基于設(shè)計思維的PBL教學(xué)模式構(gòu)建

陳佳麗 范體貴 呂立君 李紅娟 王印

摘 要：設(shè)計思維是一種以人為本的創(chuàng)新方式，它強調(diào)解決問題要從人的需求出發(fā)，多角度地尋求創(chuàng)新解決方案，并創(chuàng)造更多的可能性.這一思維方式與“基于問題的學(xué)習(xí)”教學(xué)模式相結(jié)合會幫助學(xué)習(xí)者創(chuàng)造性地解決問題，對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展具有重要意義。本文將探究學(xué)科教學(xué)模式的一種新途徑的可行性，嘗試建構(gòu)基于設(shè)計思維的PBL教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：設(shè)計思維;PBL教學(xué)模式

中圖分類號：TS209 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1673-260X（2021）04-0098-05

1 引言

《2017地平線報告（基礎(chǔ)教育版）》強調(diào)多學(xué)科、跨學(xué)科等術(shù)語，將校內(nèi)課程與現(xiàn)實世界結(jié)合，從一種新的視角讓學(xué)生通過探索自主地創(chuàng)造性地解決問題[1]。在《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出：“我國普通高中教育是在義務(wù)教育基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高國民素質(zhì)、面向大眾的基礎(chǔ)教育，任務(wù)是促進(jìn)學(xué)生全面而有個性的發(fā)展，為學(xué)生適應(yīng)社會生活、高等教育和職業(yè)發(fā)展做準(zhǔn)備，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。進(jìn)一步提高學(xué)生綜合素質(zhì)是普通高中的培養(yǎng)目標(biāo)，著力學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，使其具有理想信念、社會責(zé)任感、科學(xué)文化素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力，有自主發(fā)展能力和溝通合作能力”[2]，并強調(diào)物理學(xué)科的育人要通過物理學(xué)科核心素養(yǎng)來實現(xiàn)。而物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括的四個方面強調(diào)了質(zhì)疑與批判、交流合作、反思和實事求是等學(xué)生自主解決問題需要的關(guān)鍵能力。

在17年課程標(biāo)準(zhǔn)對物理學(xué)科核心素養(yǎng)的描述中，“探索日常生活中的道理”“解決問題”“公開發(fā)表個人見解”“與他人合作”等詞語都表明了堅持學(xué)生主體地位，培養(yǎng)探究能力和解決問題能力的育人核心。問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)（Problem-Based Learning，簡稱為PBL）的核心理念就是培養(yǎng)學(xué)生成為“自我指導(dǎo)的學(xué)習(xí)者”，這種教學(xué)模式起源于努力理解和解決一個問題的學(xué)習(xí)[3]，它主要是通過小組協(xié)作的學(xué)習(xí)形式解決劣構(gòu)問題和實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，基于真實情境并回歸到真實生活中。設(shè)計思維是一種以人為本的創(chuàng)新方式，它強調(diào)解決問題要從人的需求出發(fā)，多角度地尋求創(chuàng)新解決方案，并創(chuàng)造更多的可能性。諾貝爾獎獲得者，經(jīng)濟學(xué)家赫布·西蒙在他的著作《人工科學(xué)》設(shè)計思維定義為一種在現(xiàn)有條件下尋求更好方案的過程，也就是利用設(shè)計思維來滿足消費者的需求并提供更好的備用解決方案，他認(rèn)為設(shè)計思維主要涉及認(rèn)知性、情感表達(dá)和人際活動三個方面。這樣的思維方式與“基于問題的學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式相結(jié)合能夠幫助學(xué)習(xí)者對問題進(jìn)行創(chuàng)造性的解決，對學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展也具有重要意義。本文將探究學(xué)科教學(xué)模式的一種新途徑的可行性，嘗試建構(gòu)基于設(shè)計思維的PBL教學(xué)模式。

2 設(shè)計思維與PBL教學(xué)模式

2.1 PBL教學(xué)模式

2.1.1 PBL教學(xué)模式的內(nèi)涵及特征

近年來，“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)”“探究學(xué)習(xí)”“基于問題的學(xué)習(xí)”和“基于項目的學(xué)習(xí)”等這些西方教育方法，在我國基礎(chǔ)教育的新課改革中起到不可忽視的作用。這幾種教學(xué)方法的相似之處在于這些教學(xué)方法在應(yīng)用時，需要教師在學(xué)科基礎(chǔ)上為學(xué)生設(shè)計接近生活實際的復(fù)雜問題情境，學(xué)生經(jīng)過自己設(shè)計解決問題的流程，探究并解決問題，最終領(lǐng)悟其中的知識，并可以進(jìn)行知識的遷移與應(yīng)用。但是“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)”“探究學(xué)習(xí)”“基于問題的學(xué)習(xí)”和“基于項目的學(xué)習(xí)”也是有區(qū)別的，教師要認(rèn)識到這四種教學(xué)方法各自的特點與適用條件，并將其與傳統(tǒng)教學(xué)方法比較，在教學(xué)過程中根據(jù)不同的教學(xué)背景選取合適的教學(xué)方法。

“基于問題的學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式可以幫助學(xué)生處在真實的情境中，讓學(xué)生親自處理現(xiàn)實生活的真實問題，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、解決問題的能力和發(fā)展高級思維能力等?！盎趩栴}的學(xué)習(xí)”教學(xué)模式是一種源于醫(yī)學(xué)的并取得成功的教學(xué)方法，Barrows在20世紀(jì)80年代最先對“基于問題的學(xué)習(xí)”教學(xué)活動的幾個環(huán)節(jié)進(jìn)行歸納和提煉，在整個發(fā)展過程中，研究者們依然傾向于Barrows系統(tǒng)化了的結(jié)構(gòu)和流程[4]。至今，它已被廣泛地應(yīng)用于各式教育、培訓(xùn)機構(gòu)、商業(yè)應(yīng)用和工程等多個領(lǐng)域，并已被證明這樣的教學(xué)模式比傳統(tǒng)的教學(xué)方法更加有效。

筆者通過對現(xiàn)有研究分析得出“基于問題的學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式具有如下三個基本特征：

（1）PBL教學(xué)模式以學(xué)生為中心。在這個過程中，教師不再直接講授知識，而是讓學(xué)生依靠小組合作的方式來解決基于真實情境下的結(jié)構(gòu)不良問題，教師只充當(dāng)引領(lǐng)者的角色，在必要的時候進(jìn)行指導(dǎo)和提供學(xué)習(xí)資源，從而達(dá)到學(xué)生知識面拓展和解決問題能力提升的目的。研究表明，“基于問題的學(xué)習(xí)”塑造了獨立的學(xué)習(xí)者，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主權(quán)[5]。

（2）PBL教學(xué)模式是一種處于真實復(fù)雜的情境中的學(xué)習(xí)。以問題解決的過程來呈現(xiàn)。問題的設(shè)計要注意與已有知識的相關(guān)性，考慮到學(xué)生的研究能力，也要在把握前沿的基礎(chǔ)上注意跨學(xué)科的特點，以求學(xué)生更加全面的發(fā)展。

（3）PBL教學(xué)模式是一種學(xué)習(xí)方法。在這種教學(xué)模式中，學(xué)習(xí)者通過對問題的研究，運用綜合性的知識找到多種針對結(jié)構(gòu)不良問題的可行的解決方案。

2.1.2 PBL教學(xué)模式的一般過程

在20世紀(jì)初，杜威提出了問題解決過程的五階段模型，20世紀(jì)中后期，在現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)的基礎(chǔ)上，基克又提出了問題解決的四階段模型，20世紀(jì)后期，Barrows對“基于問題的學(xué)習(xí)”教學(xué)活動的結(jié)構(gòu)和流程進(jìn)行了系統(tǒng)化[6]，如圖1所示。

從上面的研究可以得出，“基于問題的學(xué)習(xí)”教學(xué)大致分為五個階段。其中組織學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)要注意小組劃分時各位成員的自身能力與素質(zhì)，營造小組氛圍，幫助學(xué)生快速進(jìn)入問題研究的狀態(tài);創(chuàng)設(shè)問題包含分解問題、進(jìn)行假設(shè)以及深度理解問題;執(zhí)行問題指通過組內(nèi)分享、反復(fù)地修改并綜合學(xué)習(xí)成果、教師要給予學(xué)生必要的指導(dǎo)和協(xié)作，最終解決問題;展示成果包含各小組間匯報學(xué)習(xí)成果、深層次理解問題;反思評價包含自評、互評和教師的生成性評價。圍繞分析問題、提出假設(shè)、驗證假設(shè)的過程，最后在已有知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行新的知識體系的重組建構(gòu)。隨著研究和實踐的推進(jìn)，2004年Melon-Silver（麥羅·希爾文）在Harrows的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整和修改提出了“基于問題的學(xué)習(xí)”的七步教學(xué)流程[7]，如圖2所示。

此外，還有很多專家學(xué)者也提出了問題解決的過程模型，雖然各有差異，但中心思想都是解決不良構(gòu)問題。在已有研究基礎(chǔ)上，筆者將問題解決的一般過程歸納為如下模型，如圖3所示。

在所建構(gòu)的PBL教學(xué)模式中共有九個環(huán)節(jié)：（1）劃分小組。達(dá)到“組間同質(zhì)”“組內(nèi)互質(zhì)”的要求。（2）問題情境。教師在考慮學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知的基礎(chǔ)上綜合各方面的因素而設(shè)置出不良構(gòu)問題。（3）內(nèi)化問題。內(nèi)化問題指由學(xué)生主動地建構(gòu)或在教師的協(xié)助下深度地理解問題，這是開展后續(xù)問題解決活動的重要基礎(chǔ)。（4）提出假設(shè)。每位同學(xué)先獨立思考，再在小組內(nèi)部進(jìn)行討論與互評，最終選出有代表性的解決方案，整個過程要求學(xué)生有獨立思考的能力、批判性的反思能力以及把控全局的設(shè)計思維。（5）演繹推理。實施具體方案之前，結(jié)合真實復(fù)雜的實際情境，對每種方案進(jìn)行演繹推理。（6）可行性判斷。在充分考慮時間、人力、物力、經(jīng)費等各方面因素后，判斷每種方案是否可行，若不可行，重復(fù)（3）—（6），若可行繼續(xù)環(huán)節(jié)（7）執(zhí)行方案。將選定好的方案在實際情境中具體地加以實施。（8）展示成果。一是對方案實施的過程進(jìn)行評價;二是對方案實施后所產(chǎn)生的效果進(jìn)行評價，并讓學(xué)生以小組匯報的形式進(jìn)行結(jié)果的展示，最后確認(rèn)是否達(dá)到預(yù)期效果，成功地解決了該問題。（9）修訂方案。若評價效果不理想，則需要分析原因，再對方案進(jìn)行修改，之后重復(fù)第（7）步驟，直至解決問題，體現(xiàn)出迭代的特點。其中，資料庫在整個問題解決的過程中起到重要的輔助作用，可以幫助學(xué)生快速地找到所需資源。需要注意的是，整個問題解決的過程并非是線性的操作，學(xué)習(xí)者可以在任何一個過程或環(huán)節(jié)進(jìn)行重復(fù)的操作。

2.2 設(shè)計思維

2.2.1 設(shè)計思維的內(nèi)涵及特征

設(shè)計思維是指人們在遭遇復(fù)雜的現(xiàn)實問題時，能夠綜合運用自己的知能，通過設(shè)計與思維雙螺旋結(jié)構(gòu)的相互依賴與促進(jìn)，不斷生成新的問題解決策略，進(jìn)而創(chuàng)造性地形成解決問題的思路與方案[8]。它是一種以人為本的解決問題的方式方法，具有從多角度出發(fā)、普遍適用和跨學(xué)科跨領(lǐng)域的特點，是一種可以創(chuàng)造多種問題解決方案并以多種方式激發(fā)創(chuàng)新思維的途徑，在教學(xué)過程中應(yīng)用這一思維方式對培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)有重要的意義。

2.2.2 設(shè)計思維培養(yǎng)的一般過程

設(shè)計思維的最初模型是由SIMON建立的線性模型：分析→綜合→評價;BROWN將模型上建構(gòu)成了循環(huán)模式，由靈感、構(gòu)思和實施三個階段構(gòu)成，如圖4所示;IDEO公司提出的模型包括發(fā)現(xiàn)、解釋、構(gòu)思、實驗、評估五個階段[9];清華大學(xué)柳冠中教授[10]將設(shè)計思維分為觀察、分析、歸納、聯(lián)想、創(chuàng)造和評價六個環(huán)節(jié)，各個環(huán)節(jié)之間是循環(huán)漸進(jìn)的;LIEDTKA把設(shè)計思維看作是對四個問題的回答，每一個問題都是一個不同的設(shè)計思維過程，在此基礎(chǔ)上，LIEDTKA[12]還給出了設(shè)計思維過程的十大設(shè)計工具，我國學(xué)者對它的可視化過程如圖5所示[12]：目前采用最廣泛的是由斯坦福設(shè)計研究院研究開發(fā)的EDIPT模型，包括同理心、需求、創(chuàng)想、原型、測試五個階段[13]。階段一為同理心也稱為共情，簡單的理解就是通過觀察、傾聽、調(diào)查等方式進(jìn)行深入的了解，并換位思考;階段二是需求，要準(zhǔn)確的找到用戶的需要;階段三是創(chuàng)想，最常用“頭腦風(fēng)暴”的方法盡可能地找到多種解決問題的方案;階段四是原型，可以理解通過對上一個階段的解決方案的執(zhí)行來得到一個具體的產(chǎn)品模型或者是一個小規(guī)模的環(huán)境或過程的簡單模擬;階段五為測試，通過執(zhí)行后的結(jié)果與預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行對比進(jìn)行評價與反饋，判斷需求是否被滿足，需要注意的是，該思維模型的五個階段是非線性的，使用者可以在任何時間段重復(fù)操作某個過程或者某一階段。本文將從EDIPT模型出發(fā)，探索在教學(xué)中應(yīng)用的新模式。

2.3 PBL教學(xué)模式與設(shè)計思維的內(nèi)在聯(lián)系

通過分析設(shè)計思維和PBL教學(xué)模式的內(nèi)涵、特征及其一般的過程，可以發(fā)現(xiàn)二者之間是相互聯(lián)系的，分析思維各階段要素和PBL教學(xué)模式過程要素如表1所示。

John Dewey提出：“我們怎樣思考往往比我們思考什么更重要”。在21世紀(jì)我們需要讓學(xué)生在發(fā)展自我、融入社會以及能夠勝任自己的工作，學(xué)生的解決問題的能力就顯得尤為重要，而在生活中我們遇到的往往是復(fù)雜的非良構(gòu)的問題，如何解決這樣的問題是我們要重點關(guān)注的，從表1可以看到設(shè)計思維與PBL教學(xué)模式明顯的交叉點，值得關(guān)注的是，設(shè)計思維是通過以人為本的非線性方法來處理不良構(gòu)的問題，它需要綜合各方面的因素，以得到多種處理問題的方式，更具體地來說，設(shè)計思維是一種對待問題的態(tài)度，它以不同的思維方式創(chuàng)造性地處理問題，打破了傳統(tǒng)的基于邏輯推理的方法，而PBL教學(xué)模式最初也是由醫(yī)學(xué)中的角色扮演來呈現(xiàn)問題，明顯地體現(xiàn)出換位思考、以人為本的特點，因此基于設(shè)計思維的PBL教學(xué)模式有深度融合的必要。

3 基于設(shè)計思維的PBL教學(xué)模式

基于設(shè)計思維的PBL的教學(xué)模式是將設(shè)計思維作為幫助學(xué)生解決問題的有效途徑，設(shè)計思維的過程實際上也是解決問題的過程。因此基于設(shè)計思維的PBL教學(xué)模式的過程與“基于問題的學(xué)習(xí)（PBL）”的過程基本一致，只是解決問題的途徑有所不同?；谠O(shè)計思維的PBL教學(xué)模式通過培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計思維來提升學(xué)生解決問題的能力，其解決問題的教學(xué)模式構(gòu)建將設(shè)計思維的要素貫穿其中。

依據(jù)前文所構(gòu)建的PBL教學(xué)模式、設(shè)計思維的各要素及應(yīng)用廣泛的EDIPT模型，本文構(gòu)建了基于設(shè)計思維的PBL教學(xué)模式，如圖6所示。該模式主要由批判性反思、學(xué)習(xí)資源、問題解決的過程三部分構(gòu)成，其中問題解決的過程包括：前期準(zhǔn)備階段、解決問題階段、評價反饋階段，各個階段之間密不可分，相互影響。

（1）前期準(zhǔn)備階段：本階段中教師在了解學(xué)生現(xiàn)有能力的基礎(chǔ)上確定教學(xué)目標(biāo)并給提供學(xué)生相關(guān)的素材及要解決的問題，讓學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。學(xué)生要依據(jù)設(shè)置的問題進(jìn)行批判性的思考，并完成任務(wù)。接下來，學(xué)生要對課堂上得到的反饋進(jìn)行批判性的反思，與此同時在小組討論的前提下確定所要研究的問題。

（2）問題解決階段：經(jīng)過前階段的準(zhǔn)備，學(xué)生對所要解決的問題已經(jīng)進(jìn)行了內(nèi)化，接下來學(xué)生要在已有的問題情境下，對問題進(jìn)行深度的剖析，并利用學(xué)習(xí)資源對所需信息進(jìn)行搜集處理，通過小組合作提出最終的假設(shè)，再經(jīng)過演繹推理對所提出的假設(shè)進(jìn)行可行性的判斷，若不可行，則通過修訂方案繼續(xù)執(zhí)行問題解決階段，直至問題解決。在本過程中，教師要注意關(guān)鍵性的指導(dǎo)。

（3）評價反饋階段：完成第二個階段后要對得出的解決方案進(jìn)行小組的成果展示，最后進(jìn)行組內(nèi)的自評以及組間的相互評價，教師也要根據(jù)學(xué)生解決問題的過程進(jìn)行過程性的評價和最終結(jié)果性的評價，評價過程要客觀、真實，這種反饋和反思是進(jìn)一步提升學(xué)生解決問題能力的關(guān)鍵，多元化的評價方式也能讓學(xué)生進(jìn)行不斷地反思和總結(jié)，在進(jìn)一步內(nèi)化知識的同時對現(xiàn)有的解決方案進(jìn)行迭代。教師在該階段要注意引導(dǎo)學(xué)生及時對自己和他人的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思和評價。

4 結(jié)束語

本文以落實培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為目的，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，通過對兩者相關(guān)要素的對比，得到它們之間相互融合、密不可分的關(guān)系，并提出基于設(shè)計思維的PBL的教學(xué)模式，下一步將在教學(xué)實踐中通過多種研究方法對其進(jìn)一步的研究。需要注意的是，這種解決問題的思維方式對學(xué)生現(xiàn)有知識有一定的要求，還需要教師為學(xué)生提供合適的學(xué)習(xí)資源，只有綜合考慮各方面的因素，才有助于基于設(shè)計思維的PBL教學(xué)模式的順利開展。

參考文獻(xiàn)：

〔1〕白曉晶，張春華，季瑞芳，吳莎莎，李國云.新技術(shù)驅(qū)動教學(xué)創(chuàng)新的趨勢、挑戰(zhàn)與策略——2017地平線報告（基礎(chǔ)教育中文版）[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2017，20（18）：1-20.

〔2〕中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

〔3〕Robcrt Delislc.問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)在課堂教學(xué)中的運用[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2004.

〔4〕〔6〕付曉麗.論基于問題的深度學(xué)習(xí)教學(xué)模式的建構(gòu)[J].西北成人教育學(xué)院學(xué)報，2018，20（04）：78-82.

〔5〕Savery，J.R.9 （1998）.Fostering ownership with computer supported collaborative writing in higher education.In C.J.Bonk&K.S.King （Eds.）， Electronic collaborators：Learner-centered technologies for literacy，apprenticeship， and discourse （pp.103一127）.Mahwah，NJ： Lawrence Erlbaum.

〔7〕Problem-Based Learning： What and How Do Students Learn？ [DB/OL].http：//www.hewlett.org/uploads/documents/Deeper Learning_ Defined_April_ 2013.pdf. 2016 -04-15.

〔8〕林琳，沈書生.設(shè)計思維的概念內(nèi)涵與培養(yǎng)策略[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2016，29（06）：18-25.

〔9〕CARLGREN L， ELMQUIST M， RAUTH I. Design thinking： Exploring values and effects from an innovation capability perspective[J]. The Design Journal， 2014，17（03）： 403-423.

〔10〕柳冠中.《事理學(xué)》-創(chuàng)新設(shè)計思維方法[C]/2007中國科協(xié)年會.湖北武漢：華中科技大學(xué)，2007.

〔11〕LIEDTKA J. Perspective： Linking design thinking with innovation outcomes through cognitive bias reduction[J]Journal of Product Innovation Management， 2015， 32（06）：925-938.

〔12〕李彥，劉紅圍，李夢蝶，袁萍.設(shè)計思維研究綜述[J].機械工程學(xué)報，2017，53（15）：1-20.

〔13〕LIEDTKA J.Innovative ways companies are using design thinking [J]. Strategy & Leadership， 2014， 42（2）： 40-45.