设计思维视角下的青少年科技创新教育

周建中

设计思维的起源和流程

设计思维（Design Thinking）起源于设计界，1987年被哈佛设计学院院长Peter Rowe首次使用，随后在工业、美术、工程、管理等领域得到广泛运用。设计思维进入教育领域可追溯到2005年美国斯坦福大学设计思维学院（D.School）的成立。近年来，设计思维逐步走进中小学，为学生提供一套切实可用的思维方法和设计工具，有效培养学生的创意思维和动手实践能力。实施模式也从开设专门的设计思维课程逐步向设计思维与学科课程融合的方式转变。

设计思维一词至今还没有一个统一的定义，主要是利用设计师的思维模式解决复杂的冋题，获得创新解决方案。这是一种以解决方案为导向的思维形式，它不是从某个问题入手，而是从目标或者是要达成的成果着手，通过对当前和未来的需求分析，确定所要解决的关键问题，探索问题中各项相关因素的变化，找出最佳解决方案。设计思维的模型和流程有很多，主要有IDEO公司设计思维流程、斯坦福大学D.School设计思维流程和德国波茨坦HPI设计思维流程等。分析这些模型，其核心内涵基本一致，都包括：设计思维是一套用于支持设计、创新和问题解决的方法论体系;是一个通过对问題探索，对解决方案进行构思、原型制作、测试评价并不断迭代，最终找到冋题解决方法的创新过程;同时也是一种用于解决问题的复杂的思维方式和能力。设计思维强调向设计师一样思考，以用户为中心，把真实生活中出现的不良的、复杂的、矛盾的挑战看作机会而不是障碍来解决问题;通过研究遇到的问题，寻找解决问题的条件，创造性地产生解决方案。

比较经典的斯坦福大学D.School的EDIPT设计思维流程分为5大步骤：同理心、问题定义、创意构思、原型设计和测试评价^[1]（如图1所示）。其核心是利用同理心对目标受众进行观察和分析，寻找需要解决的问题或机遇;然后界定需要设计的问题，通过创意构思形成解决方案;利用可视化工具进行原型设计并快速成型，再对原型进行测试评价、调整完善。这套流程简单易懂，是一个反复迭代的过程，对于初学设计思维的人更容易掌握。同时，也应该认识到设计思维不是一个按部就班的过程，而是一种原则或方法，在过程中可能不止一次地重复以完善原先的想法和探索新的方向。

设计思维对青少年科技创新的促进

随着对学生实践能力和创新思维培养的重视，STEM教育、创客教育等具有跨学科特征的教育模式在基础教育中的实践越来越多，在青少年科技教育中也逐渐强调设计的重要性。设计思维为学生提供了一套实用的思维方法与过程，在科技创新教育中的运用也慢慢凸显出来，特别是它能够促进学生在同理心、想象力、创新思维、问题解决和合作能力等多方面的发展。

同理心是设计思维中强调以人为本的最核心环节，是指个体知觉和理解他人的想法和意图，并作出适当反应的能力。它通过了解目标受众的需求，为接下来的定义和解决问题奠定基础。神经科学对同感的研究发现，镜像神经元系统是其最重要的神经基础，主要完成理解别人的动作，甚至意图，使个体能够了解他人的情绪和行为的社会意义。人们用这种方式了解别人时，不是通过概念的推理过程，而是靠模仿;不是靠思维，而是靠感觉^[2]。

认知心理学对人类的决策系统研究指出，创新来自于直觉决策系统，需要有相应领域的知识积累，然后在一种激昂的或是特别沉浸的情绪状态下，依靠直觉进行决策。神经科学随后的研究发现，在逼近创新的实验范式下，创新的认知过程需要默认网络（创新思维的产生）和执行控制网络（创新思维的评估）的共同协作，凸显网络起着非常重要的动态切换和双向调节作用^[3]。

设计思维强调同理心的作用，并将其作为设计活动的第1步，使设计的过程从最初的模糊问题识别开始就指向了整个过程的创新。设计思维通过聚焦于同理心对需求进行挖掘与定义，并通过头脑风暴等小组合作活动寻找各种解决方案和创意，利用设计、制作和测试、改进的迭代实现最佳解决方案。这个过程可以培养学生的设计思维意识与能力，帮助学生学会创意思考和创新问题解决。其过程着重强调了分析需求、寻找问题、形成创意，对科技创新中的工程设计考虑不足，特别是设计思维流程中并没有完全体现工程设计的特点。随着对青少年科技创新教育的重视，许多研究和实践在原有的工程设计模型和流程中，引入设计思维的前3步，充分发挥其激发学生寻找问题，形成创意的巨大优势和可操作性，使青少年的科技创新活动水平和质量得到了极大的提升。

英特尔公司开发的“Design and Discovery”课程将传统工程设计与设计思维结合起来，给出了设计的10大流程：①确定设计机会;②围绕设计机会展开调查研究;③集体讨论可能的问题解决方案;④起草设计简介;⑤研究并完善解决方案;⑥准备设计要求和概念草图;⑦建构模型、构件和零件;⑧建构解决方案原型;⑨测试、评估和修订解决方案;⑩交流解决方案。这个设计流程涵盖了如何定义问题或需求，如何开展调查研究形成多种解决方案，如何设计、建模、测试、迭代改进解决方案，如何可视化呈现高阶思维技能。

设计思维在青少年科技创新教育中的应用

创新的关键在满足新的需求，青少年科技创新教育强调将问题解决的活动与创意思考相结合，而创意的本质是得到新的结果和方法，形成解决问题的新设想。设计思维强调对真实情境下的需求进行系统的分析，进而明确问题，发现设计机会;通过资料的分析和调研，综合利用已有知识和技能，形成多种可能的解决方案;通过对比、分析找到对问题的最佳解决方案，然后进行原型建构和测试改进。这与青少年科技创新教育的目标和追求不谋而合，将设计思维的方法和工具用于青少年科技创新教育，将更加有助于培养他们的创新思维和实践能力。

设计思维在青少年科技创新教育中的应用需要考虑学生的认识和情感发展水平。小学生的思维较为发散，具备的知识和技能相对薄弱，他们善于发现问题，并提出许多“天马行空”的想法。如何保护他们的好奇心，激发他们学习科学的兴趣，是科技教育需要重点解决的问题。这个阶段，可以让他们初步体验设计思维的过程与理念，逐步培养起同理心、发现问题、解决问题等能力。同时，在科学知识和技能的学习方面，需要为他们提供基于标准的结构化探究学习和基于现实世界的、基于问题的学习，通过逐步的模仿，逐渐过渡到能够在教师的指导下开展科技创新活动。