基于设计思维的STEAM课程教学流程研究

严建斌

[摘 要]像设计师一样思考，运用设计思维创造性解决复杂问题，这是一种创新思考学习方式。将设计思维融入STEAM教育活动，有助于培养学生的同理心、深度学习能力、问题解决能力、交流沟通能力以及创新能力等核心素养和关键能力。该研究以STEAM课程“伞”为例，围绕设计思维与STEAM教育的理念，从培养学生核心素养和关键能力出发，结合“伞”课程教学实践，借鉴设计思维方法，构建了基于设计思维的STEAM课程教学流程，为STEAM课程设计与教育实践提供借鉴。

[关键词]设计思维;STEAM教育;STEAM课程;教学流程

[中图分类号] G622.3[文献标识码] A[文章编号] 1007-9068（2021）18-0093-03

在培养学生问题解决能力、批判性思维与创新素养等核心素养和关键能力方面，STEAM教育以项目式学习、问题解决为导向的多学科融合的课程组织方式显现出强大的生命力。越来越多的学校将 STEAM 教育纳入学校的核心或拓展课程内容。如何在课程实施中更好地体现STEAM 教育理念，如何促进学生自信主动的发展，需要根据课程特点进行探索，对课程整合与重构、课程设计与实践进行深入的研究。

一、设计思维的教育价值

1.换位思考，培养同理心

设计思维强调站在对方的角度来看待和理解事物，将关注点聚焦到用户的需求和感受上，其主要目标是通过“身临其境”的观察、倾听用户、挖掘用户的真实需求，并从中得到启迪，以此作为设计的出发点来寻求创新突破。将设计思维理念融入教学过程，学生进入一个真实的问题情境，为了解决现实问题，他们去了解用户的想法，体验用户的感受，站在用户的角度观察和思考，模拟用户使用产品。这一过程能让学生认识到角色不同考虑问题会有差异，学会从对方的角度考虑问题，明晰对方的需求，使得同理心的培养水到渠成。

2.迭代优化，实现深度学习

在设计思维的路径中，每一项产品设计最初可能是不完善的。设计者通过不断尝试与改进，在失败中反思，不断迭代优化设计方案。反观教学，深度学习关注学生的过程性思考与理解建构，使学习达到一种高度沉浸、不断深化的状态，这一理念与深度学习目标不谋而合。把设计思维的迭代思想融入STEAM教育可以帮助学习者实现深度学习。在项目展开中，学生主动探索、积极思维、直面失败，形成一种持续探索冲动，并不断改进、不断深化，建构出更加完善的设计方案和产品。

3.跨学科挑战，达成问题解决

STEAM项目通过真实的项目将多门学科有机融合，让学生在完成项目挑战的过程中习得跨学科知识，获得关键技能，推动学生在真实情境下对知识技能的运用与创造，以此来解决真实而复杂的现实问题，逐步建立自信。将设计思维融入教学，改变了以寻找正确答案为目的的传统学习方式。学生关注的不再是具体的学科知识和技能，而是真实的问题和任务;不再是单一学科内解题，而是怎样综合运用多学科知识技能解决现实世界的复杂问题。这一过程跳出了单一学科的束缚，通过实际问题的解决促进学生对多学科内容的理解和运用，培养学生跨学科综合素养。

4.团队内合作，提高社交能力

乐于交流合作是一个设计师的基本要求，善于交流合作是设计师的基本素养。把设计思维融入教育，能让学生体验团队合作的意义，锻炼社会交往能力，促进同伴间的交流和理解，学会沟通的技巧和方法。在项目展开过程中，学生学习使用合适的语言、符号、工具来呈现自己的思考和想法。如在寻找机会阶段，运用同理心发现问题，会用到白板记录和交流想法，用肢体表演再现情景;在方案构想阶段，则运用草图、草模等快速原型工具辅助思考;在方案测试阶段运用画图、建模等工程化形式;在设计发布阶段，运用PPT文稿、模型演示、口头及书面语言描述等综合方式表达。

5.高阶思维内化，激活创新潜能

设计思维强调形象与抽象、发散与收敛、逻辑与直觉、分析与综合的平衡。形象思维能在方案构思时闪现出原型的模样;抽象思维是对设计方案的理性提炼;发散思维帮助产生更多的构思和想法;收敛思维帮助选择最合理的设计方案;逻辑思维帮助探寻失败的原因;直觉思维帮助获得创新设计的灵感;分析思维能将复杂的问题分解简化找到解决问题的方向;综合思维帮助学生从整体上把握设计方案，提升设计质量。将学生置身于设计思维的任务中，给学生提供了灵活运用形象思维、抽象思维、发散思维、逻辑思维、分析思维、综合思维等多种思维方式的机会。学生综合运用这些思维方法的过程实质是高阶思维能力的内化过程，这自然而然地激活了創新潜能。

二、基于设计思维的“伞”教学案例

“伞”通过STEAM和设计思维的结合，为学生提供设计创新的一般流程和步骤，帮助学生习得创新思考的认知加工路径，通过STEAM学习，以设计可行的方案来解决伞被风吹坏的问题。通过为期8节课的项目活动，运用设计思维来解决现实世界的问题，基于设计思维的理念和过程来设计并制作抗风雨伞，培养学生的创造力、批判性思维、问题解决、沟通协作等能力，提高学生的综合素养。“伞”教学流程包括“引入——共情需求”“聚焦——定义问题”“研讨——方案构思”“探索——原型制作”“反思——测试迭代”“总结——展示交流”六个环节。

1.引入——共情需求

引入环节的主要目标是学生深入体验用户的共情阶段，从学生的真实问题出发，引起学生共鸣，建立同理心。这要求学生具有深刻的感知力、敏锐的洞察力、广阔的视野、灵活的发散性思维。

“伞”教学一开始，教师播放雨伞被吹翻的视频：一名记者在户外采访时雨伞被吹翻;韩国总理下飞机时雨伞被吹散架，场面十分尴尬。接着引导学生说说自己在生活中是否有类似的经历？学生纷纷描述自己雨伞被吹坏的经历。随后教师引导学生讨论以下问题：看了视频之后你有什么想说的;如果你是记者或者总理会怎么想;暴风雨中你撑的雨伞被风吹坏你会怎样做;你对雨伞有什么要求;为了防止类似情况出现，你需要一把怎样的雨伞。要求学生把自己看作是用户，从雨伞的作用、风对雨伞的影响、雨伞的结构材料及雨伞对公众人物形象的影响等角度考虑现实问题。提出一个好问题就是找到了开发一个好产品的机会，是创新的关键，是新产品开发的起点。在共情需求中，学生提出了很多的雨伞设计问题，最后归结到一个问题：如何增强雨伞的抗风性能？

2.聚焦——定义问题

发现一个潜在的产品机会还不能立刻开始具体方案设计，还需对待解问题进行深入的理解和调查，挖掘问题背后的具体需求信息。比如：雨伞需要抵挡多大的风雨？雨伞一般需要多大？雨伞适合随身携带吗？大多数的用户能承受的价格是多少？用户多长时间换一把伞？喜欢什么面料和花样的伞面？手动伞还是自动伞？成人伞还是儿童伞？ 根据调查结果，学生分别描述用户的需求。

随后小组内开展讨论，并认真思考：雨伞有伞骨，为什么还会被风吹翻？伞面是紧绷在伞骨上的，为什么会被风吹飞？折叠雨伞为什么比直柄雨伞更容易吹散架？伞面撑开是半球面状的，为什么还会严重变形？通过进一步梳理和追问，会发现更多不易被察觉的细节和背后的深层问题，最终确定需要解决的问题：设计一把抗风雨伞。具体要求：伞面投影面积不小于0.8平方米，能承受较大的雨从上往下的冲击，能承受较大的横向风。

3.研讨——方案构思

方案构思是设计思维中的关键环节，它关系到产品的创造性。该环节运用头脑风暴的方式来激发学生的“异想天开”，从而让小组设计抗风雨伞的思维变得更加敏捷清晰而又富有创造力。通过分析筛选可行创意，或者汲取某些创意的优点合并成新的创意，学生思维从分散到收敛，最终形成汇合团队智慧的设计方案。

学生就“如何增强雨伞的抗风性能”展开分组讨论，生成尽可能多的创意想法。在此过程中，教师给学生准备足够的工具，如马克笔、大白纸、彩色便利贴等，让学生更好地进行创新思维活动。与此同时，教师也应为头脑风暴的顺利开展提供一些流程、方式上的指导，比如让学生站成一圈进行讨论，更有助于交流创意想法，在头脑风暴过程中要注意延迟评判、禁止批评、追求数量等，以更大程度上激发学生的无限可能。由于生活经验知识背景和思维方式的不同，每个小组成员会提出自己的想法，设计不同的解决方案。如伞柄加粗采用直柄式能防止松动，伞柄用加厚的不锈钢就不易弯曲，骨架骨数增加可增大支撑力，骨架设计成双重的，骨架设计成不对称的，骨架的短骨支撑长骨的位置尽量离伞柄远一些，伞面撑开成头盔形，伞面撑开成燕尾形，伞面用涂胶的布料……各种想法、方案汇在一起碰撞。根据抗风雨伞的要求来分析各种方案的优点和缺点，讨论哪个设计方案会更好，确定最佳设计方案。

4.探索——原型制作

原型是指能够帮助设计者进行可视、可触摸、可操作体验的模拟物，可以是概念草图，可以是3D模型，也可以是现成物品搭建的简易草模，是设计创意清晰呈现和不断推进的重要工具。模型材料可为纸质、3D 打印或黏土等，方便测试和迭代。

在此环节中，教师给学生提供了制作抗风雨伞的材料和工具，材料有超轻黏土、吸管、牙签、小木棒、单面胶等，工具有压板、直尺、剪刀等。学生按照所选择的方案制作抗风雨伞原型，并通过在大白纸上画草图的方式，将设计方案和模型呈現出来。

5.反思——测试迭代

在测试迭代环节，主要是测试结果、分享交流、获取反馈信息及改进设计方案。首先，学生向全班简要的介绍自己小组的抗风雨伞。教师用透明格子塑料纸检测各小组伞面的投影面是否达到0.8平方米，再在自制的简易风洞上检测雨伞的抗风能力，测试标准如表1。

之后，各小组根据测试结果来改进设计、并重新测试。在此过程中，采用展示交流、接受“同行评议”的方式分享改进方案，为其他小组提供更多的方案参考，提高学生的反思能力。根据其他学生和教师的反馈，学生反思他们的设计方案是否解决了用户的问题，达到了用户的要求。此时，教师需要不断鼓励学生调整自己的解决方案或再次通过头脑风暴形成新的解决方案，或吸纳几种方案的优点形成优化的方案，不断迭代自己的创新设计。教师可以引导学生思考下述问题：用什么方法来提高雨伞的抗风性，为什么这么想？雨伞能否在暴风雨天使用，如果不能，怎样解决这个问题？雨伞制作的难点在哪里，是否可以通过改进设计解决这些问题？除了抗风能力，还对哪些问题进行了思考，得出了什么结论或者遇到了什么问题？你们对老师和同学的建议是否赞同，如果赞同，打算如何改进？各小组进一步改进方案，展开新一轮的测试。

6.总结——展示交流

展示交流环节需要展示材料选择、小组分工、方案设计和迭代的过程，同时还要对本组制作的雨伞的性能进行展示。各小组以PPT、动态演示、产品模型等形式进行展示，清晰而有条理地表达他们所设计的抗风雨伞的优点，以此来训练学生的内容组织、语言表达和陈述演讲等能力。同时，小组就整个设计活动进行全面回顾反思，把设计思维从体验层面上升到意识层面。最后，教师会给每个小组发放评价表，各小组按评价表上所列标准对自己小组进行评价。教师就学习表现、过程、成果等方面进行评价总结。通过展示交流和评价总结，加深了学生对与雨伞相关知识的理解，提升了学生的思维和设计等能力，形成可迁移的创新思维和工作方法。

综上所述，将设计思维融入“伞”课程，增强了课程的整体性和逻辑性，同时在课程教学过程中培养了学生的同理心、深度学习能力、问题解决能力、交流沟通能力以及创新能力等核心素养和关键能力，从而使学生自信地面对未来的挑战。

（责编 韦淑红）