面向创造力培养的设计思维模型与案例
胡小勇 朱龙
摘要：推进教育创新，培养具有创造力的学习者是当前教育领域关注的焦点。设计思维作为一种新的理念、方法和策略框架，契合了当前世界对创新型人才的培养需求。美国、澳大利亚和日本均对设计思维教学应用开展了深入探索。从当前国际上典型的设计思维模型如“斯坦福设计思维模型”和“IDEO设计思维模型”的实施过程来看，设计思维过程可以概括为三大核心环节：观察设计挑战、将想法和解决方案建立联系、反思并改进设计。这是一个不断迭代的过程。设计思维所具有的问题导向、作品导向、反复迭代、合作分享、技术支持、促进高级思维能力发展等特征，决定了其在课堂教学、课程设计和学校教育中的应用潜力和路径。案例分析也发现：设计思维应用有助于促进学生高级思维能力发展，提升在线/面对面课程质量，推动学校系统变革与创新。在实践中，应用设计思维培养创新型人才应努力做到：推动设计思维与教育教学深度融合，重视学生设计思维发展，加强教师设计思维能力培训，探索有效技术与方法促进设计思维高效应用。
关键词：设计思维；创造力培养；思维模型；实践案例
一、引言
当今世界对培养学习者的创新能力给予了前所未有的关注，联合国教科文组织（UNESCO）发布的“全民教育全球检测报告”、美国的“21世纪技能”、欧盟的“八大核心素养”、澳大利亚的“墨尔本宣言”、日本的“21世纪型能力”以及中国的“中国学生发展核心素养”，无一不重视学习者的创造和创新能力培养。设计是一种创造性的活动，在发展学生创新能力、高阶思维能力、协作能力方面具有重要作用（Norman，2000；王佑镁等，2009；林琳等，2016）。其背后的核心思想——设计思维（Design Thinking，简称DT）逐步走入教育者视野（Shapira et al，2015；Goodspeed et al，2016；Roberts et al，2016）。设计思维体现了设计者探究设计挑战以及创造性解决设计难题而进行的一系列连续思考以及行动的过程（Liu，1996；Goldman et al，2014）。从过程视角来看，设计思维包括三大核心环节：观察设计挑战、将想法和解决方案建立联系、反思并改进设计（Do et al，2001），并且设计思维具有以满足需求为基础、以行为为导向、以创新能力发展为目的的特点（Nagai et al，2003；Goldman et al，2016）。因而，设计思维正逐渐成为一种教与学的有效策略框架，在教育教学领域得以较为广泛地应用。美国“设计思维融入课堂教学”项目、澳大利亚“基于设计思维框架的变革性跨学科教学法”以及日本“未来学校的设计思维”项目均对设计思维教与学应用开展了深入探索。在此背景下，系统梳理设计思维模型，并针对设计思维在教育领域的典型应用案例进行剖析，將有助于推动我国的教育创新和创造性人才培养。
二、面向创造力培养的典型设计思维模型
设计思维尚未形成统一的概念。在商业领域，Beckman等将设计思维分为四个阶段：观察分析、建立框架、构建方案以及问题解决（Beckman et al，2007）。Tobergte等认为设计思维过程包含5种活动：组织思路、动手制作、展示分享、评估评价以及反思（Tobergte et al，2013）。在教育领域，Doorley等将设计思维划分为5个环节：建立同理心（Empa-thize）、界定问题（Define）、设想（Ideate）、原型制作（Prototype）以及测试（Test）（Doorley et al，2012）。为推动设计思维在K-12领域的应用，全球顶尖设计公司IDEO提出了包含“发现、解释、设想、实验、改进”的设计思维模型。该模型将设计思维描述为一种创造性解决问题的过程（G1en et al，2015），学习者深入实践了解问题所处情境，确定需要解决的核心问题，以此为出发点建构可行的解决方案，制作三维模型并通过实验不断改进和完善（Seidel et al，2013）。
1.斯坦福设计思维模型
斯坦福大学设计学院在《设计思维指南》（An Introduction to Design Thinking Process Guide）中对设计思维模型进行了详细阐述，包括：移情化思考、定义、设想、原型制作以及测试5个步骤。在K-12领域应用过程中，该模型逐步扩展为6个步骤（见图1）（Carroll et al，2010）：第一步是理解挑战。学生沉浸于学习挑战之中，通过与专家交流、运用多媒体工具获取相关信息、进行探究，形成关于设计挑战的基本背景知识，并设身处地思考他人面对挑战问题时的感受，以此作为进一步明确设计挑战的跳板。第二步是观察。学习者进入设计挑战所处的真实环境中进行参观、互动与反思，形成基于该情境下的同理心，为解决设计挑战打下基础。第三步是整合观点。在理解和观察的基础上，学习者对所获取的信息等进行整合。第四步是设想。学生通过头脑风暴发表自己的观点、评价他人观点，重点是形成应对挑战的可能方案。第五步是原型制作。依据解决方案，通过原型制作将观点、想法可视化，制作出三维的实物原型。原型不必非常精确，核心在于体现设计的思路以及对学习挑战的解决方案。第六步是测试。测试目的在于明确观点原型的优势与不足，并不断地迭代改进。
2.IDEO设计思维模型
IDEO在《教育者的设计思维》（DesignThinking for Educators）一书中描述了IDEO设计思维模型（如图2）（Brown，2011）。该模型旨在实现教与学向以学习为中心和个性化方向发展，为学习者创造一种21世纪学习经历，并不断提升学习者的21世纪技能。
IDEO模型包括5个阶段：第一阶段是发现，即通过一定的技术手段和方法深入了解所面对的学习挑战，通常包括理解挑战、探索准备以及收集想法三个方面。第二阶段是解释，即将所收集的信息建构为自己解决挑战的知识，包括故事分享、意义寻找以及框架设计三个方面。第三阶段是观点设想，即依据对相关挑战信息的解释，采用快速想象的方法，收集新奇的观点和想法，为应对挑战提供可能的解决方案。该阶段包括观点收集和观点优化两个方面。第四阶段是实验。本阶段需要思考的主要问题是如何实践方案，包括制作原型和获取反馈两个方面。第五阶段是改进。改进是基于前四个阶段获得的信息，并在此基础上不断完善每一个学习阶段。
综上分析发现，设计思维模型具有以下特点：一是以解决真实情境中劣构、复杂、真实的问题为出发点，为解决问题提供了一种操作流程或方法；二是关注人工制品（模型）制作，强调将所获得的知识、经验、信息通过可视化（实物）的形式展示出来；三是设计过程反复迭代，通过多次反馈、修正不断完善人工制品，实现知识反复应用和强化；四是倡导小组间的合作、公开分享以及多种技术工具的应用；五是有利于学习者高级思维能力的发展，包括协作能力、问题解决能力和创造创新能力等。基于上述特点，设计思维在教育领域得到广泛应用。
三、设计思维的教育应用路径
作为一种创造性问题解决方法，实践者或者借鉴模型的核心操作流程或者借鉴其核心理念对教育中诸要素进行诊断、变革与创新。系统梳理已有研究发现，设计思维在教育领域的应用路径主要体现在课堂教学、课程设计和学校教育等方面。
1.设计思维应用于课堂教学
在课堂教学层面，实践者主要依据设计思维的核心操作流程，开展以探究和设计为主要活动的教学，将设计思维作为一种教与学的方法融于教学之中。该方法以提升学生创造力为目的，通过倡导应用同理心、想象以及行动来完成实践项目（Honget al，2011）。为帮助教师和学生应对商务课程中的非结构化问题，Glen等将设计思维整合于学习项目中，并对如何应用设计思维开展项目式学习提供了详细的参考指引（Glen et al，2015）。Smith通过对比研究发现，相较于传统的数字制造课程，在其中融入设计思维有助于促进学生创造能力和复杂问题解决能力的发展，并且所设计的数字制品更有助于解决真实情境中的问题（Smith et al，2015）。借鉴斯坦福设计思维模型，Lugmayr等将设计思维扩展为自学、建立同理心、界定、设想、模型制作、测试以及商业规划7个阶段，并将其整合于管理学课程中，以此来提升学生的创造性思维和问题解决能力（Lugmayr et al，2014）。Kolodner等将设计思维应用于数学、科学以及技术等学科中，发现设计思维在帮助学生掌握学科核心知识的基础上，还极大提升了学习者的认知和社交技能（Kolodner et al，2003）。Barron在实践中还发现设计思维对小组合作学习、遵照某一程序的学习、对问题的界定以及问题解决具有潜在影响（Barron，2006）。
2.设计思维应用于课程设计
在课程设计层面，研究者充分借鉴设计思维“以人为本、行为驱动、能力发展”的核心理念（Doorlec et al，2012），改变传统内容为导向的设计思路，以模块化、活动化的形式设计在线和面对面课程。为帮助非斯坦福大学的学生学习设计思维，D.school采用设计思维理念设计了一门在线速成课程（Crash Course）。该课程包括三个模块：如何開始速成课程、速成课程体验以及如何将设计思维融入日常工作中。在每一模块中，课程设计者从学习者出发，设计具有针对性的学习活动，并将设计思维方法融入学习活动中，以此帮助学习者掌握和应用设计思维。Benson等将设计思维应用于研究生商业决策课程。该课程的主要环节包括决策概念学习（了解课程基本架构、学习基础知识），知识应用学习（围绕学习主题开展小组学习、一对一学习以及建模）和成果开发与展示。设计思维为学习者创造了极大的学习空间和思维空间，不仅促进了学生的参与积极性，而且也提升了学生创造性问题解决的能力（Benson et al，2013）。又如，南极洲项目（The Antarctica Project）课程采用设计思维进行设计，学习的主题是：作为一名建筑学家，你该如何设计一个能满足科学家在南极洲开展工作和生活的科研站。整个课程被设计成10个学习活动，每个学习活动均涉及新的数学知识挑战和设计挑战（Knudsen，2009）。学生借助信息技术及工具，通过调研获取数据、头脑风暴收集想法、小组研讨制定方案、原型制作形成3D模型、实践测试不断改进、课堂分享进行总结评价，在实践中不断提升应用数学知识解决问题的能力。
3.设计思维应用于学校教育
在学校教育层面，实践者运用设计思维诊断并解决教育教学过程中的问题，以此促进教育教学变革与创新。在“设计思维助力未来学校”项目中，研究者通过运用设计思维方法，对Kamakura小学在信息技术环境下人才培养中存在的问题进行诊断，并建构出有效的解决方案。其实际操作流程包括三步：一是通过田野观察与教师、管理者实地交流，分析教师在教学理念、教学策略以及教学方法层面存在的问题。二是深入剖析教师教学理念、教学流程以及教学方法问的关系，建构面向未来人才培养的探究式课堂教学模型。三是以推进ICT支持的创新型人才培养为目的，在实践中不断改进教学模型（Takeda，2013）。设计技术高中（Design Tech HighSchool）充分应用设计思维“以人的需要为目的”的理念，设计独特的个性化学习空间支持学生学习，加快培养创新型人才。其中个性化学习空间包括：（1）“沉静室”，主要用于自主学习，针对学习主题形成自己的理解与认识；（2）“英国议会室”，主要用于小组学习，通过小组讨论与辩论，形成对学习主题相关问题的解决方案；（3）“设计实现仓库”，主要用于原型设计与制作，提供各种不同工具，帮助学生将想法和观点制作出来。
四、面向创造力培养的设计思维应用案例
1.美国：设计思维融入课堂教学
美国旧金山湾区的一所公立初中学校实施了“设计思维融入课堂教学”项目（Goldman et al，2016）。该项目借鉴设计思维模型核心操作流程，将设计思维方法和内容本身融入K-12课堂，以期提升学生的创造能力和问题解决能力。其设计思维应用分为5个阶段：第一阶段，帮助学生认识设计的本质和“系统”概念。教师通过讲解向学生强调设计是一个以人类为中心的活动，人人皆有成为设计师的潜力。教师组织学生以小组为单位，去寻找校内外能够体现系统概念的例子。学生通过拍摄照片、做笔记来记录探索的过程，最终收集的例子包括：餐厅/食物、交通、停车场等。第二阶段，进行视觉化表达。该阶段要求学生对所收集的“系统”进行分析，并绘制出该系统的结构，思考可进行哪些方面的改进。第三阶段，头脑风暴。通过头脑风暴，提出解决方案。第四阶段，制作原型。依据解决方案，制作出简易但能解决问题的实物原型。第五阶段，展示。制作完原型之后，制作视频短片以演示该模型如何解决所发现的问题，学生和教师对其进行反馈，并加以改进与完善。
学习项目实施过程中，主要采用质性方法收集数据。数据收集方法包括课堂观察和访谈。该项目主要从“认识设计思维”“设计思维的影响”以及“设计思维与内容学习”三个层面对学习效果进行评价。评价分析发现，从学生角度来看，运用设计思维开展学习，一方面促进了学生对于设计活动的认识，包括设计的本质、设计活动的流程等；另一方面也提升了学生课堂参与程度，课堂学习形式由被动听转变为主动动手实践，同时学生的表达能力、问题解决能力、协作能力以及创新能力也得以提升。从教师角度来看，综合已有的质性分析资料，运用设计思维开展教学活动无疑是成功的，但在实践操作中如何将课程标准、授课内容与设计思维相融合，在开展教学设计之初建立三者之间的有效联系仍是值得思考的问题。
2.澳大利亚：设计思维提升在线课程质量
为推动澳大利亚教育创新，提升本科生和研究生面向21世纪的学习与创新能力，澳大利亚政府资助了“基于设计思维框架的变革性跨学科教学法”项目。在该项目中，项目组将设计思维融入在线课程设计中，不仅旨在提升在线课程的质量，而且也有助于学习者应用设计思维方法创造性地解决问题（尼尔·安德森等，2014）。设计思维融入课程设计，主要体现在三个方面：
第一，课程目的在于帮助师范生掌握设计思维方法并提升在线学习质量。一方面，项目组为师范生提供设计思维相关文献，促进学生深入了解设计思维的内涵及操作方法；另一方面，在学习过程中，要求学生应用所学设计思维方法设计在线学习活动，形成能够解决某一问题的在线学习活动。
第二，课程内容围绕设计思维理论知识与实践应用展开。项目组调查发现，职前师范生设计在线学习活动的能力并不强，所设计的在线学习活动质量也不高，针对这一问题项目组将设计思维内容作为课程设计的核心。通过学习设计思维核心观点，帮助师范生树立“需求导向”的活动设计理念，借助设计思维操作流程，使得活动设计更加实用化。
第三，课程环节设计借鉴设计思维流程。在项目推进过程中，项目组提供了斯坦福大学设计思维模型，以此作为教师开展教学设计、推进教学活动的支架以及学生开展在线学习活动的指引，从而帮助学生在学习过程中掌握设计思维。
通過质性和量化的数据分析发现，运用设计思维能极大提升课程的质量，受到学习者的好评。另一方面，设计思维教学对师范生也特别有益，有助于他们掌握运用创新和创造性手段设计在线学习和学习支持的新方法（尼尔·安德森等，2014）。
3.日本：设计思维助力未来学校
为培养适应未来发展的新型人才，日本ICT企业富士通（Fujitsu）启动了一项“设计思维助力未来学校”的项目（Takeda，2013）。在该项目中研究者与教师通力合作，将“设计思维”引入Kamakura小学中，通过“设计思维”诊断学校教学中存在的问题，以此推动学校变革与创新。该项目借鉴斯坦福设计思维模型，其基本流程包括认识发现、观点设想、修正完善三步。
（1）认识发现：通过田野观察分析教学问题
项目组进入校园后，首先观察学校各类日常教学活动，并对所观察到的问题进行讨论，具体行动及结果如表1。
（2）观点设想：形成解决方案
基于上述认识，设计者从教学理念、策略以及方法层面建构了一个面向未来人才培养的探究式课堂教学模型（见图3）。与传统的教学模型相比，这一模型吸收了“设计思维”的核心观点以及基本流程，整个学习模型强调以培养面向未来的人才为目的，在学习中倡导学生深入问题情境进行体验、调查，发现其中的问题，并通过头脑风暴形成解决方案，依据方案开展实践并不断改进完善，其最终目标是实现学习问题的解决。
（3）修正完善：选定最终课堂教学模型
在修正完善阶段，项目组主要思考两个问题：一是如何将ICT整合于课堂教学模型之中，即在哪些阶段应用ICT以及应用哪些ICT。二是如何推动该模型在实践中应用，其实际案例应该是怎样的。随着进一步探索与改进，在2012年第二和第三学期，他们逐步形成了ICT支持的教学模型，其中ICT支持学生获取信息、开展调查、进行讨论、设想观点和发布成果等。教学模型建构完成后，教师运用该模型在6年级班级中进行了为期3个月的教学实践，其结果表明学生应用ICT解决复杂问题的能力得到提升。
通过对美国、澳大利亚以及日本设计思维应用案例分析，笔者总结了设计思维应用优势及可借鉴的经验（如表2）。
五、设计思维教育应用启示
1.推动设计思维融入教育教学，实现教学改革与创新
在教学创新层面，运用设计思维核心理念和操作流程对学校信息化教学从整体层面进行诊断，有助于形成有效的解决方案，助力教学改革与创新。在课程层面，从学习者的视角设计、开发相关课程，采用模块化、项目式的形式编排课程内容，并将课程知识、信息技术应用以及问题解决有机结合起来，有利于促进知识迁移应用与创新能力发展。在课堂教学层面，以关注创造能力和复杂问题解决能力为目标，借鉴设计思维的核心流程，设计多样化的课堂活动，将知识学习与设计、探究等实践活动有机结合，有助于促进课堂教学创新。
2.重视学生设计思维发展，关注真实情境中问题解决能力
从设计思维应用的过程来看，设计思维作为一种桥梁，将现实情境中的问题需求（设计挑战）与设计成果（问题解决）联系了起来。在教学中应关注学生设计思维的发展，具体可以从以下三个方面入手（2016）：一是重视培养学生的需求意识和观察技能。注重培养学生的需求意识有助于帮助学生应用“移情”，从用户视角出发思考问题。实践中的设计挑战通常来源于日常生活，培养学生的观察技能有助于学生发现和合理分析问题。二是强调动手实践。动手实践既可以是在实际情境中与周围的人或物进行互动，又可以是将相关想法和方案可视化实现（如制作学习制品）。三是强化学习进程中的团队合作。引导学习者建立团队意识，关注合作学习中的有效团队协作。
3.加强教师设计思维能力培训，提升设计思维应用能力
教师作为设计思维教学的主要实施者，其所具备的设计思维能力水平对课堂教学与改革的作用至关重要，因此针对教师的设计思维能力培训就显得非常重要。一方面，可以将设计思维纳入校长领导力培训，以提升信息技术环境下校长运用设计思维科学诊断、分析、解决学校教育问题的能力。另一方面，可以将设计思维纳入教师信息技术应用能力培训中，帮助教师认识、理解、认同设计思维，引导教师运用新型教学理念和信息技术工具，将设计思维融入学科教学，并不断探索有效的教学方式与方法。
4.探索有效的技术与方法，助力设计思维高效应用
设计思维是一项系统性的问题解决方法，从发现学习挑战到最终解决学习挑战，它并非是一个线性的过程，而是一个迭代循环的过程（Liedtka，2015）。设计思维在教与学应用过程中，离不开各类学习方法以及信息技术工具的支撑。笔者梳理了设计思维各阶段应用的方法和信息技术支撑工具（如表3）。可以看出，设计思维的应用融合了多种方法与工具。因此教师在教学中运用设计思维开展跨学科的探究与基于设计的学习（Orthd，2015）时应做好两方面的准备：一是引导学生充分了解各类信息技术工具的优势，帮助学生掌握开展基于设计思维学习的技能，例如教学中应首先帮助学习者了解设计思维的内涵、操作流程、调查方法和技巧等基本知识。二是在运用设计思维进行教学和学习时设计有效的学习支架必不可少，例如为学习者提供调查记录表和学习进度单等。
《教育信息化“十三五”规划》提出要“深化信息技术与教育教学融合发展”、“提升学生创新能力”，而革新教学理念、创新教学模式是推进融合发展、提升学生创新能力的重要方面。设计思维所提倡的“应用同理心、想象以及行动来完成实践项目”的核心理念与一整套完整有效的实施流程为教学理念革新、教学模式创新提供了新的思路。笔者立足于我国的信息化教学实践，在借鉴国外设计思维教学应用案例的基础上，结合设计思维的核心理念和操作流程，探索了设计思维运用于教育中的路径和要点，有助于为我国创新型人才培养提供借鉴。
