基于设计思维的单元项目化学习的设计与实施
项目的设计只是从外部上把所有教材内容串联起来，而缺乏内在的联系。优化基于教材的学科项目化学习，教师除了关注外在的项目流程，也要关注“学习”本质。我们需要通过创设情境，围绕单元核心概念，提出驱动性问题，在问题解决过程中，基于设计思维，完成知识与能力的建构，让教材内容为项目服务，而不是硬性把教材内容整合在一起，应该选取学生有需求的内容进行学习，从“活动单元”向“学习单元”项目转变。
2022版新课程标准要求学生能制作把科学原理转化为技术产品的简单装置，应用形象的模型演示抽象的科学原理，能基于所学的科学原理，对设计方案进行模拟分析和预测，根据实际反馈结果，对实物模型进行迭代设计改进。设计思维强调从需求出发多角度地寻求创新问题解决方案。而项目化学习同样强调在真实情境中发现问题、解决问题，是对问题持续不断地探索和解决，在问题解决中建构核心概念，体现学习的本质。所以设计思维和项目化学习的学习路径、思想是一致的，同时符合新课程标准中对学生核心素养培养的导向。故笔者提出基于设计思维的项目化学习模式，希望学生像设计师一样思考及解决问题，通过问题解决在设计迭代中建构核心概念，培养学生创新性问题解决能力和核心素养。
一、基于设计思维的单元项目化学习的设计框架
基于课程标准，笔者通过实践探究和理论学习，整理了基于设计思维的单元项目化学习的设计框架，如图1。
图1：基于设计思维的单元项目化学习的设计框架
1.基本理念：像设计师一样思考
项目化学习是学生通过长时间的学习来调查和回应真实、有趣和复杂的问题或挑战，从而获得知识与技能。设计思维是一种基于问题解决的设计方法，对解决真实、有趣和复杂的问题极其有用，学生可以像设计师一样根据真实用户的思维、感受和行为，通过设计将想法变为现实。基于设计思维的单元项目化学习，希望学生在真实情境中像设计师一样思考、一样解决问题，养成设计思维，并在设计迭代的过程中不断的螺旋建构单元的核心概念。
2.内涵分析：“设计思维线”“项目路径线”和“设计迭代线”三线融合
基于设计思维的单元项目化学习的内在逻辑包含三条线，分别是设计思维线、项目路径线、设计迭代线。主要是把设计思维融入到项目中，通过整合形成项目路径，在实施中分为三种课型，分别是导引课、探究课和展示课，并在这三种课型中分别设计1.0版本、2.0版本和3.0版本。从纵向看，是三线的有机融合；从横向看，是基于设计思维的问题解决路径，推进设计迭代，形成产品成果，以此培养设计思维、核心素养，并螺旋建构单元核心概念。
二、基于设计思维的单元项目化学习的关键要素
1.项目准备：创设“真实情境”
设计思维的核心是以现实生活中的问题为起点，以解决问题为终点，在这一过程中，现实生活问题贯彻始终。设计思维强调在帮助学生建构知能体系的同时，要引导其发现知识与问题之间的关系，并由此形成创建新的知识解决更加复杂问题的能力。所以在开展基于设计思维的单元项目化学习时，需要基于真实情境开展项目，以问题解决推进项目开展。
《热》单元项目是通过创设“90年代用棉被对冰棒保温，如果你是古人如何保存冰？”的真实情境，在情境中激发学生的已有经验，引发学生的共情和思考，在共同研讨中提出驱动性问题：如何设计并制作一个成本在100元以内，20分钟内使70℃热水降温不超过10℃的保温杯？通过驱动性问题，激发学生探究知识的需求以及寻找解决方案的需求，这样在整个项目中就不需要教师逐步引导，而是通过问题驱动开展自主学习。
2.项目定位：围绕“核心概念”
基于设计思维的项目化学习不是学生已有知识与能力的展示，而是知识与能力的再建构。是学生在问题解决过程中对核心概念的习得，项目的推进过程就是学生概念建构的过程。基于设计思维的单元项目化学习中，随着项目复杂性的增加，学生核心概念螺旋建构，持续发展设计思维和核心素养。
设计《热》单元的项目化学习时，我们聚焦教材，发现新教材去掉了物体的热胀冷缩，增加了由热引起的物质状态变化，深入学习热的三种传递方式，由此确定单元核心概念——热是能量的一种表现形式。在整个项目过程中，经历整合的活动线，学生从1.0版的借鉴生活经验缺乏设计依据；到2.0版关注瓶身的设计，通过防止热传导减少热量的流失；到3.0版关注多部位多种方式减少热量流失，在这个过程中经历了“有效失败”，对传热方式、材料导热性和成本的理解也螺旋上升（图2）。在保温杯3.0版本设计中，通过对瓶盖、外胆和内胆的中间层、内胆的表皮等进行改进，减少热量的流失，从而深入建构核心概念。
图2：设计线+活动线螺旋建构核心概念
3.项目设计：指向“学习单元”
笔者通过对前期诸多项目化学习案例的观察与记录，发现老师们都已经关注到“项目活动流程”，但有不少项目忽略了“学习”本质。项目的设计只是从外部上把所有教材内容串联起来，而缺乏内在的联系。优化基于教材的学科项目化学习，教师除了关注外在的项目流程，也要关注“学习”本质。我们需要通过创设情境，围绕单元核心概念，提出驱动性问题，在问题解决过程中，基于设计思维，完成知识与能力的建构，让教材内容为项目服务，而不是硬性把教材内容整合在一起，应该选取学生有需求的内容进行学习，从“活动单元”向“学习单元”项目转变（图3）。
图3中，我们发现基于设计思维的项目化学习线是根据学生需求，是根据问题解决进行项目学习。另学生最迫切解决的问题是哪种材料传热最慢，所以笔者把任务三中的活动一名称改成《哪种材料传热慢》。
图3：项目学习线的对比
4.项目过程：经历“有效失败”
传统教学中教师往往习惯“先练后讲”，认为引入驱动性问题以后，就需要讲授知识，讲好了再让学生应用知识产生效果。这样的教学方式就缺少主动的探索历程，缺少在错误中习得知识等“有效失败”的过程。
在基于设计思维的项目化学习中，知识和能力建构总体而言是要“退后一步”，要让学生运用设计思维，经历对相关问题的探索和失败之后再进行知识与能力的建构，而这种建构不是一次完成的。在项目实施中，学生经历了保温杯“1.0版——2.0版——3.0版”的迭代，学生需要多次对照“评价量规”，回顾核心概念和项目成果，在项目推进中，不仅产生保温杯的迭代改进，学生对“减少热量的流失”“成本控制”“材料的导热性”这三个方面的概念建构也在迭代重构（图4），设计思维螺旋发展上升。
图4：有效失败中的设计迭代
三、基于设计思维的单元项目化学习的实施路径
本文的核心是基于设计思维开展单元整合的项目化学习，通过引导学生经历真实的设计思维和实践过程，并迁移到变化的情景中，在产品迭代设计中深入建构核心概念，发展核心素养。笔者在实施项目化教学中归纳了以下五方面的思考与尝试：
1.制定素养导向的项目目标
新课程标准指出培养学生的核心素养，而科学育人价值，集中体现在科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面。所以在确定项目的核心概念的情况下，需要以素养为导向制定项目目标。基于设计思维的项目化学习，在项目制定时还需要关注设计思维的培养目标。
基于设计思维，并以素养为导向的项目目标是整个项目的引领，教学实践由目标支撑。如果没有目标，教师和学生可能就会忽略项目的预期结果。因此，项目目标是《设计并制作一个20分钟内70℃热水降温不超过10℃的保温杯》成功实施的教学法宝。笔者借助目标引领整个教学过程，并时刻提醒自己和学生所要实现的预期达到的目标。
2.以问题解决路径推进项目
基于设计思维的项目化学习是基于问题解决的教学模式，强调把学习融入到一个开放、复杂的问题情境中，引导学生以解决问题为导向，通过个体思考和团队合作来确认问题、提出解决方案，迭代产品设计，通过项目作品的优化来实现对知识与能力的建构。
根据驱动性问题，学生通过市场调研表，KWL表和731待解决问题清单对问题进行界定和拆分。引导学生对问题进行排序，形成学生待解决的问题链，问题链对应问题解决路径，再整理问题解决路径与教材的关系（图5）。在整个过程中，以问题解决路径来推动项目的开展，实施路径与设计思维一致，通过项目学习培养学生在新情境中不断运用新知识解决问题的能力和设计思维。
图5：学生问题解决路径与教材关系图
3.以学习支架解决项目问题
学习支架是指学生在完成挑战性任务时，经过团队努力仍然不能自己解决问题时老师所提供的支持。学习支架是针对学习过程中，学生在“恰好需要的时机”所提供的“必不可少的支持”。通过学习支架帮助学生跨越最近发展区，从现有水平达到目标水平。学习支架是在项目过程中为学生提供的脚手架，有效地帮助学生解决问题，培养设计思维，完成挑战任务。在《设计保温杯》项目中，笔者提供了概念支架、学习实践支架、资源支架、学科实践支元认知支架等（图6）。
图6：《设计保温杯》的学习支架
4.以产品迭代发展设计思维
设计思维提出：“作为设计者要不断地创建、测试、迭代、修改自己的模型，直到解决方案被用户认可”。在这个过程中产品，会被不断提出新的问题，引发大家讨论，再改进，产品就不断地迭代。基于设计思维的项目化学习中，通过设计图和产品的迭代，来促进设计思维的发展。设计图从草图——精图，产品从原型——定型，在这个过程中，学生通过对核心概念的再建构促进设计思维的发展。本项目中，学生经历有效失败，发生设计迭代，在设计上体现在“中间层”、“瓶盖”和“内胆表层和便携性”等三个方面的改进设计，设计思维螺旋发展，对如何减少热辐射、热对流、热传递，从而减少热量流失的概念也螺旋建构。
5.多元化评价诊断学习效果
评价的方式主要是两种:形成性评价和总结性评价。
形成性评价，可以促进学习，需要贯穿在项目中。在追求卓越的过程中，学生也需要获得充分的实践，根据反馈修改他们的作品，并在完成最终成果前的不同阶段，迭代设计。总结性评价，是对学习成果的评价，发生在项目的末尾，但是学生需要在项目伊始就要对项目的评价的方式（点赞互评、自评、测评打分）和内容（保温杯的设计、制作、功能、合作和宣讲）有清晰的认识，也就是在项目开展时要坚持“以终为始，评价前置”的原则，且量规也需要用学生能理解的语言来定义，确定学生了解评价的标准。
本项目有过程性评价和终结性评价，通过评价指向了学生对保温杯的认识、4C能力的发展以及设计思维和核心素养的培养。
笔者运用基于设计思维的项目化学习框架，实施践行了《热》单元，在项目中基于情境提出驱动性问题，对驱动性问题进行拆分，融合设计思维，引导学生不断改进设计图，根据设计图纸制作成品保温杯，并且在设计—制作—改进的迭代过程，螺旋建构核心概念。在项目出项时，通过成果汇报和汇报答辩，促使学生不断回顾核心知识，帮助建构核心概念，发展设计思维。
（本文获2022年浙江省教学论文评审一等奖）
原载于《温州教育》2023年第1-2期（总第315-316期）
作 者 | 瑞安市安阳实验小学 夏彬彬
来源：温州教育
转自：“小学科学教学”微信公众号
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