李海峰 王炜 高秀敏

[摘   要] 创客教育旨在培养学生的高阶思维，但是知识培训、竞赛评比和任务堆砌的教育形式阻碍了这一目标的实现，为此将运用具有创新能力培养的设计思维实现创客教育目标。通过分析国际主流的设计思维模式，提出了由设计思维过程、教师指导活动和学生设计活动三个系统构成的基于设计思维的创客教育模式。实验以一所小学的创客社团为研究对象，采用单组前后测实验设计。结果表明，基于设计思维的创客教育模式能够显著地提升学生的创造性思维、解决问题能力、批判性思维和知识创造效能感，但是对群体自我效能、合作学习倾向以及个人自我效能感的影响不显著。为提高创客教育效果，教师需要开发创意启示工具，培养学生的设计思维素养，合理安排教学事件以及构建适切的创意设计环境。

[关键词] 设计思维;创客教育;创新能力;高阶思维;学习模式

[中图分类号] G434            [文献标志码] A

[作者简介] 李海峰（1978—），男，河北唐山人。副教授，博士，主要从事计算机支持的协作学习和教学设计研究。E-mail：tangshanlhf@163.com。

一、创客教育的现实困境与破解之路

创客运动引发了信息技术支持下的“基于创造的学习”的新学习形式[1]，利用线上和线下互动实现创造过程协作和作品分享[2]。教育与创客运动的相遇为培养学生的问题解决能力、创新能力以及协作学习能力等提供了重要途径。杜威的“做中学”成了创客教育的重要理论基础，关注创新想法的生成过程、物化过程和应用过程，学习者在做的过程中理解知识和解决复杂问题。开源硬件是开展“基于创造的学习”的重要技术基础，通过开源硬件实现学生的创新能力培养[3]。线上和线下创客空间的融合促进了互动交流和知识分享，形成了设计型学习模式、创客教育生态系统、基于项目的创客教育等多种创客教育模式或者学习策略。

然而，软硬件技能培训、创客知识竞赛、创客能力等级考试等成了创客教育的异化现象，教学模式和学习方式的目标偏离使得学生高阶思维能力的培养难以保障，甚至被称为“新瓶装旧酒”的传统教育模式再现[4]。创客教育的目的在于构建教师主导和学生主体的教与学模式，以实现学习在真实情境下的自然发生[5]。王同聚[4]在反思“创客教育何以推动教育变革与创新”的基础上，从人的不完备性及其超越视角提出了科学重构教育理论与众创文化基因培植的基本构想。令人庆幸的是，设计思维为解决创客教育实践问题提供了一种可能方法[6]，设计思维就是创造力培养的流程，为人们提供了一种对创造性工作进行思考的方式[7]。因此，本研究将探讨设计思维与创客教育相结合以促进学生高阶思维能力发展的基本模式和策略。

二、设计思维的基本内涵与特征

（一）设计思维的基本内涵

1. 设计思维流程说

设计思维流程说认为，设计思维并非是一门课程、一个主旨或者一个课题，而是一种解决复杂问题的方法。流程说是对“结构限制了创造性工作”的突破和发展，通过一个具体的流程和实践框架帮助教师进行创意教学和学生创造能力的培养[7]。

2. 设计思维能力说

设计思维能力说是对设计思维能够促进人们对那些不明确的、刁难性问题的创新性解决能力的表达[8]，需要将多种思维方式、多维度思维和形态因素等结合设计解决问题[9]。设计思维是一种针对复杂问题的解決能力，是一种智慧生成能力，更是一种直接指向知识创造的能力[10]。

3. 设计思维方法说

设计思维方法说是将设计思维视作一个以人为中心的创新方法，以“设计师的工具包”作为创新的支持工具和灵感来源，整合人们的需求、技术的可能性以及成功的必要条件[11]。IDEO公司为教育者推出了设计思维工具包和设计者工作手册，包含了具有设计师工作簿特征的详细设计过程与方法[12]。设计思维是解决非良构问题的方法，目的是应用前瞻性方法对解决方案进行迭代设计和验证，把用户置于核心位置[13]。

4. 设计思维活动说

设计思维是解决复杂问题的认知活动，以达成一种最佳的解决方案或者产品[14]。“有想法，更要有行动”是设计思维的重要主张，人们依据特定设计思维模式开展问题解决活动和创新活动[15]。设计思维是用行动思考的创新活动，设计者必须走向研究现场，以同理心的心态观察用户的实际需求。综合和创意阶段需要集体探究问题解决的多元化方案，设计者必须亲自参与、组织和创建原型，策划设计原型的具体实施和测试活动。

综上所述，设计思维就是人们根据一套方法论和方法体系，以人为本地对复杂问题进行创新解决的活动，是对复杂问题的多元化求解和方案优化。

（二）设计思维的基本特征

1. 跨学科

设计思维是管理、工程、信息管理和人类学等学科的跨学科研究。对于设计者而言，意味着他们需要从艺术服务的提供者向策略计划师和职业思想家进行转变，通过跨学科的方式进行实践设计，以多学科、学科间和交叉学科的方式解决复杂问题[16]。

2. 模式化

设计思维以具体模式实现复杂问题解决的引导，不仅呈现了问题解决过程的基本阶段，而且提供了复杂问题的详细解决过程、策略和工具包。设计思维模式化能够使学生快速掌握设计思维的基本过程，能够为他们提供解决复杂问题的具体工具和方法。

3. 人性化

设计思维不以问题为中心进行思考，而以人为中心进行问题解决方案的多元化探讨。以人为本是设计思维的核心理念，强调复杂问题的解决和方案设计必须以同理心的方式实现。设计师需要首先了解用户面对何种麻烦、需求或者问题，只有这样提出的问题解决方案或者作品，才能够满足用户的实际需求。

（三）设计思维的基本模式分析

自罗韦（Rowe）提出设计思维概念以来，涌现出了斯坦福大学、IDEO公司、圣加伦大学、西门子公司等主要设计思维模式。根据开发者、模型结构以及资源与工具等分析了不同设计思维模式的异同，见表1。

1. 设计思维模式的构成要素

设计思维模式的构成要素体现了复杂问题创新性解决的基本旨趣。首先，要素数量。斯坦福大学、圣加伦大学和约翰·斯宾塞的设计思维模式要素数量明显多于IDEO公司和西门子公司，教育领域的设计思维模式要素数量明显多于工业领域，包含了详细的设计思维步骤。其次，要素名称。要素名称体现了不同领域、任务目的和问题导向的特点。设计思维强调以人为本，从用户的需求角度发现问题和解决问题，不同设计思维模式针对这一目标呈现了不同的表达形式。第三，要素主旨。五个设计思维模式都包括了需求调查和确定、解决方法探讨、原型及原型实现、评估和测试，要素构建的主旨是面向复杂问题解决的方法创新。

2. 设计思维模式的要素秩序

设计思维模式的要素秩序基本相同，目的是面向复杂问题解决的创新方法论和方法，是一个循环迭代的过程。设计思维的首要步骤是用户需求调查，通过同理心、移情、观察和倾听等方式获得实际需求或问题。在确定用户需求之后，五个模式分别通过不同的要素秩序确保问题解决顺利进行。接着，五个设计思维模式分别以原型实现、关键功能原型、黑马原型、独特原型和创造产品原型等活动探讨原型的生成。模式最后阶段是产品发布和测试，通过将产品或方案投入到实践中来检验它们的效果。

3. 设计思维模式的资源与工具

设计思维与问题解决的区别是提供了问题解决的具体策略和工具[17]。五个设计思维模式分别提供了相应的策略和工具，诸如案例、指导手册、同理心地图以及行动模板等。案例为设计者提供了问题解决的具体方法，指导手册是某一领域较为专业的问题解决方法，设计者可以通过查阅手册了解问题解决的基本方法。设计思维模式的工具和资源也存在一定差异。

三、基于设计思维的创客教育模式构建

（一）基于设计思维的创客教育模式

创客教育的目的是促进学生的高阶思维发展。优质创客课题需要包括课题的切身性、课题的复杂性、充足的资源、互动和合作、高强度、合理的时间安排、分享教育和新颖性八个特点[18]，但是并未对创客活动组织提出针对性的模式。令人庆幸的是，设计思维是以流程形式培养高阶思维的一种典型方法[19]，基于提取的五个主流设计思维模式的六个公共核心要素，将它们与创客教育的各个要素进行深度融合，最终形成了基于设计思维的创客教育模式，如图1所示。

同理心、需求定义、创意构想、原型建构、测试评估和发布成果等是六个设计思维模式最具代表性的共同核心要素。根据提取的六个核心要素以及创客教育的教与学活动特征，构建了教师指导活动和学生设计活动这两个维度的教学事件。教师指导活动是设计思维理念融入学生创客活动的重要保障，是学生创意生成、创新能力提升以及问题解决能力发展的重要基础。学生设计活动维度是以设计师的思考方式进行的创客活动，学生以设计师的角色进行创意设计和产品开发。在基于设计思维的创客教育模式中，设计思维过程、教师指导活动和学生设计活动构成的三个维度教学事件是一个非线性的、迭代的过程，创客教育的任何一个活动阶段出现问题，师生都应返回到可能导致问题的阶段或者事件进行重新评估和开展活动。当学生创客活动中的设计体验和用户体验未满足用户需求時，需要重新返回到同理心、需求定义或者创意构想等阶段进行再次调查和创新方案生成。

（二）基于设计思维的创客教育过程

1. 创客教育的同理心

设计思维是以人为本的创新设计方法，这就决定了基于设计思维的创客教育不以问题为中心组织教与学活动事件，而是把通过同理心获取的受众需求作为出发点。所谓同理心是指以观察、行为转变或者换位思考的方式理解和收集产品受众的实际需求。教师引导和学生主体学习活动必须以获取受众的实际需求进行组织和开展。为了实现学生的同理心，教师可以通过组织调查和情境创设帮助他们完成受众需求的调查和体验活动。教师需要引导、组织和培养学生的洞察力、观察力、换位思考方式以及行为转变能力等[20]，使他们掌握必要的观察方法和移情思考方式，能够从他者的视角观察、倾听和理解受众的需要。

2. 创客教育的需求定义

需求定义是指分析用户的多种需求信息，提炼出需要解决的关键问题。需求定义并不是产品受众各种需要的杂糅和累积，而是通过需求分析探究真正的需求和需要解决的问题，就是要解释谁、有什么需要、我发现了什么。在需求定义阶段，学生借助视觉化地图可以发现原有设计方案和实践的不足，进一步解析出尚待探索的需求本质。视觉化地图为学生定义用户的实际需求提供了有力的支持，可以再现用户的需求内容和问题详情，创客团队可以通过这些需求进行概念构思和创意活动。在需求定义过程中，创客团队的互动、交流和协作对用户的真正需求探索至关重要，教师需要组织学生进行视觉化地图制作，挖掘学生的集体智慧。

3. 创客教育的创意构想

创客教育就是通过相应的策略和工具促使学生生成复杂问题解决的创意，然而创意设计常常陷入没有创意、创意不明、创意不多的困境，这就需要教师为学生的多样化创意生成提供创意空间和创意支架，帮助学生进行头脑风暴和创意探寻。设计思维的创意构想强调针对某一问题生成丰富的创意，为后续问题解决原型的构建提供更多的选择。为了能够使学生在创客活动中生成更多的创意，教师可以利用设计师的“翻转”创意策略促进学生的创意生成。密歇根大学开发了用于推动创意生成的“设计启示”工具，它是促进创意生成的重要支持工具。教师可以将其与具体的创客教育内容进行结合和修改，帮助学生运用翻转策略打破固有思维模式，促进学生创意的快速生成和多样化表达。

4. 创客教育的原型构建

原型构建是创客团队活动由创意发散向创意聚敛发展的结果，是在综合分析创意方案的基础上选择或融合形成最佳创意的过程。原型构建阶段是学生最为期望的创客学习环节，是问题解决最佳方案的具体化过程。问题解决方案的原型并不要求过于精细，而是以创意方案快速具体化为基本指针。原型建构首先需要将问题解决方案进行最终优化，然后将最终的解决方案通过图形、3D模型或者计算机模拟等方式进行初步构建，使学生能够进一步观察问题解决方案的质量与期望结果。教师需要为学生提供完成解决方案原型的创客空间、足够的资源、材料和工具，诸如3D打印机、工具箱、指导手册和其他材料。

5. 创客教育的测试评估

基于设计思维的创客作品测试不仅要关注传统的测试方法，而且以受众的需求满足程度、群体使用反馈、作品创新程度等作为重要测评指标，创客教育的评价权将从教师和学校转向作品受众。创客作品的原型很难一次实现完美，作品评价是一个迭代的循环过程，学生可以在测试过程中通过教师的引领实现对原初创意设计的深度思考和讨论。创客团队在测试之后需要以同理心的方式思考受众的体验、感受、评价和反馈，通过持续的微循环方式改进创意作品。测试与产品改进需要克服犯错的胆怯心理，调整心态和力量持续进行探索，教师或创客团队可以通过提供反馈清单、标准列表、优缺点结构图等方式快速定位和改进原型。

6. 创客教育的成果发布

成果发布是创意实现和推广的过程，是创意公之于众的兴奋与激动时刻，是与更多人员进行互动和交流的最佳渠道。成果发布包括多种途径，诸如参与创客作品评比、开展创客科技节、注册专利等。学校和教师要尽可能创造更多的机会或者空间，帮助学生进行创意作品的发布，搭建起他们与外界进行沟通和交流的桥梁。学生进行成果发布时，需要将“营销”理念与成果发布进行有效结合，充分展现创意的新颖性、独特性和创造性。在创意作品的“推销过程”中，培养学生的勇气和创造性自信，在与受众的沟通和交流中学会批判性地吸收信息，掌握必要的产品发布策略[7]。

（三）基于设计思维的创客教育策略

1. 体验地图

体验地图是全面了解受众体验，将受众体验全面融入新作品、新产品的主要策略。绘制现状地图是体验地图信息生成的基本方法，阐明受众特征、需求获取方法、体验影响因素以及体验信息整合等。用户画像是了解用户需求的一个重要方法，主要通过录制视频、拍摄图片、访谈、实地记录等观察和记录用户自然状态下的产品使用体验信息。用户需求的获取是一个全面的、多维度的考察，需要从用户的社会、身体、身份、沟通和情感等方面进行深入观察。“未来”体验地图是学生创作提升产品价值的全新解决方案，根据用户需求对现状体验地图进行重新规划，描述用户的核心需求、解决方案建议、需要考虑的问题以及实验问题。

2. 创意启示

创意启示是指教师根据创客活动内容，向学生提供的一种启发性的、促进性的和可供具体参照的工具集，是对设计师探索概念元素变化时采用的隐形策略的一种借鉴。科琳等提出了产品开发领域中用于创意生成的77种设计启示，每一种启示都用不同的卡片呈现，每张卡片都包括一个设计启示的描述、一张描述启示应用的抽象图片、两张关于启示工具在已有用户产品中的应用效果草图[21]。创客教育可以根据创客的学习内容开发设计启示工具，以卡片的形式描述启示设计工具的内容、方法和应用案例，促进学生快速进行创意的多样化生成。

3. 思维矩阵

思维矩阵是使创客团队思维过程变得更清晰的一种方法集，包括聚合式和发散式思维、分析与综合、头脑风暴、视觉思维以及便利贴等。聚合式思维和发散式思维之间的相互交互和迭代，促进了学生创意的生成和创意方案的优化和抉择。学生可以遵循设计师分析和综合的方式，利用分析工具将复杂问题进行分解，从大量的原始创客数据中归纳总结出有意义的模式。在创意生成过程中，教师需要组织学生以暂缓评论、聚焦主题、异想天开的方式进行头脑风暴活动，利用便利贴将创意思维可视化、公开化和有序化，进一步提升了学生创意生成的效率，有助于学生进行创意想法的组织和系统化。

四、基于设计思维的创客教育模式实践

（一）研究设计

1. 实验对象

以新疆乌鲁木齐市某小学的22名创客社团成员作为研究对象，男生14名，女生8名，平均年龄9.6岁，分别来自五、六年级。他们参与创客活动的时间平均在1.3年左右。

2. 实验设计

实验采用单组前后测实验设计，自变量为两种创客教育模式，因变量为创造性思维倾向、群体自我效能、合作学习倾向、解决问题倾向、知识创造效能感、批判性思维、个人自我效能、心智负荷。创客教育都在創客社团活动室进行，采用的工具、技术和资源完全相同。实验从2019年9月开始，12月结束，先以传统创客教育模式进行教学，然后采用基于设计思维的创客教育模式，分别实施6周，每周一次，每次1小时，每次实验结束后利用同样的量表进行测量。传统创客教育模式主要是基于项目式的学习，涉及项目与问题、制定方案和计划、探究实践、交流与分享、反馈评价等活动。

3. 测量工具

创造性思维倾向、批判性思维、知识创造效能感[22]、心智负荷[23]、群体自我效能[24]、合作学习倾向[25]、解决问题倾向[26]、个人自我效能[27]等通过修改作为创客教育学习绩效的评价量表，量表由40个题项组成。所有子量表题项的因子载荷值、量表信度系数、结构效度、区分效度符合良好测量工具有效性的基本临界值标准[28]。量表以五点李克特量表法进行设计，1代表完全不同意，5代表完全同意，量表中设置了2个反向题和1个测谎题。

（二）研究结果

根据单组前后测实验设计，利用量表分别对22名创客社团成员进行了前测和后测。量表各题项得分的总和代表每位学习者在该维度上的能力或者态度，运用SPSS22进行前测和后测配对样本T检验，见表2。与传统创客教育模式相比，基于设计思维的创客教育模式对学习者的创造性思维倾向、心智负荷、解决问题倾向、知识创造效能感、批判性思维等具有显著的促进作用，然而却不能显著地促进群体自我效能、合作学习倾向和个人自我效能感。

（三）分析与讨论

1. 设计思维对学生高阶思维的影响

基于设计思维的创客教育模式能够显著地提升学生的创造性思维倾向、批判性思维、知识创造效能感 、解决问题倾向等高阶思维能力，这与已有研究是一致的[29]。设计思维策略能够促进学习和问题解决[30]，能够提高创新学习环境中低绩效学生选择使用有效策略的可能性[31]，能够提升学习者进行问题解决的认知流畅程度[32]。设计思维为学习者高阶思维能力培养提供了有力支持，这比项目式的创客教育具有明显优势。设计思维提供的创意工具手册、体验地图方法以及不同环节的具体指导方法等为学生提供了具体的、可操作性的创意设计工具。教师向学生提供了设计启示工具，学生在设计启示工具的帮助下，通过自我认知和团队头脑风暴生成了更多的想法。

2. 设计思维对学生协作学习的影响

尽管设计思维为创客社团成员提供了协作互动的机会和空间，能够解决在场无协作、协作无主题、主题无深度等问题，但是与传统创客教育相比并未体现出显著优势，因为几乎所有的传统创客教育模式都为学习者提供了创客空间，包括线上线下融合、空间实验室、学习资源和工具等。设计思维也未能显著提高协作动机，原因可能是设计思维融入创客教育中的最大优势并不是促进学习者之间的协作互动，而是引发他们的深度思考并培养创新其能力。设计思维也未能促进深度协作互动。虽然设计思维为学生的协作互动提供了更多支架，诸如思维矩阵、头脑风暴以及行动案例等，但是并未引发群体成员之间的深度协作，而是促进了个体的问题解决倾向、批判性思维、创造性思维倾向和知识创造效能。

3. 设计思维对学生创意设计的影响

创客教育的根本目的是培养学生的高阶思维能力，作为方法论和方法的设计思维为学生高阶思维能力的提升提供了具体策略，是对项目学习或者问题解决学习为导向的传统创客教育的一个较大改进。譬如，王可越等为设计者提供了创意突破的七种策略，包括替代、合并、调整、修改、其他用途、消除、重排[15]。在创客活动中，学生参照这些创意引导策略，能够拓宽思考问题的视角，拓展创客设计的范围和深度。学生在设计思维驱动的创客教育活动中，依靠创意工具的支持能够显著提升创客社团的创新能力，加快作品创意设计的速度。

4. 设计思维对学生心智负荷的影响

心智負荷是学生在创客活动中投入的认知、时间和精力的总和。设计思维驱动的创客教育模式降低了学生的心智负荷，设计启示工具与学习支架为学生创新设计和问题解决提供了灵感和思路，学生能够根据设计启示工具进行设计方案的对比、分析、迁移和创新，减少了学习者在问题解决、创新设计以及实践反思等方面的认知投入。与传统创客教育通过“做中学”实现创新不同，基于设计思维的创客教育更关注设计方案和创新灵感的启蒙，利用设计启示工具应对传统创客教育以“做”实现创新的艰难挑战，通过设计启示工具集促进学习者创造能力、创造性思维以及批判性思维的发展。

五、结论与建议

（一）研究结论

通过采用单组前后测实验设计，对学生先后分别进行了传统创客教育模式和基于设计思维创客教育模式的教与学干预。通过基于设计思维的创客教学事件和教学策略，为学习者的创新能力、知识创造和批判性思维发展等提供了重要支持。基于设计思维的创客教育模式能够显著地促进学生的创造性思维、问题解决能力、知识创造效能感、批判性思维，显著地降低了他们的心智负荷，提升了作品的创意设计水平，但是对学习者的群体自我效能、合作学习倾向和个人自我效能的影响并不显著。

（二）教学建议

1. 开发指向设计思维的创意工具

尽管设计思维在工业、商业和艺术等领域形成了较为完善的创意设计支持工具和策略，但是创客教育领域显得相形见绌。教师需要为学生开发相应的工具和策略，诸如设计启示工具包、体验地图工具包、创意设计方法工具包以及认知策略指导手册等。创意工具包开发时，教师可以借鉴设计思维在其他领域中的先进经验，根据创客教育的特点、学习内容以及学生的身心特征等进行修改和完善。譬如，开发《认知策略指导手册》时，需要针对设计思维的各个环节进行开发，《手册》不仅需要能够促进学生的创意生成，而且需要向学生提供一种可操作性的工具，能够通过填空、问题和示例的方式向学生详解创意生成的具体方法。

2. 培养学生设计思维素养与能力

设计思维作为实现创意设计的一种途径，教师需要教授和培养学生的设计思维。设计思维是可以教授的，教师可以从设计与思维的关系解释它们之间的内在联系，从哲学、心理学、艺术、社会学、语言学、图像学等视角诠释设计思维的创意本质。教师通过设计思维的经典创意设计，示范设计思维的多种创意设计模式，诸如逆向与顺向、发散与聚集、转换与移位、跳跃和线性等[33]。教师需要向学生提供更多的感觉、感受、知觉等具体材料，以促使他们产生顿悟而实现创意生成。教师设计思维能力的提升对学生能力的培养至关重要，可以将设计思维作为创客教师培训的专题内容，提供给教师相应的设计思维工具包[34]。

3. 重构指向设计思维的学习事件

学习事件是为学生达成预定学习目标而设计、安排和实施的一系列教与学活动[35]。在基于设计思维的创客教育模式中，教师需要根据设计思维的基本流程设计教与学事件，确定不同学习事件之间的关系和衔接。设计学习事件需要兼顾学生学习事件和教师教学事件，需要关照教学目标和人才培养标准，需要根据教学空间进行设计。在创客教育学习事件设计中，教学事件需要关照教学目标和人才标准，将设计思维驱动的创客模式与教育目标和人才标准进行深度融合，避免它们之间相互分离。教师需要根据教学空间对学习事件进行合理设计，避免学习事件无法完成或者效果不佳。

4. 构建指向设计思维的创客环境

为了促进创意设计的生成，教师需要创建符合设计思维的创客学习环境。指向设计思维的创客学习环境需要设计和创建用户需求体验场、思维工作坊、原型实践场、产品受众体验空间以及线上线下协同创意空间等。用户需求体验场是学生获得创意灵感和创意动机生成的来源，需要为学生创建一个场合和机会帮助他们了解更多的用户需求。设计思维工作坊是集学习资源、学习空间以及学习团队等为一体的场域，是一种理论与实践相结合的活动场所。设计思维工作坊需要为学习者提供指导教练、实践场地和工具资料等，教师需要组织社团成员进行协作互动、头脑风暴和原型设计等活动。为了促进社团创意设计的持续生成和深度交流，教师需要为学生提供线上和线下的交流空间。

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