基于设计思维的中小学人工智能课程教学与实践研究

荣荣

摘要：本文将设计思维与科技创新项目结合，尝试构建基于设计思维的人工智能课程教学模式，并以“中小学科技创新项目”为例进行了实践，旨在培养学生的创造性思维和实践能力。结果表明，基于设计思维的课程教学模式能够激发学生的创造性思维和实践能力，提高学生的学习兴趣。

关键词：设计思维；EDIPT；教学模式；科技创新项目

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）01-0064-03

设计思维是一种注重用户体验和解决问题的思维方式，它强调创造性思维、实践性和团队协作。基于设计思维的课程教学模式可以培养学生的创造性思维和实践能力，增强他们的自主学习和合作能力，从而提高人工智能课程的教学效率。因此，笔者尝试将设计思维的EDIPT模型融入中小学科技创新项目教学，以期为中小学开展人工智能教学提供有效路径。

基于设计思维的人工智能教学意义

目前，设计思维经典实施流程广泛采用斯坦福大学设计学院开发的EDIPT模型，此模型包含五个阶段的设计思维过程：共情（empathize）、定义（define）、创想（ideate）、原型化（prototype）、测试（test）。设计思维作为一种注重实践和创造性思维的思维方式，也被广泛应用于中小学教育中。因此，在实施人工智能教学时，教师也可以结合EDIPT设计思维模式，为教学提供切实可行的实践模式。在教学过程中，教师要注重真实情境的共情，积极鼓励学生进行小组合作、头脑风暴等，以激发思维碰撞和创造性思维发展，使学生思维清晰，明白自己需要做什么、如何开始做等问题，从而提高学习效率。

基于设计思维的人工智能教学模式设计

1.基于EDIPT的人工智能教学模式（如下页图1）

设计思维的应用能够激发学生的创造力和创新能力，使他们能够更全面地思考和解决问题。为了确定科技创新项目，教师可以引导学生在专业学术平台的帮助下，探索、分析并选择自己感兴趣的研究内容。在项目构建过程中，教师要综合学生的知识储备、课程标准和核心素养培养目标，积极构建与真实世界相关的科创项目主题。同时，通过应用设计思维模式（Design Thinking），学生能够突破思维上的限制，激发创意的产生。在态度上，应该引导学生带着同理心，换位思考，去感受受众对作品的想法与需求。而在行动上，则鼓励学生大胆运用不同的方案，勇于尝试解决问题。这样的教学方法有助于培养学生的创造力，并使他们在实践中灵活应用所学知识解决实际问题。

2.基于EDIPT的人工智能教学——中小学科技创新项目案例实施

在科创项目实施环节，笔者采用EDIPT模型开展人工智能科创教学，下面，以“智能称重秤”科创项目为例进行阐述（如右下表）。

（1）共情——创设情境，换位思考

课前，学生查阅资料，了解微型秤的功能，并记录自己的想法。

教师提出问题：针对目前市面上的微型秤缺点，如何改进微型称的功能？从而促进学生共情体验。

课中，教师展示市面上的微型电子秤，引导学生在真實情境中建立起“以人为本”的设计思维。同时，课堂中加入“我爱创新”的活动。在活动中，每个小组成员都被要求以自己是“智能秤”的使用者身份来设想，并记录每位使用者提出的想法，进而引导学生观察生活中的场景，发现存在的问题，从而初步体验设计思维的过程。

（2）定义——合作探究，明确需求

在本阶段，学生的主要任务是准确地界定用户的需求，并将需求具体化，以便寻找切实有效的解决方案。为了达成这个目标，学生需要进行深入的用户调研，以获取相关信息并深入理解用户的期望和需求。

教师可以引导学生小组根据上一阶段的创新想法，整理不同使用者的需求，详细记录并将想法整合提炼。例如，在煮饭时，水的多或少，会导致做的饭或稀或干；在做面食时，面粉和水配比或多或少，会导致浪费材料和浪费时间等问题。而现有的秤用起来比较麻烦，学生便想到制作一个适合家庭厨房使用的既可以简单操作又可以轻松实现食材配比的秤。

总之，在教学过程中，教师应鼓励学生进行探究与合作，以确定创新项目的核心问题以及如何实现产品最终的功能，同时培养学生独立思考和解决问题的能力。

（3）创想——头脑风暴，创意迸发

在此阶段，首先，教师引导学生进行问题讨论和思维发散，帮助学生理清思路，以找到更加有效的解决方案。例如，有的学生在现有电子秤的基础上升级软件功能，加入单独可以满足用户操作的按键。以煮饭为例，在将米放入容器后，按下比例按钮，在加水时，CPU系统自动计算重量临界点时，当重量达到临界点，蜂鸣器和LED灯就会提醒停止加水。

接着，学生通过文字描述、流程图和思维导图等多样化的表达形式，清晰地展示自己的设计理念，为产品模型的制作提供有效的参考（如图2）。在此步骤中，学生经历了构思、确定和表达设计方案等一系列活动，形成了独特的设计思路，培养了设计思维。

（4）原型化——教学支架，原型实现

在该阶段，学生要将之前提出的解决方案转化为简单的原型作品。教师可以适当引入多样化的智慧教学平台支架，营造适合学生自主学习和创新思维发展的学习氛围，帮助学生逐步减少对教师的依赖，进而主动自我解决问题。例如，教师可以向学生推荐高质量的学术网站、在线图书馆、学术论文数据库和在线学习平台等，帮助学生获取权威的学术资料，拓展知识面，进而深入研究感兴趣的内容。

在原型实现的过程中，教师要和学生共同研究和分析智能秤的制作方法。教师对C语言关键命令进行技术指导，而学生则以小组合作的方式探索产品原型如何构建。针对每个组别涉及的关键技术步骤，教师需提供个别辅导，以确保学生能够充分理解和掌握C语言的要点。例如，学生提出智能称重秤应包含智能控制单元和称重单元，以及智能秤按键和显示部分，同时，将心中的最佳方案具体化，制作实体模型，并在制作模型的过程中不断发现问题和改进，这正是斯坦福设计思维（EDIPT）中的原型。

（5）测试——多维评价，迭代升级

在测试阶段，创作者到教室讲台前分享产品原型的设计思路以及产品物化制作的全过程。教师和其他学生扮演“用户”的角色，对问题最终解决情况以及科技创新项目的设计思路与产品原型的一致性、可行性和科学性进行系统点评并给出评价反馈。最后，为促使学生逐渐形成正确的社会责任意识和担当，教师组织学生对产品原型的科学性和可行性进行批判与质疑，这种批判性思维的培养有助于学生更好地认识到产品设计对社会和环境的影响。

参考文献：

PLATTNER H.Bootcamp bootleg[M].San Francisco，CA：Institute of Design at Stanford，2010.

本文系无锡市教育科学规划课题“基于设计思维的人工智能教育实践研究”（XXZX/2021/04）阶段性成果。