面向设计思维的中小学创客教学活动设计研究

仝春燕

摘要：创客教育是教育变革的重要支点，但在目前的中小学创客教育中，很多教师仍采用旧的教学范式，在组织学生换位思考、引导学生创意构思和指导学生建模迭代时缺少科学有效的方法和途径。面对这样的现状，作者在推动区域中小学创客教育的教学实践中，尝试将设计思维成熟的思想和方法体系应用于教学活动中，构建了面向设计思维的中小学创客教学设计框架，并结合实践案例进行应用阐述，以期为创客教育提供可参考的创新路径。

关键词：设计思维;创客教育;教学活动设计

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）08-0078-03

● 创客教育亟须实践模式创新

创客教育强调在创新造物的过程中培养学生的解决问题能力、创新能力和协作能力，促进学生成为具有创客理念和创客能力的学习者。但目前国内的创客教育，在具体实施路径和方法等方面的教学实践和研究还不够深入，教学中“不遵循教育规律，缺乏科学的教学设计”“教师仍采用原有的教学范式，学生作品机械模仿”等现象时常出现，从而导致创新能力的培养流于形式。因此，亟须探索一种适用于创客教育的实践创新模式。

● 设计思维在创客教育中的“使能”作用

设计思维（Design Thinking）的核心理念是“以人为中心的设计”，其被广泛应用于商业设计、产品设计和教育等领域。“使能”教学是指通过帮助学生在思维活动中获得相应的认知加工路径，从而完成深度思考或设计创造作品等复杂的任务。但很多中小学教师不熟悉“使能”教学，在创客活动中不能为学生的各种思维过程提供支持工具，学生的思维很难得到高质量的培养，更谈不上创新能力的提升。

设计思维和创客教育都提倡以学生发展为中心，在真实的问题情境下开展小组合作和探究，关注用户体验，以解决问题为驱动力，在完成作品创作的过程中培养学生创新意识、创新思维和创新能力。因此，笔者认为将设计思维“使能”于创客教育中，能够有效培养学生的创新能力、问题解决能力等综合能力。

● 面向设计思维的中小学创客实践

1.运用设计思维优化创客教学设计流程

笔者依据设计思维的思想、工具和方法体系，提出面向设计思维的创客教学活动设计框架。活动流程包括探索、定义、构想、创造、分享五个环节，活动采用项目学习的方式实施，具体如下图所示。

教学活动框架的内核是设计思维，外沿是项目学习的基本要素，五个环节分别是：①探索。学生置身于教师创造的问题情境中，通过用户访谈、观察等方法调查并了解需要解决的问题，完成换位思考。②定义。教师提供相关资源，学生用研讨、面谈等方式分析总结要解决的有价值且可行的关键问题，初步设计出解决方案。③构想。小组成员通过头脑风暴、绘制思维导图等途径提出想法，教师指导学生梳理想法，在充分讨论、分析后形成详细的问题解决方案。④创造。小组成员借助各种原型工具将解决方案进行原型制作，在制作过程中多次迭代、调整至最优的解决方案。⑤分享。通过用户测试、评估和分享等对原型进行测试，得到修改建议。

在面向设计思维的创客教学设计和创客活动中，教师指导学生进行换位思考，引导学生从实际的问题或需求出发，针对问题（或需求）进行系列调查和探究，准备相关的知识与技术，然后商讨和选择解决方案并设计出作品原型（或初步方案）。将原型可视化之后通过用户测试、收集反馈，对方案进行可行性和实用性的评估，找出存在的问题并反复迭代和完善。整个过程多次循环和迭代，直至达到满意的解决方案。

2.面向设计思维的中小学创客实践

（1）面向设计思维的开源硬件创客项目

开源硬件具有开放性、灵活性和成本相对低廉等特点，在基于开源硬件的创客教学中，运用设计思维实施开放式的学习和创作项目，可以更好地激发学生的想象力和创造力。

例如，笔者所在区某小学运用设计思维借助开源硬件开展“红外计数器”创客项目。该创客项目要求使用红外计数器设计一个作品，解决生活中的小问题。学生从生活出发，了解广场停车场入口的计数装置和图书馆门口大屏上的人数统计，体验红外计数器的使用。教师组织学生以小组为单位进行头脑风暴并以草图的形式将创意表达出来，同时利用红外避障、主控板、数码管等器材完成硬件搭建，并完成代码编写，实现初步计数功能。在交流分享环节，各小组请其他组的成员作为用户进行体验，并根据建议进行完善和修改。

在创客实践中，教师立足设计思维，让学生做设计师，并置身于设计团队（小组）中，完成从生活需求出发提出想法、设计草图、团队协作和交流分享四个环节，在完成作品创造的同时解决最初的需求。

（2）面向设计思维的图像化编程项目

运用设计思维进行图像化编程软件的教学，通过项目开发的形式进行创客实践，既增强了项目的开源性，也有利于培养学生的创新思维和计算思维，有效提高创新能力。

例如，笔者所在区某初中开展的基于融通理念的图形化编程创客教学，设置了“故事篇”“游戏篇”“科学篇”等不同主题。“科学篇”是指将生物、地理、数学、物理、天文等学科融通，通过图形化编程制作动画模拟植物的光合作用、模拟燃烧时火焰粒子的运动等。“探秘黑洞”是“科学篇”中的创客项目之一，其教学活动流程为：①探索。教师提出项目背景，学生分析探秘黑洞的问题情境，完成初步信息化表达。②定义。学生观看有关“黑洞”的视频等资料，通过剖析黑洞周边物质的高速运动现象等关键问题找出图形化编程的切入点。③构想。学生通过头脑风暴、借助思维导图进行项目规划，完成剧本设计、角色设计和脚本设计。④创造。通过克隆、随机等核心组件完成动画模拟模型，测试动画效果后分析存在的問题，反复调试修改完善。⑤分享。小组间交流测试“探秘黑洞”成品，并根据反馈意见或作品评价表进行修改。

教师在教学活动中为学生提供微视频、学习帮助手册、活动任务单等工具和资源，学生在创客项目实践中反复经历“尝试新想法—评估目标—调整和完善”过程，最终完成项目开发。这样既让学生理解和掌握了程序设计的基本思想，又从问题解决层面增强了学生动手实践的能力。

（3）面向设计思维的创客校本课程

创客校本课程是中小学创客教育校本化的成果体现。例如，笔者所在区某小学围绕校本文化“水科技就在身边”，实践了“智能亲情水杯”“水位警报器”“电动小水车”等创客项目，通过积累形成了面向设计思维的创客课程，课程涵盖3D打印、开源硬件和图形化编程等内容。课程中，“节约用水·智能浇花器”项目具体活动设计为：

探索（问题/项目）：了解节约用水的项目需求，分析如何既节约家庭用水又方便浇花。

定义（使能/工具）：在学习相关的知识后（湿度传感器、水泵等）思考，如何检测土壤湿度？怎样把鱼缸里的水引到花盆里？小组讨论设计初步方案。

构想（设计/方案）：研究水泵实际应用案例，小组通过头脑风暴提出并选择解决方案，设计智能浇花器的作品原型（或初步方案），功能为能实时监测土壤湿度，当土壤缺水时，可自动启动水泵抽取鱼缸里的水浇花;当土壤水分充足时，可自动关闭水泵。

创造（原型/作品）：各小组画出浇花器原型，利用3D建模软件設计外观;确定智能浇花器主要由土壤湿度传感器和潜水泵控制回路组成，动手连接并编写智能浇花器程序。

分享（评价）：小组成员在家中试用后进行交流反馈，并做外观和功能的修改和完善。

在创客教学活动设计中，教师立足设计思维，设置了“我将学会”“构思设计方案”“动手实验”“探究小屋”“设计师的成长”等环节，每个环节都有教师的“资源支持”。尤其是在“设计师的成长”环节，教师指导学生进行创新改进，促使学生充分利用软硬件等资源进行再思考，从而培养学生利用设计思维解决生活中问题的能力。

● 总结与展望

在区域中小学创客教育实践中，笔者所在区域教育部门将设计思维和创客教育紧密结合，注重创客教学活动的优化设计。笔者发现，在创客教学活动中开展多维度评价有利于学生创新能力的有效提升。因此，教师不仅要关注学生对学科知识的掌握情况和最终的学习结果，更要关注学生在创客活动中的思维变化和探究表现。

虽然目前创客项目及课程的开展已取得了一定的成绩，但还面临不少问题，如如何让更多的创客教师更早地接触并学习设计思维？如何让学生在创客活动各环节中潜移默化地使用设计思维、如何借助创客空间资源和新技术更好地运用设计思维等，都是在面向设计思维的中小学创客教学活动实践中需要深入思考的问题。后续，笔者所在区域教育部门将充分利用区域内高校及创新企业的资源，邀请不同领域的专家对创客教师进行设计思维的专题培训，其中包括设计思维的内涵、应用案例和思维工具的使用等内容;多学科开展基于设计思维的专题研训活动，实现跨学科的合作和实践研究，通过使用面向设计思维的中小学创客教学设计框架开发新的创客课程，为培养学生的创新思维和提高学生的创新能力提供更有效的资源和支撑。

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