設(shè)計(jì)思維視角下的跨學(xué)科項(xiàng)目化教學(xué)路徑探尋
——以“智能燈設(shè)計(jì)”為例

夏熙瑞 江蘇省宜興市實(shí)驗(yàn)小學(xué)

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）以真實(shí)問題或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為基本途徑，強(qiáng)調(diào)利用信息科技解決真實(shí)場景問題。新課標(biāo)中的學(xué)習(xí)內(nèi)容由“內(nèi)容模塊”和“跨學(xué)科主題”兩部分組成，與以往開設(shè)的義務(wù)教育信息技術(shù)課程相比，新課標(biāo)在內(nèi)容方面實(shí)現(xiàn)了由“技術(shù)”導(dǎo)向向“素養(yǎng)”導(dǎo)向的轉(zhuǎn)變。設(shè)計(jì)思維作為一套支持學(xué)習(xí)者創(chuàng)新思考和問題解決的方法論，是工程設(shè)計(jì)、社會(huì)科學(xué)和藝術(shù)科學(xué)的有機(jī)融合。[1]設(shè)計(jì)思維應(yīng)用過程中涉及的跨學(xué)科、同理心、真實(shí)情境下的問題解決、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)與信息科技新課標(biāo)所強(qiáng)調(diào)的學(xué)科整合、真實(shí)場景中的問題解決、創(chuàng)新創(chuàng)造力的培養(yǎng)等理念不謀而合。因此，筆者將設(shè)計(jì)思維引入跨學(xué)科的項(xiàng)目化教學(xué)過程，探究如何運(yùn)用設(shè)計(jì)思維優(yōu)化項(xiàng)目教學(xué)，并以“智能燈設(shè)計(jì)”為例進(jìn)行案例設(shè)計(jì)。

●設(shè)計(jì)思維對(duì)跨學(xué)科項(xiàng)目化教學(xué)的作用和意義

1.設(shè)計(jì)思維是核心素養(yǎng)培養(yǎng)的“助推劑”

設(shè)計(jì)思維對(duì)核心素養(yǎng)四個(gè)方面的培養(yǎng)具有隱性和顯性價(jià)值。隱性價(jià)值體現(xiàn)在通過設(shè)計(jì)過程引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造，通過設(shè)計(jì)作品推動(dòng)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。顯性價(jià)值則體現(xiàn)在可以通過呈現(xiàn)的成果作品體現(xiàn)素養(yǎng)的達(dá)成度。而學(xué)生利用設(shè)計(jì)思維設(shè)計(jì)作品的過程，既需要對(duì)信息進(jìn)行搜集、判斷、整理，也需要?jiǎng)幽X、動(dòng)手運(yùn)用各種設(shè)備、資源，創(chuàng)造性地解決問題，直到最終完成作品，這一過程體現(xiàn)了設(shè)計(jì)思維對(duì)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的助推作用。

2.設(shè)計(jì)思維是跨學(xué)科融合教學(xué)的“粘合劑”

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科融合，跨學(xué)科融合教學(xué)是以某一學(xué)科(要學(xué)習(xí)的學(xué)科)為主導(dǎo)，通過融合其他學(xué)科知識(shí)，有效地解決問題，更好地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。[2]如果把學(xué)科知識(shí)比作碎片，設(shè)計(jì)思維就像“粘合劑”，通過創(chuàng)意設(shè)計(jì)將這些原本獨(dú)立的多門學(xué)科的知識(shí)碎片進(jìn)行粘合，便可以形成一種可以創(chuàng)造的力量，作用于作品的實(shí)現(xiàn)和問題的解決。

3.設(shè)計(jì)思維是項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的“催化劑”

設(shè)計(jì)思維作為一種有效的問題創(chuàng)新解決方法，能夠從思維方法層面教會(huì)學(xué)生換位思考、創(chuàng)意構(gòu)思、原型迭代等技能，使創(chuàng)新設(shè)計(jì)變得簡單、透明。設(shè)計(jì)思維還能改變學(xué)生參與項(xiàng)目的態(tài)度，設(shè)計(jì)讓項(xiàng)目學(xué)習(xí)變得更多樣、有趣，學(xué)生有了發(fā)表自己設(shè)計(jì)想法的空間，每個(gè)人也可以發(fā)揮自己的特長為作品的設(shè)計(jì)做貢獻(xiàn)，因此參與的積極性也就提高了。此外，在項(xiàng)目的創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生利用設(shè)計(jì)思維，像設(shè)計(jì)師一樣去思考，創(chuàng)造力大大提升。設(shè)計(jì)思維的這些作用，就像“催化劑”一樣，不僅可以優(yōu)化項(xiàng)目實(shí)施過程，還可以提高項(xiàng)目質(zhì)量。

●基于設(shè)計(jì)思維優(yōu)化項(xiàng)目化教學(xué)的路徑探尋

斯坦福大學(xué)推出的EDIPT模型是目前全球教育領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的設(shè)計(jì)思維模型。該模型包含五個(gè)階段：同理心、定義問題、構(gòu)思、原型制作、測試。項(xiàng)目化教學(xué)法的一般過程包括六個(gè)步驟：情境導(dǎo)入，明確任務(wù)——搜集資料，制訂方案——自主協(xié)作，具體實(shí)施——點(diǎn)撥引導(dǎo)，過程檢查——展示成果，修正完善——評(píng)估檢測，拓展升華。本研究嘗試結(jié)合項(xiàng)目教學(xué)法和EDIPT設(shè)計(jì)思維模式，對(duì)項(xiàng)目教學(xué)的步驟進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，希望同時(shí)發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生提供更多“進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新”的機(jī)會(huì)。優(yōu)化后的教學(xué)環(huán)節(jié)如下圖所示。

●基于設(shè)計(jì)思維的跨學(xué)科項(xiàng)目教學(xué)案例設(shè)計(jì)

1.項(xiàng)目背景

新課標(biāo)要求5～6年級(jí)學(xué)生要完成“小型開關(guān)系統(tǒng)”這一跨學(xué)科主題活動(dòng)。生活中開關(guān)控制的裝置有很多，最常見的就是開關(guān)控制燈具。隨著科技的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，燈的功能和外觀也發(fā)生了變化，這都源于人們對(duì)燈的審美和需求的進(jìn)一步追求?，F(xiàn)在的燈具不只是照明，更具有裝飾功能，而且還變得更加智能?！爸悄軣粼O(shè)計(jì)”項(xiàng)目可以讓學(xué)生利用簡單的開源硬件，綜合運(yùn)用信息、數(shù)學(xué)、美術(shù)、科學(xué)等知識(shí)，進(jìn)行個(gè)性化編程設(shè)計(jì)，從中了解智能燈的過程與控制，并通過迭代，感受作品的設(shè)計(jì)過程，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

2.活動(dòng)目標(biāo)

跨學(xué)科項(xiàng)目化教學(xué)的項(xiàng)目目標(biāo)包括知識(shí)目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo)。知識(shí)目標(biāo)定位于學(xué)生將知道、將理解，指向?qū)W科知識(shí)；素養(yǎng)目標(biāo)定位于學(xué)生將掌握、將設(shè)計(jì)和學(xué)生將成為，指向關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、跨學(xué)科素養(yǎng)等。[3]

學(xué)生在教師的引導(dǎo)下通過自主、合作探究，達(dá)成以下目標(biāo)。

知道：人類照明燈具進(jìn)化史、智能燈的作用和優(yōu)勢(shì)。

理解：主控板和常見的傳感器、各個(gè)傳感器的作用原理。

掌握：會(huì)分析，會(huì)設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用信息科技、數(shù)學(xué)、科學(xué)、美術(shù)等多學(xué)科知識(shí)，創(chuàng)意設(shè)計(jì)智能燈的功能和造型，并對(duì)作品進(jìn)行調(diào)試、完善、迭代。

3.實(shí)施過程

（1）創(chuàng)設(shè)情境，共情定義

這一環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)思維EDIPT模型中的同理心和定義問題兩個(gè)階段。項(xiàng)目化教學(xué)和設(shè)計(jì)思維都強(qiáng)調(diào)要從真實(shí)問題引入，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生通過觀察情境，發(fā)現(xiàn)問題、定義問題。同時(shí)，還要“以人為本”，讓學(xué)生站在目標(biāo)對(duì)象的角度去體驗(yàn)和思考問題，為定義和解決問題奠定基礎(chǔ)。

教師首先從“地球一小時(shí)，推動(dòng)電源管理，減少能源消耗”這一情境入手，通過視頻和場景圖片讓學(xué)生了解智能技術(shù)如何與現(xiàn)代新光源設(shè)備及各種照明節(jié)能技術(shù)有效結(jié)合，進(jìn)而感受信息科技帶來的嶄新的照明文化。然后讓學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，從應(yīng)用場景出發(fā)，將自己想象成該場景下的用戶，通過“身臨其境”思考該場景下如何改良和設(shè)計(jì)燈具。燈具在生活中普遍存在，應(yīng)用場景也比較廣泛，如果只局限于一個(gè)場景，難免會(huì)限制學(xué)生的創(chuàng)造力，所以在設(shè)計(jì)該項(xiàng)目時(shí)，為了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，不要局限于特定場景，可以讓小組討論決定選擇的場景，去發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新及合作精神。

（2）搜集資料，創(chuàng)意設(shè)計(jì)

該環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)思維EDIPT模型中的構(gòu)思階段，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)要給學(xué)生提供設(shè)計(jì)的有效指導(dǎo)和需要的材料（如計(jì)算機(jī)、筆、紙等），教師可以通過頭腦風(fēng)暴、九宮格法、思維導(dǎo)圖等多種方法，激發(fā)學(xué)生的靈感，促使創(chuàng)意的誕生。

智能燈的設(shè)計(jì)需要考慮場景、用戶群體等因素，場景不同、針對(duì)的用戶群體不同，設(shè)計(jì)需求也會(huì)有所不同，所以在這一環(huán)節(jié)需要對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行啟發(fā)。教師可以為學(xué)生搜集資料，學(xué)生也可以自己上網(wǎng)搜集資料，為設(shè)計(jì)提供支持。設(shè)計(jì)時(shí)教師和學(xué)生一起理清需要考慮的角度，如理念、場景、用戶群、外觀等，并通過頭腦風(fēng)暴的方法，讓學(xué)生獲得設(shè)計(jì)靈感，再利用思維導(dǎo)圖構(gòu)思智能燈的外觀和功能，最后，在小組討論確定方案后，設(shè)計(jì)草圖。

（3）協(xié)作探究，項(xiàng)目制作

此環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)思維EDIPT模型中的原型階段，注重學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。在本環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)上一環(huán)節(jié)的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，選擇合適的工具和材料，綜合運(yùn)用多種學(xué)科知識(shí)，將創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)。此環(huán)節(jié)的活動(dòng)要體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生做項(xiàng)目活動(dòng)的主人，主動(dòng)探究。在項(xiàng)目完成過程中，教師還要努力營造合作學(xué)習(xí)的環(huán)境，鼓勵(lì)所有學(xué)生主動(dòng)參與到小組討論中并和同伴合作。此外，除了給學(xué)生提供必要的資料、工具和材料，還需根據(jù)學(xué)生在制作過程中遇到的問題，給予相應(yīng)的點(diǎn)撥引導(dǎo)。如果是跨學(xué)科問題，則組織跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，提供輔導(dǎo)和支持，如果學(xué)生遇到共同問題則共同解決，個(gè)別問題則單獨(dú)指導(dǎo)，讓學(xué)生不斷克服困難，修改設(shè)計(jì)，使他們的高階思維保持活躍。

在智能燈設(shè)計(jì)中，這一環(huán)節(jié)涉及燈的物理設(shè)計(jì)與編程、外觀設(shè)計(jì)。教師要對(duì)學(xué)生會(huì)遇到的共性問題進(jìn)行整理，并與學(xué)生共同解決，對(duì)于主控板的連接、LED燈、按鈕、聲音傳感器、光敏傳感器、超聲波傳感器、紅外遙控器、紅外避障傳感器等硬件方面的問題，教師需要講解，并提供可反復(fù)學(xué)習(xí)的資源，以便學(xué)生在需要的時(shí)候自主學(xué)習(xí)、解決問題。在編程方面，教師要引導(dǎo)學(xué)生采用自然語言或流程圖來描述控制算法，并根據(jù)反饋結(jié)果，調(diào)整算法。燈的外觀設(shè)計(jì)則需要科學(xué)、數(shù)學(xué)和美術(shù)教師的幫助，設(shè)計(jì)的角度可以從材料的選取、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、環(huán)保理念等方面進(jìn)行指導(dǎo)。這一階段，學(xué)生會(huì)運(yùn)用到信息、數(shù)學(xué)、美術(shù)、科學(xué)等多個(gè)學(xué)科知識(shí)，這已經(jīng)超出了單學(xué)科教師的能力范圍，所以在開展活動(dòng)時(shí)，可以組織一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，由各個(gè)學(xué)科的教師參與合作，共同為學(xué)生提供知識(shí)支持和指導(dǎo)。

（4）展示評(píng)價(jià)，成果分享

此環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)思維EDIPT模型中的測試階段。設(shè)計(jì)思維EDIPT模型中的測試階段指的是把制作的原型給用戶使用，獲得反饋信息，以便進(jìn)一步改進(jìn)。此環(huán)節(jié)主要是教師組織學(xué)生進(jìn)行成果的分享和評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)應(yīng)采用多元評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)時(shí)要營造開放、寬松的評(píng)價(jià)氛圍，努力實(shí)踐過程評(píng)價(jià)與結(jié)果評(píng)價(jià)雙向并重，評(píng)價(jià)主體、評(píng)價(jià)方式、評(píng)價(jià)內(nèi)容多元。通過評(píng)價(jià)讓項(xiàng)目的設(shè)計(jì)者能獲得及時(shí)有效的反饋。此外，根據(jù)設(shè)計(jì)思維EDIPT模型的理念，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生利用課后的時(shí)間，盡可能把成果分享給真實(shí)用戶，從而獲得更加真實(shí)的反饋。

（5）迭代優(yōu)化，拓展升華

學(xué)生得到反饋后要對(duì)項(xiàng)目作品進(jìn)行再加工。在這一環(huán)節(jié)，各個(gè)小組對(duì)展示評(píng)價(jià)階段收集的意見進(jìn)行整理思考，對(duì)自己小組的智能燈作品再次進(jìn)行迭代優(yōu)化，讓設(shè)計(jì)更實(shí)用、更人性化。

●結(jié)束語

新課標(biāo)提出的跨學(xué)科主題項(xiàng)目，無論是對(duì)教師的教、學(xué)生的學(xué)，還是對(duì)教師的個(gè)人素養(yǎng)和學(xué)生的綜合素養(yǎng)都極具挑戰(zhàn)性。如何讓學(xué)生在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中既學(xué)到多學(xué)科知識(shí)，又能夠采用新穎的視角思考分析問題，設(shè)計(jì)和創(chuàng)作具有個(gè)性化的作品，設(shè)計(jì)思維為其提供了全新的視角。