[论文解读] Technology-Enabled Nurturing of Creativity and Innovation: A Specific Illustration from an Undergraduate Engineering Physics Course

Frank V. Kowalski, Susan E. Kowalski+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2013

Innovative Teaching and Learning Methods参考文献 26被引用 4

一句话总结

本文提出了一种基于技术增强的教学框架，利用支持触控笔的设备上的InkSurvey，以促进本科工程物理专业学生的创造力与创新力。通过实现实时、匿名且结构化的小组头脑风暴，并结合正向与负向的批判性思维，该方法在低风险、面向STEM的环境中提升了创意生成与评估质量，学生共同制定了一套衡量解决方案可行性的指标。

ABSTRACT

There is general agreement that creativity and innovation are desirable traits in the toolbox of 21 extsuperscript{st} century engineers, as well as in the future workforce in general. However, there is a dearth of exemplars, pedagogical models, or best practices to be implemented in undergraduate engineering education to develop and nurture those talents. In this paper, we use a specific example of a classroom activity from a course designed to help bridge the transition from learning the fundamental principles of engineering physics in introductory courses to being able to creatively and innovatively apply them in more advanced settings, such as senior capstone projects and on-the-job challenges in the future workplace. Application of techniques for generating and evaluating ideas are described. To enhance the benefits of group creativity and facilitate real-time electronic brainstorming in the classroom, we use InkSurvey with pen-enabled mobile computing devices (iPads, tablet PCs, Android devices, etc.). Using this free, web-based software in this setting effectively mitigates many of the social issues that typically plague brainstorming in a group setting. The focus, instead, is on paying attention to the ideas of others while encouraging fluency, originality, and honing positive critical thinking skills. This emphasis is reflected as the group creates a metric to evaluate their potential solutions. A specific case from undergraduate and graduate level engineering physics courses is described to illustrate how the extensive work done in this arena in psychology, marketing, and business environments can be applied to STEM education. The classroom process is outlined and actual student results are presented to illustrate the method for other instructors who might be interested in employing similar activities in a non-threatening, low-stakes learning environment.

研究动机与目标

• 解决非设计类、非创业类本科工程课程中缺乏培养创造力与创新力的教学模型的问题。
• 克服STEM课堂中常见的小组头脑风暴挑战，如社交抑制、评价焦虑以及参与度不均等问题。
• 营造一个低风险、无威胁的学习环境，使学生能够在无评判恐惧的情况下练习创意生成与批判性思维。
• 建立一种结构化流程，整合个人创意生成与小组评估，结合正向与负向的批判性思维。
• 通过具体的课堂实例，展示心理学与商业领域中的创造力技巧向STEM教育的可迁移性。

提出的方法

• 采用InkSurvey，一种免费的基于网络的软件，允许学生通过移动设备（如iPad、平板电脑）以键入文字或数字手写的方式提交创意。
• 支持实时、匿名的创意提交，有效降低社交焦虑，提升全体学生的参与度。
• 引入双阶段批判性思维流程：首先识别优点（正向批判性思维），随后识别缺陷或风险（负向批判性思维）。
• 通过集中显示所有学生的创意，促进小组讨论，使教师能够根据输入对创意进行筛选、高亮并引导讨论。
• 引导学生协作制定决策指标，以评估所提解决方案的可行性和强度。
• 在真实的工程物理课程情境中应用该方法，重点是将基础物理原理应用于实际问题，如在多尘环境中测量岩石体积。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在非设计类、非创业类本科工程课程中有效培养创造力与创新力？
• RQ2 使用匿名、实时的数字头脑风暴在多大程度上能提升小组环境下的创意流畅性、原创性与批判性思维？
• RQ3 结合个人创意生成与小组评估，辅以正向与负向批判性思维的结构化流程，是否能提升STEM情境下的解决方案质量？
• RQ4 使用移动触控笔技术（如InkSurvey）如何影响学生在小组创造力活动中的参与度与投入度？
• RQ5 在大班额STEM课堂中，教师引导在技术赋能的创造力教学法成功实施中起到何种作用？

主要发现

• 使用InkSurvey配合移动设备显著降低了社交抑制，提升了小组头脑风暴中的参与度，尤其增强了内向学生的参与。
• 与传统口头头脑风暴相比，学生在使用匿名、实时数字输入方式时产生了更多原创且多样的创意。
• 通过结构化应用正向与负向批判性思维，原本不切实际的创意（如在多尘环境中使用激光）被成功转化为利用声波技术的可行解决方案。
• 小组共同制定了评估解决方案质量的共享决策指标，体现出更强的批判性评估能力与协作解决问题的能力。
• 该方法成功营造了一个无威胁、低风险的环境，使学生感到安全，敢于尝试创意并从错误中学习。
• 教师引导被确认为影响过程成功的关键因素，且其作用可在一定程度上延后至课后完成，而不会降低教学效果。