設計思維視角下的跨學科項目化教學路徑探尋
——以“智能燈設計”為例

夏熙瑞 江蘇省宜興市實驗小學

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）以真實問題或項目驅動為基本途徑，強調利用信息科技解決真實場景問題。新課標中的學習內容由“內容模塊”和“跨學科主題”兩部分組成，與以往開設的義務教育信息技術課程相比，新課標在內容方面實現了由“技術”導向向“素養”導向的轉變。設計思維作為一套支持學習者創新思考和問題解決的方法論，是工程設計、社會科學和藝術科學的有機融合。[1]設計思維應用過程中涉及的跨學科、同理心、真實情境下的問題解決、創新思維的培養與信息科技新課標所強調的學科整合、真實場景中的問題解決、創新創造力的培養等理念不謀而合。因此，筆者將設計思維引入跨學科的項目化教學過程，探究如何運用設計思維優化項目教學，并以“智能燈設計”為例進行案例設計。

●設計思維對跨學科項目化教學的作用和意義

1.設計思維是核心素養培養的“助推劑”

設計思維對核心素養四個方面的培養具有隱性和顯性價值。隱性價值體現在通過設計過程引導學生創造，通過設計作品推動核心素養的培養。顯性價值則體現在可以通過呈現的成果作品體現素養的達成度。而學生利用設計思維設計作品的過程，既需要對信息進行搜集、判斷、整理，也需要動腦、動手運用各種設備、資源，創造性地解決問題，直到最終完成作品，這一過程體現了設計思維對核心素養培養的助推作用。

2.設計思維是跨學科融合教學的“粘合劑”

新課標強調跨學科融合，跨學科融合教學是以某一學科(要學習的學科)為主導，通過融合其他學科知識，有效地解決問題，更好地達成教學目標。[2]如果把學科知識比作碎片，設計思維就像“粘合劑”，通過創意設計將這些原本獨立的多門學科的知識碎片進行粘合，便可以形成一種可以創造的力量，作用于作品的實現和問題的解決。

3.設計思維是項目化學習的“催化劑”

設計思維作為一種有效的問題創新解決方法，能夠從思維方法層面教會學生換位思考、創意構思、原型迭代等技能，使創新設計變得簡單、透明。設計思維還能改變學生參與項目的態度，設計讓項目學習變得更多樣、有趣，學生有了發表自己設計想法的空間，每個人也可以發揮自己的特長為作品的設計做貢獻，因此參與的積極性也就提高了。此外，在項目的創新設計過程中，學生利用設計思維，像設計師一樣去思考，創造力大大提升。設計思維的這些作用，就像“催化劑”一樣，不僅可以優化項目實施過程，還可以提高項目質量。

●基于設計思維優化項目化教學的路徑探尋

斯坦福大學推出的EDIPT模型是目前全球教育領域應用最廣泛的設計思維模型。該模型包含五個階段：同理心、定義問題、構思、原型制作、測試。項目化教學法的一般過程包括六個步驟：情境導入，明確任務——搜集資料，制訂方案——自主協作，具體實施——點撥引導，過程檢查——展示成果，修正完善——評估檢測，拓展升華。本研究嘗試結合項目教學法和EDIPT設計思維模式，對項目教學的步驟進行優化設計，希望同時發揮兩者的優勢，為學生提供更多“進行設計創新”的機會。優化后的教學環節如下圖所示。

●基于設計思維的跨學科項目教學案例設計

1.項目背景

新課標要求5～6年級學生要完成“小型開關系統”這一跨學科主題活動。生活中開關控制的裝置有很多，最常見的就是開關控制燈具。隨著科技的發展和時代的進步，燈的功能和外觀也發生了變化，這都源于人們對燈的審美和需求的進一步追求。現在的燈具不只是照明，更具有裝飾功能，而且還變得更加智能。“智能燈設計”項目可以讓學生利用簡單的開源硬件，綜合運用信息、數學、美術、科學等知識，進行個性化編程設計，從中了解智能燈的過程與控制，并通過迭代，感受作品的設計過程，培養學生的核心素養。

2.活動目標

跨學科項目化教學的項目目標包括知識目標和素養目標。知識目標定位于學生將知道、將理解，指向學科知識；素養目標定位于學生將掌握、將設計和學生將成為，指向關鍵能力、學科素養、跨學科素養等。[3]

學生在教師的引導下通過自主、合作探究，達成以下目標。

知道：人類照明燈具進化史、智能燈的作用和優勢。

理解：主控板和常見的傳感器、各個傳感器的作用原理。

掌握：會分析，會設計，綜合運用信息科技、數學、科學、美術等多學科知識，創意設計智能燈的功能和造型，并對作品進行調試、完善、迭代。

3.實施過程

（1）創設情境，共情定義

這一環節對應設計思維EDIPT模型中的同理心和定義問題兩個階段。項目化教學和設計思維都強調要從真實問題引入，通過創設問題情境，讓學生通過觀察情境，發現問題、定義問題。同時，還要“以人為本”，讓學生站在目標對象的角度去體驗和思考問題，為定義和解決問題奠定基礎。

教師首先從“地球一小時，推動電源管理，減少能源消耗”這一情境入手，通過視頻和場景圖片讓學生了解智能技術如何與現代新光源設備及各種照明節能技術有效結合，進而感受信息科技帶來的嶄新的照明文化。然后讓學生組成學習小組，從應用場景出發，將自己想象成該場景下的用戶，通過“身臨其境”思考該場景下如何改良和設計燈具。燈具在生活中普遍存在，應用場景也比較廣泛，如果只局限于一個場景，難免會限制學生的創造力，所以在設計該項目時，為了激發學生的創造力，不要局限于特定場景，可以讓小組討論決定選擇的場景，去發現問題并提出解決方案，培養學生的自主創新及合作精神。

（2）搜集資料，創意設計

該環節對應設計思維EDIPT模型中的構思階段，是培養學生創新能力的重要環節。此環節要給學生提供設計的有效指導和需要的材料（如計算機、筆、紙等），教師可以通過頭腦風暴、九宮格法、思維導圖等多種方法，激發學生的靈感，促使創意的誕生。

智能燈的設計需要考慮場景、用戶群體等因素，場景不同、針對的用戶群體不同，設計需求也會有所不同，所以在這一環節需要對學生的設計思路進行啟發。教師可以為學生搜集資料，學生也可以自己上網搜集資料，為設計提供支持。設計時教師和學生一起理清需要考慮的角度，如理念、場景、用戶群、外觀等，并通過頭腦風暴的方法，讓學生獲得設計靈感，再利用思維導圖構思智能燈的外觀和功能，最后，在小組討論確定方案后，設計草圖。

（3）協作探究，項目制作

此環節對應設計思維EDIPT模型中的原型階段，注重學生動手能力和實踐能力的培養。在本環節，學生根據上一環節的創意設計，選擇合適的工具和材料，綜合運用多種學科知識，將創意變成現實。此環節的活動要體現學生的主體地位，讓學生做項目活動的主人，主動探究。在項目完成過程中，教師還要努力營造合作學習的環境，鼓勵所有學生主動參與到小組討論中并和同伴合作。此外，除了給學生提供必要的資料、工具和材料，還需根據學生在制作過程中遇到的問題，給予相應的點撥引導。如果是跨學科問題，則組織跨學科團隊，提供輔導和支持，如果學生遇到共同問題則共同解決，個別問題則單獨指導，讓學生不斷克服困難，修改設計，使他們的高階思維保持活躍。

在智能燈設計中，這一環節涉及燈的物理設計與編程、外觀設計。教師要對學生會遇到的共性問題進行整理，并與學生共同解決，對于主控板的連接、LED燈、按鈕、聲音傳感器、光敏傳感器、超聲波傳感器、紅外遙控器、紅外避障傳感器等硬件方面的問題，教師需要講解，并提供可反復學習的資源，以便學生在需要的時候自主學習、解決問題。在編程方面，教師要引導學生采用自然語言或流程圖來描述控制算法，并根據反饋結果，調整算法。燈的外觀設計則需要科學、數學和美術教師的幫助，設計的角度可以從材料的選取、結構的優化、環保理念等方面進行指導。這一階段，學生會運用到信息、數學、美術、科學等多個學科知識，這已經超出了單學科教師的能力范圍，所以在開展活動時，可以組織一個跨學科團隊，由各個學科的教師參與合作，共同為學生提供知識支持和指導。

（4）展示評價，成果分享

此環節對應設計思維EDIPT模型中的測試階段。設計思維EDIPT模型中的測試階段指的是把制作的原型給用戶使用，獲得反饋信息，以便進一步改進。此環節主要是教師組織學生進行成果的分享和評價。評價應采用多元評價，評價時要營造開放、寬松的評價氛圍，努力實踐過程評價與結果評價雙向并重，評價主體、評價方式、評價內容多元。通過評價讓項目的設計者能獲得及時有效的反饋。此外，根據設計思維EDIPT模型的理念，教師還可以引導學生利用課后的時間，盡可能把成果分享給真實用戶，從而獲得更加真實的反饋。

（5）迭代優化，拓展升華

學生得到反饋后要對項目作品進行再加工。在這一環節，各個小組對展示評價階段收集的意見進行整理思考，對自己小組的智能燈作品再次進行迭代優化，讓設計更實用、更人性化。

●結束語

新課標提出的跨學科主題項目，無論是對教師的教、學生的學，還是對教師的個人素養和學生的綜合素養都極具挑戰性。如何讓學生在項目學習中既學到多學科知識，又能夠采用新穎的視角思考分析問題，設計和創作具有個性化的作品，設計思維為其提供了全新的視角。