徐文靜 余昊琪 袁志鍵

（1.杭州市錢塘區(qū)文清小學(xué)，浙江 杭州 310018；2.杭州市錢塘區(qū)月雅河小學(xué)，浙江 杭州 310018）

當(dāng)前，創(chuàng)新成為驅(qū)動國際競爭力的基石，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)成為人工智能時代的教育訴求。設(shè)計思維作為解決設(shè)計過程中實際問題的創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式，符合新課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)生創(chuàng)意思維能力的培養(yǎng)目標(biāo)。國務(wù)院印發(fā)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 版）》明確指出，以人工智能課程為邏輯主線，培養(yǎng)具有數(shù)字素養(yǎng)的時代新人[1]。圖形化編程是推廣人工智能課程的重要載體，學(xué)生只須習(xí)得相關(guān)的基礎(chǔ)技能，以積木塊拼接的方式，便可以輕松地制作出交互式的創(chuàng)意成果作品，適合編程啟蒙教育，對于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)有先天優(yōu)勢。

設(shè)計思維，源于英文“Design Thinking”，即“設(shè)計思考”，面向真實問題、強調(diào)學(xué)生過程體驗，為圖形化編程教學(xué)提供了一套切實可行、具有創(chuàng)造性的實施路徑和方法工具[2]?！耙陨鸀楸尽钡脑O(shè)計理念，符合圖形化編程的價值追求；可視化的思維支架工具為學(xué)生提供創(chuàng)新方法技能研究，遵循“創(chuàng)意構(gòu)思、原型實現(xiàn)、完善優(yōu)化”的圖形化教學(xué)活動過程，是落實培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的關(guān)鍵。目前，斯坦福大學(xué)的EDIPT 設(shè)計思維模型是全球教育應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的設(shè)計思維過程模型，即“共情（Empathize）—定義（Define）—設(shè)想（Ideate）—原 型（Prototype）—測試（Test）[3]”五步驟，是K12 階段指導(dǎo)教育教學(xué)的有效手段。因此，本文借鑒斯坦福大學(xué)的EDIPT 模型，旨在使學(xué)生親歷創(chuàng)意編程設(shè)計過程，從而促進學(xué)生核心素養(yǎng)的提升與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

一、圖形化編程教學(xué)中設(shè)計思維培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

本文以EDIPT 設(shè)計思維模型和李克特量表為理論依據(jù)，以浙江省杭州市三到六年級的學(xué)生為研究對象，從基本情況、興趣態(tài)度、創(chuàng)意構(gòu)思、任務(wù)完成、反思優(yōu)化、困惑與期待等方面對小學(xué)圖形化編程教學(xué)中設(shè)計思維培養(yǎng)現(xiàn)狀進行調(diào)研，如圖1 所示。

圖1 調(diào)查結(jié)構(gòu)

通過數(shù)據(jù)調(diào)查可以知道，當(dāng)前的圖形化編程教學(xué)中對于設(shè)計思維的培養(yǎng)，存在如下問題：

1.知識本位的學(xué)習(xí)觀念忽視了創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

在創(chuàng)意構(gòu)思方面，很多學(xué)生表示團隊協(xié)作更有利于創(chuàng)意的產(chǎn)生，但是課堂創(chuàng)作時間有限，往往局限于“動手做”而非“動腦想”，如表1 所示。編程教學(xué)往往關(guān)注學(xué)習(xí)目標(biāo)，程序語言的編寫，即“學(xué)生學(xué)了什么知識與技能”，知識本位的學(xué)習(xí)觀念限制了創(chuàng)新思維的發(fā)展。

表1 創(chuàng)意構(gòu)思

2.灌輸式的學(xué)習(xí)方式抑制了自我效能感的形成

訪談了解到，相關(guān)執(zhí)教老師往往為了課堂進度和教學(xué)任務(wù)，以知識講授為主，學(xué)生依據(jù)課堂任務(wù)模仿教師操作，知識講授型的授課方式抑制了自我效能感在圖形化編程學(xué)習(xí)中的形成，未能真正發(fā)揮創(chuàng)新效能。

3.思維支架工具的匱乏增加了學(xué)生的認知負擔(dān)

通過云詞云工具分析學(xué)生期望方面，發(fā)現(xiàn)“資源包、時間、有趣、合作”等關(guān)鍵詞較為顯著，如圖2 所示。因而，在教學(xué)中應(yīng)適當(dāng)延長創(chuàng)作時間，提供充分的自學(xué)資源包，利用可視化的思維工具減少學(xué)生的認知負擔(dān)。

圖2 學(xué)生期望

二、探析EDIPT 模型在圖形化編程中的活動設(shè)計

根據(jù)設(shè)計思維模型的內(nèi)涵和圖形化編程教學(xué)的特點，探析了EDIPT 模型在圖形化編程中的應(yīng)用方式，構(gòu)建出基于設(shè)計思維適用于圖形化編程教學(xué)的活動設(shè)計。

1.圖形化編程中EDIPT模型內(nèi)涵分析

本文以EDIPT 模型為理論框架，旨在引導(dǎo)學(xué)生基于真實的問題情境，親歷“同理心思考、需求定義、創(chuàng)意構(gòu)思、原型實現(xiàn)、測試優(yōu)化”的迭代循環(huán)過程，同儕互助中同時或者分開執(zhí)行多個階段，并將其后期的意見進行反饋，而開始再一次的頭腦風(fēng)暴或原型開發(fā)，不斷獲得新的見解，發(fā)掘更多的解決方案，從而強化使用者的需求分析，提升問題解決、思維創(chuàng)新和元認知等高階思維能力，如圖3 所示。

圖3 EDIPT 模型

同理心思考：以真實的問題情境為依托，要求學(xué)習(xí)者換位思考，明晰作品的核心理念，將文化內(nèi)涵和人文表達融于編程創(chuàng)作中，從而確定作品風(fēng)格。具體借助“3W”模式、半封閉問題、編程體驗游戲等，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者思考：我的作品是為什么人而設(shè)計的？我希望他從我的作品中獲得什么（What）？作品的目的是怎樣的（How）？為什么引入這種體驗式的編程游戲（Why）？為提供合理的作品方案奠定基礎(chǔ)。

需求分析：為避免缺乏目的性和忽略關(guān)鍵點的設(shè)計，借助思維導(dǎo)圖、流程圖、EDIPT 學(xué)習(xí)單等可視化工具，架構(gòu)邏輯清晰且完整的任務(wù)流程，挖掘?qū)W習(xí)者的真實需求，從而進行編程作品規(guī)劃與設(shè)計。

創(chuàng)意構(gòu)思：結(jié)合半封閉情境與頭腦風(fēng)暴等方式，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者利用界面草圖、方案評估表編程腳本等工具，升級學(xué)習(xí)者的認知水平，創(chuàng)造性地設(shè)計作品，初步形成設(shè)計方案。

原型實現(xiàn)：引導(dǎo)學(xué)習(xí)者在編程環(huán)境中選定角色、布置背景，確定游戲玩法、賦予角色交互行為等進行作品原型創(chuàng)作。

測試優(yōu)化：邀請同伴體驗編程游戲并給予真實反饋，而后根據(jù)反饋結(jié)果修復(fù)漏洞、多維對比、迭代優(yōu)化，從而感受作品是否符合預(yù)期效果，是否滿足需求分析，是否能在頭腦風(fēng)暴與不斷試錯中，促進最佳解決方案的生成。

2.EDIPT模型中編程教學(xué)的活動設(shè)計

圍繞設(shè)計思維的核心理念“創(chuàng)造”，設(shè)計了“同理思考與總體規(guī)劃、思維發(fā)散與創(chuàng)意設(shè)計、同儕互助與作品創(chuàng)作、反思迭代與作品精致”四階段活動流程，主要分為學(xué)生活動和教師活動兩大模塊，并設(shè)計了具體的編程學(xué)習(xí)任務(wù)，構(gòu)建了適用于圖形化編程教學(xué)的設(shè)計思維應(yīng)用方式，如圖4 所示。此外，依據(jù)活動流程，將設(shè)計思維與學(xué)習(xí)任務(wù)進行融合，讓師生共同合作完成闖關(guān)任務(wù)，驗證EDIPT 模型對圖形化編程教學(xué)的價值，助力學(xué)生實現(xiàn)知識建構(gòu)、發(fā)展創(chuàng)新能力。

圖4 基于EDIPT 模型的圖形化編程活動設(shè)計

同理思考與總體規(guī)劃：此階段力求編程作品從預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)向生成，融合“同理心思考”和“需求分析”兩個步驟。首先，教師講授課程所需的學(xué)科知識，為學(xué)習(xí)活動創(chuàng)設(shè)情境，學(xué)生根據(jù)發(fā)布的任務(wù)主題體驗游戲范例，思考設(shè)計作品的類型與游戲風(fēng)格，明晰編程作品的流程和注意事項，從而進行初步流程規(guī)劃，如圖5 所示。

圖5 同理思考與總體規(guī)劃

思維發(fā)散與創(chuàng)意設(shè)計：此階段開拓編程作品從設(shè)想轉(zhuǎn)向構(gòu)思。教師根據(jù)現(xiàn)實世界的真實需求來設(shè)計任務(wù)，學(xué)生從訪談和觀察中培養(yǎng)同理心，通過“頭腦風(fēng)暴”和“方案構(gòu)想”交流想法，結(jié)合科學(xué)探究、需求分析來解決問題。

同儕互助與作品創(chuàng)作：此階段從靈感轉(zhuǎn)向雛形。在活動過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生開展探究，按照設(shè)計思維的方法完成設(shè)計挑戰(zhàn)，并向?qū)W生提供設(shè)計所需的EDIPT 任務(wù)單、技術(shù)工具等，學(xué)生在“行為賦予”和“制作原型”的過程中發(fā)現(xiàn)問題，不斷創(chuàng)建、測試和迭代修正。

反思迭代與作品精致：此階段確保作品從雛形轉(zhuǎn)向優(yōu)化，學(xué)生就所學(xué)所得進行試玩、分享交流，測試優(yōu)化，教師則對學(xué)生的學(xué)習(xí)成效和存在問題給予反饋評價，如圖6 所示。

圖6 測試優(yōu)化

三、基于EDIPT 設(shè)計思維模型的圖形化編程教學(xué)實踐

根據(jù)EDIPT 設(shè)計思維的編程教學(xué)活動設(shè)計，以“雙減下的我們”課程為例進行實踐應(yīng)用。一方面結(jié)合學(xué)生的實際，創(chuàng)作豐富精彩課余生活；另一方面，通過對游戲作品的設(shè)計、制作、調(diào)試、優(yōu)化，親歷完整的EDIPT 模型，發(fā)揮學(xué)習(xí)者的個性化潛能，體驗在小學(xué)生視角下雙減后的幸福生活。

（一）學(xué)生分組與診斷

研究對象選擇三年級20 名學(xué)生，前測數(shù)據(jù)顯示，這些學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度端正，基礎(chǔ)知識與整體認知相近。因此，在以興趣為導(dǎo)向的基礎(chǔ)上分成了5 組，每組4 人。

（二）學(xué)習(xí)資源與工具

在“雙減下的我們”課程案例中，教師向?qū)W生提供的學(xué)習(xí)資源與工具主要有：①圖形化編程中的教學(xué)資源，如編程案例、方案評估表、互評表、EDIPT 學(xué)習(xí)單等；②設(shè)計實踐過程中所需的制作工具，如白板、便利貼、計時器、石墨文檔等；③設(shè)計實踐中所需的可視化工具，如圖形化編程軟件、Mind Master 思維導(dǎo)圖等。

（三）學(xué)習(xí)活動設(shè)計

本文圍繞設(shè)計思維的內(nèi)涵和圖形化編程的特點，“雙減下的我們”案例更關(guān)注在傳統(tǒng)的編程學(xué)習(xí)中融入科學(xué)探究、設(shè)計思維、問題解決等[4]。同時根據(jù)教學(xué)目標(biāo)與現(xiàn)實需要，在不同環(huán)節(jié)向?qū)W生提供EDIPT 任務(wù)單作為學(xué)習(xí)支持，并將其作為實踐評價的重要依據(jù)。

1.同理思考與總體規(guī)劃

（1）闡述規(guī)則：組織學(xué)生進入游戲情境并擔(dān)任職責(zé)，明晰游戲規(guī)則。

（2）發(fā)布主題：體驗半封閉的游戲范例“雙減下的一天”，思考設(shè)計的作品類型與游戲風(fēng)格。同時，引入思維導(dǎo)圖使學(xué)生明晰編程作品的流程和注意事項。同時，理清雙減政策下，不僅豐富了學(xué)生的業(yè)余生活，拓寬了興趣愛好，而且親近了自然和文化，將文化思想融入其中。

2.思維發(fā)散與創(chuàng)意設(shè)計

（1）闡述規(guī)則：此環(huán)節(jié)由“頭腦風(fēng)暴”和“方案構(gòu)想”兩部分組成。

（2）發(fā)布任務(wù)：首先，學(xué)生在任務(wù)單創(chuàng)意構(gòu)思模塊，依據(jù)關(guān)鍵詞“雙減”交流想法，并繪制編程作品界面草圖，頭腦風(fēng)暴中分享靈感，確認創(chuàng)意想法。其次，聽取同伴建議，對自己的構(gòu)思進行完善，然后進行方案設(shè)計。

3.同儕互助與作品創(chuàng)作

（1）闡述規(guī)則：此環(huán)節(jié)在“布置劇本”和“行為賦予”的基礎(chǔ)上完成“原型制作”。

（2）發(fā)布任務(wù)：一，確定游戲角色與核心玩法，選定角色、布置舞臺、設(shè)定情境和角色具體行為。引入繪圖“3D”繪制角色形象和舞臺背景，借助編程素材庫和搜索引擎挑選資源，形成富有創(chuàng)意的劇本。二，各組學(xué)生依據(jù)分鏡頭劇本，制定游戲規(guī)則的圖文說明，并將自己的創(chuàng)意用自然語言對想制作的作品進行描述。三，在原型實現(xiàn)的過程中發(fā)現(xiàn)問題，不斷創(chuàng)建、測試和迭代修正，逐漸生成雙減下的幸福生活的最佳方案。

4.反思迭代與作品精致

（1）闡述規(guī)則：此環(huán)節(jié)在“同伴試玩”和“多維對比”的基礎(chǔ)上精益求精。

（2）發(fā)布任務(wù)：一，邀請同伴進行游戲試玩，記錄員收集老師和同學(xué)對作品的反饋意見，作為迭代優(yōu)化的依據(jù)，如表2。二，通過多維對比，對自己作品的程序、音效、界面等進一步改進和優(yōu)化，使作品精益求精。

表2 “雙減下的我們”作品評價表

（四）教學(xué)效果分析

依據(jù)威廉斯創(chuàng)造力傾向量表與學(xué)生成果作品，結(jié)合量化與質(zhì)性研究，從創(chuàng)造力傾向、學(xué)生作品、課堂觀察三方面對教學(xué)實踐效果進行驗證。

1.創(chuàng)造力傾向分析

采用Excel 將實踐前與實踐后20 位學(xué)習(xí)者的測試得分進行數(shù)據(jù)匯總，采用SPSS 23.1Duncan 對學(xué)習(xí)者得分進行多重比較（P＜0.05），結(jié)果如表2。

表2 實踐前后學(xué)習(xí)者得分

數(shù)據(jù)顯示，20 名學(xué)生在體驗EDIPT 設(shè)計思維模型后，學(xué)生創(chuàng)造力均值由106.52 變?yōu)?14.67，提高了7.65%，且創(chuàng)新能力得到極大提高（P＜0.01），表明EDIPT 設(shè)計思維模型能夠有效提高學(xué)生的創(chuàng)造力水平。

2.成果作品分析

以設(shè)計思維為核心，注重編程探究和解決問題，運用EDIPT 模型、使用學(xué)習(xí)資源與工具，各小組均在規(guī)定時間內(nèi)完成任務(wù)單。依據(jù)學(xué)生互評表，每個等級對應(yīng)不同層次（優(yōu)秀5 分、不合格1 分），每組學(xué)生作品的等級得分和均值，如圖7 所示。

圖7 作品評價表

數(shù)據(jù)顯示，創(chuàng)造性得分整體顯著，發(fā)散了創(chuàng)意思維，原型創(chuàng)作環(huán)節(jié)并非簡單模仿已有作品，學(xué)會了靈活應(yīng)用；體驗感分值滿分，表明學(xué)生在體驗中挖掘了需求，增強了問題發(fā)現(xiàn)意識。

3.課堂觀察分析

學(xué)生參與度較高，主動將學(xué)習(xí)的新知遷移應(yīng)用于其他作品，并及時進行反饋和優(yōu)化，設(shè)計了新游戲，如雙減背景下的體感小游戲、減壓小游戲等。

四、總結(jié)與展望

本研究以設(shè)計思維為核心，注重編程探究，運用EDIPT 模型實踐后，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的編程能力顯著提升，而且體現(xiàn)出思維品質(zhì)的提升，具體效果表現(xiàn)在：

（一）自主創(chuàng)作新游戲，延伸設(shè)計與編程思維

在“雙減下的生活”拓展任務(wù)中，自主探究和頭腦風(fēng)暴相結(jié)合，遍歷了EDIPT 設(shè)計思維模型，主動將學(xué)習(xí)的新知應(yīng)用于其他作品，進行反饋優(yōu)化，設(shè)計了新游戲。如根據(jù)偵測模塊創(chuàng)作了“數(shù)學(xué)大闖關(guān)”、依據(jù)外觀和聲音模塊創(chuàng)作了“驚蟄”游戲，還有綜合性較高的“城市規(guī)劃”等。

（二）體驗中挖掘需求，增強問題與發(fā)現(xiàn)意識

測試優(yōu)化環(huán)節(jié)，邀請同伴體驗的過程中，修復(fù)游戲漏洞，主動增加游戲需求與難度；并將意見和反饋應(yīng)用于原型實現(xiàn)環(huán)節(jié)[4]。如為角色添加新場景并設(shè)置觸發(fā)事件，增加角色造型和游戲音效。

（三）同儕互助構(gòu)思設(shè)計，提升發(fā)散與創(chuàng)意思維

在雙減政策下，有的學(xué)生帶我們領(lǐng)略了杭州亞運會的風(fēng)采，在充分思考亞運會時間設(shè)定的情況下增加倒計時，提出了自己的想法與創(chuàng)意，讓我們感受到作品的魅力，在完善作品的過程中增加了自我效能感。

（四）原型測試多維比對，促進反思與優(yōu)化能力

很多學(xué)生在教學(xué)目標(biāo)要求之外設(shè)計了新的創(chuàng)新作品，滿足需求分析，不斷精致編程作品。如，提出如何在有限的時間內(nèi)兼顧創(chuàng)意構(gòu)思設(shè)計和作品原型制作，邀請家長、科學(xué)家等多元評價主體深入挖掘多維指標(biāo)，優(yōu)化評價體系的問題。

基于EDIPT 設(shè)計思維模型的編程教學(xué)以創(chuàng)新性解決問題為目標(biāo)，重視學(xué)生的實踐操作，在一定程度上對于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)具有重要意義。學(xué)生親歷EDIPT 設(shè)計思維的過程中，體驗了設(shè)計師的角色，并且能夠不斷試錯，思維突破。希望教育研究者從學(xué)生的實踐創(chuàng)新著手，更新教育理念、創(chuàng)新教學(xué)方式、提升教育水平。將設(shè)計思維的培養(yǎng)通過切實有效的方法落實到教學(xué)實踐中，架構(gòu)信息技術(shù)與設(shè)計思維的橋梁，為學(xué)生成長和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。