基于Design Thinking模型的高校创新类课程教学探索

蔡彬彬

( 江苏工程职业技术学院， 江苏 南通 266007)

当前，随着创客运动及创业教育的兴起，各高校越来越重视对大学生创新思维和创新动手能力的培养，开设了很多创新创业类课程，这些课程极大地丰富了学生的创新创业理论知识[1-2]。但是，在教育教学方面获得进步的同时，也清楚地看出在某些方面还存在一定不足，比如对学生创新意识的培养还非常欠缺。学生虽然学习了很多创新创业的知识与方法，但是很多课程无助于学生创新思维能力与主动探究能力的训练，这些课程内容仍然是强化学生对知识和技能流程化的被动接受，学生并不能真正掌握创新路径，因而达不到创新型学习的要求。所以，将学生创新和实践能力的培养融入课程教学十分必要[3]。

本文以电子设计类创新课程为例，阐述如何通过Design Thinking模型的5个基本步骤设计教学活动，开展有效的创新型学习。

一、Design Thinking模型概述

设计思维(Design Thinking)最初来源于设计界，当斯坦福大学设计学院把它归纳成一套科学方法论后，其迅速风靡全球高校和中小学。Design Thinking模型强调以人的需求为中心，通过构建团队合作解决问题，从而获得创新成果。Design Thinking模型分为同理心(Empathy)、定义(Define)、头脑风暴(Ideate)、原型制作(Phototype)、测试(Test)5个基本步骤。同理心即换位思考，是要求站在对方立场设身处地思考问题的一种方式。如果对于产品设计来说，设计者要从产品用户角度考虑其需求。定义则是指设计者认真确认用户的真实需求，而不是由设计人员凭空想象。头脑风暴的目的是让组员积极参与设计活动，通过发散思维，选出既有创新点又具备实际可行性的设计方案。原型设计是指利用原型设计工具(比如本文中的Arduino快速开发平台、3D打印机等)将创意想法进行直观的展示。制作好原型后，进行测试验证，并不断地对方案进行完善[4-5]。

Design Thinking与传统设计思维方式不同之处在于引入了产品的视觉化思考和社会化思考[6]。对电子设计类的创新课程来说，传统设计思维即电子系统常规的开发方法，比如电子产品详细设计说明书、原理图设计、PCB线路板设计等。但是，视觉化思考就是需要考虑产品的外观是否符合用户的要求，操作是否符合用户的使用习惯等。社会化思考就是设计的产品是否真正方便用户，是否具有较高的性价比，而不是实际增加用户的时间和经济成本。

二、基于Design Thinking模型的教学实施过程

本文基于Design Thinking模型，以电子创新类课程设计——爬墙机器人设计开发为例，利用Arduino平台，详细地阐述此设计课程教学实施过程。课程选用开源Arduino平台进行电子创意设计及原型开发，主要是因为Arduino平台是一款便捷灵活、方便上手的开源电子设计原型平台，其简单的开发方式使得开发者更关注创意与实现路径，更快地完成自己的电子设计项目开发。

如图1所示，基于Design Thinking模式的电子设计类课程实施过程由3个基本项目构成，包括创新者心态训练、 Arduino开发环境布置训练和爬壁机器人设计开发训练等模块，其中项目三又由4个子项目构成。

(一)项目一：创新者心态训练

电子产品开发过程往往就是创新的过程。随着电子技术的发展，人们的生活水平不断提高，出现了越来越多的应用需求。同一种需求可以采用不同的解决方案，这就是创新；对原有的产品进行改进设计，这也是创新。所以，对创新者心态进行训练很重要[6]。在电子类创新课程教学中可以安排每个学生说一说自己对于创新的认识，以及希望从这门课的学习中达成什么样的目标，并书写一个报告。这部分训练的目的是让学生正确理解什么是创新，同时避免学生习惯寻找标准答案而形成固定思维。

(二)项目二：Arduino开发环境布置训练

为学习者提供一个有利于创新活动开展的学习环境是至关重要的。该部分训练包括Arduino开发环境感受、创新环境搭建两个部分。

图1 基于Design Thinking模式的电子设计类课程实施过程

首先，可以播放“柴火创客空间、北京创客空间、新车间”等国内知名创客空间的工作环境布局，并总结布局的特点，让学生有切身的感受。然后教师提供Arduino开发者套件、3D打印机、电子耗材、可移动拼接的办公桌及屏风隔断、工作白板、电脑工作站、记事贴、拖线板等组件，学生按4～5人快速组建一个适合创新的开发者团队。在此环境搭建的过程中让学生发挥主观能动性，使其体会乐趣。

(三)项目三：爬壁机器人设计开发训练

1.子项目一：同理心和需求定义训练

对于产品设计者来说，其在设计产品时，应该站在用户角度(换位思考)，充分了解用户的真实需求。对于学生同理心的训练，可以安排如下：

首先，教师要介绍什么是爬壁机器人，如何用Arduino开发者套件和机器人套件去实现机器人爬壁的基本功能，但是此时的爬壁机器人只是具备了爬壁功能，并没有实际用途。接着，教师布置开放性工作任务，让学生调研爬壁机器人是否可以应用在建筑行业，是否可以代替人完成很多危险性工作。带着这个问题，学生以小组为单位，到建筑工地现场开展调研。这样做的益处是可以让学生深入了解用户当前存在的问题，收集大量的实际需求信息。在此基础上，学生们可以精确地定义需求，出具初步的产品需求说明书。

2.子项目二：创意构思

创意构思即头脑风暴。学生通过上一阶段的同理心训练，已经了解产品在市场中的很多基本需求，比如在室内喷涂对人体有害的材料的工作，可以用爬壁机器人代替人工操作；又比如爬壁机器人可以用于建筑玻璃幕墙清洁，用于建筑外立面裂缝检查等。在该阶段，同理心的形成，学生可以跳出原来思维的窠臼，提出各种各样的解决方案。由于学生已经初步掌握爬壁机器人的基本工作原理，因此此时提出的解决方案通常具有可操作性。在该阶段，学生应就某一种需求形成具体的设计方案，比如有的小组提出做室内喷涂机器人，应该具体讨论喷涂机器人如何避障、如何解决边界、如何携带喷涂原料、如何保证喷涂均匀等具体技术细节。在此过程中，教师应该全程参与指导，同时协助学生剔除掉一些难以实现或者利用现有实验平台设备无法完成的创意。既要让学生思维发散，同时又要使得创意能落地生根。

3.子项目三：原型实现与测试

这个步骤是要实现子项目二中提出的技术方案原型，并进行功能测试。原型不是一个功能完善的产品，而是一个小型的替代方案或者过程的简单模拟。比如实现室内喷涂机器人，可以采用3D打印设备制作小型喷涂桶模型，用无毒的染色剂来替代涂料，使用Arduino开发者套件实现控制功能。设计的重点是解决机器人在喷涂过程中出现的边界、喷涂均匀性、供电以及如何与操作工进行配合等问题。这个阶段非常重要，一些想法可能会在这个过程中被重新定义，甚至发现一些新的问题。

4.子项目四：交流分享，形成商业计划书,进行专利申报

在该阶段，各团队与其他团队的成员就开发的电子产品原型进行交流与分享，与传统的创意活动的区别是：交流与分享还应包括对产品的商业化运作的设想及实施流程。通过讨论、修改并完善最终形成一个商业计划书。如果在设计过程中确实有独到的创意，可在教师的指导下申报专利。

三、结语

教学的实施能够激发学生的学习兴趣，可以为创新类课程教学改革的成功实施提供一个新思路。在具体实施的时候，有以下几个应关注的问题：一是采用DesignThink模型指导创新课程，其目的不是为了开发成熟的产品，而是借用此模型，对学生的创新思维进行训练，不要求学生实现项目的完整功能，而是解决设计中存在的问题，找到解决方案。二是通过训练强化学生的自我价值认同感，同时认识到究竟要开发什么、怎么开发、开发出什么样的产品才能符合用户的需求。