徐文静 余昊琪 袁志键

（1.杭州市钱塘区文清小学，浙江 杭州 310018；2.杭州市钱塘区月雅河小学，浙江 杭州 310018）

当前，创新成为驱动国际竞争力的基石，创新人才的培养成为人工智能时代的教育诉求。设计思维作为解决设计过程中实际问题的创新学习方式，符合新课程标准和学生创意思维能力的培养目标。国务院印发《义务教育信息科技课程标准（2022 版）》明确指出，以人工智能课程为逻辑主线，培养具有数字素养的时代新人[1]。图形化编程是推广人工智能课程的重要载体，学生只须习得相关的基础技能，以积木块拼接的方式，便可以轻松地制作出交互式的创意成果作品，适合编程启蒙教育，对于创新思维的培养有先天优势。

设计思维，源于英文“Design Thinking”，即“设计思考”，面向真实问题、强调学生过程体验，为图形化编程教学提供了一套切实可行、具有创造性的实施路径和方法工具[2]。“以生为本”的设计理念，符合图形化编程的价值追求；可视化的思维支架工具为学生提供创新方法技能研究，遵循“创意构思、原型实现、完善优化”的图形化教学活动过程，是落实培养学生创新思维的关键。目前，斯坦福大学的EDIPT 设计思维模型是全球教育应用领域最为广泛的设计思维过程模型，即“共情（Empathize）—定义（Define）—设想（Ideate）—原 型（Prototype）—测试（Test）[3]”五步骤，是K12 阶段指导教育教学的有效手段。因此，本文借鉴斯坦福大学的EDIPT 模型，旨在使学生亲历创意编程设计过程，从而促进学生核心素养的提升与创新能力的培养。

一、图形化编程教学中设计思维培养现状分析

本文以EDIPT 设计思维模型和李克特量表为理论依据，以浙江省杭州市三到六年级的学生为研究对象，从基本情况、兴趣态度、创意构思、任务完成、反思优化、困惑与期待等方面对小学图形化编程教学中设计思维培养现状进行调研，如图1 所示。

图1 调查结构

通过数据调查可以知道，当前的图形化编程教学中对于设计思维的培养，存在如下问题：

1.知识本位的学习观念忽视了创新思维的培养

在创意构思方面，很多学生表示团队协作更有利于创意的产生，但是课堂创作时间有限，往往局限于“动手做”而非“动脑想”，如表1 所示。编程教学往往关注学习目标，程序语言的编写，即“学生学了什么知识与技能”，知识本位的学习观念限制了创新思维的发展。

表1 创意构思

2.灌输式的学习方式抑制了自我效能感的形成

访谈了解到，相关执教老师往往为了课堂进度和教学任务，以知识讲授为主，学生依据课堂任务模仿教师操作，知识讲授型的授课方式抑制了自我效能感在图形化编程学习中的形成，未能真正发挥创新效能。

3.思维支架工具的匮乏增加了学生的认知负担

通过云词云工具分析学生期望方面，发现“资源包、时间、有趣、合作”等关键词较为显著，如图2 所示。因而，在教学中应适当延长创作时间，提供充分的自学资源包，利用可视化的思维工具减少学生的认知负担。

图2 学生期望

二、探析EDIPT 模型在图形化编程中的活动设计

根据设计思维模型的内涵和图形化编程教学的特点，探析了EDIPT 模型在图形化编程中的应用方式，构建出基于设计思维适用于图形化编程教学的活动设计。

1.图形化编程中EDIPT模型内涵分析

本文以EDIPT 模型为理论框架，旨在引导学生基于真实的问题情境，亲历“同理心思考、需求定义、创意构思、原型实现、测试优化”的迭代循环过程，同侪互助中同时或者分开执行多个阶段，并将其后期的意见进行反馈，而开始再一次的头脑风暴或原型开发，不断获得新的见解，发掘更多的解决方案，从而强化使用者的需求分析，提升问题解决、思维创新和元认知等高阶思维能力，如图3 所示。

图3 EDIPT 模型

同理心思考：以真实的问题情境为依托，要求学习者换位思考，明晰作品的核心理念，将文化内涵和人文表达融于编程创作中，从而确定作品风格。具体借助“3W”模式、半封闭问题、编程体验游戏等，引导学习者思考：我的作品是为什么人而设计的？我希望他从我的作品中获得什么（What）？作品的目的是怎样的（How）？为什么引入这种体验式的编程游戏（Why）？为提供合理的作品方案奠定基础。

需求分析：为避免缺乏目的性和忽略关键点的设计，借助思维导图、流程图、EDIPT 学习单等可视化工具，架构逻辑清晰且完整的任务流程，挖掘学习者的真实需求，从而进行编程作品规划与设计。

创意构思：结合半封闭情境与头脑风暴等方式，引导学习者利用界面草图、方案评估表编程脚本等工具，升级学习者的认知水平，创造性地设计作品，初步形成设计方案。

原型实现：引导学习者在编程环境中选定角色、布置背景，确定游戏玩法、赋予角色交互行为等进行作品原型创作。

测试优化：邀请同伴体验编程游戏并给予真实反馈，而后根据反馈结果修复漏洞、多维对比、迭代优化，从而感受作品是否符合预期效果，是否满足需求分析，是否能在头脑风暴与不断试错中，促进最佳解决方案的生成。

2.EDIPT模型中编程教学的活动设计

围绕设计思维的核心理念“创造”，设计了“同理思考与总体规划、思维发散与创意设计、同侪互助与作品创作、反思迭代与作品精致”四阶段活动流程，主要分为学生活动和教师活动两大模块，并设计了具体的编程学习任务，构建了适用于图形化编程教学的设计思维应用方式，如图4 所示。此外，依据活动流程，将设计思维与学习任务进行融合，让师生共同合作完成闯关任务，验证EDIPT 模型对图形化编程教学的价值，助力学生实现知识建构、发展创新能力。

图4 基于EDIPT 模型的图形化编程活动设计

同理思考与总体规划：此阶段力求编程作品从预设转向生成，融合“同理心思考”和“需求分析”两个步骤。首先，教师讲授课程所需的学科知识，为学习活动创设情境，学生根据发布的任务主题体验游戏范例，思考设计作品的类型与游戏风格，明晰编程作品的流程和注意事项，从而进行初步流程规划，如图5 所示。

图5 同理思考与总体规划

思维发散与创意设计：此阶段开拓编程作品从设想转向构思。教师根据现实世界的真实需求来设计任务，学生从访谈和观察中培养同理心，通过“头脑风暴”和“方案构想”交流想法，结合科学探究、需求分析来解决问题。

同侪互助与作品创作：此阶段从灵感转向雏形。在活动过程中，教师引导学生开展探究，按照设计思维的方法完成设计挑战，并向学生提供设计所需的EDIPT 任务单、技术工具等，学生在“行为赋予”和“制作原型”的过程中发现问题，不断创建、测试和迭代修正。

反思迭代与作品精致：此阶段确保作品从雏形转向优化，学生就所学所得进行试玩、分享交流，测试优化，教师则对学生的学习成效和存在问题给予反馈评价，如图6 所示。

图6 测试优化

三、基于EDIPT 设计思维模型的图形化编程教学实践

根据EDIPT 设计思维的编程教学活动设计，以“双减下的我们”课程为例进行实践应用。一方面结合学生的实际，创作丰富精彩课余生活；另一方面，通过对游戏作品的设计、制作、调试、优化，亲历完整的EDIPT 模型，发挥学习者的个性化潜能，体验在小学生视角下双减后的幸福生活。

（一）学生分组与诊断

研究对象选择三年级20 名学生，前测数据显示，这些学生学习态度端正，基础知识与整体认知相近。因此，在以兴趣为导向的基础上分成了5 组，每组4 人。

（二）学习资源与工具

在“双减下的我们”课程案例中，教师向学生提供的学习资源与工具主要有：①图形化编程中的教学资源，如编程案例、方案评估表、互评表、EDIPT 学习单等；②设计实践过程中所需的制作工具，如白板、便利贴、计时器、石墨文档等；③设计实践中所需的可视化工具，如图形化编程软件、Mind Master 思维导图等。

（三）学习活动设计

本文围绕设计思维的内涵和图形化编程的特点，“双减下的我们”案例更关注在传统的编程学习中融入科学探究、设计思维、问题解决等[4]。同时根据教学目标与现实需要，在不同环节向学生提供EDIPT 任务单作为学习支持，并将其作为实践评价的重要依据。

1.同理思考与总体规划

（1）阐述规则：组织学生进入游戏情境并担任职责，明晰游戏规则。

（2）发布主题：体验半封闭的游戏范例“双减下的一天”，思考设计的作品类型与游戏风格。同时，引入思维导图使学生明晰编程作品的流程和注意事项。同时，理清双减政策下，不仅丰富了学生的业余生活，拓宽了兴趣爱好，而且亲近了自然和文化，将文化思想融入其中。

2.思维发散与创意设计

（1）阐述规则：此环节由“头脑风暴”和“方案构想”两部分组成。

（2）发布任务：首先，学生在任务单创意构思模块，依据关键词“双减”交流想法，并绘制编程作品界面草图，头脑风暴中分享灵感，确认创意想法。其次，听取同伴建议，对自己的构思进行完善，然后进行方案设计。

3.同侪互助与作品创作

（1）阐述规则：此环节在“布置剧本”和“行为赋予”的基础上完成“原型制作”。

（2）发布任务：一，确定游戏角色与核心玩法，选定角色、布置舞台、设定情境和角色具体行为。引入绘图“3D”绘制角色形象和舞台背景，借助编程素材库和搜索引擎挑选资源，形成富有创意的剧本。二，各组学生依据分镜头剧本，制定游戏规则的图文说明，并将自己的创意用自然语言对想制作的作品进行描述。三，在原型实现的过程中发现问题，不断创建、测试和迭代修正，逐渐生成双减下的幸福生活的最佳方案。

4.反思迭代与作品精致

（1）阐述规则：此环节在“同伴试玩”和“多维对比”的基础上精益求精。

（2）发布任务：一，邀请同伴进行游戏试玩，记录员收集老师和同学对作品的反馈意见，作为迭代优化的依据，如表2。二，通过多维对比，对自己作品的程序、音效、界面等进一步改进和优化，使作品精益求精。

表2 “双减下的我们”作品评价表

（四）教学效果分析

依据威廉斯创造力倾向量表与学生成果作品，结合量化与质性研究，从创造力倾向、学生作品、课堂观察三方面对教学实践效果进行验证。

1.创造力倾向分析

采用Excel 将实践前与实践后20 位学习者的测试得分进行数据汇总，采用SPSS 23.1Duncan 对学习者得分进行多重比较（P＜0.05），结果如表2。

表2 实践前后学习者得分

数据显示，20 名学生在体验EDIPT 设计思维模型后，学生创造力均值由106.52 变为114.67，提高了7.65%，且创新能力得到极大提高（P＜0.01），表明EDIPT 设计思维模型能够有效提高学生的创造力水平。

2.成果作品分析

以设计思维为核心，注重编程探究和解决问题，运用EDIPT 模型、使用学习资源与工具，各小组均在规定时间内完成任务单。依据学生互评表，每个等级对应不同层次（优秀5 分、不合格1 分），每组学生作品的等级得分和均值，如图7 所示。

图7 作品评价表

数据显示，创造性得分整体显著，发散了创意思维，原型创作环节并非简单模仿已有作品，学会了灵活应用；体验感分值满分，表明学生在体验中挖掘了需求，增强了问题发现意识。

3.课堂观察分析

学生参与度较高，主动将学习的新知迁移应用于其他作品，并及时进行反馈和优化，设计了新游戏，如双减背景下的体感小游戏、减压小游戏等。

四、总结与展望

本研究以设计思维为核心，注重编程探究，运用EDIPT 模型实践后，发现学生的编程能力显著提升，而且体现出思维品质的提升，具体效果表现在：

（一）自主创作新游戏，延伸设计与编程思维

在“双减下的生活”拓展任务中，自主探究和头脑风暴相结合，遍历了EDIPT 设计思维模型，主动将学习的新知应用于其他作品，进行反馈优化，设计了新游戏。如根据侦测模块创作了“数学大闯关”、依据外观和声音模块创作了“惊蛰”游戏，还有综合性较高的“城市规划”等。

（二）体验中挖掘需求，增强问题与发现意识

测试优化环节，邀请同伴体验的过程中，修复游戏漏洞，主动增加游戏需求与难度；并将意见和反馈应用于原型实现环节[4]。如为角色添加新场景并设置触发事件，增加角色造型和游戏音效。

（三）同侪互助构思设计，提升发散与创意思维

在双减政策下，有的学生带我们领略了杭州亚运会的风采，在充分思考亚运会时间设定的情况下增加倒计时，提出了自己的想法与创意，让我们感受到作品的魅力，在完善作品的过程中增加了自我效能感。

（四）原型测试多维比对，促进反思与优化能力

很多学生在教学目标要求之外设计了新的创新作品，满足需求分析，不断精致编程作品。如，提出如何在有限的时间内兼顾创意构思设计和作品原型制作，邀请家长、科学家等多元评价主体深入挖掘多维指标，优化评价体系的问题。

基于EDIPT 设计思维模型的编程教学以创新性解决问题为目标，重视学生的实践操作，在一定程度上对于创新人才的培养具有重要意义。学生亲历EDIPT 设计思维的过程中，体验了设计师的角色，并且能够不断试错，思维突破。希望教育研究者从学生的实践创新着手，更新教育理念、创新教学方式、提升教育水平。将设计思维的培养通过切实有效的方法落实到教学实践中，架构信息技术与设计思维的桥梁，为学生成长和发展奠定基础。