創新設計思維方法在程序設計實踐教學中的應用研究

朱彥陳，林劍鳴，熊佳祺，葉青

（江西中醫藥大學 計算機學院，江西南昌 330004）

創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力，是企業持續性發展的源泉，也是個人取得成功的關鍵因素[1-2]。目前創新設計主要在設計類學科中使用較多，如服裝設計、園林設計、建筑設計等[3-6]。本文將創新設計思維方法融入計算機類基礎核心課程高級語言程序設計課程中，先通過調查問卷了解學生對創新思維的認識，然后利用創新設計思維方法引導學生把所學的知識點畫出來、講出來、用起來，以此來訓練學生的創新思維能力。

1 創新設計思維概述

1.1 創新設計思維的概念

創新設計思維是一種以目標實現為導向的方法論，是對預定目標進行有步驟地設計、規劃，尋求實用、富有創造性的解決方案的過程[7-8]。該方法論由原哈佛大學設計學院院長Peter G.Rowe 于1987 年首次提出，并由設計咨詢公司IDEO 推廣。

1.2 形成創新設計思維的步驟

1991 年，大衛·凱利創建了IDEO 公司，并創新了設計思維的基本框架[9]，包括三個階段：啟發、構思和實施。啟發階段是理解、觀察并總結出需要解決的問題，構思階段是利用頭腦風暴和原型快速開發的手段完善、測試創意的過程[10]，實施階段是將想法從項目推向應用的過程[11]。

2012 年，魯百年教授成為德國SAP 公司大中國區商業創新團隊的首席架構師，他對創新設計思維做了充分的研究后，將創新設計思維框架分解為三大階段和七大步驟，與IDEO 公司的設計流程相似的是把創新過程分成三大階段，最大的區別在于構思階段的方案設計環節[12]，它利用原型設計、優先級別、優化完善、想法聚類、狂野創意、信息探索六大類手段對方案進行設計優化，尋求問題的最優解決方案。

2 創新設計思維的實施路徑

本課題以江西中醫藥大學計算機學院的生物醫學工程專業和計算機科學與技術專業的學生為研究對象，通過實證研究，分析該校2 個專業的學生對創新思維的認知和學習創新思維的意愿，并設計相關的教學方案，把創新設計思維融入課堂教學與實踐教學，為促進中醫藥院校計算機類大學生創新能力培養提供參考。

2.1 創新設計思維認知研究

2.1.1 調查問卷設計

根據文獻資料和專家意見設計了關于創新設計思維認知的調查問卷，本問卷共計12 個題目，主要從個人基本信息、程序設計課程評價、對創新的認知三個維度了解學生對創新的關注度、興趣等。

2.1.2 數據來源

該項研究采用問卷調查法，在江西中醫藥大學計算機學院的2019 級、2020 級、2021 級的生物醫學工程班和計算機科學技術班采集數據，調查問卷采用不記名的方式，共收集有效問卷257 份，其中男生142 人、女生115 人。

2.1.3 研究結果與分析

（1）個人基本信息數據分析，主要包括專業興趣愛好、是否掌握基本的邏輯思維能力、是否掌握一定的軟件或數學建模能力、是否能利用編程軟件設計一個完整的程序4 個方面，并對選項進行合并處理，將非常喜歡、比較喜歡、喜歡合并成“喜歡”，將不太喜歡、非常不喜歡合并成“不喜歡”；將非常符合、比較符合、符合合并成“符合”，將不太符合、非常不符合合并成“不符合”；將非常重要、比較重要、重要合并成“重要”，將不太重要、非常不重要合并成“不重要”。

（2）個人基本信息數據表明：有86.77%的學生對自己所學專業比較有興趣和愛好，說明多數學生喜歡自己的專業。能用一門程序設計語言完成基本程序設計的學生達到82.88%，這對于理解和學習程序設計具有較好的支撐作用。

分析學生對程序設計課程評價的結果發現，81.71%的學生對程序設計課程比較有興趣，98.83%的學生對程序設計課程內容注重理論前沿性、理論與實際相結合較為滿意，98.44%的學生認為程序設計課程教學中注重啟發式、探究式方法，能夠培養學生自主學習能力。

從表1 可以看出，學生對創新活動的看法是比較正面的，89.49%的學生認為創新很重要，自己愿意參與創新活動，對創新信息的關注點主要集中在產品創新和營銷思路上，選擇這兩項的學生占比為89.10%，說明學生認為產品和營銷思路的創新更實用；在如有機會參與創新設計思維訓練這個問題上，愿意全程參與的學生占比29.18%，會參與一部分的學生占比53.7%，說明大部分學生希望參與創新設計思維訓練；針對于拼多多成功案例本質上屬于運營創新的問題，有36.19%的學生選擇了正確答案，這部分學生具有較好的邏輯判斷能力。

表1 對創新設計思維的認知

從以上分析來看，大部分學生喜歡自己的專業，有參與創新的內在動力，并且愿意參與創新思維的訓練，更關注產品創新和營銷思路創新。

2.2 創新設計思維訓練

2.2.1 創新設計思維流程再造

創新設計思維是一種方法論，系統給出了創新的流程，包括啟發、構思、實施等主要過程，將創新設計思維應用到高級語言程序設計的課程學習中，需要對圖1 所示的流程再造，以適用于課程知識學習。

圖1 程序設計課程創新設計思維流程再造

（1）啟發階段。

本階段的主體是教師，分為兩個環節，一個是主題定制，主要由教師提出需要解決的問題；另一個是問題解讀，教師引導學生分析解決該問題需要用到的知識點和注意事項。

（2）構思階段。

①分組討論：將一個班級的學生按每組9 人分成若干個小組，每個小組任命一名小組長，小組長的主要職責是根據教師的引導組織學生參與教學活動。

②頭腦風暴：需要發散性思維[13]，人人參與，提出多種想法或者是可實行的方案。在小組討論階段，該環節尤為重要，它能最大限度調動學生參與積極性和思考的主觀能動性。

③知識重構：知識重構就是在不改變知識內容的提前下對知識重新整合和組織，從不同深度、不同層面、不同點位全方位了解相關知識，實現對知識的快速檢索和應用[14]。課本的理論知識相對比較分散，但在應用時知識相對比較多樣，一個問題的解決往往需要用到多個知識點，這時，學生需要根據題目的要求提煉出用到的知識點，并進行融合、重構。該階段主要培養學生對知識融會貫通的能力。

④流程制定：在知識重構的基礎上，對需要解決的問題給出程序流程圖或其他流程圖，用于描述解題方法或思路。該階段主要培養學生的邏輯思維能力。

⑤算法優化：當學生能夠使用自己的算法解決教師提出的問題時，教師可以引導學生思考，看是否有更優化的算法，從而使學生加深對算法的理解。該階段主要培養學生拓展思維的能力。

（3）實施階段。

本階段的主體是學生，讓學生進行編程，將預定的問題解決，然后進行總結，形成解決問題的文檔。該階段主要培養學生的編程能力和總結能力。

2.2.2 創新設計思維流程案例演示

教師在講解循環的應用時，會講到編程求解2 個正整數的最大公約數和最小公倍數問題。

（1）啟發階段。

教師需要講解什么是最大公約數，引入案例《九章算術》中的算法——“更相減損術”，通過該案例將“堅定文化自信”的課程思政內容導入課堂，并將該算法用一個實例演算出來。

（2）構思階段。

該階段的主要目的是解題方案設計，每個小組的最終任務是向教師提交一套解題方案，也就是算法。鼓勵學生通過頭腦風暴或者查閱資料提交更多的解題方案，對能給出多套解決方案的學生予以適當的獎勵。在課堂實施過程中，有多個小組能給出“暴力算法”“歐幾里得算法”，這說明在該階段學生能主動思考，積極參加教學活動，同時加深了對知識點的理解。

（3）實施階段。

該階段主要的工作是把構思階段給出的算法用C語言程序編寫出來，有多個算法需要編寫多個程序。最后，教師會隨機選擇一個小組，讓該組對程序進行講解，最后形成程序文檔。

3 結語

在“雙創”教育背景下，將創新設計思維的方法用于程序設計的課程教學中，用創新設計思維的方法講解專業課的知識，在訓練學生創新設計思維的同時，也使學生更好地學習了專業課知識。在課程實施過程中，不但有效提高了課堂的活躍度，更有效鍛煉了學生的創新設計思維能力、表達能力、邏輯思維能力、主動學習能力和團隊合作能力，提高了學生的綜合素質，對培養創新型人才具有重要意義。