指向设计思维的初中信息科技作业设计实施路径探析

摘要

以设计思维为导向，结合初中信息科技课程核心素养目标，建构了作业设计的理论模型与评价量规，并以“酷比特人工智能图书搬运小车”为实践案例，完整呈现了从需求洞察到成果迭代的设计思维驱动型作业实施路径。该研究通过真实问题解决、迭代优化和技术工具整合等方式帮助学生将理论知识应用于实际场景，促进了跨学科知识的融合实践创新，有效提升了学生的计算思维、创新能力和协作能力。

Graphical abstract

关键词

设计思维 / 信息科技 / 作业设计 / 实施路径 / 跨学科 / 人工智能

深化教育评价改革，加强“五项管理”、实施“双减”是教育改革发展的重点任务，是落实“五育并举”、打造良好教育生态、实现教育现代化的重要举措。引导学生完成好基础性作业，强化实践性作业，探索弹性作业和跨学科作业，是教学改革对教师的作业设计能力和作业实施质量提出的新要求^［1］。当前信息科技作业设计主要存在设计思路不清、情境创设失真、习题操作机械、忽视学生主体等问题。为有效纠正当前作业设计偏差，可以设计思维为导向，从理论模型、评价量规和实践路径等方面为初中信息科技作业的设计提供新的思路与方法。

1 问题背景

1.1 作业设计的重要性

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》提到：注重评价育人，强化素养立意，推进面向数字素养与技能的评价，评价内容应围绕核心素养和学科概念逻辑主线，有效考查学生基本知识、实践应用能力及素养目标的达成^［2］。以往的作业设计主要表现为操作机械固化，作业多以重复性操作为主，学生反复练习代码编写或软件操作步骤，虽强化基础技能，但易陷入“为做而做”的机械状态，缺乏对知识本质的理解。作业受技术环境限制，脱离真实场景、缺乏真实场景模拟，作业通常以抽象理论知识或虚拟练习题为主，缺乏与真实世界的联系。传统作业设计以教师为中心，学生被动接受完成既定任务，缺乏自主探索和创造空间，忽视了学生的主体地位。上述因素导致作业设计存在实操缺失、主体缺位、素养缺失等问题，未能有效实现作业提质和素养提升的初衷。

1.2 设计思维的价值性

设计思维作为一种以人为中心、以创新为导向的解决问题方法论。设计思维通过需求洞察深入理解用户真实需求与情感体验，从用户需求中提炼出清晰、可执行的问题陈述，以创意发散的方式生成多种解决方案，突破思维定式并快速将创意转化为可测试的实体或数字原型，通过用户测试反馈原型的有效性，发现问题改进方向。设计思维的需求洞察、定义问题、创意发散、原型开发、测试反馈五阶段并非线性流程，而是螺旋上升的迭代循环，强调解决真实问题，鼓励学生多维度思考问题，提出创新解决方案。设计思维涉及多学科领域，帮助学生建立知识关联，促进跨学科学习知识统整。强调需求洞察，为教师提供新的教学工具和创新方法，帮助教师从“知识传授”到“学习设计”转型。迭代反思能帮助学生形成持续改进不良学习习惯、培养适应未来社会的终身学习能力。

2 设计思维导向的作业设计理论框架

设计思维导向的作业设计理论框架模型以学生为中心，强调真实问题解决和迭代优化。围绕五个阶段开展跨学科作业设计，学生在参与跨学科作业学习活动中经历迭代学习过程，思维在发散和收敛之间循环往复。以同理心去洞察问题，借助信息科技相关知识从跨学科视角寻求解决问题的方案，并选择最优方案进行实物原型开发，物化学习成果。该模型的设计脉络基于核心理念，关注设计原则，构建实施策略，界定评价量规，突出作业设计重难点，注重“做中学、创中学”理念，旨在通过洞察问题、聚焦问题、解决问题的方式，为信息科技作业设计提供系统化的指导，具体内容如图1所示。

2.1 核心理念

以学生为中心，以学生兴趣、需求与能力为出发点，设计符合其认知水平和学习目标的作业任务。将作业与真实世界的问题相结合，让学生在解决实际问题的过程中学习知识、提升能力。通过“设计—测试—反馈—改进”的迭代优化，帮助学生不断优化解决方案，培养持续改进的思维习惯。

2.2 设计原则

信息科技作业设计需满足真实性、低门槛高创意、跨学科整合、互助协作的原则。作业任务应基于真实场景和需求，鼓励学生低门槛高创意，如使用Micro：bit图形化编程工具，让学生专注于逻辑设计而非语法细节。梳理学科间的内在关联，探寻信息科技与其他学科（如数学、科学、工程、艺术）的跨学科整合，如设计“校园能耗监测系统”综合性任务，需整合数据分析、编程和工程知识。

2.3 实施策略

作业设计策略依据设计思维理念可分五步：一是需求洞察，通过同理心共情图工具调研、搜集作业痛点问题；二是问题定义，利用背景分析工具提炼关键挑战、制定设计简报；三是创意发散，采用思维导图工具引导头脑风暴；四是原型开发阶段，选用原型测试和合并实验工具开发设计原型，完成迭代；五是测试反馈，邀请评测对象试用反馈捕捉矩阵工具与经验回顾学习工具，搜集改进方案。设计思维导向的作业设计采用了差异化设计策略，将任务分为基础版、进阶版、挑战版，并给予弹性时间管理，如某类主题项目完成周期可设置2~4周的作业周期，允许自主安排进度^［3］。

2.4 评价量规

设计思维导向的作业评价应注重过程与结果融合的多元评价方式，可从创新性、技术性、社会价值、协作过程、用户中心五个维度开展设计思维导向的信息科技作业评价，具体量规如表1所示。

3 设计思维导向的作业设计实施路径

以“酷比特人工智能图书搬运小车”作业设计实施路径为例，从设计思维的需求洞察、问题定义、创意发散、原型开发、测试反馈5个方面规划作业设计的实施路径及思维工具的选用，具体内容如下。

3.1 需求洞察阶段

学生采用同理心共情图工具观察校园场景，发现图书馆管理员搬运书籍存在困难，以同理心访谈工具对图书馆相关专业人员、产品设计专家进行访谈，并记录用户需求（如“小车需避障”“能承载8本书”）。

3.2 问题定义阶段

以讲故事思维工具提炼核心问题：如何设计一款能自动避障、承载书籍的智能小车？并用背景分析工具制定设计简报，如功能列表（如避障、载重、路径规划）、技术指标（如传感器精度、电机功率）。

3.3 创意发散阶段

用头脑风暴法提出“磁条导航”“视觉识别”“超声波避障”等方案。采用2×2矩阵法对选择超声波传感器（低成本、易实现）作为避障方案进行技术可行性评估。

3.4 原型开发阶段

用原型测试工具组装酷比特小车底盘、安装超声波传感器，以合并实验思维工具对MakeCode平台编写避障算法进行模拟分析（如“检测到障碍物时右转”），以最小可行产品思维工具初步测评教室模拟环境中小车的避障效果。

3.5 测试反馈阶段

邀请图书馆工作人员试用，采用A/B测试思维工具收集反馈意见（如“转弯不够灵活”）并进行迭代优化；采用结构化可用性工具调整电机转速、优化路径规划算法；利用测试表对小车在图书馆环境中完成书籍搬运任务进行评测；相关使用者、产品设计专家通过反馈捕捉矩阵工具对小车的实用性、便利性、美观性等方面的评价；学生用经验回顾学习工具分析和总结技术难点（如“传感器精度不足”），反思改进方向。

设计思维导向下的信息科技作业设计实施路径可帮助学生从“模仿式学习”转向“创造性解决问题”，提升其创新能力，助力教师从“知识传授者”转向“学习设计师”，促进教师专业成长。诚然，教师在作业设计过程中也会发现硬件资源不足、学生编程基础差异大等问题，后续将尝试用虚拟仿真工具（如Tinkercad）辅助设计，并提供分层任务与个性化指导。

4 结语

指向设计思维的“酷比特人工智能图书搬运小车”实践案例，可助力教师从“知识传授者”转向“学习设计师”，助推学生从“模仿学习”转向“创变探究”，促进作业设计路径从“知识本位”转向“素养本位”，为初中信息科技作业设计提供理论依据和实践路径。

参考文献

[1] 邹斌.初中信息科技单元作业设计的实践与探索：以“走进程序世界”单元为例［J］.中学教学参考，2022（20）：88-90.

[2] 中华人民共和国教育部. 义务教育信息科技课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

[3] 王月芬.重构作业：课程视域下的单元作业［M］.北京：教育科学出版社，2021.

基金资助

2025年度福建省新时代基础教育学科带头人专项课题“指向设计思维的初中信息科技作业设计新样态研究”(145MJYXD263)

2024年度福建省电教馆教育信息技术课题“指向设计思维的初中人工智能跨学科融合实践研究”(KT25184)

2025年度宁德市普通基础教育课程与课堂教学改革青年专项课题“指向设计思维的初中信息科技实验教学研究”(2024GG217)