利用思維可視化工具培養學生設計思維

【摘 要】本文從對設計思維的認識入手，圍繞設計思維的內涵，闡述了應用思維可視化工具對教學的現實意義，并結合信息技術學科教學，說明利用思維可視化工具開展系統性的思維訓練，在培養學生設計思維教學中的典型應用，總結出利用思維可視化工具培養設計思維教學的策略，對通過信息技術學科教學提升學生的設計思維提供了新思路。

【關鍵詞】思維可視化;設計思維;教學實踐

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）010-042-04

計算機、網絡、人工智能等高科技飛速發展的信息社會，對人的創新能力要求越來越高。高新技術創新能力已成為一個國家核心競爭力的重要指標。眾所周知，設計是一種創造性的活動，沒有創造就不是設計。同時，計算機的廣泛應用又促使人們深入研究涵蓋計算機科學的一切思維活動。青少年時期是創新思維發展的關鍵階段，如果把在工業、藝術、產品、管理等領域發揮著重要作用的設計思維，作為通用的方法引入中小學信息技術課堂，將有利于幫助師生在課程教學中踐行設計驅動創新的理念，為提升學生的核心素養打下堅實的基礎。

如何培養和提升學生的設計思維呢？在普遍使用計算機的信息技術學科教學中，充分利用思維可視化工具，開展系統性的思維訓練活動，與學科教學內容融為一體，是一種有效的方法。

培養設計思維的內涵

1.對設計思維的認知

在信息技術學科教學中培養設計思維，首先，教師需要對設計思維有一個明確的認識。設計思維來源于英文的“Design Thinking”。筆者查閱文獻發現，主要有能力觀、方法論、過程說等幾個視角。

設計思維能力觀認為設計思維就是設計師思考、解決問題時復雜的思維方式。這種思維方式具有發散性、跳躍性、靈感性、辯證性和收斂性等特征，是設計師區別于其他人的一種復雜的能力。

設計思維方法觀認為設計思維是一套關于創新式解決問題的方法論體系，是用來指導人們解決現實問題的一種結構化方法。這些方法包括研究、分析、頭腦風暴、創新和發展等，以幫助人們提出創造性的解決方案。

設計思維過程說認為可以把設計思維看作分析、創造的過程，用于指導創新的產生、問題的解決。它包括對問題的探索，對解決方案的構思、制作、評價等環節。

還有人認為，設計思維既是一種意識形態，也是一種尋求以用戶為中心的方式解決復雜問題的過程。

綜合以上定義，基于學科教學的視角，筆者認為，設計思維是一類系統性的、以解決問題為核心的思維方法。它就像紐帶，在從無到有的過程中，將開始、創新過程、創作與學習結果鏈接起來。

2.培養設計思維的具體內容

設計思維的內涵很豐富，我們把它聚焦到信息技術學科教學，主要體現在學生對學科知識與技能的學習過程和數字化作品創作方面。其主要包括：理解與遷移，促進對學科知識與技能的理解以及遷移能力的提升;系統與規劃，能系統性地考慮問題，明確問題并準確描述，規劃周全，在組織、管理等方面合理使用資源和工具，在設計與解決問題過程中富有邏輯和層次;以人為本，創作的作品追求使用的便捷性、舒適性，操作容易，符合人的審美要求，體現以人為本的設計理念;分享與合作，具備交流、分享、合作能力，為團隊創造更多價值;創新與創造，與眾不同，有個性、創造性的設計以及批判性思維等。

除以上各項，還有其他能夠提升學習力、促進問題解決的思維培養方向。

眾所周知，思維是看不見、摸不著的，培養設計思維在教學實踐過程中，離不開各類學習方法以及信息技術工具的支撐。思維可視化工具，可以助力設計思維的培養與提升。

應用思維可視化工具對教學的意義

思維可視化是指以圖示或圖示組合的方式把原本不可見的思維結構、思考路徑及方法呈現出來，使其清晰可見的過程。其在信息技術學科教學中使用，具有以下實際意義。

一是更高效。由于大腦對“圖”更敏感，通過圖開展認知活動，具有更高的學習效能，可謂“一圖勝千言”。這也符合人的思維發展趨勢，即逐步向視覺思維方式轉變。把問題可視化、思考過程可視化、方案可視化，更符合人的需求，因而也更高效。

二是好度量。在教學中，教師利用思維可視化工具，把學生原本隱性的思維活動，清晰地呈現出來，相對于一般性的練習，能夠更好地進行分析、比較、發現與度量，使思維更容易被理解、記憶、交流和遷移。同時，教師在教學設計、實施和評價方面能更準確地把握學生的情況。

三是參與度高。在課堂教學中，每個學生都要參與思維可視化活動，參與問題的解決，再利用信息技術手段進行數據的收集、呈現，既可以梳理自己的思考過程、明晰解決方案，也能了解他人的想法，避免置身事外、消極怠工，這樣的教學更有意義。

四是提升興趣。長期從事信息技術學科教學的教師，會對程序設計語言的發展有深刻的認識，從BASIC、QBASIC、FoxBASE到VB、VC、Scratch的發展，可視化使編寫程序、用程序解決問題變得越來越容易，也吸引更多的人來學習。對可視化思維工具的學習與使用，也有相同的作用，其可以提升學生思維表達、交流與合作的機會，提升學生的學習興趣。

五是有利于可持續發展。思維可視化工具具有通用性。學生在課堂中學習這些工具的使用，掌握解決問題的工具和方法，形成思維習慣，可以再遷移到對其他學科或事物的學習及問題的解決中，訓練了思維，提升了思維品質，有利于自身的可持續發展。

思維可視化工具在培養設計思維教學中的應用

1.用思維導圖等工具開展具有發散性思維的設計活動

教師通過XMind等軟件畫思維導圖的教學活動，可以清晰地呈現出學生的思考情況：在設計中考慮到了什么，沒有考慮到什么，思考的深度如何，設計是否恰當等。學生通過思維導圖以及同伴間的交流分享，設計方案越來越完善，自然而然訓練了思維，提升了品質。

思維導圖使發散性思維以及結構化、模塊化的特征得以更有效的表達。除此以外，還有八大圖示等可視化工具：圓圈圖用于聯想和擴寬思路;樹狀圖用于分類和歸納;氣泡圖可以用于描述事物的性質和特征;雙重氣泡圖用于類比和對照;流程圖用于描述解決問題的方法和步驟;多重流程圖用于因果分析;括號圖用于拆分、分類;橋型圖用于類比;魚骨刺圖用于問題分析和因果分析等等。思維導圖在訓練學生的邏輯結構與方式、構建知識等方面，對思維成長和品質提升，提高學習能力等能夠起到一定的作用。這些圖示可以通過PPT、Word以及億圖等工具軟件，快速、方便地畫出。

2.用EDIPT模型培養設計思維的可視化工具應用

EDIPT模型是斯坦福大學設計學院推出的培養設計思維的模型，包括同理心、定義問題、構思設計、原型制作和測試反饋迭代五個階段。本文以高中必修二《信息系統與社會》模塊教學實踐中的“運動動作識別系統”和選擇性必修六《開源硬件項目設計》模塊教學實踐中的“智能家居控制開關”作品進行可視化工具使用的說明。

（1）在同理心階段的思維可視化工具

學生可以利用同理心地圖，從看、聽、想和感受、說和做、痛點、渴望六個方面，感知問題情境，換位思考，獲取用戶需求，進行問題梳理，記錄并表達對問題的認識。

如學生設計制作一個能夠進行運動動作識別的小型信息系統，先要進行需求分析，通過填寫同理心地圖，能更全面地了解獲取需求的途徑、思考的方向，梳理需求和設計思路，最終明確需求，從而思維更清晰。如圖1所示。

（2）在定義問題階段的可視化思維工具

在這一階段，教師使用POV問題界定工具，組織學生定義、描述問題，不斷發散思維，聚焦如何改進、創新問題，形成清晰的問題結構，繼而回答我們需要怎樣的問題。學生可以采用圖2的方式填寫，也可以用二維表格進行羅列，如圖3。

（3）在構思設計階段的可視化工具

在學生設計思緒雜亂，不知從哪里下手，不知如何找到創新設計思路時，教師可以引導學生使用SCAMPER法進行構思。學生可以使用SCAMPER表，選擇一個或多個組成要素作為創新思路。

SCAMPER表是由七種要素的首字母組成，分別為：替代（Substitute）是否可以被取代;合并（Combine）可以與誰結合;適應（Adapt）是否可以進一步調整;修改（Modify）是否可以改變原型（物體）;另作他用（Put to another use）是否有其他非傳統用途;簡化（Eliminate）是否可以有去除的部分;反向（或重新安排Reverse）是否可以重組其中的不同模塊或元素。

教師可以組織學生填寫SCAMPER表并評估。在不斷提出問題、想盡辦法回答問題、評估可行性的過程中，學生迅速進入狀態，開啟無限的構想空間。教師也可以組織SCAMPER表的展示交流，講清思考方向以及解決了什么問題，分享成果，使設計方案更有創意。

SCAMPER表不僅可以應用于學科教學，做有創造性的構思，使思維可視化，也可以用于解決學習、生活中的問題，在做事情毫無頭緒時，就念一遍“替合適改他簡反”，用SCAMPER表開始構思，促進問題的解決。

（4）在原型設計階段的思維可視化工具

這一階段，學生將SCAMPER表的設想初步實現，使用繪圖軟件或手繪的方式畫出設計草圖。如圖4是運動動作識別系統的初步設計草圖。

（5）在測試反饋迭代階段的思維可視化工具

測試階段是驗證作品是否滿足用戶需求的階段，包括收集反饋意見，進行評價分析，進而返回到前面的階段進行不斷迭代、修改模型。如圖5所示，教師應鼓勵學生使用反饋捕捉網格圖發現問題，整理分類，為后續改進工作提供思路。

利用思維可視化工具培養設計思維教學的策略

思維可視化教學策略，要以發展學生思維能力為教學著力點，以思維可視化為手段，將系統性的思維訓練與學科教學實踐有機地融合為一體，以提升教學效果。基于設計思維的教學，主要包括以下幾點。

1.教師應主動運用思維可視化工具開展教學

學習和應用思維可視化工具，強化思維訓練，已證明可以促進學生思維的成長和學習力的增強，教師在教學中應主動應用思維可視化工具。但是，在現實中常常事與愿違，灌輸式的教學仍很常見。因為，思維的培養需要一個較長的過程，感知、記憶、理解的學習更表層化，教學更容易，效果來得更快，但長期來看對學生的分析、評價和創造等高階思維培養不利。尤其在知識與技術不斷更新換代的今天，培養學生的思維更顯重要。學習和使用工具雖然會耽誤一些時間，但引入思維可視化后，教學的焦點從知識層深入到思維層，學生對知識的理解、掌握和應用會更牢固，更有助于能力遷移。同時，通過思維可視化工具，教師和學生都能夠清楚共同學習者的思維認知，對教學設計、教學實施、教學評價和合作、探究式學習都更有幫助。

因此，在對學科知識與技能的學習和創新思維培養的過程中，教師應加強自身學習，主動組織學生，掌握解決問題的工具和方法，熟練應用思維可視化工具解決問題。

2.教師應善用思維可視化工具

國內外思維可視化工具很多，教師應準確掌握相關工具的功能、作用和使用場景，不可模糊、混淆一些工具的使用，誤導學生。如思維導圖和概念圖就容易混淆，只有正確地使用技術工具，才能達到事半功倍的效果。教學中要少而精，不吝重復，力求熟練掌握，遇到問題能主動地應用。

3.思維可視化工具的使用重在全員參與

在教學中，應杜絕教師畫、學生看的現象發生。每個人都有獨立的思想，就問題的解決而言，每個人的思考都是寶貴的，只有少數人的參與會使教學活動打折扣。因此，教師應努力促進全員參與活動。

4.開展思維可視化要注重過程與評價

完成學習任務、創作出數字作品當然很重要，但學生解決問題的思考過程更重要，能力的遷移來源于思維的改變。所以，要充分利用每一次思維可視化工具使用的教學活動，通過學生間的展示與交流、評價與分享，促進思維品質的提升。

5.應用思維可視化工具培養設計思維要循序漸進

思維的成長不是一蹴而就的，設計思維也一樣，需要有一個循序漸進的過程，教師應尊重學生思維發展的規律。對思維可視化工具，面對不同年齡段的學生，教師可以適當精簡、改進，增加趣味性，使學生樂于使用，甚至創造性地使用，進而潛移默化地改善學生的心智模式，為學生的終身發展奠定基礎。

注：本文系北京市教育學會“十四五”2022年度教育科研課題“信息科技課程培養創新思維的策略與方法研究”（課題編號：xxJS2022-003）的階段性研究成果

參考文獻

劉濯源. 當學習力遇到思維可視化——基于思維可視化的中小學生學習力發展策略[J]. 基礎教育參考，2014（21）.

劉濯源. 基于思維可視化的教學效能提升策略[J]. 基礎教育參考，2016（19）.

胡小勇，朱龍. 面向創造力培養的設計思維模型與案例[J]. 現代遠程教育研究，2018（3）.

朱昱蓉. 運用思維可視化工具提升學生思維能力[J]. 全國優秀作文選（寫作與閱讀教學研究），2021（1）.

黃麗峰. 思維可視化工具提升信息科技教師作業設計能力的實踐探索[J]. 教育傳播與技術，2021（3）.

牛玲玲. EDIPT設計思維模型支持學生創新能力發展的學習活動設計[D]. 濟南：山東師范大學，2021.

作者單位：北京市八一學校