基于設(shè)計(jì)思維的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

【摘 要】文章提出了基于設(shè)計(jì)思維的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)流程：引發(fā)共情，定義問題；集思廣義，構(gòu)思方案；分工協(xié)作，制作原型；測(cè)試評(píng)估，迭代演進(jìn)。以“智能臺(tái)燈系統(tǒng)”為例，依據(jù)該流程進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，并闡述了同理心地圖、SCAMPER法、KANO模型、技術(shù)圖樣繪制、世界咖啡法等設(shè)計(jì)思維工具與方法在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì)思維；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)；信息技術(shù)；通用技術(shù)

【中圖分類號(hào)】G632.3? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）09-058-03

引? 言

自普通高中新課程實(shí)施以來，信息技術(shù)學(xué)科與通用技術(shù)學(xué)科的融合教學(xué)變得愈發(fā)必要，尤其是基于大概念開展整合性教學(xué)，更是成為技術(shù)課程擺脫當(dāng)前困境的一種可能[1]。另外，技術(shù)教育從關(guān)注技術(shù)訓(xùn)練和技術(shù)素養(yǎng)培養(yǎng)，已經(jīng)逐漸發(fā)展為關(guān)注以技術(shù)應(yīng)用和工程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的學(xué)科融合，旨在通過動(dòng)手實(shí)踐、促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問題，以培養(yǎng)其創(chuàng)新能力[2]。基于設(shè)計(jì)思維的理念開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，成為一種切實(shí)可行的路徑。故此，本研究嘗試在信息技術(shù)學(xué)科與通用技術(shù)學(xué)科的融合教學(xué)中，運(yùn)用設(shè)計(jì)思維相關(guān)工具設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)，開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，以期能夠?yàn)橐痪€教師在技術(shù)課堂中開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)提供一種思路。

基于設(shè)計(jì)思維理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)流程設(shè)計(jì)

基于設(shè)計(jì)思維理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)，是將設(shè)計(jì)思維相關(guān)模型應(yīng)用于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，以指導(dǎo)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)的實(shí)施。傳統(tǒng)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)施過程一般包括選定項(xiàng)目、制訂計(jì)劃、活動(dòng)探究、作品制作、成果交流和活動(dòng)評(píng)價(jià)六個(gè)階段[3]。目前，全球教育領(lǐng)域使用最廣泛的設(shè)計(jì)思維模型是斯坦福大學(xué)d.school設(shè)計(jì)的包含共情（Empathize）、定義（Define）、構(gòu)思（Ideate）、原型（Prototype）和測(cè)試（Test）五個(gè)階段的EDIPT模型[4]。筆者結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將上述二者的相關(guān)階段整合與重構(gòu)，以學(xué)生為學(xué)習(xí)活動(dòng)的主體，提出基于設(shè)計(jì)思維理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)流程（圖1）。該流程具有線性且迭代的特點(diǎn)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的高階思維和創(chuàng)新能力。

1.引發(fā)共情，定義問題

學(xué)生通過觀察、體驗(yàn)、訪談等方式開展調(diào)查研究，分析面向真實(shí)世界的主題情境，引發(fā)共情，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中的真問題（發(fā)現(xiàn)問題）；同時(shí)，分析調(diào)查研究的信息，了解問題產(chǎn)生的原因，理解需要解決的問題和需求，以及解決問題受到的限制，從而定義問題，確定項(xiàng)目（解釋問題）。此環(huán)節(jié)可使用的設(shè)計(jì)思維工具與方法有觀察法、詢問訪談法、問卷調(diào)查法、頭腦風(fēng)暴法、同理心地圖、情境故事法等。

2.集思廣義，構(gòu)思方案

學(xué)生在理解問題之后，通過團(tuán)隊(duì)合作，借助相關(guān)的構(gòu)思方法，根據(jù)設(shè)計(jì)的一般原則，經(jīng)歷分析、構(gòu)思、比較、權(quán)衡、優(yōu)化等過程，充分展示與培養(yǎng)批判性想象、創(chuàng)造性思考等高階思維能力，生成各種想法，確定并呈現(xiàn)出解決問題的最佳方案。此環(huán)節(jié)可使用的設(shè)計(jì)思維工具與方法有頭腦風(fēng)暴法、SCAMPER法、九宮格法、KJ法（A型圖解法）、世界咖啡法、KANO模型、草圖繪制、用戶畫像、用戶旅程地圖等。

3.分工協(xié)作，制作原型

學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)方案，選取合適的材料，設(shè)定恰當(dāng)?shù)墓に嚇?biāo)準(zhǔn)，確定好小組成員的分工協(xié)作方式，將創(chuàng)新的想法生成制品、變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，最終制品可以是原型，也可以是模型。在制作過程中，可能還會(huì)發(fā)現(xiàn)新的問題，要返回上一環(huán)節(jié)重新修改設(shè)計(jì)方案。此環(huán)節(jié)可使用的設(shè)計(jì)思維工具與方法有技術(shù)圖樣繪制（如草圖、三視圖、機(jī)械加工圖、電子電路圖等）、故事畫板、快速原型設(shè)計(jì)單、紙質(zhì)模型、激光切割、3D打印等。

4.測(cè)試評(píng)估，迭代演進(jìn)

學(xué)生對(duì)完成的制品進(jìn)行測(cè)試，檢驗(yàn)在操作、使用過程中，其物理結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能等方面能否達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)要求；在測(cè)試的基礎(chǔ)上，還要對(duì)設(shè)計(jì)方案和制品進(jìn)行較為全面的評(píng)估，分析存在的問題；針對(duì)評(píng)估結(jié)果，返回前面對(duì)應(yīng)環(huán)節(jié)，不斷迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以培育精益求精的工匠精神。此環(huán)節(jié)可使用的設(shè)計(jì)思維工具與方法有觀察法、詢問訪談法、問卷調(diào)查法、世界咖啡法、情境故事法等。

基于設(shè)計(jì)思維理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)實(shí)踐

1.項(xiàng)目概述

“智能臺(tái)燈系統(tǒng)”是筆者開展信息技術(shù)與通用技術(shù)融合教學(xué)研究的重點(diǎn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目要求學(xué)生使用行空板、傳感器和LED等開源硬件作為電子電路部分，使用木板或者3D打印結(jié)構(gòu)作為物理結(jié)構(gòu)部分，制作具有物聯(lián)網(wǎng)或者人工智能特征的智能臺(tái)燈。結(jié)合信息技術(shù)與通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容要求，制定了“智能臺(tái)燈系統(tǒng)”的項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)，如表1所示。

2.項(xiàng)目實(shí)施

“智能臺(tái)燈系統(tǒng)”面向高二學(xué)生，多數(shù)學(xué)生通過選擇性必修的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備了開源硬件、3D打印等基礎(chǔ)知識(shí)。該項(xiàng)目設(shè)置為5-7課時(shí)，實(shí)施過程中，4名學(xué)生組成一個(gè)小組開展合作與探究；教師作用為項(xiàng)目進(jìn)度把控、關(guān)鍵技術(shù)指導(dǎo)、課堂活動(dòng)組織等，扮演主持人、技術(shù)員等角色。

（1）引發(fā)共情，定義問題

該環(huán)節(jié)設(shè)置為1課時(shí)。教師展示某學(xué)生宿舍中的情境：一位學(xué)生在昏暗的臺(tái)燈下讀書，眼睛離書本很近，彎腰駝背，極不自然。學(xué)生使用同理心地圖，從情境中提取問題，如看到什么、聽到什么、想到什么、怎么做等。課堂實(shí)踐中，幾乎所有小組都能夠聯(lián)想到重新設(shè)計(jì)一個(gè)臺(tái)燈，并且羅列出設(shè)計(jì)要求：滿足閱讀的照度不低于300Lux，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，功能合理，方便宜人，易于制作，成本適當(dāng)，體現(xiàn)一定的智能性等。最后，教師補(bǔ)充臺(tái)燈的結(jié)構(gòu)：燈泡、支撐架、燈罩、開關(guān)、底座，以及其他可能用到的傳感與控制設(shè)備。

（2）集思廣義，構(gòu)思方案

該環(huán)節(jié)設(shè)置為1-2課時(shí)。學(xué)生小組內(nèi)使用SCAMPER法開展頭腦風(fēng)暴活動(dòng)，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，從人（用戶生理特點(diǎn)、心理特點(diǎn)等）、物（臺(tái)燈的造型、功能、材料等）、環(huán)境（環(huán)境保護(hù)、環(huán)境適應(yīng)性等）等方面構(gòu)思臺(tái)燈的設(shè)計(jì)方案，填寫SCAMPER表格，如表2所示，形成幾個(gè)不同的方案。小組成員對(duì)幾個(gè)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，填寫KANO模型評(píng)價(jià)表格，進(jìn)行方案評(píng)估。學(xué)生在比較、權(quán)衡不同方案之后，確定最佳方案。如果時(shí)間充足，可以結(jié)合世界咖啡法，在全班范圍內(nèi)開展討論研究，以使方案更具普適性。

（3）分工協(xié)作，制作原型

該環(huán)節(jié)設(shè)置為2-3課時(shí)。學(xué)生根據(jù)最佳方案的設(shè)計(jì)，畫出草圖，組內(nèi)分工，制作作品原型。部分學(xué)生的作品如圖2所示。如下分工形式可供參考：兩人負(fù)責(zé)物理結(jié)構(gòu)的制作，畫出機(jī)械加工圖，如使用激光切割機(jī)和木板材料，使用3D打印機(jī)和PLA材料等數(shù)字化加工設(shè)備進(jìn)行制作，也可以采用傳統(tǒng)木工加工工藝進(jìn)行畫線、鋸割、刨削、鑿銼、鉆孔等操作；兩人負(fù)責(zé)電路部分的制作，畫出電子電路圖，其中一人負(fù)責(zé)焊接LED燈頭板，并將行空板、傳感器、升壓電路、開關(guān)、電池盒等部件連接在一起，另一人負(fù)責(zé)編寫Python程序，使整個(gè)電路系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

（4）測(cè)試評(píng)估，迭代演進(jìn)

該環(huán)節(jié)設(shè)置為1課時(shí)。首先，學(xué)生在小組內(nèi)對(duì)作品進(jìn)行自評(píng)，評(píng)價(jià)時(shí)需要依據(jù)設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)的一般原則等。然后，使用世界咖啡法，學(xué)生在開源分享和共同學(xué)習(xí)的創(chuàng)客精神下，按照如下步驟進(jìn)行組間的交流與評(píng)價(jià)：①組長(zhǎng)留守本組，組員依次輪換至其他小組；②組長(zhǎng)向其他小組成員演示本組的“智能臺(tái)燈系統(tǒng)”，并做相關(guān)介紹，每個(gè)組員對(duì)該作品提出一個(gè)優(yōu)點(diǎn)和一個(gè)缺點(diǎn)；③回到原位，組員依次描述自己的收獲，組長(zhǎng)認(rèn)真聽取；④整合其他小組的經(jīng)驗(yàn)和建議，對(duì)本組作品進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

注：本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“江蘇省高中STEM教育基地實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：C-a/2018/02/19）、江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“基于計(jì)算思維的高中生設(shè)計(jì)與智造項(xiàng)目化實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：D/2020/02/283）、無錫市教育學(xué)會(huì)“十四五”教育科研課題“初高中人工智能教學(xué)銜接研究”（課題編號(hào)：XH2022307）的階段性研究成果

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作者單位：江蘇無錫市第一中學(xué)

編? ?輯：王曉波