中学生设计素养研究：要素、框架及评测

陈鹏 黄荣怀

[摘   要] 设计是实现创新的重要途径和有效方式，在当前日益关注创新的环境下，设计素养是现代公民终身发展的应然趋势。研究采用文献分析构建设计素养理论框架、德尔菲法收集素养要素、量表编制法进行验证，并通过对北京市2187名中学生的调查数据的探索性因素分析、验证性因素分析和效度检验等，最终得到中学生设计素养二阶三因子模型。该模型包括设计意识、设计兴趣、设计知识方法、设计表达能力、创意物化能力和设计实践能力六要素。其中，设计意识、设计兴趣对其他要素有激发、维持的作用;设计知识方法是设计素养生成性要素中的基础要素;设计表达能力、创意物化能力和设计实践能力是设计的能力性要素，促进设计实践的完成。

[关键词] 中学生; 设计素养; 要素与框架; 六要素模型; 评测量表

[中图分类号] G434            [文献标志码] A

[作者简介] 陈鹏（1986—），女，湖南株洲人。 高级实验师，博士，主要从事设计思维及创新人才培养、教师教育研究。E-mail：pengchenbnu@163.com。

一、引   言

“创新驱动发展战略”最早由党的十八大提出，2016年5月发布的《国家创新驱动发展战略纲要》明确指出：“国家力量的核心支撑是科技创新能力，创新强则国运昌，创新弱则国运殆。”[1]设计是人类有目的地运用创造力的过程[2-3]，具有目的性和创造性特征[4]。它是实现创新的有效途径之一[5]，人类从诞生到开始造物以来，就不断从事创造性的设计活动。近年来，设计的含义已远超出传统意义中所指的范围，越来越多的人意识到设计是一种思维方式、行为准则，或者解决问题的途径，它能够适用于多种情形[6]。Nigel Cross认为无论是否是设计师，我们都会运用一些设计能力来解决某些问题[7]，例如人们会在对衣服搭配、家具摆放等作出选择时运用设计能力;“人人都是设计师”已不再只是一种可能性，而是一个无论我们是否愿意都必须面对的现实[8]。因此，在当前日益关注创新的环境下，设计素养已不仅仅局限于设计师特质，而是被西方发达国家作为提高国家创新力和竞争力的关键要素[9]，并作为公民的终身学习要素之一[10]。如同数学素养、技术素养培养学生某方面的基本能力，设计素养同样意味着培养学生基本的设计能力，探究、构思和外化表征的能力[11]，能够使用设计的理论、原理和方法来有效地交流信息、想法和概念等[12]。

目前对设计素养及能力的研究，较多关注在设计师的能力素养研究，对设计实踐所需能力要素进行分析总结，从而形成特定领域的设计能力模型或特征要素[13-15]。例如，Bakarman提出学生走向工作场域成为一名专业设计师所需要准备的能力的ASK模型[16]。同时，国内外在艺术、技术学科中关注对学生设计能力的培养，在阐释学科素养或课程目标时，描述学生所需具备的设计能力，例如英国“设计与技术”课程要求学生通过各种创造性和实践性的活动，参与设计与制作过程，具备一定的设计能力[17-18]。近些年兴起的STEM教育、创客教育等也逐渐通过基于设计的学习关注学生设计思维及能力的培养[19-23]。可见，以设计素养为主体的研究已经开始，研究者们倡议设计素养的价值，但尚未对其内涵、要素及评测深入展开研究。本研究参考素养的内涵及结构，综合运用多种方法，基于大规模调查和数据分析，建构中学生设计素养要素及框架模型，以期为中学生设计素养的培养及评测提供参考依据。

二、研究过程和方法

中学生设计素养是一个多因素、多层次、结构复杂的综合反映，本研究采用文献分析法、德尔菲法和量表编制等方法，以定量、定性结合的混合方法开展。研究包括三个步骤：（1）设计素养理论分析，通过文献分析中学生设计素养的内涵，初步形成设计素养的理论框架;（2）设计素养要素的收集，在理论框架的基础上，采用德尔菲法，通过专家访谈、专家评议调查、专家咨询分析三轮调查，确定中学生设计素养的要素及框架;（3）设计素养要素及框架的验证与修订，采用量表编制法通过编制中学生设计素养评测工具并在北京市内实施预试，形成具有一定信效度指标的测量问卷，对数据进行要素分析与结构分析，最终确定中学生设计素养要素及其框架。

三、中学生设计素养要素及框架

（一）中学生设计素养的内涵

自从素养被联合国教科文组织作为一项教育权利收入《世界人权宣言》之后[24]，素养的内涵也从原有的“读写算能力”拓展为个体或群体在某一领域中的知识、技能等多种综合能力。研究者认为素养既是一种行为方式，也体现为一种高级品质，即经过教育、学习形成的良好行为习惯[25]。

在当前日益关注创新的环境下，设计被西方发达国家作为提高国家创新力和竞争力的关键要素，设计素养也被认为是公民的终身学习要素之一。本研究认为设计素养是对设计重要性的认识，是在面对各种挑战和问题时，能够有意识地去展开以设计为主导的创新实践的知识、技能、态度、价值观和经验的综合体。中学生的设计素养是学习者以设计引领问题解决或创新过程的动态能量系统，从本质、生成与发展途径、表现和价值方面来分析，其具有以下特征：（1）它比设计能力更加宽泛，是设计知识、技能、态度、价值观和经验的综合体;（2）是学生在不同形态的设计教育课程和实践中通过获得知识、技能等形成和发展起来的，表现出较为稳定的心理和行为特征;（3）通过设计的行为表现出来，即能在特定情境下运用已习得的设计知识、技能和能力来解决问题、应对挑战;（4）能推动学习者有效参与设计实践，获得个体发展，最终学会以“设计”的方式解决现实问题，学会在未来社会中生存与发展。

（二）理论建构：中学生设计素养分析

设计专业领域通过观察设计师的设计行为来分析其思考和实践的过程，对从事不同设计工作领域所需要的思维方式及能力进行分析[26]。研究者认为设计者需具备：以人或环境为中心考虑;将观点可视化，提供多种解决方案;具有系统观，能够系统地考虑问题和解决问题;较好的语言表达能力;团队合作的亲和力以及全面决策的能力[27]。

同时，随着国际上对设计教育的重视，由美国、英国引领的以培养设计能力为主要目标的课程逐渐增多。美国2000年正式出版的《技术素养标准：技术学习的内容》（Standards for Technological Literacy：Content for the Study of Technology，STL）中明确要求K12的学生理解设计属性;掌握工程设计和设计过程步骤;能够具有应用设计过程的能力[28]。英国K12教育阶段要求学生掌握设计实践所需的专业知识和技术，具备完成任务所需的自信心并能够开展创造性的设计与实践;能够掌握并运用技术和制作技能，为更多的人、用户设计和制作高质量的产品;能够对自己或他人的想法、方案或产品进行评估和测试[17-18]。

综合上述分析，本研究认为设计者不仅需要掌握设计的知识与方法、还需要具备设计的意识与积极态度，完成设计的操作技能和实践能力。意识是解决设计的动力问题，决定了学生对待设计的态度。知识与能力则是解决“如何设计”的问题，设计知识是指进行设计所需要的核心指导思想和方法过程，也是设计意识和设计能力的基础;设计能力是解决如何将想法表达表征出来的能力，以达到实现设计方案，解决实际问题，最终形成问题的创新解决方案或产品的创新设计。设计意识、设计知识、设计能力三者相互联系、相互依存构成设计素养的统一整体。

（三）专家调研：中学生设计素养要素确定

在文献分析的基础上，本研究通过专家开放式访谈、专家评议调查、专家咨询分析三轮征询，对构成设计素养的意识、知识和能力三大方面的具體要素进行遴选。

第一轮，专家开放式访谈。研究对10位来自设计及教育领域的专家进行访谈，使用Nvivo 11进行编码和关键词提取，得到中学生设计素养要素包括：发散思维、聚敛思维、批判性思维、直觉思维、顿悟、设计意识、设计知识、设计方法及技巧、设计思维方法、资源/信息收集、整理和分析、使用工具和技术的能力、艺术表达能力、语言表达能力、共情、跨学科知识运用能力、团队合作与沟通能力、任务计划与管理能力、责任心、设计洞察力、设计兴趣、好奇心、探索欲、求知欲等。

第二轮，专家评议调查。根据第一轮结果设计咨询表，采用1～10分计分形式对40位专家开展评议调查。通过分析得到构成要素的评分排名为：设计洞察力、设计意识、设计态度、设计兴趣、资源/信息收集、整理和分析、任务计划与管理能力、使用工具和技术的能力、设计思维方法、发散思维、艺术表达能力、团队合作与沟通能力、跨学科知识运用能力、语言表达能力、设计知识、设计方法及技巧、共情。

第三轮，专家咨询分析。在第二轮反馈结果基础上，背靠背征询5位专家对中学生设计素养要素框架的意见，最终得到保留的要素有：共情、使用工具和技术的能力、设计知识与方法、设计洞察力、设计态度、设计兴趣、团队合作能力、跨学科知识运用能力、任务管理能力、图示化表达能力、沟通表达能力。

（四）中学生设计素养的框架

本研究通过“建立群组—创建模型”的过程，对德尔菲专家调研得到的要素，结合理论分析，从意识、知识及技能3个不同的层面构建中学生设计素养的结构，形成分析结果模型如图1所示，各要素的具体描述见表1。

（1）意识性要素解决设计的动力问题，它是人们对生活中的设计现象产生的认识、观念和需求的总和，其包括设计洞察力、设计态度和设计兴趣。（2）知识性要素解决如何形成设计的思想、理论及方法，它们是设计活动的基础，包括共情和设计知识方法。（3）技能性要素是解决如何将想法表征的能力，是把设计转化为方案、作品或产品的实践能力，以达到实现设计方案，解决实际问题，最终实现问题的创新解决或产品的创新设计的目的。技能性要素包括创意物化能力、图示化能力、沟通表达能力和设计实践能力。

Spencer认为知识、技能是素养的外在表现，自我观念特征及个人特质等因素具有相对的稳定性倾向[29]。本研究参考胜任力洋葱模型的三层“同心圆”方式[30]来表征设计素养框架，该模型中能力性要素位于最外层，个体潜在特征的意识性要素位于最里层，素养的形成由外到内，层层深入。意识性要素是动力，意识性要素和能力性要素必须要有知识性要素作为基础;离开知识，意识将成为不切实际的空谈。在初始框架中，构成设计意识的设计洞察力、设计态度、设计兴趣位于最内层，对设计行为具有激发、维持性作用;共情、设计知识方法位于中间层，是开展设计实践的基础力量，完成设计的保障要素;创意物化能力、图示化能力、沟通表达能力、设计实践能力位于圈的外层，是设计过程中的能力性要素。

四、中学生设计素养要素与框架的验证及修订

（一）测量工具的编制

基于设计素养要素初始框架，借鉴相关文献中具有良好信效度的题项，编制包含62个题项的李克特5点量表，各要素描述及题项分布见表 1。为确保调查量表的内容效度，2位教育技术专业博士生、10位中学一线教师对问卷进行审查，对存在的问题进行修订之后正式施测。

（二）数据收集及分析方法

本研究于2017年10月分别从北京市西城区、海淀区、朝阳区、丰台区、通州区、顺义区和平谷区等六区抽取预试样本，通过问卷星平台（www.wjx.com）实施发放问卷。共计2346名学生参与调查，剔除无效答卷后，得到2187份有效答卷进行分析，有效率为92.8%。有效答卷中，男生938人，占43%;女生1249人，占57%。初中生（初一、初二）971人，占45%，高中生（高一）1216人，占55%。

为形成并验证中学生设计素养的要素及其结构，本研究将2187份答卷随机分成数量相等的两部分，其中1093份数据（样本A）利用SPSS 24.0进行探索性因素分析;另一部分1094份数据（样本B）则利用AMOS 24.0 开展验证性因素分析，验证设计素养框架的合理性和稳定性。

（三）设计素养组成要素分析：探索性因子分析

分析包括对组成要素的探索性因子分析、对组成因子及因子间关系进行检验的验证性因子分析和模型交叉效度检验，以及针对模型对设计绩效关联效果所进行的相关性分析。

1. 项目分析

项目分析在于检测编制量表的适切或可靠程度，鉴别题项本身的效度。本研究对样本A的1093份数据，采用极端组检验法（即高低分组独立样本t检验）和同质性检验法（即修正后题目与量表总分的相关系数、删除改题目后的量表α系数）[31]，对62个题项进行项目分析。检验发现，总分高、低分组在每个题项上测量值的平均数的差异均达到显著（p<0.001），62个题项均具有较好的鉴别力。“修正后题项与问卷总分相关”的结果表明，各题项与其他题项加总后的相关系数在0.393到0.731之间，均大于0.3;但删除题项1、2、9后，此问卷的内部一致性克隆巴赫系数变大（问卷的内部一致性克隆巴赫系数为0.97619）。综合考虑题项1、2、9的偏度小于-1，题项1、2的方差小于1，根据预试评审标准[31]，删除题项1、2、9，剩余59个题项可用于探索性因素分析。

2. 探索性因素分析

对样本数据进行KMO检验和Bartlett球形检验，量表的KMO检验结果为0.979，Bartlett球形检验的近似卡方值为46241.662（自由度为1711），Sig值为0.000，达到显著性水平，表明量表样本数据适合作探索性因素分析。

在不限定公共因素数目的情况下，研究采用主成分分析的因素抽取方法，以最大方差正交旋转进行因素转轴，并根据涂金堂提出的因素判断标准[31]来对题项进行保留和删除。经过多次探索之后，最终提取出特征值大于1的六个共同因素，累积方差贡献率为62.276%。根据题项间的相关性、题项在各因素上的负荷量等对各题项进行检查，并重新进行探索性因素分析验证。同时为简化模型对各因素上的题项数进行适当平衡，最终保留44个题项，提取六个共同因素，可解释方差的累积贡献率为62.766%。设计意识、设计兴趣、设计知识方法、创意物化、设计表达和设计实践能力的六个因素的44个题项的分布基本符合题项设计时对题项结构的假设。各个因素的内部一致性系数值在0.866～0.919之间，一致性良好，见表 2。

（四）设计素养框架维度的结构分析

采用样本B的数据分别进行一阶和二阶验证性因素分析。验证性因素的目的是通过分析由探索性因素分析结果所构建的理论模式是否与实际数据拟合，从而检验观测变量的因素个数和因素载荷是否与基于预先建立的理论预期一致。

1. 一阶验证性因素分析

采用最大似然法作为估算方法，通过Amos 24.0进行验证性因素分析。结果表明，因素负荷量在0.692至0.838之间，符合研究者提出的因素载荷最好介于0.54～0.95之间的验证准则，且误差方差均不为负且都达到显著性水平。同时根据各项标准化残差值的绝对值大于2.58，以及各项修正指标大于5等标准进行删题及模型修正。经过多轮修正后，删除4个题项，得到中学生设计素养一阶验证性因素模型。拟合指标计算表明，各因子一阶模型的绝对适配度指数RMSEA值均小于0.05，增值适配度指数GFI、AGFI、NFI、CFI和IFI的值均在0.9以上。设计意识、设计兴趣、设计知识方法、设计表达能力、创意物化能力和设计实践能力的六因素的模型拟合度良好，形成设计素养的六因子测量模型。

为鉴别六因子模型的结构效度，本研究对六个因素进行收敛效度和区别效度计算。收敛效度分析主要是通过题项的信度系数、组合信度与平均方差抽取值來判断。对样本B数据进行分析结果发现（表3），本研究中六个因素中因素负荷量基本上大于0.7;除了个别测量变量低于0.5之外，测量变量的信度系数（SMC）基本上也都在0.5以上;六个因素的组合信度（CR）为0.8834～0.9338，平均方差抽取值（AVE）为0.5782～0.6520。因此，设计素养的这六个因素具有较好的收敛效度。

由于本研究中各要素间的皮尔逊相关系数值有若干个超过0.7，因此，采用置信区间估计的方法判别要素间的区别效度，即利用 Bootstrap 估算方法，在95%的置信水平下，建立相关系数的置信区间，如果不包括1则表示各要素间具有区别效度[32]。通过对样本B数据进行分析比较发现（表3），六个要素之间均没有出现相关系数置信区间包括1的情形，本研究问卷的六个因素具有较好的区别效度。

2. 二阶验证性因素分析

一阶验证性因素分析的结果表明部分因素之间有中高度的关联程度（相关系数大于0.7），且分析模型与样本数据可匹配，因此本研究作进一步的假设，即六个要素间存在某一高阶结构，尝试进行二阶CFA探索各因素间的关系，建立整体的模型。初步假设存在多个竞争模型：

二阶一因素模型：六个因素同属于一个高阶因素;

二阶二因素模型：设计意识、设计兴趣属于一个高阶因素;设计知识方法、设计表达能力、创意物化能力、设计实践能力属于一个高阶因素;

二阶三因素模型：设计意识、设计兴趣属于一个高阶因素;设计知识方法作为一个独立因素，其他三个因素同属于一个高阶因素。

通过比较这三种竞争性结构模型的适配度指标（见表4），发现在二阶模型中三因素模型适配性相对较好，最终得到二阶模型（如图2所示）。

（五）设计素养对学习绩效的效标效度分析

研究以学生在设计、科技和创新类的获奖经历作为效标，利用AB两个样本合并后的数据，对设计素养各要素与它们的相关性进行分析（见表5），发现学生设计素养各要素与设计绩效均显著正相关（p< 0.01）。说明中学生设计素养测评在一定程度上能反映出学生的设计水平情况，模型可用。

（六）設计素养测评框架形成

通过编制验证工具、收集数据进行项目分析、探索性因素分析、验证性因素分析、信效度分析等对框架进行验证，最终修订形成包括设计意识、设计兴趣、设计知识方法、设计表达能力、创意物化能力和设计实践能力的中学生设计素养二阶三因素模型（如图3所示）。

架

（1）设计意识。学生善于观察并发现问题，能够洞察生活中的设计现象，用设计的视角观察世界，并对设计作品发表自己的观点。同时，学生意识到身边的事物都是经过设计而来，任何事物都可以被设计;理解在当前创新时代中设计的关键作用，人们可以通过设计方法和手段实现创新，进行变革。

（2）设计兴趣。对新生事物充满好奇心与想象力;具有挑战精神;享受设计带来的乐趣、自我满足感，对未知创新有强烈的愿望。

（3）设计知识方法。共情是以用户为中心设计的基础，它不仅包括对设计的主体（用户、干系人）的感同身受，还包括对情境的理解与融入。通过观察、调查、访谈等方式去了解使用者或用户的特征及需求，沉浸去体验用户的感受;遵循合理的设计方法，对需求、用户、情境等进行分析，完成定义问题、形成解决方案、评估方案等任务环节。

（4）设计表达能力。设计表达包括学生的图示化表达和语言沟通表达能力，其关注的是学生在设计过程中，能够很好地将设计思路与想法用可视化或语言的方式表达出来。通过图样表达的方式，实现有形与无形、抽象与具体的思维转换，不仅要能够读懂手绘、框图、机械制图等常见设计图样，还要能够根据设计思路，用手绘、二维或三维软件绘制简单的设计图样等，将思维可视化。

（5）创意物化能力。使用手工工具、机械工具、信息化技术或工具，进行技术建模、制作原型，将创意进行物化的能力，其不仅包括对工具、设备及技术的认识，即知道什么情况下该用哪些工具、技术来支持设计过程，根据方案设计要求，进行材料、工具的选择与使用;还包括工具和技术操作技能、应用方法策略。

（6）设计实践能力。能够应用多学科知识及设计知识，具有开展设计活动、完成设计任务所需要的团队合作、设计项目计划管理实施等方面的能力等。

五、研究结论和讨论

本研究通过“文献分析—专家访谈与调查—模型建构—问卷验证”层层递进的研究过程，运用定量和定性的混合研究方法，得到设计素养的二阶三因素模型。该模型由设计意识、设计兴趣、设计知识方法、设计表达能力、创意物化能力和设计实践能力组成，其中设计意识与兴趣处于中心位置，对其他要素有激发、维持的作用;设计知识方法位于中间层，是设计素养生成性要素中的基础要素;设计表达能力、创意物化能力、设计实践能力位于圈的外层，是设计所需的能力性要素。研究同时得到具有良好信效度的中学生设计素养评测问卷。该框架和评测工具基本涵盖了中学生设计素养的各项能力要求，为学生设计素养的培养和评价提供了可能。但是也尚存在一些不足，比如研究采用调查法对模型进行验证，其易受被试主观因素的影响，不如行为观察准确。在后续研究中可以借鉴行为观察收集质性数据，对设计素养模型进一步验证。此外还可以深入分析设计素养各维度与设计表征、绩效指标之间的关系，并在全国范围进行大型抽样调查建立设计素养常模。

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