設計思維視角下的青少年科技創新教育

周建中

設計思維的起源和流程

設計思維（Design Thinking）起源于設計界，1987年被哈佛設計學院院長Peter Rowe首次使用，隨后在工業、美術、工程、管理等領域得到廣泛運用。設計思維進入教育領域可追溯到2005年美國斯坦福大學設計思維學院（D.School）的成立。近年來，設計思維逐步走進中小學，為學生提供一套切實可用的思維方法和設計工具，有效培養學生的創意思維和動手實踐能力。實施模式也從開設專門的設計思維課程逐步向設計思維與學科課程融合的方式轉變。

設計思維一詞至今還沒有一個統一的定義，主要是利用設計師的思維模式解決復雜的冋題，獲得創新解決方案。這是一種以解決方案為導向的思維形式，它不是從某個問題入手，而是從目標或者是要達成的成果著手，通過對當前和未來的需求分析，確定所要解決的關鍵問題，探索問題中各項相關因素的變化，找出最佳解決方案。設計思維的模型和流程有很多，主要有IDEO公司設計思維流程、斯坦福大學D.School設計思維流程和德國波茨坦HPI設計思維流程等。分析這些模型，其核心內涵基本一致，都包括：設計思維是一套用于支持設計、創新和問題解決的方法論體系;是一個通過對問題探索，對解決方案進行構思、原型制作、測試評價并不斷迭代，最終找到冋題解決方法的創新過程;同時也是一種用于解決問題的復雜的思維方式和能力。設計思維強調向設計師一樣思考，以用戶為中心，把真實生活中出現的不良的、復雜的、矛盾的挑戰看作機會而不是障礙來解決問題;通過研究遇到的問題，尋找解決問題的條件，創造性地產生解決方案。

比較經典的斯坦福大學D.School的EDIPT設計思維流程分為5大步驟：同理心、問題定義、創意構思、原型設計和測試評價^[1]（如圖1所示）。其核心是利用同理心對目標受眾進行觀察和分析，尋找需要解決的問題或機遇;然后界定需要設計的問題，通過創意構思形成解決方案;利用可視化工具進行原型設計并快速成型，再對原型進行測試評價、調整完善。這套流程簡單易懂，是一個反復迭代的過程，對于初學設計思維的人更容易掌握。同時，也應該認識到設計思維不是一個按部就班的過程，而是一種原則或方法，在過程中可能不止一次地重復以完善原先的想法和探索新的方向。

設計思維對青少年科技創新的促進

隨著對學生實踐能力和創新思維培養的重視，STEM教育、創客教育等具有跨學科特征的教育模式在基礎教育中的實踐越來越多，在青少年科技教育中也逐漸強調設計的重要性。設計思維為學生提供了一套實用的思維方法與過程，在科技創新教育中的運用也慢慢凸顯出來，特別是它能夠促進學生在同理心、想象力、創新思維、問題解決和合作能力等多方面的發展。

同理心是設計思維中強調以人為本的最核心環節，是指個體知覺和理解他人的想法和意圖，并作出適當反應的能力。它通過了解目標受眾的需求，為接下來的定義和解決問題奠定基礎。神經科學對同感的研究發現，鏡像神經元系統是其最重要的神經基礎，主要完成理解別人的動作，甚至意圖，使個體能夠了解他人的情緒和行為的社會意義。人們用這種方式了解別人時，不是通過概念的推理過程，而是靠模仿;不是靠思維，而是靠感覺^[2]。

認知心理學對人類的決策系統研究指出，創新來自于直覺決策系統，需要有相應領域的知識積累，然后在一種激昂的或是特別沉浸的情緒狀態下，依靠直覺進行決策。神經科學隨后的研究發現，在逼近創新的實驗范式下，創新的認知過程需要默認網絡（創新思維的產生）和執行控制網絡（創新思維的評估）的共同協作，凸顯網絡起著非常重要的動態切換和雙向調節作用^[3]。

設計思維強調同理心的作用，并將其作為設計活動的第1步，使設計的過程從最初的模糊問題識別開始就指向了整個過程的創新。設計思維通過聚焦于同理心對需求進行挖掘與定義，并通過頭腦風暴等小組合作活動尋找各種解決方案和創意，利用設計、制作和測試、改進的迭代實現最佳解決方案。這個過程可以培養學生的設計思維意識與能力，幫助學生學會創意思考和創新問題解決。其過程著重強調了分析需求、尋找問題、形成創意，對科技創新中的工程設計考慮不足，特別是設計思維流程中并沒有完全體現工程設計的特點。隨著對青少年科技創新教育的重視，許多研究和實踐在原有的工程設計模型和流程中，引入設計思維的前3步，充分發揮其激發學生尋找問題，形成創意的巨大優勢和可操作性，使青少年的科技創新活動水平和質量得到了極大的提升。

英特爾公司開發的“Design and Discovery”課程將傳統工程設計與設計思維結合起來，給出了設計的10大流程：①確定設計機會;②圍繞設計機會展開調查研究;③集體討論可能的問題解決方案;④起草設計簡介;⑤研究并完善解決方案;⑥準備設計要求和概念草圖;⑦建構模型、構件和零件;⑧建構解決方案原型;⑨測試、評估和修訂解決方案;⑩交流解決方案。這個設計流程涵蓋了如何定義問題或需求，如何開展調查研究形成多種解決方案，如何設計、建模、測試、迭代改進解決方案，如何可視化呈現高階思維技能。

設計思維在青少年科技創新教育中的應用

創新的關鍵在滿足新的需求，青少年科技創新教育強調將問題解決的活動與創意思考相結合，而創意的本質是得到新的結果和方法，形成解決問題的新設想。設計思維強調對真實情境下的需求進行系統的分析，進而明確問題，發現設計機會;通過資料的分析和調研，綜合利用已有知識和技能，形成多種可能的解決方案;通過對比、分析找到對問題的最佳解決方案，然后進行原型建構和測試改進。這與青少年科技創新教育的目標和追求不謀而合，將設計思維的方法和工具用于青少年科技創新教育，將更加有助于培養他們的創新思維和實踐能力。

設計思維在青少年科技創新教育中的應用需要考慮學生的認識和情感發展水平。小學生的思維較為發散，具備的知識和技能相對薄弱，他們善于發現問題，并提出許多“天馬行空”的想法。如何保護他們的好奇心，激發他們學習科學的興趣，是科技教育需要重點解決的問題。這個階段，可以讓他們初步體驗設計思維的過程與理念，逐步培養起同理心、發現問題、解決問題等能力。同時，在科學知識和技能的學習方面，需要為他們提供基于標準的結構化探究學習和基于現實世界的、基于問題的學習，通過逐步的模仿，逐漸過渡到能夠在教師的指導下開展科技創新活動。