基于設計思維的中小學人工智能課程教學與實踐研究

榮榮

摘要：本文將設計思維與科技創新項目結合，嘗試構建基于設計思維的人工智能課程教學模式，并以“中小學科技創新項目”為例進行了實踐，旨在培養學生的創造性思維和實踐能力。結果表明，基于設計思維的課程教學模式能夠激發學生的創造性思維和實踐能力，提高學生的學習興趣。

關鍵詞：設計思維；EDIPT；教學模式；科技創新項目

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）01-0064-03

設計思維是一種注重用戶體驗和解決問題的思維方式，它強調創造性思維、實踐性和團隊協作。基于設計思維的課程教學模式可以培養學生的創造性思維和實踐能力，增強他們的自主學習和合作能力，從而提高人工智能課程的教學效率。因此，筆者嘗試將設計思維的EDIPT模型融入中小學科技創新項目教學，以期為中小學開展人工智能教學提供有效路徑。

基于設計思維的人工智能教學意義

目前，設計思維經典實施流程廣泛采用斯坦福大學設計學院開發的EDIPT模型，此模型包含五個階段的設計思維過程：共情（empathize）、定義（define）、創想（ideate）、原型化（prototype）、測試（test）。設計思維作為一種注重實踐和創造性思維的思維方式，也被廣泛應用于中小學教育中。因此，在實施人工智能教學時，教師也可以結合EDIPT設計思維模式，為教學提供切實可行的實踐模式。在教學過程中，教師要注重真實情境的共情，積極鼓勵學生進行小組合作、頭腦風暴等，以激發思維碰撞和創造性思維發展，使學生思維清晰，明白自己需要做什么、如何開始做等問題，從而提高學習效率。

基于設計思維的人工智能教學模式設計

1.基于EDIPT的人工智能教學模式（如下頁圖1）

設計思維的應用能夠激發學生的創造力和創新能力，使他們能夠更全面地思考和解決問題。為了確定科技創新項目，教師可以引導學生在專業學術平臺的幫助下，探索、分析并選擇自己感興趣的研究內容。在項目構建過程中，教師要綜合學生的知識儲備、課程標準和核心素養培養目標，積極構建與真實世界相關的科創項目主題。同時，通過應用設計思維模式（Design Thinking），學生能夠突破思維上的限制，激發創意的產生。在態度上，應該引導學生帶著同理心，換位思考，去感受受眾對作品的想法與需求。而在行動上，則鼓勵學生大膽運用不同的方案，勇于嘗試解決問題。這樣的教學方法有助于培養學生的創造力，并使他們在實踐中靈活應用所學知識解決實際問題。

2.基于EDIPT的人工智能教學——中小學科技創新項目案例實施

在科創項目實施環節，筆者采用EDIPT模型開展人工智能科創教學，下面，以“智能稱重秤”科創項目為例進行闡述（如右下表）。

（1）共情——創設情境，換位思考

課前，學生查閱資料，了解微型秤的功能，并記錄自己的想法。

教師提出問題：針對目前市面上的微型秤缺點，如何改進微型稱的功能？從而促進學生共情體驗。

課中，教師展示市面上的微型電子秤，引導學生在真實情境中建立起“以人為本”的設計思維。同時，課堂中加入“我愛創新”的活動。在活動中，每個小組成員都被要求以自己是“智能秤”的使用者身份來設想，并記錄每位使用者提出的想法，進而引導學生觀察生活中的場景，發現存在的問題，從而初步體驗設計思維的過程。

（2）定義——合作探究，明確需求

在本階段，學生的主要任務是準確地界定用戶的需求，并將需求具體化，以便尋找切實有效的解決方案。為了達成這個目標，學生需要進行深入的用戶調研，以獲取相關信息并深入理解用戶的期望和需求。

教師可以引導學生小組根據上一階段的創新想法，整理不同使用者的需求，詳細記錄并將想法整合提煉。例如，在煮飯時，水的多或少，會導致做的飯或稀或干；在做面食時，面粉和水配比或多或少，會導致浪費材料和浪費時間等問題。而現有的秤用起來比較麻煩，學生便想到制作一個適合家庭廚房使用的既可以簡單操作又可以輕松實現食材配比的秤。

總之，在教學過程中，教師應鼓勵學生進行探究與合作，以確定創新項目的核心問題以及如何實現產品最終的功能，同時培養學生獨立思考和解決問題的能力。

（3）創想——頭腦風暴，創意迸發

在此階段，首先，教師引導學生進行問題討論和思維發散，幫助學生理清思路，以找到更加有效的解決方案。例如，有的學生在現有電子秤的基礎上升級軟件功能，加入單獨可以滿足用戶操作的按鍵。以煮飯為例，在將米放入容器后，按下比例按鈕，在加水時，CPU系統自動計算重量臨界點時，當重量達到臨界點，蜂鳴器和LED燈就會提醒停止加水。

接著，學生通過文字描述、流程圖和思維導圖等多樣化的表達形式，清晰地展示自己的設計理念，為產品模型的制作提供有效的參考（如圖2）。在此步驟中，學生經歷了構思、確定和表達設計方案等一系列活動，形成了獨特的設計思路，培養了設計思維。

（4）原型化——教學支架，原型實現

在該階段，學生要將之前提出的解決方案轉化為簡單的原型作品。教師可以適當引入多樣化的智慧教學平臺支架，營造適合學生自主學習和創新思維發展的學習氛圍，幫助學生逐步減少對教師的依賴，進而主動自我解決問題。例如，教師可以向學生推薦高質量的學術網站、在線圖書館、學術論文數據庫和在線學習平臺等，幫助學生獲取權威的學術資料，拓展知識面，進而深入研究感興趣的內容。

在原型實現的過程中，教師要和學生共同研究和分析智能秤的制作方法。教師對C語言關鍵命令進行技術指導，而學生則以小組合作的方式探索產品原型如何構建。針對每個組別涉及的關鍵技術步驟，教師需提供個別輔導，以確保學生能夠充分理解和掌握C語言的要點。例如，學生提出智能稱重秤應包含智能控制單元和稱重單元，以及智能秤按鍵和顯示部分，同時，將心中的最佳方案具體化，制作實體模型，并在制作模型的過程中不斷發現問題和改進，這正是斯坦福設計思維（EDIPT）中的原型。

（5）測試——多維評價，迭代升級

在測試階段，創作者到教室講臺前分享產品原型的設計思路以及產品物化制作的全過程。教師和其他學生扮演“用戶”的角色，對問題最終解決情況以及科技創新項目的設計思路與產品原型的一致性、可行性和科學性進行系統點評并給出評價反饋。最后，為促使學生逐漸形成正確的社會責任意識和擔當，教師組織學生對產品原型的科學性和可行性進行批判與質疑，這種批判性思維的培養有助于學生更好地認識到產品設計對社會和環境的影響。

參考文獻：

PLATTNER H.Bootcamp bootleg[M].San Francisco，CA：Institute of Design at Stanford，2010.

本文系無錫市教育科學規劃課題“基于設計思維的人工智能教育實踐研究”（XXZX/2021/04）階段性成果。