基于知识建构的小学生设计思维培养路径研究

杨蓓蓓，杜丽华，张红艳

（1.石河子大学 师范学院/兵团教育学院，新疆 石河子 832003；2.石河子市第一小学，新疆 石河子 832003）

一、研究背景

随着人们对创新与设计的日益关注，设计思维（Design Thinking）已经发展成为一种被广泛采用的、有影响力的培养创新思维的方法。[1]设计思维是通过提出有意义的创意和想法，来解决特定人群的实际问题。在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020 年)》中将培养学生的创新能力提升到了国家战略的高度。[2]第三届中国STEM教育发展大会的报告中，陈伟权博士也强调在STEM 教育中利用设计思维促进学科发展。当前设计思维能力培养是教育改革、培养学生创新思维的必然选择。

近年来，我国研究者对于设计思维在课程中应用研究也在不断增加，尤其是诸如机器人教育[3]、创客教育[4]和STEM 教育[5]等创新能力培养的课程。2017 年教育部印发的《中小学综合实践活动课程指导纲要》[6]中明确提出义务教育阶段，尤其是小学阶段的具体教学目标是问题解决和创意物化等，将创新能力培养作为小学阶段的最终培养目标。小学生初步具备了逻辑的及言语的思维特点，正地从具体思维逐步过渡到抽象思维，在小学阶段特别适合开始以培养设计思维为目标的课程。知识建构（Knowledge Building）理念意在引导学生提出对社区有价值的观点并持续改进，从而形成系统化的理论或者创造出“人工制品”，并最终形成公共社区知识。[7]知识建构过程以观点为中心，强调知识获得的情境性、兴趣性、思维发散与聚合性。[8]设计思维的核心理念是不断发现问题、分析问题、进而解决问题，最终形成最佳解决方案。此外，知识建构教学理念比较符合小学生思维发展特点，能够在教学过程中引导学生从以具体事物表象为主要思维形式逐步过渡到以言语概念的逻辑思维形式。因此，研究将知识建构教学理念应用于小学生设计思维培养过程就显得尤为必要。

二、知识建构教学理念对小学生设计思维培养的有效支撑

（一）二者达成的核心目标高度一致，拥有相通的教育理念

知识建构强调与现实情境相联结，注重学生在学习过程中观点的改善、社区中相互协作、共同参与、问题解决及最终形成智慧产品。[10]而设计思维是以学生思维发展为中心，强调学生解决问题、创新精神等综合能力的培养，在培养过程中以问题解决为导向，通常以小组协作的形式展开，注重学生的认知需求和学习体验，构建基于真实情境的学习环境。设计思维的培养理念与知识建构教育理念基本一致。这些在目标上的一致性及在教育理念中的共通与契合，正是知识建构教学可以促进设计思维培养的先决条件。

（二）知识建构中观点的发展有助于设计思维培养中最佳解决方案的生成

知识建构的课堂中学生持续改进的观点是课堂发展的动力，学生理解问题过程中产生的错误不再被认为是错误和必须纠正的，而是作为可以提高的观点。学生需要持续提高所提出观点的质量、条理性和效用。[11]这一要求恰好与设计思维进行原型创作和迭代测试的理念相适应，通过不断寻找问题产生的原因，生成问题解决原型方案作为迭代测试中的参照，而后在逐轮迭代中持续强化问题解决方式，通过权衡和对比的方式设计出最佳解决问题的路径。

（三）二者都强调基于真实情境开展有效教学

知识建构教学强调从真实问题开始，而问题来源于学生实际的学习生活。这些问题并未限定于特定的场合和学科，更加鼓励学科之间的相互融合。在信息化教学环境下，支持知识建构问题提出的环境更加多样化，如Web 环境、虚拟学习社区及网络学习共同体等。[12]设计思维的培养同样提倡通过与现实问题的联结来促进学习者知能结构的完善，现实问题是一种充满各种复杂性的问题，[13]从而在不断分析问题、解决问题的过程中不断强化设计思维能力的培养。

（四）二者都推荐采用协作学习方式进行学习

基于真实问题的学习情境中最高效的学习方式是协作学习方式。知识建构过程中需要不断与他人进行对话、协商、互动、沟通及交流，将个体知识外化以实现公共知识的创造。设计思维亦是如此，对于创作作品本身来说，需要学习者综合考虑多个学科领域的知识与技能，并通过合理的思辨过程，借助于学习者所在的团队力量促进灵感激发，共同寻求最佳的解决。[14]协作学习方式如头脑风暴、六顶帽子等围绕特定问题设置情境不断提出更有助于问题解决的问题，通过不断梳理与整合想法，最终建构新的知识与技能从而达到设计思维培养的目标。

三、基于知识建构的小学生设计思维培养的教学流程

（一）小学生设计思维培养的特点

1.小学生已经具备了设计思维培养的第一步能力——共情能力

通常认为设计思维培养需要经过共情、定义问题、创意、原型制作、测试这一迭代过程。共情是和个体对于他人经验的反应有关的一系列结构。所有进入情境的个体都带有一些特性，这对于过程和结果都有潜在的影响。小学生已经具备初步的共情能力，如以前的学习历程，及与共情有关的价值观和行为的社会化过程。所有对于他人的反应，无论是认知还是情感反应，都需要一个特定的情境背景。通常共情被认为是设计思维开始的第一步。Hoffman 认为，小学阶段处于超越当前情境的共情阶段。不仅能够体验他人在当前情景中的情绪，也会受到他人背后生活状况的影响。[15]国内对小学儿童共情特点的研究也表明随着年级的升高，一到六年级儿童在共情连续体上的得分越来越高，共情能力发展呈现上升趋势。[16]

2.小学阶段是具象思维向抽象思维转化快速发展阶段

在整个小学阶段，学生思维发展以逐步过渡到抽象逻辑思维为主要形式，但仍具有很大的具体性。这种思维的过渡是思维发展过程中的质变，需要经历很长的过程。在整个小学时期内，小学低年级学生的认知水平大部分是具体的、可以直接感知的。即使高年级的学生己学会了掌握初步的科学定义，学会独立进行逻辑论证。但他们所达到的思维活动水平也需要直接和感性的经验。[17]这一阶段是具象思维向抽象思维快速转化的重要发展阶段，具备了设计思维培养的基础。

（二）小学生设计思维培养教学流程的设计

知识建构式教学注重学生观点的持续改进，结合小学生设计思维发展特点，将小学生设计思维的活动阶段构建为观点汇集、观点识别、观点建立、观点强化和观点凝华。在教学活动过程中，设计思维为学生的观点建构和问题解决提供思路和方法，从实际生活的真实情境中收集、确立问题；在社区互动过程中通过协作建构的方式集思广益，形成多样化解决问题方案，具体内容如表1 所示。

启发环节注重寻找和确定实际情境中的真实问题。在观点汇集、识别的过程中，学生置身于学习任务的情境中，在真实的情境中成为一个敏锐的观察者。通过资料收集、对人们行为的观察、用户跟踪等方式设身处地地感受和体验该情境下人们的需求，以便于学生筛选其所关注和感兴趣的问题，能够对该问题进行深入透彻的分析。需要注意的是教师在创设适切的问题情境时，首先要进行学情分析，了解学习者年龄特征、学习风格、起点能力等要素，使得学习任务在学习者能力范围之内。该环节秉承以人为本的理念，发现可能存在的需求，是知识建构和创新的基础。

构想环节关注问题解决方案的制定。在观点联结和强化的过程中，学生根据上一阶段分析的原因进行组内头脑风暴，结合现实情境中潜在的限制条件，发散思维形成多种问题解决方案。而后通过思维导图、草图、模型等形式进行组间的方案展示，交流分享，以期生成最佳解决问题的方案，为后期观点多轮迭代式修整提供依据。观点强化阶段还可将整体方案进行可视化的拆解，形成不同的模块以更加精确和有针对性地实施。

实行环节也就是观点凝华阶段强调学生对更高层次观点的概括能力，从而实现深层知识建构。该阶段要求学生对问题解决方案中蕴含的思想理念以及形成过程进行解释，在解释的过程中凝练语言、梳理思路，合理地说明事物变化的原因、知识之间的联系，有助于学生思维的发散与聚合，实现对观点的提炼和升华。此外，这一环节需要教师或者专家对问题解决方案进行评估、诊断并给予反馈，以此实现对整个知识建构过程的迭代，促进解决方案的不断优化。需要注意的是，在实际生活中应用方案之后并非结束整个建构过程，而在应用过程中持续改进方案，使该问题的解决方式达到最为有效的程度。

四、基于知识建构理念的小学生设计思维培养路径

1.创建智能、开放的教与学的环境

培养设计思维的首要任务是建立智能化、开放式的思维构建空间，创建有利于问题提出的学习氛围。对于教师的授课、室内实践等活动都在创意空间中完成，其目的就是给设计者一个特殊的学习和交流的环境，营造一种设计思维培养氛围，使学生认识到，他们的观点或者想法对作品的完成非常重要。[19]如开展创客教育时，在物理环境方面，可以参照智慧教室建设方式进行设计，可移动桌椅、网络与多媒体设施、活动墙等可以按照学习需求任由师生自由摆放。还应在空间内加入彩笔、图纸、剪刀、胶带等物品制作和思维图绘画的工具，以便学生实施方案的过程中，能够使用只能模拟环境来检验方案的可行性，使方案的信度更高。另外，在多媒体设备中需要安装支持知识建构、思维可视化等软件。例如新开发的知识论坛6.0，其支持开放资源的开发，而且融合了其他开放资源的工具和特征，可以作为一个不断演化的原型( prototype），以此支持知识建构和计算机支持学习。[20]

2.教师应该更关注设计过程中学生思维的培养

设计思维的培养对学校教师的专业能力提出了更高的要求，为提升教师的专业的能力，需要教育部、学校和教师个人三方共同的努力。在美国教育技术国际协会中发布的《教师标准》中指出“设计者”是未来教师的重要角色。[21]作为教育领域中重要的双主之一，需要不断提升自身设计与知识建构能力，才能在学科教学过程中培养学生的设计思维。因此，在教师专业能力培训中加入这一专题，使更多的教师能够认识、认同这一理论。学校在集团式办学的环境下可以举办主题式讲课、设计创新大赛，鼓励教师成为指导教师带领学生参赛，从而在实践过程中加以运用，真正的掌握和理解设计思维对教学的重要作用。对于教师来说，可以组建来自各个领域的教师的教学团队，创办设计思维培养的工作室，在教研活动中不断探索对设计思维的培养模式和策略，将自身作为设计思维导师，既扮演传统教师的角色，又是榜样，还是学生思维模式上的导师。此外，教育公司也可为教师准备更系统、更立体化的“教参”，更好地支持教学的课堂教学。

3.应用多种教学策略开展教学活动

为了吸引小学生对设计思维教学活动的兴趣，引发兴趣并激起解决问题的积极性，教师需要应用问题式、项目式、协作式等多种教学策略完成教学内容。杜威认为不应脱离现实孤立地、抽象地训练思维力。[22]因此在培养设计思维的过程中，需要以真实世界的问题为支撑。在教学过程中的问题必须是学生所熟悉并贴近于实际生活，根据设计思维和知识建构理论均倡导多学科多领域之间的思想碰撞，从而产生创新型想法和解决方案的理念。在完成问题的过程中，学生将以学习共同体形式学习和工作，来自不同文化和社会背景下的学生和教师一起进行学习研究，是一种非常有效的同伴学习方法。[23]这种学习共同体包括“师-师”之间以设计思维理念为基础的教师共同体，进行基于学科、资源等的整合设计；[24]“师-生”之间以设计思维的引导者和创新者的角色共同组成；“生- 生”之间知识建构组内共同体，鼓励小组内有明确有效的分工，发挥各自的最大价值，从不同的视角建构对问题的认识，进行头脑风暴，从共享到共生激发创意。

4.教学活动的开展要以小学生思维发展特点为基础

根据皮亚杰认知发展阶段理论，小学生的思维方式处于具体运演阶段。虽然已经具有了明显的符号性和逻辑性，但缺乏抽象性，因此在进行设计思维培养的过程中，需关心思维由具体形象到抽象逻辑过渡的“关键年龄”，一般将其确定为三、四年级前后（约10-11 岁）。那么根据“关键年龄”可以将小学阶段划分为初小阶段和高小阶段。初小阶段首次接触知识建构式教学，在设计思维培养过程中注重学生观察力和兴趣的养成。须设定亲近大自然、生活中的小妙招等较为简单具体、贴近日常的设计思维活动主题。引导学生使用色彩丰富、操作简单的思维导图工具进行知识可视化，辅助学生进行思维发散和想象力的发展。高小阶段已经基本适应了知识建构式教学，具备简单设计思维能力，关注学生思维聚合和实践能力的发展。此时，教师可以创设茶水分离器等日常中需动手可操作性解决的问题，通过汇报等形式推进作品的生成，在作品完成的过程中运用多种知识迭代优化作品，从而形成解决问题的思考方式。

5.运用多种评价相结合的方法评估教学效果

教学效果评价应以学生为中心，关注学生是否获得了有意义的学习经验。将设计思维引入教育中，在对设计思维教学活动进行评价时，一方面要关注显性收获的评价，即学习活动中产出的作品（设计方案、模型或者实物)，对学生作品的评价需要制定相应的评价标准，这个评价标准要做到明确全面和可操作化。另一方面比起评价学生的设计制品或知能掌握情况，更加重要的是评价学生的学习和发展的隐性发展过程。知识建构理念下的设计思维，主要考察的是学生共情能力、协作学习能力、发散与聚合思维能力、动手能力和人际交往能力等，评估方式也与传统评价不同，采取带有设计思维特色的方案设计、逻辑评价、面对面考评等对学生的“思维模式”习惯进行考查。这种评价模式对评价者提出了很大的挑战，可以参照工程教育的CDIO 模式的做法，聘请校外真实企业家或企业高管加入考评组，还可以参考Razzouk等人[25]通过了对《基于技术的21 世纪技能评价》中“使用证据为中心的设计来评估探索学习”的改编。另外，要注重对问题解决方案过程中每个阶段的质量评价。通过形成性评价的方式对每个阶段产生的方案进行分析则能分析出学生思维的变化，而且在观点强化的过程中，学生能够借助汇报的方式整理思路、结合相关知识的讲解，将解决方案分享出来得到大家的认可，这能反映出学生的整体设计思维发展的程度。除此之外，还可以直接采用问卷、量表和访谈的方式来评估设计思维的发展程度。