设计思维培养为导向的小学STEAM课程教学设计流程构建

2020-07-31 09:35杨彩香钟媚黄苗苗潘霞
中国教育信息化·基础教育 2020年5期
关键词:设计思维STEAM教育教学设计

杨彩香 钟媚 黄苗苗 潘霞

摘  要:随着科技的快速发展,STEAM教育越来越注重创新人才的培养,设计思维作为以人为本的创新模式,与STEAM教育的培养理念能够深度融合。文章阐述了设计思维的内涵与核心环节,同时结合设计思维的主要特征,梳理了小学STEAM课程教学设计原则,并尝试构建出设计思维培养为导向的小学STEAM课程教学设计流程,以期为小学STEAM课程实际教学提供参考与借鉴。

关键词:设计思维;STEAM教育;课程;教学设计

中图分类号:G434       文献标志码:B          文章编号:1673-8454(2020)10-0023-04

一、引言

随着科技的迅速发展,培养创新人才已成为各国STEAM教育的重要战略目标。如美国2018年发布的《制定成功路线:美国STEM教育战略》(Charting a Course for Success: America's Strategy for STEM Education)[1],通过大力推动STEAM教育,发展广大学习者的创造力,促进创新型人才的养成。创造力是21世纪的关键能力,设计思维则是21世纪人才创新能力培养的关键因素[2],其重视从人的需求出发,运用综合知识构成创新方案,最终解决现实问题,与STEAM教育的跨学科融合以及培养创新思维理念有很大的类似之处。

但总体上来看,国内STEAM课程起步较晚,虽然不断运用各种教学模式,如项目式学习、基于设计的学习模式[3]、5E/6E流程[4]、混合式学习模式等,这些模式为STEAM课程教学设计提供了参考框架与研究方向,但也存在诸多问题:首先,STEAM教育没有形成系统完整的课程标准,没有规范的教材[5],不能提供详细的实践指导;其次,在启发创新环节,大多停留在较抽象的概念,缺乏引导学生对创新设计的方法和支持工具的使用策略,进而无法设计出真正激发创新的有效路径;最后,STEAM课程设计缺少理论支持,未能冲破形式深入探究与设计,这些将导致学生问题解决能力和创新思维的提升效果微弱。

因此,将设计思维融入到STEAM课程中[6],能为STEAM课程设计与教学提供很大的帮助。在理念上,設计思维强调系统看待问题,综合程序步骤、组织概念等创建一个系统的解决方案[7]。在思维模式上,符合STEAM课程基于设计/项目式教学方法,既为教师教学设计提供了完整的流程参考,又促进了学生创新学习。在方法策略上,设计思维有系统配套的工具方法。综上所述,应用设计思维对小学STEAM课程进行教学设计,更能促进学生创新思维的培养。

二、设计思维培养为导向的小学STEAM课程

1.设计思维

设计思维由英文单词“Design Thinking”翻译而来,也称设计思考,是一种培养创新思维的学习。从本质上看,设计思维是利用设计师的思维方式,为学习者提供适切的思维支架,引导学习者从问题出发,发挥现有资源优势,逐步掌握创意构思、原型迭代等创新方法,最终实现问题的创新解决[8]。

关于设计思维,本文采用斯坦福大学推出的EDIPT模型,其包括“共情(Empathize)、定义(Define)、构想(Ideate)、原型(Prototype)和测试(Test)”五个阶段[9],详见表1。

2.课程教学设计原则

该部分参照设计思维的主要特征,将设计思维引入小学STEAM课程中,因而在小学STEAM课程教学设计流程的构建过程中可以从以下原则考虑,具体如图1所示。

(1)围绕真实问题情境进行创设

问题往往是生活中出现的,在小学STEAM课程教学设计中也应以真实发生的问题为导向,设计思维正是解决现实世界问题的思维模式。因此教师应带领学生察觉周围、体验生活、联系现实问题。另外现实生活中发现的问题一般具有劣构性,它也更有利于学习者设计与探究。

(2)以用户需求为中心的设计

共情(同理心)是设计思维的基本特征之一,它强调设计要符合以人文本的理念,不仅要站在学生的角度去考虑问题,还要引导学生以观察、倾听、访谈等方式发现用户需要,有助于教师设计出更适合学生需求的小学STEAM课程,学生也更易制作出满足用户的原型。

(3)注重创新思维的培养

设计思维可称为创新思维模式,也是一套支持创新的系统方法,无形中渗透创新思维的培养。在主题方面,打造一个具体可操作的创新项目;在设计方面,提供灵活且可调整的方法与工具,使得小学STEAM课程教学设计不再以识记性知识作为重点内容,而是关注学生创新方法的获取与创新思维的养成。

(4)关注小组合作

STEAM课程内容包含科学、技术、工程、数学与艺术等各类学科的问题,离不开团队合作,因此要将学生的团队合作模式贯穿始终,学生之间彼此碰撞、交流、合作、分享,创想出更多的解决方案。

(5)实行产品的迭代优化

传统课程倾向线性学习,而小学STEAM课程内容通常是非线性的,因此教师应运用设计思维模式引导学生迭代制作,即设计任务点,带领学生循环修正、改善原型,达到不断优化。

(6)采用多元化评价

关于教育的目的,英国思想家阿尔弗雷德·诺思·怀特海认为是培养学生自我发展的品质和能力[10]。因此在课程评价环节的构建中,不应将学生的最终制作视为唯一判断标准,而应关注其学习道路中的自我发展情况,如掌握的方法、获取的经验等。评价方式以多元化为核心理念,即要求评价主体、评价标准、评价工具等的多样化。

三、课程教学设计流程构建

本研究在小学STEAM教育中引入设计思维,采用EDIPT模型作为指导框架,结合小学STEAM课程理念和培养目标,提出设计思维培养为导向的小学STEAM课程的教学设计流程,如图2所示。该教学设计流程基于EDIPT模型的五大环节,增加了“分享和评价”环节,并整体改进,最终形成小学STEAM课程教学设计流程,包括“准备阶段、定义问题、创想方案、建构产品、测试与优化、分享与评价”六个环节,且每个环节对教师和学生的具体活动作了分析,为了帮助教师更便捷地设计,还补充了设计思维的支持工具,使学生的思维活动有了工具支撑。

1.准备阶段

教师:学情分析——情境创设——呈现主题

本环节重点开展学情分析和课题情境的创设。学情分析是教师教学设计不可或缺的一步,因为每个学生都是独一无二、各有特点的,比如他们阶段性的年龄特点、独特的爱好、已有知识存储与经验、个人学习风格以及学习能力水平等特征。对其个人学习情况的提前了解,有助于教师做出合适的教学计划与课程设计,创设符合学生爱好的情境故事,为以后的教学打好基础。教师可以在课前或新学期前开展调研,实现方式有课前观察、随机访谈、问卷收集、相关文献研究等,也可查找基本资料,如成绩册、档案袋等。接下来是情境创设,呈现符合的主题。

学生:产生同理心——情境体验——发现需求

学生在该环节为寻求用户的需求点,尝试深入展开观察和访谈,体验情境里主人公的情绪,产生同理心,进行换位思考,然后逐渐查找出尽量多的用户需求。尤其要利用好观察、访谈表、同理心地图等工具,把探索出的需求问题描绘在同理心地图中,为下一环节作铺垫。

2.定义问题

教师:知识介绍——传授探讨方法

教师在该环节主要是帮助学生将上一环节收集的问题进行筛选定义,引导学生高效且有方向地分析出要设计解决的问题,因此教师要提前介绍该STEAM主题的相关知识,可利用预习册、微课等形式呈现,然后讲解策略方法,助力探讨,如传授“如何/为什么图表”法,使学生了解问题信息的来源,提供定义问题表采集、梳理问题。

学生:组内探讨——确定问题

教师提供方法指导后,学生开始小组讨论,运用设计思维工具将大量需求信息加工分析。在讨論过程中,每个成员在梳理各自寻求的资料的基础上,与其他成员思考、碰撞、协调,直至问题明确地被陈述。当问题被界定后,派代表在课堂上简洁介绍。

3.创想方案

教师:启发诱导——激发创新

创想方案是学生实现问题解决的关键步骤,更是培养学生辐合思维、发散思维以及激发学生创新思考的核心阶段,充分展现了设计思维模型的优势。因此教师要设计出完整步骤,引导学生按步骤创想方案,一般包括提供工具及要求、头脑风暴、评论分享、选择方案、评价调整以及方案确认六个步骤。在组织学生头脑风暴的过程中,需准备相关资料,分享如何进行头脑风暴的策略做法,如设置提前预热的方式等等。另外,教师作为启发者、引导者,应设置有效的思路指引,提供针对性的设计思维工具,做到为学生开启全方位的疑难解答。

学生:集思广益——方案设计——确定方案

学生是创想方案的主力军,决定问题解决的创造性。该环节学生按步骤循环开展:预热后,学生开始集思广益,即运用工具(如便签),结合头脑风暴句式(假设我是__,我愿__)写出想法,然后聚集想法在组内讨论,分析出三个方案投选其一。最后还需将方案公布到班级中,收获其他小组意见,组内再根据不同见解调整方案细节,由此确定出设计结果。

4.建构产品

教师:提供资源——指导监督

建构产品环节是教师教学设计与现实直接相连的过程,它通过指导学生使用易得的材料制作产品模型,将上一环节形成的设计方案能够实际制作出来,有助于培养学生动手实践能力。

教师在该环节完成两项任务:一是为学生的建构提供资源,硬件资源是制作的原材料,如纸屑、木料等;软件资源是符合该STEAM课题的学习视频、网页平台等;其他资源主要是设计思维工具,如情境故事法、草图设计等。二是指导监督,教师虽然不直接参与制作,但是要贯彻指导监督,如营造恰当的学习气氛,小组合作指导和个性化指导双管齐下。值得关注的是,该过程的要点原则是“快速”,它提倡先粗略制作,之后再修补改进。

学生:小组协作——制作产品

学生根据已设计的方案开始建构,但这并不是一个人的战斗,而是通过小组成员共同协作完成的,小组通过产品制作接近用户,逐步实现问题解决,实质是学生思想与现实的碰撞,不可避免地会遇到各种困难,如选择哪些材料、如何搭建结构、遇到难点怎么办或寻求哪些帮助等,因此要善于使用各类工具和资源,以完成挑战。

5.测试与优化

教师:创造环境——体验反馈

对原型进行测试优化体现了设计思维的迭代性特征,也符合STEAM课程强调学生如同工程师般进行设计的初衷。教师在设计中,需坚守优化理念,以产品测试为中心,创造适宜的测试环境,体验测试结果并给予学生反馈性指导,引领学生不断测试与修正,实现迭代优化。

学生:测试产品——迭代优化

实现产品的理想效果是小组的优化目的,在这个过程中,往往会有挫折,但在教师的反馈意见下能够进行自我反思、循环改进,解决一次又一次的测试失败。为了更好地优化改进,小组成员可利用好记录表单,写上每一次测试的结果,并分析出错漏点,补充对应的解决方案。

6.分享与评价

教师:组织交流——综合评价

小学STEAM课程设计的最后环节不是一种结束,而是提供更全面的前进方向。教师主要是通过组织学生之间展示交流,然后相互评价,有师生评价、生生评价、自我评价等。在设计评价原则时,作品结果并不是唯一标准,而是强调整体设计的过程。

学生:展示作品——组间评价——改进完善

根据教师组织要求,小组派代表展现各自的学习思路和成果,结合评价表的内容进行自我评价、组间评价,学生在此过程中将获取更多的反馈意见,促进产品的改进与完善。

四、结语

在小学STEAM课程设计中,众多教育者陆续打造创新模式、关注创新工具、提倡创新设计、培养创新思维,但实际上仍存在许多问题。本研究在小学STEAM课程教学设计中引入设计思维,构建如何以设计思维为指导模式,设计小学STEAM课程教学流程,致力于学生问题解决能力、实验探究能力、实践操作能力、创新设思维能力以及合作沟通能力等STEAM相关素养的培养。其在具体的实践中,还需要广大教师能够把握设计思维与STEAM教育的核心理念,以设计思維培养为导向的小学STEAM课程教学流程作为指导,设计出充满灵活性、趣味性、教育性、创新性的课程,这也是本研究后续关注的方向。

参考文献:

[1]THE WHITE HOUSE .Charting a Course for Success: America's Strategy for STEM Education[EB/OL].https://www.White house.gov/wp-content/uploads/2018/12/STEM-Education-Strategic-Plan-2018.pdf.

[2]Barry B M. Innovation as a learning process: Embedding design thinking[J].California Management Review,2007(1):25-56.

[3]张屹,李幸,黄静,等.基于设计的跨学科STEM教学对小学生跨学科学习态度的影响研究[J].中国电化教育,2018(7):81-89.

[4]李克东,李颖.STEM教育跨学科学习活动5EX设计模型[J].电化教育研究,2019(4):5-13.

[5]钟柏昌,张丽芳.美国STEM教育变革中“变革方程”的作用及其启示[J].中国电化教育,2014(4):18-24+86.

[6]王佑镁,郭静,宛平,等.设计思维:促进STEM教育与创客教育的深度融合[J].电化教育研究,2019(3):34-41.

[7]袁杰.基于设计思维的师范生《现代教育技术》公共课教学模式研究[D].烟台:鲁东大学,2018.

[8]闫寒冰,郑东芳,李笑樱.设计思维:创客教育不可或缺的使能方法论[J].电化教育研究,2017,38(6):34-40+46.

[9]D.SCHOOL.An Introduction to Design Thinking PROCESS GUIDE[EB/OL].https://profiles.stanford.edu/search?q=D.SCHOOL.An%20Introduction%20to%20Design%20Thinking%20PROCESS%20GUIDED.SCHOOL.An%20Introduction%20to%20Design%20Thinking%20PROCESS%20GUIDE.

[10]阳黔花,杨芳.怀特海论教育的目的[J].贵州师范大学学报(社会科学版),2012(1):126-131.

(编辑:李晓萍)

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