创新设计思维方法在程序设计实践教学中的应用研究

朱彦陈，林剑鸣，熊佳祺，叶青

（江西中医药大学 计算机学院，江西南昌 330004）

创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力，是企业持续性发展的源泉，也是个人取得成功的关键因素[1-2]。目前创新设计主要在设计类学科中使用较多，如服装设计、园林设计、建筑设计等[3-6]。本文将创新设计思维方法融入计算机类基础核心课程高级语言程序设计课程中，先通过调查问卷了解学生对创新思维的认识，然后利用创新设计思维方法引导学生把所学的知识点画出来、讲出来、用起来，以此来训练学生的创新思维能力。

1 创新设计思维概述

1.1 创新设计思维的概念

创新设计思维是一种以目标实现为导向的方法论，是对预定目标进行有步骤地设计、规划，寻求实用、富有创造性的解决方案的过程[7-8]。该方法论由原哈佛大学设计学院院长Peter G.Rowe 于1987 年首次提出，并由设计咨询公司IDEO 推广。

1.2 形成创新设计思维的步骤

1991 年，大卫·凯利创建了IDEO 公司，并创新了设计思维的基本框架[9]，包括三个阶段：启发、构思和实施。启发阶段是理解、观察并总结出需要解决的问题，构思阶段是利用头脑风暴和原型快速开发的手段完善、测试创意的过程[10]，实施阶段是将想法从项目推向应用的过程[11]。

2012 年，鲁百年教授成为德国SAP 公司大中国区商业创新团队的首席架构师，他对创新设计思维做了充分的研究后，将创新设计思维框架分解为三大阶段和七大步骤，与IDEO 公司的设计流程相似的是把创新过程分成三大阶段，最大的区别在于构思阶段的方案设计环节[12]，它利用原型设计、优先级别、优化完善、想法聚类、狂野创意、信息探索六大类手段对方案进行设计优化，寻求问题的最优解决方案。

2 创新设计思维的实施路径

本课题以江西中医药大学计算机学院的生物医学工程专业和计算机科学与技术专业的学生为研究对象，通过实证研究，分析该校2 个专业的学生对创新思维的认知和学习创新思维的意愿，并设计相关的教学方案，把创新设计思维融入课堂教学与实践教学，为促进中医药院校计算机类大学生创新能力培养提供参考。

2.1 创新设计思维认知研究

2.1.1 调查问卷设计

根据文献资料和专家意见设计了关于创新设计思维认知的调查问卷，本问卷共计12 个题目，主要从个人基本信息、程序设计课程评价、对创新的认知三个维度了解学生对创新的关注度、兴趣等。

2.1.2 数据来源

该项研究采用问卷调查法，在江西中医药大学计算机学院的2019 级、2020 级、2021 级的生物医学工程班和计算机科学技术班采集数据，调查问卷采用不记名的方式，共收集有效问卷257 份，其中男生142 人、女生115 人。

2.1.3 研究结果与分析

（1）个人基本信息数据分析，主要包括专业兴趣爱好、是否掌握基本的逻辑思维能力、是否掌握一定的软件或数学建模能力、是否能利用编程软件设计一个完整的程序4 个方面，并对选项进行合并处理，将非常喜欢、比较喜欢、喜欢合并成“喜欢”，将不太喜欢、非常不喜欢合并成“不喜欢”；将非常符合、比较符合、符合合并成“符合”，将不太符合、非常不符合合并成“不符合”；将非常重要、比较重要、重要合并成“重要”，将不太重要、非常不重要合并成“不重要”。

（2）个人基本信息数据表明：有86.77%的学生对自己所学专业比较有兴趣和爱好，说明多数学生喜欢自己的专业。能用一门程序设计语言完成基本程序设计的学生达到82.88%，这对于理解和学习程序设计具有较好的支撑作用。

分析学生对程序设计课程评价的结果发现，81.71%的学生对程序设计课程比较有兴趣，98.83%的学生对程序设计课程内容注重理论前沿性、理论与实际相结合较为满意，98.44%的学生认为程序设计课程教学中注重启发式、探究式方法，能够培养学生自主学习能力。

从表1 可以看出，学生对创新活动的看法是比较正面的，89.49%的学生认为创新很重要，自己愿意参与创新活动，对创新信息的关注点主要集中在产品创新和营销思路上，选择这两项的学生占比为89.10%，说明学生认为产品和营销思路的创新更实用；在如有机会参与创新设计思维训练这个问题上，愿意全程参与的学生占比29.18%，会参与一部分的学生占比53.7%，说明大部分学生希望参与创新设计思维训练；针对于拼多多成功案例本质上属于运营创新的问题，有36.19%的学生选择了正确答案，这部分学生具有较好的逻辑判断能力。

表1 对创新设计思维的认知

从以上分析来看，大部分学生喜欢自己的专业，有参与创新的内在动力，并且愿意参与创新思维的训练，更关注产品创新和营销思路创新。

2.2 创新设计思维训练

2.2.1 创新设计思维流程再造

创新设计思维是一种方法论，系统给出了创新的流程，包括启发、构思、实施等主要过程，将创新设计思维应用到高级语言程序设计的课程学习中，需要对图1 所示的流程再造，以适用于课程知识学习。

图1 程序设计课程创新设计思维流程再造

（1）启发阶段。

本阶段的主体是教师，分为两个环节，一个是主题定制，主要由教师提出需要解决的问题；另一个是问题解读，教师引导学生分析解决该问题需要用到的知识点和注意事项。

（2）构思阶段。

①分组讨论：将一个班级的学生按每组9 人分成若干个小组，每个小组任命一名小组长，小组长的主要职责是根据教师的引导组织学生参与教学活动。

②头脑风暴：需要发散性思维[13]，人人参与，提出多种想法或者是可实行的方案。在小组讨论阶段，该环节尤为重要，它能最大限度调动学生参与积极性和思考的主观能动性。

③知识重构：知识重构就是在不改变知识内容的提前下对知识重新整合和组织，从不同深度、不同层面、不同点位全方位了解相关知识，实现对知识的快速检索和应用[14]。课本的理论知识相对比较分散，但在应用时知识相对比较多样，一个问题的解决往往需要用到多个知识点，这时，学生需要根据题目的要求提炼出用到的知识点，并进行融合、重构。该阶段主要培养学生对知识融会贯通的能力。

④流程制定：在知识重构的基础上，对需要解决的问题给出程序流程图或其他流程图，用于描述解题方法或思路。该阶段主要培养学生的逻辑思维能力。

⑤算法优化：当学生能够使用自己的算法解决教师提出的问题时，教师可以引导学生思考，看是否有更优化的算法，从而使学生加深对算法的理解。该阶段主要培养学生拓展思维的能力。

（3）实施阶段。

本阶段的主体是学生，让学生进行编程，将预定的问题解决，然后进行总结，形成解决问题的文档。该阶段主要培养学生的编程能力和总结能力。

2.2.2 创新设计思维流程案例演示

教师在讲解循环的应用时，会讲到编程求解2 个正整数的最大公约数和最小公倍数问题。

（1）启发阶段。

教师需要讲解什么是最大公约数，引入案例《九章算术》中的算法——“更相减损术”，通过该案例将“坚定文化自信”的课程思政内容导入课堂，并将该算法用一个实例演算出来。

（2）构思阶段。

该阶段的主要目的是解题方案设计，每个小组的最终任务是向教师提交一套解题方案，也就是算法。鼓励学生通过头脑风暴或者查阅资料提交更多的解题方案，对能给出多套解决方案的学生予以适当的奖励。在课堂实施过程中，有多个小组能给出“暴力算法”“欧几里得算法”，这说明在该阶段学生能主动思考，积极参加教学活动，同时加深了对知识点的理解。

（3）实施阶段。

该阶段主要的工作是把构思阶段给出的算法用C语言程序编写出来，有多个算法需要编写多个程序。最后，教师会随机选择一个小组，让该组对程序进行讲解，最后形成程序文档。

3 结语

在“双创”教育背景下，将创新设计思维的方法用于程序设计的课程教学中，用创新设计思维的方法讲解专业课的知识，在训练学生创新设计思维的同时，也使学生更好地学习了专业课知识。在课程实施过程中，不但有效提高了课堂的活跃度，更有效锻炼了学生的创新设计思维能力、表达能力、逻辑思维能力、主动学习能力和团队合作能力，提高了学生的综合素质，对培养创新型人才具有重要意义。