基于EDIPT設計思維模型的圖形化編程活動設計與實踐

徐文靜 余昊琪 袁志鍵

（1.杭州市錢塘區文清小學，浙江 杭州 310018；2.杭州市錢塘區月雅河小學，浙江 杭州 310018）

當前，創新成為驅動國際競爭力的基石，創新人才的培養成為人工智能時代的教育訴求。設計思維作為解決設計過程中實際問題的創新學習方式，符合新課程標準和學生創意思維能力的培養目標。國務院印發《義務教育信息科技課程標準（2022 版）》明確指出，以人工智能課程為邏輯主線，培養具有數字素養的時代新人[1]。圖形化編程是推廣人工智能課程的重要載體，學生只須習得相關的基礎技能，以積木塊拼接的方式，便可以輕松地制作出交互式的創意成果作品，適合編程啟蒙教育，對于創新思維的培養有先天優勢。

設計思維，源于英文“Design Thinking”，即“設計思考”，面向真實問題、強調學生過程體驗，為圖形化編程教學提供了一套切實可行、具有創造性的實施路徑和方法工具[2]。“以生為本”的設計理念，符合圖形化編程的價值追求；可視化的思維支架工具為學生提供創新方法技能研究，遵循“創意構思、原型實現、完善優化”的圖形化教學活動過程，是落實培養學生創新思維的關鍵。目前，斯坦福大學的EDIPT 設計思維模型是全球教育應用領域最為廣泛的設計思維過程模型，即“共情（Empathize）—定義（Define）—設想（Ideate）—原 型（Prototype）—測試（Test）[3]”五步驟，是K12 階段指導教育教學的有效手段。因此，本文借鑒斯坦福大學的EDIPT 模型，旨在使學生親歷創意編程設計過程，從而促進學生核心素養的提升與創新能力的培養。

一、圖形化編程教學中設計思維培養現狀分析

本文以EDIPT 設計思維模型和李克特量表為理論依據，以浙江省杭州市三到六年級的學生為研究對象，從基本情況、興趣態度、創意構思、任務完成、反思優化、困惑與期待等方面對小學圖形化編程教學中設計思維培養現狀進行調研，如圖1 所示。

圖1 調查結構

通過數據調查可以知道，當前的圖形化編程教學中對于設計思維的培養，存在如下問題：

1.知識本位的學習觀念忽視了創新思維的培養

在創意構思方面，很多學生表示團隊協作更有利于創意的產生，但是課堂創作時間有限，往往局限于“動手做”而非“動腦想”，如表1 所示。編程教學往往關注學習目標，程序語言的編寫，即“學生學了什么知識與技能”，知識本位的學習觀念限制了創新思維的發展。

表1 創意構思

2.灌輸式的學習方式抑制了自我效能感的形成

訪談了解到，相關執教老師往往為了課堂進度和教學任務，以知識講授為主，學生依據課堂任務模仿教師操作，知識講授型的授課方式抑制了自我效能感在圖形化編程學習中的形成，未能真正發揮創新效能。

3.思維支架工具的匱乏增加了學生的認知負擔

通過云詞云工具分析學生期望方面，發現“資源包、時間、有趣、合作”等關鍵詞較為顯著，如圖2 所示。因而，在教學中應適當延長創作時間，提供充分的自學資源包，利用可視化的思維工具減少學生的認知負擔。

圖2 學生期望

二、探析EDIPT 模型在圖形化編程中的活動設計

根據設計思維模型的內涵和圖形化編程教學的特點，探析了EDIPT 模型在圖形化編程中的應用方式，構建出基于設計思維適用于圖形化編程教學的活動設計。

1.圖形化編程中EDIPT模型內涵分析

本文以EDIPT 模型為理論框架，旨在引導學生基于真實的問題情境，親歷“同理心思考、需求定義、創意構思、原型實現、測試優化”的迭代循環過程，同儕互助中同時或者分開執行多個階段，并將其后期的意見進行反饋，而開始再一次的頭腦風暴或原型開發，不斷獲得新的見解，發掘更多的解決方案，從而強化使用者的需求分析，提升問題解決、思維創新和元認知等高階思維能力，如圖3 所示。

圖3 EDIPT 模型

同理心思考：以真實的問題情境為依托，要求學習者換位思考，明晰作品的核心理念，將文化內涵和人文表達融于編程創作中，從而確定作品風格。具體借助“3W”模式、半封閉問題、編程體驗游戲等，引導學習者思考：我的作品是為什么人而設計的？我希望他從我的作品中獲得什么（What）？作品的目的是怎樣的（How）？為什么引入這種體驗式的編程游戲（Why）？為提供合理的作品方案奠定基礎。

需求分析：為避免缺乏目的性和忽略關鍵點的設計，借助思維導圖、流程圖、EDIPT 學習單等可視化工具，架構邏輯清晰且完整的任務流程，挖掘學習者的真實需求，從而進行編程作品規劃與設計。

創意構思：結合半封閉情境與頭腦風暴等方式，引導學習者利用界面草圖、方案評估表編程腳本等工具，升級學習者的認知水平，創造性地設計作品，初步形成設計方案。

原型實現：引導學習者在編程環境中選定角色、布置背景，確定游戲玩法、賦予角色交互行為等進行作品原型創作。

測試優化：邀請同伴體驗編程游戲并給予真實反饋，而后根據反饋結果修復漏洞、多維對比、迭代優化，從而感受作品是否符合預期效果，是否滿足需求分析，是否能在頭腦風暴與不斷試錯中，促進最佳解決方案的生成。

2.EDIPT模型中編程教學的活動設計

圍繞設計思維的核心理念“創造”，設計了“同理思考與總體規劃、思維發散與創意設計、同儕互助與作品創作、反思迭代與作品精致”四階段活動流程，主要分為學生活動和教師活動兩大模塊，并設計了具體的編程學習任務，構建了適用于圖形化編程教學的設計思維應用方式，如圖4 所示。此外，依據活動流程，將設計思維與學習任務進行融合，讓師生共同合作完成闖關任務，驗證EDIPT 模型對圖形化編程教學的價值，助力學生實現知識建構、發展創新能力。

圖4 基于EDIPT 模型的圖形化編程活動設計

同理思考與總體規劃：此階段力求編程作品從預設轉向生成，融合“同理心思考”和“需求分析”兩個步驟。首先，教師講授課程所需的學科知識，為學習活動創設情境，學生根據發布的任務主題體驗游戲范例，思考設計作品的類型與游戲風格，明晰編程作品的流程和注意事項，從而進行初步流程規劃，如圖5 所示。

圖5 同理思考與總體規劃

思維發散與創意設計：此階段開拓編程作品從設想轉向構思。教師根據現實世界的真實需求來設計任務，學生從訪談和觀察中培養同理心，通過“頭腦風暴”和“方案構想”交流想法，結合科學探究、需求分析來解決問題。

同儕互助與作品創作：此階段從靈感轉向雛形。在活動過程中，教師引導學生開展探究，按照設計思維的方法完成設計挑戰，并向學生提供設計所需的EDIPT 任務單、技術工具等，學生在“行為賦予”和“制作原型”的過程中發現問題，不斷創建、測試和迭代修正。

反思迭代與作品精致：此階段確保作品從雛形轉向優化，學生就所學所得進行試玩、分享交流，測試優化，教師則對學生的學習成效和存在問題給予反饋評價，如圖6 所示。

圖6 測試優化

三、基于EDIPT 設計思維模型的圖形化編程教學實踐

根據EDIPT 設計思維的編程教學活動設計，以“雙減下的我們”課程為例進行實踐應用。一方面結合學生的實際，創作豐富精彩課余生活；另一方面，通過對游戲作品的設計、制作、調試、優化，親歷完整的EDIPT 模型，發揮學習者的個性化潛能，體驗在小學生視角下雙減后的幸福生活。

（一）學生分組與診斷

研究對象選擇三年級20 名學生，前測數據顯示，這些學生學習態度端正，基礎知識與整體認知相近。因此，在以興趣為導向的基礎上分成了5 組，每組4 人。

（二）學習資源與工具

在“雙減下的我們”課程案例中，教師向學生提供的學習資源與工具主要有：①圖形化編程中的教學資源，如編程案例、方案評估表、互評表、EDIPT 學習單等；②設計實踐過程中所需的制作工具，如白板、便利貼、計時器、石墨文檔等；③設計實踐中所需的可視化工具，如圖形化編程軟件、Mind Master 思維導圖等。

（三）學習活動設計

本文圍繞設計思維的內涵和圖形化編程的特點，“雙減下的我們”案例更關注在傳統的編程學習中融入科學探究、設計思維、問題解決等[4]。同時根據教學目標與現實需要，在不同環節向學生提供EDIPT 任務單作為學習支持，并將其作為實踐評價的重要依據。

1.同理思考與總體規劃

（1）闡述規則：組織學生進入游戲情境并擔任職責，明晰游戲規則。

（2）發布主題：體驗半封閉的游戲范例“雙減下的一天”，思考設計的作品類型與游戲風格。同時，引入思維導圖使學生明晰編程作品的流程和注意事項。同時，理清雙減政策下，不僅豐富了學生的業余生活，拓寬了興趣愛好，而且親近了自然和文化，將文化思想融入其中。

2.思維發散與創意設計

（1）闡述規則：此環節由“頭腦風暴”和“方案構想”兩部分組成。

（2）發布任務：首先，學生在任務單創意構思模塊，依據關鍵詞“雙減”交流想法，并繪制編程作品界面草圖，頭腦風暴中分享靈感，確認創意想法。其次，聽取同伴建議，對自己的構思進行完善，然后進行方案設計。

3.同儕互助與作品創作

（1）闡述規則：此環節在“布置劇本”和“行為賦予”的基礎上完成“原型制作”。

（2）發布任務：一，確定游戲角色與核心玩法，選定角色、布置舞臺、設定情境和角色具體行為。引入繪圖“3D”繪制角色形象和舞臺背景，借助編程素材庫和搜索引擎挑選資源，形成富有創意的劇本。二，各組學生依據分鏡頭劇本，制定游戲規則的圖文說明，并將自己的創意用自然語言對想制作的作品進行描述。三，在原型實現的過程中發現問題，不斷創建、測試和迭代修正，逐漸生成雙減下的幸福生活的最佳方案。

4.反思迭代與作品精致

（1）闡述規則：此環節在“同伴試玩”和“多維對比”的基礎上精益求精。

（2）發布任務：一，邀請同伴進行游戲試玩，記錄員收集老師和同學對作品的反饋意見，作為迭代優化的依據，如表2。二，通過多維對比，對自己作品的程序、音效、界面等進一步改進和優化，使作品精益求精。

表2 “雙減下的我們”作品評價表

（四）教學效果分析

依據威廉斯創造力傾向量表與學生成果作品，結合量化與質性研究，從創造力傾向、學生作品、課堂觀察三方面對教學實踐效果進行驗證。

1.創造力傾向分析

采用Excel 將實踐前與實踐后20 位學習者的測試得分進行數據匯總，采用SPSS 23.1Duncan 對學習者得分進行多重比較（P＜0.05），結果如表2。

表2 實踐前后學習者得分

數據顯示，20 名學生在體驗EDIPT 設計思維模型后，學生創造力均值由106.52 變為114.67，提高了7.65%，且創新能力得到極大提高（P＜0.01），表明EDIPT 設計思維模型能夠有效提高學生的創造力水平。

2.成果作品分析

以設計思維為核心，注重編程探究和解決問題，運用EDIPT 模型、使用學習資源與工具，各小組均在規定時間內完成任務單。依據學生互評表，每個等級對應不同層次（優秀5 分、不合格1 分），每組學生作品的等級得分和均值，如圖7 所示。

圖7 作品評價表

數據顯示，創造性得分整體顯著，發散了創意思維，原型創作環節并非簡單模仿已有作品，學會了靈活應用；體驗感分值滿分，表明學生在體驗中挖掘了需求，增強了問題發現意識。

3.課堂觀察分析

學生參與度較高，主動將學習的新知遷移應用于其他作品，并及時進行反饋和優化，設計了新游戲，如雙減背景下的體感小游戲、減壓小游戲等。

四、總結與展望

本研究以設計思維為核心，注重編程探究，運用EDIPT 模型實踐后，發現學生的編程能力顯著提升，而且體現出思維品質的提升，具體效果表現在：

（一）自主創作新游戲，延伸設計與編程思維

在“雙減下的生活”拓展任務中，自主探究和頭腦風暴相結合，遍歷了EDIPT 設計思維模型，主動將學習的新知應用于其他作品，進行反饋優化，設計了新游戲。如根據偵測模塊創作了“數學大闖關”、依據外觀和聲音模塊創作了“驚蟄”游戲，還有綜合性較高的“城市規劃”等。

（二）體驗中挖掘需求，增強問題與發現意識

測試優化環節，邀請同伴體驗的過程中，修復游戲漏洞，主動增加游戲需求與難度；并將意見和反饋應用于原型實現環節[4]。如為角色添加新場景并設置觸發事件，增加角色造型和游戲音效。

（三）同儕互助構思設計，提升發散與創意思維

在雙減政策下，有的學生帶我們領略了杭州亞運會的風采，在充分思考亞運會時間設定的情況下增加倒計時，提出了自己的想法與創意，讓我們感受到作品的魅力，在完善作品的過程中增加了自我效能感。

（四）原型測試多維比對，促進反思與優化能力

很多學生在教學目標要求之外設計了新的創新作品，滿足需求分析，不斷精致編程作品。如，提出如何在有限的時間內兼顧創意構思設計和作品原型制作，邀請家長、科學家等多元評價主體深入挖掘多維指標，優化評價體系的問題。

基于EDIPT 設計思維模型的編程教學以創新性解決問題為目標，重視學生的實踐操作，在一定程度上對于創新人才的培養具有重要意義。學生親歷EDIPT 設計思維的過程中，體驗了設計師的角色，并且能夠不斷試錯，思維突破。希望教育研究者從學生的實踐創新著手，更新教育理念、創新教學方式、提升教育水平。將設計思維的培養通過切實有效的方法落實到教學實踐中，架構信息技術與設計思維的橋梁，為學生成長和發展奠定基礎。