从小学到高等教育机构，在各个年龄段的教育活动中，尤其是在科学、技术、工程和数学(STEM)学科中，创客空间越来越受欢迎。由于创客空间的动手学习方式，人们普遍认为在创客空间中学习对学生的创造力和思维能力有影响。已经进行了实验来探索这种关系;然而，它们仅限于特定类型的创客空间，并且只涉及创造力的某些方面。因此，我们采用系统文献综述(SLR)方法，试图了解STEM教育背景下创客空间与创造力之间的关系。SLR提供了从小学到高等教育四个方面培养创造力的创客空间的整体视图。该SLR在其搜索字符串中使用了三个主要类别的术语:(i)创客空间和相关术语，(ii)创造力和创新，以及(iii)术语“STEM”的变体。使用Summon元数据库，我们检索了103个数字数据库(包括Scopus、IEEE和ASEE)。最初的搜索考虑了同行评议的学术期刊文章和会议记录，重点关注2000年至2021年8月发表的STEM学科。在遵循PRISMA系统评价报告指南后，34篇相关论文仍符合纳入条件。采用专题分析法对所选论文进行分析。各种类型的创客空间都显示出培育创造力的经验证据。这篇综述还指出了在创客空间环境中培养创造力的七个因素。这些发现将有助于在STEM学科背景下应用创客空间工具和干预措施来增强创造力。
创客空间是学生个人或团队实现自己想法的地方。它被定义为“一个具有创造性和独特适应性的学习环境，有工具和材料，可以是物理的和/或虚拟的，学生有机会探索、设计、玩耍、修补、协作、询问、实验、解决问题和发明”(Loertscher等人，2013)。在创客空间中使用的工具被称为数字制造或数字制造技术(Hawken et al.， 2013)。它们使计算机支持的加法和减法制造、快速原型制作和高度定制产品的轻松生产成为可能。数字制造技术被认为是创客空间不可或缺的一部分，例如制造实验室(Fab Labs) (Gershenfeld, 2012)、个人制造设置(Baudisch & Mueller, 2017;Richard & Giri, 2019)、发明工作室(Forest et al.， 2014)、设计实验室和黑客空间(Can Nguyen Hai, 2021)。创客空间用于跨学科应用和研究，帮助用户在不同学科之间进行协调，以开发复杂的工程设计(Kim, 2020)。由于创客空间在各个学科和领域的应用和重大影响，文学将人们的注意力引向了创客空间的无数方面。具体而言，研究考察了它们对经济学(Prendeville等人，2016)、创业(Guerra & deGómez, 2016)、公共图书馆(Brady等人，2014)、设计教育(Becker, 2016;吉奥吉夫,2019;Soomro & Georgiev, 2020)，医疗实践(Lakshmi等人，2019)，高等教育(Love, 2022;Ylioja等人，2019)，可持续性(Soomro等人，2021)和STEM教育(Yin等人，2020)。许多关于创客空间的研究认为它们是影响创造力的地方，并帮助学生、设计师、建筑师、工程师和医护人员等用户集思广益，为现实生活中的问题提供创造性的解决方案(Blikstein等人，2017;Carulli et al.， 2017;Duenyas & Perkins, 2020;Giannakos & Divitini, 2016;Glenn et al.， 2020)。然而，尽管许多研究都提到创客空间可以培养创造力，但很少有人对这一说法进行检验或研究(例如，Lille & Romero, 2017)。
创造力与创造性和批判性思维、解决问题、想象力和主动学习等技能有关(Hatzigianni et al.， 2021;Sang & Simpson, 2019)。本研究使用了Rhodes(1961)对创造力的定义，该定义涵盖了创造力的大多数方面:“创造力这个词是一个名词，指的是一个人传达新概念(即产品)的现象。心理活动(或心理过程)在定义中是隐含的，当然，没有人能想象一个人(个体)在真空中生活或活动，所以术语Press(环境)也是隐含的。”这一定义概述了创造力的四个P，这是科学、技术、工程和数学(STEM)教育研究中的一项重要技能(Bozkurt Altan & Tan, 2021)。
STEM的定义因学科而异(Martín‐Páez等人，2019)。Aguilera & Ortiz-Revilla(2021)提出了文献中报道的11个STEM/STEAM定义。我们使用全面、广泛和经常使用的STEM定义。“STEM教育方法被定义为在解决现实问题时整合两个或多个学科”(Bozkurt Altan & Tan, 2021, pp. 3-4)。上述定义也被其他研究者使用(M. Sanders, 2009;肖尼西,2013;Smith & Karr-Kidwell, 2000)。STEM教育允许学生在没有导师支持的情况下思考并提出分配给他们的现实问题的解决方案(Sang & Simpson, 2019)。科学教育的STEM教学方法鼓励学生的创造力，允许他们通过经验思考和学习(Sirajudin et al.， 2021)。这就是创客空间和STEM的交集之处。创客空间为实验提供了工具和环境，学生必须将想法转化为实物。因此，由于STEM教育的性质，创客空间、创造力和STEM学习紧密相连。
在创客空间和STEM教育相关的文献中，我们发现了涵盖各个方面的系统综述。然而，在STEM教育中，关于创客空间在培养创造力方面的作用的研究存在差距。在创客空间培养创造力的背景下，Wu等人(2021)研究了物理环境在创客空间中的作用。其他研究只考虑了创客空间创造力的一个方面。Hachey等人(2021)探讨了创造力的过程，而Supraja等人(2022)研究了创造力的“人”方面。Choi等人(2022)和Lam等人(2021)研究了共同创造和设计。此外，Aguilera和ortizs - revilla(2021)对创造力和STEM进行了系统的回顾，但没有在创客空间的背景下进行。为了解决这一差距，根据系统评价和荟萃分析的首选报告项目(PRISMA)模型(Liberati et al.， 2009)对该主题进行了系统文献综述(SLR)。我们旨在从STEM教育的角度深入了解创客空间与创造力相关的不同方面。因此，我们制定了以下研究问题(RQs):
RQ1。创客空间和STEM教育涉及创造力的哪些方面?
RQ2。创客空间的特定方面是如何培养创造力的?
RQ3。创客空间的类型和衡量创造力的方法是什么?
本文共分为六个部分。第一部分介绍了文献综述中使用的三个搜索术语(创造力、创客空间和STEM)。以下部分报告了迄今为止关于创客空间、创造力和STEM教育的研究。第三部分解释了本研究中使用的方法，PRISMA模型。第四部分是文献检索结果。第五部分根据研究结果讨论研究问题。最后，总结了本研究的主要发现和结论。
创客空间被认为是开发创造性技能的有效工具，对用户在艺术、科学、技术和工程等各个领域产生创造性解决方案的思维、想法和能力产生积极影响(Culpepper & Gauntlett, 2020;黛德,2010;Saorín等人，2017;施密特,2019;Sheffield et al.， 2017)。例如，Schmidt(2019)将创客空间描述为“创意实验室”和社会创新场所，可以促进个人创造力和学习，从而带来知识和价值。Culpepper和Gauntlett(2020)认为创客空间是一个创造性的平台，用于支持有创造力和好奇心的个体进行制作和学习活动。文献报道，数字编辑工具和3D打印机有助于培养工程专业学生的创造能力(Saorín等人，2017)，描述了创客空间环境与其创意工具之间的紧密联系。然而，这些研究是针对创造力的特定方面(无论是人还是环境)和创客空间的。
创客空间对于STEM教育至关重要，因为它们能够促进21世纪的技能，如创造力、批判性思维、解决问题和协作，并提高K-12和高等教育学生的信心(Abdurrahman, 2019;Blackley et al.， 2017;Hachey等人，2021;Ng & Chu, 2021)。例如，Blackley等人(2017)研究了创客空间提高学生对STEM教育信心的能力。Hachey et al.(2021)研究了基于创客空间的教学法发展在幼儿园儿童STEM认同发展中的作用。尽管创客空间在STEM教育中很重要，但关于创造力的研究却很有限。
考虑到STEM文学和创造力，Aguilera和ortizs - revilla(2021)对STEM教育培养学生创造力的潜力进行了最全面的单反研究。他们发现，STEM教育对学生的创造力有积极影响，但忽视了创造力与创客空间之间的关系。他们的分析基于创造力模型的4p (Rhodes, 1961)。因此，本研究旨在对创客空间、创造力和STEM教育进行单反研究。
单反是根据PRISMA模型进行的(Liberati等人，2009)，该模型提供了深入的理论知识和探索主题的系统方法(Petticrew & Roberts, 2008)。基于PRISMA模型的单反(PRISMA, 2022)有助于提高报告的清晰度和透明度。PRSIMA模型使用四阶段流程图来执行系统的文献综述，包括识别，筛选，资格和纳入/排除文章。通过满足这些要求，可以满足结果的循证报告标准，从而通过清晰、准确和完整地报告一个定义明确的研究问题来增强结果的可重复性。一系列基于prisma的步骤，如搜索标准、数据库和关键词，被用来选择进行单反的研究。“搜索标准、数据库和关键字”一节详细讨论了这些步骤。“文章选择过程”和“文章纳入和排除”部分讨论了报告的纳入和排除，并使用流程图来说明它们(图1)。
图1
搜索过程，以找到符合条件的文章
主题分析方法(Holton, 1988)被用于分析结果。主题分析是由霍尔顿引入的，用于识别定性数据集中的模式。有两种解释思想模式的方法:“共享意义思想”或“领域总结”。这项研究将模式解释为一组在核心概念或主题下的共享意义想法(Willig & Rogers, 2017)。如结果部分所述，我们从选定的论文中确定了四个核心主题。除了专题分析和对第三个研究问题的回应，结果部分还讨论了在创客空间中使用的创造力评估方法以及文献中报道的不同类型的创客空间。通过对纳入本单反的每篇文章进行分析，提取文献中有关“创造力评估方法”和“创客空间类型”的研究结果。
搜索使用Summon (Home - RU Summon, 2021)进行。此元数据库提供100个数字数据库的访问(例如，ACM数字图书馆，ABI/INFORM Collection, Taylor & Francis Online, ScienceDirect Journals, JSTOR Art and science series)，并允许在所有数据库中搜索一串关键字，而无需更改语法。在Scopus、ASEE和IEEE上进行单独检索，以确保纳入所有相关文章。Scopus, IEEE和ASEE是分开的，因为这些数据库不包括在Summon中。检索对象为2021年8月2日之前发表的所有论文。表1显示了该单反在Summon (Home - RU Summon, 2021)和Scopus中使用的过滤标准和相应值。ASEE和IEEE数据库，并列出了初始搜索中使用的术语。根据本研究的搜索标准，我们纳入了ASEE、IEEE和Scopus数据库中索引的所有出版场所(即期刊和会议记录)。此外，没有遗漏在Summon(跨多个数据库执行搜索的元数据库)所涵盖的数据库中索引的出版场所。因此，我们也从Summon覆盖的出版场所中选取了文章(见图1中的第一阶段)。
表1查询条件
搜索字符串包含三个主要类别的术语。第一个是创客空间和相关术语，如“fab lab”、“发明工作室”和“创客环境”(Schmidt, 2019)。第二个是“STEM”。文献中已经使用了STEM的各种组合。例如，“STEAM OR STEM”(Conde et al.， 2021)，“STEM/STEAM教育”(Aguilera & Ortiz-Revilla, 2021)，以及“STEM OR科学OR技术OR工程OR数学”(Anwar & Menekse, 2021;Ibá?ez & Delgado-Kloos, 2018;Prieto-Rodriguez et al.， 2020)。在这项研究中，使用了“STEM OR science OR technology OR engineering OR mathematics”，因为它扩大了结果的范围。第三类词汇是“创造力”和“革新”。
选择过程包括六个阶段，如图1所示。在第1阶段，我们使用4个数据库搜索引擎(Summon meta-database, Scopus, IEEE和ASEE)根据表1中描述的搜索标准来识别论文。总共产生了6751个结果。在第2阶段，使用过滤器自动排除杂志文章、贸易出版物、论文、书籍章节、书评、时事通讯、新闻文章、网络文章和副本，结果留下了2,428篇文章。在第三阶段，一名研究人员手动阅读摘要，并使用以下评估标准排除那些偏离主题的摘要:(i)文章必须涉及创客空间、Fab实验室或相关的物理空间;(ii)文章应在STEM领域的背景下评估或分析创造力的任何维度(即人、过程、环境或产品)。因此，142篇文章被选中进行进一步的全文筛选。在第4阶段，基于以下四个原因，142篇文章中有111篇被删除(也在图1中指定)。首先，66篇文章没有研究/检查创造力的主题;第二，有13篇文章与创客空间无关;第三，13篇文章不在STEM的背景下;第四，19篇文献综述。在第5阶段，34篇文章被发现有资格纳入，在第6阶段，它们被提交进行定性分析。
要纳入本研究，文章必须涉及与STEM学科相关的创客空间、Fab实验室或类似空间等主题，以及创造力的各个方面(即人、过程、环境或产品)。符合纳入标准的一篇文章的例子是Timotheou和Ioannou(2021)，他们探讨了在创客空间环境中进行的基于STEAM教育的创客活动背景下集体创造力的发展。
在第3和第4阶段，不符合纳入标准的文章被排除在我们的分析之外。排除的最常见原因是，尽管在标题或摘要中包含“创造力”或“创造”等术语，但这些文章并未侧重于对创造力的分析或研究。例如，Ng & Chan，(2019)在摘要和引言部分包含“创造力”一词，但这篇文章并没有报道对创造力的分析。其他文章被排除在外，因为它们至少缺少三个搜索词中的一个。例如，尽管Hecht等人(2014年)、Cornetta等人(2020年)、Robinson等人(2019年)、Bill和Fayard(2018年)、Pfeiffer等人(2019年)和Tillinghast等人(2017年)解决了STEM和创客空间方面的问题，但他们没有研究它们与创造力的关系。其他研究侧重于创造力，但不是在创客空间背景下进行的(例如，Bruhl & Klosky, 2020;Pucha et al.， 2016;Schar et al.， 2017)。由于搜索是在“全文”上执行的，因此搜索结果产生了许多不符合条件的文章。例如，其中一些仅在参考文献列表(例如，Ellery, 2016)或作者归属部分(例如，Ellery, 2016)中包含相关搜索词。其他人被排除在外，因为他们属于材料科学领域，包括“制造”或“工程”关键词(例如，Azim等人，2019;科恩,1989;Widdis et al.， 2013)。获得不相关结果的另一个原因是搜索字符串中存在通用术语，通配符(*)条目使用带有星号的根词(例如，“create*”)。通配符的想法是在搜索中包含词根的所有可能的结尾。例如，“create *”包括“create”和“creation”，即使文章不是关于创造力的话题，这两个词出现的可能性也很大。
摘要
介绍
相关工作
方法
结果
讨论
结论
数据可用性
参考文献
确认
作者信息
道德声明
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包括在这个单反的研究文章分析了他们解决的创造力方面。专题分析揭示了四个中心方面。第一个是“人”，反映学生的创造能力，分为两个子类:学生的个人创造力和学生的集体创造力。第二个主题是“环境”，反映了在创客空间中影响学生创造力的环境因素。这个主题包括两个子类别:社会和身体。第三个主题是“过程”，指的是制作产品时使用的创造性过程，第四个主题是“产品”，反映了结果或产品的创造力。表2总结了完整的分析。
表2选择分类Ted文章从创意、创客空间类型和教育水平等方面进行了分析
图2显示了创意和教育创客空间各方面的年度细分情况:(i)每列柱的高度，以及(ii)柱间的联系。每个条形图的高度说明了在创客空间中解决创造力的特定方面的研究的数量。“人(个体)”是创造力研究最多的方面;几乎三分之一的论文讨论了参与研究的个人的创造力。相比之下，与共同创造相关的“个人(集体)”是创造力研究最少的方面(7.8%)。“产品”也是被提及最少的方面之一(11.8%)。从教育的角度来看，高等教育中的创客空间是研究最多的方面(50%)(见第三栏)。在小学教育中，创客空间的研究明显较少(12%)。在图2的第二列中，条形图之间的链接显示了创造力各个方面的年度细分以及文献中研究的创客空间类型。例如，从2010年到2021年，创造力的“人(个体)”方面得到了广泛的研究，而“产品”方面直到2017年才得到关注。高等教育中的创客空间也在2010年至2021年间进行了研究。然而，他们从2017年开始在小学教育中进行研究，这表明创客空间是创客空间和创造力研究的新兴趋势。同样，虽然创造力的“人”方面是一个很好的探索话题，但更多的注意力应该放在创造力的“产品”方面的共同创造力方面。
图2
创意和创客空间类型的年度细分
图3显示了创客空间类型与创造力之间的关系，即在相应的教育水平下研究的不同创造力方面。值得注意的问题包括:(1)初等教育没有对“产品”进行研究;(ii)高中阶段教育没有研究共同创造方面;创客空间在高等教育中得到了很好的探索，因此对创造力的大多数方面进行了研究。
图3
方面创意与教育创客空间的关系
一个“人”被定义为一个学生、教师(个人)或一个学生团队(协作)。相应地，“创造力”可以分为个人创造能力和协同创造能力。
个人创新能力
这一类涉及的是在个人层面上促进创造力的因素。在创客空间的背景下，研究发现，学生开展的活动、工具和开发的项目有助于他们发展创新能力，特别是在教育环境中。例如，Saorín等人(2017)发现，使用数字编辑软件和3D打印机可以培养工程专业学生的创新能力。此外，他们对在这种情况下进行的活动的看法对他们的创造力有积极的影响。Taheri等人(2020)发现创客空间可以培养创造力、自信心和创业技能，并提高解决问题、沟通和协作技能。小学教育中使用的创客空间还支持学生发展个人创造力和批判性思维技能(Hatzigianni et al.， 2021)。其他关于在创客空间工作的高中生的研究表明，创客空间通过影响他们的感知来激励学生成为创新者(Farritor, 2017;Forest et al.， 2014)。Carbonell等人(2019)在对高等教育中提供的六门基于创客空间的课程进行的另一项研究中发现，创客空间对工程专业学生的创新取向和对这些类型环境的归属感产生了积极影响。Clark et al.(2018)也发现，在创客空间中开展的课程提高了本科生的设计思维技能和创造力。这些研究人员还发现，学生对自己创造性技能的自我评估也发生了积极变化。因此，我们可以理解，教育环境，如创客空间，包括3D打印等技术发展，对学生的创造能力和解决问题的能力产生了积极的影响，为学生提供了成为创新者的自信和灵感。
集体的创造力
共同创造是由两个或两个以上的个体共享的协作创造行为(e.b.n。Sanders & Stappers, 2008)，通常，学生在导师的指导下进行小组项目。三项研究涉及创客空间的共同创造和创造力。虽然这个话题在文献中很少讨论，但它提供了初步证据，表明创客空间对集体创造力有积极影响。例如，Timotheou和Ioannou(2021)表明，创客空间中的STEM活动有助于集体创造力的发展，集体创造力与项目成功之间存在统计学上的线性关系。里尔和罗梅罗(2017)提出了一种精心设计的创客教学法，以帮助学生在创作过程中和在产生的结果中进行小组合作，提高学生的创造力。因此，它被解读为创客空间是鼓励创造性共同创造文化的理想环境。这是由于学生小组为完成一个项目而进行的联合活动。文献表明，外部因素，如环境，在提高创造力方面发挥着作用。
将环境分为社会和物理两类，并进行相应的分析(Batey, 2012;罗德,1961)。两个分主题的调查结果说明如下。
社会环境
社会环境反映了学生和教师之间发生的互动。创客空间的社会环境可以成为促进学生参与创造性刺激教育过程的有力工具。培养学生创造力的一种方法是通过适当的教学设计让他们参与学习数字制造工具(Giannakos et al.， 2017)。通过研究创客空间中的人类互动，Trahan等人(2019)发现，创造一种允许学生和教师在完成给定任务时失败的氛围，可以鼓励他们进行实验、探索，并将其他参与者融入到他们的活动中。Couch等人(2019)还发现，当有机会与社区就科学、技术和工程数学问题进行互动时，stem丰富的环境会激发年轻的高中生成为发明家。这表明，工作环境和与来自STEM学科的专业人士的社会互动激发了学生成为发明家。
一个以学生为中心的教育创客空间，中学生在没有正确或错误答案的环境中制作有形的原型，使他们能够提高关于横向思维，解决问题，创造力和创新的认知技能(Beyers, 2010)。同样，Bevan等人(2015)报告说，STEM是一个学生在解决问题的活动中相互帮助的社会环境，可以促进个人学习。此外，他们发现，在创客空间中进行的丰富的stem活动和互动有助于学生通过制作和修补培养创造性、即兴性和解决问题的技能。因此，可以认为创客空间的社会环境为人们提供了表达的机会，增加了产生创造性成果的机会，并激励他们参与创造性活动。
物理环境
这个主题反映了包括数字制造工具在内的创客空间的物理环境如何影响创造力。Forest等(2014)研究了物理环境对创客空间的影响。他们发现，90%的学生认为创客空间激励他们从事涉及创意、设计、创新和发明的职业。他们的研究还表明，实践教育激发了学生的创新、创造力和创业精神。Fleischmann等人(2016)通过让用户参与制造和产品设计过程，在创客空间中使用数字制造技术进行产品共同创造。计算机辅助设计(CAD)工具是创客空间物理环境的一部分，被发现对培养学生的创造力有效(Saorín et al.， 2017)。这些研究表明，在与增材制造相关的数字制造技术的创客空间中，物理环境对于培养创造力至关重要。然而，减法制造技术对学生创造力的影响尚未在文献中得到评估。
“过程”是在创造性努力中执行的活动序列(Batey, 2012;Guo & Woulfin, 2016)。在创客空间中，学生开发有形原型的活动可以被视为一个过程。制作活动基于“边做边学”和建构主义学习方法。这些活动通常为学生提供所需的技术援助，将他们的想法转化为有形的原型。这些活动被认为是STEM教育的一部分(Ju?kevi?ien? et al.， 2021)。Walan(2019)研究了创客空间中的戏剧活动，发现它们增强了人们对STEM和21世纪技能(包括创造力)的兴趣。在创客空间活动中采用STEM教育设计思维过程(Tu et al.， 2018)，让学生专注于过程而不是结果，从而培养解决问题和创造力等技能(Ju?kevi?ien? et al.， 2021)。这种方法减少了对失败的恐惧，并鼓励学生提高参与度(Lor, 2017)。除了创造性的设计思维模式，制作原型的过程可以让教师促进K-12学生的计算思维和基于问题的学习(Ju?kevi?ien?等人，2021)。博尔赫斯等人(2017)表明，丰富的物理和逻辑数学经验的活动有助于发展形式运算思维(这是皮亚杰理论的第四个认知发展阶段)。这些类型的活动可以通过操纵要求使用2D和3D设计工具和计算机数控(CNC)机器的材料来支持和增强。挑战学生身体、逻辑和数学的活动有助于培养创新所必需的认知和正式操作技能。在这方面，Khalifa和Brahimi(2017)建议在创客空间中使用3D设计和3D打印工具进行创造性学习。当创客空间用于中小学教育时，研究人员发现通过制作学习可以培养创造力(Giannakos & Divitini, 2016;Glenn et al.， 2020)。建构主义者认为，知识是建构的，学习发生在学生创造人工制品的过程中，特别是当这些创造对他们来说是相关的和有意义的。这方面的一个例子可以在Beyers(2010)中看到，学生通过在创客空间环境中学习原型设计来实现创意。想象力被广泛认为是开发创新解决方案的关键(Hughes, 2017;Torun et al.， 2011)。然而，如果由于缺乏在实践中实施的技能而限制了想象力，则产生创造性解决方案的能力将会降低。因此，通过提供技术支持来帮助学生实现想法，可以鼓励他们开发出更具创造性的解决方案。因此，这种技术援助可以包括CAD工具，如激光切割机、3D打印机、参数化和非参数化2D和3D设计软件。
创新产品或成果的主要组成部分是原创性、独特性、实用性、实用性和功能性(Abraham, 2016;罗德,1961)。成果(原型/产品)的创造力可以通过跨学科合作(Geist等人，2019)、教育学(Trahan等人，2019)以及在创客空间中使用数字制造工具(Chekurov等人，2020)来培养。Geist等人(2019)提供了一个通过跨学科合作培养创造力的例子。他们的研究通过护理和工程专业学生之间的跨学科合作，为现实生活中的问题提出了创造性的解决方案。他们提出了一个创造性的解决方案，并在创客空间中开发了一些具有创造性和商业可行性的产品原型。Chekurov等人(2020)表明，使用增材制造工具，如3D打印机，有助于产生创造性的产品设计。其他研究表明，数字制造工具在创客空间中设计和创造可持续、有创意和可行的产品方面发挥了积极作用(Albala等人，2018;Fleischmann et al.， 2016;Roma et al.， 2017)。因此，我们可以得出结论，对创客空间创新产品开发产生积极影响的三个因素是跨学科合作、数字制造工具(如3D打印)和以学生为中心的创客教学法。
用于小学生的创客空间被称为基本创客空间，使用简单的工具，如铅笔、橡皮、尺子、胶带、电脑、各种可重复使用的材料和教育机器人(Hatzigianni et al.， 2021;Timotheou & Ioannou, 2021)。相比之下，面向初高中学生的创客空间拥有相对丰富的可用工具，如3D打印、基础电子、激光切割或编程以及缝纫(Dave et al.， 2010;Ju?kevi?ien?等，2021;Trahan et al.， 2019;Walan, 2019)。由于可访问技术，这些创客空间被称为中间创客空间。
小学、初中和高中的创客空间使用“边做边学”的方法来培养学生的创造性思维、沟通和协作技能(Bertrand & Namukasa, 2020;Carulli et al.， 2017)。除了边做边学的方法，快乐地参与学习过程和支持性的环境是激励学生创造性地学习和思考的主要因素(Hughes, 2017)。此外，在STEM教育创客空间中，批判性思维、解决问题和协作等创新能力和技能得到了更快的发展。因此，大多数与小学和高中教育相关的研究只涉及创造力4p中的两个:人和过程。
高等院校使用的创客空间主要由基本标准的创客空间中可用的工具组成，如3D扫描、CAD和计算机辅助制造(CAM)工具。这些环境主要由来自工程、医学、技术、教育科学和跨学科研究等学科的学生使用。
高等教育中使用的创客空间解决了创造力的四个方面。考虑到创造力的个人方面，一项研究发现，数字编辑工具和3D打印机对用户的创作技能产生了积极的影响(Saorín et al.， 2017)。此外，将创客空间与数字制造技术整合到工程专业学生的正规教育中，有利于他们的创造力和创业技能(Taheri et al.， 2020)。考虑到创造力的过程和环境方面，一项针对建筑和设计教育学生的实证研究发现，在参数化环境中工作的设计师的认知行为与设计师成果中的创造力之间存在正相关关系(Lee et al.， 2015)。在医学教育中，学生熟悉数字制造技术，为现实生活中的问题设计和提供定制解决方案，以改善医疗保健(Albala et al.， 2018;Geist等人，2019;Marshall & McGrew, 2017)。考虑到创造力的产品方面，一项研究发现，在使用创客空间的同时，不同学科之间的合作可以带来创新产品(Geist et al.， 2019)。此外，文献中还讨论了创新作为大学创客空间的结果。例如，Farritor(2017)将大学创客空间视为创新的源泉，并提出了大学创客空间提升创新能力的特征。这些特征包括多样性、密度和思想的混合，以及思想联系和发展的机制。与学生的内在动机和在创客空间中发现的非结构化活动一起，以上可以被视为促进大学创客空间创新的额外因素(Farritor, 2017)。
文献中发现了六种方法来评估创客空间中基于stem的项目的创造力。表3总结了这些方法:(i)创造性解决方案诊断量表(CSDS)，它评估创造力的产品方面(Cropley & Cropley, 2004;Cropley et al.， 2011;Timotheou & Ioannou, 2021)。(二)批判性思维评估测试(CAT)，使用书面信息评估一个人的创造力(Geist等人，2019年;Harris et al.， 2014)。(iii)抽吸测试是一种基于图形的测试，用于评估创造力的个人方面，并为九个可量化因素提供结果(Carbonell-Carrera等人，2019;Saorín等人，2017)。(iv)托兰斯创造性思维测试(TTCT)是一种基于语言和图形的测试，用于评估参与者的创造性思维能力(Noh, 2017;托兰斯,1972)。(v)基于规则的创造力评估评估基于创客的活动中的创造力(Lille & Romero, 2017) (Clark et al.， 2018)。(vi)参与者对原型的总结性评估解决了创客空间中创造力的产品方面(Fleischmann et al.， 2016)。(vii)出口评委会评估(Chekurov等人，2020)包括对出口结果的评估。所选论文中使用的研究方法包括:(a)匹配调查回答(即重复测量)(Andrews等人，2021)，(b)从数据中提取代码的归纳视频编码(Hatzigianni等人，2021)，(c)混合方法策略，包括定性和定量研究的系统整合(Ju?kevi?ien?等人，2021)，以及(iv)专门为在制造商空间进行的活动设计的基于李克特量表的问卷前和问卷后。基于李克特量表的问卷前和问卷后是文献中最常用的方法(Andrews et al.， 2021;Couch等人，2019;Jin et al.， 2020;Saorín等人，2017;尼克,2019;Taheri et al.， 2020)。可以得出结论，以上每一种创造力评估方法都可以根据被评估的创造力方面和可用的数据类型(例如，发泄测试)进行选择。
表3创造力评价方法及对应创造力的一个方面。
在创客空间和STEM教育的背景下，文献中讨论了创造力的四个方面。第一个方面是“人”，关注的是在创客空间工作的参与者的个人创造能力和共同创造能力。这是教育创客空间创造力研究最多的方面。这可能是因为参与者(即人)是提供支持性工具和技术的创客空间的中心和突出部分。然而，很少有研究在教育创客空间的背景下探讨共同创造力。其中，Fleischmann等人(2016)探讨了设计师在创客空间中创造可持续产品的社区角色，而Lille和Romero(2017)评估了从事创客项目的学生团队的创造力。Timotheou和Ioannou(2021)研究了创客空间中共同创造力与项目成功之间的关系。这些研究都是在过去四年里发表的，这表明这一领域的研究仍在发展中。
创造力的第二个方面又分为影响创造力的社会和物质环境因素，简称“环境”。文献广泛探讨了影响创造力的社会和环境因素，如表1所示。例如，Farritor(2017)认为，工程和非工程专业学生(如艺术、历史和商业领域)在创客空间中的互动促进了产生创新成果的机会。不同的社会互动结合了来自不同学科的多种多样的想法，通过模拟环境丰富了这种互动。然而，相对于对创客空间的社会环境的大量研究，对创客空间的物理环境及其设施的研究还不够深入。只研究了支持创造力的增材制造机器，如3D设计和打印工具(Carbonell-Carrera等人，2017,2019;Saorín等人，2017;Melian et al.， 2017;Melián Díaz et al.， 2020)。Carbonell等人(2019)发现，需要使用3D打印机或激光切割机的项目显著影响创新导向，包括设计技能和技术自我效能的发展。Saorín等人(2017)发现CAD工具培养了学生的创造能力。此外，Melián等人(2020)表明，使用数字制造技术对学生的图形创造力有积极影响。然而，其他重要的数字制造设施，如编程、电子电路设计和开发、2D和3D铣削，对创造力的影响还有待研究。
文献中提到的创造力的第三个方面是“过程”，指的是在创客空间中进行活动。在所有类型的创客空间中使用的过程在某种程度上是相似的，并且定义良好。这可能就是为什么很少有研究(例如，Walan(2019))涉及这方面。Walan(2019)在开发产品时调查了学生的戏剧活动。在中等和标准创客空间中提升创造力的发展过程的研究中，现有的研究差距为这一方向的实验提供了机会。
考虑的第四个方面是“产品”，即参与者执行活动的结果，通常是有形的原型。值得注意的是，在创客空间的背景下，这是创造力中最少被提及的方面，主要是在高等教育机构中进行研究。例如，Geist等人(2019)研究了护理和工程学科之间的高等教育创客空间合作，发现有证据表明学生获得了批判性思维和解决问题的能力。此外，这种合作的结果是一个创造性的和商业上可行的原型，以改善保健市场。这表明了在中小学教育中研究STEM教育创客空间中创造力的产品方面的潜力。
教育创客空间可以通过几种方法培养学生在stem项目上的创造力。图4总结了当前文献综述中确定的主要教育方法。有七种方法可以讨论:
(i)
实施精心设计的创客教学法，让学生快乐地参与学习。这可以让学生充分表达自己，而不必担心失败，允许他们实验、探索和学习基本技能，如横向思维、解决问题、创造力和创新(Beyers, 2010;Jin et al.， 2020)。
(2)
以学生为中心的基于项目的学习，学生创建对他们有意义的原型。这种教学方法可以提高学生从事不同项目的兴趣和动机，从而对产生的解决方案的创造力产生积极影响(Beyers, 2010)。
(3)
创客空间中的跨学科合作是一种社会科学方法。这种合作有助于知识共享，并提供多种解决方案，使其成为鼓励共同创造文化的合适空间(Fleischmann et al.， 2016;Geist et al.， 2019)。
(iv)
增强原型过程也是一种社会科学方法，它融合了其他活动，例如戏剧，以创建原型来培养创造力。这些不仅提高了学生在制作过程中的兴趣，而且有助于产生更多的创造性成果(Walan, 2019)。
(v)
在创客空间的物理和社会环境中工作是一种社会科学和心理学方法。这影响了学生的看法，并激励他们变得创新和创造性(Hatzigianni et al.， 2021)。
(vi)
鼓励学生想象也是一种社会科学和心理学的方法。而不是限制学生的想象力，因为他们的技术技能有限，以实现他们的想法，提供技术技能可以帮助他们实现创造性的想法(休斯，2017;Torun et al.， 2011)。
(七)
数字制作工具，如数字编辑软件和3D打印机，是第三种社会科学和心理学方法。CAD工具的出现，对3D建模的大量在线支持以及3D打印技术使学生能够思考生产创新产品的可能性，从而对他们的创造能力产生积极影响(Saorín等人，2017)。
图4
创客空间创造力形成因素
本文采用了六种创造性评价方法;如表3所示。一些研究使用了既定的创造力评估方法。大多数研究都是根据学生报告的数据或研究者的观察得出结论，这是一种主观的创造力评估方式。因此，建议使用预先开发的创造力评估方法对创客空间的创造力进行客观评估，并得出可靠的结果。例如，对于创造力的“产品”方面，CSDS;在“个人”方面，有CAT、TTCT和发泄测试;对于创造力的“过程”方面，可以使用基于规则的评估方法。然而，在文献中没有直接使用方法来评估创造力的“环境”方面。评估方法也可以根据实验中产生的数据类型来应用。例如，实验中的图形数据和口头数据可以分别应用发泄测试和TTCT。图形数据包括3D打印工件或其CAD模型，此类活动及其结果可以通过吸光测试进行评估。在活动前后与参与者的访谈中产生的信息被认为是口头数据，这种情况可以应用TTCT。
创客空间中的创造力这个话题是最近才出现的，在过去的14年里才得到文献的关注。在前面章节中讨论的创造力的四个方面中，最丰富的一个是“人”(图4)。在过去的八年里，专注于创造力的“人”方面的研究可以分为以下四类:21世纪的技能(涉及“越来越需要创造力、毅力和解决问题的技能，以及作为团队一员的良好表现。”Duncan, 2009)，教学法，工具和自我感知。在2018年、2020年和2021年分别研究了在创客空间开发21世纪技能。相关研究发现，在创客空间中学习可以提高学生的设计思维和21世纪技能(Clark et al.， 2018;Taheri et al . 2020;Hatzigianni et al.， 2021)。《教育学研究》强调，通过在创客项目中共同创造，在实践中学习有助于提高参与群体的创造力(Lille & Romero, 2017)。Timotheou和Ioannou(2021)对集体创造力进行了研究，发现创客空间能够培养学习者的创造力。对工具的进一步研究表明，3D打印等数字制造机器可以增强学生的创造力(Saorin et al.， 2017)。自我感知研究表明，创客空间文化激发学生创新，从而增强自我感知和创造力(Forest et al.， 2014)。积极的自我认知有助于增加对创客空间社区的归属感(Carbonell et al.， 2019)。尤其是在2016年之后，创客空间文学对创造力的“人”方面进行了广泛的探索。
从2010年至今的研究中，创客空间创造力的第二个被讨论最多的方面是“环境”。与文献相关的“环境”方面反映了21世纪技能、教学法、工具和自我认知在发展创造力和环境中的关键作用。例如，Beyers(2010)和Bevan等人(2015)报告称，创客空间环境有助于提高21世纪的技能，如认知和创造技能。关于教学法，互动和精心策划的教学法对于促进创客空间环境中的创造力至关重要(Giannakos et al.， 2017;Trahan et al.， 2019)。Forest等人(2014)探讨了物理环境对学生在创客空间中建立自我感知的影响，以激励他们成为创新者。在过去八年中，创造力的“环境”方面一直是第二大最受关注的话题。
从2011年到现在，人们一直在研究创造力的“过程”方面，主要是关于21世纪的技能和教学法。博尔赫斯等人(2017)发现，通过创客空间的不同活动来教授21世纪的技能，可以提高解决问题的能力和认知能力，从而产生创造力。在原型制作过程中使用3D打印也对创造力产生了积极影响(Khalifa & Brahimi, 2017)。Torun等人(2011)、Giannakos和Divitini(2016)、Lor(2017)、Hughes(2017)、Glenn等人(2020)和Ju?kevi?ien?等人(2021)对创意产生过程及其在创客空间中的实施进行的教学法实验进行了详细研究，以确定其对增强创造力的影响。值得注意的是，创造力的“过程”相对来说没有得到充分的探索。因此，有必要开展研究，探索制作原型的过程及其对创造力的影响，正如“确定的研究差距”部分所强调的那样。
Fleischmann等人(2016)、Roma等人(2017)、Albala等人(2018)、Geist等人(2019)和Chekurov等人(2020)研究了工具和教学法对创客空间中产品和创造力的影响。这些研究支持了这样一种观点，即3D打印机等数字制造工具有助于生产出可持续的、有创意的、可行的产品。此外，作为创客空间教学的一部分的跨学科合作是促进产品创造力的另一个因素。总体而言，创造力的“产品”方面在过去五年中得到了更多的探索和讨论，主要集中在以大学为基础的创客空间(表4)。
表4创客空间的创意发展情况
系统的文献综述有助于更好地理解创客空间对创造力和STEM教育的影响。这项研究还有助于确定这些领域的研究空白。我们发现，包括小学、中学和高等教育在内的所有类型的创客空间都缺乏客观的共同创造力评估方法。开发共同创造力评估方法将有助于评估创客空间中开发的协作成果。关于创客空间幼儿教育中创造力的实证研究也很有限，要了解创客空间对创造力的促进作用，还需要在小学教育中进行更多的研究。此外，探索减法制造工具在提高创造性技能和成果方面的影响的研究也很缺乏。在这个方向上的实验研究可以阐明在原型开发过程中有效使用激光切割工具和数控机床。最后，制作过程中的实验(即参与者想法的实际执行)是有限的。除了将非传统活动(即戏剧和艺术)融入制作过程之外，没有发现探索性研究。
本研究的范围仅限于STEM学科，但在未来的研究中，可以扩展到STEAM学科，包括“艺术”或“艺术与设计”。此外，这项工作仅限于教育创客空间。通过考虑商业目的的创客空间，如创业、制造业和循环经济，也可以扩展这一重点。最后，本研究采用了Rhodes的理论框架，为创造力提供了一个宽泛的定义。其他创造力模型，如Lubart(2017)和Runco(2007)提出的模型，可以为本研究分析的研究主题提供替代方法。
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