亞傑與維高斯 基的對話。臺北市:台北市立師範學 院兒童發展中心。

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數據

圖 1  自造者教育工具(Schön & Kumar,2014)  自造者運動被認為是「第三波工 業革命」 ,預計將在未來十年內,顛覆 製造業、社會、科技、教育、醫療的 最主要的影響力之一,是一股由下而 上的創新力量(楊育修,2014)。在自造 者教育環境中,自造者可以使用的工 具 應 該 有 哪 些 呢 ? Schön  &  Kumar(2014)認為 3D 列印機、Arduin 等微電腦控制器、NXT 教育機器人等 平台、電腦及 App 等應用程式是必須 的,如圖 1 所示。研究者綜合

參考文獻

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