基于设计思维的爆破工程课程教学设计研究

基于设计思维的爆破工程课程教学设计研究

李立峰、叶海旺、雷涛、谭海

（武汉理工大学 湖北，武汉，430070）

摘要：本文探讨了基于设计思维的爆破工程课程教学设计。设计思维是一种创新解决问题的方法，能帮助学生更好地理解课程内容、掌握知识、提高解决问题的能力。教师应将设计思维理念融入教学设计，利用问题解决法进行教学，激发学生的学习兴趣。同时，通过项目式学习、翻转课堂等方式，教师可以更好地引导学生运用设计思维进行学习。为实现预期教学效果，研究强调培养学生的设计思维和精心设置爆破工程设计问题。通过提出具有挑战性和趣味性的问题，引导学生参与“设计—行动—反思—再设计—再行动—再反思”的循环迭代过程，从而提高他们解决实际问题的能力。同时，确保问题的难度适中，使学生能够在解决问题的过程中充分理解所学知识。这一研究为《爆破工程》课程教学的优化，学生能力的培养提供了新的视角和一定的借鉴意义。

关键词：爆破工程，设计思维，教学设计，教学研究

项目名称：武汉理工大学校级教学改革项目“基于设计思维和有效失败理论的爆破工程课程教学模式创新研究”（w20210114）

爆破工程是采矿工程专业的一门重要的专业必修课，亦是岩土工程、交通土建、水利工程、安全工程等专业的选修课，并在教学、科研和工程应用中形成了一个独立的行业门类。爆破工程是一门理论性和实践性都很强的课程[1]，涉及到物理、化学、爆炸力学、岩石力学、流体力学、安全科学与工程等学科[2]，其主要内容包括：炸药爆炸理论、岩石爆破理论、爆破技术以及爆破安全与检测等。在具体的教学过程中，许多学生在分析具体的爆破工程问题时（例如，课程作业及考试中的计算题、毕业设计的爆破设计部分等），常常会提出一些片面的、有漏洞的、不符合实际的解决方案，这也意味着学生并未真正理解爆破工程中的重要概念、公式以及爆破设计方法，教学效果大打折扣。没有在围绕真实问题的解决情境中达到教学目的。因此，作为爆破工程学习的落脚点之一，综合运用所学知识针对具体爆破工程问题进行分析和设计的能力成为该课程教学过程中亟待解决的重要课题。

设计思维的理念与以上研究目标不谋而合，是设计师进行思考、设计作品、解决复杂问题的一种思考方式，是一套创造性地解决问题的方法论体系，包括对问题的探索，以及对解决方案的构思、设计、实施与评价等内容。1987年Rowe正式提出这一概念[3]，并在斯坦福大学、耶鲁大学，哈佛大学，多伦多大学等多所世界知名大学中得到了研究与应用。随后，第一届设计思维研究研讨会在荷兰代尔夫特大学召开，从设计思维角度探索设计和设计方法论[4]。自此以后，全球范围内涌现出了多种基于对不同设计情境广泛观察的设计思维模式，并与设计方法论、心理学、教育学等领域的理论和模型深度融合[5]。如今，设计思维成为许多领域解决问题的新范式，比如信息技术(IT)领域[6]、商业领域[7]和教育领域[8]等。

采矿工程作为一个学科交叉与工程设计特色均非常明显的专业，非常适合在课程教学（如爆破工程）中应用设计思维。因此，将设计思维理论应用于爆破工程的教学设计研究中，创新教学方法，对提高课程教学效果，实现“新工科”背景下一流课程的建设有重要意义。本文所探讨的既包括运用设计思维开展教学设计，也包括利用这样的教学设计培养学生的设计思维能力。

1 设计思维的内涵及其教学意义

Owen曾经从所研究的内容和研究的过程两个维度来定义和区分任意一个领域[9]。如果将设计本身看作是一个领域的话，它是一个以综合分析的方式来研究现实世界所呈现的问题的领域（如图1所示）。因此，设计思维是一种创新型思维，强调通过不断的尝试和迭代，寻找最佳的解决方案，其核心在于发现问题并解决问题。

图1 内容和过程因素的概念表示[10]

某种思维可能是抽象且难以理解的，但是却可以从具有这种思维的人身上看出一些端倪。因此，从设计思维者的特点来说明设计思维的内涵也是一个恰当且准确的方式，这些特点有助于理解设计思维的本质。根据Owen的描述[9]，设计思维者的特点总结表1所示：

表1 设计思维者的特点

简而言之，设计思维是一种系统性的思维方式，它可以帮助我们更好地应对复杂问题。通过设计思维，我们可以将复杂问题分解为更小的问题，逐一解决。同时，设计思维还可以帮助我们更好地理解问题的本质和背景，从而找到更加有效的解决方案。

设计思维不仅仅在商业、工程或产品设计等领域有所应用，它同样可以融入到教学过程中，带来有益的改变。具体到爆破工程来说，探索设计思维在爆破工程课程教学中的具体运用，改革创新教学方法，有重要的作用和意义。首先，以解决真实问题为出发点，使学生运用设计思维进行开放式的思考与探索，有助于学生更深刻地理解所学内容，培养学生的创新精神和高阶能力。其次，在建设混合式课程，开展翻转课堂的过程中，设计思维的运用可以更加有效地利用线上资源及线下的课堂时间，将课程建设带向一个更高的水平。再次，教师的教学能力在创新教学方法的探索和运用过程中也可以得到极大的提升，进而促进教学工作的开展，并促使传统的直接教学转向问题解决教学，产生爆破工程教学新模式。此外，设计思维的运用也有助于采矿专业学生养成面向未来的工程设计能力，提升本专业的工程教育质量。

2 基于设计思维的爆破工程课程教学设计

教学设计是一个非常重要的环节，它涉及到如何有效地传授知识和技能，以及如何激发学生的学习兴趣和动力。本文以采矿工程专业的爆破工程课程为研究对象，吸取国内外类似课程的教学经验，基于设计思维并按照爆破工程课程特点开展教学设计的研究。

2.1 设计思维在教学全过程的运用

这一部分包含两方面的设计思维运用：教师的教学设计以及学生在学习过程中针对具体问题或项目的设计。

在教师层面，包含如下内容：开展问卷调查，进行详细的学情分析，了解学生的现状；依据学生的现有水平和知识基础，重构教学内容，向学生提出一个真实具体的矿山爆破设计问题，这一问题需要涉及到不同学科领域、具有一定的挑战性、在爆破设计过程中能涉及到本课程所有的重难点知识；为学生搭建合适的教学环境，包括充足的线上资源和线下课堂讨论时间、实验条件、计算机资源等；引导学生开展教学活动，包括知识的讲授、疑问的解答、思路的开拓以及阶段性成果的完成；积极开展教学评价活动，倾听来自学生的反馈，优化下一期的教学。

在学生层面，包含如下内容：首先进行小组的划分，对教师提出的问题进行分析，确立设计的目标，寻找解决问题的思路；小组成员相互协作，在具体的矿山爆破设计项目中，由教师引导，将学到的知识和信息进行整合，分阶段完成设计，在设计过程中，理解爆破工程的知识；学生在完成每一个设计的阶段时，要进行总结评价，以便在下一阶段的设计中有更好的表现。分析、综合、评价的过程在每一个设计阶段依照上述步骤进行迭代，最终，学生在整个课程结束时，能够最大限度地解决学期开始提出的爆破工程设计问题，并对整个课程的重要知识获得更深刻的理解。

2.2 混合教学框架下设计思维驱动式教学实践

混合式教学就是要充分利用线上和线下资源，将知识点的学习转为课外在线进行，使课堂成为一个动态的、互动的学习空间。教师指导学生充分运用线上学习的概念和知识点，并通过小组协作、课堂讨论、同伴反馈等方式创造性地参与到教学主题中来。在这种旨在实现翻转课堂的混合教学框架下，师生可以更好地实践设计思维教学。第一步，课程教学的初期，在线上发布具有一定挑战性的爆破工程设计问题，引导学生进行一定的思考，并在线上进行问卷调查，既了解学生对问题难度的感受，也为学情分析提供数据。第二步，教师将所提出的较复杂的爆破工程设计问题分成几个阶段，根据各个阶段所需要的知识，按照一定的逻辑顺序，使学生带着问题在线上通过观看教学视频进行知识点学习。第三步，学生回到课堂中时，各个小组要提出解决当前所处设计阶段的初步方案。其中的关键是，问题的挑战度应足以使学生在问题的解决过程中产生各种疑问，发现自己方案的各种漏洞。此时，教师可以启发学生针对正在分析的爆破设计问题开拓思路，寻找解决办法，并思考如何将前期线上所学的知识运用在问题解决的过程中。第四步，鼓励学生在课后完成当前所处阶段的设计任务，解决该阶段碰到的问题，并进行总结反馈，同时，教师将反馈结果可视化，指导学生下一步的学习。通过这四个步骤的教学活动，充分实践设计思维理论，使混合教学课堂更加充实、有效。

4 结语

采矿工程专业的学生在学习过程中常常会遇到矿山设计、爆破设计等具体问题，本文所做的研究正是着眼于专业培养计划中学生能力的培养，将设计领域的设计思维巧妙地运用在传统的爆破工程课程教学中来，并深度契合混合教学的框架，使教学模式的革新有了理论基础，也体现了教学改革中的多学科交叉融合。

参考文献

[1]王新生. 《爆破工程》课程教学改革与实践[J]. 教育教学论坛, 2016(24): 131-132.

[2]徐颖. 《爆破工程》课程改革[J]. 安徽理工大学学报(社会科学版), 2005(4): 86-88.

[3]ROWE P G. Design thinking[M]. Cambridge, Mass.: MIT Press, 1987.

[4]Cross, Nigel. Research in design thinking [M]. Delft University Press, 1992.

[5]DORST K. The core of ‘design thinking’ and its application[J]. Design Studies, 2011, 32(6): 521-532.

[6]BROOKS F P. The design of design: essays from a computer scientist[M]. Upper Saddle River, NJ: Addison-Wesley, 2010

[7]MARTIN R L. The Design of Business: Why Design Thinking is the Next Competitive Advantage[M]. Third Edition. Boston, Mass: Harvard Business Review Press, 2009.

[8]HENRIKSEN D, RICHARDSON C, MEHTA R. Design thinking: A creative approach to educational problems of practice[J]. Thinking Skills and Creativity, 2017, 26: 140-153.

[9]OWEN C. Design thinking: Notes on its nature and use[J]. Design research quarterly, 2007, 2(1): 16-27.

[10]RAZZOUK R, SHUTE V. What Is Design Thinking and Why Is It Important?[J]. Review of Educational Research, 2012, 82(3): 330-348.

作者简介：李立峰（1986.06 -- ），男，山西太原人，博士，讲师，主要从事采矿工程教学与研究。