基于设计思维的项目式学习活动设计与实践

【摘 要】文章提出了基于设计思维的项目式学习活动流程：引发共情，定义问题；集思广义，构思方案；分工协作，制作原型；测试评估，迭代演进。以“智能台灯系统”为例，依据该流程进行学习活动设计，并阐述了同理心地图、SCAMPER法、KANO模型、技术图样绘制、世界咖啡法等设计思维工具与方法在教学实践中的应用。

【关键词】设计思维；项目式学习；学习活动设计；信息技术；通用技术

【中图分类号】G632.3   【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）09-058-03

引  言

自普通高中新课程实施以来，信息技术学科与通用技术学科的融合教学变得愈发必要，尤其是基于大概念开展整合性教学，更是成为技术课程摆脱当前困境的一种可能[1]。另外，技术教育从关注技术训练和技术素养培养，已经逐渐发展为关注以技术应用和工程设计为基础的学科融合，旨在通过动手实践、促进学生运用知识解决现实问题，以培养其创新能力[2]。基于设计思维的理念开展项目式学习活动设计，成为一种切实可行的路径。故此，本研究尝试在信息技术学科与通用技术学科的融合教学中，运用设计思维相关工具设计学习活动，开展项目式学习，以期能够为一线教师在技术课堂中开展项目式学习活动提供一种思路。

基于设计思维理念的项目式学习活动流程设计

基于设计思维理念的项目式学习活动，是将设计思维相关模型应用于项目式学习中，以指导项目式学习活动的实施。传统项目式学习的实施过程一般包括选定项目、制订计划、活动探究、作品制作、成果交流和活动评价六个阶段[3]。目前，全球教育领域使用最广泛的设计思维模型是斯坦福大学d.school设计的包含共情（Empathize）、定义（Define）、构思（Ideate）、原型（Prototype）和测试（Test）五个阶段的EDIPT模型[4]。笔者结合实际教学经验，将上述二者的相关阶段整合与重构，以学生为学习活动的主体，提出基于设计思维理念的项目式学习活动流程（图1）。该流程具有线性且迭代的特点，旨在培养学生的高阶思维和创新能力。

1.引发共情，定义问题

学生通过观察、体验、访谈等方式开展调查研究，分析面向真实世界的主题情境，引发共情，发现现实生活中的真问题（发现问题）；同时，分析调查研究的信息，了解问题产生的原因，理解需要解决的问题和需求，以及解决问题受到的限制，从而定义问题，确定项目（解释问题）。此环节可使用的设计思维工具与方法有观察法、询问访谈法、问卷调查法、头脑风暴法、同理心地图、情境故事法等。

2.集思广义，构思方案

学生在理解问题之后，通过团队合作，借助相关的构思方法，根据设计的一般原则，经历分析、構思、比较、权衡、优化等过程，充分展示与培养批判性想象、创造性思考等高阶思维能力，生成各种想法，确定并呈现出解决问题的最佳方案。此环节可使用的设计思维工具与方法有头脑风暴法、SCAMPER法、九宫格法、KJ法（A型图解法）、世界咖啡法、KANO模型、草图绘制、用户画像、用户旅程地图等。

3.分工协作，制作原型

学生根据设计方案，选取合适的材料，设定恰当的工艺标准，确定好小组成员的分工协作方式，将创新的想法生成制品、变为现实，最终制品可以是原型，也可以是模型。在制作过程中，可能还会发现新的问题，要返回上一环节重新修改设计方案。此环节可使用的设计思维工具与方法有技术图样绘制（如草图、三视图、机械加工图、电子电路图等）、故事画板、快速原型设计单、纸质模型、激光切割、3D打印等。

4.测试评估，迭代演进

学生对完成的制品进行测试，检验在操作、使用过程中，其物理结构和技术性能等方面能否达到预定的设计要求；在测试的基础上，还要对设计方案和制品进行较为全面的评估，分析存在的问题；针对评估结果，返回前面对应环节，不断迭代优化设计方案，以培育精益求精的工匠精神。此环节可使用的设计思维工具与方法有观察法、询问访谈法、问卷调查法、世界咖啡法、情境故事法等。

基于设计思维理念的项目式学习活动实践

1.项目概述

“智能台灯系统”是笔者开展信息技术与通用技术融合教学研究的重点项目，该项目要求学生使用行空板、传感器和LED等开源硬件作为电子电路部分，使用木板或者3D打印结构作为物理结构部分，制作具有物联网或者人工智能特征的智能台灯。结合信息技术与通用技术课程标准中的内容要求，制定了“智能台灯系统”的项目学习目标，如表1所示。

2.项目实施

“智能台灯系统”面向高二学生，多数学生通过选择性必修的学习，已经具备了开源硬件、3D打印等基础知识。该项目设置为5-7课时，实施过程中，4名学生组成一个小组开展合作与探究；教师作用为项目进度把控、关键技术指导、课堂活动组织等，扮演主持人、技术员等角色。

（1）引发共情，定义问题

该环节设置为1课时。教师展示某学生宿舍中的情境：一位学生在昏暗的台灯下读书，眼睛离书本很近，弯腰驼背，极不自然。学生使用同理心地图，从情境中提取问题，如看到什么、听到什么、想到什么、怎么做等。课堂实践中，几乎所有小组都能够联想到重新设计一个台灯，并且罗列出设计要求：满足阅读的照度不低于300Lux，结构稳固，功能合理，方便宜人，易于制作，成本适当，体现一定的智能性等。最后，教师补充台灯的结构：灯泡、支撑架、灯罩、开关、底座，以及其他可能用到的传感与控制设备。

（2）集思广义，构思方案

该环节设置为1-2课时。学生小组内使用SCAMPER法开展头脑风暴活动，结合设计要求，从人（用户生理特点、心理特点等）、物（台灯的造型、功能、材料等）、环境（环境保护、环境适应性等）等方面构思台灯的设计方案，填写SCAMPER表格，如表2所示，形成几个不同的方案。小组成员对几个方案进行评价，填写KANO模型评价表格，进行方案评估。学生在比较、权衡不同方案之后，确定最佳方案。如果时间充足，可以结合世界咖啡法，在全班范围内开展讨论研究，以使方案更具普适性。

（3）分工协作，制作原型

该环节设置为2-3课时。学生根据最佳方案的设计，画出草图，组内分工，制作作品原型。部分学生的作品如图2所示。如下分工形式可供参考：两人负责物理结构的制作，画出机械加工图，如使用激光切割机和木板材料，使用3D打印机和PLA材料等数字化加工设备进行制作，也可以采用传统木工加工工艺进行画线、锯割、刨削、凿锉、钻孔等操作；两人负责电路部分的制作，画出电子电路图，其中一人负责焊接LED灯头板，并将行空板、传感器、升压电路、开关、电池盒等部件连接在一起，另一人负责编写Python程序，使整个电路系统能够正常运行。

（4）测试评估，迭代演进

该环节设置为1课时。首先，学生在小组内对作品进行自评，评价时需要依据设计要求、设计的一般原则等。然后，使用世界咖啡法，学生在开源分享和共同学习的创客精神下，按照如下步骤进行组间的交流与评价：①组长留守本组，组员依次轮换至其他小组；②组长向其他小组成员演示本组的“智能台灯系统”，并做相关介绍，每个组员对该作品提出一个优点和一个缺点；③回到原位，组员依次描述自己的收获，组长认真听取；④整合其他小组的经验和建议，對本组作品进行优化和改进。

注：本文系江苏省教育科学“十三五”规划课题“江苏省高中STEM教育基地实验项目的设计与实践研究”（课题编号：C-a/2018/02/19）、江苏省教育科学“十三五”规划课题“基于计算思维的高中生设计与智造项目化实践研究”（课题编号：D/2020/02/283）、无锡市教育学会“十四五”教育科研课题“初高中人工智能教学衔接研究”（课题编号：XH2022307）的阶段性研究成果

参考文献

张禄. 基于大概念的高中技术课程整合性教学实践——以“楼道照明系统”单元设计为例[J]. 中小学信息技术教育，2022（7）： 67-69.

陈鹏. 基于设计思维的技术教育STEM整合课程研究——以“设计更好的学校”课程为例[J]. 现代教育技术，2021，31（1）： 98-104.

张禄. 基于聚类思想的项目式课程设计与实践研究——以《Arduino创意机器人》课程为例[J]. 中国教育信息化，2021（18）： 65-68.

陈鹏，黄荣怀. 设计思维带来什么？——基于2000-2018年WOS核心数据库相关文献分析[J]. 现代远程教育研究，2019，31（6）： 102-111.

作者单位：江苏无锡市第一中学

编   辑：王晓波