設(shè)計思維視角下的跨學科項目化教學路徑探尋
——以“智能燈設(shè)計”為例

夏熙瑞 江蘇省宜興市實驗小學

《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）以真實問題或項目驅(qū)動為基本途徑，強調(diào)利用信息科技解決真實場景問題。新課標中的學習內(nèi)容由“內(nèi)容模塊”和“跨學科主題”兩部分組成，與以往開設(shè)的義務(wù)教育信息技術(shù)課程相比，新課標在內(nèi)容方面實現(xiàn)了由“技術(shù)”導向向“素養(yǎng)”導向的轉(zhuǎn)變。設(shè)計思維作為一套支持學習者創(chuàng)新思考和問題解決的方法論，是工程設(shè)計、社會科學和藝術(shù)科學的有機融合。[1]設(shè)計思維應(yīng)用過程中涉及的跨學科、同理心、真實情境下的問題解決、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)與信息科技新課標所強調(diào)的學科整合、真實場景中的問題解決、創(chuàng)新創(chuàng)造力的培養(yǎng)等理念不謀而合。因此，筆者將設(shè)計思維引入跨學科的項目化教學過程，探究如何運用設(shè)計思維優(yōu)化項目教學，并以“智能燈設(shè)計”為例進行案例設(shè)計。

●設(shè)計思維對跨學科項目化教學的作用和意義

1.設(shè)計思維是核心素養(yǎng)培養(yǎng)的“助推劑”

設(shè)計思維對核心素養(yǎng)四個方面的培養(yǎng)具有隱性和顯性價值。隱性價值體現(xiàn)在通過設(shè)計過程引導學生創(chuàng)造，通過設(shè)計作品推動核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。顯性價值則體現(xiàn)在可以通過呈現(xiàn)的成果作品體現(xiàn)素養(yǎng)的達成度。而學生利用設(shè)計思維設(shè)計作品的過程，既需要對信息進行搜集、判斷、整理，也需要動腦、動手運用各種設(shè)備、資源，創(chuàng)造性地解決問題，直到最終完成作品，這一過程體現(xiàn)了設(shè)計思維對核心素養(yǎng)培養(yǎng)的助推作用。

2.設(shè)計思維是跨學科融合教學的“粘合劑”

新課標強調(diào)跨學科融合，跨學科融合教學是以某一學科(要學習的學科)為主導，通過融合其他學科知識，有效地解決問題，更好地達成教學目標。[2]如果把學科知識比作碎片，設(shè)計思維就像“粘合劑”，通過創(chuàng)意設(shè)計將這些原本獨立的多門學科的知識碎片進行粘合，便可以形成一種可以創(chuàng)造的力量，作用于作品的實現(xiàn)和問題的解決。

3.設(shè)計思維是項目化學習的“催化劑”

設(shè)計思維作為一種有效的問題創(chuàng)新解決方法，能夠從思維方法層面教會學生換位思考、創(chuàng)意構(gòu)思、原型迭代等技能，使創(chuàng)新設(shè)計變得簡單、透明。設(shè)計思維還能改變學生參與項目的態(tài)度，設(shè)計讓項目學習變得更多樣、有趣，學生有了發(fā)表自己設(shè)計想法的空間，每個人也可以發(fā)揮自己的特長為作品的設(shè)計做貢獻，因此參與的積極性也就提高了。此外，在項目的創(chuàng)新設(shè)計過程中，學生利用設(shè)計思維，像設(shè)計師一樣去思考，創(chuàng)造力大大提升。設(shè)計思維的這些作用，就像“催化劑”一樣，不僅可以優(yōu)化項目實施過程，還可以提高項目質(zhì)量。

●基于設(shè)計思維優(yōu)化項目化教學的路徑探尋

斯坦福大學推出的EDIPT模型是目前全球教育領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的設(shè)計思維模型。該模型包含五個階段：同理心、定義問題、構(gòu)思、原型制作、測試。項目化教學法的一般過程包括六個步驟：情境導入，明確任務(wù)——搜集資料，制訂方案——自主協(xié)作，具體實施——點撥引導，過程檢查——展示成果，修正完善——評估檢測，拓展升華。本研究嘗試結(jié)合項目教學法和EDIPT設(shè)計思維模式，對項目教學的步驟進行優(yōu)化設(shè)計，希望同時發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，為學生提供更多“進行設(shè)計創(chuàng)新”的機會。優(yōu)化后的教學環(huán)節(jié)如下圖所示。

●基于設(shè)計思維的跨學科項目教學案例設(shè)計

1.項目背景

新課標要求5～6年級學生要完成“小型開關(guān)系統(tǒng)”這一跨學科主題活動。生活中開關(guān)控制的裝置有很多，最常見的就是開關(guān)控制燈具。隨著科技的發(fā)展和時代的進步，燈的功能和外觀也發(fā)生了變化，這都源于人們對燈的審美和需求的進一步追求。現(xiàn)在的燈具不只是照明，更具有裝飾功能，而且還變得更加智能。“智能燈設(shè)計”項目可以讓學生利用簡單的開源硬件，綜合運用信息、數(shù)學、美術(shù)、科學等知識，進行個性化編程設(shè)計，從中了解智能燈的過程與控制，并通過迭代，感受作品的設(shè)計過程，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。

2.活動目標

跨學科項目化教學的項目目標包括知識目標和素養(yǎng)目標。知識目標定位于學生將知道、將理解，指向?qū)W科知識；素養(yǎng)目標定位于學生將掌握、將設(shè)計和學生將成為，指向關(guān)鍵能力、學科素養(yǎng)、跨學科素養(yǎng)等。[3]

學生在教師的引導下通過自主、合作探究，達成以下目標。

知道：人類照明燈具進化史、智能燈的作用和優(yōu)勢。

理解：主控板和常見的傳感器、各個傳感器的作用原理。

掌握：會分析，會設(shè)計，綜合運用信息科技、數(shù)學、科學、美術(shù)等多學科知識，創(chuàng)意設(shè)計智能燈的功能和造型，并對作品進行調(diào)試、完善、迭代。

3.實施過程

（1）創(chuàng)設(shè)情境，共情定義

這一環(huán)節(jié)對應(yīng)設(shè)計思維EDIPT模型中的同理心和定義問題兩個階段。項目化教學和設(shè)計思維都強調(diào)要從真實問題引入，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學生通過觀察情境，發(fā)現(xiàn)問題、定義問題。同時，還要“以人為本”，讓學生站在目標對象的角度去體驗和思考問題，為定義和解決問題奠定基礎(chǔ)。

教師首先從“地球一小時，推動電源管理，減少能源消耗”這一情境入手，通過視頻和場景圖片讓學生了解智能技術(shù)如何與現(xiàn)代新光源設(shè)備及各種照明節(jié)能技術(shù)有效結(jié)合，進而感受信息科技帶來的嶄新的照明文化。然后讓學生組成學習小組，從應(yīng)用場景出發(fā)，將自己想象成該場景下的用戶，通過“身臨其境”思考該場景下如何改良和設(shè)計燈具。燈具在生活中普遍存在，應(yīng)用場景也比較廣泛，如果只局限于一個場景，難免會限制學生的創(chuàng)造力，所以在設(shè)計該項目時，為了激發(fā)學生的創(chuàng)造力，不要局限于特定場景，可以讓小組討論決定選擇的場景，去發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新及合作精神。

（2）搜集資料，創(chuàng)意設(shè)計

該環(huán)節(jié)對應(yīng)設(shè)計思維EDIPT模型中的構(gòu)思階段，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)要給學生提供設(shè)計的有效指導和需要的材料（如計算機、筆、紙等），教師可以通過頭腦風暴、九宮格法、思維導圖等多種方法，激發(fā)學生的靈感，促使創(chuàng)意的誕生。

智能燈的設(shè)計需要考慮場景、用戶群體等因素，場景不同、針對的用戶群體不同，設(shè)計需求也會有所不同，所以在這一環(huán)節(jié)需要對學生的設(shè)計思路進行啟發(fā)。教師可以為學生搜集資料，學生也可以自己上網(wǎng)搜集資料，為設(shè)計提供支持。設(shè)計時教師和學生一起理清需要考慮的角度，如理念、場景、用戶群、外觀等，并通過頭腦風暴的方法，讓學生獲得設(shè)計靈感，再利用思維導圖構(gòu)思智能燈的外觀和功能，最后，在小組討論確定方案后，設(shè)計草圖。

（3）協(xié)作探究，項目制作

此環(huán)節(jié)對應(yīng)設(shè)計思維EDIPT模型中的原型階段，注重學生動手能力和實踐能力的培養(yǎng)。在本環(huán)節(jié)，學生根據(jù)上一環(huán)節(jié)的創(chuàng)意設(shè)計，選擇合適的工具和材料，綜合運用多種學科知識，將創(chuàng)意變成現(xiàn)實。此環(huán)節(jié)的活動要體現(xiàn)學生的主體地位，讓學生做項目活動的主人，主動探究。在項目完成過程中，教師還要努力營造合作學習的環(huán)境，鼓勵所有學生主動參與到小組討論中并和同伴合作。此外，除了給學生提供必要的資料、工具和材料，還需根據(jù)學生在制作過程中遇到的問題，給予相應(yīng)的點撥引導。如果是跨學科問題，則組織跨學科團隊，提供輔導和支持，如果學生遇到共同問題則共同解決，個別問題則單獨指導，讓學生不斷克服困難，修改設(shè)計，使他們的高階思維保持活躍。

在智能燈設(shè)計中，這一環(huán)節(jié)涉及燈的物理設(shè)計與編程、外觀設(shè)計。教師要對學生會遇到的共性問題進行整理，并與學生共同解決，對于主控板的連接、LED燈、按鈕、聲音傳感器、光敏傳感器、超聲波傳感器、紅外遙控器、紅外避障傳感器等硬件方面的問題，教師需要講解，并提供可反復學習的資源，以便學生在需要的時候自主學習、解決問題。在編程方面，教師要引導學生采用自然語言或流程圖來描述控制算法，并根據(jù)反饋結(jié)果，調(diào)整算法。燈的外觀設(shè)計則需要科學、數(shù)學和美術(shù)教師的幫助，設(shè)計的角度可以從材料的選取、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、環(huán)保理念等方面進行指導。這一階段，學生會運用到信息、數(shù)學、美術(shù)、科學等多個學科知識，這已經(jīng)超出了單學科教師的能力范圍，所以在開展活動時，可以組織一個跨學科團隊，由各個學科的教師參與合作，共同為學生提供知識支持和指導。

（4）展示評價，成果分享

此環(huán)節(jié)對應(yīng)設(shè)計思維EDIPT模型中的測試階段。設(shè)計思維EDIPT模型中的測試階段指的是把制作的原型給用戶使用，獲得反饋信息，以便進一步改進。此環(huán)節(jié)主要是教師組織學生進行成果的分享和評價。評價應(yīng)采用多元評價，評價時要營造開放、寬松的評價氛圍，努力實踐過程評價與結(jié)果評價雙向并重，評價主體、評價方式、評價內(nèi)容多元。通過評價讓項目的設(shè)計者能獲得及時有效的反饋。此外，根據(jù)設(shè)計思維EDIPT模型的理念，教師還可以引導學生利用課后的時間，盡可能把成果分享給真實用戶，從而獲得更加真實的反饋。

（5）迭代優(yōu)化，拓展升華

學生得到反饋后要對項目作品進行再加工。在這一環(huán)節(jié)，各個小組對展示評價階段收集的意見進行整理思考，對自己小組的智能燈作品再次進行迭代優(yōu)化，讓設(shè)計更實用、更人性化。

●結(jié)束語

新課標提出的跨學科主題項目，無論是對教師的教、學生的學，還是對教師的個人素養(yǎng)和學生的綜合素養(yǎng)都極具挑戰(zhàn)性。如何讓學生在項目學習中既學到多學科知識，又能夠采用新穎的視角思考分析問題，設(shè)計和創(chuàng)作具有個性化的作品，設(shè)計思維為其提供了全新的視角。