中學生設計素養研究：要素、框架及評測

陳鵬 黃榮懷

[摘? ?要] 設計是實現創新的重要途徑和有效方式，在當前日益關注創新的環境下，設計素養是現代公民終身發展的應然趨勢。研究采用文獻分析構建設計素養理論框架、德爾菲法收集素養要素、量表編制法進行驗證，并通過對北京市2187名中學生的調查數據的探索性因素分析、驗證性因素分析和效度檢驗等，最終得到中學生設計素養二階三因子模型。該模型包括設計意識、設計興趣、設計知識方法、設計表達能力、創意物化能力和設計實踐能力六要素。其中，設計意識、設計興趣對其他要素有激發、維持的作用;設計知識方法是設計素養生成性要素中的基礎要素;設計表達能力、創意物化能力和設計實踐能力是設計的能力性要素，促進設計實踐的完成。

[關鍵詞] 中學生; 設計素養; 要素與框架; 六要素模型; 評測量表

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 陳鵬（1986—），女，湖南株洲人。 高級實驗師，博士，主要從事設計思維及創新人才培養、教師教育研究。E-mail：pengchenbnu@163.com。

一、引? ?言

“創新驅動發展戰略”最早由黨的十八大提出，2016年5月發布的《國家創新驅動發展戰略綱要》明確指出：“國家力量的核心支撐是科技創新能力，創新強則國運昌，創新弱則國運殆。”[1]設計是人類有目的地運用創造力的過程[2-3]，具有目的性和創造性特征[4]。它是實現創新的有效途徑之一[5]，人類從誕生到開始造物以來，就不斷從事創造性的設計活動。近年來，設計的含義已遠超出傳統意義中所指的范圍，越來越多的人意識到設計是一種思維方式、行為準則，或者解決問題的途徑，它能夠適用于多種情形[6]。Nigel Cross認為無論是否是設計師，我們都會運用一些設計能力來解決某些問題[7]，例如人們會在對衣服搭配、家具擺放等作出選擇時運用設計能力;“人人都是設計師”已不再只是一種可能性，而是一個無論我們是否愿意都必須面對的現實[8]。因此，在當前日益關注創新的環境下，設計素養已不僅僅局限于設計師特質，而是被西方發達國家作為提高國家創新力和競爭力的關鍵要素[9]，并作為公民的終身學習要素之一[10]。如同數學素養、技術素養培養學生某方面的基本能力，設計素養同樣意味著培養學生基本的設計能力，探究、構思和外化表征的能力[11]，能夠使用設計的理論、原理和方法來有效地交流信息、想法和概念等[12]。

目前對設計素養及能力的研究，較多關注在設計師的能力素養研究，對設計實踐所需能力要素進行分析總結，從而形成特定領域的設計能力模型或特征要素[13-15]。例如，Bakarman提出學生走向工作場域成為一名專業設計師所需要準備的能力的ASK模型[16]。同時，國內外在藝術、技術學科中關注對學生設計能力的培養，在闡釋學科素養或課程目標時，描述學生所需具備的設計能力，例如英國“設計與技術”課程要求學生通過各種創造性和實踐性的活動，參與設計與制作過程，具備一定的設計能力[17-18]。近些年興起的STEM教育、創客教育等也逐漸通過基于設計的學習關注學生設計思維及能力的培養[19-23]。可見，以設計素養為主體的研究已經開始，研究者們倡議設計素養的價值，但尚未對其內涵、要素及評測深入展開研究。本研究參考素養的內涵及結構，綜合運用多種方法，基于大規模調查和數據分析，建構中學生設計素養要素及框架模型，以期為中學生設計素養的培養及評測提供參考依據。

二、研究過程和方法

中學生設計素養是一個多因素、多層次、結構復雜的綜合反映，本研究采用文獻分析法、德爾菲法和量表編制等方法，以定量、定性結合的混合方法開展。研究包括三個步驟：（1）設計素養理論分析，通過文獻分析中學生設計素養的內涵，初步形成設計素養的理論框架;（2）設計素養要素的收集，在理論框架的基礎上，采用德爾菲法，通過專家訪談、專家評議調查、專家咨詢分析三輪調查，確定中學生設計素養的要素及框架;（3）設計素養要素及框架的驗證與修訂，采用量表編制法通過編制中學生設計素養評測工具并在北京市內實施預試，形成具有一定信效度指標的測量問卷，對數據進行要素分析與結構分析，最終確定中學生設計素養要素及其框架。

三、中學生設計素養要素及框架

（一）中學生設計素養的內涵

自從素養被聯合國教科文組織作為一項教育權利收入《世界人權宣言》之后[24]，素養的內涵也從原有的“讀寫算能力”拓展為個體或群體在某一領域中的知識、技能等多種綜合能力。研究者認為素養既是一種行為方式，也體現為一種高級品質，即經過教育、學習形成的良好行為習慣[25]。

在當前日益關注創新的環境下，設計被西方發達國家作為提高國家創新力和競爭力的關鍵要素，設計素養也被認為是公民的終身學習要素之一。本研究認為設計素養是對設計重要性的認識，是在面對各種挑戰和問題時，能夠有意識地去展開以設計為主導的創新實踐的知識、技能、態度、價值觀和經驗的綜合體。中學生的設計素養是學習者以設計引領問題解決或創新過程的動態能量系統，從本質、生成與發展途徑、表現和價值方面來分析，其具有以下特征：（1）它比設計能力更加寬泛，是設計知識、技能、態度、價值觀和經驗的綜合體;（2）是學生在不同形態的設計教育課程和實踐中通過獲得知識、技能等形成和發展起來的，表現出較為穩定的心理和行為特征;（3）通過設計的行為表現出來，即能在特定情境下運用已習得的設計知識、技能和能力來解決問題、應對挑戰;（4）能推動學習者有效參與設計實踐，獲得個體發展，最終學會以“設計”的方式解決現實問題，學會在未來社會中生存與發展。

（二）理論建構：中學生設計素養分析

設計專業領域通過觀察設計師的設計行為來分析其思考和實踐的過程，對從事不同設計工作領域所需要的思維方式及能力進行分析[26]。研究者認為設計者需具備：以人或環境為中心考慮;將觀點可視化，提供多種解決方案;具有系統觀，能夠系統地考慮問題和解決問題;較好的語言表達能力;團隊合作的親和力以及全面決策的能力[27]。

同時，隨著國際上對設計教育的重視，由美國、英國引領的以培養設計能力為主要目標的課程逐漸增多。美國2000年正式出版的《技術素養標準：技術學習的內容》（Standards for Technological Literacy：Content for the Study of Technology，STL）中明確要求K12的學生理解設計屬性;掌握工程設計和設計過程步驟;能夠具有應用設計過程的能力[28]。英國K12教育階段要求學生掌握設計實踐所需的專業知識和技術，具備完成任務所需的自信心并能夠開展創造性的設計與實踐;能夠掌握并運用技術和制作技能，為更多的人、用戶設計和制作高質量的產品;能夠對自己或他人的想法、方案或產品進行評估和測試[17-18]。

綜合上述分析，本研究認為設計者不僅需要掌握設計的知識與方法、還需要具備設計的意識與積極態度，完成設計的操作技能和實踐能力。意識是解決設計的動力問題，決定了學生對待設計的態度。知識與能力則是解決“如何設計”的問題，設計知識是指進行設計所需要的核心指導思想和方法過程，也是設計意識和設計能力的基礎;設計能力是解決如何將想法表達表征出來的能力，以達到實現設計方案，解決實際問題，最終形成問題的創新解決方案或產品的創新設計。設計意識、設計知識、設計能力三者相互聯系、相互依存構成設計素養的統一整體。

（三）專家調研：中學生設計素養要素確定

在文獻分析的基礎上，本研究通過專家開放式訪談、專家評議調查、專家咨詢分析三輪征詢，對構成設計素養的意識、知識和能力三大方面的具體要素進行遴選。

第一輪，專家開放式訪談。研究對10位來自設計及教育領域的專家進行訪談，使用Nvivo 11進行編碼和關鍵詞提取，得到中學生設計素養要素包括：發散思維、聚斂思維、批判性思維、直覺思維、頓悟、設計意識、設計知識、設計方法及技巧、設計思維方法、資源/信息收集、整理和分析、使用工具和技術的能力、藝術表達能力、語言表達能力、共情、跨學科知識運用能力、團隊合作與溝通能力、任務計劃與管理能力、責任心、設計洞察力、設計興趣、好奇心、探索欲、求知欲等。

第二輪，專家評議調查。根據第一輪結果設計咨詢表，采用1～10分計分形式對40位專家開展評議調查。通過分析得到構成要素的評分排名為：設計洞察力、設計意識、設計態度、設計興趣、資源/信息收集、整理和分析、任務計劃與管理能力、使用工具和技術的能力、設計思維方法、發散思維、藝術表達能力、團隊合作與溝通能力、跨學科知識運用能力、語言表達能力、設計知識、設計方法及技巧、共情。

第三輪，專家咨詢分析。在第二輪反饋結果基礎上，背靠背征詢5位專家對中學生設計素養要素框架的意見，最終得到保留的要素有：共情、使用工具和技術的能力、設計知識與方法、設計洞察力、設計態度、設計興趣、團隊合作能力、跨學科知識運用能力、任務管理能力、圖示化表達能力、溝通表達能力。

（四）中學生設計素養的框架

本研究通過“建立群組—創建模型”的過程，對德爾菲專家調研得到的要素，結合理論分析，從意識、知識及技能3個不同的層面構建中學生設計素養的結構，形成分析結果模型如圖1所示，各要素的具體描述見表1。

（1）意識性要素解決設計的動力問題，它是人們對生活中的設計現象產生的認識、觀念和需求的總和，其包括設計洞察力、設計態度和設計興趣。（2）知識性要素解決如何形成設計的思想、理論及方法，它們是設計活動的基礎，包括共情和設計知識方法。（3）技能性要素是解決如何將想法表征的能力，是把設計轉化為方案、作品或產品的實踐能力，以達到實現設計方案，解決實際問題，最終實現問題的創新解決或產品的創新設計的目的。技能性要素包括創意物化能力、圖示化能力、溝通表達能力和設計實踐能力。

Spencer認為知識、技能是素養的外在表現，自我觀念特征及個人特質等因素具有相對的穩定性傾向[29]。本研究參考勝任力洋蔥模型的三層“同心圓”方式[30]來表征設計素養框架，該模型中能力性要素位于最外層，個體潛在特征的意識性要素位于最里層，素養的形成由外到內，層層深入。意識性要素是動力，意識性要素和能力性要素必須要有知識性要素作為基礎;離開知識，意識將成為不切實際的空談。在初始框架中，構成設計意識的設計洞察力、設計態度、設計興趣位于最內層，對設計行為具有激發、維持性作用;共情、設計知識方法位于中間層，是開展設計實踐的基礎力量，完成設計的保障要素;創意物化能力、圖示化能力、溝通表達能力、設計實踐能力位于圈的外層，是設計過程中的能力性要素。

四、中學生設計素養要素與框架的驗證及修訂

（一）測量工具的編制

基于設計素養要素初始框架，借鑒相關文獻中具有良好信效度的題項，編制包含62個題項的李克特5點量表，各要素描述及題項分布見表 1。為確保調查量表的內容效度，2位教育技術專業博士生、10位中學一線教師對問卷進行審查，對存在的問題進行修訂之后正式施測。

（二）數據收集及分析方法

本研究于2017年10月分別從北京市西城區、海淀區、朝陽區、豐臺區、通州區、順義區和平谷區等六區抽取預試樣本，通過問卷星平臺（www.wjx.com）實施發放問卷。共計2346名學生參與調查，剔除無效答卷后，得到2187份有效答卷進行分析，有效率為92.8%。有效答卷中，男生938人，占43%;女生1249人，占57%。初中生（初一、初二）971人，占45%，高中生（高一）1216人，占55%。

為形成并驗證中學生設計素養的要素及其結構，本研究將2187份答卷隨機分成數量相等的兩部分，其中1093份數據（樣本A）利用SPSS 24.0進行探索性因素分析;另一部分1094份數據（樣本B）則利用AMOS 24.0 開展驗證性因素分析，驗證設計素養框架的合理性和穩定性。

（三）設計素養組成要素分析：探索性因子分析

分析包括對組成要素的探索性因子分析、對組成因子及因子間關系進行檢驗的驗證性因子分析和模型交叉效度檢驗，以及針對模型對設計績效關聯效果所進行的相關性分析。

1. 項目分析

項目分析在于檢測編制量表的適切或可靠程度，鑒別題項本身的效度。本研究對樣本A的1093份數據，采用極端組檢驗法（即高低分組獨立樣本t檢驗）和同質性檢驗法（即修正后題目與量表總分的相關系數、刪除改題目后的量表α系數）[31]，對62個題項進行項目分析。檢驗發現，總分高、低分組在每個題項上測量值的平均數的差異均達到顯著（p<0.001），62個題項均具有較好的鑒別力。“修正后題項與問卷總分相關”的結果表明，各題項與其他題項加總后的相關系數在0.393到0.731之間，均大于0.3;但刪除題項1、2、9后，此問卷的內部一致性克隆巴赫系數變大（問卷的內部一致性克隆巴赫系數為0.97619）。綜合考慮題項1、2、9的偏度小于-1，題項1、2的方差小于1，根據預試評審標準[31]，刪除題項1、2、9，剩余59個題項可用于探索性因素分析。

2. 探索性因素分析

對樣本數據進行KMO檢驗和Bartlett球形檢驗，量表的KMO檢驗結果為0.979，Bartlett球形檢驗的近似卡方值為46241.662（自由度為1711），Sig值為0.000，達到顯著性水平，表明量表樣本數據適合作探索性因素分析。

在不限定公共因素數目的情況下，研究采用主成分分析的因素抽取方法，以最大方差正交旋轉進行因素轉軸，并根據涂金堂提出的因素判斷標準[31]來對題項進行保留和刪除。經過多次探索之后，最終提取出特征值大于1的六個共同因素，累積方差貢獻率為62.276%。根據題項間的相關性、題項在各因素上的負荷量等對各題項進行檢查，并重新進行探索性因素分析驗證。同時為簡化模型對各因素上的題項數進行適當平衡，最終保留44個題項，提取六個共同因素，可解釋方差的累積貢獻率為62.766%。設計意識、設計興趣、設計知識方法、創意物化、設計表達和設計實踐能力的六個因素的44個題項的分布基本符合題項設計時對題項結構的假設。各個因素的內部一致性系數值在0.866～0.919之間，一致性良好，見表 2。

（四）設計素養框架維度的結構分析

采用樣本B的數據分別進行一階和二階驗證性因素分析。驗證性因素的目的是通過分析由探索性因素分析結果所構建的理論模式是否與實際數據擬合，從而檢驗觀測變量的因素個數和因素載荷是否與基于預先建立的理論預期一致。

1. 一階驗證性因素分析

采用最大似然法作為估算方法，通過Amos 24.0進行驗證性因素分析。結果表明，因素負荷量在0.692至0.838之間，符合研究者提出的因素載荷最好介于0.54～0.95之間的驗證準則，且誤差方差均不為負且都達到顯著性水平。同時根據各項標準化殘差值的絕對值大于2.58，以及各項修正指標大于5等標準進行刪題及模型修正。經過多輪修正后，刪除4個題項，得到中學生設計素養一階驗證性因素模型。擬合指標計算表明，各因子一階模型的絕對適配度指數RMSEA值均小于0.05，增值適配度指數GFI、AGFI、NFI、CFI和IFI的值均在0.9以上。設計意識、設計興趣、設計知識方法、設計表達能力、創意物化能力和設計實踐能力的六因素的模型擬合度良好，形成設計素養的六因子測量模型。

為鑒別六因子模型的結構效度，本研究對六個因素進行收斂效度和區別效度計算。收斂效度分析主要是通過題項的信度系數、組合信度與平均方差抽取值來判斷。對樣本B數據進行分析結果發現（表3），本研究中六個因素中因素負荷量基本上大于0.7;除了個別測量變量低于0.5之外，測量變量的信度系數（SMC）基本上也都在0.5以上;六個因素的組合信度（CR）為0.8834～0.9338，平均方差抽取值（AVE）為0.5782～0.6520。因此，設計素養的這六個因素具有較好的收斂效度。

由于本研究中各要素間的皮爾遜相關系數值有若干個超過0.7，因此，采用置信區間估計的方法判別要素間的區別效度，即利用 Bootstrap 估算方法，在95%的置信水平下，建立相關系數的置信區間，如果不包括1則表示各要素間具有區別效度[32]。通過對樣本B數據進行分析比較發現（表3），六個要素之間均沒有出現相關系數置信區間包括1的情形，本研究問卷的六個因素具有較好的區別效度。

2. 二階驗證性因素分析

一階驗證性因素分析的結果表明部分因素之間有中高度的關聯程度（相關系數大于0.7），且分析模型與樣本數據可匹配，因此本研究作進一步的假設，即六個要素間存在某一高階結構，嘗試進行二階CFA探索各因素間的關系，建立整體的模型。初步假設存在多個競爭模型：

二階一因素模型：六個因素同屬于一個高階因素;

二階二因素模型：設計意識、設計興趣屬于一個高階因素;設計知識方法、設計表達能力、創意物化能力、設計實踐能力屬于一個高階因素;

二階三因素模型：設計意識、設計興趣屬于一個高階因素;設計知識方法作為一個獨立因素，其他三個因素同屬于一個高階因素。

通過比較這三種競爭性結構模型的適配度指標（見表4），發現在二階模型中三因素模型適配性相對較好，最終得到二階模型（如圖2所示）。

（五）設計素養對學習績效的效標效度分析

研究以學生在設計、科技和創新類的獲獎經歷作為效標，利用AB兩個樣本合并后的數據，對設計素養各要素與它們的相關性進行分析（見表5），發現學生設計素養各要素與設計績效均顯著正相關（p< 0.01）。說明中學生設計素養測評在一定程度上能反映出學生的設計水平情況，模型可用。

（六）設計素養測評框架形成

通過編制驗證工具、收集數據進行項目分析、探索性因素分析、驗證性因素分析、信效度分析等對框架進行驗證，最終修訂形成包括設計意識、設計興趣、設計知識方法、設計表達能力、創意物化能力和設計實踐能力的中學生設計素養二階三因素模型（如圖3所示）。

架

（1）設計意識。學生善于觀察并發現問題，能夠洞察生活中的設計現象，用設計的視角觀察世界，并對設計作品發表自己的觀點。同時，學生意識到身邊的事物都是經過設計而來，任何事物都可以被設計;理解在當前創新時代中設計的關鍵作用，人們可以通過設計方法和手段實現創新，進行變革。

（2）設計興趣。對新生事物充滿好奇心與想象力;具有挑戰精神;享受設計帶來的樂趣、自我滿足感，對未知創新有強烈的愿望。

（3）設計知識方法。共情是以用戶為中心設計的基礎，它不僅包括對設計的主體（用戶、干系人）的感同身受，還包括對情境的理解與融入。通過觀察、調查、訪談等方式去了解使用者或用戶的特征及需求，沉浸去體驗用戶的感受;遵循合理的設計方法，對需求、用戶、情境等進行分析，完成定義問題、形成解決方案、評估方案等任務環節。

（4）設計表達能力。設計表達包括學生的圖示化表達和語言溝通表達能力，其關注的是學生在設計過程中，能夠很好地將設計思路與想法用可視化或語言的方式表達出來。通過圖樣表達的方式，實現有形與無形、抽象與具體的思維轉換，不僅要能夠讀懂手繪、框圖、機械制圖等常見設計圖樣，還要能夠根據設計思路，用手繪、二維或三維軟件繪制簡單的設計圖樣等，將思維可視化。

（5）創意物化能力。使用手工工具、機械工具、信息化技術或工具，進行技術建模、制作原型，將創意進行物化的能力，其不僅包括對工具、設備及技術的認識，即知道什么情況下該用哪些工具、技術來支持設計過程，根據方案設計要求，進行材料、工具的選擇與使用;還包括工具和技術操作技能、應用方法策略。

（6）設計實踐能力。能夠應用多學科知識及設計知識，具有開展設計活動、完成設計任務所需要的團隊合作、設計項目計劃管理實施等方面的能力等。

五、研究結論和討論

本研究通過“文獻分析—專家訪談與調查—模型建構—問卷驗證”層層遞進的研究過程，運用定量和定性的混合研究方法，得到設計素養的二階三因素模型。該模型由設計意識、設計興趣、設計知識方法、設計表達能力、創意物化能力和設計實踐能力組成，其中設計意識與興趣處于中心位置，對其他要素有激發、維持的作用;設計知識方法位于中間層，是設計素養生成性要素中的基礎要素;設計表達能力、創意物化能力、設計實踐能力位于圈的外層，是設計所需的能力性要素。研究同時得到具有良好信效度的中學生設計素養評測問卷。該框架和評測工具基本涵蓋了中學生設計素養的各項能力要求，為學生設計素養的培養和評價提供了可能。但是也尚存在一些不足，比如研究采用調查法對模型進行驗證，其易受被試主觀因素的影響，不如行為觀察準確。在后續研究中可以借鑒行為觀察收集質性數據，對設計素養模型進一步驗證。此外還可以深入分析設計素養各維度與設計表征、績效指標之間的關系，并在全國范圍進行大型抽樣調查建立設計素養常模。

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