设计思维培养为导向的小学STEAM课程教学设计流程构建
杨彩香 钟媚 黄苗苗 潘霞
摘? 要：随着科技的快速发展，steam教育越来越注重创新人才的培养，设计思维作为以人为本的创新模式，与STEAM教育的培养理念能够深度融合。文章阐述了设计思维的内涵与核心环节，同时结合设计思维的主要特征，梳理了小学STEAM课程教学设计原则，并尝试构建出设计思维培养为导向的小学STEAM课程教学设计流程，以期为小学STEAM课程实际教学提供参考与借鉴。
关键词：设计思维;STEAM教育;课程;教学设计
中图分类号：G434? ? ? ?文献标志码：B? ? ? ? ? 文章编号：1673-8454（2020）10-0023-04
一、引言
随着科技的迅速发展，培养创新人才已成为各国STEAM教育的重要战略目标。如美国2018年发布的《制定成功路线：美国STEM教育战略》（Charting a Course for Success： America's Strategy for STEM Education）[1]，通过大力推动STEAM教育，发展广大学习者的创造力，促进创新型人才的养成。创造力是21世纪的关键能力，设计思维则是21世纪人才创新能力培养的关键因素[2]，其重视从人的需求出发，运用综合知识构成创新方案，最终解决现实问题，与STEAM教育的跨学科融合以及培养创新思维理念有很大的类似之处。
但总体上来看，国内STEAM课程起步较晚，虽然不断运用各种教学模式，如项目式学习、基于设计的学习模式[3]、5E/6E流程[4]、混合式学习模式等，这些模式为STEAM课程教学设计提供了参考框架与研究方向，但也存在诸多问题：首先，STEAM教育没有形成系统完整的课程标准，没有规范的教材[5]，不能提供详细的实践指导;其次，在启发创新环节，大多停留在较抽象的概念，缺乏引导学生对创新设计的方法和支持工具的使用策略，进而无法设计出真正激发创新的有效路径;最后，STEAM课程设计缺少理论支持，未能冲破形式深入探究与设计，这些将导致学生问题解决能力和创新思维的提升效果微弱。
因此，将设计思维融入到STEAM课程中[6]，能为STEAM课程设计与教学提供很大的帮助。在理念上，設计思维强调系统看待问题，综合程序步骤、组织概念等创建一个系统的解决方案[7]。在思维模式上，符合STEAM课程基于设计/项目式教学方法，既为教师教学设计提供了完整的流程参考，又促进了学生创新学习。在方法策略上，设计思维有系统配套的工具方法。综上所述，应用设计思维对小学STEAM课程进行教学设计，更能促进学生创新思维的培养。
二、设计思维培养为导向的小学STEAM课程
1.设计思维
设计思维由英文单词“Design Thinking”翻译而来，也称设计思考，是一种培养创新思维的学习。从本质上看，设计思维是利用设计师的思维方式，为学习者提供适切的思维支架，引导学习者从问题出发，发挥现有资源优势，逐步掌握创意构思、原型迭代等创新方法，最终实现问题的创新解决[8]。
关于设计思维，本文采用斯坦福大学推出的EDIPT模型，其包括“共情（Empathize）、定义（Define）、构想（Ideate）、原型（Prototype）和测试（Test）”五个阶段[9]，详见表1。
2.课程教学设计原则
该部分参照设计思维的主要特征，将设计思维引入小学STEAM课程中，因而在小学STEAM课程教学设计流程的构建过程中可以从以下原则考虑，具体如图1所示。
（1）围绕真实问题情境进行创设
问题往往是生活中出现的，在小学STEAM课程教学设计中也应以真实发生的问题为导向，设计思维正是解决现实世界问题的思维模式。因此教师应带领学生察觉周围、体验生活、联系现实问题。另外现实生活中发现的问题一般具有劣构性，它也更有利于学习者设计与探究。
（2）以用户需求为中心的设计
共情（同理心）是设计思维的基本特征之一，它强调设计要符合以人文本的理念，不仅要站在学生的角度去考虑问题，还要引导学生以观察、倾听、访谈等方式发现用户需要，有助于教师设计出更适合学生需求的小学STEAM课程，学生也更易制作出满足用户的原型。
（3）注重创新思维的培养
设计思维可称为创新思维模式，也是一套支持创新的系统方法，无形中渗透创新思维的培养。在主题方面，打造一个具体可操作的创新项目;在设计方面，提供灵活且可调整的方法与工具，使得小学STEAM课程教学设计不再以识记性知识作为重点内容，而是关注学生创新方法的获取与创新思维的养成。
（4）关注小组合作
STEAM课程内容包含科学、技术、工程、数学与艺术等各类学科的问题，离不开团队合作，因此要将学生的团队合作模式贯穿始终，学生之间彼此碰撞、交流、合作、分享，创想出更多的解决方案。
（5）实行产品的迭代优化
传统课程倾向线性学习，而小学STEAM课程内容通常是非线性的，因此教师应运用设计思维模式引导学生迭代制作，即设计任务点，带领学生循环修正、改善原型，达到不断优化。
（6）采用多元化评价
关于教育的目的，英国思想家阿尔弗雷德·诺思·怀特海认为是培养学生自我发展的品质和能力[10]。因此在课程评价环节的构建中，不应将学生的最终制作视为唯一判断标准，而应关注其学习道路中的自我发展情况，如掌握的方法、获取的经验等。评价方式以多元化为核心理念，即要求评价主体、评价标准、评价工具等的多样化。
三、课程教学设计流程构建
本研究在小学STEAM教育中引入设计思维，采用EDIPT模型作为指导框架，结合小学STEAM课程理念和培养目标，提出设计思维培养为导向的小学STEAM课程的教学设计流程，如图2所示。该教学设计流程基于EDIPT模型的五大环节，增加了“分享和评价”环节，并整体改进，最终形成小学STEAM课程教学设计流程，包括“准备阶段、定义问题、创想方案、建构产品、测试与优化、分享与评价”六个环节，且每个环节对教师和学生的具体活动作了分析，为了帮助教师更便捷地设计，还补充了设计思维的支持工具，使学生的思维活动有了工具支撑。
1.准备阶段
教师：学情分析——情境创设——呈现主题
本环节重点开展学情分析和课题情境的创设。学情分析是教师教学设计不可或缺的一步，因为每个学生都是独一无二、各有特点的，比如他们阶段性的年龄特点、独特的爱好、已有知识存储与经验、个人学习风格以及学习能力水平等特征。对其个人学习情况的提前了解，有助于教师做出合适的教学计划与课程设计，创设符合学生爱好的情境故事，为以后的教学打好基础。教师可以在课前或新学期前开展调研，实现方式有课前观察、随机访谈、问卷收集、相关文献研究等，也可查找基本资料，如成绩册、档案袋等。接下来是情境创设，呈现符合的主题。
学生：产生同理心——情境体验——发现需求
学生在该环节为寻求用户的需求点，尝试深入展开观察和访谈，体验情境里主人公的情绪，产生同理心，进行换位思考，然后逐渐查找出尽量多的用户需求。尤其要利用好观察、访谈表、同理心地图等工具，把探索出的需求问题描绘在同理心地图中，为下一环节作铺垫。
2.定义问题
教师：知识介绍——传授探讨方法
教师在该环节主要是帮助学生将上一环节收集的问题进行筛选定义，引导学生高效且有方向地分析出要设计解决的问题，因此教师要提前介绍该STEAM主题的相关知识，可利用预习册、微课等形式呈现，然后讲解策略方法，助力探讨，如传授“如何/为什么图表”法，使学生了解问题信息的来源，提供定义问题表采集、梳理问题。
学生：组内探讨——确定问题
教师提供方法指导后，学生开始小组讨论，运用设计思维工具将大量需求信息加工分析。在讨論过程中，每个成员在梳理各自寻求的资料的基础上，与其他成员思考、碰撞、协调，直至问题明确地被陈述。当问题被界定后，派代表在课堂上简洁介绍。
3.创想方案
教师：启发诱导——激发创新
创想方案是学生实现问题解决的关键步骤，更是培养学生辐合思维、发散思维以及激发学生创新思考的核心阶段，充分展现了设计思维模型的优势。因此教师要设计出完整步骤，引导学生按步骤创想方案，一般包括提供工具及要求、头脑风暴、评论分享、选择方案、评价调整以及方案确认六个步骤。在组织学生头脑风暴的过程中，需准备相关资料，分享如何进行头脑风暴的策略做法，如设置提前预热的方式等等。另外，教师作为启发者、引导者，应设置有效的思路指引，提供针对性的设计思维工具，做到为学生开启全方位的疑难解答。
学生：集思广益——方案设计——确定方案
学生是创想方案的主力军，决定问题解决的创造性。该环节学生按步骤循环开展：预热后，学生开始集思广益，即运用工具（如便签），结合头脑风暴句式（假设我是__，我愿__）写出想法，然后聚集想法在组内讨论，分析出三个方案投选其一。最后还需将方案公布到班级中，收获其他小组意见，组内再根据不同见解调整方案细节，由此确定出设计结果。
4.建构产品
教师：提供资源——指导监督
建构产品环节是教师教学设计与现实直接相连的过程，它通过指导学生使用易得的材料制作产品模型，将上一环节形成的设计方案能够实际制作出来，有助于培养学生动手实践能力。
教师在该环节完成两项任务：一是为学生的建构提供资源，硬件资源是制作的原材料，如纸屑、木料等;软件资源是符合该STEAM课题的学习视频、网页平台等;其他资源主要是设计思维工具，如情境故事法、草图设计等。二是指导监督，教师虽然不直接参与制作，但是要贯彻指导监督，如营造恰当的学习气氛，小组合作指导和个性化指导双管齐下。值得关注的是，该过程的要点原则是“快速”，它提倡先粗略制作，之后再修补改进。
学生：小组协作——制作产品
学生根据已设计的方案开始建构，但这并不是一个人的战斗，而是通过小组成员共同协作完成的，小组通过产品制作接近用户，逐步实现问题解决，实质是学生思想与现实的碰撞，不可避免地会遇到各种困难，如选择哪些材料、如何搭建结构、遇到难点怎么办或寻求哪些帮助等，因此要善于使用各类工具和资源，以完成挑战。
5.测试与优化
教师：创造环境——体验反馈
对原型进行测试优化体现了设计思维的迭代性特征，也符合STEAM课程强调学生如同工程师般进行设计的初衷。教师在设计中，需坚守优化理念，以产品测试为中心，创造适宜的测试环境，体验测试结果并给予学生反馈性指导，引领学生不断测试与修正，实现迭代优化。
学生：测试产品——迭代优化
实现产品的理想效果是小组的优化目的，在这个过程中，往往会有挫折，但在教师的反馈意见下能够进行自我反思、循环改进，解决一次又一次的测试失败。为了更好地优化改进，小组成员可利用好记录表单，写上每一次测试的结果，并分析出错漏点，补充对应的解决方案。
6.分享与评价
教师：组织交流——综合评价
小学STEAM课程设计的最后环节不是一种结束，而是提供更全面的前进方向。教师主要是通过组织学生之间展示交流，然后相互评价，有师生评价、生生评价、自我评价等。在设计评价原则时，作品结果并不是唯一标准，而是强调整体设计的过程。
学生：展示作品——组间评价——改进完善
根据教师组织要求，小组派代表展现各自的学习思路和成果，结合评价表的内容进行自我评价、组间评价，学生在此过程中将获取更多的反馈意见，促进产品的改进与完善。
四、结语
在小学STEAM课程设计中，众多教育者陆续打造创新模式、关注创新工具、提倡创新设计、培养创新思维，但实际上仍存在许多问题。本研究在小学STEAM课程教学设计中引入设计思维，构建如何以设计思维为指导模式，设计小学STEAM课程教学流程，致力于学生问题解决能力、实验探究能力、实践操作能力、创新设思维能力以及合作沟通能力等STEAM相关素养的培养。其在具体的实践中，还需要广大教师能够把握设计思维与STEAM教育的核心理念，以设计思維培养为导向的小学STEAM课程教学流程作为指导，设计出充满灵活性、趣味性、教育性、创新性的课程，这也是本研究后续关注的方向。
参考文献：
[1]THE WHITE HOUSE .Charting a Course for Success： America's Strategy for STEM Education[EB/OL].https：//www.White house.gov/wp-content/uploads/2018/12/STEM-Education-Strategic-Plan-2018.pdf.
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[3]张屹，李幸，黄静，等.基于设计的跨学科STEM教学对小学生跨学科学习态度的影响研究[J].中国电化教育，2018（7）：81-89.
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[10]阳黔花，杨芳.怀特海论教育的目的[J].贵州师范大学学报（社会科学版），2012（1）：126-131.
（编辑：李晓萍）
