“基于設計的學習（DBL）”學習活動的設計與應用

張君瑞

摘 要： 為了達到知識經濟時代對人才的要求，一種以“設計”為中心，運用設計方法解決問題、建構知識，發揮學生的個性，培養創造力的教學模式——“基于設計的學習（DBL）”，逐漸被教育界重視。本文對“基于設計的學習”的相關理論進行了研究，探索了“基于設計的學習”教學模式的構建，并在高中通用技術課中應用了“基于設計的學習”，最后以理論分析和實際研究表明：“基于設計的學習”具有傳統教學不可比擬的優勢。

關鍵詞： “基于設計的學習（DBL）” 高中通用技術課教學 實踐應用

近些年來，教育專家研究發現，人類社會生活中廣泛采用的“設計”思維，是人類認識世界的一種有效方式，“設計就是通過創造與交流認識我們生活的世界”。[1]設計思維，既不同于科學思維，又不同于藝術思維，它是藝術思維的形象性與科學思維的邏輯性整合的效果。[2]因此，設計思維是一種高階思維。將設計思維運用到教學中，對發展學生的高階能力具有重要的意義。由此產生的“基于設計的學習”，是一種高階學習方法。

一、“基于設計的學習”的定義與特點

1994年，佐治亞理工學院的克羅德納教授運用CBR（基于案例的推理）為中學科學學習開發了一種教學方法，將動腦設計活動整合到課程中，讓學生在學習認知、社會、學習和交流技能的同時，利用我們對認知的認識形成一種適合深度學習科學概念、技能及其適用范圍的學習環境。在一個包含對照組的設計實驗中，專家要求六年級學生設計一套人工呼吸器并制作出呼吸系統的部分工作模型。[3]他們發現設計條件下的學習比傳統教學更能得到好的學習效果。這種方法被稱為通過設計學習。[4]

綜合各專家給出的基于設計的學習的定義，我們總結為：“基于設計的學習”（以下簡稱DBL）是一新興的教學方法，它通過讓學生設計一定的實物或模型，激發學生回憶利用已學知識，設計切合主題的方案并實施，在實施過程中不斷學習新知識，不斷對方案加以修改和設計。通過這樣的過程，培養學生整合相關方面知識的創新和專業的能力，學生獲得用在各個研究領域及日常生活中的知識和社會技能。

從DBL的定義與發展過程看，DBL明顯有別于其他教學方式，其突出特點為：學科知識融合性；學習對象廣泛性；學習環境開放性；學習目標多重性；學習過程迭代性等。

二、DBL的學習活動的設計

1.學習活動循環設計的相關模型

“學習環（learning cycle）”源于20世紀50年代末美國一個關于小學科學課程的項目——科學課程改善研究項目，代表的是一種學習活動過程。對DBL學習活動的設計，除了克羅德納LBD學習循環之外，福特斯提出了基于設計的科學（DBS）學習環[5]，而DBL的創始人之一——多林·尼爾森）則提出了“逆向思維”學習的過程模型[6]。

這些學習環的實施重點在于將學習者置于完成設計任務的情境中，在設計過程中，使學習者的原有認知結構與新知識形成認知沖突，由此引導學習者進行自我求解、管理與認知調試。

2.DBL學習循環模型的建立

由非良構問題特點得知，設計問題是典型的非良構問題。結合非良構問題解決模式及國外著名學者所提出的DBL學習可操作模型，我們設計了如下DBL學習環：

DBL學習環

學習活動從激活原有知識開始，當完成了項目一的任務后，進入項目二的過程，然后進入項目三。循環中的雙向箭頭表示每一個步驟都可重復進行，只有達到要求，才進入下一個步驟。在整個過程中，學生進行迭代工作，精制設計方案，提高對科學概念的理解及對科學實踐的掌握。

三、DBL在高中通用技術課中的教學實踐應用

機器人教學被現代教育學家認為是培養學生創造力和想象力的有效活動。但在中小學開展機器人教學的設想，尚處于起步探索階段，在教學設計的各環節中，還未形成統一標準體系，有待不斷地探索、實踐與完善。本研究的對象是江蘇省江都中學高一學生20人，按照DBL模式，本研究設置了“讓簡易機器人動起來——會快速直走的機器人”這樣一個項目。我們將20個學生分成5個小組，每組4個人。

1.DBL應用于機器人教學實施過程

（1）情景引入：播放三段機器人視頻：千手觀音、美國的火星探測器、中學生機器人比賽。播放電動自行車的動畫，引導學生分析“電動自行車的工作原理和結構”，思考“一個電動自行車主要由哪幾個系統來組成”？請同學以電動自行車的系統組成來概括機器人的系統組成。（2）多元觀點：教師引導各個小組圍繞“哪些設備是需要的”、“如何組裝”等問題討論，引導學生從機器人系統組成和工作原理設計機器人。（2）調查討論：教師巡回指導各小組。各小組根據自認為需要解決的問題，進行任務分工，獨自搜集資料，展開調查。如有疑問，教師提示學生上網查閱資料或指導學生閱讀書籍，從中尋找解決問題的方法。（4）建模檢驗：各小組學生按照初定組裝方案嘗試組裝簡易機器人。（5）展示分享：教師組織各小組展示組裝機器人的運行效果，組織小組討論。若哪個小組組裝成功，請小組成員交流成功經驗；哪個小組組裝失敗，引導學生探索失敗原因。

總結失敗原因，發現學生設計失敗主要是在傳動機械上，教師呈現案例：自行車傳動系統、修正帶傳動系統、裝啤酒機傳動系統，引導學生認識傳動機械的方式，利用動畫視頻展示其特點。各小組在學習了新知識的基礎上，重新組裝機器人。教師再次組織各小組展示作品，可請每個小組在場地上比試，促使各小組繼續改進，以期達到更好效果。

2.教學效果及分析

在教學結束后，對學生進行問卷調查，發放問卷20份，回收20份，數據統計分析結果如下：

（1）對DBL的認同度：調查發現，15位學生認為學習了很多知識，并學會探索新知識的方法，14位學生認為教學方式新穎，15位學生認為學會了學習方法，19位學生認為能力得到培養。（2）在被問及是否應用先驗知識解決問題時，17位學生回憶在這門課的學習過程中，遇到困難的時候，首先嘗試用以往的經驗解決問題。這說明，DBL教學過程中充分調動了學生的思維，激勵了學生積極思考先前經驗知識解決問題。（3）能力提高方面的統計：調查發現，在能力提高方面，認為提高自主探究能力的12人（60%）；提高了問題解決能力的13人（65%）；提高了合作能力的16人（85%）；提高了決策與判斷能力的15人（80%）；培養了創新能力的18人（90%）；培養了膽量的14人（70%）；20人（100%）都認為掌握了機器人制作過程。這說明全班學生對基于設計的學習能培養諸多能力存在較大的認同感，學生對基于設計的學習能夠培養創新能力的認同率是很高的。（4）學習積極性方面：在被問及是否經常“在設計和制作機器人的過程中和小組成員進行積極的討論和交流”時，有90%的學生肯定在學習過程中與其他人進行了積極交流。統計是否“主動將遇到的問題或產生的想法轉換成文字”時，75%的學生給予了肯定回答。

四、總結與反思

在高中通用技術課開展DBL的實踐研究，我進行了為期一個月的課堂跟蹤及研究工作，初步證實DBL的學習模式可以有效提高學生在設計技術課方面的知識、情感和動作技能。這種以學生為主的學習模式受到了學生的歡迎，并且引起了其他學科教師的關注，這為當下的教學革新研究與實踐創新提供了參照和啟示。

參考文獻：

[1]朱鍔譯.原研哉著.設計中的設計[M].山東人民出版社，2006.

[2]郭銳，李龍生.設計創新思考[J].包裝工程，2004，25（4）.

[3]Hmelo，C.E.，Holton，D.L.，&Kolodner，J.L.Designing to learn about complex systems.Journal of the Learning Sciences，2000，9（3），247-298.

[4]Puntambekar，S.& Kolodner，J.L.The Design Diary：Development of a Tool to Support Students Learning Science By Design.Proceedings International Conference of the Learning Sciences，1998 '98，pp.230-236.

[5]Fortus，D.，Dershimer，R.C.，Krajcik，J.S.，Marx，R.W.，& Mamlok，R.Design-based science and student learning.Paper presented at the National Association of Research in Science Teaching，New Orleans，LO，2002.

[6]Cal Poly Pomona.Design-BasedLearning[EB/OL].http：//www.csupomona.edu/～dnelson/methodology/6.5steps.html，2009-06-18.

“河南省高等學校人文社會科學研究項目”，項目編號：2012-QN-496。