基于設(shè)計思維的中小學(xué)人工智能課程教學(xué)與實(shí)踐研究

榮榮

摘要：本文將設(shè)計思維與科技創(chuàng)新項(xiàng)目結(jié)合，嘗試構(gòu)建基于設(shè)計思維的人工智能課程教學(xué)模式，并以“中小學(xué)科技創(chuàng)新項(xiàng)目”為例進(jìn)行了實(shí)踐，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力。結(jié)果表明，基于設(shè)計思維的課程教學(xué)模式能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

關(guān)鍵詞：設(shè)計思維；EDIPT；教學(xué)模式；科技創(chuàng)新項(xiàng)目

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）01-0064-03

設(shè)計思維是一種注重用戶體驗(yàn)和解決問題的思維方式，它強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性思維、實(shí)踐性和團(tuán)隊(duì)協(xié)作?；谠O(shè)計思維的課程教學(xué)模式可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力，增強(qiáng)他們的自主學(xué)習(xí)和合作能力，從而提高人工智能課程的教學(xué)效率。因此，筆者嘗試將設(shè)計思維的EDIPT模型融入中小學(xué)科技創(chuàng)新項(xiàng)目教學(xué)，以期為中小學(xué)開展人工智能教學(xué)提供有效路徑。

基于設(shè)計思維的人工智能教學(xué)意義

目前，設(shè)計思維經(jīng)典實(shí)施流程廣泛采用斯坦福大學(xué)設(shè)計學(xué)院開發(fā)的EDIPT模型，此模型包含五個階段的設(shè)計思維過程：共情（empathize）、定義（define）、創(chuàng)想（ideate）、原型化（prototype）、測試（test）。設(shè)計思維作為一種注重實(shí)踐和創(chuàng)造性思維的思維方式，也被廣泛應(yīng)用于中小學(xué)教育中。因此，在實(shí)施人工智能教學(xué)時，教師也可以結(jié)合EDIPT設(shè)計思維模式，為教學(xué)提供切實(shí)可行的實(shí)踐模式。在教學(xué)過程中，教師要注重真實(shí)情境的共情，積極鼓勵學(xué)生進(jìn)行小組合作、頭腦風(fēng)暴等，以激發(fā)思維碰撞和創(chuàng)造性思維發(fā)展，使學(xué)生思維清晰，明白自己需要做什么、如何開始做等問題，從而提高學(xué)習(xí)效率。

基于設(shè)計思維的人工智能教學(xué)模式設(shè)計

1.基于EDIPT的人工智能教學(xué)模式（如下頁圖1）

設(shè)計思維的應(yīng)用能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力，使他們能夠更全面地思考和解決問題。為了確定科技創(chuàng)新項(xiàng)目，教師可以引導(dǎo)學(xué)生在專業(yè)學(xué)術(shù)平臺的幫助下，探索、分析并選擇自己感興趣的研究內(nèi)容。在項(xiàng)目構(gòu)建過程中，教師要綜合學(xué)生的知識儲備、課程標(biāo)準(zhǔn)和核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)，積極構(gòu)建與真實(shí)世界相關(guān)的科創(chuàng)項(xiàng)目主題。同時，通過應(yīng)用設(shè)計思維模式（Design Thinking），學(xué)生能夠突破思維上的限制，激發(fā)創(chuàng)意的產(chǎn)生。在態(tài)度上，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生帶著同理心，換位思考，去感受受眾對作品的想法與需求。而在行動上，則鼓勵學(xué)生大膽運(yùn)用不同的方案，勇于嘗試解決問題。這樣的教學(xué)方法有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，并使他們在實(shí)踐中靈活應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題。

2.基于EDIPT的人工智能教學(xué)——中小學(xué)科技創(chuàng)新項(xiàng)目案例實(shí)施

在科創(chuàng)項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)，筆者采用EDIPT模型開展人工智能科創(chuàng)教學(xué)，下面，以“智能稱重秤”科創(chuàng)項(xiàng)目為例進(jìn)行闡述（如右下表）。

（1）共情——創(chuàng)設(shè)情境，換位思考

課前，學(xué)生查閱資料，了解微型秤的功能，并記錄自己的想法。

教師提出問題：針對目前市面上的微型秤缺點(diǎn)，如何改進(jìn)微型稱的功能？從而促進(jìn)學(xué)生共情體驗(yàn)。

課中，教師展示市面上的微型電子秤，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中建立起“以人為本”的設(shè)計思維。同時，課堂中加入“我愛創(chuàng)新”的活動。在活動中，每個小組成員都被要求以自己是“智能秤”的使用者身份來設(shè)想，并記錄每位使用者提出的想法，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生觀察生活中的場景，發(fā)現(xiàn)存在的問題，從而初步體驗(yàn)設(shè)計思維的過程。

（2）定義——合作探究，明確需求

在本階段，學(xué)生的主要任務(wù)是準(zhǔn)確地界定用戶的需求，并將需求具體化，以便尋找切實(shí)有效的解決方案。為了達(dá)成這個目標(biāo)，學(xué)生需要進(jìn)行深入的用戶調(diào)研，以獲取相關(guān)信息并深入理解用戶的期望和需求。

教師可以引導(dǎo)學(xué)生小組根據(jù)上一階段的創(chuàng)新想法，整理不同使用者的需求，詳細(xì)記錄并將想法整合提煉。例如，在煮飯時，水的多或少，會導(dǎo)致做的飯或稀或干；在做面食時，面粉和水配比或多或少，會導(dǎo)致浪費(fèi)材料和浪費(fèi)時間等問題。而現(xiàn)有的秤用起來比較麻煩，學(xué)生便想到制作一個適合家庭廚房使用的既可以簡單操作又可以輕松實(shí)現(xiàn)食材配比的秤。

總之，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生進(jìn)行探究與合作，以確定創(chuàng)新項(xiàng)目的核心問題以及如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品最終的功能，同時培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力。

（3）創(chuàng)想——頭腦風(fēng)暴，創(chuàng)意迸發(fā)

在此階段，首先，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題討論和思維發(fā)散，幫助學(xué)生理清思路，以找到更加有效的解決方案。例如，有的學(xué)生在現(xiàn)有電子秤的基礎(chǔ)上升級軟件功能，加入單獨(dú)可以滿足用戶操作的按鍵。以煮飯為例，在將米放入容器后，按下比例按鈕，在加水時，CPU系統(tǒng)自動計算重量臨界點(diǎn)時，當(dāng)重量達(dá)到臨界點(diǎn)，蜂鳴器和LED燈就會提醒停止加水。

接著，學(xué)生通過文字描述、流程圖和思維導(dǎo)圖等多樣化的表達(dá)形式，清晰地展示自己的設(shè)計理念，為產(chǎn)品模型的制作提供有效的參考（如圖2）。在此步驟中，學(xué)生經(jīng)歷了構(gòu)思、確定和表達(dá)設(shè)計方案等一系列活動，形成了獨(dú)特的設(shè)計思路，培養(yǎng)了設(shè)計思維。

（4）原型化——教學(xué)支架，原型實(shí)現(xiàn)

在該階段，學(xué)生要將之前提出的解決方案轉(zhuǎn)化為簡單的原型作品。教師可以適當(dāng)引入多樣化的智慧教學(xué)平臺支架，營造適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新思維發(fā)展的學(xué)習(xí)氛圍，幫助學(xué)生逐步減少對教師的依賴，進(jìn)而主動自我解決問題。例如，教師可以向?qū)W生推薦高質(zhì)量的學(xué)術(shù)網(wǎng)站、在線圖書館、學(xué)術(shù)論文數(shù)據(jù)庫和在線學(xué)習(xí)平臺等，幫助學(xué)生獲取權(quán)威的學(xué)術(shù)資料，拓展知識面，進(jìn)而深入研究感興趣的內(nèi)容。

在原型實(shí)現(xiàn)的過程中，教師要和學(xué)生共同研究和分析智能秤的制作方法。教師對C語言關(guān)鍵命令進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，而學(xué)生則以小組合作的方式探索產(chǎn)品原型如何構(gòu)建。針對每個組別涉及的關(guān)鍵技術(shù)步驟，教師需提供個別輔導(dǎo)，以確保學(xué)生能夠充分理解和掌握C語言的要點(diǎn)。例如，學(xué)生提出智能稱重秤應(yīng)包含智能控制單元和稱重單元，以及智能秤按鍵和顯示部分，同時，將心中的最佳方案具體化，制作實(shí)體模型，并在制作模型的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題和改進(jìn)，這正是斯坦福設(shè)計思維（EDIPT）中的原型。

（5）測試——多維評價，迭代升級

在測試階段，創(chuàng)作者到教室講臺前分享產(chǎn)品原型的設(shè)計思路以及產(chǎn)品物化制作的全過程。教師和其他學(xué)生扮演“用戶”的角色，對問題最終解決情況以及科技創(chuàng)新項(xiàng)目的設(shè)計思路與產(chǎn)品原型的一致性、可行性和科學(xué)性進(jìn)行系統(tǒng)點(diǎn)評并給出評價反饋。最后，為促使學(xué)生逐漸形成正確的社會責(zé)任意識和擔(dān)當(dāng)，教師組織學(xué)生對產(chǎn)品原型的科學(xué)性和可行性進(jìn)行批判與質(zhì)疑，這種批判性思維的培養(yǎng)有助于學(xué)生更好地認(rèn)識到產(chǎn)品設(shè)計對社會和環(huán)境的影響。

參考文獻(xiàn)：

PLATTNER H.Bootcamp bootleg[M].San Francisco，CA：Institute of Design at Stanford，2010.

本文系無錫市教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于設(shè)計思維的人工智能教育實(shí)踐研究”（XXZX/2021/04）階段性成果。