設計思維導向的開源硬件教學模式構建與應用研究

盧雅 楊文正 許秋璇 周琴英

[摘? ?要] 作為一種開放、智能、靈活的數字化學習工具，開源硬件是培養中小學生設計思維能力的重要載體。為了探索設計思維培養與開源硬件教學實踐雙向耦合的新路徑，文章首先解析了設計思維概念內涵，對典型設計思維培養模型及特征進行分析，并將其解構為更具顯性化操作意義的五大核心能力：換位思考、抽象定義、創意構想、原型迭代和遷移應用;其次，汲取設計型學習理論核心要義，借鑒“基于設計的雙循環探究模型”，構建了設計思維導向的開源硬件教學模式，從“調查/探究”“設計/再設計”“反思”三個循環過程對其具體應用進行闡釋;最后，以“智慧校園生活”為項目主題開展開源硬件教學實踐，為新版高中信息技術課程標準中“開源硬件項目設計”模塊的教學實施提供范例。

[關鍵詞] 設計思維; 開源硬件; 設計型學習; 信息技術課程; 數字化學習與創新

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 盧雅（1996—），女，山西長治人。碩士研究生，主要從事信息技術教育應用研究。E-mail：1165149255@qq.com。楊文正為通訊作者，E-mail：yang121@yeah.net。

一、引? ?言

近年來，為了培養學生的創造力，探索讓學生在動手中“創造作品”的技術實踐類課程愈來愈多，作為支持創新學習、促進復雜問題解決的開源硬件工具在基礎教育領域日益受到重視。“開源硬件項目設計”作為《普通高中信息技術課程標準（2017年版，2020年修訂）》（簡稱《新課標》）的選擇性必修模塊[1]，主要針對學生個性化發展而設計，被列為學生綜合素質評價的主要內容，旨在培養學生的數字化學習與創新能力。開源硬件具備開放性、跨平臺性和可擴展性等特性，基于開源硬件的項目設計與開發可讓學生真切體驗作品的創意、設計、制作、測試、運行的完整過程，形成以信息技術學科方法觀察事物和求解問題的能力。

設計思維是一套關于創新解決復雜問題的方法論體系，其映射出的教育理念與核心素養一致，為學生核心素養的培養提供了新路向。它將創新作為一個學習過程：學習者在與真實世界交互中提出問題，在綜合運用所學知識與技能解決問題的各環節中，完成設計思維不同心智模式（理解、觀察、定義、構想、原型、測試）的轉換，促進設計過程朝向最終“創新性”制品目標逐步推進[2]。這與開源硬件教學所強調的“培養學生創新意識和創意智造能力”的目標是吻合的。開源硬件并非只強調硬件設計技術的開源，而更多的是體現了一種創新理念的開放，是設計思維能力培養的良好載體。如何將開源硬件技術深度融入中小學信息技術課程教學過程，使其成為常態化的教學活動，達成新課標賦予的學科培養目標？積極探索設計思維與開源硬件教學實踐雙向耦合的路徑，凝練適合設計思維能力培養的開源硬件教學模式顯得尤為重要。本文基于設計思維概念內涵的解析，將其解構為更具有實踐操作性的“換位思考、抽象定義、創意構想、原型迭代和遷移應用”五大核心能力;汲取設計型學習（Design-Based Learning，DBL）理論要義，構建設計思維導向的開源硬件教學模式;最后以“智慧校園生活”為主題，進行開源硬件項目教學活動，旨在探索開源硬件教學中設計思維培養的實踐途徑，為新課標中“開源硬件項目設計”教學實施提供范例。

二、模式構建依據

（一）設計思維內涵與解構

設計思維是將設計的方法與過程內化而形成的一種獨特思維方式，其思想雛形可追溯至Simon出版的《人工科學》一書。“設計思維”概念因哈佛大學設計學院教授Peter Rowe出版的同名著作《設計思維》（Design Thinking）而得到廣泛關注[3]，旨在為設計者提供實用的解決問題程序和系統依據。當前對設計思維的內涵主要有三種理解：（1）設計思維作為方法（論）。設計思維既是用來指導人們解決現實問題的一種結構化方法，也是一套關于創新式解決問題的方法論體系。（2）設計思維作為過程。設計思維是一個“需求發現與整合、定義問題、產生想法、原型構建、測試學習，再到重新定義問題”的循環過程。（3）設計思維作為工具箱。例如，世界著名設計公司IDEO與斯坦福大學合作開發了“教育者的設計思維（Design Thinking for Educators）”操作指南和工具包。我們認為，設計思維是指人們在面對復雜的現實問題時，能夠綜合運用已有知識和技能，通過發散思維和聚合思維的協同作用，不斷迭代生成問題解決策略，進而形成創造性解決問題的思路和方案的過程。

在教育領域，IDEO提出的設計思維模型包含“發現、解釋、設想、實驗、改進”五個關鍵要素[4];隸屬于德國波茨坦大學的哈索·普拉特納研究所（Hasso Plattner Institute）把設計思維分為理解、觀察、整合觀點、構思、原型和測試六個步驟[5];斯坦福大學設計學院提出經典的EDIPT設計思維模型，包括“同理心（Empathize）、定義問題（Define）、構想（Ideate）、原型（Prototype）和測試（Test）”五個步驟[6]。相較于前兩個模型，EDIPT模型的優點在于以更加靈活和非線性思路進行設計，清晰地呈現了設計思維的情境性、靈活性和迭代性[7]。情境性強調設計者需進行同理心設計，明晰用戶需求，獲得對試圖解決問題的共情理解，保證最終設計成果符合用戶的真實需求;靈活性體現在學生能夠突破傳統思維桎梏，嘗試選用多種設計思維工具，從不同角度提出多種彈性解決方案;迭代性體現在設計循環過程中可以不斷回溯問題，可以在任何時間根據個人需要重復整個過程或某些特定的階段，強調學生的反思性評價與設計方案優化意識。

鑒于以上對設計思維概念內涵和典型設計思維模型的剖析，本研究基于EDIPT模型，在設計思維導向的開源硬件項目教學活動中，將其解構為更具有顯性化操作意義的五大核心能力：（1）換位思考。學生與真實環境直接互動，通過同理心觀察用戶行為，獲取用戶體驗，從細節中分析用戶的顯性需求，探尋用戶的潛在需求，形成創新的起點。（2）抽象定義。對用戶需求信息進行整理并建立關系，把需要解決的問題通過提問的形式進行描述，以獲得有價值的創新活動目標，從而界定問題。（3）創意構想。結合定義問題階段的核心判斷，鼓勵各小組通過頭腦風暴提出多樣化解決問題的思路，并選出最佳解決方案，激發創新性解決方案的提出。（4）原型迭代。為了將解決方案展示給更多的人以完善策略，需盡快建立關鍵功能原型，以故事、草圖、模擬信息系統等方式呈現，并在測試過程中獲得更加全面的反饋，持續優化設計制品。（5）遷移應用。學習者對已有知識和經驗的重要組成成分進行調整，構建知識要素間新的聯系，達到知能的重組性遷移。這五大核心能力是判斷學生能否利用開源硬件等數字化工具將信息知識和技能綜合應用來解決實際問題的依據，以此促進學生設計思維能力的發展。

（二）設計型學習理論要義與啟示

設計型學習，又稱基于設計的學習（Design-based Learning，DBL），最先由美國教育學者多林·尼爾森（Doreen Nelson）提出，并認為“設計型學習是一種將項目設計與知識學習緊密結合的學習方式”[8]。從探究的視角，珍妮特·克羅德娜（Janet L Kolodner）認為，“設計型學習是一種基于項目探究的方法，是學生在完成設計型挑戰任務的情境下習得知識與技能的途徑”[9]。從設計的視角，亞龍·多普爾特（Yaron Doppelt）認為，設計型學習是一種面向設計實踐的學習形式，即學生根據教師提出的挑戰，完成一系列設計任務的過程[10]。鑒于以上觀點，我們認為設計型學習是一種融合探究活動和設計實踐的學習方法，學習者圍繞劣構問題，通過反復探究與迭代設計完成項目任務。設計型學習更加突出知識內容的跨學科性、實踐過程的探究性、設計活動的迭代性，在培養學生的復雜問題解決能力、創新設計能力方面彰顯其獨特價值。

設計型學習在中小學教育實踐中的典型應用主要有尼爾森提出的“逆向思維（Backward Thinking）”學習過程模型[11]和克羅德娜提出的“基于設計的雙循環探究模型（Double Cycle Inquiry Model Based on Design）”[12]。其中，雙循環探究模型由“調查與探究”和“設計/再設計”兩個循環圈關聯組成，“調查與探究”循環強調經過探究獲得知識，即運用科學方法探索解決問題的途徑與一般性原則;“設計/再設計”循環側重應用知識設計與制作，在設計中發現問題，改進完善人工制品。本研究經過對雙循環探究模型的構成要素、學習流程的分析，結合開源硬件教學活動實踐經驗，發現設計型學習理論與開源硬件教學實踐具有良好的適切性。兩者都提倡采用項目式學習方式，強調迭代設計的教學過程，都以培養學生動手實踐、問題解決、創新能力為共同取向。設計型學習能為開源硬件教學提供理論指導，而基于開源硬件的項目教學正是設計型學習實踐的良好場域。基于此，在開源硬件教學過程中，教師通過創設非良構的問題情境，為學生提出挑戰性任務;學生思考所面臨的真實挑戰，結合自己的經驗或身邊現象進行類比，建立聯系，明確問題;學生嘗試利用已有知識對問題進行分析解釋，并以小組為單位展開調查探究活動;通過反復地探索與實踐，設計方案并進行初步實施;小組將設計方案與教師或其他同伴分享、交流，通過思維碰撞產生新想法，根據反饋建議修改完善方案;依托開源硬件設備，完成作品原型，并進行測試優化;最后進行作品展示，對作品的科學性和實用性等方面進行客觀評價，根據改進建議與自我反思，形成作品改進方案;如此迭代循環、改進完善，發布最終作品。

三、設計思維導向的開源硬件教學模式構建

“開源”意指開放源代碼，承襲“開放、自由、互助、分享”的精神，最初主要指軟件源代碼能夠被公眾完整獲取，自由利用設計并且再次發行源代碼。隨著各種開源軟件的成熟和人們對開源文化的認可，逐漸拓展到硬件領域，出現了開源硬件。開源硬件是指與開源軟件相同方式設計的電子物理制品，它允許用戶進行修改、分發和使用[13]。開源硬件具有開放共享、二次開發、可擴展性、跨平臺性、成本低廉等優勢。在具體教學過程中，學生充分利用豐富的開源硬件搭建面向實際生活的應用場景，在教師鼓勵下積極探究、大膽實踐，激發創新思維。開源硬件教學成為實現新課標中培養學生“勇于探索的創新精神和善于解決問題的實踐能力”的有效途徑。

開源硬件教學應秉承信息技術學科思維的本質，即強調學生利用信息技術解決問題的同時，更需要關注其內在思維發展，培養其形成利用信息技術認識世界的獨特思維（主要包括計算思維、設計思維和批判性思維等）[14]。然而，當前高中開源硬件教學整體開展情況不盡人意，一項關于教師對高中信息技術新課標認知的調查顯示：針對“開源硬件項目設計”模塊，教師的興趣態度、能力基礎、學校硬件設施條件、師資條件和學校開設意向都較低;大多數信息技術教師不愿或難于應對新課標中提出“利用開源硬件開展項目學習，讓學生體驗研究和創造的樂趣，培養利用信息技術解決問題和創新設計的意識和能力”的要求[15]。從設計思維培養角度來看，高中開源硬件教學實踐中存在的主要問題有：多數情境創設僅關注于激發學生興趣，而在是否有利于學生主動發現問題方面考慮不足;需求分析階段的探究性不充分，學生未能深刻體驗利用同理心來挖掘用戶的隱性需求的過程;教師提出的挑戰任務有時不利于學生發散思維，較難將各科知識融合應用;設計制品往往只停留于一次完成，未能突出多重迭代在作品改進完善或再設計中的作用;未能將設計思想貫穿于整個學習過程中，較難實現設計隨著學習的開展而不斷深化。

開源硬件教學實踐要凸顯信息技術學科素養和創客教育關注的“問題探究、動手設計和作品創造”的過程體驗，這與設計型學習存在內在的一致性，二者均強調學習過程的真實情境性、探究性、設計性、迭代性和成果化。開源硬件項目教學是一種能較好地培養學生設計思維的實踐模式，設計型學習能為開源硬件教學實踐提供指導。綜合以上對設計思維內涵、設計型學習理論要義和開源硬件教學問題的分析，本文以“提升學生設計思維能力為目標、以項目為主體、以任務為驅動、以體驗為促進，在合作交流分享中迭代完成作品”為思路，借鑒“基于設計的雙循環探究模型”并進行適當改進，構建設計思維導向的開源硬件教學模式，如圖1所示。

教師活動方面，教師在教學過程中主要充當指導者、組織者、支持者和評價者的角色。第一，教學伊始，教師通過實地考察、場景模擬、互動采訪等方式創設問題情境，引導學生發現問題，激發思考;第二，教師呈現所要完成的挑戰，對挑戰內容進行詳細敘述，確定學生迫切想去解決的具體問題，并鼓勵學生在求解過程中增強對非良構問題的理解;第三，教師和學生共同建立學習評價標準，指出學習活動過程中哪些需要做、哪些不需要做，以此來引導設計過程的開展;第四，教師依據評價標準，為學生提供學習支架，給予學生及時支持，如提供學習過程記錄表、常見問題匯總表和作品測試改進表等;第五，當設計完成后，教師組織學生進行作品發布，通過學生互評、教師評價和專家評價方式對設計制品作出評價，并鼓勵學生對自己的作品進行反思和迭代完善。

學生活動方面，學生在教學過程中主要充當探究者、設計者、實踐者和反思者的角色。學習活動主要包括調查/探究、設計/再設計、反思三個迭代循環過程。首先，學生在理解挑戰（包括理解所要解決的問題、作品功能、適用場景、限制條件等）、明確任務之后，需要進行調查與探究。經過設計調查，并以小組為單位實施探究，將探究結果在全班范圍內進行交流分享，聽取教師或他人的評價建議，修正完善探究方案，根據探究結果滿足需要程度決定是否再次實施探究調查活動。其次，在調查/探究環節結果基礎上，學生利用所獲得的知能，初步生成設計方案，并將方案向他人展示分享，相互討論交流，對方案進行評價分析。在相對完善方案后開展原型制作的實踐，之后對原型作品進行測試檢驗，依據測試結果、反饋對原型作品進行優化完善，并判斷是否需要再設計。最后，在經過“調查/探究”“設計/再設計”兩個環節的反復循環后，作品達到標準，進行展示。教師或他人從作品的科學性、價值性、實用性等方面進行客觀評判，形成結論和改進建議。學生對整個設計過程進行反思，結合改進建議，再次行動，如此，作品在迭代和改進反復循環中不斷完善，最終發布作品。

三個循環彼此邏輯關聯，相互滲透，共同促進學生完成設計學習活動。“調查/探究”指向探尋科學原理和規律，發現問題并探索解決問題的途徑。學生將“共情”作為探求用戶需求的工具，換位思考，站在用戶立場，發掘用戶潛在需求;通過設置問題邊界，抽象定義，從而架構一個設計問題。“設計/再設計”指向原創性的設計和創造新的物品，在思維發散中形成創意與構想，在思維聚合中形成最優方案，在原型迭代、不斷試誤中學會分析推理。反思循環突出評價的導向、診斷、調節、激勵等功能，讓學生在設計作品的不斷完善中形成多元化思考和元認知策略。在整個學習過程中，每一次循環都是多學科知能的綜合應用，都在問題解決過程中逐步促進和深化學生對知識的理解，學生的探究能力、復雜問題解決能力、團隊協作能力和跨學科思維能力都得以發展。

四、設計思維導向的開源硬件教學應用案例

在開源硬件教學中融入設計思維的過程和方法，有助于讓學生在設計過程中體驗探究學習、作品迭代、深度反思等過程，經歷“發散、聚合、細化、評估”等思維活動，在不斷反思中確立學習的意義，拓展學生思維的寬度和深度。案例以“智慧校園生活”為主題，依托云南省昆明市X中學高一年級“開源硬件”興趣拓展課的形式開展，共8個課時，為期4周（每周2課時和課外活動時間），有16名學生參與。教學對象掌握信息技術應用的基本技能，能夠理解和編寫簡單的程序，他們的邏輯思維發展趨向成熟，具有相應的問題探究能力。本次教學活動的目標主要有：知道常用開源硬件的功能與特征;熟悉利用開源硬件完成項目的基本流程;根據設計方案，選擇恰當的開源硬件，確定各組件的選調關系;學會審查與優化作品方案;利用開源硬件工具、編程語言和相關材料完成原型（作品）制作;踐行開源與分享的精神，培養實踐動手解決現實生活問題的興趣，增強問題意識和設計思維能力。學科核心素養方面，本次項目活動側重于“設計思維、數字化學習與創新”能力的培養，即“通過評估并選用常見的數字化工具，有效地管理學習過程和學習資源，創造性地解決問題，從而完成學習任務，形成創新作品的能力”[1]。

（一）創設情境，提出挑戰

“智慧校園生活”主題旨在讓學生運用設計思維方法來識別和解決日常校園生活中的問題，即如何利用智能化技術使校園生活更加智能化、便利化，提升校園生活品質。本環節的主要目標是讓學生在教師創設的劣構、復雜問題情境中，深入探索設計過程的共情階段，運用同理心進行觀察、訪談，繪制同理心地圖，從而理解挑戰，明確任務。

首先，教師拋出問題：“物聯網、人工智能等技術的發展能給我們的校園生活帶來怎樣的改變呢？”學生對此展開討論，通過網絡搜集相關信息，形成應對挑戰的基本背景知識。然后，教師播放關于“未來校園”的視頻短片，讓學生充分展開想象，并結合自己校園生活的真實體驗進行思考：“校園生活中哪些方面可以更加智能化？”緊接著，教師提示，本次活動主要使用開源硬件工具來嘗試解決大家發現的問題，并要求完成實物作品的原型。隨后，在教師的組織引導下產生了四個小組（命名為A、B、C、D小組），各組的設計主題分別是“智能安保系統”“智能籃球裁判”“智能垃圾桶”“智能安全樓梯”。最后，為了更加明確各組任務，強化理解挑戰，教師鼓勵小組成員從更多視角來思考問題，各小組完成同理心地圖的繪制。C小組的同理心地圖如圖2所示，從中分析出最大的痛點是“環境污染和資源浪費”，需求是“垃圾分類與及時清理”。

（二）定義問題，調查探究

首先，教師向學生講解訪談資料分析的具體方法，如何采用規范的語句描述用戶需求等。各小組對同理心地圖的信息進行整合，進一步探查用戶的真正需求，對用戶需求有清晰地描述，并以表格的形式列出哪些是“需要知道的”和“需要做的”，表1呈現C組定義問題的過程。在教師指導下，每個小組經過協商選擇出2～3個有意義且可行的關鍵問題，以此確定需要解決的設計問題，并在全班內分享觀點。然后，各小組進入調查探究環節，探究內容主要有：問題產生的根源，解決問題所需的科學原理知識，各類開源硬件的功能、特征及不足，熟悉開源硬件完成項目的基本流程等。最后，師生共同建立作品評價的基本標準。評價標準主要參考新課標中“數字化學習與創新”核心素養水平劃分內容，從創新認知、創新學習、創新技能、創新思維方面進行定性評價。

（三）創意構想，設計方案

本環節是設計思維過程的關鍵，直接影響人工制作的創造性，主要包括方案構想和方案優化兩個階段。方案構想聚焦于思維的發散，主要通過頭腦風暴來讓學生發表多元化的觀點和多樣化解決問題的構想，充分利用思維導圖工具使小組成員的思維可視化更加清晰。方案優化則聚焦于思維的收斂，通過分析來篩選或整合小組成員的創意構想，形成匯集小組集體智慧的設計方案，并進行細化和優化。

首先，教師鼓勵學生創新性地解決問題，根據所具備的知識和技能，初步設計方案。接著，教師向學生介紹頭腦風暴規則和思維導圖工具的使用技巧，各小組針對各自任務進行頭腦風暴式的創想，并將創意過程可視化呈現出來。然后，為了避免學生受最先提出設想的限制，最大限度地開闊學生的思路，教師啟發學生使用SCAMPER方法進行創意構想。即從替代（Substitute）、合并（Combine）、改造（Adapt）、調整（Modify）、他用（Put to other uses）、去除（Eliminate）、重排（Rearrange）七個方向去構思創意，對作品的功能進行審查和優化。最后，教師組織各小組分享方案，各小組在分享過程中收集反饋意見，討論是否有更簡潔、高效的方法來調整和改進方案。例如，C組在設計智能垃圾桶時，意識到還可以提升作品的實用性，增設了火災報警與夜間照明等功能，增加了火焰傳感器和雙色LED燈元件，并運用Fritzing軟件繪制出智能垃圾桶的電路原理圖。

（四）制作原型，迭代改進

本環節是學生將構想、方案變成現實的過程，學生充分利用開源硬件套件和身邊容易可得的材料快速地將方案以實物呈現出來。通過對比作品評價標準，不斷測試制品，明確方案的優勢與不足，學生在試錯、反思中記錄下問題，從而改進和完善作品。

首先，教師給各小組提供Arduino套件、紙板、彩色卡紙、膠水、馬克筆、剪刀等材料，鼓勵學生積極動手實踐，在試錯中改進原型。接著，學生利用開源硬件元件、材料動手創造小組作品，編寫程序，完成初步原型制品。最后，各小組通過場景模擬、可用性測試等形式對原型作品進行測試，依據評價標準進行組內測試并評估作品，分析初步程序存在的問題，列出問題清單，并進行調整。例如：C組智能垃圾桶的程序中由于超聲波傳感器位置和舵機轉動角度設置不恰當，出現垃圾桶蓋不能正常感應和開關，經過調整超聲波傳感器位置與舵機零位，實現超聲波靈活測距和舵機正常轉動功能。C組經過迭代優化后，實現程序和作品最優化，其最終原型作品如圖3所示。其中，圖形化編程代碼（部分）主要完成顯示超聲波測距并控制舵機打開桶蓋的功能。智能垃圾桶的人體靠近檢測、填滿測試、及時提醒的功能，通過代碼窗口編程完成。

（五）評估反思，遷移應用

通過系列設計思維活動的成功應用，各小組完成作品的創作。在項目開展的最后環節，教師組織學生進行成果展示，既包括元件連接、程序設計、功能應用等方面的介紹，也分享需求分析、抽象定義、創意構想、方案優化、作品改進等過程的經驗和體會。教師提供作品綜合評價表、拓展應用反饋表，各小組制作視頻短片或演示文稿呈現小組解決問題的過程，學生在相互觀看作品的同時，開展互評和反思。

“智慧校園生活”主題案例的挑戰源自接近學生的現實世界，培養學生的共情觀察技能，強調大膽創意、動手實踐，注重團隊的有效協作，使學生體驗到一種真實的設計感，感受“做中學”的真正樂趣，實現從“被動接受”向“主動探究、設計”的轉變。在課后訪談中，有學生樂觀、堅定地表示：“方法總比問題多，而且會存在比現有選擇更好的辦法”。有學生認為，“整個過程讓自己體會到科學探究的嚴謹性和創造過程中應具備‘精益、專注、創新的精神”。多數學生對設計思維提倡的“同理心、發散思維、聚合思維、反復迭代、協同合作”理念有更深刻的認知。學生不僅掌握了開源硬件項目設計的知識與技能，而且認可設計思維方法有助于作品的優化與完善，對自己的問題解決能力、數字化學習與創新能力均有所提升，并樂意將設計思維遷移應用于其他項目的學習過程中。

五、結? ?語

為激發學生的創新意識、創造能力，促進學生個性化發展，新課標設立了“開源硬件項目設計”選擇性必修模塊，讓學生經歷“發現問題→提出構想→設計系統解決方案→利用開源硬件實現解決方案”的完整過程，提升學生的設計思維、數字化學習與創新能力。相較于以左腦為主的思維方式，設計思維更突出直覺性、發散性、聯想性等右腦思維，其過程不再受線性思考或固有模式的束縛，而是通過非線性、循環式的思考方式，創設新的模式來實現新的可能性[16]。探索設計思維方法運用于信息技術課程教學中的路徑與要點，能為“開源硬件項目設計”模塊的教學落地提供借鑒。

設計型學習能為學生提供一套實用可行的思維訓練方法，可有效避免學生過度模仿操作等問題，讓學生真正意義上體驗探究學習、設計與再設計、迭代反思等過程，有利于拓展學生的想象空間，培養學生的創造力和自信心。本文充分汲取“基于設計的雙循環探究模型”和“EDIPT設計模型”的情境性、連續性、迭代性和靈活性優勢，構建了“設計思維導向的開源硬件教學模式”，旨在提升學生“換位思考、抽象定義、創意構想、原型迭代和遷移應用”五大核心能力。教學案例采取“邊摸索、邊實踐”的方式展開，限于課時，只完整地進行了一次循環過程，部分小組制品還可以再次迭代改進，只能在后續課外活動中由學生自行完善。設計思維的內涵是豐富的，具有生成性和創造性的自然稟賦屬性，其教育價值在于設計與發現，強調在支持學習者構建知識體系的同時，引導其發現知識與現實問題之間的聯系，由此形成運用新知識解決復雜問題的能力。學生的設計思維能力也就在問題解決的過程中得到強化與發展。誠然，設計思維對于中小學生思維品質的提升大有裨益，但開源硬件作為一種技術工具，只有經過有效教學設計，才能與教學深度融合，發揮其賦能作用。我們不應指望開源硬件能承載設計思維能力培養的全部內容，而是期待更多學科教師對設計思維、設計型學習有更深入的理解、認同并掌握系統應用方法，從而自覺地將其融入具體學科教學實踐中。

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