面向設計思維的中小學創客教學活動設計研究

仝春燕

摘要：創客教育是教育變革的重要支點，但在目前的中小學創客教育中，很多教師仍采用舊的教學范式，在組織學生換位思考、引導學生創意構思和指導學生建模迭代時缺少科學有效的方法和途徑。面對這樣的現狀，作者在推動區域中小學創客教育的教學實踐中，嘗試將設計思維成熟的思想和方法體系應用于教學活動中，構建了面向設計思維的中小學創客教學設計框架，并結合實踐案例進行應用闡述，以期為創客教育提供可參考的創新路徑。

關鍵詞：設計思維;創客教育;教學活動設計

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）08-0078-03

● 創客教育亟須實踐模式創新

創客教育強調在創新造物的過程中培養學生的解決問題能力、創新能力和協作能力，促進學生成為具有創客理念和創客能力的學習者。但目前國內的創客教育，在具體實施路徑和方法等方面的教學實踐和研究還不夠深入，教學中“不遵循教育規律，缺乏科學的教學設計”“教師仍采用原有的教學范式，學生作品機械模仿”等現象時常出現，從而導致創新能力的培養流于形式。因此，亟須探索一種適用于創客教育的實踐創新模式。

● 設計思維在創客教育中的“使能”作用

設計思維（Design Thinking）的核心理念是“以人為中心的設計”，其被廣泛應用于商業設計、產品設計和教育等領域。“使能”教學是指通過幫助學生在思維活動中獲得相應的認知加工路徑，從而完成深度思考或設計創造作品等復雜的任務。但很多中小學教師不熟悉“使能”教學，在創客活動中不能為學生的各種思維過程提供支持工具，學生的思維很難得到高質量的培養，更談不上創新能力的提升。

設計思維和創客教育都提倡以學生發展為中心，在真實的問題情境下開展小組合作和探究，關注用戶體驗，以解決問題為驅動力，在完成作品創作的過程中培養學生創新意識、創新思維和創新能力。因此，筆者認為將設計思維“使能”于創客教育中，能夠有效培養學生的創新能力、問題解決能力等綜合能力。

● 面向設計思維的中小學創客實踐

1.運用設計思維優化創客教學設計流程

筆者依據設計思維的思想、工具和方法體系，提出面向設計思維的創客教學活動設計框架。活動流程包括探索、定義、構想、創造、分享五個環節，活動采用項目學習的方式實施，具體如下圖所示。

教學活動框架的內核是設計思維，外沿是項目學習的基本要素，五個環節分別是：①探索。學生置身于教師創造的問題情境中，通過用戶訪談、觀察等方法調查并了解需要解決的問題，完成換位思考。②定義。教師提供相關資源，學生用研討、面談等方式分析總結要解決的有價值且可行的關鍵問題，初步設計出解決方案。③構想。小組成員通過頭腦風暴、繪制思維導圖等途徑提出想法，教師指導學生梳理想法，在充分討論、分析后形成詳細的問題解決方案。④創造。小組成員借助各種原型工具將解決方案進行原型制作，在制作過程中多次迭代、調整至最優的解決方案。⑤分享。通過用戶測試、評估和分享等對原型進行測試，得到修改建議。

在面向設計思維的創客教學設計和創客活動中，教師指導學生進行換位思考，引導學生從實際的問題或需求出發，針對問題（或需求）進行系列調查和探究，準備相關的知識與技術，然后商討和選擇解決方案并設計出作品原型（或初步方案）。將原型可視化之后通過用戶測試、收集反饋，對方案進行可行性和實用性的評估，找出存在的問題并反復迭代和完善。整個過程多次循環和迭代，直至達到滿意的解決方案。

2.面向設計思維的中小學創客實踐

（1）面向設計思維的開源硬件創客項目

開源硬件具有開放性、靈活性和成本相對低廉等特點，在基于開源硬件的創客教學中，運用設計思維實施開放式的學習和創作項目，可以更好地激發學生的想象力和創造力。

例如，筆者所在區某小學運用設計思維借助開源硬件開展“紅外計數器”創客項目。該創客項目要求使用紅外計數器設計一個作品，解決生活中的小問題。學生從生活出發，了解廣場停車場入口的計數裝置和圖書館門口大屏上的人數統計，體驗紅外計數器的使用。教師組織學生以小組為單位進行頭腦風暴并以草圖的形式將創意表達出來，同時利用紅外避障、主控板、數碼管等器材完成硬件搭建，并完成代碼編寫，實現初步計數功能。在交流分享環節，各小組請其他組的成員作為用戶進行體驗，并根據建議進行完善和修改。

在創客實踐中，教師立足設計思維，讓學生做設計師，并置身于設計團隊（小組）中，完成從生活需求出發提出想法、設計草圖、團隊協作和交流分享四個環節，在完成作品創造的同時解決最初的需求。

（2）面向設計思維的圖像化編程項目

運用設計思維進行圖像化編程軟件的教學，通過項目開發的形式進行創客實踐，既增強了項目的開源性，也有利于培養學生的創新思維和計算思維，有效提高創新能力。

例如，筆者所在區某初中開展的基于融通理念的圖形化編程創客教學，設置了“故事篇”“游戲篇”“科學篇”等不同主題。“科學篇”是指將生物、地理、數學、物理、天文等學科融通，通過圖形化編程制作動畫模擬植物的光合作用、模擬燃燒時火焰粒子的運動等。“探秘黑洞”是“科學篇”中的創客項目之一，其教學活動流程為：①探索。教師提出項目背景，學生分析探秘黑洞的問題情境，完成初步信息化表達。②定義。學生觀看有關“黑洞”的視頻等資料，通過剖析黑洞周邊物質的高速運動現象等關鍵問題找出圖形化編程的切入點。③構想。學生通過頭腦風暴、借助思維導圖進行項目規劃，完成劇本設計、角色設計和腳本設計。④創造。通過克隆、隨機等核心組件完成動畫模擬模型，測試動畫效果后分析存在的問題，反復調試修改完善。⑤分享。小組間交流測試“探秘黑洞”成品，并根據反饋意見或作品評價表進行修改。

教師在教學活動中為學生提供微視頻、學習幫助手冊、活動任務單等工具和資源，學生在創客項目實踐中反復經歷“嘗試新想法—評估目標—調整和完善”過程，最終完成項目開發。這樣既讓學生理解和掌握了程序設計的基本思想，又從問題解決層面增強了學生動手實踐的能力。

（3）面向設計思維的創客校本課程

創客校本課程是中小學創客教育校本化的成果體現。例如，筆者所在區某小學圍繞校本文化“水科技就在身邊”，實踐了“智能親情水杯”“水位警報器”“電動小水車”等創客項目，通過積累形成了面向設計思維的創客課程，課程涵蓋3D打印、開源硬件和圖形化編程等內容。課程中，“節約用水·智能澆花器”項目具體活動設計為：

探索（問題/項目）：了解節約用水的項目需求，分析如何既節約家庭用水又方便澆花。

定義（使能/工具）：在學習相關的知識后（濕度傳感器、水泵等）思考，如何檢測土壤濕度？怎樣把魚缸里的水引到花盆里？小組討論設計初步方案。

構想（設計/方案）：研究水泵實際應用案例，小組通過頭腦風暴提出并選擇解決方案，設計智能澆花器的作品原型（或初步方案），功能為能實時監測土壤濕度，當土壤缺水時，可自動啟動水泵抽取魚缸里的水澆花;當土壤水分充足時，可自動關閉水泵。

創造（原型/作品）：各小組畫出澆花器原型，利用3D建模軟件設計外觀;確定智能澆花器主要由土壤濕度傳感器和潛水泵控制回路組成，動手連接并編寫智能澆花器程序。

分享（評價）：小組成員在家中試用后進行交流反饋，并做外觀和功能的修改和完善。

在創客教學活動設計中，教師立足設計思維，設置了“我將學會”“構思設計方案”“動手實驗”“探究小屋”“設計師的成長”等環節，每個環節都有教師的“資源支持”。尤其是在“設計師的成長”環節，教師指導學生進行創新改進，促使學生充分利用軟硬件等資源進行再思考，從而培養學生利用設計思維解決生活中問題的能力。

● 總結與展望

在區域中小學創客教育實踐中，筆者所在區域教育部門將設計思維和創客教育緊密結合，注重創客教學活動的優化設計。筆者發現，在創客教學活動中開展多維度評價有利于學生創新能力的有效提升。因此，教師不僅要關注學生對學科知識的掌握情況和最終的學習結果，更要關注學生在創客活動中的思維變化和探究表現。

雖然目前創客項目及課程的開展已取得了一定的成績，但還面臨不少問題，如如何讓更多的創客教師更早地接觸并學習設計思維？如何讓學生在創客活動各環節中潛移默化地使用設計思維、如何借助創客空間資源和新技術更好地運用設計思維等，都是在面向設計思維的中小學創客教學活動實踐中需要深入思考的問題。后續，筆者所在區域教育部門將充分利用區域內高校及創新企業的資源，邀請不同領域的專家對創客教師進行設計思維的專題培訓，其中包括設計思維的內涵、應用案例和思維工具的使用等內容;多學科開展基于設計思維的專題研訓活動，實現跨學科的合作和實踐研究，通過使用面向設計思維的中小學創客教學設計框架開發新的創客課程，為培養學生的創新思維和提高學生的創新能力提供更有效的資源和支撐。

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