設計思維：從創客運動到創新能力培養

陳鵬　黃榮懷

摘要：創新人才的培養是當前教育關注的重點問題。創客運動近幾年迅速興起，開展得如火如荼。然而，在目前眾多的創客實踐中，核心指導思想和活動設計理念的缺乏，使得創客教育流于形式，難以有效提升學生的創造力和實現創新能力的培養目標。當前，設計思維發展成為一種被廣泛采用的、有影響力的、高效的創新手段，它是創新思維培養的有效方法，同時也是開展創客教育的有效途徑。該文通過梳理設計思維與創客教育及創新思維之間的關系，提出了面向設計思維的創客活動設計思想。該思想強調創客活動環節的可操作性、過程的迭代循環以及學生動手實踐探究等。結合實踐案例，該文進一步闡述了如何開展創客教育實踐，可為創客教育提供有效的操作指導。最后，該文提出了創客教育和創新能力培養的未來研究方向，對從創客運動到創新能力培養的思想與實踐的融合具有推動意義。

關鍵詞：設計思維；創客運動；創造性思維；創新能力

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

在全球經濟高速發展，科學技術不斷進步的時代背景下，創新能力已經成為國家核心競爭力的重要組成要素，

“創新”逐漸成為了當今時代的鮮明特征Ⅲ。開展創新教育，培養創新意識、思維和能力，打造創新型人才，是創新時代對教育的新訴求。創新人才的競爭也成為國家綜合競爭力的關鍵，創新人才的培養也成為教育當前關注的重點問題。如何培養適應時代發展的創新型人才，支撐創新時代的變革，是當前教育界面臨的巨大挑戰。

創客運動與創客空間近些年迅速興起，作為一股新的教育現象，贏得絕大多數人的認可與重視。很多學者圍繞美國的創客運動與創新教育做了分析，并提出我國開展創客教育的一些方法和策略，如構建完整的高校創客教育體系；借鑒“創客空間”眾籌模式，發展創客教育支持學生創新創業；利用虛擬網絡，建設實體與虛擬結合的創客空間平臺；在STEM/STEAM課程、3D打印等一些課程中開展創客實踐等。但是，在目前眾多的文獻中，主要以介紹內涵、特征、宏觀規劃、國外創客教育為主，而核心的指導思想、具體的活動設計范式與實踐則比較單薄。創客教育流于形式，更多的只是給了學生開闊視野、動手做的機會，遠遠沒有達到提升學生的創造力、創新能力的目標。

設計思維是運用思維方法、創新手段，實現最終設計、解決問題的思考過程。近年來，設計思維已經發展成為一種被廣泛采用的、有影響力的高效的創新手段，是培養創新思維的有效的方法。基于此，本研究嘗試在設計思維理論的指導下，綜合其在工業、商業、設計領域中的模式和思路，根據教育領域所具有的特殊性和復雜性，形成符合創新教育要求的創客活動設計方案，以實現培養創新能力的目標。

一、創客教育亟需解決的問題

關于“創客運動”（Maker Movement），最早源于美國麻省理工學院（MIT）的比特及原子研究中心在2001年發起的FabLab（Fabrieation Laboratory，制作實驗室）創新項目。美國白宮在奧巴馬呼吁“每個學生都應成為創造者，而不僅僅是消費者”之后立即啟動的“創客教育計劃”（Maker Education Initiative，MEI），被普遍認為是“創客教育”（Maker Edueation）的起源。當前，創客教育不僅在美國、英國、加拿大等發達國家開始風行，我國等眾多發展中國家也逐漸意識到創客教育的戰略價值，開始積極推動創客教育。

創客教育與創新教育有著密切的聯系，創新是創客教育的起點，也是它的最終目標。創客教育直接指向創新教育，具有明確的目的性與實施路徑。它的核心理念在于通過動手實踐培養人的創新意識、創新思維和創新能力，強調“動手、分享、問題解決”的行為和精神。“做中學”“工匠精神”以及“全人發展”等方面是眾多學者關于創客教育的內涵的集中討論點。其旨在為學生提供適宜的用于創造的環境、資源與機會，尤其是借助技術工具與資源讓學生能夠將學習過程融于創造過程，實現基于創造的學習；能夠在創造過程中提升學科學習質量和學習興趣、自信與創造力；能夠全身心投入到基于創造的學習過程中，培養自己的批判性思維、創新思維與問題解決能力，實現全人發展。

目前國內創客教育實踐還處于起步階段，創客教育的探討不斷增多，但大多關注的是其內涵與特征、宏觀規劃、國外創客教育實踐等等方面。對于其具體實施路徑和方法等方面，我國創客教育實踐探索時間較短，案例有限，研究者主要從介紹創客空間和創客教育在不同學科中的應用研究方面進行了探討。但是，當前創客教育的發展出現了“不遵循教育規律，缺乏科學的教育設計，過分關注技術的炫酷等，缺乏基礎性學科知識融合注入，使得創客教育變成學校秀場等”問題。創客教育流于形式，更多只是給了學生開闊視野、動手做的機會，遠遠沒有達到提升學生的創造力、創新能力的目標。創客教育亟需相關理念的指導、思想的引領和路徑的指引，創客運動融入學校教育更是需要科學的指導思想來進行教學設計和課程開發。

二、設計思維與創客教育、創新思維培養

設計思維（Design Thinking）核心理念是“以人為中心的設計”（Human-Centered Design），它已經影響了全球500強中的諸多企業如西門子、寶潔等將其作為企業內部創新的主要方法論。不僅是企業通過設計思維進行創新，設計思維也能解決人類社會問題，提高個人競爭力。人人都可以用設計思維，它具有能夠讓人做到與他人共鳴的方法，人們試圖通過協作積極尋求解決方法來明確問題所在，想象和探索答案，實現原型并測試迭代，最終解決不同類型的問題等。設計思維在設計、工程、商務和管理領域所發揮的作用是有目共睹的，其孕育的“創造性思維于行動中”的特點使它也越來越受到教育界人士的青睞。美國斯坦福大學、德國波茨坦大學、哈佛大學、麻省理工等國際著名高校紛紛成立的設計學院，以設計思維為核心開設相關課程和項目。斯坦福大學的ME310課程，至今已有40多年歷史，是全球創新設計領域中理論實踐完美結合的典范，該課程以全球化國際合作的方式為宗旨，以小組為單位，學員在導師指導下，通過完成一個真實的項目學習來掌握創新設計的具體方法。課程內容覆蓋了創新設計的全流程，囊括了從設計研究、設計實踐、工程設計和制造各個環節。世界著名設計公司IDEO與斯坦福大學合作專為教育工作者開發的設計思維工具包（Design Thinking for Educators），提供了具體的教育實踐指導。澳大利亞政府“基于設計思維框架的變革性跨學科教學法”的課題，以培養大學生和研究生創新能力為目標。同時，在K12領域，設計思維也越來越多被用在課程教學中，Carroll等人也對設計思維整合于K12課堂進行了深入的探索研究，其結果表明，設計思維可以為學生提供一套切實可用的思維方法，能有效培養學生的想象力及創造力自信。

（一）設計思維的概念及內涵

在設計思維的研究初期，西蒙（Simon，1992）認為設計思維是一般的問題解決過程，并建立了分析一綜合一評價的線性模型。有研究者則把設計思維定義為一套啟發式規則、一系列步驟或策略，用于指導解決復雜問題或者制作具有創新性的產品。世界著名設計公司IDEO將設計思維定義為“用設計者的感知和方法去滿足在技術和商業策略方面都可行的、能轉換為顧客價值和市場機會的人類需求的規則”，其認為設計思維是實現創新的新方法和新途徑。IDEO設計思維模型包括發現（Discovery）、解釋（Interpretation）、構思（Ideation）、實驗（Experiment）和評估（Evaluation）五個環節，每個環節包含多種策略和方法。斯坦福大學設計思維學院（D.School）將設計思維分成共情（Empathize）、定義（Define）、構想（Ideate）、原型（Prototype）和測試（Test）五個環節，這也是目前應用最多的設計思維過程模型。它不僅僅是頭腦風暴會議或者一個流程，而是一個迭代反復的過程（如圖1所示），這與創客活動中強調迭代不謀而合。

共情：通常在體驗設計中被翻譯為“同理心”，也就是認識主體對自我以外的人和事物的同感和通感。它是設計思維中強調以人為中心的最核心的環節，主要通過觀察、傾聽、融入等方法，其核心目標是為了了解需求，為接下來的定義和構想奠定基礎。

定義：通過對上一步的信息中尋找需求點，并進行思維加工，分析總結確定要解決的有意義且可行的關鍵問題。

構想：小組成員之間通過各種方式如頭腦風暴、九宮格、六頂帽子等，提出想法、梳理想法。

原型：將解決方案可視化，通過不斷的創建、測試和迭代修正模型，越來越靠近用戶的需求，逐漸生成更佳的解決方案。

測試：由目標用戶對原型進行測試，通過獲取用戶的參與體驗，詢問開放性問題、觀察等，獲得反饋，不斷提升產品方案。

設計思維介于商業思維和創造性思維二者之間，強調左右大腦全面的功能，在理性思維與感性思維二者間切換，在分析與創造間重復，側重解決定義有缺點的問題，并“以人為中心”，指向客戶體驗，如表1所示。

（二）設計思維是創新思維培養的有效方法

對于創造性思維，心理學家發現其不僅僅指發散思維，還包括聚合思維，一個創造的過程往往既有發散思維的階段，又有聚合思維的時期。發散思維和聚合思維是創新思維的最主要的特點，是測定創造力的主要標志之一。設計思維是一種打破常規的、開拓創新的思維形式，是邏輯思維與形象思維的結合。清晰、精確、邏輯性強的邏輯思維與自由、隨意、形象性強的藝術思維之間形成鮮明的對比，二者的相互結合，有利于提高學生的創造力和想象力。在設計的整個過程中，思維貫穿其始終，各個環節過程中包含著發散思維（Divergent Thinking）和聚合思維，在共情和構想的環節主要是發散思維，而定義、原型、測試的環節主要是需要人們的聚合思維，具體如圖2所示。

何克抗教授提出，“發散思維又稱求異思維、輻射思維、逆向思維或擴散思維，其要求思維內容和思維成果應與傳統觀念或原有概念不同，甚至相反，其思維目標事先不能確定，可以是一個也可以是多個”。林崇德教授認為“發散思維是指根據已有信息，從不同角度、向不同方向思考，從多方面求得多樣性答案的一種展開性思維方式，又被稱之為求異思維、分散思維，它是與聚合思維相對應的。”在共情階段，人們通過觀察、訪談等方式對問題、設計對象進行全面深入地了解；在形成概念階段，利用頭腦風暴大膽進行思維擴散，針對問題提出多種解決方案。聚合思維（Convergent Thinking）是指從已有信息中產生邏輯結論，從現成資料中尋求答案的一種有方向、有范圍、有條理的思維，其特點是思維始終集中于一個方向，具有條理化、簡明化、邏輯化和規律化等特點，又常被稱為“收斂思維”“求同思維”“輻集思維”或“集中思維”。設計思維的定義、原型、測試的階段中主要是根據共情和構想的發散成果來運用聚合思維尋求解決方案。因此，設計思維與創新思維在思維過程的相似性，決定了設計思維是實現創新的有效方法，通過基于設計思維的項目過程是培養創新思維的有效途徑。

國外提倡采用設計思維進行教學，作為專門針對創新人才培養的一種新型教學方式。將設計思維的理念用于學科教學中，團隊成員深入分析確定研究問題，依靠團隊的智慧提出各種解決方案，通過制作原型、測試篩選驗證其可行性，確定最終的問題解決方案。基于設計思維的創新人才培養模式，已經成功地為世界著名設計公司IDEO、蘋果等世界著名企業，培養了一大批優秀人才，貢獻了豐碩的創新成果。

（三）設計思維是實現創客教育的有效途徑

創客教育的目的是為了促進學生智力尤其是創造性智力和實踐性智力的全面發展，同時提高學生的科學素養。創造性智力孕育在創造、設計、發明、想象和提出假設的過程中，以創新的作品或想法的可表達性、新穎性為典型特征。實踐性智力需找到自己與環境的適應性，將知識應用于相似問題，將問題置于真實情境中。設計思維以人為中心，以真實項目為依托，通過小組合作的形式開展真實的體驗，完成作品的創作，強調對創新精神、問題解決等綜合能力的培養。這與創客運動倡導的通過“動手、分享、問題解決”等實踐培養人的創新意識、創新思維和創新能力，促進創造性智力和實踐性智力全面發展的目標相一致。因此這種內在核心的一致，決定了在創客教育中應用設計思維來指導，其方向是正確的。同時，創客教育中還強調發展學生的系統思考、團隊協作、語言表達等核心技能，培養學生的綜合素質和能力。在設計過程中，團隊成員進行協作，深入分析確定研究問題，依靠團隊的智慧提出各種解決方案，通過制作原型、測試篩選驗證其可行性，確定最終解決方案。設計思維強調的同理心、原型迭代、團隊合作、可視化、系統觀等能力特征也正是學生科學素養和核心技能的組成部分。因此，運用設計思維方法解決問題的過程也是創客教育中提倡培養學生科學素養和核心技能的有效途徑。在創客教育中引入設計思維，不僅符合了創客的“設計”“問題解決”“迭代”的屬性，還有效地幫助了學生整合多門學科知識去“設計”作品，協作參與到真實的設計中，有意義地學習知識和訓練設計技能。面向設計思維的創客活動，將設計與學習進行整合強調了學習過程與知識創新的有機結合，同時也體現了創客教育中的“創新”要求。

設計思維在創客教育中的有效應用，國外學者已經開展了一些相應的研究。Deborah Carter等人在9年級的教師的職業發展中，將創客運動和設計思維有效的結合起來，為了應對當前加拿大引進先進制造業及其對經濟和勞動力市場的影響帶來的課程改革，教育工作者不得不做出的一些改變。Margaret Honey在其書中強調了設計對于STEM創新者的重要性，列舉了大量的案例研究，學生通過設計和制作，學習定義問題或需求，進行分析、計劃、建模、測試、迭代等，完成在真實世界中的創新項目。

我國對設計思維的研究和關注起源于1979年，主要集中在藝術學科、建筑與工業工程學科等。當前設計思維與創新教育相結合的研究應用也主要集中在藝術和設計類學科，在其他學科領域中的研究較少。近年來，有一些研究者開始探索將設計思維應用于具體的創新實踐。例如，2016年清華大學“城市創變客”暑期工作坊提供國際前沿的設計思維（Design Thinking）和創客實踐（Maker Practice）訓練，不同背景的學生組成跨學科團隊，進行實地觀察和體驗城市社區、交通、環境、健康、文化面臨的現實問題，通過設計思維來探究“人本城市”的發展趨勢，并與創新型企業和社會機構密切合作，將創新理念轉化為推動城市變革的解決方案，融合設計、科技與商業的多維視角，完成創新產品與服務的原型設計或規劃，彰顯青年創客改變世界的創新力。目前來說，在創客教育中關于設計思維的應用研究并不多見，創客教育對學生創新能力的培養不應僅僅是理念的指導，更重要的是提供適當的方法指導，培養學生的設計思維意識與能力，幫助學生學會創新地問題解決。

三、面向設計思維的創客活動設計與實踐

（一）面向設計思維的創客活動設計

將設計思維作為學校創客教育變革性的方法，提升學生的“創新設計”技能，培養學生在創新能力、合作能力和解決問題能力等更多方面的核心素養和關鍵技能。根據設計思維模型，結合創客的特征，我們提出面向設計思維的創客活動過程方案。在設計思維的共情、定義、構想、原型和測試的5個過程環節中，每個過程環節包括目標、活動/任務、工具和成果，并且環節之間迭代反復，如表2所示。

面向設計思維的創客活動環節包括：（1）學習者通過用戶訪談、非正式聊天、觀察等方法，來調查和了解待解決的問題，得到用戶反饋、用戶特征、問題列表等成果；（2）學習者通過研討會、面談等，來確定最終要解決的問題及其特征，并得到問題解決方案的設計概要；（3）小組成員之間通過頭腦風暴、研討會、繪制思維導圖等方法來對要解決的問題，進行充分討論與分析，并最終形成詳細的問題解決方案，包括草圖概要、次序圖與關系圖等；（4）方案確定之后，小組成員借助一系列原型工具將方案快速可視化進行原型制作，并在制作過程中得到最優的解決方案；（5）進行用戶測試、觀察、評估、討論等對原型進行測試，得到修改建議。

總的來說，從一個實際的問題或需求出發，學生先確定問題或需求，再針對問題進行一系列的調查和探究，得到他們需要的知識與技術，進而思考和選擇解決方案并設計出原型（初步方案/作品）。原型制作完成后，通過原型測試、收集反饋，評估方案的可行性和實用性，找出存在的問題，進行不斷迭代改進，最后得到最終方案或產品。這個過程形成循環，不斷地迭代完善，每個環節不僅需要學科知識，還會涉及學生的系統觀、協作能力、反饋與分享技能、發散與聚合思維、創造力與創新思維。

（二）面向設計思維的創客實踐

基于上述的面向設計思維的創客活動設計，我們通過開展實證研究，探索設計思維方法在創客教育中的應用，從而總結歸納該方法在培養學生的創新精神、創造能力和問題解決能力等方面的途徑和方法。

1.實踐一：面向設計思維的App項目開發

“計算思維”被正式確立為今后的中小學信息技術課程教學的重點，寫入了《高中信息技術課程標準》（2016年）版本之中。App Inventor是快速開發移動應用的設計工具，它結合教育的功能，把程序設計的思想通過代碼塊的拼接實現，它的這一特征尤其適合在中小學信息技術中對計算思維思想的培養。教育者可以利用App Inventor的教育功能和代碼塊拼接編程的特點，激發學生的學習興趣，提高課堂教育教學效率，達到培養中小學生計算思維能力的目的。我們在初中信息技術課堂中，嘗試結合設計思維來進行App Inventor項目的開發。活動主題是“利用App Inventor制作整合力學知識的游戲”，具體流程環節如圖3所示。

了解任務：任務主題為“制作整合力學知識的游戲”，觀察與分析現有的力學知識的游戲特點，總結游戲的吸引點。

確定主題：學生通過討論與分析，確定自己小組要開發的游戲主題。

提出構想：確定方案所涉及的物理知識及游戲規則，組內確定游戲的關鍵環節后，在紙上畫出界面圖和羅列要實現的功能（游戲規則），并重點闡述其中的物理運動如何來實現。明確方案細節，分析素材資源，繪制界面草圖，分析游戲邏輯，繪制流程圖。

制作原型：構建模型（界面、核心組件、邏輯塊）；分析初步編程存在的問題，確定輔助支持部分，依據實際情況做出方案再修訂版。

測試與改進：游戲評估，其他組的成員作為用戶進行體驗，開發小組記錄用戶體驗，根據反饋重新修訂、調試。

在該項目中，學生從理解問題開始，對結合物理知識的App游戲開發的原理進行探究并嘗試設計，完成原型設計與功能實現。然后，進行成果展示，學生之間互相評價，并分析其不足之處以及他們接下來要解決的問題。針對發現的問題，學生進行再次的設計與修改。在此過程中，學生進行探究與設計的重復與迭代。課程結束后，教師反饋應用設計思維的方法指導教學，學生不再畏懼編寫程序，按照一定的設計流程，學生也有信心解決面對的問題，并進行一定的創新。學生對這種基于設計思維的創作游戲過程有極大的興趣，并認為該方法對自己掌握軟件操作及游戲創作有較大的促進作用。

2.實踐二：面向設計思維的3D打印課程

當前，高校中開展的“創客”活動，被更多的學者冠以“創新”與“創業”的目標，但實踐結果表明，創客活動更多只是給了學生開闊視野、動手做的機會。高校構建的面向全體學生開放的創客空間面臨著急需創客課堂、缺少師資，參與創客的學生學科背景復雜、能力水平參差不齊、學生圖新鮮的居多，遇到問題與障礙無法自主逾越、流失率高等一系列問題。我們依托高校公共選修課《3D打印與創客教育》，嘗試探索面向設計思維的3D打印課程實踐。

在課程設計階段，為了能夠實現讓學生切實體驗創客活動，本課程也采用了設計思維作為指導方法，而非常規的課程設計模式或教學設計模式。研究者采用共情研究的思路對學生參與課程學習的感受進行深度分析，分為觀察、互動和沉浸體驗三個層面對學生在本課程中可能出現的問題進行分析。

課程安排方面，學生不僅需要學習3D打印軟件、硬件和設計相關內容，還需要完成設計思維的學習。小組在完成創客項目期間，將盡可能遵循共情—定義—構想—原型—測試的過程，不斷嘗試最優解決方案。課程中除了每個環節相應的工作表之外，還將提供很多小工具（如便簽紙、膠水、剪刀、3D打印筆等）供學生使用。課程結束時，學生以小組為單位，提交一份創客檔案袋，其中包括歷次小組討論交流記錄、設計文檔、歷次作品原型迭代說明、創客作品的數字化文件和實體、個人總結以及小組匯報文檔等。

通過對課程全過程的記錄觀察，所有小組都通過課程的學習做到了自主尋求學習資源并成功應用設計思維方法，完成作品的創作與實現。在課后的訪談中，幾乎所有學生都能夠對設計思維的核心理念“用戶思維、共情”與創客運動的結合和互補（用戶思維使創客更有針對性、可實施改進性）有著清晰的認知。大多數學生認可設計思維的方法有效地促進了其作品的完成，對于他們的創造速度和能力均有所提升。

四、研究展望

近些年興起的創客運動與創客空間，作為新的教育現象，贏得絕大多數人的認可與重視。但是，目前還甚少有關于創客活動核心的指導思想、具體的活動設計范式與實踐的研究，如何設計才能發揮這樣一種教學理念對學生的價值是教育工作者亟待解決的問題。作為一種方法論，設計思維對于創客教育的內涵發展有重要價值。面向設計思維進行創客活動設計，建構了創客教育的實踐新模式。然而，如何才能保證設計思維真正有效地應用于創客教育，讓更多開展創客教育的一線教師盡可能早地接觸并學習設計思維，并讓學生真正掌握設計思維，實現創新能力的培養，是我們將要面臨和關注的問題，也是接下來研究的重要方向。

首先，開發面向設計思維的創客課程及方法工具包。為了促進教師掌握設計思維的方式方法，更好地支持教師的教學應用，參考IDEO與斯坦福大學合作開發的Design Thinking for Educators中的設計思維操作指南和工具包，開發適合我國教育教學情境的創客課程和方法工具包。該工具包中包括設計思維的指導思想、方法流程、教學案例、教學建議、思維工具、方法工具、所需材料等資源，保證教師和學生在應用設計思維時，獲得全面、有效的操作過程的實質性支持，學生完成方案設計和原型制作，實現問題解決和創造創新。

其次，開展更多面向不同群體、不同技術載體的實證研究。設計思維起源于藝術設計、工程設計領域，在教育領域中的應用才剛剛起步。隨著創客運動的興起，創客教育受到的關注越來越多，將設計思維作為方法論指導創客教育實踐。建立設計與學習研究中心，面向大學生、中小學生不同群體，在獨立興趣小組、綜合實踐或信息技術類特定課程等不同情境下，采用機器人、3D打印、Ardunio、APP Inventor等不同技術載體開展大量的實證研究。在研究與實踐的過程中，不斷積累面向不同群體、不同教學情境下、不同技術載體的適用策略和方法，改造當前創客教育的教學模式、活動方法與思維工具，使設計思維與創客教育無縫融合，形成教育領域的應用特色。

最后，組織面向設計思維主題的一線教師培訓。設計思維對于當前中小學生課程改革中倡導的創新思維與核心素養的提升有非常大的幫助。在信息技術、通用技術等STEM教育和創客教育中，融入設計思維的方法，要求教師理解和掌握設計思維，并能將其很好地應用在相應的課程與實踐中。因此，對于中小學一線教師來說，接受設計思維主題的培訓與學習重要且迫切。開發教師培訓課程，提供教學案例，通過面授與在線等方式開展設計思維主題的教師培訓，有利于更多的教師了解并應用其進行教學實踐。