基于設(shè)計(jì)思維的中小學(xué)人工智能課程教學(xué)與實(shí)踐研究

榮榮

摘要：本文將設(shè)計(jì)思維與科技創(chuàng)新項(xiàng)目結(jié)合，嘗試構(gòu)建基于設(shè)計(jì)思維的人工智能課程教學(xué)模式，并以“中小學(xué)科技創(chuàng)新項(xiàng)目”為例進(jìn)行了實(shí)踐，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力。結(jié)果表明，基于設(shè)計(jì)思維的課程教學(xué)模式能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)思維；EDIPT；教學(xué)模式；科技創(chuàng)新項(xiàng)目

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2024）01-0064-03

設(shè)計(jì)思維是一種注重用戶體驗(yàn)和解決問題的思維方式，它強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性思維、實(shí)踐性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作。基于設(shè)計(jì)思維的課程教學(xué)模式可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力，增強(qiáng)他們的自主學(xué)習(xí)和合作能力，從而提高人工智能課程的教學(xué)效率。因此，筆者嘗試將設(shè)計(jì)思維的EDIPT模型融入中小學(xué)科技創(chuàng)新項(xiàng)目教學(xué)，以期為中小學(xué)開展人工智能教學(xué)提供有效路徑。

基于設(shè)計(jì)思維的人工智能教學(xué)意義

目前，設(shè)計(jì)思維經(jīng)典實(shí)施流程廣泛采用斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院開發(fā)的EDIPT模型，此模型包含五個(gè)階段的設(shè)計(jì)思維過程：共情（empathize）、定義（define）、創(chuàng)想（ideate）、原型化（prototype）、測試（test）。設(shè)計(jì)思維作為一種注重實(shí)踐和創(chuàng)造性思維的思維方式，也被廣泛應(yīng)用于中小學(xué)教育中。因此，在實(shí)施人工智能教學(xué)時(shí)，教師也可以結(jié)合EDIPT設(shè)計(jì)思維模式，為教學(xué)提供切實(shí)可行的實(shí)踐模式。在教學(xué)過程中，教師要注重真實(shí)情境的共情，積極鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行小組合作、頭腦風(fēng)暴等，以激發(fā)思維碰撞和創(chuàng)造性思維發(fā)展，使學(xué)生思維清晰，明白自己需要做什么、如何開始做等問題，從而提高學(xué)習(xí)效率。

基于設(shè)計(jì)思維的人工智能教學(xué)模式設(shè)計(jì)

1.基于EDIPT的人工智能教學(xué)模式（如下頁圖1）

設(shè)計(jì)思維的應(yīng)用能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力，使他們能夠更全面地思考和解決問題。為了確定科技創(chuàng)新項(xiàng)目，教師可以引導(dǎo)學(xué)生在專業(yè)學(xué)術(shù)平臺(tái)的幫助下，探索、分析并選擇自己感興趣的研究內(nèi)容。在項(xiàng)目構(gòu)建過程中，教師要綜合學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備、課程標(biāo)準(zhǔn)和核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)，積極構(gòu)建與真實(shí)世界相關(guān)的科創(chuàng)項(xiàng)目主題。同時(shí)，通過應(yīng)用設(shè)計(jì)思維模式（Design Thinking），學(xué)生能夠突破思維上的限制，激發(fā)創(chuàng)意的產(chǎn)生。在態(tài)度上，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生帶著同理心，換位思考，去感受受眾對(duì)作品的想法與需求。而在行動(dòng)上，則鼓勵(lì)學(xué)生大膽運(yùn)用不同的方案，勇于嘗試解決問題。這樣的教學(xué)方法有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，并使他們?cè)趯?shí)踐中靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。

2.基于EDIPT的人工智能教學(xué)——中小學(xué)科技創(chuàng)新項(xiàng)目案例實(shí)施

在科創(chuàng)項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)，筆者采用EDIPT模型開展人工智能科創(chuàng)教學(xué)，下面，以“智能稱重秤”科創(chuàng)項(xiàng)目為例進(jìn)行闡述（如右下表）。

（1）共情——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，換位思考

課前，學(xué)生查閱資料，了解微型秤的功能，并記錄自己的想法。

教師提出問題：針對(duì)目前市面上的微型秤缺點(diǎn)，如何改進(jìn)微型稱的功能？從而促進(jìn)學(xué)生共情體驗(yàn)。

課中，教師展示市面上的微型電子秤，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中建立起“以人為本”的設(shè)計(jì)思維。同時(shí)，課堂中加入“我愛創(chuàng)新”的活動(dòng)。在活動(dòng)中，每個(gè)小組成員都被要求以自己是“智能秤”的使用者身份來設(shè)想，并記錄每位使用者提出的想法，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生觀察生活中的場景，發(fā)現(xiàn)存在的問題，從而初步體驗(yàn)設(shè)計(jì)思維的過程。

（2）定義——合作探究，明確需求

在本階段，學(xué)生的主要任務(wù)是準(zhǔn)確地界定用戶的需求，并將需求具體化，以便尋找切實(shí)有效的解決方案。為了達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，學(xué)生需要進(jìn)行深入的用戶調(diào)研，以獲取相關(guān)信息并深入理解用戶的期望和需求。

教師可以引導(dǎo)學(xué)生小組根據(jù)上一階段的創(chuàng)新想法，整理不同使用者的需求，詳細(xì)記錄并將想法整合提煉。例如，在煮飯時(shí)，水的多或少，會(huì)導(dǎo)致做的飯或稀或干；在做面食時(shí)，面粉和水配比或多或少，會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)材料和浪費(fèi)時(shí)間等問題。而現(xiàn)有的秤用起來比較麻煩，學(xué)生便想到制作一個(gè)適合家庭廚房使用的既可以簡單操作又可以輕松實(shí)現(xiàn)食材配比的秤。

總之，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行探究與合作，以確定創(chuàng)新項(xiàng)目的核心問題以及如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品最終的功能，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力。

（3）創(chuàng)想——頭腦風(fēng)暴，創(chuàng)意迸發(fā)

在此階段，首先，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題討論和思維發(fā)散，幫助學(xué)生理清思路，以找到更加有效的解決方案。例如，有的學(xué)生在現(xiàn)有電子秤的基礎(chǔ)上升級(jí)軟件功能，加入單獨(dú)可以滿足用戶操作的按鍵。以煮飯為例，在將米放入容器后，按下比例按鈕，在加水時(shí)，CPU系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算重量臨界點(diǎn)時(shí)，當(dāng)重量達(dá)到臨界點(diǎn)，蜂鳴器和LED燈就會(huì)提醒停止加水。

接著，學(xué)生通過文字描述、流程圖和思維導(dǎo)圖等多樣化的表達(dá)形式，清晰地展示自己的設(shè)計(jì)理念，為產(chǎn)品模型的制作提供有效的參考（如圖2）。在此步驟中，學(xué)生經(jīng)歷了構(gòu)思、確定和表達(dá)設(shè)計(jì)方案等一系列活動(dòng)，形成了獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)了設(shè)計(jì)思維。

（4）原型化——教學(xué)支架，原型實(shí)現(xiàn)

在該階段，學(xué)生要將之前提出的解決方案轉(zhuǎn)化為簡單的原型作品。教師可以適當(dāng)引入多樣化的智慧教學(xué)平臺(tái)支架，營造適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維發(fā)展的學(xué)習(xí)氛圍，幫助學(xué)生逐步減少對(duì)教師的依賴，進(jìn)而主動(dòng)自我解決問題。例如，教師可以向?qū)W生推薦高質(zhì)量的學(xué)術(shù)網(wǎng)站、在線圖書館、學(xué)術(shù)論文數(shù)據(jù)庫和在線學(xué)習(xí)平臺(tái)等，幫助學(xué)生獲取權(quán)威的學(xué)術(shù)資料，拓展知識(shí)面，進(jìn)而深入研究感興趣的內(nèi)容。

在原型實(shí)現(xiàn)的過程中，教師要和學(xué)生共同研究和分析智能秤的制作方法。教師對(duì)C語言關(guān)鍵命令進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，而學(xué)生則以小組合作的方式探索產(chǎn)品原型如何構(gòu)建。針對(duì)每個(gè)組別涉及的關(guān)鍵技術(shù)步驟，教師需提供個(gè)別輔導(dǎo)，以確保學(xué)生能夠充分理解和掌握C語言的要點(diǎn)。例如，學(xué)生提出智能稱重秤應(yīng)包含智能控制單元和稱重單元，以及智能秤按鍵和顯示部分，同時(shí)，將心中的最佳方案具體化，制作實(shí)體模型，并在制作模型的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題和改進(jìn)，這正是斯坦福設(shè)計(jì)思維（EDIPT）中的原型。

（5）測試——多維評(píng)價(jià)，迭代升級(jí)

在測試階段，創(chuàng)作者到教室講臺(tái)前分享產(chǎn)品原型的設(shè)計(jì)思路以及產(chǎn)品物化制作的全過程。教師和其他學(xué)生扮演“用戶”的角色，對(duì)問題最終解決情況以及科技創(chuàng)新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路與產(chǎn)品原型的一致性、可行性和科學(xué)性進(jìn)行系統(tǒng)點(diǎn)評(píng)并給出評(píng)價(jià)反饋。最后，為促使學(xué)生逐漸形成正確的社會(huì)責(zé)任意識(shí)和擔(dān)當(dāng)，教師組織學(xué)生對(duì)產(chǎn)品原型的科學(xué)性和可行性進(jìn)行批判與質(zhì)疑，這種批判性思維的培養(yǎng)有助于學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)社會(huì)和環(huán)境的影響。

參考文獻(xiàn)：

PLATTNER H.Bootcamp bootleg[M].San Francisco，CA：Institute of Design at Stanford，2010.

本文系無錫市教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于設(shè)計(jì)思維的人工智能教育實(shí)踐研究”（XXZX/2021/04）階段性成果。