基于設計思維的STEAM課程教學流程研究

嚴建斌

[摘 要]像設計師一樣思考，運用設計思維創(chuàng)造性解決復雜問題，這是一種創(chuàng)新思考學習方式。將設計思維融入STEAM教育活動，有助于培養(yǎng)學生的同理心、深度學習能力、問題解決能力、交流溝通能力以及創(chuàng)新能力等核心素養(yǎng)和關鍵能力。該研究以STEAM課程“傘”為例，圍繞設計思維與STEAM教育的理念，從培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)和關鍵能力出發(fā)，結合“傘”課程教學實踐，借鑒設計思維方法，構建了基于設計思維的STEAM課程教學流程，為STEAM課程設計與教育實踐提供借鑒。

[關鍵詞]設計思維;STEAM教育;STEAM課程;教學流程

[中圖分類號] G622.3[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-9068（2021）18-0093-03

在培養(yǎng)學生問題解決能力、批判性思維與創(chuàng)新素養(yǎng)等核心素養(yǎng)和關鍵能力方面，STEAM教育以項目式學習、問題解決為導向的多學科融合的課程組織方式顯現(xiàn)出強大的生命力。越來越多的學校將 STEAM 教育納入學校的核心或拓展課程內(nèi)容。如何在課程實施中更好地體現(xiàn)STEAM 教育理念，如何促進學生自信主動的發(fā)展，需要根據(jù)課程特點進行探索，對課程整合與重構、課程設計與實踐進行深入的研究。

一、設計思維的教育價值

1.換位思考，培養(yǎng)同理心

設計思維強調(diào)站在對方的角度來看待和理解事物，將關注點聚焦到用戶的需求和感受上，其主要目標是通過“身臨其境”的觀察、傾聽用戶、挖掘用戶的真實需求，并從中得到啟迪，以此作為設計的出發(fā)點來尋求創(chuàng)新突破。將設計思維理念融入教學過程，學生進入一個真實的問題情境，為了解決現(xiàn)實問題，他們?nèi)チ私庥脩舻南敕ǎw驗用戶的感受，站在用戶的角度觀察和思考，模擬用戶使用產(chǎn)品。這一過程能讓學生認識到角色不同考慮問題會有差異，學會從對方的角度考慮問題，明晰對方的需求，使得同理心的培養(yǎng)水到渠成。

2.迭代優(yōu)化，實現(xiàn)深度學習

在設計思維的路徑中，每一項產(chǎn)品設計最初可能是不完善的。設計者通過不斷嘗試與改進，在失敗中反思，不斷迭代優(yōu)化設計方案。反觀教學，深度學習關注學生的過程性思考與理解建構，使學習達到一種高度沉浸、不斷深化的狀態(tài)，這一理念與深度學習目標不謀而合。把設計思維的迭代思想融入STEAM教育可以幫助學習者實現(xiàn)深度學習。在項目展開中，學生主動探索、積極思維、直面失敗，形成一種持續(xù)探索沖動，并不斷改進、不斷深化，建構出更加完善的設計方案和產(chǎn)品。

3.跨學科挑戰(zhàn)，達成問題解決

STEAM項目通過真實的項目將多門學科有機融合，讓學生在完成項目挑戰(zhàn)的過程中習得跨學科知識，獲得關鍵技能，推動學生在真實情境下對知識技能的運用與創(chuàng)造，以此來解決真實而復雜的現(xiàn)實問題，逐步建立自信。將設計思維融入教學，改變了以尋找正確答案為目的的傳統(tǒng)學習方式。學生關注的不再是具體的學科知識和技能，而是真實的問題和任務;不再是單一學科內(nèi)解題，而是怎樣綜合運用多學科知識技能解決現(xiàn)實世界的復雜問題。這一過程跳出了單一學科的束縛，通過實際問題的解決促進學生對多學科內(nèi)容的理解和運用，培養(yǎng)學生跨學科綜合素養(yǎng)。

4.團隊內(nèi)合作，提高社交能力

樂于交流合作是一個設計師的基本要求，善于交流合作是設計師的基本素養(yǎng)。把設計思維融入教育，能讓學生體驗團隊合作的意義，鍛煉社會交往能力，促進同伴間的交流和理解，學會溝通的技巧和方法。在項目展開過程中，學生學習使用合適的語言、符號、工具來呈現(xiàn)自己的思考和想法。如在尋找機會階段，運用同理心發(fā)現(xiàn)問題，會用到白板記錄和交流想法，用肢體表演再現(xiàn)情景;在方案構想階段，則運用草圖、草模等快速原型工具輔助思考;在方案測試階段運用畫圖、建模等工程化形式;在設計發(fā)布階段，運用PPT文稿、模型演示、口頭及書面語言描述等綜合方式表達。

5.高階思維內(nèi)化，激活創(chuàng)新潛能

設計思維強調(diào)形象與抽象、發(fā)散與收斂、邏輯與直覺、分析與綜合的平衡。形象思維能在方案構思時閃現(xiàn)出原型的模樣;抽象思維是對設計方案的理性提煉;發(fā)散思維幫助產(chǎn)生更多的構思和想法;收斂思維幫助選擇最合理的設計方案;邏輯思維幫助探尋失敗的原因;直覺思維幫助獲得創(chuàng)新設計的靈感;分析思維能將復雜的問題分解簡化找到解決問題的方向;綜合思維幫助學生從整體上把握設計方案，提升設計質(zhì)量。將學生置身于設計思維的任務中，給學生提供了靈活運用形象思維、抽象思維、發(fā)散思維、邏輯思維、分析思維、綜合思維等多種思維方式的機會。學生綜合運用這些思維方法的過程實質(zhì)是高階思維能力的內(nèi)化過程，這自然而然地激活了創(chuàng)新潛能。

二、基于設計思維的“傘”教學案例

“傘”通過STEAM和設計思維的結合，為學生提供設計創(chuàng)新的一般流程和步驟，幫助學生習得創(chuàng)新思考的認知加工路徑，通過STEAM學習，以設計可行的方案來解決傘被風吹壞的問題。通過為期8節(jié)課的項目活動，運用設計思維來解決現(xiàn)實世界的問題，基于設計思維的理念和過程來設計并制作抗風雨傘，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力、批判性思維、問題解決、溝通協(xié)作等能力，提高學生的綜合素養(yǎng)?！皞恪苯虒W流程包括“引入——共情需求”“聚焦——定義問題”“研討——方案構思”“探索——原型制作”“反思——測試迭代”“總結——展示交流”六個環(huán)節(jié)。

1.引入——共情需求

引入環(huán)節(jié)的主要目標是學生深入體驗用戶的共情階段，從學生的真實問題出發(fā)，引起學生共鳴，建立同理心。這要求學生具有深刻的感知力、敏銳的洞察力、廣闊的視野、靈活的發(fā)散性思維。

“傘”教學一開始，教師播放雨傘被吹翻的視頻：一名記者在戶外采訪時雨傘被吹翻;韓國總理下飛機時雨傘被吹散架，場面十分尷尬。接著引導學生說說自己在生活中是否有類似的經(jīng)歷？學生紛紛描述自己雨傘被吹壞的經(jīng)歷。隨后教師引導學生討論以下問題：看了視頻之后你有什么想說的;如果你是記者或者總理會怎么想;暴風雨中你撐的雨傘被風吹壞你會怎樣做;你對雨傘有什么要求;為了防止類似情況出現(xiàn)，你需要一把怎樣的雨傘。要求學生把自己看作是用戶，從雨傘的作用、風對雨傘的影響、雨傘的結構材料及雨傘對公眾人物形象的影響等角度考慮現(xiàn)實問題。提出一個好問題就是找到了開發(fā)一個好產(chǎn)品的機會，是創(chuàng)新的關鍵，是新產(chǎn)品開發(fā)的起點。在共情需求中，學生提出了很多的雨傘設計問題，最后歸結到一個問題：如何增強雨傘的抗風性能？

2.聚焦——定義問題

發(fā)現(xiàn)一個潛在的產(chǎn)品機會還不能立刻開始具體方案設計，還需對待解問題進行深入的理解和調(diào)查，挖掘問題背后的具體需求信息。比如：雨傘需要抵擋多大的風雨？雨傘一般需要多大？雨傘適合隨身攜帶嗎？大多數(shù)的用戶能承受的價格是多少？用戶多長時間換一把傘？喜歡什么面料和花樣的傘面？手動傘還是自動傘？成人傘還是兒童傘？ 根據(jù)調(diào)查結果，學生分別描述用戶的需求。

隨后小組內(nèi)開展討論，并認真思考：雨傘有傘骨，為什么還會被風吹翻？傘面是緊繃在傘骨上的，為什么會被風吹飛？折疊雨傘為什么比直柄雨傘更容易吹散架？傘面撐開是半球面狀的，為什么還會嚴重變形？通過進一步梳理和追問，會發(fā)現(xiàn)更多不易被察覺的細節(jié)和背后的深層問題，最終確定需要解決的問題：設計一把抗風雨傘。具體要求：傘面投影面積不小于0.8平方米，能承受較大的雨從上往下的沖擊，能承受較大的橫向風。

3.研討——方案構思

方案構思是設計思維中的關鍵環(huán)節(jié)，它關系到產(chǎn)品的創(chuàng)造性。該環(huán)節(jié)運用頭腦風暴的方式來激發(fā)學生的“異想天開”，從而讓小組設計抗風雨傘的思維變得更加敏捷清晰而又富有創(chuàng)造力。通過分析篩選可行創(chuàng)意，或者汲取某些創(chuàng)意的優(yōu)點合并成新的創(chuàng)意，學生思維從分散到收斂，最終形成匯合團隊智慧的設計方案。

學生就“如何增強雨傘的抗風性能”展開分組討論，生成盡可能多的創(chuàng)意想法。在此過程中，教師給學生準備足夠的工具，如馬克筆、大白紙、彩色便利貼等，讓學生更好地進行創(chuàng)新思維活動。與此同時，教師也應為頭腦風暴的順利開展提供一些流程、方式上的指導，比如讓學生站成一圈進行討論，更有助于交流創(chuàng)意想法，在頭腦風暴過程中要注意延遲評判、禁止批評、追求數(shù)量等，以更大程度上激發(fā)學生的無限可能。由于生活經(jīng)驗知識背景和思維方式的不同，每個小組成員會提出自己的想法，設計不同的解決方案。如傘柄加粗采用直柄式能防止松動，傘柄用加厚的不銹鋼就不易彎曲，骨架骨數(shù)增加可增大支撐力，骨架設計成雙重的，骨架設計成不對稱的，骨架的短骨支撐長骨的位置盡量離傘柄遠一些，傘面撐開成頭盔形，傘面撐開成燕尾形，傘面用涂膠的布料……各種想法、方案匯在一起碰撞。根據(jù)抗風雨傘的要求來分析各種方案的優(yōu)點和缺點，討論哪個設計方案會更好，確定最佳設計方案。

4.探索——原型制作

原型是指能夠幫助設計者進行可視、可觸摸、可操作體驗的模擬物，可以是概念草圖，可以是3D模型，也可以是現(xiàn)成物品搭建的簡易草模，是設計創(chuàng)意清晰呈現(xiàn)和不斷推進的重要工具。模型材料可為紙質(zhì)、3D 打印或黏土等，方便測試和迭代。

在此環(huán)節(jié)中，教師給學生提供了制作抗風雨傘的材料和工具，材料有超輕黏土、吸管、牙簽、小木棒、單面膠等，工具有壓板、直尺、剪刀等。學生按照所選擇的方案制作抗風雨傘原型，并通過在大白紙上畫草圖的方式，將設計方案和模型呈現(xiàn)出來。

5.反思——測試迭代

在測試迭代環(huán)節(jié)，主要是測試結果、分享交流、獲取反饋信息及改進設計方案。首先，學生向全班簡要的介紹自己小組的抗風雨傘。教師用透明格子塑料紙檢測各小組傘面的投影面是否達到0.8平方米，再在自制的簡易風洞上檢測雨傘的抗風能力，測試標準如表1。

之后，各小組根據(jù)測試結果來改進設計、并重新測試。在此過程中，采用展示交流、接受“同行評議”的方式分享改進方案，為其他小組提供更多的方案參考，提高學生的反思能力。根據(jù)其他學生和教師的反饋，學生反思他們的設計方案是否解決了用戶的問題，達到了用戶的要求。此時，教師需要不斷鼓勵學生調(diào)整自己的解決方案或再次通過頭腦風暴形成新的解決方案，或吸納幾種方案的優(yōu)點形成優(yōu)化的方案，不斷迭代自己的創(chuàng)新設計。教師可以引導學生思考下述問題：用什么方法來提高雨傘的抗風性，為什么這么想？雨傘能否在暴風雨天使用，如果不能，怎樣解決這個問題？雨傘制作的難點在哪里，是否可以通過改進設計解決這些問題？除了抗風能力，還對哪些問題進行了思考，得出了什么結論或者遇到了什么問題？你們對老師和同學的建議是否贊同，如果贊同，打算如何改進？各小組進一步改進方案，展開新一輪的測試。

6.總結——展示交流

展示交流環(huán)節(jié)需要展示材料選擇、小組分工、方案設計和迭代的過程，同時還要對本組制作的雨傘的性能進行展示。各小組以PPT、動態(tài)演示、產(chǎn)品模型等形式進行展示，清晰而有條理地表達他們所設計的抗風雨傘的優(yōu)點，以此來訓練學生的內(nèi)容組織、語言表達和陳述演講等能力。同時，小組就整個設計活動進行全面回顧反思，把設計思維從體驗層面上升到意識層面。最后，教師會給每個小組發(fā)放評價表，各小組按評價表上所列標準對自己小組進行評價。教師就學習表現(xiàn)、過程、成果等方面進行評價總結。通過展示交流和評價總結，加深了學生對與雨傘相關知識的理解，提升了學生的思維和設計等能力，形成可遷移的創(chuàng)新思維和工作方法。

綜上所述，將設計思維融入“傘”課程，增強了課程的整體性和邏輯性，同時在課程教學過程中培養(yǎng)了學生的同理心、深度學習能力、問題解決能力、交流溝通能力以及創(chuàng)新能力等核心素養(yǎng)和關鍵能力，從而使學生自信地面對未來的挑戰(zhàn)。

（責編 韋淑紅）