基于EDIPT設(shè)計(jì)思維模型的圖形化編程活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

徐文靜 余昊琪 袁志鍵

（1.杭州市錢塘區(qū)文清小學(xué)，浙江 杭州 310018；2.杭州市錢塘區(qū)月雅河小學(xué)，浙江 杭州 310018）

當(dāng)前，創(chuàng)新成為驅(qū)動(dòng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的基石，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)成為人工智能時(shí)代的教育訴求。設(shè)計(jì)思維作為解決設(shè)計(jì)過程中實(shí)際問題的創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式，符合新課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生創(chuàng)意思維能力的培養(yǎng)目標(biāo)。國(guó)務(wù)院印發(fā)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 版）》明確指出，以人工智能課程為邏輯主線，培養(yǎng)具有數(shù)字素養(yǎng)的時(shí)代新人[1]。圖形化編程是推廣人工智能課程的重要載體，學(xué)生只須習(xí)得相關(guān)的基礎(chǔ)技能，以積木塊拼接的方式，便可以輕松地制作出交互式的創(chuàng)意成果作品，適合編程啟蒙教育，對(duì)于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)有先天優(yōu)勢(shì)。

設(shè)計(jì)思維，源于英文“Design Thinking”，即“設(shè)計(jì)思考”，面向真實(shí)問題、強(qiáng)調(diào)學(xué)生過程體驗(yàn)，為圖形化編程教學(xué)提供了一套切實(shí)可行、具有創(chuàng)造性的實(shí)施路徑和方法工具[2]。“以生為本”的設(shè)計(jì)理念，符合圖形化編程的價(jià)值追求；可視化的思維支架工具為學(xué)生提供創(chuàng)新方法技能研究，遵循“創(chuàng)意構(gòu)思、原型實(shí)現(xiàn)、完善優(yōu)化”的圖形化教學(xué)活動(dòng)過程，是落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的關(guān)鍵。目前，斯坦福大學(xué)的EDIPT 設(shè)計(jì)思維模型是全球教育應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的設(shè)計(jì)思維過程模型，即“共情（Empathize）—定義（Define）—設(shè)想（Ideate）—原 型（Prototype）—測(cè)試（Test）[3]”五步驟，是K12 階段指導(dǎo)教育教學(xué)的有效手段。因此，本文借鑒斯坦福大學(xué)的EDIPT 模型，旨在使學(xué)生親歷創(chuàng)意編程設(shè)計(jì)過程，從而促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

一、圖形化編程教學(xué)中設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

本文以EDIPT 設(shè)計(jì)思維模型和李克特量表為理論依據(jù)，以浙江省杭州市三到六年級(jí)的學(xué)生為研究對(duì)象，從基本情況、興趣態(tài)度、創(chuàng)意構(gòu)思、任務(wù)完成、反思優(yōu)化、困惑與期待等方面對(duì)小學(xué)圖形化編程教學(xué)中設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，如圖1 所示。

圖1 調(diào)查結(jié)構(gòu)

通過數(shù)據(jù)調(diào)查可以知道，當(dāng)前的圖形化編程教學(xué)中對(duì)于設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)，存在如下問題：

1.知識(shí)本位的學(xué)習(xí)觀念忽視了創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

在創(chuàng)意構(gòu)思方面，很多學(xué)生表示團(tuán)隊(duì)協(xié)作更有利于創(chuàng)意的產(chǎn)生，但是課堂創(chuàng)作時(shí)間有限，往往局限于“動(dòng)手做”而非“動(dòng)腦想”，如表1 所示。編程教學(xué)往往關(guān)注學(xué)習(xí)目標(biāo)，程序語言的編寫，即“學(xué)生學(xué)了什么知識(shí)與技能”，知識(shí)本位的學(xué)習(xí)觀念限制了創(chuàng)新思維的發(fā)展。

表1 創(chuàng)意構(gòu)思

2.灌輸式的學(xué)習(xí)方式抑制了自我效能感的形成

訪談了解到，相關(guān)執(zhí)教老師往往為了課堂進(jìn)度和教學(xué)任務(wù)，以知識(shí)講授為主，學(xué)生依據(jù)課堂任務(wù)模仿教師操作，知識(shí)講授型的授課方式抑制了自我效能感在圖形化編程學(xué)習(xí)中的形成，未能真正發(fā)揮創(chuàng)新效能。

3.思維支架工具的匱乏增加了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)

通過云詞云工具分析學(xué)生期望方面，發(fā)現(xiàn)“資源包、時(shí)間、有趣、合作”等關(guān)鍵詞較為顯著，如圖2 所示。因而，在教學(xué)中應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)創(chuàng)作時(shí)間，提供充分的自學(xué)資源包，利用可視化的思維工具減少學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。

圖2 學(xué)生期望

二、探析EDIPT 模型在圖形化編程中的活動(dòng)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)思維模型的內(nèi)涵和圖形化編程教學(xué)的特點(diǎn)，探析了EDIPT 模型在圖形化編程中的應(yīng)用方式，構(gòu)建出基于設(shè)計(jì)思維適用于圖形化編程教學(xué)的活動(dòng)設(shè)計(jì)。

1.圖形化編程中EDIPT模型內(nèi)涵分析

本文以EDIPT 模型為理論框架，旨在引導(dǎo)學(xué)生基于真實(shí)的問題情境，親歷“同理心思考、需求定義、創(chuàng)意構(gòu)思、原型實(shí)現(xiàn)、測(cè)試優(yōu)化”的迭代循環(huán)過程，同儕互助中同時(shí)或者分開執(zhí)行多個(gè)階段，并將其后期的意見進(jìn)行反饋，而開始再一次的頭腦風(fēng)暴或原型開發(fā)，不斷獲得新的見解，發(fā)掘更多的解決方案，從而強(qiáng)化使用者的需求分析，提升問題解決、思維創(chuàng)新和元認(rèn)知等高階思維能力，如圖3 所示。

圖3 EDIPT 模型

同理心思考：以真實(shí)的問題情境為依托，要求學(xué)習(xí)者換位思考，明晰作品的核心理念，將文化內(nèi)涵和人文表達(dá)融于編程創(chuàng)作中，從而確定作品風(fēng)格。具體借助“3W”模式、半封閉問題、編程體驗(yàn)游戲等，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者思考：我的作品是為什么人而設(shè)計(jì)的？我希望他從我的作品中獲得什么（What）？作品的目的是怎樣的（How）？為什么引入這種體驗(yàn)式的編程游戲（Why）？為提供合理的作品方案奠定基礎(chǔ)。

需求分析：為避免缺乏目的性和忽略關(guān)鍵點(diǎn)的設(shè)計(jì)，借助思維導(dǎo)圖、流程圖、EDIPT 學(xué)習(xí)單等可視化工具，架構(gòu)邏輯清晰且完整的任務(wù)流程，挖掘?qū)W習(xí)者的真實(shí)需求，從而進(jìn)行編程作品規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

創(chuàng)意構(gòu)思：結(jié)合半封閉情境與頭腦風(fēng)暴等方式，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者利用界面草圖、方案評(píng)估表編程腳本等工具，升級(jí)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)作品，初步形成設(shè)計(jì)方案。

原型實(shí)現(xiàn)：引導(dǎo)學(xué)習(xí)者在編程環(huán)境中選定角色、布置背景，確定游戲玩法、賦予角色交互行為等進(jìn)行作品原型創(chuàng)作。

測(cè)試優(yōu)化：邀請(qǐng)同伴體驗(yàn)編程游戲并給予真實(shí)反饋，而后根據(jù)反饋結(jié)果修復(fù)漏洞、多維對(duì)比、迭代優(yōu)化，從而感受作品是否符合預(yù)期效果，是否滿足需求分析，是否能在頭腦風(fēng)暴與不斷試錯(cuò)中，促進(jìn)最佳解決方案的生成。

2.EDIPT模型中編程教學(xué)的活動(dòng)設(shè)計(jì)

圍繞設(shè)計(jì)思維的核心理念“創(chuàng)造”，設(shè)計(jì)了“同理思考與總體規(guī)劃、思維發(fā)散與創(chuàng)意設(shè)計(jì)、同儕互助與作品創(chuàng)作、反思迭代與作品精致”四階段活動(dòng)流程，主要分為學(xué)生活動(dòng)和教師活動(dòng)兩大模塊，并設(shè)計(jì)了具體的編程學(xué)習(xí)任務(wù)，構(gòu)建了適用于圖形化編程教學(xué)的設(shè)計(jì)思維應(yīng)用方式，如圖4 所示。此外，依據(jù)活動(dòng)流程，將設(shè)計(jì)思維與學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行融合，讓師生共同合作完成闖關(guān)任務(wù)，驗(yàn)證EDIPT 模型對(duì)圖形化編程教學(xué)的價(jià)值，助力學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)、發(fā)展創(chuàng)新能力。

圖4 基于EDIPT 模型的圖形化編程活動(dòng)設(shè)計(jì)

同理思考與總體規(guī)劃：此階段力求編程作品從預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)向生成，融合“同理心思考”和“需求分析”兩個(gè)步驟。首先，教師講授課程所需的學(xué)科知識(shí)，為學(xué)習(xí)活動(dòng)創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生根據(jù)發(fā)布的任務(wù)主題體驗(yàn)游戲范例，思考設(shè)計(jì)作品的類型與游戲風(fēng)格，明晰編程作品的流程和注意事項(xiàng)，從而進(jìn)行初步流程規(guī)劃，如圖5 所示。

圖5 同理思考與總體規(guī)劃

思維發(fā)散與創(chuàng)意設(shè)計(jì)：此階段開拓編程作品從設(shè)想轉(zhuǎn)向構(gòu)思。教師根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)需求來設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生從訪談和觀察中培養(yǎng)同理心，通過“頭腦風(fēng)暴”和“方案構(gòu)想”交流想法，結(jié)合科學(xué)探究、需求分析來解決問題。

同儕互助與作品創(chuàng)作：此階段從靈感轉(zhuǎn)向雛形。在活動(dòng)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生開展探究，按照設(shè)計(jì)思維的方法完成設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并向?qū)W生提供設(shè)計(jì)所需的EDIPT 任務(wù)單、技術(shù)工具等，學(xué)生在“行為賦予”和“制作原型”的過程中發(fā)現(xiàn)問題，不斷創(chuàng)建、測(cè)試和迭代修正。

反思迭代與作品精致：此階段確保作品從雛形轉(zhuǎn)向優(yōu)化，學(xué)生就所學(xué)所得進(jìn)行試玩、分享交流，測(cè)試優(yōu)化，教師則對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效和存在問題給予反饋評(píng)價(jià)，如圖6 所示。

圖6 測(cè)試優(yōu)化

三、基于EDIPT 設(shè)計(jì)思維模型的圖形化編程教學(xué)實(shí)踐

根據(jù)EDIPT 設(shè)計(jì)思維的編程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，以“雙減下的我們”課程為例進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用。一方面結(jié)合學(xué)生的實(shí)際，創(chuàng)作豐富精彩課余生活；另一方面，通過對(duì)游戲作品的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試、優(yōu)化，親歷完整的EDIPT 模型，發(fā)揮學(xué)習(xí)者的個(gè)性化潛能，體驗(yàn)在小學(xué)生視角下雙減后的幸福生活。

（一）學(xué)生分組與診斷

研究對(duì)象選擇三年級(jí)20 名學(xué)生，前測(cè)數(shù)據(jù)顯示，這些學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度端正，基礎(chǔ)知識(shí)與整體認(rèn)知相近。因此，在以興趣為導(dǎo)向的基礎(chǔ)上分成了5 組，每組4 人。

（二）學(xué)習(xí)資源與工具

在“雙減下的我們”課程案例中，教師向?qū)W生提供的學(xué)習(xí)資源與工具主要有：①圖形化編程中的教學(xué)資源，如編程案例、方案評(píng)估表、互評(píng)表、EDIPT 學(xué)習(xí)單等；②設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中所需的制作工具，如白板、便利貼、計(jì)時(shí)器、石墨文檔等；③設(shè)計(jì)實(shí)踐中所需的可視化工具，如圖形化編程軟件、Mind Master 思維導(dǎo)圖等。

（三）學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

本文圍繞設(shè)計(jì)思維的內(nèi)涵和圖形化編程的特點(diǎn)，“雙減下的我們”案例更關(guān)注在傳統(tǒng)的編程學(xué)習(xí)中融入科學(xué)探究、設(shè)計(jì)思維、問題解決等[4]。同時(shí)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)與現(xiàn)實(shí)需要，在不同環(huán)節(jié)向?qū)W生提供EDIPT 任務(wù)單作為學(xué)習(xí)支持，并將其作為實(shí)踐評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。

1.同理思考與總體規(guī)劃

（1）闡述規(guī)則：組織學(xué)生進(jìn)入游戲情境并擔(dān)任職責(zé)，明晰游戲規(guī)則。

（2）發(fā)布主題：體驗(yàn)半封閉的游戲范例“雙減下的一天”，思考設(shè)計(jì)的作品類型與游戲風(fēng)格。同時(shí)，引入思維導(dǎo)圖使學(xué)生明晰編程作品的流程和注意事項(xiàng)。同時(shí)，理清雙減政策下，不僅豐富了學(xué)生的業(yè)余生活，拓寬了興趣愛好，而且親近了自然和文化，將文化思想融入其中。

2.思維發(fā)散與創(chuàng)意設(shè)計(jì)

（1）闡述規(guī)則：此環(huán)節(jié)由“頭腦風(fēng)暴”和“方案構(gòu)想”兩部分組成。

（2）發(fā)布任務(wù)：首先，學(xué)生在任務(wù)單創(chuàng)意構(gòu)思模塊，依據(jù)關(guān)鍵詞“雙減”交流想法，并繪制編程作品界面草圖，頭腦風(fēng)暴中分享靈感，確認(rèn)創(chuàng)意想法。其次，聽取同伴建議，對(duì)自己的構(gòu)思進(jìn)行完善，然后進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

3.同儕互助與作品創(chuàng)作

（1）闡述規(guī)則：此環(huán)節(jié)在“布置劇本”和“行為賦予”的基礎(chǔ)上完成“原型制作”。

（2）發(fā)布任務(wù)：一，確定游戲角色與核心玩法，選定角色、布置舞臺(tái)、設(shè)定情境和角色具體行為。引入繪圖“3D”繪制角色形象和舞臺(tái)背景，借助編程素材庫(kù)和搜索引擎挑選資源，形成富有創(chuàng)意的劇本。二，各組學(xué)生依據(jù)分鏡頭劇本，制定游戲規(guī)則的圖文說明，并將自己的創(chuàng)意用自然語言對(duì)想制作的作品進(jìn)行描述。三，在原型實(shí)現(xiàn)的過程中發(fā)現(xiàn)問題，不斷創(chuàng)建、測(cè)試和迭代修正，逐漸生成雙減下的幸福生活的最佳方案。

4.反思迭代與作品精致

（1）闡述規(guī)則：此環(huán)節(jié)在“同伴試玩”和“多維對(duì)比”的基礎(chǔ)上精益求精。

（2）發(fā)布任務(wù)：一，邀請(qǐng)同伴進(jìn)行游戲試玩，記錄員收集老師和同學(xué)對(duì)作品的反饋意見，作為迭代優(yōu)化的依據(jù)，如表2。二，通過多維對(duì)比，對(duì)自己作品的程序、音效、界面等進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，使作品精益求精。

表2 “雙減下的我們”作品評(píng)價(jià)表

（四）教學(xué)效果分析

依據(jù)威廉斯創(chuàng)造力傾向量表與學(xué)生成果作品，結(jié)合量化與質(zhì)性研究，從創(chuàng)造力傾向、學(xué)生作品、課堂觀察三方面對(duì)教學(xué)實(shí)踐效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1.創(chuàng)造力傾向分析

采用Excel 將實(shí)踐前與實(shí)踐后20 位學(xué)習(xí)者的測(cè)試得分進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，采用SPSS 23.1Duncan 對(duì)學(xué)習(xí)者得分進(jìn)行多重比較（P＜0.05），結(jié)果如表2。

表2 實(shí)踐前后學(xué)習(xí)者得分

數(shù)據(jù)顯示，20 名學(xué)生在體驗(yàn)EDIPT 設(shè)計(jì)思維模型后，學(xué)生創(chuàng)造力均值由106.52 變?yōu)?14.67，提高了7.65%，且創(chuàng)新能力得到極大提高（P＜0.01），表明EDIPT 設(shè)計(jì)思維模型能夠有效提高學(xué)生的創(chuàng)造力水平。

2.成果作品分析

以設(shè)計(jì)思維為核心，注重編程探究和解決問題，運(yùn)用EDIPT 模型、使用學(xué)習(xí)資源與工具，各小組均在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)單。依據(jù)學(xué)生互評(píng)表，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)不同層次（優(yōu)秀5 分、不合格1 分），每組學(xué)生作品的等級(jí)得分和均值，如圖7 所示。

圖7 作品評(píng)價(jià)表

數(shù)據(jù)顯示，創(chuàng)造性得分整體顯著，發(fā)散了創(chuàng)意思維，原型創(chuàng)作環(huán)節(jié)并非簡(jiǎn)單模仿已有作品，學(xué)會(huì)了靈活應(yīng)用；體驗(yàn)感分值滿分，表明學(xué)生在體驗(yàn)中挖掘了需求，增強(qiáng)了問題發(fā)現(xiàn)意識(shí)。

3.課堂觀察分析

學(xué)生參與度較高，主動(dòng)將學(xué)習(xí)的新知遷移應(yīng)用于其他作品，并及時(shí)進(jìn)行反饋和優(yōu)化，設(shè)計(jì)了新游戲，如雙減背景下的體感小游戲、減壓小游戲等。

四、總結(jié)與展望

本研究以設(shè)計(jì)思維為核心，注重編程探究，運(yùn)用EDIPT 模型實(shí)踐后，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的編程能力顯著提升，而且體現(xiàn)出思維品質(zhì)的提升，具體效果表現(xiàn)在：

（一）自主創(chuàng)作新游戲，延伸設(shè)計(jì)與編程思維

在“雙減下的生活”拓展任務(wù)中，自主探究和頭腦風(fēng)暴相結(jié)合，遍歷了EDIPT 設(shè)計(jì)思維模型，主動(dòng)將學(xué)習(xí)的新知應(yīng)用于其他作品，進(jìn)行反饋優(yōu)化，設(shè)計(jì)了新游戲。如根據(jù)偵測(cè)模塊創(chuàng)作了“數(shù)學(xué)大闖關(guān)”、依據(jù)外觀和聲音模塊創(chuàng)作了“驚蟄”游戲，還有綜合性較高的“城市規(guī)劃”等。

（二）體驗(yàn)中挖掘需求，增強(qiáng)問題與發(fā)現(xiàn)意識(shí)

測(cè)試優(yōu)化環(huán)節(jié)，邀請(qǐng)同伴體驗(yàn)的過程中，修復(fù)游戲漏洞，主動(dòng)增加游戲需求與難度；并將意見和反饋應(yīng)用于原型實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)[4]。如為角色添加新場(chǎng)景并設(shè)置觸發(fā)事件，增加角色造型和游戲音效。

（三）同儕互助構(gòu)思設(shè)計(jì)，提升發(fā)散與創(chuàng)意思維

在雙減政策下，有的學(xué)生帶我們領(lǐng)略了杭州亞運(yùn)會(huì)的風(fēng)采，在充分思考亞運(yùn)會(huì)時(shí)間設(shè)定的情況下增加倒計(jì)時(shí)，提出了自己的想法與創(chuàng)意，讓我們感受到作品的魅力，在完善作品的過程中增加了自我效能感。

（四）原型測(cè)試多維比對(duì)，促進(jìn)反思與優(yōu)化能力

很多學(xué)生在教學(xué)目標(biāo)要求之外設(shè)計(jì)了新的創(chuàng)新作品，滿足需求分析，不斷精致編程作品。如，提出如何在有限的時(shí)間內(nèi)兼顧創(chuàng)意構(gòu)思設(shè)計(jì)和作品原型制作，邀請(qǐng)家長(zhǎng)、科學(xué)家等多元評(píng)價(jià)主體深入挖掘多維指標(biāo)，優(yōu)化評(píng)價(jià)體系的問題。

基于EDIPT 設(shè)計(jì)思維模型的編程教學(xué)以創(chuàng)新性解決問題為目標(biāo)，重視學(xué)生的實(shí)踐操作，在一定程度上對(duì)于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)具有重要意義。學(xué)生親歷EDIPT 設(shè)計(jì)思維的過程中，體驗(yàn)了設(shè)計(jì)師的角色，并且能夠不斷試錯(cuò)，思維突破。希望教育研究者從學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新著手，更新教育理念、創(chuàng)新教學(xué)方式、提升教育水平。將設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng)通過切實(shí)有效的方法落實(shí)到教學(xué)實(shí)踐中，架構(gòu)信息技術(shù)與設(shè)計(jì)思維的橋梁，為學(xué)生成長(zhǎng)和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。