基于知识建构的小学生设计思维培养路径研究

1、基于知识建构的小学生设计思维培养路径研究摘 要:知识建构教学理念的目标是培养学生的创新能力，而设计思维的培养有助于学生理解概念本质并建构 概念之间的关系，从而达到对创新能力的培养研究以知识建构观点深化的发展阶段为基础,结合小学生设计思维 培养的特点,将小学生设计思维培养划分为启发、构想、实行三个环节和共情、定义问题、方案构想、制作原型、测试 五个阶段,并提出了每个阶段实现深层知识建构的学习方法和工具，进而从教学环境、教师、教学策略、教学活动和 教学评价五个方面提出了小学生设计思维培养的路径关键词:知识建构；设计思维；培养路径；小学生Research on the Training Path o

2、f Primary School Students Design Thinking Based onKnowledge ConstructionAbstract: The theory of knowledge construction is a powerful attempt for innovative education, and the cultivation of students design thinking is to help learners learn to understand concepts and to realize self construction on

3、the relationship between concepts, so as to form a logical and self- consistent wisdom product. A large number of previous research results show that design thinking plays an important role in the cultivation of students problem- solving ability and innovation ability. Based on the deepening stage o

4、f knowledge construction, this paper divides the stages of primary school students design thinking cultivation, and put forward the learning methods and tools to realize the deep knowledge construction in each stage. And finally we put forward the path of primary school students design thinking cult

5、ivation such five dimensions as teaching environment, strategy, effect, teacher role and students thinking.Key words: knowledge construction; design thinking; training path; pupils、研究背景随着人们对创新与设计的日益关注，设计思 维(Design Thinking)已经发展成为一种被广泛采 用的、有影响力的培养创新思维的方法。1设计思 维是通过提出有意义的创意和想法，来解决特定 人群的实际问题。在国家中长期教育改革和

6、发展 规划纲要(2010-2020年)中将培养学生的创新能 力提升到了国家战略的高度。2第三届中国STEM 教育发展大会的报告中，陈伟权博士也强调在 STEM教育中利用设计思维促进学科发展。当前 设计思维能力培养是教育改革、培养学生创新思 维的必然选择。近年来，我国研究者对于设计思维在课程中应 用研究也在不断增加，尤其是诸如机器人教育珥、 创客教育句和STEM教育5等创新能力培养的课 程。2017年教育部印发的中小学综合实践活动 课程指导纲要回中明确提出义务教育阶段，尤其 是小学阶段的具体教学目标是问题解决和创意物 化等，将创新能力培养作为小学阶段的最终培养 目标。小学生初步具备了逻辑的及言语

7、的思维特 点，正地从具体思维逐步过渡到抽象思维，在小学 阶段特别适合开始以培养设计思维为目标的课 程。知识建构（Knowledge Building）理念意在引导 学生提出对社区有价值的观点并持续改进，从而 形成系统化的理论或者创造出“人工制品”，并最 终形成公共社区知识。知识建构过程以观点为中 心，强调知识获得的情境性、兴趣性、思维发散与 聚合性。凶设计思维的核心理念是不断发现问题、 分析问题、进而解决问题，最终形成最佳解决方 案。此外，知识建构教学理念比较符合小学生思维 发展特点，能够在教学过程中引导学生从以具体事 物表象为主要思维形式逐步过渡到以言语概念的 逻辑思维形式。因此,研究将知识

8、建构教学理念应 用于小学生设计思维培养过程就显得尤为必要。二、知识建构教学理念对小学生设计思维培养 的有效支撑（一）二者达成的核心目标高度一致，拥有相 通的教育理念知识建构强调与现实情境相联结，注重学生 在学习过程中观点的改善、社区中相互协作、共同 参与、问题解决及最终形成智慧产品。1。而设计思 维是以学生思维发展为中心，强调学生解决问题、 创新精神等综合能力的培养，在培养过程中以问 题解决为导向，通常以小组协作的形式展开，注重 学生的认知需求和学习体验，构建基于真实情境 的学习环境。设计思维的培养理念与知识建构教 育理念基本一致。这些在目标上的一致性及在教 育理念中的共通与契合，正是知识建构

9、教学可以 促进设计思维培养的先决条件。（二）知识建构中观点的发展有助于设计思维 培养中最佳解决方案的生成知识建构的课堂中学生持续改进的观点是课 堂发展的动力，学生理解问题过程中产生的错误 不再被认为是错误和必须纠正的，而是作为可以 提高的观点。学生需要持续提高所提出观点的质 量、条理性和效用。11这一要求恰好与设计思维进 行原型创作和迭代测试的理念相适应，通过不断 寻找问题产生的原因，生成问题解决原型方案作 为迭代测试中的参照，而后在逐轮迭代中持续强 化问题解决方式，通过权衡和对比的方式设计出 最佳解决问题的路径。（三）二者都强调基于真实情境开展有效教学 知识建构教学强调从真实问题开始，而问题

10、来源于学生实际的学习生活。这些问题并未限定 于特定的场合和学科，更加鼓励学科之间的相互 融合。在信息化教学环境下，支持知识建构问题提 出的环境更加多样化，如Web环境、虚拟学习社 区及网络学习共同体等。12设计思维的培养同样 提倡通过与现实问题的联结来促进学习者知能结 构的完善，现实问题是一种充满各种复杂性的问 题,向从而在不断分析问题、解决问题的过程中不 断强化设计思维能力的培养。（四）二者都推荐采用协作学习方式进行学习 基于真实问题的学习情境中最高效的学习方式是协作学习方式。知识建构过程中需要不断与 他人进行对话、协商、互动、沟通及交流，将个体知 识外化以实现公共知识的创造。设计思维亦是如

11、 此，对于创作作品本身来说,需要学习者综合考虑 多个学科领域的知识与技能，并通过合理的思辨 过程，借助于学习者所在的团队力量促进灵感激 发,共同寻求最佳的解决o14 协作学习方式如头脑 风暴、六顶帽子等围绕特定问题设置情境不断提 出更有助于问题解决的问题，通过不断梳理与整 合想法，最终建构新的知识与技能从而达到设计 思维培养的目标。三、基于知识建构的小学生设计思维培养的教 学流程（一）小学生设计思维培养的特点小学生已经具备了设计思维培养的第一步 能力一共情能力通常认为设计思维培养需要经过共情、定义 问题、创意、原型制作、测试这一迭代过程。共情是 和个体对于他人经验的反应有关的一系列结构。 所有

12、进入情境的个体都带有一些特性，这对于过 程和结果都有潜在的影响。小学生已经具备初步 的共情能力，如以前的学习历程，及与共情有关的 价值观和行为的社会化过程。所有对于他人的反 应，无论是认知还是情感反应，都需要一个特定的 情境背景。通常共情被认为是设计思维开始的第 一步。Hoffman认为,小学阶段处于超越当前情境 的共情阶段。不仅能够体验他人在当前情景中的 情绪,也会受到他人背后生活状况的影响。15国内 对小学儿童共情特点的研究也表明随着年级的升 高，一到六年级儿童在共情连续体上的得分越来 越高,共情能力发展呈现上升趋势。四小学阶段是具象思维向抽象思维转化快速发展阶段在整个小学阶段，学生思维发

13、展以逐步过渡 到抽象逻辑思维为主要形式，但仍具有很大的具 体性。这种思维的过渡是思维发展过程中的质变， 需要经历很长的过程。在整个小学时期内，小学低 年级学生的认知水平大部分是具体的、可以直接 感知的。即使高年级的学生己学会了掌握初步的 科学定义，学会独立进行逻辑论证。但他们所达到 的思维活动水平也需要直接和感性的经验。这 一阶段是具象思维向抽象思维快速转化的重要发 展阶段，具备了设计思维培养的基础。（二）小学生设计思维培养教学流程的设计知识建构式教学注重学生观点的持续改进， 结合小学生设计思维发展特点，将小学生设计思 维的活动阶段构建为观点汇集、观点识别、观点建 立、观点强化和观点凝华。在教

14、学活动过程中，设 计思维为学生的观点建构和问题解决提供思路和 方法，从实际生活的真实情境中收集、确立问题； 在社区互动过程中通过协作建构的方式集思广益， 形成多样化解决问题方案,具体内容如表1所示。表1基于知识建构教学理念的小学生设计思维培养教学阶段环节阶段深层知识建构式学习任务深层知识建构式学习方法深层知识建构式学习工具启发观点汇集（共情）围绕某一主题选择真实情境中 解决的问题，分析问题解决的意 义、可操作性观察、半结构式访谈、换位思考、相关案例分析等视音频拍摄设备与制作软 件、访谈纲要、白板等书写 工具观点识别全身心体验与参与发现的问题问题和资料整理与归纳、研网络设备、记事贴、图形实（定义

15、问题）中，把握问题中心，分析产生原 因，化抽象的问题具象化讨课、头脑风暴、专家咨询 等物等技术观点联结根据原因集思广益，结合现实情头脑风暴、想法菜单、关联思维导图软件、图形制作软（方案构想）况，生成多种问题解决方案图等件或工具、电子书包等构想观点强化（制作原型）展示方案，交流设计思路，形成 最佳解决方案，作为后期迭代的 参照小组汇报、视频制作、文案创作、纸质模型等三维物品制作工具、卡片、 乐高、办公软件、视音频制 作软件等实行观点凝华（测试）凝练方案中蕴含的思想理念、形 成过程等内容，教师或专家进行 评价反馈，以此修整解决方案观察分析、舞台表演、故事 板、专家评价等评估所需材料、观察提纲、 问

16、卷调查等启发环节注重寻找和确定实际情境中的真实 问题。在观点汇集、识别的过程中，学生置身于学 习任务的情境中，在真实的情境中成为一个敏锐 的观察者。通过资料收集、对人们行为的观察、用 户跟踪等方式设身处地地感受和体验该情境下人 们的需求，以便于学生筛选其所关注和感兴趣的 问题，能够对该问题进行深入透彻的分析。需要注 意的是教师在创设适切的问题情境时，首先要进 行学情分析，了解学习者年龄特征、学习风格、起 点能力等要素，使得学习任务在学习者能力范围 之内。该环节秉承以人为本的理念,发现可能存在 的需求，是知识建构和创新的基础。构想环节关注问题解决方案的制定。在观点 联结和强化的过程中，学生根据上

17、一阶段分析的 原因进行组内头脑风暴，结合现实情境中潜在的 限制条件，发散思维形成多种问题解决方案。而后 通过思维导图、草图、模型等形式进行组间的方案 展示，交流分享，以期生成最佳解决问题的方案， 为后期观点多轮迭代式修整提供依据。观点强化 阶段还可将整体方案进行可视化的拆解，形成不 同的模块以更加精确和有针对性地实施。实行环节也就是观点凝华阶段强调学生对更 高层次观点的概括能力，从而实现深层知识建构。 该阶段要求学生对问题解决方案中蕴含的思想理 念以及形成过程进行解释，在解释的过程中凝练 语言、梳理思路,合理地说明事物变化的原因、知 识之间的联系，有助于学生思维的发散与聚合，实 现对观点的提炼

18、和升华。此外，这一环节需要教师 或者专家对问题解决方案进行评估、诊断并给予 反馈，以此实现对整个知识建构过程的迭代，促进 解决方案的不断优化。需要注意的是，在实际生活 中应用方案之后并非结束整个建构过程，而在应 用过程中持续改进方案，使该问题的解决方式达 到最为有效的程度。四、基于知识建构理念的小学生设计思维培养 路径创建智能、开放的教与学的环境培养设计思维的首要任务是建立智能化、开 放式的思维构建空间，创建有利于问题提出的学 习氛围。对于教师的授课、室内实践等活动都在创 意空间中完成，其目的就是给设计者一个特殊的 学习和交流的环境，营造一种设计思维培养氛围， 使学生认识到，他们的观点或者想法

19、对作品的完 成非常重要19 如开展创客教育时,在物理环境方 面，可以参照智慧教室建设方式进行设计,可移动 桌椅、网络与多媒体设施、活动墙等可以按照学习 需求任由师生自由摆放。还应在空间内加入彩笔、 图纸、剪刀、胶带等物品制作和思维图绘画的工具, 以便学生实施方案的过程中，能够使用只能模拟环 境来检验方案的可行性，使方案的信度更高。另外, 在多媒体设备中需要安装支持知识建构、思维可视 化等软件。例如新开发的知识论坛6.0,其支持开放 资源的开发，而且融合了其他开放资源的工具和特 征，可以作为一个不断演化的原型（prototype）,以 此支持知识建构和计算机支持学习。网教师应该更关注设计过程中学

20、生思维的培养 设计思维的培养对学校教师的专业能力提出了更高的要求，为提升教师的专业的能力，需要教 育部、学校和教师个人三方共同的努力。在美国教 育技术国际协会中发布的教师标准中指出“设 计者”是未来教师的重要角色。21 作为教育领域中 重要的双主之一，需要不断提升自身设计与知识 建构能力，才能在学科教学过程中培养学生的设 计思维。因此，在教师专业能力培训中加入这一专 题，使更多的教师能够认识、认同这一理论。学校 在集团式办学的环境下可以举办主题式讲课、设 计创新大赛，鼓励教师成为指导教师带领学生参 赛,从而在实践过程中加以运用，真正的掌握和理 解设计思维对教学的重要作用o对于教师来说，可 以组

21、建来自各个领域的教师的教学团队，创办设 计思维培养的工作室，在教研活动中不断探索对 设计思维的培养模式和策略，将自身作为设计思 维导师，既扮演传统教师的角色，又是榜样,还是 学生思维模式上的导师。此外，教育公司也可为教 师准备更系统、更立体化的“教参”，更好地支持教 学的课堂教学。应用多种教学策略开展教学活动为了吸引小学生对设计思维教学活动的兴 趣，引发兴趣并激起解决问题的积极性，教师需要 应用问题式、项目式、协作式等多种教学策略完成 教学内容。杜威认为不应脱离现实孤立地、抽象地 训练思维力。四因此在培养设计思维的过程中，需 要以真实世界的问题为支撑。在教学过程中的问 题必须是学生所熟悉并贴近

22、于实际生活，根据设 计思维和知识建构理论均倡导多学科多领域之间 的思想碰撞，从而产生创新型想法和解决方案的 理念。在完成问题的过程中，学生将以学习共同体 形式学习和工作，来自不同文化和社会背景下的 学生和教师一起进行学习研究，是一种非常有效 的同伴学习方法。这种学习共同体包括“师- 师”之间以设计思维理念为基础的教师共同体,进 行基于学科、资源等的整合设计;24“师-生”之间 以设计思维的引导者和创新者的角色共同组成； “生-生”之间知识建构组内共同体，鼓励小组内 有明确有效的分工，发挥各自的最大价值,从不同 的视角建构对问题的认识,进行头脑风暴，从共享 到共生激发创意。教学活动的开展要以小学生思维发展特点 为基础根据皮亚杰认知发展阶段理论，小学生的思 维方式处于具体运演阶段。虽然已经具有了明显 的符号性和逻辑性，但缺乏抽象性，因此在进行设 计思维培养的过程中，需关心思维由具体形象到 抽象逻辑过渡的“关键年龄”，一般将其确定为三、 四年级前后（约10-11岁）。那么根据“关键年龄” 可以将小学阶段划分为初小阶段和高小阶段。初 小阶段首次接触知识建构式教学，在设计思维培 养过程中注重学生观察力和兴趣的养成。须设定 亲近大自然、生活中的小妙招等较为简单具体、贴 近日常的设计思维活动主题。引导学生使用色彩 丰富、操作简单的思维导图工具进行知识可视化， 辅助学生进行思维发散和想象力的发