史加祥

【摘 要】設(shè)計(jì)作為小學(xué)階段需要開展的實(shí)踐活動及小學(xué)生需要具備的重要能力與思維方式，在《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中被多次提及。文章在對設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)思維進(jìn)行課標(biāo)和文獻(xiàn)理解的基礎(chǔ)上，對其能力要素組成和實(shí)踐流程進(jìn)行了梳理，明確了設(shè)計(jì)思維的培育方法與策略，并對不同目標(biāo)視角下和跨學(xué)科視角下的設(shè)計(jì)思維課堂教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行呈現(xiàn)與總結(jié)，為小學(xué)階段開展設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)和促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)；工程與技術(shù)實(shí)踐；設(shè)計(jì)思維；課堂教學(xué)

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）指出，科學(xué)課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)［1］?？茖W(xué)思維是素養(yǎng)發(fā)展的核心，是科學(xué)探究所需的關(guān)鍵能力與核心思維方式；探究實(shí)踐不僅是學(xué)生通過科學(xué)探究形成的關(guān)鍵能力與對科學(xué)探究的本質(zhì)理解，也是其他素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵途徑。［2］設(shè)計(jì)作為小學(xué)生需要參與的實(shí)踐活動及需要具備的重要能力與思維方式，在新課標(biāo)中被多次提及。如何理解新課標(biāo)中的設(shè)計(jì)能力與設(shè)計(jì)思維？在課堂教學(xué)中如何培養(yǎng)與發(fā)展？本文嘗試對工程設(shè)計(jì)與基于設(shè)計(jì)思維的教學(xué)進(jìn)行梳理與總結(jié)，期望為新課標(biāo)的課堂落實(shí)提供啟示與借鑒。

一、設(shè)計(jì)能力與設(shè)計(jì)思維的多元理解

從不同的視角看設(shè)計(jì)能力與設(shè)計(jì)思維會產(chǎn)生不同的理解，對不同的理解進(jìn)行梳理能夠給課堂教學(xué)奠定基礎(chǔ)，指明方向。

（一）設(shè)計(jì)活動與能力的課標(biāo)理解

對新課標(biāo)中與設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)相關(guān)的內(nèi)容和要求梳理后發(fā)現(xiàn)，其在科學(xué)觀念、科學(xué)思維和探究實(shí)踐等素養(yǎng)中都有涉及。如在科學(xué)思維中有“設(shè)計(jì)簡單的實(shí)驗(yàn)”“進(jìn)行初步的創(chuàng)意設(shè)計(jì)”等學(xué)習(xí)要求，在探究實(shí)踐中則要求“設(shè)計(jì)控制變量的實(shí)驗(yàn)方案”“設(shè)計(jì)并制作簡單的裝置”等。同時，將“設(shè)計(jì)方案”作為技術(shù)與工程實(shí)踐的要素之一，在探究與實(shí)踐之后培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、驗(yàn)證與改進(jìn)的能力。

對新課標(biāo)進(jìn)行梳理可以總結(jié)出設(shè)計(jì)有設(shè)計(jì)活動和設(shè)計(jì)能力兩種理解。設(shè)計(jì)活動可以是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)調(diào)查活動、設(shè)計(jì)劇情、設(shè)計(jì)制作工具等探究活動，也可以是“為蝸牛設(shè)計(jì)并建造一個‘家”“設(shè)計(jì)或改進(jìn)一份均衡膳食菜單”等項(xiàng)目研究，還可以是制作之前的準(zhǔn)備活動，如設(shè)計(jì)制作實(shí)物模型、設(shè)計(jì)一些有創(chuàng)意的小發(fā)明或小制作等。設(shè)計(jì)能力主要是作為解決問題和完成實(shí)際任務(wù)需要具備的能力之一，其既是科學(xué)學(xué)習(xí)中需要培養(yǎng)與發(fā)展的一種共同能力，又是在不同情境與任務(wù)中表現(xiàn)出來的獨(dú)特能力。

新課標(biāo)中將設(shè)計(jì)活動與設(shè)計(jì)能力充分融合的內(nèi)容主要是“技術(shù)、工程與社會”和“工程設(shè)計(jì)與物化”兩個核心概念，并分學(xué)習(xí)階段具體呈現(xiàn)了設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)要求與活動，明確了技術(shù)與工程實(shí)踐涉及明確問題、設(shè)計(jì)方案、實(shí)施計(jì)劃、檢驗(yàn)作品、改進(jìn)完善、發(fā)布成果等要素。

（二）設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)思維的文獻(xiàn)理解

對于設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)思維研究的文獻(xiàn)眾多，不同的研究有著不同的視角與理解。有研究從職業(yè)角度出發(fā)，將設(shè)計(jì)解釋為一門學(xué)科，指出設(shè)計(jì)是利用設(shè)計(jì)師的敏感和設(shè)計(jì)師掌握的方法來匹配人們的需求，在考慮什么在技術(shù)上是可行的、什么是可行的商業(yè)策略基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化為客戶的價值和市場機(jī)會。［3］而設(shè)計(jì)思維則采用設(shè)計(jì)師的思維，將消費(fèi)者的需求放在首位來解決問題，設(shè)計(jì)思維依賴于以同理心觀察人們?nèi)绾闻c環(huán)境互動，并采用迭代、親身實(shí)踐的方法來創(chuàng)建創(chuàng)新解決的方案。［4］上述觀點(diǎn)是將設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)思維作為特殊職業(yè)人群（設(shè)計(jì)師）的工作與思維方式來理解。也有的研究認(rèn)為設(shè)計(jì)是基于一定設(shè)想、有目的、有規(guī)劃的創(chuàng)造活動［5］。設(shè)計(jì)思維是學(xué)生通過獨(dú)立思考、依靠團(tuán)隊(duì)合作來達(dá)成的動手實(shí)踐過程，學(xué)生發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力并通過測試不斷優(yōu)化方案，以解決實(shí)際問題為最終目標(biāo)。［6］

從不同的視角研究會對設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)思維產(chǎn)生不同的認(rèn)識與理解。筆者通過對文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，較為認(rèn)同將小學(xué)科學(xué)中的設(shè)計(jì)理解為動手實(shí)踐，目的是讓學(xué)生把自己的想法變成有形的、可測試的過程與流程、制作與產(chǎn)品。而設(shè)計(jì)思維則是在科學(xué)學(xué)習(xí)中需要培養(yǎng)與發(fā)展的以解決方案為中心的一種獨(dú)特思考和實(shí)踐方式，是將遇到的問題和挑戰(zhàn)重新定義為機(jī)會并解決的迭代、非線性過程，培養(yǎng)設(shè)計(jì)思維的目標(biāo)就是要讓學(xué)生跳出標(biāo)準(zhǔn)、勇于創(chuàng)新，并用創(chuàng)造力解決問題。

綜上可以看出，設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)思維沒有單一的定義。設(shè)計(jì)可以是一種方法、一種實(shí)踐。設(shè)計(jì)思維可以是一種策略、一種理念，也可以是一種看待自然和科學(xué)世界的方式。而開展設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)思維活動能夠?yàn)閷W(xué)生提供遷移與應(yīng)用所學(xué)課程知識的機(jī)會，增加學(xué)生的參與度，鼓勵學(xué)生以新的方式展示他們的能力，同時還能提升學(xué)生合作學(xué)習(xí)、創(chuàng)造力和發(fā)散思維的能力等［7］。雖然設(shè)計(jì)活動的開展和設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)對學(xué)生有很多益處，但設(shè)計(jì)在之前的教學(xué)中往往被忽視，工程思維的滲透與培養(yǎng)幾乎被無視［8］?，F(xiàn)實(shí)對教師和學(xué)生提出了很大的挑戰(zhàn)。對教師而言，開展設(shè)計(jì)思維活動的挑戰(zhàn)包括教學(xué)時間的限制，缺乏教育設(shè)計(jì)思維的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和有針對性的培訓(xùn)，需要準(zhǔn)備充足的學(xué)習(xí)材料與資源等。對學(xué)生而言，則面臨著參與活動時會產(chǎn)生困惑和沮喪、缺少好的想法和創(chuàng)造力、團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)時遇到的沖突與困難等。

二、設(shè)計(jì)思維的能力要素與實(shí)踐模型

新課標(biāo)將“設(shè)計(jì)方案”作為技術(shù)與工程實(shí)踐的要素之一，并且明確了設(shè)計(jì)是工程的關(guān)鍵，可見技術(shù)與工程實(shí)踐的主要目標(biāo)之一就是培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的設(shè)計(jì)思維。

（一）設(shè)計(jì)思維的能力要素

筆者對已有研究梳理后發(fā)現(xiàn)，專家與學(xué)者對設(shè)計(jì)能力與思維的描述有多種方式，使用了不同的術(shù)語和行動序列對能力要素進(jìn)行了描述，并聯(lián)系和融入了很多概念與屬性。有研究在對部分概念和模型識別的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)一些能力要素被頻繁地提及與使用，雖然對要素或能力有著不同的表述，但通過對內(nèi)涵歸納后可以總結(jié)出如共情、界定、構(gòu)思、原型、探索、測試、評價、優(yōu)化等共同能力要素（見表1）。

從表1可以看出，無論是設(shè)計(jì)思維還是技術(shù)與工程實(shí)踐，彼此的要素能夠相互對應(yīng)，設(shè)計(jì)思維強(qiáng)調(diào)共情與探索兩個要素，在技術(shù)與工程實(shí)踐中也能找到類似的表述。如在明確問題之前要針對實(shí)際需要，要根據(jù)實(shí)際效果來檢驗(yàn)作品等。由此可見，可以將設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)作為新課標(biāo)技術(shù)與工程實(shí)踐學(xué)習(xí)要求落實(shí)的主要抓手。

（二）設(shè)計(jì)思維的教學(xué)實(shí)踐流程

設(shè)計(jì)思維的各種能力要素并不是以線性的方式排列組成教師的教學(xué)過程或?qū)W生的實(shí)踐流程，而是一個迭代的、非線性的過程。新課標(biāo)指出，要根據(jù)實(shí)際效果進(jìn)行修改迭代。由此，筆者對設(shè)計(jì)思維的能力要素進(jìn)行分析、匯總，形成了具體的教學(xué)與實(shí)踐流程（如圖1）。

圖1中需要重點(diǎn)說明的首先是共情需求，此能力要素是指學(xué)生在設(shè)計(jì)中需要設(shè)身處地為他人著想，在特定的情境或任務(wù)中用他們的眼睛觀看真正的世界，貫穿設(shè)計(jì)的全過程。其次是需要重視原型的制作，制作原型的目的是盡早發(fā)現(xiàn)與識別設(shè)計(jì)缺陷和可用性上存在的問題，避免時間、精力和資金的浪費(fèi)，即使設(shè)計(jì)失敗也能盡早發(fā)現(xiàn)并以較低的成本失敗。最后是迭代，迭代不僅包括對原型的修改與優(yōu)化，也包括在測試之后對方案的再構(gòu)思與再設(shè)計(jì)，還包括對需求的再分析和對問題的再確定。

設(shè)計(jì)思維的教學(xué)與實(shí)踐流程為課堂開展設(shè)計(jì)教學(xué)提供了方向。然而，在實(shí)際教學(xué)中，教師還需要從學(xué)生的學(xué)習(xí)能力出發(fā)進(jìn)行調(diào)整，不斷培養(yǎng)與鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)技能和科學(xué)思維方法，同時針對每個要素進(jìn)行培育與發(fā)展，最終形成較為完整與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維，并內(nèi)化成為學(xué)生學(xué)習(xí)與思考的素養(yǎng)（如圖2）。

設(shè)計(jì)思維的培育方法與策略呈螺旋式上升。在具體的培育中，教師需要根據(jù)學(xué)生學(xué)段進(jìn)行差異化和發(fā)展性設(shè)計(jì)，在低、中學(xué)段的設(shè)計(jì)活動中多一些工具技能、思維方法和能力要素的實(shí)踐，在中、高學(xué)段可以重點(diǎn)開展能力要素和完整流程的實(shí)踐。當(dāng)然，低學(xué)段也需要適當(dāng)開展完整流程的設(shè)計(jì)實(shí)踐活動，但可以對要素進(jìn)行刪減和簡化，以符合學(xué)生的認(rèn)知與能力。與此同時，設(shè)計(jì)思維的培育也需要與其他思維型科學(xué)探究與實(shí)踐充分結(jié)合，需要以新課標(biāo)中的具體學(xué)習(xí)目標(biāo)和要求為基礎(chǔ)，在扎實(shí)的實(shí)踐中細(xì)化落實(shí)。

三、設(shè)計(jì)思維的課堂教學(xué)實(shí)踐

本文在厘清概念和對流程進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上對設(shè)計(jì)思維的具體教學(xué)進(jìn)行了探索，為工程與技術(shù)實(shí)踐的后續(xù)教學(xué)提供經(jīng)驗(yàn)與借鑒。

（一）不同目標(biāo)視角下設(shè)計(jì)思維的實(shí)踐

從不同視角理解設(shè)計(jì)思維，定位不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)，會產(chǎn)生不同的過程與結(jié)果。為了幫助四年級學(xué)生學(xué)習(xí)新課標(biāo)中“課程內(nèi)容”的“12.2 ?技術(shù)與工程改變了人們的生產(chǎn)和生活”，教師設(shè)計(jì)了如下的情境。

情境 在我國有些地區(qū)一旦遇到下雨，學(xué)生就沒辦法上課了，因?yàn)檫@些地區(qū)的學(xué)校沒有電，而雨天教室光線暗，學(xué)生也就沒辦法繼續(xù)上課了。我們該如何幫助他們解決這個問題？

教師從不同視角出發(fā)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，具體教學(xué)流程如下（見表2）。

從上述兩種視角的實(shí)踐可以看出，設(shè)計(jì)思維的教學(xué)可以有不同的側(cè)重點(diǎn)。視角一是將設(shè)計(jì)思維作為解決問題的設(shè)計(jì)方法，目的是讓學(xué)生設(shè)計(jì)、制作簡易風(fēng)力發(fā)電裝置，并在測試與迭代后完善制作，最終進(jìn)行成果發(fā)布與展示。視角二看起來似乎與設(shè)計(jì)思維無關(guān)，但卻體現(xiàn)了設(shè)計(jì)思維在知人知生活的基礎(chǔ)上深挖需求，從而解決實(shí)際問題的本質(zhì)，是將設(shè)計(jì)思維作為解決問題的方法。雖然視角二中界定的問題在短期內(nèi)無法得到解決，而且問題也變得越來越大、越來越復(fù)雜，但充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)思維不是“快餐”設(shè)計(jì)工具與思維方法。因此，在實(shí)踐中，教師對設(shè)計(jì)思維的不同認(rèn)識會產(chǎn)生不同的教學(xué)過程與結(jié)果，在給予充足時空和資源支持后，學(xué)生就能創(chuàng)造出令人驚訝的成果和展現(xiàn)出令人難以置信的認(rèn)知能力。

上述實(shí)踐也對科學(xué)探究、工程與技術(shù)實(shí)踐中的情境創(chuàng)設(shè)產(chǎn)生了一定的啟示，如真實(shí)的情境能夠引發(fā)學(xué)生的興趣，促進(jìn)學(xué)生對問題的界定和方案的形成等。然而從學(xué)生學(xué)習(xí)多元、立體、復(fù)雜的過程與結(jié)果來看，真實(shí)情境對設(shè)計(jì)思維的形成而言并不是直接的線性關(guān)聯(lián)，也并非只有真實(shí)情境才能生成設(shè)計(jì)思維。教師需要根據(jù)具體的培養(yǎng)與發(fā)展目標(biāo)創(chuàng)設(shè)合適的情境或場域來發(fā)展學(xué)生的設(shè)計(jì)思維。

（二）跨學(xué)科視角下的設(shè)計(jì)思維實(shí)踐

設(shè)計(jì)思維實(shí)踐不僅是科學(xué)課程的學(xué)習(xí)要求，也是藝術(shù)、勞動等課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，將設(shè)計(jì)作為跨學(xué)科教學(xué)的抓手有著獨(dú)特的優(yōu)勢。教師可以借鑒已有研究和新課標(biāo)要求，明確設(shè)計(jì)的具體表現(xiàn)水平，如將設(shè)計(jì)圖分為“無標(biāo)注，設(shè)計(jì)不合理”“有部分標(biāo)注，設(shè)計(jì)比較合理”“標(biāo)注清晰，設(shè)計(jì)合理”等不同表現(xiàn)水平［9］。另外，明確中、低學(xué)段學(xué)生的設(shè)計(jì)要求為能根據(jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)，在仔細(xì)觀察和比較后能夠發(fā)現(xiàn)物品的常見功能，能夠繪制圖紙，以滿足部分設(shè)計(jì)要求，并在教師的引導(dǎo)下選擇所需的主要材料，具備設(shè)計(jì)簡單實(shí)施方案的能力；高學(xué)段學(xué)生能夠根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用類比和示例設(shè)計(jì)符合要求的模型，在任務(wù)要求明確的情況下憑借所學(xué)知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析、比較和選擇合適的材料與工具，設(shè)計(jì)的方案能基本滿足要求，設(shè)計(jì)的圖紙基本符合規(guī)范性要求等?；诖耍處煘槲迥昙墝W(xué)生設(shè)計(jì)了“為綠蘿制作簡易自動澆水裝置”的活動（見表3），讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)思維流程的同時，將其他課程的知識與能力遷移應(yīng)用，發(fā)揮設(shè)計(jì)思維促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力發(fā)展的作用。

在“為綠蘿制作簡易自動澆水裝置”的教學(xué)中，教師融合了多門課程的教學(xué)要求，也充分讓學(xué)生遷移與應(yīng)用科學(xué)課程中習(xí)得的科學(xué)觀念、科學(xué)思維等素養(yǎng)。通過實(shí)踐，教師發(fā)現(xiàn)需要在兩個階段給學(xué)生提供充分的時間、資源和支架支持。一是從繪制草圖到形成設(shè)計(jì)圖的過程中，需要幫助學(xué)生意識到草圖和設(shè)計(jì)圖之間的差別。為此，教師提供了適合小學(xué)生的較為標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)參考圖，學(xué)生圍繞需求和問題對設(shè)計(jì)圖反復(fù)論證，形成了符合需求的圖樣。二是在學(xué)生根據(jù)圖樣原型制作、測試和改進(jìn)的過程中，教師既需要給予學(xué)生充足的時間和空間，也需要給學(xué)生提供指向測試與改進(jìn)的學(xué)習(xí)單，時刻提醒學(xué)生要滿足的需求和要解決的問題。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)思維的培育與養(yǎng)成不可能一蹴而就，也不僅是科學(xué)課程的任務(wù)，需要所有課程的共同努力。

以設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)為抓手開展工程與技術(shù)實(shí)踐不僅符合新課標(biāo)的要求，也被實(shí)踐證明是可行的，這種方式受到學(xué)生的喜歡，并對學(xué)生的發(fā)展起到了積極的作用。在新課標(biāo)學(xué)習(xí)與課堂轉(zhuǎn)化的過程中，教師需要在梳理課標(biāo)要求的同時借鑒已有的豐富研究，從學(xué)生的興趣和實(shí)際能力出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)施，使核心素養(yǎng)在課程實(shí)踐中落實(shí)。

參考文獻(xiàn)：

［1］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［2］胡衛(wèi)平，郭習(xí)佩，季鑫，等.思維型科學(xué)探究教學(xué)的理論建構(gòu)［J］.課程·教材·教法，2021（6）：123-129.

［3］BROWN T. Design thinking［J］. Harvard business review，2008（6）：84-92，141.

［4］TUTTLE G. What is design thinking and why is it important？［EB/OL］.（2021-02-24）［2022-12-20］. https：//www.wework.com/ideas/professional-development/creativity-culture/what-is-design-thinking.

［5］義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2022.

［6］周子明，張志，袁磊.融入設(shè)計(jì)思維的STEAM教育：模式構(gòu)建與案例分析［J］.現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2021（1）：56-62.

［7］RABER C. Design-based learning for the elementary school classroom［D］. Vancouver：Emily Carr University of Art and Design，2015.

［8］喻伯軍.小學(xué)科學(xué)教學(xué)關(guān)鍵問題指導(dǎo)［M］.北京：高等教育出版社，2020.

［9］李薇.基于深度學(xué)習(xí)理論的小學(xué)科學(xué)單元項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)：以教科版“船的研究”單元為例［J］.中小學(xué)課堂教學(xué)研究，2023（8）：32-36.

（責(zé)任編輯：羅小熒）