設計思維的發展過程、作用機制與教育價值

林琳 沈書生 董玉琦

[摘? ?要] 設計思維作為一種創新方法論，近年來在教育領域的應用不斷豐富。早期，研究者為了尋找創新的實現路徑，從對設計黑箱的探索中提煉出設計思維的概念，并隨著研究的深入，對其內涵理解從設計師的認知方式衍生到創新方法論，價值定位從簡單產品制作轉向創新方案的提出，應用領域從設計領域擴展至各行各業。由此，教育領域開始廣泛使用設計思維培養各行各業所需要的創新型人才。設計思維實現創新的作用機制源自設計推理模式，其內核是設計思維過程，該過程關注溯因推理、發散—聚斂、迭代設計和動態生成。基于設計思維過程開展創新教學實踐，有利于提升教師的教學設計力、發展學習者的終身學習力。

[關鍵詞] 設計思維; 發展過程; 設計推理模式; 創新教學

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 林琳（1991—），女，福建霞浦人。博士，主要從事教學設計、學習技術（CTCL）和設計思維的研究。E-mail：linlinedu@outlook.com。

一、引? ?言

教育中存在的問題通常涉及與人相關的諸多混亂的信息，以及不同利益相關者之間的價值沖突，這些問題為教育工作者重新設計課程、空間、管理系統、學習系統、學習工具等帶來了挑戰。為解決這些挑戰，教育工作者提出了一種新的研究范式，即設計研究（又稱基于設計的研究）。設計研究致力于將研究與開發結合，通過迭代化設計，最終以制品化的形式來解決教育情境中的復雜問題。設計思維（Design Thinking）作為一種創新方法論，包括標準化的環節、開源的過程與方法，為教育工作者采用設計研究的方法解決教育問題、實現教育創新提供了可行的路徑。創新設計顧問公司IDEO開發的指導手冊《教育工作者的設計思維》，旨在幫助K12教育工作者應對學校工作中面臨的教育挑戰[1]。

近些年，設計思維在教育領域的應用逐漸豐富，并從高等教育不斷擴展至基礎教育，從教育問題的解決不斷聚焦到課堂教學的設計，從設計思維作用于教師不斷擴展到設計思維作用于學生。那么，最初設計思維為什么會被提出，它是如何發展起來的，發展過程存在怎樣的特征，設計思維為什么能夠促進創新，它是如何促進創新的，設計思維具有哪些教育價值？本研究將圍繞以上問題，解析設計思維的發展過程、作用機制和教育價值，以期豐富我國對設計思維的理論研究，為教育變革提供指導。

二、設計思維的發展過程及其特征

人類所生活的世界是自然“設計”與人工設計的復雜綜合體，即自然物與人工物的綜合體。早在20世紀之前，設計領域就開始研究設計師的設計過程與活動，以探尋實現創新的路徑。然而，這種對設計師的顯性化行動的研究，并不足以引導人們像設計師一樣制作出創新的人工物。對于除設計師以外的人而言，設計仍是一個黑箱，創新從該黑箱中產生。探索設計黑箱成為人們研究設計思維的一個初衷。西蒙把設計提升到了科學的高度，關注采用科學的方法和過程探索設計黑箱[2]。在進一步的研究中，人們發現隱藏于設計師頭腦中的認知方式是設計黑箱中的關鍵成分，該認知方式被稱作“設計思維”。通過對該認知方式的顯性化，研究者開發了一種創新方法論，以幫助沒有設計背景的人實現創新，這種方法論也被稱作“設計思維”。因此，在已有研究中，設計思維即可指一種能力，又可指一種系統的方法論[3]。當個體掌握了設計思維的過程與方法時，就可認為他具備了設計思維能力。下文將結合各時期代表性人物的研究成果，梳理設計思維的發展脈絡，并在此基礎之上總結設計思維的發展特征。

（一）設計思維的發展脈絡

1. 興起的基本樣態：設計領域之外的科學

在20世紀60年代甚至更早之前，人們所探索的設計理論為設計思維的研究奠定了基礎，代表性的研究成果有以下三種：一是Arnold在《創意工程：通過不同的思維促進創新》中，用設計活動描述創造性技術的開發，提出工程設計師可以借助設計思維在設計活動的不同方面尋找突破[4]。二是Archer在《設計師的系統方法》一書中將設計思維的價值擴展至管理領域，認為設計決策和管理決策的共同點在于“一個人會成為另外一個人的延伸”[5]。他提出設計思維需要融入人類工程學、控制論、市場營銷、管理學等多學科的理念，這拓展了傳統設計的范圍。三是西蒙在《人工科學》一書中，關注到設計思維在人工科學中的重要地位，即人工物需要依托設計來生產，設計的最佳狀態是與創造建立聯系，設計思維是實現這種聯系的樞紐[2]。

2. 百家齊放的樣態：不同領域的認知方式

在20世紀70至80年代中期，設計思維作為一門學科，在建筑設計、工程設計等領域得到廣泛應用，不同領域開啟了對設計“思維”的探索。人們認為存在一種設計師的思維與溝通方式，它和科學式的、學術式的思維與溝通方式不同，但是它們在探索問題時具有相同的作用[6]。因此，研究者開始尋找存在于本領域的認知方式。Lawson在《設計師怎么思考：解密設計》中，以建筑設計領域為背景概括了設計思維的概念，提出設計師傾向于以解決方案為中心[7]。Cross在《設計師的認知方式》一文中描述了設計師的內在品質和能力，并將其與普通教育建立聯系[8]。Sch？觟n在《反思實踐者：專業人士在行動中如何思考》中提出，需要發展反思性實踐的認識論，認為設計過程是與設計中的材料、與自己的反思性對話[9]。

3. 蓬勃發展的樣態：作為一種創新方法論

在20世紀80年代中期之后，設計思維研究持續發展，存在以下兩條線索：一是有關用設計思維解決復雜問題的研究。Buchanan提出將設計思維作為解決“刁鉆問題”（Wicked Problem）的創新方法論，引起人們對設計思維在復雜問題解決中應用的廣泛關注[10]。二是設計思維作為一種創新方法論在不同領域被廣泛使用的研究。例如，《設計思維》中介紹了建筑師使用的設計方法，首次引入并描述了設計思維的概念、方法與過程，并被應用到不同的學科;在《視覺思維的體驗》中，設計思維被引入工程設計領域，Faste在該書的基礎之上，將設計思維定義為創造性行動的方法，在斯坦福大學推廣，并創辦了斯坦福聯合設計項目，即斯坦福大學哈索·普拉特納設計研究院（d.school）的前世[11]。而后，d.school和德國波茨坦大學的哈索·普拉特納研究院（HPI）的建立推進了設計思維研究的快速發展，它們為不同專業的大學生和研究生提供了參與設計思維學習的機會，致力于培養不同領域的創新者。

（二）設計思維的發展特征

設計思維首先在設計領域產生，從對設計理論的研究中發展出設計師的認知方式，再以此為基礎開發了一種創新方法論，被廣泛應用于解決不同領域中面臨的挑戰。它被認為適用于所有的人類活動，即設計“人工世界”。設計思維的發展具有以下特征：

1. 從設計師的認知方式衍生到創新方法論

在設計思維的發展過程中，研究者對其內涵的理解不斷擴充。對于首次接觸“設計思維”這一概念的人，很容易將其與計算思維、創新思維等認知方式建立關聯。對設計思維的研究很大部分是在研究設計師的認知方式的基礎之上推進的，而對設計師的認知方式的研究源起于對設計師參與的設計活動與設計過程的探索。如今對設計思維的理解，已經不再停留于設計“思維”這一認知方式上，而是對這種認知方式顯性化后形成的創新方法論的研究，它能更有效地指導實踐工作。

2. 從簡單的產品制作轉向創新方案的提出

研究者對設計思維的價值認識的逐步豐富，實際上，反映的是對“人工物”概念本身理解的豐富。Simon重新定位了“人工物”的內涵，促進了設計思維的普適性，它的價值從促進簡單的產品創新擴展到促進刁鉆問題的解決、創新方案的提出[2]。在面臨重大變革的社會背景下，工程師、建筑師、工業設計師、認知科學家等在問題解決上達成了以下共識：設計思維通過尋找更為廣泛的問題解決方案來關注創新的活動和過程，它將人類、技術和本時代的戰略需求結合，是各領域研究的前沿[12]。

3. 從設計領域擴展至各行各業

早期的設計思維研究服務于單一的設計領域，而后在不同領域逐步擴散。在工程領域，設計師生成、評估，并列舉設備、系統、過程等概念的形式和功能，以滿足客戶的需求和制定的一組約束[13]，設計思維為工程設計提供了一個創新過程，能夠促進產品或服務的創造;在醫療衛生領域，設計思維服務于疾病的預防或治療、醫療流程等方案的創新;在商業經濟領域，采用設計思維從用戶需求出發考察商業情境、重新定義問題、發現達到目標的最優路徑，形成一個可靠的商業戰略;在組織管理領域，設計思維被用于解決不確定的組織問題以支持領導者的決策和規劃，被視為產生創造力和創新的最佳方式，以及管理者必備的技能;等等。設計思維在以上不同領域的豐富應用都將映射于教育中，尤其是與之對應的高等教育中不同專業對創新型人才的培養。

三、設計思維的作用機制

人類是否創造性地行動取決于他們所遵循的過程[14]。設計思維作為一種創新方法論，能夠在除設計領域以外被用來培養創新型人才，源自它實現創新的潛力，而該創新來自設計推理模式，其內核正是設計思維過程。借助設計思維過程，可以讓參與設計的學習者置身于專業設計師的設計情境之中，促進創新行動的發生，導向創新制品的生成。

（一）設計推理模式

借助于Dorst對開放式設計問題的推理模式的研究[15]，解析設計思維實現創新的作用機制。他將基本推理模式與設計推理模式進行比較，以說明設計思維過程作為支持解決挑戰的框架，是設計推理模式實現創新的內核。

1. 從基本推理模式看形式邏輯

Dorst用一個簡單的公式“對象+方法=結果”來表示歸納和演繹兩種基本推理模式，并以太陽一天的運動軌跡為例解釋二者的差異。“對象”指在特定情境中需要關注的事物，即太陽;“方法”指基本的工作原則，即太陽一天運動的軌跡;“結果”指可以被觀察到的內容，即太陽在天上。在歸納邏輯中，對象（太陽）和結果（太陽某一刻的位置）是已知的，而方法（太陽一天運動的軌跡）是未知的，如若能夠提出假設來解釋觀察到結果的方法，則是創造性行為。在演繹邏輯中，對象和方法是已知的，可以通過對象和方法來推測結果（不同時刻太陽的位置）。因此，歸納得出的是一種假設、一項新發現，且該發現亦真亦假;而演繹得出的“真”可以驗證假設。基本推理模式的作用就在于對現象的預測和解釋。

2. 從設計推理模式看設計思維

設計并不是一種思維方式，而是不同的思維方式的混合，它包含相當嚴格的分析推理過程，以及通過該過程來檢驗設計制品的效果。設計推理模式的公式是“對象+方法=價值”，它與基本推理模式存在以下不同：第一，基本推理模式關注可通過肉眼觀察到的結果，而設計推理模式關注人心之所向的價值。第二，在設計推理模式中，通常只有要追求的價值是已知的，而對象（如服務、系統、產品）和方法（實現價值的工作原則）都是未知的，因此，需要借助溯因推理在不斷迭代的過程中確定這兩個未知數。設計師常因提出問題解決方案而備受稱贊，但真正促使創新發生的是對潛在需求的定義。開放的推斷式為設計提供了創新的可能，其核心挑戰是需要同時創建兩個未知參數，解決挑戰的唯一已知條件是價值。第三，設計推理模式中，解決以上挑戰的關鍵是“框架”。根據不同的價值需求，不同領域的研究者歸納了不同的設計思維過程作為框架來幫助完成“等式”，即明確對象和方法，再通過演繹驗證生成的對象與方法是否能達成目標價值。

（二）設計思維過程框架

本研究建構了設計思維過程框架，如圖1所示。從宏觀上看，設計思維是一個探索謎題的過程，關注溯因推理，在模糊的問題背景中通過整理逐漸聚焦清晰的因素，并得出問題的最優解;從中觀上看，該過程是尋找問題空間和解決空間的建構過程，包含兩個“發散—收斂”的循環，同時，該過程也可視為“啟發—構思—實施”的循環，關注迭代中對方案的優化;從微觀上看，該過程是對多元素的連接，關注在實踐中設計元素（移情、定義、設想、測試和原型）組合序列的動態生成。該框架是基于對不同的設計思維過程分析而構建的，下文將結合該分析過程，對設計思維過程框架展開更具體的描述。

1. 一個探索謎題的過程

馬丁將設計思維比喻為知識沙漏，認為它能夠將復雜的、涉及多因素的謎題通過分析梳理得到最佳的答案[16]。該沙漏包括以下三層：探索謎題層，指從一系列復雜的問題出發;得到啟示層，指簡化問題的復雜性，并用言語將其進行邏輯化描述，將謎題聚焦到一個清晰的方向;形成程式層，指生成解決該問題的基本框架和原則。設計思維之所以能夠為謎題尋找到最佳答案，是不同的推理模式尤其是溯因推理的存在[17]。演繹和歸納是兩種經典的基本推理邏輯，前者是解釋前提的推理，后者是擴展前提的推理[18];溯因則被認為是除二者之外的第三類推理，它始于事實的集合、終于最佳的解釋，通過連續追問來尋找問題的根源或潛在的需求以設計最佳解決方案。設計思維中的移情和迭代為設計者進入真實情境展開觀察與體驗，并借助于溯因為探索真實需求、設計創新方案提供了機會。

2. 兩個空間的建構過程

在設計推理模式中需要確定兩個未知參數，Lindberg等將其描述為“尋找問題空間”和“尋找解決空間”[19]。在尋找問題空間中，逼近問題本質的過程可描述為“多個設計者×多樣化案例=多方面的認識”，即不同的設計者參與收集多樣化案例或體驗多樣化場景，以及每個設計者對案例解讀的獨特視角促進了對問題的準確定義。在尋找解決空間中，通過頭腦風暴活動鼓勵設計者們提出天馬行空的想法，并在理想與現實的權衡中產生最佳解決方案，通過原型制作活動檢驗方案落地的可能性并促進方案的優化。這兩個空間分別包含一個“發散—聚斂”的循環。它們像兩個知識沙漏，沙漏中探索謎題是一個發散過程，它通過多角度促進創新的產生;從謎題到啟示是一個聚斂過程，它要求設計師做出最優的選擇。第一個沙漏定義了問題，第二個沙漏生成了問題解決方案。兩個沙漏的迭代使用有利于促進方案的優化。迭代的發生源自于真實用戶的反饋，設計者根據反饋重新定義或完善已經定義的問題和方案。

3. 三個階段的循環過程

Brown將設計思維視為一個循環迭代的系統，而非一個單純的開環過程[20]。他從商業視角描述設計思維過程包括以下階段：啟發階段，是創新的出發點，旨在尋找現實問題，聚焦于通過情境中的移情為挖掘與定義潛在需求提供靈感或機會;構思階段，旨在尋找解決方案，聚焦通過頭腦風暴等合作化活動，增加解決方案的數量與創意，并通過生成、發展和測試對方案進行迭代設計，以確定最佳方案;實施階段，旨在讓項目中的方案走進生活，聚焦應用路徑的開發。設計思維中想法的確定或新方向的發展是通過三個階段的循環迭代而實現的，在各階段內部也存在一個小的迭代循環（啟發—構思—實施），如圖1所示，循環的發生依賴于評價中所獲得的反饋。

4. 多個元素的連接過程

已有研究中存在由更多元素構成的設計思維過程，如圖2所示。不同的設計思維過程在元素組成上會因部分原因而體現出差異，例如，由于使用情境的特定性，設計思維的最后一個環節存在以下差異：瑞德福大學的過程[圖2（f）]用于解決教育問題，關注方案的實施與優化[21];麻省理工學院的過程[圖2（h）]適用于學校中的學習場景，關注反思與分享[22];SAP公司的過程[圖2（i）]用于商業領域，關注商品的價值[11]。此外，該差異也可能純粹體現在描述術語的不同，例如，HPI的過程[圖2（b）]與努埃瓦小學的過程[圖2（e）]中對第三個元素的描述不同，前者是觀點[23]，后者是綜合[24]，它們都強調通過綜合形成自己的觀點。事實上，這些設計思維過程的特征蘊含了以上的一個謎題探索、兩個空間建構、三個階段循環的思想，具體如下：

第一，設計思維過程的非線性或動態生成。一方面，貝爾提出的過程[圖2（d）]是以一種線性的方式來表征的[25]，與其不同，由斯坦福大學提出的經典設計思維過程[圖2（a）]包括五個相互獨立的設計要素[26]。另一方面，HPI的過程[圖2（b）]看似以線性的順序排列不同的設計要素，事實上是通過連接線為不同的元素之間建立關聯，體現設計思維的非線性。這與SAP公司的過程[圖2（i）]類似，設計要素之間通過線條連接來體現關聯性。但是，這些表征形式的不足在于設計思維過程的非線性特征體現得并不明顯。

第二，設計思維過程的“發散—聚斂”與迭代循環。努埃瓦小學的過程[圖2（e）]與HPI的過程[圖2（b）]的不同之處在于，前者除了通過圓環來強調每個元素在實踐過程中的內部迭代，以及元素與元素之間的連接與迭代，還關注到過程中的“發散—聚斂”。此外，IDEO公司的過程[圖2（c）]也關注到了“發散—聚斂”的特性[1]，而瑞德福大學的過程[圖2（f）]則關注到了元素自身的循環特性。

第三，以“圓環”的形式表征非線性與迭代性。大多數設計思維過程是以線性的視覺呈現方式，通過線條等形式體現設計思維過程的非線性，與其不同，麻省理工學院的過程[圖2（h）]和埃德曼提出的過程[圖2（g）]采用與布朗提出的過程相同的表征方式，即圓環，更直觀地詮釋了非線性和迭代性的特征。此外，麻省理工學院的過程[圖2（h）]尤其關注原型與測試之間的迭代以促進原型的完善，而埃德曼提出的過程[圖2（g）]不僅體現了元素自身的迭代，也體現了元素與元素之間的動態連接。

綜上所述，設計思維過程看似是按照幾個元素展開的、線性的靜態過程，但實際上它是一個非線性的、不斷迭代的動態過程。該過程既包括元素內部的動態循環，也包括元素間的動態生成。設計元素之間的相互跳躍、迭代循環，尤其發生在原型與測試之間，能夠促進原型的優化;還發生在設想與原型之間，能夠促進理想與現實的權衡。整個設計思維過程是動態循環的過程，在實踐中，這種變化不是固定的而是難以預設的，需要設計思維導師（教師）根據實際情況對設計者（學生）展開因地制宜的引導。

四、設計思維的教育價值

在教育變革中，靈活地應用以上設計思維過程框架，有利于幫助教師形成面向學習范式的教學設計力，促進教育教學的創新，幫助學生培養適應未來需要的終身學習力。

（一）設計思維與學生成長：適應未來需要的終身學習力

對于學生而言，以設計師的認知方式處理學習、工作與生活中的具體問題，能夠形成一種面向未來的終身學習力。它包含解決復雜問題的傾向、對現實問題的敏銳定義以及對問題解決過程的設計與實踐，以促進創造性解決方案的生成。設計傾向蘊含著學習者本人的基本價值觀，是對問題所存在的社會文化背景的理解，也是對美好生活的追求，這種傾向是學習者對解決問題的興趣與持久動力的來源;從問題的定義到解決是學習者對設計思維的過程與策略的靈活運用。學習者對設計思維的掌握，體現在面向設計思維的成長型心智模式（Growth Mindset）的發展上，包括以人為本、合作化、可視化、迭代化和元認知的心智模式[28]，其最終將導向創新自信力與創新能力的發展。然而，較少有研究者關注對這些心智模式發展的評價。如若我們能夠評價面向設計思維的心智模式，就能夠幫助學生更好地像設計師那樣思考問題，為其迎接未來學校、職業和生活中所要面臨的困難處境和復雜問題作好準備。

（二）設計思維與教學變革：實現創新教學的方法論體系

教育領域一直倡導通過創新教學法促進創新型人才的培養。借助于設計思維變革教學，秉承以學為中心的理念，讓學習者到真實的生活場景中探索現實需求，通過團隊合作提出滿足需求的創新方案，并通過原型制作來檢驗方案的有效性。該過程有利于促進建構主義方法的深入應用[24]，幫助學習者從知識建構走向知識創新。d.school成立的“K12實驗室”和“教育與設計研究實驗室”將設計思維作為基礎教育中的新型學習模式，旨在從中小學階段就開始關注學生的創新能力培養。

設計思維變革下的教學以項目為載體，將創新（即促進創新生成的設計思維過程）作為學習過程。然而，項目化學習對于現行教育體制下的教學是一個挑戰，它需要耗費師生大量的精力。解決該挑戰的一個有效路徑是提供設計思維與學科教學融合的項目，而不僅僅是將設計思維應用于獨立于課程標準體系之外的專門課程。從長遠來看，未來教育將逐步從單學科走向跨學科，因此，設計思維與以STEM（Science，Technology，Engineering and Mathematics）為代表的跨學科教學的融合將成為未來的應用趨勢。在實踐中，設計思維已經被嘗試用于支持創客教育和STEM教育的教學法創新[29]。例如，斯坦福大學開發的“點燃！綜合設計思維與 STEM 課程”要求學生為發展中國家和學生自己所在的社區重新設計能源獲取方案[30]。該課程具有以下特征：以設計挑戰項目為載體，基于真實的主題展開，學習者就身處于學習環境之中;以學為中心，學習者主導設計過程與學習過程;通過師生、生生等多方合作來尋找設計能源獲取方案的創意，并建構與“能源”相關的知識;以“能源”為主題重構跨學科知識，建立了知識之間的關聯性;借助于互聯網等技術支持移情、原型等學習活動的開展;盡管每個小組的學習過程都包含了設計思維的五個設計元素，但是每個小組所經歷的設計思維過程不同，因為這些元素是在實踐中動態連接構成的;等等。

（三）設計思維與教師發展：面向學習范式的教學設計力

教學設計力依賴于設計者對課程標準、學習者特征、現有的學習環境與資源的精確分析，關注如何通過組合各個教學要素來設計有效的教學活動，從而解決教學問題，實現學習者面向未來的終身學習力的發展。它是教師在履行崗位責任的過程中所表現出來的影響學習效果強度的重要參數。如今師生身處復雜的學習空間之中，教師需要為變革而設計：一方面，面對未來技術的驅動、真實的互聯世界，出現了多樣態的學習形式，要提升學習的品質，離不開教師精細化的設計[31];另一方面，新時代對學生的發展提出了新的要求，學生需要培養核心素養以應對未來工作與生活的挑戰，從知能到素養的轉變需要借助于多樣化的學習活動參與來實現，這也離不開教師精細化的設計。設計思維能夠幫助教師建立技術知識、教學法知識與內容知識之間的聯系，平衡課程需求和學生需求的關系。教師對設計思維的掌握，有利于他們以設計師的認知方式來創造性地處理教學問題，形成一種適應學習范式的教學設計力，并最終通過設計與組織學習活動的具體行為來表征。

研究者們已經開始探索幫助教師借助設計思維設計面向素養培養、面向21世紀的創新教學活動[32-33]。有研究在探索設計思維與學科教學結合的過程中發現，由于學科教師對設計思維的不熟悉，設計思維導師對學科知識的不熟悉，導致他們設計的學習項目中學科知識和設計思維二者相互分離，沒有得到很好的融合[23]。只有當一個教師既熟悉設計思維，又熟悉學科知識時，才更易于設計出高質量的設計思維與學科融合的項目。因此，為幫助教師利用設計思維培養面向學習范式的教學設計力，需要開展面向學科教師的設計思維培訓。在培訓中，不僅需要向教師介紹設計思維的過程與方法，更需要圍繞設計思維如何應用于學科教學展開具體案例的設計、研討、實施等探究活動，幫助教師在培訓中生成并完善設計思維促進具體學科教學的教學設計方案。

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