設計思維視域下的項目學習活動研究*

摘" 要" 以“Micro：bit校園生態館智能澆灌系統設計”項目課程為例，從設計思維的視角闡述Micro：bit項目活動課程背景與結構、活動設計與實施、項目特點與啟示。圍繞項目學習設計思維理念，打造集“項目—設計—探究—實踐—展示”于一體的學習路徑和活動模型，以期明晰設計思維視域下的項目學習活動發展方向，為其奠定理論與實踐基礎，進而推動項目教育改革、促進國家科技創新、增強學生核心競爭力。

關鍵詞" 設計思維；項目學習；Micro：bit；信息技術；核心素養

中圖分類號：G633.67" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）23-0098-05

0" 引言

創新人才培養是我國建設創新型國家的關鍵步驟，《中國教育現代化2035》明確提出新時代教育需“大力推進教育理念、體系、制度、內容、方法、治理現代化，創新人才培養方式，培養學生創新精神與實踐能力”[1]。隨著新課程改革的深入發展，項目學習已然成為學校培養創新人才的重要途徑。探索基于設計思維的項目學習模式，推動項目活動課程研究，開發項目活動新課程，促進學生信息素養提升已迫在眉睫。

1" 項目學習概述

項目學習（PBL，Project-Based Learning）至今已經歷400多年的發展，在國內外學校教育中扮演著重要角色。目前，巴克教育研究所、斯坦福大學的達林—哈蒙德教授、學習科學領域克拉斯克等在項目學習研究領域造詣較深。本文所提項目學習活動是以具體驅動問題為導向，學生圍繞某類研究主題，由教師指導利用學習資源、開展調查研究、實施實踐體驗、獲得研究新知、習得學科技能、培養高階思維的一種學習模式。

作為以人為本的創新方法論，設計思維“以人為中心的設計”的理論是企業創新的主要方法，其孕育的“創造性思維于行動中”使它受到越來越多的教育界人士的青睞，并認為將設計思維引入教育系統能解決教育的許多根本問題[2]。設計思維作為一種創新方法，延伸了項目活動實踐范疇，也充實了設計思維具身內涵，其為項目活動提供新思路，促進項目活動有法、有序、有度、有效地展開。

隨著教育改革的逐步深入，閩教版《信息技術》八年級下冊（2020年修訂）已將Micro：bit作為體驗開源硬件內容納入教學范疇。英國廣播電視公司（BBC）推出的Micro：bit青少年編程微型電腦開發板由兩個可編程按鈕、25顆獨立可編程的LED、無線通信、USB接口以及溫度傳感器、運動傳感器（加速度和指南針）等組件構成，可以進行多樣化主題創作。

項目學習注重學生參與、關注學科整合，但也存在些許不足：

一是長期分科教學造成師生認知偏差、跨科整合設計困難、實施活動成效甚微，其整合教材、課程標準、課程結構、實施流程以及教育理念至今仍未形成；

二是受課時節數、排課不連續性影響，學生難以進行深度學習與思考；

三是缺乏適宜有效的項目設計模型指導，導致項目活動形存神散，未能實現真正意義上的跨學科學習。

筆者為促進項目活動、設計思維和Micro：bit三者深度融合，嘗試開展設計思維視域下Micro：bit項目學習活動研究，以期為后續項目學習活動深度開展提供理論與方法保障。

2" Micro：bit項目活動課程分析

2.1" 項目活動與統整設計

通過“校園生態館智能澆灌系統設計”將項目活動與設計思維捆綁融合，以此來培養學生分析問題、解決問題、協作溝通、創新設計等方面的能力。項目主題課程包括三個項目活動單元，如表1所示?；顒訛槠诎酥埽恐芤徽n時（另加校本活動學時），以項目單元形式開展活動。學習對象為八年級學生，外設學習工作坊，師生可以根據活動情況自行選擇縮短或延長活動周期。

項目單元1：家庭澆花神器。以項目入門方式為學生簡要闡述項目設計的基本思路與方法，為后續實踐活動中學生深入體驗設計思維精妙之法提供引導。

項目單元2：項目涉及知識領域。學習Micro：bit開源硬件的相關知識，包括土壤濕度傳感器、蜂鳴器、水分傳感器、溫度傳感器等項目活動。

項目單元3：校園生態館智能澆灌系統設計。學生結合項目單元1～2所學內容，在日常校園花卉澆灌養護中探尋共情、設計構想、制作原型，最終設計并制作出校園生態館智能澆灌系統。本系統設計制作是依托設計思維、采用項目方式、結合開源硬件來解決用戶需求。

2.2" 項目學習與活動方案

該活動圍繞花卉種植與智能澆灌這一主題，根據其設計與制作的需要開展探究活動，活動分為三個項目單元和10個項目活動主題。每個主題圍繞設計思路、活動目標、學科素養、活動內容開展活動，伴隨活動內容逐漸深入，活動能力不斷加強，活動目標迭代上升。活動內容包括設計思維、制作策略、環境生態學習、報警系統設計、設計水分傳感器、材料與設計、智能澆灌系統和職業規劃。各個主題圍繞智能澆灌系統設計項目，融合與之相關的編程、硬件、材料、土壤、溫度、水分等多方面知識，涉獵學科包括信息技術、生物、化學、地理等。項目活動方案設計有效聯結跨學科知識、基于設計思維、開展以人為中心的創新設計活動，借以幫助學生全面深入探索問題解決方法。具體項目單元及內容安排如表2所示。

2.3" 設計思維與項目實施

設計思維是一種以人為本、創新至上、彰顯問題解決的動態過程，學者與研究機構對其理解各有不同，其模型有“靈感、構思、實現循環模型”“分析—綜合—評估線性模型”“雙鉆模型”“理解、觀察、整合觀點、構思、原型、測試六步模型”及“EDIPT模型”等。其中“EDIPT模型”是學校教育應用最廣的設計思維模型。本研究以“校園生態館智能澆灌系統設計”為例，介紹具體的項目實施流程。

2.3.1" 共情階段

本階段的主要目標是通過換位思考與學生完成項目同理心的建立。如通過觀察、訪談父母（家庭澆灌者）或校園花卉養護人員，了解家庭和校園花卉養護澆灌過程中亟待解決的問題并繪制同理心地圖。

2.3.2" 定義階段

根據學生繪制的同理心地圖來定義父母（家庭澆灌者）或校園花卉養護人員對智能花卉澆灌系統的改進需求，并陳述研究小組需解決的問題意見及建議。教師引導學生整理訪談數據并用不同語句描述用戶需求，開展組內研討，提煉2～3個用戶需求觀點并作清晰描述，最終確定解決問題的步驟與方法，面向全體同學陳述問題、分享觀點。

2.3.3" 構思階段

方案構思是作品創造的前提條件，也是設計思維的核心環節。該環節聚焦頭腦風暴，運用發散思維、理清設計思路，讓思維從散到聚、再從聚到散不斷演進提升，最終形成集體智慧的設計方案。其操作路徑可以是教師事前介紹頭腦風暴的實施規則和技巧，學生根據主題開展討論并提交匯總材料，各小組收集匯總材料進行重新篩選比對、反思修訂后形成最佳方案。此過程需結合項目活動單元所學的地理、生物、Micro：bit編程、開源硬件等知識來構思方案。

2.3.4" 原型階段

學生選定最佳方案建構原型，原型制作階段需要為他們提供計算機、Micro：bit主板、傳感器、塑料管道、小盆栽等制作材料，讓他們根據設計方案動手制作智能澆灌系統。在制作原型的過程中，教師可以鼓勵學生用故事板方式來呈現制作過程，從而給學生一個完整的活動體驗。

2.3.5" 測試階段

學生完成原型產品制作并進行組內測試后，以小組為單位面向教師和其他小組作產品使用功能介紹，重新思考產品設計方案是否可以解決用戶問題、滿足用戶需求，并根據用戶反饋對產品設計與制作進行優化迭代，直至產生最佳產品。

3" Micro：bit項目活動特點

通過對項目活動課程的核心概念界定、課程目標設定、課程內容統整、活動方案實施等方面分析研究之后，為后期項目活動課程研發和實踐提供價值借鑒。

3.1" 設計思維視域下的學生學科核心素養培植

設計思維是一種以人為本、創新至上、彰顯問題解決的動態過程。在項目活動初始，學生通過訪談、實地考察、問卷等調研等為用戶—生產者建立同理心，然后聚焦問題本質，為項目實施、問題解決提供可行方案；圍繞設計思維，小組協作統整知識，開展活動實踐?！癕icro：bit校園生態館智能澆灌系統設計”案例共有三個項目活動單元，每個活動單元均運用設計思維的“五環”結構來完成活動任務。

3.2" 基于問題情境的學科知識技能統整開發

杜威認為教育即經驗的改造或改組，項目活動是為了解決生活中某類復雜問題而開展的一系列實踐活動，并在活動中不斷改組、改造和升華。例如，項目單元3“校園生態館智能澆灌系統設計”是基于花卉自動澆灌問題（如澆灌時間點、澆灌時長、水量）而定的，活動將信息技術、地理和生物等多學科知識和技能進行統整應用。

3.3" 學習支架助推下的項目有效學習機制觸發

項目活動依托設計思維、基于問題解決，觸發機制形成的脈絡，指引教師根據“項目不同，工具不同”的原則，為學生選配學習支持工具，促其高效完成任務。在研究案例中，教師利用UMU系統搭建項目活動課程平臺，不僅為學生在項目預習、知識回顧、技能演示、資源共享、討論交流、數據分析等方面提供學習支架，還為保障任務順利完成在不同階段設計各種支持性工具，如表3、表4所示。例如，在項目單元1的“家庭澆花神器”活動單元中為學生提供計算機、開源硬件、土壤濕度傳感器、溫度傳感器、盆栽等硬件支持。

4" 基于設計思維的項目活動開建啟示

研究發現：“校園生態館智能澆灌系統設計”主題活動課程在項目策略、活動設計、方案實施等方面均有值得借鑒之處。為培養創新型、復合型人才，本文提出設計思維視域下Micro：bit項目學習活動模型，如圖1所示。模型是以設計思維、項目活動及Micro：bit為基礎的三維探究學習活動，關注學生核心素養培植、知識技術統整開發、學習支架搭建助推的學習過程，借鑒項目設計思維之法引導學生圍繞“感知體驗達共情—選題規劃下定義—設計創意成構思—實踐制作產原型—評價展示測成果”的流程開展設計實踐。研究發現：設計思維視域下Micro：bit項目學習活動應關注以下幾個方面。

4.1" 以跨學科標準設計項目活動目標

項目活動目標不是個別學科的活動課程目標，而是多學科統整的新課程目標，是與當前學生認知水平相適應的課程目標。

4.2" 以真實問題解決為項目實施路徑

真實問題是生活中存在的亟待解決的問題，項目學習活動的問題探尋、分析、設計直接影響項目的實施成效。學生通過對真實世界的認識以及運用所學知識來解決現實生活中的問題，促進相互學習轉化。

4.3" 以設計思維策略為項目活動指導

設計思維作為創新學習及解決問題的思維方法指導學生通過問題驅動產生共情，在共情基礎上定義研究問題及構思創意方案，在創意設計基礎上制作產品原型，在產品原型誕生后開展評測研究。項目活動的整個過程其實就是設計思維對活動過程的策略指導。

4.4" 以群策性思維籌建項目生態系統

新時代項目學習生態系統強調學校、家庭、社會三者的有效協調溝通，發動各方優勢，群策群力，高效整合校內外資源、銜接校企合作，共建科研陣地、打造項目實踐社區，建立一體化項目學習活動生態系統是新時代項目學習的必然趨勢。

5" 結束語

設計思維視域下的項目學習活動作為新型有效的創新人才培養模式，在今后的發展過程中應在符合國情、借鑒國內外先進理念的基礎上形成頂層設計。本研究旨在促成以政策為指導、以學校為主陣地、以社企研扶持為配套的多方共建的項目活動課程標準體系，推動項目活動課程研究進一步深化；打造集“項目—設計—探究—實踐—展示”于一體的學習路徑；開發特色、多元、系統的項目學習資源和創新模型；完善項目活動評測機制，促進學生核心素養提升，以期為推進教育改革、促進國家科技創新、增強學生核心競爭力服務。

參考文獻

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*項目來源：福建省教育科學“十四五”規劃立項課題“設計思維視域下的初中Micro：bit項目學習活動設計研究”（編號：FJJKZX21-075）。

作者：陳小輝，寧德市民族中學，高級教師，主要從事信息技術學科教學（355000）。