设计思维的发展过程、作用机制与教育价值

林琳 沈书生 董玉琦

[摘   要] 设计思维作为一种创新方法论，近年来在教育领域的应用不断丰富。早期，研究者为了寻找创新的实现路径，从对设计黑箱的探索中提炼出设计思维的概念，并随着研究的深入，对其内涵理解从设计师的认知方式衍生到创新方法论，价值定位从简单产品制作转向创新方案的提出，应用领域从设计领域扩展至各行各业。由此，教育领域开始广泛使用设计思维培养各行各业所需要的创新型人才。设计思维实现创新的作用机制源自设计推理模式，其内核是设计思维过程，该过程关注溯因推理、发散—聚敛、迭代设计和动态生成。基于设计思维过程开展创新教学实践，有利于提升教师的教学设计力、发展学习者的终身学习力。

[关键词] 设计思维; 发展过程; 设计推理模式; 创新教学

[中图分类号] G434            [文献标志码] A

[作者简介] 林琳（1991—），女，福建霞浦人。博士，主要从事教学设计、学习技术（CTCL）和设计思维的研究。E-mail：linlinedu@outlook.com。

一、引   言

教育中存在的问题通常涉及与人相关的诸多混乱的信息，以及不同利益相关者之间的价值冲突，这些问题为教育工作者重新设计课程、空间、管理系统、学习系统、学习工具等带来了挑战。为解决这些挑战，教育工作者提出了一种新的研究范式，即设计研究（又称基于设计的研究）。设计研究致力于将研究与开发结合，通过迭代化设计，最终以制品化的形式来解决教育情境中的复杂问题。设计思维（Design Thinking）作为一种创新方法论，包括标准化的环节、开源的过程与方法，为教育工作者采用设计研究的方法解決教育问题、实现教育创新提供了可行的路径。创新设计顾问公司IDEO开发的指导手册《教育工作者的设计思维》，旨在帮助K12教育工作者应对学校工作中面临的教育挑战[1]。

近些年，设计思维在教育领域的应用逐渐丰富，并从高等教育不断扩展至基础教育，从教育问题的解决不断聚焦到课堂教学的设计，从设计思维作用于教师不断扩展到设计思维作用于学生。那么，最初设计思维为什么会被提出，它是如何发展起来的，发展过程存在怎样的特征，设计思维为什么能够促进创新，它是如何促进创新的，设计思维具有哪些教育价值？本研究将围绕以上问题，解析设计思维的发展过程、作用机制和教育价值，以期丰富我国对设计思维的理论研究，为教育变革提供指导。

二、设计思维的发展过程及其特征

人类所生活的世界是自然“设计”与人工设计的复杂综合体，即自然物与人工物的综合体。早在20世纪之前，设计领域就开始研究设计师的设计过程与活动，以探寻实现创新的路径。然而，这种对设计师的显性化行动的研究，并不足以引导人们像设计师一样制作出创新的人工物。对于除设计师以外的人而言，设计仍是一个黑箱，创新从该黑箱中产生。探索设计黑箱成为人们研究设计思维的一个初衷。西蒙把设计提升到了科学的高度，关注采用科学的方法和过程探索设计黑箱[2]。在进一步的研究中，人们发现隐藏于设计师头脑中的认知方式是设计黑箱中的关键成分，该认知方式被称作“设计思维”。通过对该认知方式的显性化，研究者开发了一种创新方法论，以帮助没有设计背景的人实现创新，这种方法论也被称作“设计思维”。因此，在已有研究中，设计思维即可指一种能力，又可指一种系统的方法论[3]。当个体掌握了设计思维的过程与方法时，就可认为他具备了设计思维能力。下文将结合各时期代表性人物的研究成果，梳理设计思维的发展脉络，并在此基础之上总结设计思维的发展特征。

（一）设计思维的发展脉络

1. 兴起的基本样态：设计领域之外的科学

在20世纪60年代甚至更早之前，人们所探索的设计理论为设计思维的研究奠定了基础，代表性的研究成果有以下三种：一是Arnold在《创意工程：通过不同的思维促进创新》中，用设计活动描述创造性技术的开发，提出工程设计师可以借助设计思维在设计活动的不同方面寻找突破[4]。二是Archer在《设计师的系统方法》一书中将设计思维的价值扩展至管理领域，认为设计决策和管理决策的共同点在于“一个人会成为另外一个人的延伸”[5]。他提出设计思维需要融入人类工程学、控制论、市场营销、管理学等多学科的理念，这拓展了传统设计的范围。三是西蒙在《人工科学》一书中，关注到设计思维在人工科学中的重要地位，即人工物需要依托设计来生产，设计的最佳状态是与创造建立联系，设计思维是实现这种联系的枢纽[2]。

2. 百家齐放的样态：不同领域的认知方式

在20世纪70至80年代中期，设计思维作为一门学科，在建筑设计、工程设计等领域得到广泛应用，不同领域开启了对设计“思维”的探索。人们认为存在一种设计师的思维与沟通方式，它和科学式的、学术式的思维与沟通方式不同，但是它们在探索问题时具有相同的作用[6]。因此，研究者开始寻找存在于本领域的认知方式。Lawson在《设计师怎么思考：解密设计》中，以建筑设计领域为背景概括了设计思维的概念，提出设计师倾向于以解决方案为中心[7]。Cross在《设计师的认知方式》一文中描述了设计师的内在品质和能力，并将其与普通教育建立联系[8]。Sch？觟n在《反思实践者：专业人士在行动中如何思考》中提出，需要发展反思性实践的认识论，认为设计过程是与设计中的材料、与自己的反思性对话[9]。

3. 蓬勃发展的样态：作为一种创新方法论

在20世纪80年代中期之后，设计思维研究持续发展，存在以下两条线索：一是有关用设计思维解决复杂问题的研究。Buchanan提出将设计思维作为解决“刁钻问题”（Wicked Problem）的创新方法论，引起人们对设计思维在复杂问题解决中应用的广泛关注[10]。二是设计思维作为一种创新方法论在不同领域被广泛使用的研究。例如，《设计思维》中介绍了建筑师使用的设计方法，首次引入并描述了设计思维的概念、方法与过程，并被应用到不同的学科;在《视觉思维的体验》中，设计思维被引入工程设计领域，Faste在该书的基础之上，将设计思维定义为创造性行动的方法，在斯坦福大学推广，并创办了斯坦福联合设计项目，即斯坦福大学哈索·普拉特纳设计研究院（d.school）的前世[11]。而后，d.school和德国波茨坦大学的哈索·普拉特纳研究院（HPI）的建立推进了设计思维研究的快速发展，它们为不同专业的大学生和研究生提供了参与设计思维学习的机会，致力于培养不同领域的创新者。

（二）设计思维的发展特征

设计思维首先在设计领域产生，从对设计理论的研究中发展出设计师的认知方式，再以此为基础开发了一种创新方法论，被广泛应用于解决不同领域中面临的挑战。它被认为适用于所有的人类活动，即设计“人工世界”。设计思维的发展具有以下特征：

1. 从设计师的认知方式衍生到创新方法论

在设计思维的发展过程中，研究者对其内涵的理解不断扩充。对于首次接触“设计思维”这一概念的人，很容易将其与计算思维、创新思维等认知方式建立关联。对设计思维的研究很大部分是在研究设计师的认知方式的基础之上推进的，而对设计师的认知方式的研究源起于对设计师参与的设计活动与设计过程的探索。如今对设计思维的理解，已经不再停留于设计“思维”这一认知方式上，而是对这种认知方式显性化后形成的创新方法论的研究，它能更有效地指导实践工作。

2. 从简单的产品制作转向创新方案的提出

研究者对设计思维的价值认识的逐步丰富，实际上，反映的是对“人工物”概念本身理解的丰富。Simon重新定位了“人工物”的内涵，促进了设计思维的普适性，它的价值从促进简单的产品创新扩展到促进刁钻问题的解决、创新方案的提出[2]。在面临重大变革的社会背景下，工程师、建筑师、工业设计师、认知科学家等在问题解决上达成了以下共识：设计思维通过寻找更为广泛的问题解决方案来关注创新的活动和过程，它将人类、技术和本时代的战略需求结合，是各领域研究的前沿[12]。

3. 从设计领域扩展至各行各业

早期的设计思维研究服务于单一的设计领域，而后在不同领域逐步扩散。在工程领域，设计师生成、评估，并列举设备、系统、过程等概念的形式和功能，以满足客户的需求和制定的一组约束[13]，设计思维为工程设计提供了一个创新过程，能够促进产品或服务的创造;在医疗卫生领域，设计思维服务于疾病的预防或治疗、医疗流程等方案的创新;在商业经济领域，采用设计思维从用户需求出发考察商业情境、重新定义问题、发现达到目标的最优路径，形成一个可靠的商业战略;在组织管理领域，设计思维被用于解决不确定的组织问题以支持领导者的决策和规划，被视为产生创造力和创新的最佳方式，以及管理者必备的技能;等等。设计思维在以上不同领域的丰富应用都将映射于教育中，尤其是与之对应的高等教育中不同专业对创新型人才的培养。

三、设计思维的作用机制

人类是否创造性地行动取决于他们所遵循的过程[14]。设计思维作为一种创新方法论，能够在除设计领域以外被用来培养创新型人才，源自它实现创新的潜力，而该创新来自设计推理模式，其内核正是设计思维过程。借助设计思维过程，可以让参与设计的学习者置身于专业设计师的设计情境之中，促进创新行动的发生，导向创新制品的生成。

（一）设计推理模式

借助于Dorst对开放式设计问题的推理模式的研究[15]，解析设计思维实现创新的作用机制。他将基本推理模式与设计推理模式进行比较，以说明设计思维过程作为支持解决挑战的框架，是设计推理模式实现创新的内核。

1. 从基本推理模式看形式逻辑

Dorst用一个简单的公式“对象+方法=结果”来表示归纳和演绎两种基本推理模式，并以太阳一天的运动轨迹为例解释二者的差异。“对象”指在特定情境中需要关注的事物，即太阳;“方法”指基本的工作原则，即太阳一天运动的轨迹;“结果”指可以被观察到的内容，即太阳在天上。在归纳逻辑中，对象（太阳）和结果（太阳某一刻的位置）是已知的，而方法（太阳一天运动的轨迹）是未知的，如若能够提出假设来解释观察到结果的方法，则是创造性行为。在演绎逻辑中，对象和方法是已知的，可以通过对象和方法来推测结果（不同时刻太阳的位置）。因此，归纳得出的是一种假设、一项新发现，且该发现亦真亦假;而演绎得出的“真”可以验证假设。基本推理模式的作用就在于对现象的预测和解释。

2. 从设计推理模式看設计思维

设计并不是一种思维方式，而是不同的思维方式的混合，它包含相当严格的分析推理过程，以及通过该过程来检验设计制品的效果。设计推理模式的公式是“对象+方法=价值”，它与基本推理模式存在以下不同：第一，基本推理模式关注可通过肉眼观察到的结果，而设计推理模式关注人心之所向的价值。第二，在设计推理模式中，通常只有要追求的价值是已知的，而对象（如服务、系统、产品）和方法（实现价值的工作原则）都是未知的，因此，需要借助溯因推理在不断迭代的过程中确定这两个未知数。设计师常因提出问题解决方案而备受称赞，但真正促使创新发生的是对潜在需求的定义。开放的推断式为设计提供了创新的可能，其核心挑战是需要同时创建两个未知参数，解决挑战的唯一已知条件是价值。第三，设计推理模式中，解决以上挑战的关键是“框架”。根据不同的价值需求，不同领域的研究者归纳了不同的设计思维过程作为框架来帮助完成“等式”，即明确对象和方法，再通过演绎验证生成的对象与方法是否能达成目标价值。

（二）设计思维过程框架

本研究建构了设计思维过程框架，如图1所示。从宏观上看，设计思维是一个探索谜题的过程，关注溯因推理，在模糊的问题背景中通过整理逐渐聚焦清晰的因素，并得出问题的最优解;从中观上看，该过程是寻找问题空间和解决空间的建构过程，包含两个“发散—收敛”的循环，同时，该过程也可视为“启发—构思—实施”的循环，关注迭代中对方案的优化;从微观上看，该过程是对多元素的连接，关注在实践中设计元素（移情、定义、设想、测试和原型）组合序列的动态生成。该框架是基于对不同的设计思维过程分析而构建的，下文将结合该分析过程，对设计思维过程框架展开更具体的描述。

1. 一个探索谜题的过程

马丁将设计思维比喻为知识沙漏，认为它能够将复杂的、涉及多因素的谜题通过分析梳理得到最佳的答案[16]。該沙漏包括以下三层：探索谜题层，指从一系列复杂的问题出发;得到启示层，指简化问题的复杂性，并用言语将其进行逻辑化描述，将谜题聚焦到一个清晰的方向;形成程式层，指生成解决该问题的基本框架和原则。设计思维之所以能够为谜题寻找到最佳答案，是不同的推理模式尤其是溯因推理的存在[17]。演绎和归纳是两种经典的基本推理逻辑，前者是解释前提的推理，后者是扩展前提的推理[18];溯因则被认为是除二者之外的第三类推理，它始于事实的集合、终于最佳的解释，通过连续追问来寻找问题的根源或潜在的需求以设计最佳解决方案。设计思维中的移情和迭代为设计者进入真实情境展开观察与体验，并借助于溯因为探索真实需求、设计创新方案提供了机会。

2. 两个空间的建构过程

在设计推理模式中需要确定两个未知参数，Lindberg等将其描述为“寻找问题空间”和“寻找解决空间”[19]。在寻找问题空间中，逼近问题本质的过程可描述为“多个设计者×多样化案例=多方面的认识”，即不同的设计者参与收集多样化案例或体验多样化场景，以及每个设计者对案例解读的独特视角促进了对问题的准确定义。在寻找解决空间中，通过头脑风暴活动鼓励设计者们提出天马行空的想法，并在理想与现实的权衡中产生最佳解决方案，通过原型制作活动检验方案落地的可能性并促进方案的优化。这两个空间分别包含一个“发散—聚敛”的循环。它们像两个知识沙漏，沙漏中探索谜题是一个发散过程，它通过多角度促进创新的产生;从谜题到启示是一个聚敛过程，它要求设计师做出最优的选择。第一个沙漏定义了问题，第二个沙漏生成了问题解决方案。两个沙漏的迭代使用有利于促进方案的优化。迭代的发生源自于真实用户的反馈，设计者根据反馈重新定义或完善已经定义的问题和方案。

3. 三个阶段的循环过程

Brown将设计思维视为一个循环迭代的系统，而非一个单纯的开环过程[20]。他从商业视角描述设计思维过程包括以下阶段：启发阶段，是创新的出发点，旨在寻找现实问题，聚焦于通过情境中的移情为挖掘与定义潜在需求提供灵感或机会;构思阶段，旨在寻找解决方案，聚焦通过头脑风暴等合作化活动，增加解决方案的数量与创意，并通过生成、发展和测试对方案进行迭代设计，以确定最佳方案;实施阶段，旨在让项目中的方案走进生活，聚焦应用路径的开发。设计思维中想法的确定或新方向的发展是通过三个阶段的循环迭代而实现的，在各阶段内部也存在一个小的迭代循环（启发—构思—实施），如图1所示，循环的发生依赖于评价中所获得的反馈。

4. 多个元素的连接过程

已有研究中存在由更多元素构成的设计思维过程，如图2所示。不同的设计思维过程在元素组成上会因部分原因而体现出差异，例如，由于使用情境的特定性，设计思维的最后一个环节存在以下差异：瑞德福大学的过程[图2（f）]用于解决教育问题，关注方案的实施与优化[21];麻省理工学院的过程[图2（h）]适用于学校中的学习场景，关注反思与分享[22];SAP公司的过程[图2（i）]用于商业领域，关注商品的价值[11]。此外，该差异也可能纯粹体现在描述术语的不同，例如，HPI的过程[图2（b）]与努埃瓦小学的过程[图2（e）]中对第三个元素的描述不同，前者是观点[23]，后者是综合[24]，它们都强调通过综合形成自己的观点。事实上，这些设计思维过程的特征蕴含了以上的一个谜题探索、两个空间建构、三个阶段循环的思想，具体如下：

第一，设计思维过程的非线性或动态生成。一方面，贝尔提出的过程[图2（d）]是以一种线性的方式来表征的[25]，与其不同，由斯坦福大学提出的经典设计思维过程[图2（a）]包括五个相互独立的设计要素[26]。另一方面，HPI的过程[图2（b）]看似以线性的顺序排列不同的设计要素，事实上是通过连接线为不同的元素之间建立关联，体现设计思维的非线性。这与SAP公司的过程[图2（i）]类似，设计要素之间通过线条连接来体现关联性。但是，这些表征形式的不足在于设计思维过程的非线性特征体现得并不明显。

第二，设计思维过程的“发散—聚敛”与迭代循环。努埃瓦小学的过程[图2（e）]与HPI的过程[图2（b）]的不同之处在于，前者除了通过圆环来强调每个元素在实践过程中的内部迭代，以及元素与元素之间的连接与迭代，还关注到过程中的“发散—聚敛”。此外，IDEO公司的过程[图2（c）]也关注到了“发散—聚敛”的特性[1]，而瑞德福大学的过程[图2（f）]则关注到了元素自身的循环特性。

第三，以“圆环”的形式表征非线性与迭代性。大多数设计思维过程是以线性的视觉呈现方式，通过线条等形式体现设计思维过程的非线性，与其不同，麻省理工学院的过程[图2（h）]和埃德曼提出的过程[图2（g）]采用与布朗提出的过程相同的表征方式，即圆环，更直观地诠释了非线性和迭代性的特征。此外，麻省理工学院的过程[图2（h）]尤其关注原型与测试之间的迭代以促进原型的完善，而埃德曼提出的过程[图2（g）]不仅体现了元素自身的迭代，也体现了元素与元素之间的动态连接。

综上所述，设计思维过程看似是按照几个元素展开的、线性的静态过程，但实际上它是一个非线性的、不断迭代的动态过程。该过程既包括元素内部的动态循环，也包括元素间的动态生成。设计元素之间的相互跳跃、迭代循环，尤其发生在原型与测试之间，能够促进原型的优化;还发生在设想与原型之间，能够促进理想与现实的权衡。整个设计思维过程是动态循环的过程，在实践中，这种变化不是固定的而是难以预设的，需要设计思维导师（教师）根据实际情况对设计者（学生）展开因地制宜的引导。

四、设计思维的教育价值

在教育变革中，灵活地应用以上设计思维过程框架，有利于帮助教师形成面向学习范式的教学设计力，促进教育教学的创新，帮助学生培养适应未来需要的终身学习力。

（一）设计思维与学生成长：适应未来需要的终身学习力

对于学生而言，以设计师的认知方式处理学习、工作与生活中的具体问题，能够形成一种面向未来的终身学习力。它包含解决复杂问题的倾向、对现实问题的敏锐定义以及对问题解决过程的设计与实践，以促进创造性解决方案的生成。设计倾向蕴含着学习者本人的基本价值观，是对问题所存在的社会文化背景的理解，也是对美好生活的追求，这种倾向是学习者对解决问题的兴趣与持久动力的来源;从问题的定义到解决是学习者对设计思维的过程与策略的灵活运用。学习者对设计思维的掌握，体现在面向设计思维的成长型心智模式（Growth Mindset）的发展上，包括以人为本、合作化、可视化、迭代化和元认知的心智模式[28]，其最终将导向创新自信力与创新能力的发展。然而，较少有研究者关注对这些心智模式发展的评价。如若我们能够评价面向设计思维的心智模式，就能够帮助学生更好地像设计师那样思考问题，为其迎接未来学校、职业和生活中所要面临的困难处境和复杂问题作好准备。

（二）设计思维与教学变革：实现创新教学的方法论体系

教育领域一直倡导通过创新教学法促进创新型人才的培养。借助于设计思维变革教学，秉承以学为中心的理念，让学习者到真实的生活场景中探索现实需求，通过团队合作提出满足需求的创新方案，并通过原型制作来检验方案的有效性。该过程有利于促进建构主义方法的深入应用[24]，帮助学习者从知识建构走向知识创新。d.school成立的“K12实验室”和“教育与设计研究实验室”将设计思维作为基础教育中的新型学习模式，旨在从中小学阶段就开始关注学生的创新能力培养。

设计思维变革下的教学以项目为载体，将创新（即促进创新生成的设计思维过程）作为学习过程。然而，项目化学习对于现行教育体制下的教学是一个挑战，它需要耗费师生大量的精力。解决该挑战的一个有效路径是提供设计思维与学科教学融合的项目，而不仅仅是将设计思维应用于独立于课程标准体系之外的专门课程。從长远来看，未来教育将逐步从单学科走向跨学科，因此，设计思维与以STEM（Science，Technology，Engineering and Mathematics）为代表的跨学科教学的融合将成为未来的应用趋势。在实践中，设计思维已经被尝试用于支持创客教育和STEM教育的教学法创新[29]。例如，斯坦福大学开发的“点燃！综合设计思维与 STEM 课程”要求学生为发展中国家和学生自己所在的社区重新设计能源获取方案[30]。该课程具有以下特征：以设计挑战项目为载体，基于真实的主题展开，学习者就身处于学习环境之中;以学为中心，学习者主导设计过程与学习过程;通过师生、生生等多方合作来寻找设计能源获取方案的创意，并建构与“能源”相关的知识;以“能源”为主题重构跨学科知识，建立了知识之间的关联性;借助于互联网等技术支持移情、原型等学习活动的开展;尽管每个小组的学习过程都包含了设计思维的五个设计元素，但是每个小组所经历的设计思维过程不同，因为这些元素是在实践中动态连接构成的;等等。

（三）设计思维与教师发展：面向学习范式的教学设计力

教学设计力依赖于设计者对课程标准、学习者特征、现有的学习环境与资源的精确分析，关注如何通过组合各个教学要素来设计有效的教学活动，从而解决教学问题，实现学习者面向未来的终身学习力的发展。它是教师在履行岗位责任的过程中所表现出来的影响学习效果强度的重要参数。如今师生身处复杂的学习空间之中，教师需要为变革而设计：一方面，面对未来技术的驱动、真实的互联世界，出现了多样态的学习形式，要提升学习的品质，离不开教师精细化的设计[31];另一方面，新时代对学生的发展提出了新的要求，学生需要培养核心素养以应对未来工作与生活的挑战，从知能到素养的转变需要借助于多样化的学习活动参与来实现，这也离不开教师精细化的设计。设计思维能够帮助教师建立技术知识、教学法知识与内容知识之间的联系，平衡课程需求和学生需求的关系。教师对设计思维的掌握，有利于他们以设计师的认知方式来创造性地处理教学问题，形成一种适应学习范式的教学设计力，并最终通过设计与组织学习活动的具体行为来表征。

研究者们已经开始探索帮助教师借助设计思维设计面向素养培养、面向21世纪的创新教学活动[32-33]。有研究在探索设计思维与学科教学结合的过程中发现，由于学科教师对设计思维的不熟悉，设计思维导师对学科知识的不熟悉，导致他们设计的学习项目中学科知识和设计思维二者相互分离，没有得到很好的融合[23]。只有当一个教师既熟悉设计思维，又熟悉学科知识时，才更易于设计出高质量的设计思维与学科融合的项目。因此，为帮助教师利用设计思维培养面向学习范式的教学设计力，需要开展面向学科教师的设计思维培训。在培训中，不仅需要向教师介绍设计思维的过程与方法，更需要围绕设计思维如何应用于学科教学展开具体案例的设计、研讨、实施等探究活动，帮助教师在培训中生成并完善设计思维促进具体学科教学的教学设计方案。

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