设计思维：智能时代教师不可或缺的核心素养

/设计思维：智能时代教师不可或缺的核心素养【摘要】智能时代，提升教师应对教学环境变革且持续创新教与学的教学设计能力显得尤为关键，教师设计思维因而受到关注。文章在厘清设计思维内涵的基础上，提出设计思维赋能智能时代教师能指引高效学习设计、助力解决教学问题、驱动知识应用创新。随后，从知识、能力以及信念三个维度建构了教师设计思维框架，并提出应重视教师设计思维与技术素养的协同发展，开发融合设计思维“理念—方法—工具”的课程，探索设计思维进学校、课程与课堂的路径以提升教师设计思维，助力教师更好地应对新技术环境下的挑战。【关键词】设计思维；智能教育；教师；核心素养 一、智能时代的教师需要设计思维 智能时代，教师适应信息化、人工智能等新技术变革，积极有效地开展教育教学必将成为一种常态。人工智能赋能教师，将教师从简单、重复的劳动中解脱出来，使教师拥有更多的精力投入到高阶思维培养、情感互动、教学设计工作中[1]。美国《教师标准》(ISTEStandardsforEducators)提出“设计者(Designer)”将是未来教师的重要角色[2]，教师面临由知识专家(ContentExperts)向学习设计师(LearningDesigner)转型的挑战[3-5]。郭炯等人也提出在教育教学视角下，“教学设计者”将是智能时代教师角色转型的重要指向，如何基于学习者素养培养需求，选择合适的教学内容、规划教学路径、集聚教学资源、设计学习活动等正成为教师所必备的关键能力，而背后的设计思维正成为智能时代教师不可或缺的核心素养[6]。设计思维是一种“像设计师一样思考”的复杂能力，这一能力体现在设计者设计制品、解决问题、提供服务的过程中。教师设计思维是从学生角度出发，运用技术工具与设计方法创造、开发和采纳新的知识框架从而解决问题，生成创新性教学方法并以设计制品形式表达的一种核心素养[7]。本研究认为设计思维既是一种能力，也是一种方法论。当教师掌握了设计思维方法和技术，那么他就具备了设计思维[8]。设计思维是数字时代教师教学能力发展的新生长点，具备针对技术变革情境解决教学问题和促进知识创造的优势效能[9]，并成为教师智能教育素养的重要组成部分[10]，但鲜有研究者对设计思维如何赋能教师、教师设计思维构成展开研究。在这一背景下，关注设计思维赋能教师发展，探索提升教师设计思维的策略对教师应对智能环境下的教学变革，推动教师从单纯技术消费者(TechnologyConsumers)向技术设计者(TechnologyDesigners)转变，乃至提升教师智能教育素养具有重要价值与意义。 二、设计思维何以赋能教师 (一)设计思维本质 1.外在视角：目标指引的问题求解 从外在视角来看，设计思维是一个探索谜题的过程[11]，探索者通过建立问题解决框架以及运用创造性问题解决方法联接问题发现空间和问题解决空间[12]，从而解决问题。无论是斯坦福设计思维模型，还是IDEO设计思维模型均将发现问题作为起点，问题解决作为终点[13]，设计思维既为问题解决提供了一种高效路径，也为问题解决提供了有效方法。综合上述分析，本研究认为设计思维是以目标为导向的问题求解过程(见表1)，根据Lawson观点，整个过程包含四个阶段：问题解构、问题与解决方案的协同发展、设计草图与快速原型、编码实现[14]，并分别对应了设计思维过程的观察分析、建立框架、构建方案以及问题解决。 2.内在视角：认知驱动的知识创造 战略管理思想家罗杰·马丁(RogerMartin)认为人类知识创造通常会经历三个阶段：探索谜题、得到启示、形成模式，他将这三个阶段称之为知识漏斗[15]。设计思维作为一种创新方法论，能有力驱动认知策略并最终实现知识创造。知识创造第一阶段是探索谜题。面对陌生的环境，学习者进入知识所在的情境，通过理解挑战、观察，收集相关信息，获得对知识的基本认知。第二阶段是得到启示。在筛选、比较、分析信息的基础上，学习者通过整合观点弄清知识的内涵，发现知识的规律并经过设想找到问题解决的方向。第三阶段是形成模式。学习者找到了问题解决方案，但知识却处于一种零散，非系统化的状态。当学习者经历原型制作、实验和测试后，知识进一步结构化和模式化。这一过程中学习者会综合运用认知策略，巧妙盘算各种要素，并作出合理的安排。认知策略是为完成某项事件的认知程序，能帮助设计者完成“问题结构化”和“解答结构化”两项重要的心智活动[16]。设计中常见的认知策略包括：由上到下、由下到上、由外到内和基于案例推理的策略。 (二)设计思维赋能教师作用域 1.指引高效学习设计 作为一种根植于问题解决过程的方法，设计思维能赋能教师以设计理念，指引高效学习设计[17]，助力教师成为更好的学习设计者[18]。第一，推动教师以问题解决思路开展学习设计。设计思维包含三个核心环节：观察设计挑战，建立联系，实践、改进并反思设计[19]。上述环节代表了对学习问题的解答：学什么——了解学习现状、学生特点，获取学习目标、内容相关的信息；怎么学——基于前一环节，运用发散和聚合思维进行创造性的思考，在目标、内容、活动、评价之间建立联系，制定学习方案；学习的效果——将学习方案带入真实教学情境，在与教学诸要素活动的互动中获取反馈信息；如何改进——依据反馈信息，修正学习方案。第二，以迭代理念深化学生知能习得。Wynn等人提出迭代行为具有五方面的属性，即：重复(Repetition)、重访(Revisit)、改编(Rework)、修改(Modification)和固定(Fixation)[20]。在教学中，设计挑战的劣构性、解决方案的多样性、学习进程的高度自主性决定了学习过程并不会像传统学习呈现线性的进程。迭代有助于解决方案精细化，并通过多次重复强化知识、技能。 2.助力解决教学问题 设计思维涵盖一系列问题解决的使能方法[8]，能为破解教学问题提供方法支撑。具体体现在：第一，以人为中心，应用同理心深入问题情境，洞悉问题根源。同理心是指设身处地地深入理解他人处境、情绪和感受，并作出符合该情境的反馈。在教学中，设计思维的应用体现为教师转换视角，从学生视角发现、分析和解决问题。第二，融合全脑思维，创新问题解决方案。人的大脑分为两个半球，左脑负责逻辑推理、擅长分析和文字处理；右脑负责模式识别、情绪以及非语言类表达。设计是一种全脑思维，既需要逻辑推理，也需要创意想象，两种思维方式相互作用，催生大量创意，为解决教学问题提供新思路。第三，设计原型，推动知能迁移应用。祝智庭等提出设计思维有助于破解设计过程中的模糊属性[21]，以可操作、可视化的形式帮助学生将知能迁移到问题解决之中，推动知能在复杂情境中的应用。第四，在设计中反思，提升创造性水平。反思贯穿于设计全过程，设计者通过多次的阐释分享、情境模拟将创意呈现出来，结合反馈，迭代完善先前创意，并最终提升创造性水平。 3.驱动知识应用创新 Luka提出：“知识的应用与建构有赖于实物制品和过程导向的结构化实践”，这一实践正是设计[22]。Luka据此提出知识创造(KnowledgeCreation)模型，该模型包括分析阶段和聚合阶段。在分析阶段，设计者以理论为基础，通过探究获取可能的问题解决方案，并以此指导实践从而建构知识。这一阶段对应了设计思维的理解、观察和观点汇聚，设计思维能为理论知识整合、解决方案制定提供支撑。聚合阶段的目的在于发明和制作，设计者应用知识开展动手实践，这一阶段与设计过程的设想、建模与测试环节相对应，助力教师形成源自实践的教学设计制品(方法、策略、模式)。整体来看，设计思维能为教师知识创新提供一种清晰的路径，引导教师应用已有知识建构新的知识，并应用知识解决教学难题生成人工制品，这时教学创新就发生了。正如尹睿等所提出“设计思维生成知识人造物是教师变革教学的重要知识基础”[9]。 图1知识创造模型 三、教师设计思维框架 图2教师设计思维框架 人工智能教育时代将是人机协同的时代，人工智能替代教师完成机械、重复的工作，学习设计这一创造性工作将由教师完成[23]。设计思维是智能时代教师迫切需要提升的能力之一，同时也是实现智能环境下人机高效协同的关键[1，24]。在前述分析基础上，基于设计思维素养模型(DesignThinkingCompetence)[25-26]和米勒塔式能力评估模型[27]，本研究构建了包含设计思维知识层、能力层和信念层的教师设计思维框架(如图2所示)。 (一)设计思维知识层 设计思维知识层包括设计思维理论知识、实践知识以及发展知识。 1.设计思维理论知识 设计思维理论知识是解释设计思维是什么的知识，同时也是理解和应用设计思维的基础。包括：设计思维内涵、起源、特征与专业术语；设计思维在创新教育教学中的作用与价值；设计思维与教学法知识、学科知识、技术知识相融合的知识。 2.设计思维实践知识 设计思维实践知识内容涉及设计思维怎么用、何时用、在什么地方用以及评价效果的知识。包括：应用设计思维推动学校系统变革与创新、创新课程设计以及促进学生高阶思维能力发展的方法[13]；能准确识别设计思维应用情境，并将设计思维融入问题情境中；能应用信息化工具支撑设计思维教育教学应用过程数据采集、原型构建等，并能借助工具开展设计思维应用效果评价。 3.设计思维发展知识 设计思维发展体现在提升设计思维水平以及应用设计思维促进自身发展两个方面。包括：了解提升设计思维知识的途径、渠道与方法等知识；高效运用智能技术，促进知识创新，并积极应用设计思维促进自身专业发展。 (二)设计思维能力层 人工智能教育时代，教师秉承以学为中心的理念，将人工智能技术与学习需求紧密结合，在多次的探索与修正中实施创意教学。有学者从能力角度提出，教师设计思维是一种问题解决能力、智慧生成的能力、知识创造的能力[28]。综合这一观点，本研究认为在能力层面，教师设计思维包括：信息力、迭代力和创新方法。 1.信息力 信息力是教师对信息、资源的查找、分析、综合、应用的能力，这是智能教育时代教师所必备的基本能力。从过程视角来看，教师信息力体现在四个方面：第一，学习需求分析与目标制定(IdentityNeedsandSetGoals)。教师综合运用信息化手段收集、分析学习需求信息，制定教学目标。第二，分析和综合信息(AnalyzeandSynthesizeInformation)。教师具备数据分析能力，能查找并综合最新资源与信息。第三，甄别信息(DiscernInformation)。教师能有效识别信息的信度和效度。第四，提出观点(CreateArgument)。通过分析，提出基于证据的观点与结论。 2.迭代力 迭代力主要包含探客(Tinker)以及测试(Testing)两大核心技能。探客(Tinker)原意是壶、盆、罐的修理工，Tinkering表示对上述物品的修补活动，后来该词被引入STEAM教育和创客教育，意指通过不断的总结、反思，积累学习经验从而产生创意的过程[29]。综合来看，具备探客技能的教师应具有：第一，系统思考力(ExperimentwithASystem)。系统思考力是指教师具有系统思维，既能把握宏观全局又能把握微观细节，能有效分解系统并妥善处理各部分之间的关系。第二，建模技能(PrototypeASystem)。建模技能则是将大脑中的创意、想法以实物形式呈现出来的能力。在教学中，教师建模技能通常以教学设计方案、教学资源、学习活动等形式呈现。第三，理论建构技能(BuildTheory)。理论建构是指教师能对问题解决经验进行提炼与概括，形成理论原则。测试(Testing)技能是指将问题解决方案应用于问题情境中，收集反馈信息并针对性地改进方案的能力，包括：模型测试(TestModel)、寻求反馈(GenerateFeedback)、重新设计(Redesign)、再次评估(Reevaluate)以及决策(MakeDecision)。 3.创新方法 创造力是人工智能商数重要能力之一，展现的是产生新思想、新发现和创造新事物的综合性能力，是学习者未来发展竞争力的关键[30]。教师要想成为创意智能学习的示范者，自身必须掌握创新的方法，具体包括：发现(Discovery)、解释(Interpretation)、设想(Ideation)、实验(Experimentation)以及改进(Evolution)。发现体现的是教师对教学问题的理解以及获取信息的过程，具体包括：理解挑战、探索准备、收集信息。解释则是在发现的基础上对教学问题作进一步的分析，包括信息分享、意义寻找、框架设计。设想则是综合上述信息制定问题解决方案，包括信息综合、观点优化。实验是在解决方案的基础上进行原型建模、获取反馈。改进是基于前四个阶段的信息，并在此基础上不断地完善教学解决方案，包括：反思教学、继续前进。 (三)设计思维信念层 Greving曾提出“你不必是设计师，却需要成为设计思维者”[31]。设计思维者往往体现出以人为中心(Human-centerd)、可视化思考(AbilitytoVisualize)、多功能倾向(PredispositiontowardMultifunctionality)、系统观(SystemicVision)、团队信念(AffinityforTeamwork)的特征[25]，结合教育这一特定的场景，本研究认为，以人为中心体现在教师坚持育人导向，着眼于学生和教师共同发展开展教育教学；可视化思考体现为在教学中教师坚持成果驱动的理念，关注学习过程和结果的可视化呈现；多功能倾向表现为教师以问题为导向，关注教学中的细节，并关注学生的全面发展；系统观表现为教师能把握知识整体性、教学整体性和学习整体性，并整合诸要素制定教学方案；团队信念表现为教师乐于并善于与其他人员开展协作并解决问题。上述品质正是智能时代教师创新学习设计的基础，这些特征有助于我们更为清晰地识别教育设计思维者，也有助于更好地培养教育设计思维者。 四、教师设计思维发展建议 (一)重视教师设计思维与技术素养的协同发展 《2019年地平线报告(高等教育版)》认为教师教育正逐渐从“技术应用”取向转变为“设计思维”方法取向，助力教师成为更具创新力的教学设计师[32]。未来随着智能技术与教育教学深度融合，教师有效应对这一变革的关键素养——设计思维显得尤为重要。设计思维和技术素养就像推动教师专业发展的两条轨道，设计作为赋能方法，为教师创造性解决问题提供方法支撑；技术作为赋能手段，助力实现问题解决。在当前教师信息化培训中，多关注技术应用素养，对支撑技术应用的设计思维或关注较少。因此，教育主管部门、学校应重视教师设计思维，提升教师设计思维。为推动设计思维在K-12中的创新应用，全球知名设计公司IDEO出版了《教育者的设计思维》(DesignThinkingforEducators)一书，该书详细阐述了设计思维如何应用于教学，对设计思维应用流程、教学支架、学生支架作了详细的阐述，堪称是设计思维教学应用指南[33]。针对当前教师设计思维能力薄弱的情况，建议教育部门与高校、研究机构加快探索，出台教师设计思维模型与标准，指导教师设计思维培养与培训；构建教师设计思维应用指南，为设计思维在教学模式重构、学习活动设计、环境资源开发等方面的应用提供指引；建立设计思维评价机制，助力教师设计思维持续提升。 (二)开发设计思维“理念—方法—工具”的课程 提升教师设计思维，助力教师应用设计思维最有效、直接的方法是开设教师设计思维课程。课程内容可从“理念—方法—工具”三个方面入手。首先是设计理念篇，用以介绍设计思维“以人为中心、可视化思考、多功能倾向、系统观、团队信念”等核心理念。其次是设计方法篇，目标是帮助教师掌握设计思