设计思维视角下的跨学科项目化教学路径探寻——以“智能灯设计”为例

夏熙瑞 江苏省宜兴市实验小学

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）以真实问题或项目驱动为基本途径，强调利用信息科技解决真实场景问题。新课标中的学习内容由“内容模块”和“跨学科主题”两部分组成，与以往开设的义务教育信息技术课程相比，新课标在内容方面实现了由“技术”导向向“素养”导向的转变。设计思维作为一套支持学习者创新思考和问题解决的方法论，是工程设计、社会科学和艺术科学的有机融合。[1]设计思维应用过程中涉及的跨学科、同理心、真实情境下的问题解决、创新思维的培养与信息科技新课标所强调的学科整合、真实场景中的问题解决、创新创造力的培养等理念不谋而合。因此，笔者将设计思维引入跨学科的项目化教学过程，探究如何运用设计思维优化项目教学，并以“智能灯设计”为例进行案例设计。

●设计思维对跨学科项目化教学的作用和意义

1.设计思维是核心素养培养的“助推剂”

设计思维对核心素养四个方面的培养具有隐性和显性价值。隐性价值体现在通过设计过程引导学生创造，通过设计作品推动核心素养的培养。显性价值则体现在可以通过呈现的成果作品体现素养的达成度。而学生利用设计思维设计作品的过程，既需要对信息进行搜集、判断、整理，也需要动脑、动手运用各种设备、资源，创造性地解决问题，直到最终完成作品，这一过程体现了设计思维对核心素养培养的助推作用。

2.设计思维是跨学科融合教学的“粘合剂”

新课标强调跨学科融合，跨学科融合教学是以某一学科(要学习的学科)为主导，通过融合其他学科知识，有效地解决问题，更好地达成教学目标。[2]如果把学科知识比作碎片，设计思维就像“粘合剂”，通过创意设计将这些原本独立的多门学科的知识碎片进行粘合，便可以形成一种可以创造的力量，作用于作品的实现和问题的解决。

3.设计思维是项目化学习的“催化剂”

设计思维作为一种有效的问题创新解决方法，能够从思维方法层面教会学生换位思考、创意构思、原型迭代等技能，使创新设计变得简单、透明。设计思维还能改变学生参与项目的态度，设计让项目学习变得更多样、有趣，学生有了发表自己设计想法的空间，每个人也可以发挥自己的特长为作品的设计做贡献，因此参与的积极性也就提高了。此外，在项目的创新设计过程中，学生利用设计思维，像设计师一样去思考，创造力大大提升。设计思维的这些作用，就像“催化剂”一样，不仅可以优化项目实施过程，还可以提高项目质量。

●基于设计思维优化项目化教学的路径探寻

斯坦福大学推出的EDIPT模型是目前全球教育领域应用最广泛的设计思维模型。该模型包含五个阶段：同理心、定义问题、构思、原型制作、测试。项目化教学法的一般过程包括六个步骤：情境导入，明确任务——搜集资料，制订方案——自主协作，具体实施——点拨引导，过程检查——展示成果，修正完善——评估检测，拓展升华。本研究尝试结合项目教学法和EDIPT设计思维模式，对项目教学的步骤进行优化设计，希望同时发挥两者的优势，为学生提供更多“进行设计创新”的机会。优化后的教学环节如下图所示。

●基于设计思维的跨学科项目教学案例设计

1.项目背景

新课标要求5～6年级学生要完成“小型开关系统”这一跨学科主题活动。生活中开关控制的装置有很多，最常见的就是开关控制灯具。随着科技的发展和时代的进步，灯的功能和外观也发生了变化，这都源于人们对灯的审美和需求的进一步追求。现在的灯具不只是照明，更具有装饰功能，而且还变得更加智能。“智能灯设计”项目可以让学生利用简单的开源硬件，综合运用信息、数学、美术、科学等知识，进行个性化编程设计，从中了解智能灯的过程与控制，并通过迭代，感受作品的设计过程，培养学生的核心素养。

2.活动目标

跨学科项目化教学的项目目标包括知识目标和素养目标。知识目标定位于学生将知道、将理解，指向学科知识；素养目标定位于学生将掌握、将设计和学生将成为，指向关键能力、学科素养、跨学科素养等。[3]

学生在教师的引导下通过自主、合作探究，达成以下目标。

知道：人类照明灯具进化史、智能灯的作用和优势。

理解：主控板和常见的传感器、各个传感器的作用原理。

掌握：会分析，会设计，综合运用信息科技、数学、科学、美术等多学科知识，创意设计智能灯的功能和造型，并对作品进行调试、完善、迭代。

3.实施过程

（1）创设情境，共情定义

这一环节对应设计思维EDIPT模型中的同理心和定义问题两个阶段。项目化教学和设计思维都强调要从真实问题引入，通过创设问题情境，让学生通过观察情境，发现问题、定义问题。同时，还要“以人为本”，让学生站在目标对象的角度去体验和思考问题，为定义和解决问题奠定基础。

教师首先从“地球一小时，推动电源管理，减少能源消耗”这一情境入手，通过视频和场景图片让学生了解智能技术如何与现代新光源设备及各种照明节能技术有效结合，进而感受信息科技带来的崭新的照明文化。然后让学生组成学习小组，从应用场景出发，将自己想象成该场景下的用户，通过“身临其境”思考该场景下如何改良和设计灯具。灯具在生活中普遍存在，应用场景也比较广泛，如果只局限于一个场景，难免会限制学生的创造力，所以在设计该项目时，为了激发学生的创造力，不要局限于特定场景，可以让小组讨论决定选择的场景，去发现问题并提出解决方案，培养学生的自主创新及合作精神。

（2）搜集资料，创意设计

该环节对应设计思维EDIPT模型中的构思阶段，是培养学生创新能力的重要环节。此环节要给学生提供设计的有效指导和需要的材料（如计算机、笔、纸等），教师可以通过头脑风暴、九宫格法、思维导图等多种方法，激发学生的灵感，促使创意的诞生。

智能灯的设计需要考虑场景、用户群体等因素，场景不同、针对的用户群体不同，设计需求也会有所不同，所以在这一环节需要对学生的设计思路进行启发。教师可以为学生搜集资料，学生也可以自己上网搜集资料，为设计提供支持。设计时教师和学生一起理清需要考虑的角度，如理念、场景、用户群、外观等，并通过头脑风暴的方法，让学生获得设计灵感，再利用思维导图构思智能灯的外观和功能，最后，在小组讨论确定方案后，设计草图。

（3）协作探究，项目制作

此环节对应设计思维EDIPT模型中的原型阶段，注重学生动手能力和实践能力的培养。在本环节，学生根据上一环节的创意设计，选择合适的工具和材料，综合运用多种学科知识，将创意变成现实。此环节的活动要体现学生的主体地位，让学生做项目活动的主人，主动探究。在项目完成过程中，教师还要努力营造合作学习的环境，鼓励所有学生主动参与到小组讨论中并和同伴合作。此外，除了给学生提供必要的资料、工具和材料，还需根据学生在制作过程中遇到的问题，给予相应的点拨引导。如果是跨学科问题，则组织跨学科团队，提供辅导和支持，如果学生遇到共同问题则共同解决，个别问题则单独指导，让学生不断克服困难，修改设计，使他们的高阶思维保持活跃。

在智能灯设计中，这一环节涉及灯的物理设计与编程、外观设计。教师要对学生会遇到的共性问题进行整理，并与学生共同解决，对于主控板的连接、LED灯、按钮、声音传感器、光敏传感器、超声波传感器、红外遥控器、红外避障传感器等硬件方面的问题，教师需要讲解，并提供可反复学习的资源，以便学生在需要的时候自主学习、解决问题。在编程方面，教师要引导学生采用自然语言或流程图来描述控制算法，并根据反馈结果，调整算法。灯的外观设计则需要科学、数学和美术教师的帮助，设计的角度可以从材料的选取、结构的优化、环保理念等方面进行指导。这一阶段，学生会运用到信息、数学、美术、科学等多个学科知识，这已经超出了单学科教师的能力范围，所以在开展活动时，可以组织一个跨学科团队，由各个学科的教师参与合作，共同为学生提供知识支持和指导。

（4）展示评价，成果分享

此环节对应设计思维EDIPT模型中的测试阶段。设计思维EDIPT模型中的测试阶段指的是把制作的原型给用户使用，获得反馈信息，以便进一步改进。此环节主要是教师组织学生进行成果的分享和评价。评价应采用多元评价，评价时要营造开放、宽松的评价氛围，努力实践过程评价与结果评价双向并重，评价主体、评价方式、评价内容多元。通过评价让项目的设计者能获得及时有效的反馈。此外，根据设计思维EDIPT模型的理念，教师还可以引导学生利用课后的时间，尽可能把成果分享给真实用户，从而获得更加真实的反馈。

（5）迭代优化，拓展升华

学生得到反馈后要对项目作品进行再加工。在这一环节，各个小组对展示评价阶段收集的意见进行整理思考，对自己小组的智能灯作品再次进行迭代优化，让设计更实用、更人性化。

●结束语

新课标提出的跨学科主题项目，无论是对教师的教、学生的学，还是对教师的个人素养和学生的综合素养都极具挑战性。如何让学生在项目学习中既学到多学科知识，又能够采用新颖的视角思考分析问题，设计和创作具有个性化的作品，设计思维为其提供了全新的视角。