本文系全国教育科学“十三五”规划2017年度国家一般课题“‘一带一路’开放教育资源共建共享机制及推进策略研究”(项目编号：BCA170073)成果。

在全球经济高速发展，科学技术不断进步的时代背景下，创新能力已经成为国家核心竞争力的重要组成要素，“创新”逐渐成为了当今时代的鲜明特征。开展创新教育，培养创新意识、思维和能力，打造创新型人才，是创新时代对教育的新诉求。创新人才的竞争也成为国家综合竞争力的关键，创新人才的培养也成为教育当前关注的重点问题。如何培养适应时代发展的创新型人才，支撑创新时代的变革，是当前教育界面临的巨大挑战。

创客运动与创客空间近些年迅速兴起，作为一股新的教育现象，赢得绝大多数人的认可与重视。很多学者围绕美国的创客运动与创新教育做了分析，并提出我国开展创客教育的一些方法和策略，如构建完整的高校创客教育体系；借鉴“创客空间”众筹模式，发展创客教育支持学生创新创业；利用虚拟网络，建设实体与虚拟结合的创客空间平台；在STEM/STEAM课程、3D打印等一些课程中开展创客实践等 。但是，在目前众多的文献中，主要以介绍内涵、特征、宏观规划、国外创客教育为主，而核心的指导思想、具体的活动设计范式与实践则比较单薄。创客教育流于形式，更多的只是给了学生开阔视野、动手做的机会，远远没有达到提升学生的创造力、创新能力的目标。

设计思维是运用思维方法、创新手段，实现最终设计、解决问题的思考过程。近年来，设计思维已经发展成为一种被广泛采用的、有影响力的高效的创新手段，是培养创新思维的有效的方法。基于此，本研究尝试在设计思维理论的指导下，综合其在工业、商业、设计领域中的模式和思路，根据教育领域所具有的特殊性和复杂性，形成符合创新教育要求的创客活动设计方案，以实现培养创新能力的目标。

 一   创客教育亟需解决的问题

关于“创客运动”(Maker Movement)，最早源于美国麻省理工学院(MIT)的比特及原子研究中心在2001年发起的FabLab(Fabrication Laboratory，制作实验室)创新项目 [13] 。美国白宫在奥巴马呼吁 “每个学生都应成为创造者，而不仅仅是消费者”之后立即启动的“创客教育计划”(Maker Education Initiative，MEI)，被普遍认为是“创客教育”(Maker Education)的起源 [14] 。当前，创客教育不仅在美国、英国、加拿大等发达国家开始风行，我国等众多发展中国家也逐渐意识到创客教育的战略价值，开始积极推动创客教育。

创客教育与创新教育有着密切的联系，创新是创客教育的起点，也是它的最终目标。创客教育直接指向创新教育，具有明确的目的性与实施路径 [15] 。它的核心理念在于通过动手实践培养人的创新意识、创新思维和创新能力，强调“动手、分享、问题解决”的行为和精神。“做中学”“工匠精神”以及“全人发展”等方面是众多学者关于创客教育的内涵的集中讨论点 [16] 。其旨在为学生提供适宜的用于创造的环境、 资源与机会，尤其是借助技术工具与资源让学生能够将学习过程融于创造过程，实现基于创造的学习；能够在创造过程中提升学科学习质量和学习兴趣、自信与创造力；能够全身心投入到基于创造的学习过程中，培养自己的批判性思维、创新思维与问题解决能力，实现全人发展 [17] 。

目前国内创客教育实践还处于起步阶段，创客教育的探讨不断增多，但大多关注的是其内涵与特征、宏观规划、国外创客教育实践等等方面。对于其具体实施路径和方法等方面，我国创客教育实践探索时间较短，案例有限 [18] ，研究者主要从介绍创客空间 [19] 和创客教育在不同学科中的应用研究方面 [20][21] 进行了探讨。但是，当前创客教育的发展出现了“不遵循教育规律，缺乏科学的教育设计，过分关注技术的炫酷等，缺乏基础性学科知识融合注入，使得创客教育变成学校秀场等”问题 [22] 。创客教育流于形式，更多只是给了学生开阔视野、动手做的机会，远远没有达到提升学生的创造力、创新能力的目标。创客教育亟需相关理念的指导、思想的引领和路径的指引，创客运动融入学校教育更是需要科学的指导思想来进行教学设计和课程开发。

 二   设计思维与创客教育、创新思维培养

设计思维(Design Thinking)核心理念是“以人为中心的设计”(Human-Centered Design)，它已经影响了全球500强中的诸多企业如西门子、宝洁等将其作为企业内部创新的主要方法论。不仅是企业通过设计思维进行创新，设计思维也能解决人类社会问题，提高个人竞争力。人人都可以用设计思维，它具有能够让人做到与他人共鸣的方法，人们试图通过协作积极寻求解决方法来明确问题所在，想象和探索答案，实现原型并测试迭代，最终解决不同类型的问题等。设计思维在设计、工程、商务和管理领域所发挥的作用是有目共睹的，其孕育的“创造性思维于行动中”的特点使它也越来越受到教育界人士的青睐。美国斯坦福大学、德国波茨坦大学、哈佛大学、麻省理工等国际著名高校纷纷成立的设计学院，以设计思维为核心开设相关课程和项目。斯坦福大学的ME310课程，至今已有40多年历史，是全球创新设计领域中理论实践完美结合的典范，该课程以全球化国际合作的方式为宗旨，以小组为单位，学员在导师指导下，通过完成一个真实的项目学习来掌握创新设计的具体方法。课程内容覆盖了创新设计的全流程，囊括了从设计研究、设计实践、工程设计和制造各个环节。世界著名设计公司IDEO与斯坦福大学合作专为教育工作者开发的设计思维工具包(Design Thinking for Educators)，提供了具体的教育实践指导。澳大利亚政府“基于设计思维框架的变革性跨学科教学法”的课题，以培养大学生和研究生创新能力为目标。同时，在K12领域，设计思维也越来越多被用在课程教学中，Carroll等人也对设计思维整合于K12课堂进行了深入的探索研究，其结果表明，设计思维可以为学生提供一套切实可用的思维方法，能有效培养学生的想象力及创造力自信 [23] 。

(一)设计思维的概念及内涵

在设计思维的研究初期，西蒙(Simon,1992) [24][25]认为设计思维是一般的问题解决过程，并建立了分析－综合－评价的线性模型 [26][27] 。有研究者则把设计思维定义为一套启发式规则、一系列步骤或策略，用于指导解决复杂问题或者制作具有创新性的产品。世界著名设计公司IDEO将设计思维定义为“用设计者的感知和方法去满足在技术和商业策略方面都可行的、能转换为顾客价值和市场机会的人类需求的规则”，其认为设计思维是实现创新的新方法和新途径 [28] 。IDEO设计思维模型包括发现(Discovery)、解释(Interpretation)、构思(Ideation)、实验(Experiment)和评估(Evaluation)五个环节，每个环节包含多种策略和方法。斯坦福大学设计思维学院(D.School)将设计思维分成共情(Empathize)、定义(Define)、构想(Ideate)、原型(Prototype)和测试(Test)五个环节 [29] ，这也是目前应用最多的设计思维过程模型。它不仅仅是头脑风暴会议或者一个流程，而是一个迭代反复的过程(如图1所示)，这与创客活动中强调迭代不谋而合。

共情：通常在体验设计中被翻译为“同理心”，也就是认识主体对自我以外的人和事物的同感和通感。它是设计思维中强调以人为中心的最核心的环节，主要通过观察、倾听、融入等方法，其核心目标是为了了解需求，为接下来的定义和构想奠定基础。

定义：通过对上一步的信息中寻找需求点，并进行思维加工，分析总结确定要解决的有意义且可行的关键问题。

构想：小组成员之间通过各种方式如头脑风暴、九宫格、六顶帽子等，提出想法、梳理想法。

原型：将解决方案可视化，通过不断的创建、测试和迭代修正模型，越来越靠近用户的需求，逐渐生成更佳的解决方案。

测试：由目标用户对原型进行测试，通过获取用户的参与体验，询问开放性问题、观察等，获得反馈，不断提升产品方案。

设计思维介于商业思维和创造性思维二者之间，强调左右大脑全面的功能，在理性思维与感性思维二者间切换，在分析与创造间重复，侧重解决定义有缺点的问题，并“以人为中心”，指向客户体验，如表1所示。

(二)设计思维是创新思维培养的有效方法

对于创造性思维，心理学家发现其不仅仅指发散思维，还包括聚合思维，一个创造的过程往往既有发散思维的阶段，又有聚合思维的时期 [30] 。发散思维和聚合思维是创新思维的最主要的特点，是测定创造力的主要标志之一。设计思维是一种打破常规的、开拓创新的思维形式，是逻辑思维与形象思维的结合。清晰、精确、逻辑性强的逻辑思维与自由、随意、形象性强的艺术思维之间形成鲜明的对比，二者的相互结合，有利于提高学生的创造力和想象力。在设计的整个过程中，思维贯穿其始终，各个环节过程中包含着发散思维(Divergent Thinking)和聚合思维，在共情和构想的环节主要是发散思维，而定义、原型、测试的环节主要是需要人们的聚合思维，具体如图2所示。

何克抗教授提出，“发散思维又称求异思维、辐射思维、逆向思维或扩散思维，其要求思维内容和思维成果应与传统观念或原有概念不同，甚至相反，其思维目标事先不能确定，可以是一个也可以是多个” [31] 。林崇德教授认为“发散思维是指根据已有信息，从不同角度、向不同方向思考，从多方面求得多样性答案的一种展开性思维方式，又被称之为求异思维、分散思维，它是与聚合思维相对应的 [32] 。”在共情阶段，人们通过观察、访谈等方式对问题、设计对象进行全面深入地了解；在形成概念阶段，利用头脑风暴大胆进行思维扩散，针对问题提出多种解决方案。聚合思维(ConvergentThinking)是指从已有信息中产生逻辑结论，从现成资料中寻求答案的一种有方向 、有范围 、有条理的思维，其特点是思维始终集中于一个方向，具有条理化、简明化、逻辑化和规律化 [33] 等特点，又常被称为“收敛思维”“求同思维”“辐集思维”或“集中思维”。设计思维的定义、原型、测试的阶段中主要是根据共情和构想的发散成果来运用聚合思维寻求解决方案。因此，设计思维与创新思维在思维过程的相似性，决定了设计思维是实现创新的有效方法，通过基于设计思维的项目过程是培养创新思维的有效途径。

国外提倡采用设计思维进行教学，作为专门针对创新人才培养的一种新型教学方式。将设计思维的理念用于学科教学中，团队成员深入分析确定研究问题，依靠团队的智慧提出各种解决方案，通过制作原型、测试筛选验证其可行性，确定最终的问题解决方案。基于设计思维的创新人才培养模式，已经成功地为世界著名设计公司IDEO、苹果等世界著名企业，培养了一大批优秀人才，贡献了丰硕的创新成果。

(三)设计思维是实现创客教育的有效途径

创客教育的目的是为了促进学生智力尤其是创造性智力和实践性智力的全面发展，同时提高学生的科学素养 [34] 。创造性智力孕育在创造、设计、发明、想象和提出假设的过程中，以创新的作品或想法的可表达性、新颖性为典型特征。实践性智力需找到自己与环境的适应性，将知识应用于相似问题，将问题置于真实情境中。设计思维以人为中心，以真实项目为依托，通过小组合作的形式开展真实的体验，完成作品的创作，强调对创新精神、问题解决等综合能力的培养。这与创客运动倡导的通过“动手、分享、问题解决”等实践培养人的创新意识、创新思维和创新能力，促进创造性智力和实践性智力全面发展的目标相一致。因此这种内在核心的一致，决定了在创客教育中应用设计思维来指导，其方向是正确的。同时，创客教育中还强调发展学生的系统思考、团队协作、语言表达等核心技能，培养学生的综合素质和能力。在设计过程中，团队成员进行协作，深入分析确定研究问题，依靠团队的智慧提出各种解决方案，通过制作原型、测试筛选验证其可行性，确定最终解决方案。设计思维强调的同理心、原型迭代、团队合作、可视化、系统观等能力特征也正是学生科学素养和核心技能的组成部分。因此，运用设计思维方法解决问题的过程也是创客教育中提倡培养学生科学素养和核心技能的有效途径。在创客教育中引入设计思维，不仅符合了创客的“设计”“问题解决”“迭代”的属性，还有效地帮助了学生整合多门学科知识去“设计”作品，协作参与到真实的设计中，有意义地学习知识和训练设计技能。面向设计思维的创客活动，将设计与学习进行整合强调了学习过程与知识创新的有机结合，同时也体现了创客教育中的“创新”要求。

设计思维在创客教育中的有效应用，国外学者已经开展了一些相应的研究。Deborah Carter等人在9年级的教师的职业发展中，将创客运动和设计思维有效的结合起来，为了应对当前加拿大引进先进制造业及其对经济和劳动力市场的影响带来的课程改革，教育工作者不得不做出的一些改变 [35] 。Margaret Honey在其书中强调了设计对于STEM创新者的重要性，列举了大量的案例研究，学生通过设计和制作，学习定义问题或需求，进行分析、计划、建模、测试、迭代等，完成在真实世界中的创新项目 [36] 。

我国对设计思维的研究和关注起源于1979年，主要集中在艺术学科、建筑与工业工程学科等。当前设计思维与创新教育相结合的研究应用也主要集中在艺术和设计类学科，在其他学科领域中的研究较少。近年来，有一些研究者开始探索将设计思维应用于具体的创新实践。例如，2016年清华大学“城市创变客”暑期工作坊提供国际前沿的设计思维(Design Thinking)和创客实践(Maker Practice)训练，不同背景的学生组成跨学科团队，进行实地观察和体验城市社区、交通、环境、健康、文化面临的现实问题，通过设计思维来探究“人本城市”的发展趋势，并与创新型企业和社会机构密切合作，将创新理念转化为推动城市变革的解决方案，融合设计、科技与商业的多维视角，完成创新产品与服务的原型设计或规划，彰显青年创客改变世界的创新力。目前来说，在创客教育中关于设计思维的应用研究并不多见，创客教育对学生创新能力的培养不应仅仅是理念的指导，更重要的是提供适当的方法指导，培养学生的设计思维意识与能力，帮助学生学会创新地问题解决。

 三   面向设计思维的创客活动设计与实践

(一)面向设计思维的创客活动设计

将设计思维作为学校创客教育变革性的方法，提升学生的“创新设计”技能，培养学生在创新能力、合作能力和解决问题能力等更多方面的核心素养和关键技能。根据设计思维模型，结合创客的特征，我们提出面向设计思维的创客活动过程方案。在设计思维的共情、定义、构想、原型和测试的5个过程环节中，每个过程环节包括目标、活动/任务、工具和成果，并且环节之间迭代反复，如表2所示。

面向设计思维的创客活动环节包括：(1)学习者通过用户访谈、非正式聊天、观察等方法，来调查和了解待解决的问题，得到用户反馈、用户特征、问题列表等成果；(2)学习者通过研讨会、面谈等，来确定最终要解决的问题及其特征，并得到问题解决方案的设计概要；(3)小组成员之间通过头脑风暴、研讨会、绘制思维导图等方法来对要解决的问题，进行充分讨论与分析，并最终形成详细的问题解决方案，包括草图概要、次序图与关系图等；(4)方案确定之后，小组成员借助一系列原型工具将方案快速可视化进行原型制作，并在制作过程中得到最优的解决方案；(5)进行用户测试、观察、评估、讨论等对原型进行测试，得到修改建议。

总的来说，从一个实际的问题或需求出发，学生先确定问题或需求，再针对问题进行一系列的调查和探究，得到他们需要的知识与技术，进而思考和选择解决方案并设计出原型(初步方案/作品)。原型制作完成后，通过原型测试、收集反馈，评估方案的可行性和实用性，找出存在的问题，进行不断迭代改进，最后得到最终方案或产品。这个过程形成循环，不断地迭代完善，每个环节不仅需要学科知识，还会涉及学生的系统观、协作能力、反馈与分享技能、发散与聚合思维、创造力与创新思维。

(二) 面向设计思维的创客实践

基于上述的面向设计思维的创客活动设计，我们通过开展实证研究，探索设计思维方法在创客教育中的应用，从而总结归纳该方法在培养学生的创新精神、创造能力和问题解决能力等方面的途径和方法。

1.实践一：面向设计思维的App项目开发

“计算思维”被正式确立为今后的中小学信息技术课程教学的重点，写入了《高中信息技术课程标准》(2016年)版本之中。App Inventor是快速开发移动应用的设计工具，它结合教育的功能，把程序设计的思想通过代码块的拼接实现，它的这一特征尤其适合在中小学信息技术中对计算思维思想的培养。教育者可以利用App Inventor的教育功能和代码块拼接编程的特点，激发学生的学习兴趣，提高课堂教育教学效率，达到培养中小学生计算思维能力的目的。我们在初中信息技术课堂中，尝试结合设计思维来进行App Inventor项目的开发。活动主题是“利用App Inventor制作整合力学知识的游戏”，具体流程环节如图3所示。

了解任务：任务主题为“制作整合力学知识的游戏”，观察与分析现有的力学知识的游戏特点，总结游戏的吸引点。

确定主题：学生通过讨论与分析，确定自己小组要开发的游戏主题。

提出构想：确定方案所涉及的物理知识及游戏规则，组内确定游戏的关键环节后，在纸上画出界面图和罗列要实现的功能(游戏规则)，并重点阐述其中的物理运动如何来实现。明确方案细节，分析素材资源，绘制界面草图，分析游戏逻辑，绘制流程图。

制作原型：构建模型(界面、核心组件、逻辑块)；分析初步编程存在的问题，确定辅助支持部分，依据实际情况做出方案再修订版。

测试与改进：游戏评估，其他组的成员作为用户进行体验，开发小组记录用户体验，根据反馈重新修订、调试。

在该项目中，学生从理解问题开始，对结合物理知识的App游戏开发的原理进行探究并尝试设计，完成原型设计与功能实现。然后，进行成果展示，学生之间互相评价，并分析其不足之处以及他们接下来要解决的问题。针对发现的问题，学生进行再次的设计与修改。在此过程中，学生进行探究与设计的重复与迭代。课程结束后，教师反馈应用设计思维的方法指导教学，学生不再畏惧编写程序，按照一定的设计流程，学生也有信心解决面对的问题，并进行一定的创新。学生对这种基于设计思维的创作游戏过程有极大的兴趣，并认为该方法对自己掌握软件操作及游戏创作有较大的促进作用。

2.实践二：面向设计思维的3D打印课程

当前，高校中开展的“创客”活动，被更多的学者冠以“创新”与“创业”的目标，但实践结果表明，创客活动更多只是给了学生开阔视野、动手做的机会。高校构建的面向全体学生开放的创客空间面临着急需创客课堂、缺少师资，参与创客的学生学科背景复杂、能力水平参差不齐、学生图新鲜的居多，遇到问题与障碍无法自主逾越、流失率高等一系列问题。我们依托高校公共选修课《3D打印与创客教育》，尝试探索面向设计思维的3D打印课程实践。

在课程设计阶段，为了能够实现让学生切实体验创客活动，本课程也采用了设计思维作为指导方法，而非常规的课程设计模式或教学设计模式。研究者采用共情研究的思路对学生参与课程学习的感受进行深度分析，分为观察、互动和沉浸体验三个层面对学生在本课程中可能出现的问题进行分析。

课程安排方面，学生不仅需要学习3D打印软件、硬件和设计相关内容，还需要完成设计思维的学习。小组在完成创客项目期间，将尽可能遵循共情—定义—构想—原型—测试的过程，不断尝试最优解决方案。课程中除了每个环节相应的工作表之外，还将提供很多小工具(如便签纸、胶水、剪刀、3D打印笔等)供学生使用。课程结束时，学生以小组为单位，提交一份创客档案袋，其中包括历次小组讨论交流记录、设计文档、历次作品原型迭代说明、 创客作品的数字化文件和实体、个人总结以及小组汇报文档等。

通过对课程全过程的记录观察，所有小组都通过课程的学习做到了自主寻求学习资源并成功应用设计思维方法，完成作品的创作与实现。在课后的访谈中，几乎所有学生都能够对设计思维的核心理念“用户思维、共情”与创客运动的结合和互补(用户思维使创客更有针对性、可实施改进性)有着清晰的认知。大多数学生认可设计思维的方法有效地促进了其作品的完成，对于他们的创造速度和能力均有所提升。

 四   研究展望

近些年兴起的创客运动与创客空间，作为新的教育现象，赢得绝大多数人的认可与重视。但是，目前还甚少有关于创客活动核心的指导思想、具体的活动设计范式与实践的研究，如何设计才能发挥这样一种教学理念对学生的价值是教育工作者亟待解决的问题。作为一种方法论，设计思维对于创客教育的内涵发展有重要价值。面向设计思维进行创客活动设计，建构了创客教育的实践新模式。然而，如何才能保证设计思维真正有效地应用于创客教育，让更多开展创客教育的一线教师尽可能早地接触并学习设计思维，并让学生真正掌握设计思维，实现创新能力的培养，是我们将要面临和关注的问题，也是接下来研究的重要方向。

首先，开发面向设计思维的创客课程及方法工具包。为了促进教师掌握设计思维的方式方法，更好地支持教师的教学应用，参考IDEO与斯坦福大学合作开发的Design Thinking for Educators中的设计思维操作指南和工具包，开发适合我国教育教学情境的创客课程和方法工具包。该工具包中包括设计思维的指导思想、方法流程、教学案例、教学建议、思维工具、方法工具、所需材料等资源，保证教师和学生在应用设计思维时，获得全面、有效的操作过程的实质性支持，学生完成方案设计和原型制作，实现问题解决和创造创新。

其次，开展更多面向不同群体、不同技术载体的实证研究。设计思维起源于艺术设计、工程设计领域，在教育领域中的应用才刚刚起步。随着创客运动的兴起，创客教育受到的关注越来越多，将设计思维作为方法论指导创客教育实践。建立设计与学习研究中心，面向大学生、中小学生不同群体，在独立兴趣小组、综合实践或信息技术类特定课程等不同情境下，采用机器人、3D打印、Ardunio、APP Inventor等不同技术载体开展大量的实证研究。在研究与实践的过程中，不断积累面向不同群体、不同教学情境下、不同技术载体的适用策略和方法，改造当前创客教育的教学模式、活动方法与思维工具，使设计思维与创客教育无缝融合，形成教育领域的应用特色。

最后，组织面向设计思维主题的一线教师培训。设计思维对于当前中小学生课程改革中倡导的创新思维与核心素养的提升有非常大的帮助。在信息技术、通用技术等STEM教育和创客教育中，融入设计思维的方法，要求教师理解和掌握设计思维，并能将其很好地应用在相应的课程与实践中。因此，对于中小学一线教师来说，接受设计思维主题的培训与学习重要且迫切。开发教师培训课程，提供教学案例，通过面授与在线等方式开展设计思维主题的教师培训，有利于更多的教师了解并应用其进行教学实践。