融入設(shè)計(jì)思維的小學(xué)STEAM教學(xué)活動設(shè)計(jì)

楊彩香　鐘媚　胡家亮　劉琦

摘? 要 將設(shè)計(jì)思維模式融入STEAM教學(xué)，參考斯坦福大學(xué)提出的EDIPT模型，構(gòu)建融入設(shè)計(jì)思維的STEAM教學(xué)活動設(shè)計(jì)模式，并在該模式基礎(chǔ)上分析教學(xué)活動設(shè)計(jì)理念，最后結(jié)合小學(xué)科學(xué)內(nèi)容，制作出小學(xué)STEAM教學(xué)活動案例“制作簡易走馬燈”，嘗試為小學(xué)STEAM教學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞 小學(xué)科學(xué);設(shè)計(jì)思維;STEAM;EDIPT模型;科學(xué)素養(yǎng);簡易走馬燈;創(chuàng)新能力

中圖分類號：G620? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）15-0074-03

1 引言

在小學(xué)階段，為加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，教育部于2001年公布了《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》），并隨著教育發(fā)展先后進(jìn)行數(shù)次修訂。2017年，《標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行了最新一次修改。其中，首次將科學(xué)課程的學(xué)段由原先的1～3年級增至1～6年級，說明小學(xué)科學(xué)課程得到全方位的重視;另外，在課程設(shè)計(jì)方面強(qiáng)調(diào)“探究”“綜合”，注重通過對知識的整合，促進(jìn)學(xué)生整體認(rèn)識和學(xué)習(xí)科學(xué)等[1]。依據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》，小學(xué)科學(xué)開始圍繞實(shí)際生活問題并往綜合化的課程前進(jìn)，這與STEAM教育強(qiáng)調(diào)問題解決為導(dǎo)向的跨學(xué)科教育不謀而合。STEAM教育注重通過科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Art）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等學(xué)科聯(lián)系成系統(tǒng)整體進(jìn)行教學(xué)。

小學(xué)科學(xué)課在STEAM理念的指導(dǎo)下取得一定的發(fā)展與提升，但也存在些許問題，側(cè)面反映出STEAM教育當(dāng)前的困境。在課程需求方面，教師雖然能夠引入接近生活實(shí)際的主題，卻忽視對學(xué)生的共鳴指導(dǎo)，學(xué)生不能站在用戶的角度去考慮需求與問題;在學(xué)科內(nèi)容方面，銜接突然、過于寬泛，很難真正應(yīng)用在教學(xué)實(shí)踐中[2];在方法運(yùn)用方面，使用工具單一化，缺乏創(chuàng)新策略的使用，導(dǎo)致學(xué)生創(chuàng)新意識不強(qiáng)。

設(shè)計(jì)思維強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)思維發(fā)散與創(chuàng)新的理念與模式，在STEAM理念下的小學(xué)科學(xué)教育中初露頭角，不僅給予可參照的成熟模式，還附帶系統(tǒng)化的創(chuàng)新工具，有助于解決當(dāng)前STEAM科學(xué)課存在的問題。且STEAM教育與設(shè)計(jì)思維的社會性、迭代性、協(xié)作性等特征相契合。因此，本文探索將設(shè)計(jì)思維融入小學(xué)科學(xué)的STEAM教學(xué)中，構(gòu)建STEAM教學(xué)活動設(shè)計(jì)模式，并結(jié)合教學(xué)要求開發(fā)教學(xué)活動案例。

2 融入設(shè)計(jì)思維的STEAM教學(xué)

設(shè)計(jì)思維? 1987年，Rowe提出設(shè)計(jì)思維的概念（Design Thinking）[3]。其后，設(shè)計(jì)思維被普遍用于工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域，到20世紀(jì)末開始被引入教育領(lǐng)域。目前關(guān)于設(shè)計(jì)思維具體概念的討論，可以從三個方面進(jìn)行理解。

1）方法觀：設(shè)計(jì)思維是一套用于支持設(shè)計(jì)創(chuàng)新、問題解決的方法論體系[4-5]。

2）能力觀：將設(shè)計(jì)思維視為專門進(jìn)行復(fù)雜思考的思維能力。

3）過程觀：認(rèn)設(shè)計(jì)思維是一個通過不斷構(gòu)思、原型制

作、測試評價(jià)并不斷迭代，最終找到問題解決方法的創(chuàng)新過程[6]。眾多學(xué)者也由此提出各種設(shè)計(jì)思維的基本步驟。

綜上，設(shè)計(jì)思維不是單一片面的方法或思維能力，而是強(qiáng)調(diào)以人為本，且融合創(chuàng)新模式、創(chuàng)新工具、創(chuàng)新思維的思維方式與方法論，致力通過新穎的設(shè)計(jì)步驟、多角度思考的方式以及運(yùn)用支持創(chuàng)新的工具，達(dá)到真實(shí)問題的解決。

融入設(shè)計(jì)思維的STEAM教學(xué)? 選擇設(shè)計(jì)思維融入STEAM教學(xué)，除了為解決STEAM教學(xué)中存在的問題，還因兩者在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、過程方法等方面有相同或相近的理念，能夠加快融合，促進(jìn)收獲更好的教學(xué)效果。從教學(xué)目標(biāo)上看，設(shè)計(jì)思維強(qiáng)調(diào)選取來自真實(shí)情境的創(chuàng)新項(xiàng)目，致力促進(jìn)項(xiàng)目的創(chuàng)新解決，培養(yǎng)創(chuàng)新能力等面向21世紀(jì)的核心素養(yǎng)，這與STEAM通過利用解決現(xiàn)實(shí)問題的方式培養(yǎng)學(xué)生的STEAM素養(yǎng)有著相通的理念;從教學(xué)內(nèi)容上看，兩者都注重整體性的內(nèi)容，設(shè)計(jì)涵括多學(xué)科知識的問題，特別是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等學(xué)科;從過程方法上看，兩者都提倡采取小組合作、多元化評價(jià)等方式方法。

目前，融入設(shè)計(jì)思維的STEAM教學(xué)取得一定的發(fā)展，如斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院和教育研究生院合作開發(fā)的基于設(shè)計(jì)思維的d.Loft STEM Learning課程[7]，我國研究者也初步構(gòu)建了融入設(shè)計(jì)思維的STEAM教學(xué)設(shè)計(jì)模式?？偟膩碚f，融入設(shè)計(jì)思維的STEAM教學(xué)就是從以人為本出發(fā)，利用設(shè)計(jì)思維步驟、工具、方法，促進(jìn)STEAM教學(xué)中現(xiàn)實(shí)情境問題的解決。

3 融入設(shè)計(jì)思維的STEAM教學(xué)活動設(shè)計(jì)模式

目前，設(shè)計(jì)思維廣泛使用的是Hasso Plattner設(shè)計(jì)學(xué)院（D.School）提出的“共情（Empathize）—定義（Define）—構(gòu)思（Ideate）—原型（Prototype）—測試（Test）”五階段的EDIPT模型[8]。本文以EDIPT模型作為參考，并結(jié)合STEAM教育的理念、困境，進(jìn)而制作出融入設(shè)計(jì)思維的小學(xué)STEAM教學(xué)活動設(shè)計(jì)模式，如圖1所示。在該模型的指導(dǎo)教學(xué)中，借助設(shè)計(jì)思維的創(chuàng)新思考方式、工具、方法等，帶動學(xué)生移情體驗(yàn)并明確問題，再多角度設(shè)計(jì)創(chuàng)造性方案，最終達(dá)到模型產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)。具體分為五個環(huán)節(jié)。

1）需求分析。教師通過創(chuàng)設(shè)適合學(xué)生的社會情境，確定項(xiàng)目的任務(wù)，并引導(dǎo)學(xué)生融入情境產(chǎn)生共情，分析問題需求，了解要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。

2）明確問題。教師講解與設(shè)計(jì)主題相關(guān)的知識原理，給學(xué)生作基礎(chǔ)鋪墊，并引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會整合、梳理、明確表明要解決的問題。

3）藍(lán)圖設(shè)計(jì)。教師設(shè)置頭腦風(fēng)暴，激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維和聚合思維，兩者并駕齊驅(qū)，促進(jìn)創(chuàng)新方案構(gòu)思，即集思廣益。

4）制作模型。教師指導(dǎo)小組動手實(shí)踐，同時注意模型的反復(fù)改進(jìn)、迭代優(yōu)化。

5）交流評價(jià)。學(xué)生將制作的模型在組間相互交流，這個過程是為了通過分享體驗(yàn)交流的過程來獲得反饋意見，便于后續(xù)根據(jù)意見再次修正、完善。

4 融入設(shè)計(jì)思維的STEAM教學(xué)活動設(shè)計(jì)

參考融入設(shè)計(jì)思維的小學(xué)STEAM教學(xué)活動設(shè)計(jì)模式，制定出“制作簡易走馬燈”教學(xué)活動案例。該案例主題的選擇來源于《標(biāo)準(zhǔn)》要求與蘇教版四年級《科學(xué)》教材中第一單元“熱空氣和冷空氣”內(nèi)容的結(jié)合。本文借助該案例，闡述教學(xué)活動設(shè)計(jì)理念和每一環(huán)節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

“制作簡易走馬燈”教學(xué)活動設(shè)計(jì)理念? “制作簡易走馬燈”課例是融入設(shè)計(jì)思維的小學(xué)STEAM教學(xué)活動設(shè)計(jì)模式的實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)通過運(yùn)用STEAM各學(xué)科知識，設(shè)計(jì)富有創(chuàng)造力的方案，進(jìn)而在解決問題的同時培養(yǎng)創(chuàng)新能力，從這樣的角度出發(fā)形成教學(xué)活動設(shè)計(jì)理念。在“制作簡易走馬燈”的具體活動中，學(xué)生通過構(gòu)思并制作走馬燈的過程，符合該設(shè)計(jì)理念;活動細(xì)節(jié)處也與STEAM理念吻合，體現(xiàn)在科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)以及歷史學(xué)科上。

1）S（科學(xué)）：走馬燈能夠旋轉(zhuǎn)，是由于冷熱空氣流動成風(fēng)的原理，屬于科學(xué)范疇。

2）T（技術(shù)）：走馬燈的模型實(shí)現(xiàn)需要學(xué)生動手制作，制作過程涉及葉輪等材料的選擇、各類工具的使用等技術(shù)范疇。

3）E（工程）：對四年級學(xué)生來說，從設(shè)計(jì)主題到制作出走馬燈產(chǎn)品，是一個系統(tǒng)化的工程項(xiàng)目，提高了他們的工程設(shè)計(jì)能力。

4）M（數(shù)學(xué)）：學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中要考慮走馬燈轉(zhuǎn)動快慢問題，涉及葉輪的大小、數(shù)量等，關(guān)于這方面的計(jì)算需要數(shù)學(xué)邏輯知識作為支撐。

5）A（藝術(shù)）：生活中常見的走馬燈都是五彩斑斕的，可引導(dǎo)學(xué)生嘗試美化產(chǎn)品，融合運(yùn)用美學(xué)知識。

6）H（歷史）：走馬燈也稱跑馬燈、串馬燈，是富含我國傳統(tǒng)文化的工藝品，了解它的起源，關(guān)乎歷史學(xué)科。

“制作簡易走馬燈”教學(xué)活動設(shè)計(jì)? 基于設(shè)計(jì)思維模型的流程，設(shè)計(jì)出制作簡易走馬燈的教學(xué)活動。

1）需求分析。教師先創(chuàng)設(shè)情境以確定項(xiàng)目任務(wù)。教師先播放我國古代和現(xiàn)代的花燈展視頻，其中富含各具特色的走馬燈。通過視頻放映的方式，創(chuàng)設(shè)主題情境。教師通過觀察學(xué)生的反應(yīng)，了解他們對走馬燈的認(rèn)識情況，然后提出“同學(xué)們，若幫助一位貧窮的小女孩在古代花燈節(jié)中慶元宵，她需要些什么呢？那么，你會怎么做”等問題，環(huán)環(huán)相扣，使學(xué)生對小女孩產(chǎn)生移情，符合設(shè)計(jì)思維以人為中心的核心理念。同時，引起學(xué)生對小女孩的需求分析，逐漸激起探究走馬燈的興趣，也由此給學(xué)生確定了要制作走馬燈的任務(wù)。

在這個過程中，教師要注意引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察視頻內(nèi)容，且給學(xué)生配備觀察記錄表、同理心記錄單，將需求分析結(jié)果寫下來，為下面的步驟作鋪墊。

2）明確問題，即通過原理講解，引導(dǎo)問題確定。要制作走馬燈，前提是要明確如何解決制作的問題，要發(fā)現(xiàn)問題所在，必須充分了解走馬燈是什么，具體結(jié)構(gòu)有哪些。在該環(huán)節(jié)，教師首先給學(xué)生講解走馬燈的歷史由來;其次，提供最簡單的走馬燈樣品給每個小組進(jìn)行觀察（圖2）;再次，在演示分析走馬燈轉(zhuǎn)動的科學(xué)原理后，指導(dǎo)學(xué)生小組通過拆解的方法獲取走馬燈的構(gòu)造（支架、火焰籠、蠟燭、葉輪），了解每個部分的功能，如蠟燭能夠提供光亮和熱氣流，葉輪可以牽動旋轉(zhuǎn)等;最后，發(fā)放定義問題表，助力引導(dǎo)學(xué)生確定要設(shè)計(jì)的問題。

3）藍(lán)圖設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思維主張如設(shè)計(jì)師一樣思考，因此，藍(lán)圖設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的核心階段，也是實(shí)現(xiàn)走馬燈模型制作的關(guān)鍵步驟。教師要轉(zhuǎn)變角色，充當(dāng)學(xué)生的啟發(fā)者、引導(dǎo)者，首先設(shè)置頭腦風(fēng)暴，讓學(xué)生集思廣益，思維從發(fā)散到聚合，最后匯聚成一個藍(lán)圖或方案。如教師引導(dǎo)學(xué)生帶著原理思考“走馬燈要如何設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動？若旋轉(zhuǎn)太慢或太快，怎么設(shè)計(jì)葉輪”等問題，然后發(fā)放頭腦風(fēng)暴記錄表、設(shè)計(jì)草圖等設(shè)計(jì)思維工具，幫助學(xué)生記錄想法;接下來組織小組討論各種可能性，循環(huán)往復(fù)地比較分析，最終得到最優(yōu)方案，完成藍(lán)圖設(shè)計(jì)，結(jié)果如圖3所示。

4）制作模型。指導(dǎo)小組實(shí)踐操作，動手操作使學(xué)生更為積極踴躍。為了高效地完成模型制作，教師布置兩項(xiàng)任務(wù)：

①組織每個小組討論任務(wù)分工，每個組員有明確分工，減少錯亂甚至沖突的狀況;

②限定完成時間，體現(xiàn)“快速”原則，利用時限性激起無限可能。

該環(huán)節(jié)啟動前，教師應(yīng)提供足夠的制作工具與材料，包括紙杯、蠟燭、剪刀、小刀、尺子、針、線等，如圖4所示。接著小組開始合作開展制作過程，教師要實(shí)時監(jiān)督，及時引導(dǎo)并糾錯，如當(dāng)走馬燈轉(zhuǎn)動不了時，指導(dǎo)記錄并根據(jù)原理尋找原因。經(jīng)過調(diào)試，完成粗略模型。另外，在整個過程中加強(qiáng)安全教育。

5）交流評價(jià)。學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)交流與反饋評價(jià)，該環(huán)節(jié)蘊(yùn)含兩個層面的內(nèi)容：

①作品的分享交流過程;

②作品的測試反饋過程，上一環(huán)節(jié)完成的模型，在此階段得到不斷修正與完善。

首先，教師要求學(xué)生代表展示各自的走馬燈作品，包括展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效果、闡述設(shè)計(jì)思路以及講明解決困難的過程，實(shí)質(zhì)是對走馬燈的體驗(yàn)與測試;

其次，組織學(xué)生圍繞關(guān)鍵點(diǎn)交流，包括實(shí)現(xiàn)走馬燈轉(zhuǎn)動的方法、遇到的困境、收獲的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)等，緊接著發(fā)布評價(jià)量表，進(jìn)行互評和自評;

最后，小組基于反饋內(nèi)容再反思，盡力修改、完善作品。

5 結(jié)語

本文從小學(xué)科學(xué)STEAM教學(xué)存在的問題入手，發(fā)現(xiàn)融入設(shè)計(jì)思維的STEAM教學(xué)可以有效解決課程需求、學(xué)科內(nèi)容、方法運(yùn)用方面的問題，由此構(gòu)建出融入設(shè)計(jì)思維的小學(xué)STEAM教學(xué)活動模式;基于該模式展開具體的案例設(shè)計(jì)，以期幫助教師深入了解設(shè)計(jì)思維、STEAM理念以及兩者的融合性。同時，借助案例，分析整體的設(shè)計(jì)理念、思路、方法，促進(jìn)教師更好地引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)探究，以提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[DB/OL].[2017-01-19].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201702/t20170215_296305.html.

[2]田秀蘭.基于STEAM教育理念的小學(xué)科學(xué)課程實(shí)踐研究：以銀川H小學(xué)為例[D].寧夏大學(xué)，2019.

[3]林琳，沈書生.設(shè)計(jì)思維的概念內(nèi)涵與培養(yǎng)策略[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育探究，2016（6）：18-25.

[4]Brown T. Design thinking[J].Harvard business review，2008（6）：1-9.

[5]Buchanan R. Wicked problems in design thinking[J].Design Issues，1992，8（s2）：5-21.

[6]Razzouk R， Shute V. What is design thinking and?why is it important[J].Review of educational research，2012，82（3）：330-348.

[7]陳鵬，田陽，黃榮懷.基于設(shè)計(jì)思維的STEM教育創(chuàng)新課程研究及啟示：以斯坦福大學(xué)d.loft STEM課程為例[J].中國電化教育，2019（8）：82-90.

[8]An Introduction to Design Thinking PROCESS GUIDE[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/957a20f8964bcf84b8d57b1d.html.