论文题目：设计思维导向的高中开源软硬件课程设计与实践研究
摘要：随着时代进步和社会变迁,创新已经成为国家进步与发展的重要推进剂,如何创新教育形式,培养富有创造力的人才,是时代赋予各国的重要命题。起源于设计领域的设计思维,经过不断发展,已经在包括教育的诸多领域发挥作用。设计与创新之间存在着相互依存的关系,设计思维理念以设计活动为核心,能够有效培养学生创造力,因此设计思维与教育融合正在教育领域愈发受到关注。开源软硬件作为兼容,共享的教学平台,可以为教学提供新思路和形式,有效培养学生创新能力。但如今将开源软硬件技术应用于教学中仍处于起步阶段,缺乏理论指导,存在一定的盲目性,因此将设计思维理念融入到开源软硬件教学中去,对于改善开源软硬件课程教学现状,促进课程发展具有积极的意义,同时也能够有效培养学生创造力。本研究将设计思维理念作为指导思想,融入到开源软硬件课程教学中,把Arduino开源硬件平台和Linkboy软件作为课程载体。在分析主流设计思维框架的基础上,构建设计思维导向的高中开源软硬件课程教学框架,梳理教学流程,总结教学活动策略,设计并实施了三个主题,九个课时的课程。本研究也对设计思维和开源软硬件的研究现状进行分析整理,对相关概念进行了概念界定。总结设计思维与开源软硬件课程的契合程度,指出将设计思维与开源软硬件相融合,培养学生创造力具有一定的可行性。确定了建构主义学习理论、“从做中学”理论、发现学习理论的理论基础。对目前世界主流设计思维典型框架进行整理分析,在比较、综合、借鉴的基础上确定了本研究设计思维导向的五环节教学框架,分别为探索问题环节、定义主题环节、构思方案环节、原型制作环节、交流评价环节。同时借助设计思维所蕴含的思维工具制定了各个环节的教学组织策略填充到教学框架中。根据设计思维导向的开源软硬件教学框架,从本次实践的S高级中学实际情况出发,完成了“课程与技能准备、智能家居入门项目、智能家居进阶项目”三个主题的高中开源软硬件课程设计。主题1课程教学包括:软件与编程、硬件的奥秘、设计思维流程三个课时,为后续课程实施做出知识和技能方面准备。在主题2课程教学中,将设计思维教学框架的五个环节分为三个课时开展教学,引导学生在情境中,经历完整的设计思维流程,帮助学生学会借助思维工具和策略完成主题2的项目设计和制作。在主题3教学中,同样将五个环节作为教学活动的流程,给予学生更高的自由度,引导学生在现实情境中借助设计思维流程和策略,完成作品创新及制作。本次教学实践借助《威廉斯创造力倾向测量表》开展了前后测实验研究,评估学生创造力变化水平,同时也对教学过程中学生所产生信息进行记录,用来评估实际教学效果。最后针对本次研究进行了反思总结,对设计思维和开源软硬件课程进行了展望。本次研究的结果表明,将设计思维理念与开源软硬件相融合具有一定的切实性和正确性。通过构建设计思维导向的课程,打破了学生一味模仿的教学模式,为教师提供了可借鉴的教学案例,同时也充分发挥了开源平台的优越性和科技性。实践表明,设计思维导向的开源软硬件课程能够更好地将学生作为学习的主体,激发学生学习兴趣;更好的培养学生的创造力、创新能力。
关键词：设计思维;开源硬件;Linkboy;Arduino
学科专业：教育硕士（专业学位）
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 设计思维研究现状
1.2.2 开源软硬件研究现状
1.2.3 研究现状总结
1.3 研究目标和内容
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.4 研究方法和思路
1.4.1 研究方法
1.4.2 研究思路
第二章 概念界定及理论基础
2.1 概念界定
2.1.1 设计思维
2.1.2 开源软硬件
2.2 理论基础
2.2.1 建构主义学习理论
2.2.2 “从做中学”理论
2.2.3 发现学习理论
第三章 设计思维导向的开源软硬件教学框架
3.1 已有设计思维典型框架分析
3.1.1 Simon三步直线模型
3.1.2 IDEO设计思维模型
3.1.3 双钻模型
3.1.4 斯坦福大学设计思维模型
3.1.5 LAUNCH循环模型
3.2 设计思维导向的开源软硬件教学框架
3.3 教学环节及策略
3.3.1 探索问题环节及策略
3.3.2 定义主题环节及策略
3.3.3 构思方案环节及策略
3.3.4 原型制作环节及策略
3.3.5 交流评价环节及策略
第四章 设计思维导向的开源软硬件课程设计与实践
4.1 课程分析
4.2 课程目标
4.3 课程设计
4.3.1 主题设计
4.3.2 主题内容
4.4 课程教学案例设计
4.4.1 主题1:课程与技能准备教学
4.4.2 主题2:智能家居入门项目
4.4.3 主题3:智能家居进阶项目
4.5 课程实施情况
4.5.1 主题1课程实施情况
4.5.2 主题2课程实施情况
4.5.3 主题3课程实施情况
第五章 设计思维导向的高中开源软硬件课程实践研究及效果分析
5.1 实验研究设计
5.1.1 实验思路
5.1.2 实验对象
5.1.3 实验场所及时间
5.1.4 实验研究量表
5.2 实验分析
5.2.1 实验前测分析
5.2.2 实验结果分析
5.3 实验总结
第六章 研究结论与反思展望
6.1 研究结果讨论
6.2 研究反思与展望
6.2.1 研究反思
6.2.2 研究展望
参考文献
附录 Ⅰ
附录 Ⅱ
主题1 课时一:软件与编程
主题1 课时二:硬件的奥秘
主题1 课时三:设计思维流程
主题2 课时四:探索与定义主题
主题2 课时五:构思与原型制作
主题2 课时六:交流评价与总结
主题3 课时七:探索与定义主题
主题3 课时八:构思与原型制作
主题3 课时九:交流评价与总结
致谢