設計思維導向下的小學科學教學實踐研究

陳金冬

設計思維是一套創新式解決問題的方法學，也就是一種以解決方案為導向的思維形式。它不是從某一個問題入手，而是從目標或者要達成的成果入手，找出解決方案的過程。設計思維在小學科學技術與工程學習中有著重要的作用。如果采用設計思維作為教學設計的理念，將會為學生打開創新設計的大門。

設計思維與小學科學教學的適切性

2017版的《小學科學課程標準》指出：“人們為了生產和生活更加便利、快捷、舒適，創造了豐富多彩的人工世界。”“技術的核心是發明，是人們對自然的利用和改造。”“工程技術的關鍵是設計，工程是運用科學和技術進行設計、解決實際問題和制造產品的活動。”縱觀技術與工程在目標、關鍵性、過程和評價上有一些共性。

目標的一致性，即教學目的都是為了解決實際問題，為學習和生活服務;設計的關鍵性，即設計想法是產品創造的靈魂，是解決問題的可行性方案;過程的一致性，即學生都在經歷發現問題、分析問題和解決問題的過程;評價的一致性，即實踐作品與實際需求的匹配度是衡量學生學習效果的重要依據。

“比較水的多少”案例的來源

“比較水的多少”選自教科版3年級上冊，首先直接展示3個不同形狀的瓶子，讓學生思考哪個瓶子里水多，哪個瓶子里水少。學生根據生活經驗，用多種辦法比較水的多少。但是人的直觀感覺有時會出現錯誤，為了能準確比較水的多少，學生開始設計并制作一個刻度杯（量筒的原型）。不同學生的刻度杯的單位是不一樣的，就導致測量結果的交流有困惑，從而引出相對精密的測量儀器——量筒。接著讓學生學習使用量筒，精確地比較水的多少。

本節課的重點和難點是經歷人類發明量筒的過程。知道液體具有一定的體積，液體的體積可以用量筒測量。然而教材把時間均勻地分布在3個活動上，每個活動都做不充分。因此汲取設計思維的精髓作為教學設計的理念，讓學生從量筒發展史入手，設計并制作一個量水的工具，然后不斷修改優化，解決現有的量水問題。

設計思維導向下的活動設計

用設計思維作為活動設計的導向，以工程設計過程為主導，根據學生的情況對本節課的教學目標和活動進行重新定位和調整。

設計思維導向下的目標取向

教材的目標和設計思維導向下的目標都重視對科學概念的理解，重視學生的體驗，鼓勵學生用多種方法解決問題。不同的是，設計思維導向下的目標更重視產品的設計和制作過程，讓學生經歷發現設計需求、設計、制作、測試和改進產品的過程，提高學生的創新思維能力。

設計思維導向下的活動調整

設計思維導向下的活動簡化了認識量筒的過程，把比較誰多誰少放在了運用環節，把比較水多多少這個難點內容做實做透。設計思維導向下的教學活動調整，為學生打開了古人設計和發明量筒的大門。學生經歷量筒的形成和發展過程，不僅知道工具的使用方法，更重要的是學會了創造工具。

設計思維導向下的課堂教學

創設情境，挖掘設計需求

創設情境是小學科學課常用的課堂導入方式，旨在創造真實的學習情境，激發學生的探究興趣。設計思維導向下的情境與人們通常所說的情境既有相似之處，又有略微的區別。它強調真實性，在整個教學活動中要求真實的情境、真實的問題，并且真實地解決。

古代買賣酒場景：老板我要1杯酒，老板我要2杯，老板我要10杯酒……買酒的客人特別多，1天下來賣酒的師傅就累得不行了。他想：如果有一個量酒的工具，不管多少杯，我只要量1次就可以了，那該多好呀！

這樣的情境非常真實，讓學生有身臨其境的感覺。買賣酒場景播放完畢，教師提問：“如果你是賣酒的師傅，你覺得用這樣的小瓢量方便嗎？”促發與賣酒師傅進行共情，體驗到人們一小瓢一小瓢賣酒的辛苦及麻煩。學生發現問題之后，教師點出本課主題：設計并制作一個量水工具。設計思維導向下的情境更多地是為了暴露真實的生活需求，為學生發現提煉設計需求服務。

頭腦風暴，匯集設計創意

學生發現設計需求后，就需要通過設計解決冋題。冋題解決的關鍵是設計創意。在40分鐘短暫的課堂時間內，常用的激發設計創意的方法就是頭腦風暴。

頭腦風暴有其特定的操作方法。它的起點是設計需求，終點是修改設計解決需求。從明確需求到解決需求的過程一般有2條路徑（圖1）。“比較水的多少”的設計需求是：1個能夠量取多種體積的量水工具。由于這個問題比較簡單，所以選擇了第1條路徑，即：直接讓學生獨立思考，記錄突發靈感，形成初步的問題解決方案，然后小組討論并選擇最佳創意，最后全班交流修改設計。

學生完成設計之后，在教師的組織下，主要圍繞設計需求、設計材料和設計的可操作性這3個角度開展交流。在活動中，筆者收集到了學生的解決創意，主要有量體積的刻度杯、比高度的量瓶和稱重量的稱重杯這3種設計思路。學生充分考慮到材料的適用性，選擇了能夠直觀看到刻度的透明直筒的杯子做刻度杯;為了增加產品的實用性，他們把刻度設計成了防水的。

設計思維導向下的設計創意分享，一定是圍繞設計需求開展的。只有解決了實際問題才是好的設計，只有用最簡單的方法高效解決了問題才是好的創意。在這樣的研討下，分享的學生能夠得到全班同學的建議，聽眾能夠獲取其他小組的設計精髓，可謂事半功倍。

動手操作，制作產品原型

制作是活動的關鍵環節，創造者需要尋找適合的材料，將設計創意變成產品。小學生的動手操作能力比較弱，需要教師細致地指導。教師在制作指導的時候要有選擇地挑選那些直接影響產品質量的操作。在引導的過程中不斷追問，讓學生自己總結操作的要點。以刻度杯法為例，教師可以用如下的方法引導。

教師：在制作刻度杯的時候有什么需要注意的嗎？

學生：（演示）量一小杯水，倒到長筒杯子里去，在水位處畫1條刻度。

教師：你們也是這樣想的嗎？為了讓工具更準確，制作過程中有沒有需要注意的地方？

學生：刻度要均勻？

追問：怎樣做到刻度均勻？

學生：每次小杯子里倒的水要一樣多。每次要1小杯倒滿，但是不能溢出來、漏出去。

追問：漏出去會怎樣？

學生：會讓刻度變得不準。

學生：倒出的時候，要倒干凈。

……

在制作的過程中，教師還應關注學生的小組分工合作情況，讓每一個孩子有事做。經過教師的細致指導，學生的制作活動變得更加順利。圖2展示了學生的3種創意產品，產品制作的完成是學生對自我的肯定，增加了學生的成功體驗和學習動力。

場景測評，獲得使用反饋

教學和評價是課程實施的2個重要環節，相輔相成。評價既是對教學效果的檢測，也與教學過程的相互交融，從而促進與保障學生的發展。思維導向下的課堂評價主要分成3個部分，設計想法、小組合作和產品性能評價。每一個維度的評價都有多個評價細則，右表是“比較水的多少”這一課的評價細則。

思維導向下的評價主體多元、方式多樣。不僅有以教師為主體的評價，也有教師對學生，以及學生對學生的評價。針對產品的評價，要在真實的場景中獲得使用的反饋，根據使用反饋進一步修改自身設計。教師在教學中應該注重對學生合作學習、學習過程和學習成果的評價。

在小學科學課堂教學中，無不滲透著設計思維。特別是工程與設計類型的課，時刻能夠找到設計思維的印跡。這一類課均可以吸取設計思維的精髓，以設計思維為教學設計理念，讓學生體驗設計的一般過程，并用設計思維創造性地解決問題。在設計思維導向下的小學科學課堂中，學生能夠體驗真實的情境并發現設計需求，通過頭腦風暴的方式形成設計方案，根據設計方案制作出產品，使學生的設計思維和創新思維得到飛躍式的發展。