“基于设计的学习（DBL）”学习活动的设计与应用

张君瑞

摘 要： 为了达到知识经济时代对人才的要求，一种以“设计”为中心，运用设计方法解决问题、建构知识，发挥学生的个性，培养创造力的教学模式——“基于设计的学习（DBL）”，逐渐被教育界重视。本文对“基于设计的学习”的相关理论进行了研究，探索了“基于设计的学习”教学模式的构建，并在高中通用技术课中应用了“基于设计的学习”，最后以理论分析和实际研究表明：“基于设计的学习”具有传统教学不可比拟的优势。

关键词： “基于设计的学习（DBL）” 高中通用技术课教学 实践应用

近些年来，教育专家研究发现，人类社会生活中广泛采用的“设计”思维，是人类认识世界的一种有效方式，“设计就是通过创造与交流认识我们生活的世界”。[1]设计思维，既不同于科学思维，又不同于艺术思维，它是艺术思维的形象性与科学思维的逻辑性整合的效果。[2]因此，设计思维是一种高阶思维。将设计思维运用到教学中，对发展学生的高阶能力具有重要的意义。由此产生的“基于设计的学习”，是一种高阶学习方法。

一、“基于设计的学习”的定义与特点

1994年，佐治亚理工学院的克罗德纳教授运用CBR（基于案例的推理）为中学科学学习开发了一种教学方法，将动脑设计活动整合到课程中，让学生在学习认知、社会、学习和交流技能的同时，利用我们对认知的认识形成一种适合深度学习科学概念、技能及其适用范围的学习环境。在一个包含对照组的设计实验中，专家要求六年级学生设计一套人工呼吸器并制作出呼吸系统的部分工作模型。[3]他们发现设计条件下的学习比传统教学更能得到好的学习效果。这种方法被稱为通过设计学习。[4]

综合各专家给出的基于设计的学习的定义，我们总结为：“基于设计的学习”（以下简称DBL）是一新兴的教学方法，它通过让学生设计一定的实物或模型，激发学生回忆利用已学知识，设计切合主题的方案并实施，在实施过程中不断学习新知识，不断对方案加以修改和设计。通过这样的过程，培养学生整合相关方面知识的创新和专业的能力，学生获得用在各个研究领域及日常生活中的知识和社会技能。

从DBL的定义与发展过程看，DBL明显有别于其他教学方式，其突出特点为：学科知识融合性；学习对象广泛性；学习环境开放性；学习目标多重性；学习过程迭代性等。

二、DBL的学习活动的设计

1.学习活动循环设计的相关模型

“学习环（learning cycle）”源于20世纪50年代末美国一个关于小学科学课程的项目——科学课程改善研究项目，代表的是一种学习活动过程。对DBL学习活动的设计，除了克罗德纳LBD学习循环之外，福特斯提出了基于设计的科学（DBS）学习环[5]，而DBL的创始人之一——多林·尼尔森）则提出了“逆向思维”学习的过程模型[6]。

这些学习环的实施重点在于将学习者置于完成设计任务的情境中，在设计过程中，使学习者的原有认知结构与新知识形成认知冲突，由此引导学习者进行自我求解、管理与认知调试。

2.DBL学习循环模型的建立

由非良构问题特点得知，设计问题是典型的非良构问题。结合非良构问题解决模式及国外著名学者所提出的DBL学习可操作模型，我们设计了如下DBL学习环：

DBL学习环

学习活动从激活原有知识开始，当完成了项目一的任务后，进入项目二的过程，然后进入项目三。循环中的双向箭头表示每一个步骤都可重复进行，只有达到要求，才进入下一个步骤。在整个过程中，学生进行迭代工作，精制设计方案，提高对科学概念的理解及对科学实践的掌握。

三、DBL在高中通用技术课中的教学实践应用

机器人教学被现代教育学家认为是培养学生创造力和想象力的有效活动。但在中小学开展机器人教学的设想，尚处于起步探索阶段，在教学设计的各环节中，还未形成统一标准体系，有待不断地探索、实践与完善。本研究的对象是江苏省江都中学高一学生20人，按照DBL模式，本研究设置了“让简易机器人动起来——会快速直走的机器人”这样一个项目。我们将20个学生分成5个小组，每组4个人。

1.DBL应用于机器人教学实施过程

（1）情景引入：播放三段机器人视频：千手观音、美国的火星探测器、中学生机器人比赛。播放电动自行车的动画，引导学生分析“电动自行车的工作原理和结构”，思考“一个电动自行车主要由哪几个系统来组成”？请同学以电动自行车的系统组成来概括机器人的系统组成。（2）多元观点：教师引导各个小组围绕“哪些设备是需要的”、“如何组装”等问题讨论，引导学生从机器人系统组成和工作原理设计机器人。（2）调查讨论：教师巡回指导各小组。各小组根据自认为需要解决的问题，进行任务分工，独自搜集资料，展开调查。如有疑问，教师提示学生上网查阅资料或指导学生阅读书籍，从中寻找解决问题的方法。（4）建模检验：各小组学生按照初定组装方案尝试组装简易机器人。（5）展示分享：教师组织各小组展示组装机器人的运行效果，组织小组讨论。若哪个小组组装成功，请小组成员交流成功经验；哪个小组组装失败，引导学生探索失败原因。

总结失败原因，发现学生设计失败主要是在传动机械上，教师呈现案例：自行车传动系统、修正带传动系统、装啤酒机传动系统，引导学生认识传动机械的方式，利用动画视频展示其特点。各小组在学习了新知识的基础上，重新组装机器人。教师再次组织各小组展示作品，可请每个小组在场地上比试，促使各小组继续改进，以期达到更好效果。

2.教学效果及分析

在教学结束后，对学生进行问卷调查，发放问卷20份，回收20份，数据统计分析结果如下：

（1）对DBL的认同度：调查发现，15位学生认为学习了很多知识，并学会探索新知识的方法，14位学生认为教学方式新颖，15位学生认为学会了学习方法，19位学生认为能力得到培养。（2）在被问及是否应用先验知识解决问题时，17位学生回忆在这门课的学习过程中，遇到困难的时候，首先尝试用以往的经验解决问题。这说明，DBL教学过程中充分调动了学生的思维，激励了学生积极思考先前经验知识解决问题。（3）能力提高方面的统计：调查发现，在能力提高方面，认为提高自主探究能力的12人（60%）；提高了问题解决能力的13人（65%）；提高了合作能力的16人（85%）；提高了决策与判断能力的15人（80%）；培养了创新能力的18人（90%）；培养了胆量的14人（70%）；20人（100%）都认为掌握了机器人制作过程。这说明全班学生对基于设计的学习能培养诸多能力存在较大的认同感，学生对基于设计的学习能够培养创新能力的认同率是很高的。（4）学习积极性方面：在被问及是否经常“在设计和制作机器人的过程中和小组成员进行积极的讨论和交流”时，有90%的学生肯定在学习过程中与其他人进行了积极交流。统计是否“主动将遇到的问题或产生的想法转换成文字”时，75%的学生给予了肯定回答。

四、总结与反思

在高中通用技术课开展DBL的实践研究，我进行了为期一个月的课堂跟踪及研究工作，初步证实DBL的学习模式可以有效提高学生在设计技术课方面的知识、情感和动作技能。这种以学生为主的学习模式受到了学生的欢迎，并且引起了其他学科教师的关注，这为当下的教学革新研究与实践创新提供了参照和启示。

参考文献：

[1]朱锷译.原研哉著.设计中的设计[M].山东人民出版社，2006.

[2]郭锐，李龙生.设计创新思考[J].包装工程，2004，25（4）.

[3]Hmelo，C.E.，Holton，D.L.，&Kolodner，J.L.Designing to learn about complex systems.Journal of the Learning Sciences，2000，9（3），247-298.

[4]Puntambekar，S.& Kolodner，J.L.The Design Diary：Development of a Tool to Support Students Learning Science By Design.Proceedings International Conference of the Learning Sciences，1998 '98，pp.230-236.

[5]Fortus，D.，Dershimer，R.C.，Krajcik，J.S.，Marx，R.W.，& Mamlok，R.Design-based science and student learning.Paper presented at the National Association of Research in Science Teaching，New Orleans，LO，2002.

[6]Cal Poly Pomona.Design-BasedLearning[EB/OL].http：//www.csupomona.edu/～dnelson/methodology/6.5steps.html，2009-06-18.

“河南省高等學校人文社会科学研究项目”，项目编号：2012-QN-496。