設(shè)計(jì)思維視角下的青少年科技創(chuàng)新教育

周建中

設(shè)計(jì)思維的起源和流程

設(shè)計(jì)思維（Design Thinking）起源于設(shè)計(jì)界，1987年被哈佛設(shè)計(jì)學(xué)院院長(zhǎng)Peter Rowe首次使用，隨后在工業(yè)、美術(shù)、工程、管理等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。設(shè)計(jì)思維進(jìn)入教育領(lǐng)域可追溯到2005年美國(guó)斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)思維學(xué)院（D.School）的成立。近年來(lái)，設(shè)計(jì)思維逐步走進(jìn)中小學(xué)，為學(xué)生提供一套切實(shí)可用的思維方法和設(shè)計(jì)工具，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)意思維和動(dòng)手實(shí)踐能力。實(shí)施模式也從開(kāi)設(shè)專門的設(shè)計(jì)思維課程逐步向設(shè)計(jì)思維與學(xué)科課程融合的方式轉(zhuǎn)變。

設(shè)計(jì)思維一詞至今還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義，主要是利用設(shè)計(jì)師的思維模式解決復(fù)雜的冋題，獲得創(chuàng)新解決方案。這是一種以解決方案為導(dǎo)向的思維形式，它不是從某個(gè)問(wèn)題入手，而是從目標(biāo)或者是要達(dá)成的成果著手，通過(guò)對(duì)當(dāng)前和未來(lái)的需求分析，確定所要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，探索問(wèn)題中各項(xiàng)相關(guān)因素的變化，找出最佳解決方案。設(shè)計(jì)思維的模型和流程有很多，主要有IDEO公司設(shè)計(jì)思維流程、斯坦福大學(xué)D.School設(shè)計(jì)思維流程和德國(guó)波茨坦HPI設(shè)計(jì)思維流程等。分析這些模型，其核心內(nèi)涵基本一致，都包括：設(shè)計(jì)思維是一套用于支持設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和問(wèn)題解決的方法論體系;是一個(gè)通過(guò)對(duì)問(wèn)題探索，對(duì)解決方案進(jìn)行構(gòu)思、原型制作、測(cè)試評(píng)價(jià)并不斷迭代，最終找到冋題解決方法的創(chuàng)新過(guò)程;同時(shí)也是一種用于解決問(wèn)題的復(fù)雜的思維方式和能力。設(shè)計(jì)思維強(qiáng)調(diào)向設(shè)計(jì)師一樣思考，以用戶為中心，把真實(shí)生活中出現(xiàn)的不良的、復(fù)雜的、矛盾的挑戰(zhàn)看作機(jī)會(huì)而不是障礙來(lái)解決問(wèn)題;通過(guò)研究遇到的問(wèn)題，尋找解決問(wèn)題的條件，創(chuàng)造性地產(chǎn)生解決方案。

比較經(jīng)典的斯坦福大學(xué)D.School的EDIPT設(shè)計(jì)思維流程分為5大步驟：同理心、問(wèn)題定義、創(chuàng)意構(gòu)思、原型設(shè)計(jì)和測(cè)試評(píng)價(jià)^[1]（如圖1所示）。其核心是利用同理心對(duì)目標(biāo)受眾進(jìn)行觀察和分析，尋找需要解決的問(wèn)題或機(jī)遇;然后界定需要設(shè)計(jì)的問(wèn)題，通過(guò)創(chuàng)意構(gòu)思形成解決方案;利用可視化工具進(jìn)行原型設(shè)計(jì)并快速成型，再對(duì)原型進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)、調(diào)整完善。這套流程簡(jiǎn)單易懂，是一個(gè)反復(fù)迭代的過(guò)程，對(duì)于初學(xué)設(shè)計(jì)思維的人更容易掌握。同時(shí)，也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)思維不是一個(gè)按部就班的過(guò)程，而是一種原則或方法，在過(guò)程中可能不止一次地重復(fù)以完善原先的想法和探索新的方向。

設(shè)計(jì)思維對(duì)青少年科技創(chuàng)新的促進(jìn)

隨著對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維培養(yǎng)的重視，STEM教育、創(chuàng)客教育等具有跨學(xué)科特征的教育模式在基礎(chǔ)教育中的實(shí)踐越來(lái)越多，在青少年科技教育中也逐漸強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的重要性。設(shè)計(jì)思維為學(xué)生提供了一套實(shí)用的思維方法與過(guò)程，在科技創(chuàng)新教育中的運(yùn)用也慢慢凸顯出來(lái)，特別是它能夠促進(jìn)學(xué)生在同理心、想象力、創(chuàng)新思維、問(wèn)題解決和合作能力等多方面的發(fā)展。

同理心是設(shè)計(jì)思維中強(qiáng)調(diào)以人為本的最核心環(huán)節(jié)，是指?jìng)€(gè)體知覺(jué)和理解他人的想法和意圖，并作出適當(dāng)反應(yīng)的能力。它通過(guò)了解目標(biāo)受眾的需求，為接下來(lái)的定義和解決問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。神經(jīng)科學(xué)對(duì)同感的研究發(fā)現(xiàn)，鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)是其最重要的神經(jīng)基礎(chǔ)，主要完成理解別人的動(dòng)作，甚至意圖，使個(gè)體能夠了解他人的情緒和行為的社會(huì)意義。人們用這種方式了解別人時(shí)，不是通過(guò)概念的推理過(guò)程，而是靠模仿;不是靠思維，而是靠感覺(jué)^[2]。

認(rèn)知心理學(xué)對(duì)人類的決策系統(tǒng)研究指出，創(chuàng)新來(lái)自于直覺(jué)決策系統(tǒng)，需要有相應(yīng)領(lǐng)域的知識(shí)積累，然后在一種激昂的或是特別沉浸的情緒狀態(tài)下，依靠直覺(jué)進(jìn)行決策。神經(jīng)科學(xué)隨后的研究發(fā)現(xiàn)，在逼近創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)范式下，創(chuàng)新的認(rèn)知過(guò)程需要默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)（創(chuàng)新思維的產(chǎn)生）和執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)（創(chuàng)新思維的評(píng)估）的共同協(xié)作，凸顯網(wǎng)絡(luò)起著非常重要的動(dòng)態(tài)切換和雙向調(diào)節(jié)作用^[3]。

設(shè)計(jì)思維強(qiáng)調(diào)同理心的作用，并將其作為設(shè)計(jì)活動(dòng)的第1步，使設(shè)計(jì)的過(guò)程從最初的模糊問(wèn)題識(shí)別開(kāi)始就指向了整個(gè)過(guò)程的創(chuàng)新。設(shè)計(jì)思維通過(guò)聚焦于同理心對(duì)需求進(jìn)行挖掘與定義，并通過(guò)頭腦風(fēng)暴等小組合作活動(dòng)尋找各種解決方案和創(chuàng)意，利用設(shè)計(jì)、制作和測(cè)試、改進(jìn)的迭代實(shí)現(xiàn)最佳解決方案。這個(gè)過(guò)程可以培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維意識(shí)與能力，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)創(chuàng)意思考和創(chuàng)新問(wèn)題解決。其過(guò)程著重強(qiáng)調(diào)了分析需求、尋找問(wèn)題、形成創(chuàng)意，對(duì)科技創(chuàng)新中的工程設(shè)計(jì)考慮不足，特別是設(shè)計(jì)思維流程中并沒(méi)有完全體現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。隨著對(duì)青少年科技創(chuàng)新教育的重視，許多研究和實(shí)踐在原有的工程設(shè)計(jì)模型和流程中，引入設(shè)計(jì)思維的前3步，充分發(fā)揮其激發(fā)學(xué)生尋找問(wèn)題，形成創(chuàng)意的巨大優(yōu)勢(shì)和可操作性，使青少年的科技創(chuàng)新活動(dòng)水平和質(zhì)量得到了極大的提升。

英特爾公司開(kāi)發(fā)的“Design and Discovery”課程將傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)思維結(jié)合起來(lái)，給出了設(shè)計(jì)的10大流程：①確定設(shè)計(jì)機(jī)會(huì);②圍繞設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)展開(kāi)調(diào)查研究;③集體討論可能的問(wèn)題解決方案;④起草設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介;⑤研究并完善解決方案;⑥準(zhǔn)備設(shè)計(jì)要求和概念草圖;⑦建構(gòu)模型、構(gòu)件和零件;⑧建構(gòu)解決方案原型;⑨測(cè)試、評(píng)估和修訂解決方案;⑩交流解決方案。這個(gè)設(shè)計(jì)流程涵蓋了如何定義問(wèn)題或需求，如何開(kāi)展調(diào)查研究形成多種解決方案，如何設(shè)計(jì)、建模、測(cè)試、迭代改進(jìn)解決方案，如何可視化呈現(xiàn)高階思維技能。

設(shè)計(jì)思維在青少年科技創(chuàng)新教育中的應(yīng)用

創(chuàng)新的關(guān)鍵在滿足新的需求，青少年科技創(chuàng)新教育強(qiáng)調(diào)將問(wèn)題解決的活動(dòng)與創(chuàng)意思考相結(jié)合，而創(chuàng)意的本質(zhì)是得到新的結(jié)果和方法，形成解決問(wèn)題的新設(shè)想。設(shè)計(jì)思維強(qiáng)調(diào)對(duì)真實(shí)情境下的需求進(jìn)行系統(tǒng)的分析，進(jìn)而明確問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)機(jī)會(huì);通過(guò)資料的分析和調(diào)研，綜合利用已有知識(shí)和技能，形成多種可能的解決方案;通過(guò)對(duì)比、分析找到對(duì)問(wèn)題的最佳解決方案，然后進(jìn)行原型建構(gòu)和測(cè)試改進(jìn)。這與青少年科技創(chuàng)新教育的目標(biāo)和追求不謀而合，將設(shè)計(jì)思維的方法和工具用于青少年科技創(chuàng)新教育，將更加有助于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

設(shè)計(jì)思維在青少年科技創(chuàng)新教育中的應(yīng)用需要考慮學(xué)生的認(rèn)識(shí)和情感發(fā)展水平。小學(xué)生的思維較為發(fā)散，具備的知識(shí)和技能相對(duì)薄弱，他們善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并提出許多“天馬行空”的想法。如何保護(hù)他們的好奇心，激發(fā)他們學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，是科技教育需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。這個(gè)階段，可以讓他們初步體驗(yàn)設(shè)計(jì)思維的過(guò)程與理念，逐步培養(yǎng)起同理心、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題等能力。同時(shí)，在科學(xué)知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)方面，需要為他們提供基于標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)化探究學(xué)習(xí)和基于現(xiàn)實(shí)世界的、基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)，通過(guò)逐步的模仿，逐漸過(guò)渡到能夠在教師的指導(dǎo)下開(kāi)展科技創(chuàng)新活動(dòng)。