楊彩香　鐘媚　胡家亮　劉琦

摘? 要 將設計思維模式融入STEAM教學，參考斯坦福大學提出的EDIPT模型，構建融入設計思維的STEAM教學活動設計模式，并在該模式基礎上分析教學活動設計理念，最后結合小學科學內容，制作出小學STEAM教學活動案例“制作簡易走馬燈”，嘗試為小學STEAM教學提供借鑒。

關鍵詞 小學科學;設計思維;STEAM;EDIPT模型;科學素養(yǎng);簡易走馬燈;創(chuàng)新能力

中圖分類號：G620? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）15-0074-03

1 引言

在小學階段，為加強對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，教育部于2001年公布了《義務教育小學科學課程標準》（以下簡稱《標準》），并隨著教育發(fā)展先后進行數次修訂。2017年，《標準》進行了最新一次修改。其中，首次將科學課程的學段由原先的1～3年級增至1～6年級，說明小學科學課程得到全方位的重視;另外，在課程設計方面強調“探究”“綜合”，注重通過對知識的整合，促進學生整體認識和學習科學等[1]。依據《標準》，小學科學開始圍繞實際生活問題并往綜合化的課程前進，這與STEAM教育強調問題解決為導向的跨學科教育不謀而合。STEAM教育注重通過科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）、數學（Mathematics）等學科聯系成系統(tǒng)整體進行教學。

小學科學課在STEAM理念的指導下取得一定的發(fā)展與提升，但也存在些許問題，側面反映出STEAM教育當前的困境。在課程需求方面，教師雖然能夠引入接近生活實際的主題，卻忽視對學生的共鳴指導，學生不能站在用戶的角度去考慮需求與問題;在學科內容方面，銜接突然、過于寬泛，很難真正應用在教學實踐中[2];在方法運用方面，使用工具單一化，缺乏創(chuàng)新策略的使用，導致學生創(chuàng)新意識不強。

設計思維強調培養(yǎng)思維發(fā)散與創(chuàng)新的理念與模式，在STEAM理念下的小學科學教育中初露頭角，不僅給予可參照的成熟模式，還附帶系統(tǒng)化的創(chuàng)新工具，有助于解決當前STEAM科學課存在的問題。且STEAM教育與設計思維的社會性、迭代性、協(xié)作性等特征相契合。因此，本文探索將設計思維融入小學科學的STEAM教學中，構建STEAM教學活動設計模式，并結合教學要求開發(fā)教學活動案例。

2 融入設計思維的STEAM教學

設計思維? 1987年，Rowe提出設計思維的概念（Design Thinking）[3]。其后，設計思維被普遍用于工業(yè)、商業(yè)等領域，到20世紀末開始被引入教育領域。目前關于設計思維具體概念的討論，可以從三個方面進行理解。

1）方法觀：設計思維是一套用于支持設計創(chuàng)新、問題解決的方法論體系[4-5]。

2）能力觀：將設計思維視為專門進行復雜思考的思維能力。

3）過程觀：認設計思維是一個通過不斷構思、原型制

作、測試評價并不斷迭代，最終找到問題解決方法的創(chuàng)新過程[6]。眾多學者也由此提出各種設計思維的基本步驟。

綜上，設計思維不是單一片面的方法或思維能力，而是強調以人為本，且融合創(chuàng)新模式、創(chuàng)新工具、創(chuàng)新思維的思維方式與方法論，致力通過新穎的設計步驟、多角度思考的方式以及運用支持創(chuàng)新的工具，達到真實問題的解決。

融入設計思維的STEAM教學? 選擇設計思維融入STEAM教學，除了為解決STEAM教學中存在的問題，還因兩者在教學目標、教學內容、過程方法等方面有相同或相近的理念，能夠加快融合，促進收獲更好的教學效果。從教學目標上看，設計思維強調選取來自真實情境的創(chuàng)新項目，致力促進項目的創(chuàng)新解決，培養(yǎng)創(chuàng)新能力等面向21世紀的核心素養(yǎng)，這與STEAM通過利用解決現實問題的方式培養(yǎng)學生的STEAM素養(yǎng)有著相通的理念;從教學內容上看，兩者都注重整體性的內容，設計涵括多學科知識的問題，特別是科學、技術、工程、數學等學科;從過程方法上看，兩者都提倡采取小組合作、多元化評價等方式方法。

目前，融入設計思維的STEAM教學取得一定的發(fā)展，如斯坦福大學設計學院和教育研究生院合作開發(fā)的基于設計思維的d.Loft STEM Learning課程[7]，我國研究者也初步構建了融入設計思維的STEAM教學設計模式。總的來說，融入設計思維的STEAM教學就是從以人為本出發(fā)，利用設計思維步驟、工具、方法，促進STEAM教學中現實情境問題的解決。

3 融入設計思維的STEAM教學活動設計模式

目前，設計思維廣泛使用的是Hasso Plattner設計學院（D.School）提出的“共情（Empathize）—定義（Define）—構思（Ideate）—原型（Prototype）—測試（Test）”五階段的EDIPT模型[8]。本文以EDIPT模型作為參考，并結合STEAM教育的理念、困境，進而制作出融入設計思維的小學STEAM教學活動設計模式，如圖1所示。在該模型的指導教學中，借助設計思維的創(chuàng)新思考方式、工具、方法等，帶動學生移情體驗并明確問題，再多角度設計創(chuàng)造性方案，最終達到模型產品的實現。具體分為五個環(huán)節(jié)。

1）需求分析。教師通過創(chuàng)設適合學生的社會情境，確定項目的任務，并引導學生融入情境產生共情，分析問題需求，了解要設計的產品。

2）明確問題。教師講解與設計主題相關的知識原理，給學生作基礎鋪墊，并引導學生學會整合、梳理、明確表明要解決的問題。

3）藍圖設計。教師設置頭腦風暴，激發(fā)學生的發(fā)散思維和聚合思維，兩者并駕齊驅，促進創(chuàng)新方案構思，即集思廣益。

4）制作模型。教師指導小組動手實踐，同時注意模型的反復改進、迭代優(yōu)化。

5）交流評價。學生將制作的模型在組間相互交流，這個過程是為了通過分享體驗交流的過程來獲得反饋意見，便于后續(xù)根據意見再次修正、完善。

4 融入設計思維的STEAM教學活動設計

參考融入設計思維的小學STEAM教學活動設計模式，制定出“制作簡易走馬燈”教學活動案例。該案例主題的選擇來源于《標準》要求與蘇教版四年級《科學》教材中第一單元“熱空氣和冷空氣”內容的結合。本文借助該案例，闡述教學活動設計理念和每一環(huán)節(jié)的教學設計。

“制作簡易走馬燈”教學活動設計理念? “制作簡易走馬燈”課例是融入設計思維的小學STEAM教學活動設計模式的實現，強調通過運用STEAM各學科知識，設計富有創(chuàng)造力的方案，進而在解決問題的同時培養(yǎng)創(chuàng)新能力，從這樣的角度出發(fā)形成教學活動設計理念。在“制作簡易走馬燈”的具體活動中，學生通過構思并制作走馬燈的過程，符合該設計理念;活動細節(jié)處也與STEAM理念吻合，體現在科學、技術、工程、數學、藝術以及歷史學科上。

1）S（科學）：走馬燈能夠旋轉，是由于冷熱空氣流動成風的原理，屬于科學范疇。

2）T（技術）：走馬燈的模型實現需要學生動手制作，制作過程涉及葉輪等材料的選擇、各類工具的使用等技術范疇。

3）E（工程）：對四年級學生來說，從設計主題到制作出走馬燈產品，是一個系統(tǒng)化的工程項目，提高了他們的工程設計能力。

4）M（數學）：學生在設計過程中要考慮走馬燈轉動快慢問題，涉及葉輪的大小、數量等，關于這方面的計算需要數學邏輯知識作為支撐。

5）A（藝術）：生活中常見的走馬燈都是五彩斑斕的，可引導學生嘗試美化產品，融合運用美學知識。

6）H（歷史）：走馬燈也稱跑馬燈、串馬燈，是富含我國傳統(tǒng)文化的工藝品，了解它的起源，關乎歷史學科。

“制作簡易走馬燈”教學活動設計? 基于設計思維模型的流程，設計出制作簡易走馬燈的教學活動。

1）需求分析。教師先創(chuàng)設情境以確定項目任務。教師先播放我國古代和現代的花燈展視頻，其中富含各具特色的走馬燈。通過視頻放映的方式，創(chuàng)設主題情境。教師通過觀察學生的反應，了解他們對走馬燈的認識情況，然后提出“同學們，若幫助一位貧窮的小女孩在古代花燈節(jié)中慶元宵，她需要些什么呢？那么，你會怎么做”等問題，環(huán)環(huán)相扣，使學生對小女孩產生移情，符合設計思維以人為中心的核心理念。同時，引起學生對小女孩的需求分析，逐漸激起探究走馬燈的興趣，也由此給學生確定了要制作走馬燈的任務。

在這個過程中，教師要注意引導學生認真觀察視頻內容，且給學生配備觀察記錄表、同理心記錄單，將需求分析結果寫下來，為下面的步驟作鋪墊。

2）明確問題，即通過原理講解，引導問題確定。要制作走馬燈，前提是要明確如何解決制作的問題，要發(fā)現問題所在，必須充分了解走馬燈是什么，具體結構有哪些。在該環(huán)節(jié)，教師首先給學生講解走馬燈的歷史由來;其次，提供最簡單的走馬燈樣品給每個小組進行觀察（圖2）;再次，在演示分析走馬燈轉動的科學原理后，指導學生小組通過拆解的方法獲取走馬燈的構造（支架、火焰籠、蠟燭、葉輪），了解每個部分的功能，如蠟燭能夠提供光亮和熱氣流，葉輪可以牽動旋轉等;最后，發(fā)放定義問題表，助力引導學生確定要設計的問題。

3）藍圖設計。設計思維主張如設計師一樣思考，因此，藍圖設計是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的核心階段，也是實現走馬燈模型制作的關鍵步驟。教師要轉變角色，充當學生的啟發(fā)者、引導者，首先設置頭腦風暴，讓學生集思廣益，思維從發(fā)散到聚合，最后匯聚成一個藍圖或方案。如教師引導學生帶著原理思考“走馬燈要如何設計才能實現轉動？若旋轉太慢或太快，怎么設計葉輪”等問題，然后發(fā)放頭腦風暴記錄表、設計草圖等設計思維工具，幫助學生記錄想法;接下來組織小組討論各種可能性，循環(huán)往復地比較分析，最終得到最優(yōu)方案，完成藍圖設計，結果如圖3所示。

4）制作模型。指導小組實踐操作，動手操作使學生更為積極踴躍。為了高效地完成模型制作，教師布置兩項任務：

①組織每個小組討論任務分工，每個組員有明確分工，減少錯亂甚至沖突的狀況;

②限定完成時間，體現“快速”原則，利用時限性激起無限可能。

該環(huán)節(jié)啟動前，教師應提供足夠的制作工具與材料，包括紙杯、蠟燭、剪刀、小刀、尺子、針、線等，如圖4所示。接著小組開始合作開展制作過程，教師要實時監(jiān)督，及時引導并糾錯，如當走馬燈轉動不了時，指導記錄并根據原理尋找原因。經過調試，完成粗略模型。另外，在整個過程中加強安全教育。

5）交流評價。學生進行體驗交流與反饋評價，該環(huán)節(jié)蘊含兩個層面的內容：

①作品的分享交流過程;

②作品的測試反饋過程，上一環(huán)節(jié)完成的模型，在此階段得到不斷修正與完善。

首先，教師要求學生代表展示各自的走馬燈作品，包括展現實驗效果、闡述設計思路以及講明解決困難的過程，實質是對走馬燈的體驗與測試;

其次，組織學生圍繞關鍵點交流，包括實現走馬燈轉動的方法、遇到的困境、收獲的經驗教訓等，緊接著發(fā)布評價量表，進行互評和自評;

最后，小組基于反饋內容再反思，盡力修改、完善作品。

5 結語

本文從小學科學STEAM教學存在的問題入手，發(fā)現融入設計思維的STEAM教學可以有效解決課程需求、學科內容、方法運用方面的問題，由此構建出融入設計思維的小學STEAM教學活動模式;基于該模式展開具體的案例設計，以期幫助教師深入了解設計思維、STEAM理念以及兩者的融合性。同時，借助案例，分析整體的設計理念、思路、方法，促進教師更好地引導學生設計探究，以提升學生的創(chuàng)新能力，促進學生全面發(fā)展。

參考文獻

[1]義務教育小學科學課程標準[DB/OL].[2017-01-19].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201702/t20170215_296305.html.

[2]田秀蘭.基于STEAM教育理念的小學科學課程實踐研究：以銀川H小學為例[D].寧夏大學，2019.

[3]林琳，沈書生.設計思維的概念內涵與培養(yǎng)策略[J].現代遠程教育探究，2016（6）：18-25.

[4]Brown T. Design thinking[J].Harvard business review，2008（6）：1-9.

[5]Buchanan R. Wicked problems in design thinking[J].Design Issues，1992，8（s2）：5-21.

[6]Razzouk R， Shute V. What is design thinking and?why is it important[J].Review of educational research，2012，82（3）：330-348.

[7]陳鵬，田陽，黃榮懷.基于設計思維的STEM教育創(chuàng)新課程研究及啟示：以斯坦福大學d.loft STEM課程為例[J].中國電化教育，2019（8）：82-90.

[8]An Introduction to Design Thinking PROCESS GUIDE[EB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/957a20f8964bcf84b8d57b1d.html.