作者：爾瑞 發布時間：
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【芥末翻】是芥末堆全新推出的一檔學術欄目，由芥末堆海外翻譯社群的小夥伴們助力完成。我們致力於將全球經典或是前沿的教育理念、教育技術、學習理論、實踐案例等文獻翻譯成中文，並希望能夠通過引進這類優質教育研究成果，在全球教育科學的推動下，讓更好的教育來得更快！
基於設計思維的學習（系統設計方法）是什麼？
Kolodner將一種方法泛稱為設計學習（Learning Based on Design, LBD）。該方法整合了一些成功的學習模式，例如基於案例推理的研究、基於問題的學習。基於案例的推理是指利用過去的解決方法和經驗指導未來問題的解決。基於問題的學習是一種從課堂管理角度組織課堂活動的方法。這些方法的理念都與建構主義學習方法一致。LBD的另一個重要特點是遵循認知學徒制，其關鍵特徵是通過對語言和行為的觀察進行學習，並建立一個共同體行動方式的框架。
相對於腳本式探究學習，基於真實設計任務開展科學概念教學時，學生的學習表現會有所不同嗎？為獲得答案，研究者基於中學科學課程中的電學相關概念教學，開發一門製作電子報警系統的實踐性課程模塊，並且進行了實際的教學與評估。與先前的方法不同，研究者本次採用的是系統設計方法來組織設計活動的順序。該方法的獨特之處在於增加了一個特殊環節，就是首先讓學生闡述自己對設計的需求，然後再開發需求文檔作為後續流程所遵循的設計規範。這樣一來，設計流程就從原來由課程或者教師提出設計需求與規範，轉變為由學生自主生成的方式。研究者假設如果流程能夠始於自己的需求，那麼他們的動機和參與感將會增加，即解決科學課中學生最核心的問題：我為什麼要學這個？（表1 總結系統設計方法和腳本式探究間的區別）
這項設計學習還有一個目的是幫助學生學習有關電學的基本科學原理，提升他們像科學家那樣的推理能力，幫助學生學習開展科學探究的技能。這些技能對學生未來的專業知識、能力和啟發式思維的形成都至關重要（Von der Weth出版社，1995）。國家科學教育標準規定了科學探究能力所必需的基本技能：
1. 明確可以通過科學調查獲得答案的問題；
2. 設計並開展科學調查；
3. 運用技術採集、分析和解釋數據；
4. 利用證據進行描述、解釋、預測和建模；
5. 運用邏輯思維和批判思維在證據與解釋之間建立關聯；
6. 發現並分析可替代的解釋和預測；
7. 交流科學程序與解釋；
8. 在科學探究的各個方面應用數學。
腳本式探究課程為了讓學生「體驗」科學的基本概念，提供給學生類似菜譜的具有細緻方法指導的支架，為學生指明將具體實驗作為一種數據採集的方式應該如何組織與實施。腳本式探究在科學探究的第一步和第二步上，對培養學生確定問題和設計科學調研能力給予了很大的限制，而對探究流程的其他環節給予了過度的支持。採用這種方式可能是出於對課堂時間限制，教師能力（例如課堂管理能力）或者其他原因的考慮。
課程案例：《電子報警系統：設計、建構與反思》
課程目的：讓學生了解掌握相關電學概念；能用技術設計流程解決問題；能解釋一個簡單系統的組成部分及各部分之間的關係。
原先腳本式探究學習法將此課程設置了九個模塊，本研究將用系統設計學習法替代其中四個模塊（原先腳本式探究會花四到五周時間）。這四個模塊設計的電學基本內容包括電壓、電流、電阻、並行電路、串行電路、電池、點燈、電阻器和歐姆定律。在完成系統設計單元教學後，小組還將採用腳本式探究完成後續關於電容、電荷、功率和其他電學概念的學習。在新的教學方法實施前，教師得到相應方法的課程前、中、後的培訓。
整個課程按照系統設計法的程序實施，為期大概四到五周。系統設計法由七個階段組成，如圖1所示：
整個系統設計流程鼓勵學生和教師不斷對前一階段的工作進行回顧、反思完善。
同時，研究者為學生個人或團隊在系統設計的每個階段提供支架，供學生「生成多種方案」。如圖2所示，為學生提供框架，引導學生首先分析自己的設想：一個提醒用戶服藥的設備應該需要哪些材料、能量和信息輸入才能進行分析判斷，才能實現其預設的功能——為老人健康提供幫助。同時，支架材料也會引導學生思考他們的設備可能會具有哪些未曾意料到的、潛在的負面影響。
在這個過程中學生會發現哪些部件是必要的，如檢測服藥時間的「檢測器」、在值得關注的事件發生時進行警報的「指示器」，以及調動「檢測器」、「指示器」這些子系統的「能源」系統。這些發現過程都會促進學生分析思維的發展，因為它們需要不斷深入思考，將最初的想法分解成更具體的功能細節。
圖3顯示了「選擇方案階段」的支架材料，學生制定了三種設計裝置的方案：手動、自動、手動+自動。通過一個矩陣，他們列出各功能部件在三種方案中的起作用程度（1-5評分），綜合需求與性能從中選出最佳方案。
教師鼓勵學生在思維方式上再進行挑戰：對過程中的選擇進行反思。這個結果對你有意義嗎？如果沒有，結果哪裡不符合你的想法？然後，學生們再去檢查他們整體的系統需求和替代方案，根據反思來調整他們的思維。最終，學生做出的決策是建立在廣泛思考的基礎之上。這種思考包括確定清晰的決策準則，對不同想法的實現方式和功能進行深入分析，以及思考此過程中應用的科學內容。
按照這種進行設計的決策程序，後面學生從已有的探究工具箱中選擇電線、電阻、LED等部件，以及輔以其他電阻元件（蜂鳴器、光電池、熱敏電阻）組裝成電子元件來完成他們的方案。這是一個探究與發現的過程，而且是在與學生們的需求和興趣密切相關的創造性設計思維中發生的。
與腳本式探索相比較，系統設計法為學生提供可以驗證自己想法的學習框架，這是兩者的重要差別。通過探究引入科學概念主要集中在系統設計過程的最後兩個階段，並且沒有提供腳本，學生需要繪製嘗試性的電路圖，並且在建造過程中進行解釋。系統設計鼓勵老師在學生多次嘗試在電路設計中探索概念和嘗試的想法和配置後，才向學生解釋科學概念。這是與腳本式探究主要區別，因為腳本式探究對調查各個方面都提供了逐步的指導。腳本式探究主要是由課程設計者決定科學概念的出現，而不是以思維模式選擇的科學概念的提出。系統設計作為一種項目學習，因為是從學生興趣和生活經驗展開需求分析，所以能夠提升學生的參與水平。
並非系統設計法的各方面都明顯優於腳本式探究，特別從教師的角度而言更是如此。首先，系統設計課程是試驗課程，需要更多的測試和優化，而腳本式探究這種經過廣泛的實地測試和優化方法更加成熟，而且許多理科教師對其應用成效更好。許多教師更加熟悉腳本式探究，因此如果要求教師改用不同的方法，則需要投入額外的準備時間，既包括專業培訓，又包括課程前準備工作。該系統設計法還涉及花費很多課堂時間組建學生團隊，以教師作為一個催化師，而不是管理學生。因為學生獲得更多的自主性，所以得確保學生把時間投入到相關的課堂任務中，這種轉換會提高教師的焦慮感。教師發現不會像原來教學中那樣，花費更多的時間來講授諸如歐姆定律這樣的科學概念。系統設計不會直接在科學概念的教授上花費時間，而是在設計過程中進行指導，這種原先科學師範教育中沒有的訓練也會增加現有教師的焦慮。最後，對於中學科學教師而言，許多科學教師沒有接受過電子電荷的教學訓練，電學教學本身會產生教師焦慮，再加上不熟悉的概念、系統設計方法交織在一起，焦慮就更為明顯。因此，系統設計法的應用會面臨教師方面的直接風險和學生方面的間接風險。
最後，對系統設計法及其效果，以及公平差距進行一下說明。美國中小學科學教育在低和高SES（社會經濟地位）學生之間的差異很大，另外白種人、亞裔與拉丁裔和非裔美國學生之間學業表現差異巨大。此外，男女在科學上的表現的顯著差異從初中開始，在高中加劇，然而系統設計方法對成績的提升方面沒有男女性別上的差異。系統設計方法相對於傳統腳本探究學習，對學習成績的提升有明顯效果，特別是對低成就的非裔美國學生而言。為了減少公平差異，可以給學生規定設計範圍。此外，學生們需要相互交流自己的想法，這被看作是促進學生擁有自主想法的過程，而且這也將有助於減少學業表現的差距。另一個公平差距問題涉及平等獲得設計材料的機會。研究者創建了系統設計學習模塊，這樣所有的動手操作都在教室裡進行，所有學生都使用相同的材料（這與腳本式探究相同）。這種安排並不總是適用於項目學習。當學生被允許使用從家裡帶來的材料時，他們的學業表現可能會由於獲取資源的不平等和課堂外實踐的不平等而導致差異加劇。
今天來聊聊你對這兩種教學設計的看法？~
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