基于設計思維的PBL教學模式構建

陳佳麗 范體貴 呂立君 李紅娟 王印

摘 要：設計思維是一種以人為本的創新方式，它強調解決問題要從人的需求出發，多角度地尋求創新解決方案，并創造更多的可能性.這一思維方式與“基于問題的學習”教學模式相結合會幫助學習者創造性地解決問題，對學生學科核心素養的發展具有重要意義。本文將探究學科教學模式的一種新途徑的可行性，嘗試建構基于設計思維的PBL教學模式。

關鍵詞：設計思維;PBL教學模式

中圖分類號：TS209 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1673-260X（2021）04-0098-05

1 引言

《2017地平線報告（基礎教育版）》強調多學科、跨學科等術語，將校內課程與現實世界結合，從一種新的視角讓學生通過探索自主地創造性地解決問題[1]。在《普通高中物理課程標準（2017年版）》中指出：“我國普通高中教育是在義務教育基礎上進一步提高國民素質、面向大眾的基礎教育，任務是促進學生全面而有個性的發展，為學生適應社會生活、高等教育和職業發展做準備，為學生的終身發展奠定基礎。進一步提高學生綜合素質是普通高中的培養目標，著力學生核心素養的發展，使其具有理想信念、社會責任感、科學文化素養和終身學習能力，有自主發展能力和溝通合作能力”[2]，并強調物理學科的育人要通過物理學科核心素養來實現。而物理學科核心素養主要包括的四個方面強調了質疑與批判、交流合作、反思和實事求是等學生自主解決問題需要的關鍵能力。

在17年課程標準對物理學科核心素養的描述中，“探索日常生活中的道理”“解決問題”“公開發表個人見解”“與他人合作”等詞語都表明了堅持學生主體地位，培養探究能力和解決問題能力的育人核心。問題導向學習（Problem-Based Learning，簡稱為PBL）的核心理念就是培養學生成為“自我指導的學習者”，這種教學模式起源于努力理解和解決一個問題的學習[3]，它主要是通過小組協作的學習形式解決劣構問題和實現教學目標，基于真實情境并回歸到真實生活中。設計思維是一種以人為本的創新方式，它強調解決問題要從人的需求出發，多角度地尋求創新解決方案，并創造更多的可能性。諾貝爾獎獲得者，經濟學家赫布·西蒙在他的著作《人工科學》設計思維定義為一種在現有條件下尋求更好方案的過程，也就是利用設計思維來滿足消費者的需求并提供更好的備用解決方案，他認為設計思維主要涉及認知性、情感表達和人際活動三個方面。這樣的思維方式與“基于問題的學習”的教學模式相結合能夠幫助學習者對問題進行創造性的解決，對學科核心素養的發展也具有重要意義。本文將探究學科教學模式的一種新途徑的可行性，嘗試建構基于設計思維的PBL教學模式。

2 設計思維與PBL教學模式

2.1 PBL教學模式

2.1.1 PBL教學模式的內涵及特征

近年來，“發現學習”“探究學習”“基于問題的學習”和“基于項目的學習”等這些西方教育方法，在我國基礎教育的新課改革中起到不可忽視的作用。這幾種教學方法的相似之處在于這些教學方法在應用時，需要教師在學科基礎上為學生設計接近生活實際的復雜問題情境，學生經過自己設計解決問題的流程，探究并解決問題，最終領悟其中的知識，并可以進行知識的遷移與應用。但是“發現學習”“探究學習”“基于問題的學習”和“基于項目的學習”也是有區別的，教師要認識到這四種教學方法各自的特點與適用條件，并將其與傳統教學方法比較，在教學過程中根據不同的教學背景選取合適的教學方法。

“基于問題的學習”的教學模式可以幫助學生處在真實的情境中，讓學生親自處理現實生活的真實問題，提高學生自主學習能力、解決問題的能力和發展高級思維能力等。“基于問題的學習”教學模式是一種源于醫學的并取得成功的教學方法，Barrows在20世紀80年代最先對“基于問題的學習”教學活動的幾個環節進行歸納和提煉，在整個發展過程中，研究者們依然傾向于Barrows系統化了的結構和流程[4]。至今，它已被廣泛地應用于各式教育、培訓機構、商業應用和工程等多個領域，并已被證明這樣的教學模式比傳統的教學方法更加有效。

筆者通過對現有研究分析得出“基于問題的學習”的教學模式具有如下三個基本特征：

（1）PBL教學模式以學生為中心。在這個過程中，教師不再直接講授知識，而是讓學生依靠小組合作的方式來解決基于真實情境下的結構不良問題，教師只充當引領者的角色，在必要的時候進行指導和提供學習資源，從而達到學生知識面拓展和解決問題能力提升的目的。研究表明，“基于問題的學習”塑造了獨立的學習者，增加了學生學習的自主權[5]。

（2）PBL教學模式是一種處于真實復雜的情境中的學習。以問題解決的過程來呈現。問題的設計要注意與已有知識的相關性，考慮到學生的研究能力，也要在把握前沿的基礎上注意跨學科的特點，以求學生更加全面的發展。

（3）PBL教學模式是一種學習方法。在這種教學模式中，學習者通過對問題的研究，運用綜合性的知識找到多種針對結構不良問題的可行的解決方案。

2.1.2 PBL教學模式的一般過程

在20世紀初，杜威提出了問題解決過程的五階段模型，20世紀中后期，在現代認知心理學的基礎上，基克又提出了問題解決的四階段模型，20世紀后期，Barrows對“基于問題的學習”教學活動的結構和流程進行了系統化[6]，如圖1所示。

從上面的研究可以得出，“基于問題的學習”教學大致分為五個階段。其中組織學習環節要注意小組劃分時各位成員的自身能力與素質，營造小組氛圍，幫助學生快速進入問題研究的狀態;創設問題包含分解問題、進行假設以及深度理解問題;執行問題指通過組內分享、反復地修改并綜合學習成果、教師要給予學生必要的指導和協作，最終解決問題;展示成果包含各小組間匯報學習成果、深層次理解問題;反思評價包含自評、互評和教師的生成性評價。圍繞分析問題、提出假設、驗證假設的過程，最后在已有知識的基礎上進行新的知識體系的重組建構。隨著研究和實踐的推進，2004年Melon-Silver（麥羅·希爾文）在Harrows的基礎上進行調整和修改提出了“基于問題的學習”的七步教學流程[7]，如圖2所示。

此外，還有很多專家學者也提出了問題解決的過程模型，雖然各有差異，但中心思想都是解決不良構問題。在已有研究基礎上，筆者將問題解決的一般過程歸納為如下模型，如圖3所示。

在所建構的PBL教學模式中共有九個環節：（1）劃分小組。達到“組間同質”“組內互質”的要求。（2）問題情境。教師在考慮學生現有認知的基礎上綜合各方面的因素而設置出不良構問題。（3）內化問題。內化問題指由學生主動地建構或在教師的協助下深度地理解問題，這是開展后續問題解決活動的重要基礎。（4）提出假設。每位同學先獨立思考，再在小組內部進行討論與互評，最終選出有代表性的解決方案，整個過程要求學生有獨立思考的能力、批判性的反思能力以及把控全局的設計思維。（5）演繹推理。實施具體方案之前，結合真實復雜的實際情境，對每種方案進行演繹推理。（6）可行性判斷。在充分考慮時間、人力、物力、經費等各方面因素后，判斷每種方案是否可行，若不可行，重復（3）—（6），若可行繼續環節（7）執行方案。將選定好的方案在實際情境中具體地加以實施。（8）展示成果。一是對方案實施的過程進行評價;二是對方案實施后所產生的效果進行評價，并讓學生以小組匯報的形式進行結果的展示，最后確認是否達到預期效果，成功地解決了該問題。（9）修訂方案。若評價效果不理想，則需要分析原因，再對方案進行修改，之后重復第（7）步驟，直至解決問題，體現出迭代的特點。其中，資料庫在整個問題解決的過程中起到重要的輔助作用，可以幫助學生快速地找到所需資源。需要注意的是，整個問題解決的過程并非是線性的操作，學習者可以在任何一個過程或環節進行重復的操作。

2.2 設計思維

2.2.1 設計思維的內涵及特征

設計思維是指人們在遭遇復雜的現實問題時，能夠綜合運用自己的知能，通過設計與思維雙螺旋結構的相互依賴與促進，不斷生成新的問題解決策略，進而創造性地形成解決問題的思路與方案[8]。它是一種以人為本的解決問題的方式方法，具有從多角度出發、普遍適用和跨學科跨領域的特點，是一種可以創造多種問題解決方案并以多種方式激發創新思維的途徑，在教學過程中應用這一思維方式對培養學生的核心素養有重要的意義。

2.2.2 設計思維培養的一般過程

設計思維的最初模型是由SIMON建立的線性模型：分析→綜合→評價;BROWN將模型上建構成了循環模式，由靈感、構思和實施三個階段構成，如圖4所示;IDEO公司提出的模型包括發現、解釋、構思、實驗、評估五個階段[9];清華大學柳冠中教授[10]將設計思維分為觀察、分析、歸納、聯想、創造和評價六個環節，各個環節之間是循環漸進的;LIEDTKA把設計思維看作是對四個問題的回答，每一個問題都是一個不同的設計思維過程，在此基礎上，LIEDTKA[12]還給出了設計思維過程的十大設計工具，我國學者對它的可視化過程如圖5所示[12]：目前采用最廣泛的是由斯坦福設計研究院研究開發的EDIPT模型，包括同理心、需求、創想、原型、測試五個階段[13]。階段一為同理心也稱為共情，簡單的理解就是通過觀察、傾聽、調查等方式進行深入的了解，并換位思考;階段二是需求，要準確的找到用戶的需要;階段三是創想，最常用“頭腦風暴”的方法盡可能地找到多種解決問題的方案;階段四是原型，可以理解通過對上一個階段的解決方案的執行來得到一個具體的產品模型或者是一個小規模的環境或過程的簡單模擬;階段五為測試，通過執行后的結果與預期目標進行對比進行評價與反饋，判斷需求是否被滿足，需要注意的是，該思維模型的五個階段是非線性的，使用者可以在任何時間段重復操作某個過程或者某一階段。本文將從EDIPT模型出發，探索在教學中應用的新模式。

2.3 PBL教學模式與設計思維的內在聯系

通過分析設計思維和PBL教學模式的內涵、特征及其一般的過程，可以發現二者之間是相互聯系的，分析思維各階段要素和PBL教學模式過程要素如表1所示。

John Dewey提出：“我們怎樣思考往往比我們思考什么更重要”。在21世紀我們需要讓學生在發展自我、融入社會以及能夠勝任自己的工作，學生的解決問題的能力就顯得尤為重要，而在生活中我們遇到的往往是復雜的非良構的問題，如何解決這樣的問題是我們要重點關注的，從表1可以看到設計思維與PBL教學模式明顯的交叉點，值得關注的是，設計思維是通過以人為本的非線性方法來處理不良構的問題，它需要綜合各方面的因素，以得到多種處理問題的方式，更具體地來說，設計思維是一種對待問題的態度，它以不同的思維方式創造性地處理問題，打破了傳統的基于邏輯推理的方法，而PBL教學模式最初也是由醫學中的角色扮演來呈現問題，明顯地體現出換位思考、以人為本的特點，因此基于設計思維的PBL教學模式有深度融合的必要。

3 基于設計思維的PBL教學模式

基于設計思維的PBL的教學模式是將設計思維作為幫助學生解決問題的有效途徑，設計思維的過程實際上也是解決問題的過程。因此基于設計思維的PBL教學模式的過程與“基于問題的學習（PBL）”的過程基本一致，只是解決問題的途徑有所不同。基于設計思維的PBL教學模式通過培養學生的設計思維來提升學生解決問題的能力，其解決問題的教學模式構建將設計思維的要素貫穿其中。

依據前文所構建的PBL教學模式、設計思維的各要素及應用廣泛的EDIPT模型，本文構建了基于設計思維的PBL教學模式，如圖6所示。該模式主要由批判性反思、學習資源、問題解決的過程三部分構成，其中問題解決的過程包括：前期準備階段、解決問題階段、評價反饋階段，各個階段之間密不可分，相互影響。

（1）前期準備階段：本階段中教師在了解學生現有能力的基礎上確定教學目標并給提供學生相關的素材及要解決的問題，讓學生進行自主學習。學生要依據設置的問題進行批判性的思考，并完成任務。接下來，學生要對課堂上得到的反饋進行批判性的反思，與此同時在小組討論的前提下確定所要研究的問題。

（2）問題解決階段：經過前階段的準備，學生對所要解決的問題已經進行了內化，接下來學生要在已有的問題情境下，對問題進行深度的剖析，并利用學習資源對所需信息進行搜集處理，通過小組合作提出最終的假設，再經過演繹推理對所提出的假設進行可行性的判斷，若不可行，則通過修訂方案繼續執行問題解決階段，直至問題解決。在本過程中，教師要注意關鍵性的指導。

（3）評價反饋階段：完成第二個階段后要對得出的解決方案進行小組的成果展示，最后進行組內的自評以及組間的相互評價，教師也要根據學生解決問題的過程進行過程性的評價和最終結果性的評價，評價過程要客觀、真實，這種反饋和反思是進一步提升學生解決問題能力的關鍵，多元化的評價方式也能讓學生進行不斷地反思和總結，在進一步內化知識的同時對現有的解決方案進行迭代。教師在該階段要注意引導學生及時對自己和他人的學習過程進行反思和評價。

4 結束語

本文以落實培養學生的核心素養為目的，在現有研究基礎上，通過對兩者相關要素的對比，得到它們之間相互融合、密不可分的關系，并提出基于設計思維的PBL的教學模式，下一步將在教學實踐中通過多種研究方法對其進一步的研究。需要注意的是，這種解決問題的思維方式對學生現有知識有一定的要求，還需要教師為學生提供合適的學習資源，只有綜合考慮各方面的因素，才有助于基于設計思維的PBL教學模式的順利開展。

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