[摘要]在中小学阶段开展工程实践活动，可以培养学生造物兴趣，提升学生创新精神和实践能力，为个人未来职业生涯规划奠定良好的基础。本文通过梳理设计思维与小学工程实践之间的内在联系，提炼设计思维支持小学工程实践的意义，借鉴哈索·普拉特纳软体研究所（HPI）的设计思维模型，构建了一个基于设计思维的小学工程实践模式，以期为中小学工程教育的开展提供借鉴。
[关键词]设计思维,小学工程实践,实践模式,工程素养
在中小学阶段开展工程教育，能为发展学生工程素养、规划未来职业生涯奠定良好基础。教育部颁布的《义务教育课程实施方案（2022年版）》提出“学科实践”一词，指向构建以实践为中心的育人方式，工程实践更成为中小学校开展教学研究的热点话题。设计思维是一种创新方法论，更是一种解决问题的途径，非常适合解决那些难以掌握、没有标准答案的模糊问题。设计思维具有四项特征—以用户为中心、面向真实问题解决、注重反思性实践、强调思维的创新，这同样也是小学生开展工程实践需要遵循的重要理念。基于此，本研究立足小学阶段学生的身心特点与认知发展水平，将设计思维的方法论体系作为开展小学工程实践的策略和路径，主要以小学科技课程和跨学科主题学习及项目学习为载体，尝试构建一个基于设计思维的小学工程实践模式，以期抛砖引玉，为中小学工程教育的开展提供一种新思路、新方法、新借鉴。
一、小学工程实践与设计思维
现有义务教育课程方案中，存在多门与工程相关的课程，如科学、数学、劳动、综合实践以及信息科技等课程。其中，以小学科学课程更为突出。《义务教育科学课程标准（2022年版）》显示，13个核心概念中有2个概念“技术、工程与社会”“工程设计与物化”涉及工程内容。另外，4个跨学科概念“物质与能量”“系统与模型”“结构与功能”“稳定与变化”，在学科融合中包含了工程实践。由此分析，工程知识与技能、工程过程与思维是小学工程实践的主要学习任务。
设计思维是设计活动或设计作品中蕴含的思维模式、方法论和工具。设计思维的模型有许多，代表性的有IDEO设计创新公司提出的五步设计思维、斯坦福设计学院的EDIPT模型、哈索·普拉特纳软件研究所（HPI）提出的六步设计思维模型（见图1）。整合这些模型的相同点，设计思维主要包括两个阶段：确定问题和解决问题。综观开设小学工程实践的课程与内容，以及设计思维的内涵与模型，梳理小学工程实践和设计思维的构成要素（见表1），可以发现两者在内容来源、活动过程、参与形式、产出结果这些方面都有共通之处。需要特别指出的是，工程实践中的工程思维与设计思维不是一回事。工程思维是依附于工程过程的思维活动，设计思维出现在多个领域中，是一种方法论，但工程活动可以运用设计思维的方法进行思考与实践。
二、设计思维支持小学工程实践的意义建构
将设计思维引入小学工程实践，旨在帮助学生建立以用户为中心的理念，以真实问题为任务驱动，运用习得的知识技能与多种思维工具，积极主动地参与团队活动，提升工程活动的实践性、体验性与创新性，培养学生的工程素养。
（一）建立以用户为中心的理念
工程活动需建立以用户为中心的理念，根据用户的需求和体验设计产品。设计思维支持下的小学工程实践，教师将引导学生从人的需求出发，头脑中始终思考“要做什么”“为什么是这样”“怎么实现”“符合要求吗”“怎么做到更好”这些问题，并把以用户为中心的理念渗透到活动的每一个阶段，力求把工程目标与活动过程做到高度契合，帮助学生认识到工程实践具有明确的目标。
（二）以真实问题为任务驱动
小学工程实践不是真正意义上的制造产品与产生市场收益，而是通过实践活动渗透“做中学”的育人理念，引导学生运用多学科的知识和技能解决问题。设计思维支持下的小学工程活动，教师将创设真实问题情境，引导学生解决现实世界中的工程任务，这种极具挑战性的“工作”能够激发学生的好奇心，促使学生积极开展探究并完成任务，让知识技能与现实生活、社会实践发生关联，让学习真实发生，实现对知识的深度理解与创生性运用。
（三）以工具方法为学习支架
工程思维是一种系统思维，具有决策性、集成性与价值导向，决定着工程活动的目标方向与过程进展。由于小学生的学习特点与行为特征，主观上存在认知局限与盲区，思维带有不确定性与风险性。设计思维支持下的小学工程实践，教师将引导学生学习与运用设计思维的众多工具与方法，如人物角色、上瘾画布、同理心地图、发言棒、头脑风暴、开发原型、反馈收集表、回溯板等，将思维可视化，外显为一系列过程简单、目标明确的实践过程。
（四）以非线性形式展开实践
工程过程是比较复杂的，常常被多方面的受限条件约束，一个全周期的工程过程需要经历明确问题、讨论设计、实施、检测、修改等环节。设计思维支持下的工程实践特别注重迭代与优化，学生将运用一定的思维工具、方法和步骤开展活动，对作品或方案的设计制作进行改良优化。这种动态、非线性的实施方式，尽管不能在最短时间完成任务，却能保证任务达成的质量，学生可以充分体验工程活动的全过程，提升实践动手能力与坚毅品质。
（五）以团队协作为参与方式
设计思维支持下的工程实践，小组成员以团队协作的组织方式开展活动，不同的学生有不同的学习背景与特长爱好，他们能从不同视角思考问题需求，开展调查探究，进行头脑风暴，设计出不同的作品，创设出多样化的解决方案，较好地拓展了思维的广度，促进了思维的创新性。这种小组合作碰撞出的思维火花，又能形成正向学习力，再度激发学生的学习热情，产生更多的创作灵感。同时，学生小组合作也是人际沟通、提升团队工作效能的方法。
三、基于设计思维的小学工程实践模式构建
根据设计思维与小学工程实践之间的内在联系，借鉴HPI的设计思维模型，构建具体的工程实践模式（见表2）。从表2可以看出，此模式主要是包括活动目标、活动内容、活动过程在内的三个核心要素的设计。
（一）活动目标
小学工程实践旨在培养学生的工程素养，聚焦人文情怀、系统思维、交流合作、设计创新、实践应用这五方面的素养。本研究将小学工程实践活动目标确定为：学习工程相关知识，掌握必要的工程技能。以人为本，初步具备运用一定的思维方法解决问题的能力；能提出有创意的解决方案，会利用工具和材料进行工程设计、物化操作、修改迭代与作品展示。愿意参与团队组织的实践活动，乐于分享观点和提出疑问。了解现代社会与工程技术相关的发明创造以及工程类职业。辩证看待科学、技术、社会和环境之间的关系，形成人类与自然世界和谐相处的责任担当。
（二）活动内容
活动内容是工程实践的重要载体。苏教版小学科学教材每学年下册都有“像工程师那样……”专项学习单元，五、六年级教材中还有STEM学习单元，这些都是直接能用的工程实践内容。其余的国家课程，如劳动、信息科技、综合实践课程等，也能在相应教材中找到工程活动。教师也可以基于课程标准，将部分探究类内容创编成具有开放性、有趣味、非良构问题的任务展开工程活动。学校组织的科技类社团班、校园科技节，以及科创类比赛项目，都能为工程实践提供丰富的活动内容。
（三）活动过程
基于设计思维的小学工程实践模式将活动过程分为明确任务、设计制作、展示评价、复盘反思这四个循环往复的阶段，每个阶段都有设计思维相应的工具与方法支持，强调活动的实践性和体验性。
首先，明确任务。第一步是识别任务，学生根据教师提供的问题情境，以小组为单位展开讨论，探寻初步的任务需求。第二步是理解任务，通过调查访问，建立同理心地图，对获取的信息与资料进行整理分析，形成详细具体的任务需求。第三步是定义任务，利用九宫格视窗工具和雏菊图等工具，进一步确定需要解决的问题，挖掘真实任务需求。
其次，设计制作。第一步是设计方案，学生通过头脑风暴，产生对作品原型的初始想法，挖掘出作品必要的关键功能，尝试设计草图。第二步是制作原型，学生根据设计图，利用材料工具等做出实物作品。第三步是功能测试，将制作出的作品测试关键功能，收集相关数据或想法。根据测试结果，判断需要进一步修改的设计，开展制作与测试，直到达到任务要求。
再次，展示评价。第一步是作品展示，学生以小组为单位将作品做公开展示，师生共同了解其作品的相关信息，如外观、功能和制作过程等情况。第二步是作品评价，师生针对学生的过程性表现，以及呈现的结果开展评价，强调评价的激励性与诊断性。第三步是作品修改，学生收集反馈表，汇总师生评价的结果，开展新一轮的优化设计方案、开发作品新功能。
最后，复盘反思是以一种回溯的方式贯穿整个工程过程以及最后的迭代，同时也会对进展顺利的环节和应该再提升的地方进行讨论。师生可以用“我喜欢/我希望……”这样的句式开展反馈循环，或者用回溯表来获得有效的反馈。如果整个过程都非常顺利，无须迭代优化，也可以用该阶段巩固所有的发现。
目前，如何设计小学工程实践教学模式，促进实践型育人方式的改革，已经成为学校教师关注的重点话题。本研究将设计思维的方法论作为开展工程教学的路径策略，构建出基于设计思维的小学生工程实践模式。通过对该模式的分析与描述，以期为素养导向的小学工程实践的开展提供实践参考。
参考文献：
[1]李汗青.基于设计思维的小学科学教学设计模式构建与应用研究[D].福州:福建师范大学,2021.
[2][德]迈克尔·勒威克（Michael Lewrick）,[德]帕特里克·林克（Patrick Link），[德]拉里·利弗(Larry Leifer).设计思维手册:斯坦福创新方法论[M].高馨颖,译.北京:机械工业出版社,2019.
[3]张朝晖.“尚理”引领的工程素养培育特色高中建设探索[J].上海教育科研,2020(11):28-31.
文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jiaoyulunwen/81142.html
