原型化需求：在设计早期运用原型方法深化需求理解与提升学生参与度的教学实践

为解决传统设计课程中 prototyping 仅用于后期验证而忽略其早期探索价值的问题，斯坦福大学研究团队在健康技术创新课程中引入“prototyping the need”教学方法，指导学生通过构建物理或体验模型深化对未满足需求的理解。实践表明，该方法显著提升了学生对原型作用的认识（p<0.01），增强了共情能力，为工程教育改革提供了新范式。

　　

在传统的工程设计教育体系中，原型制作（prototyping）通常被定位为设计流程后端的验证环节——当问题已被明确定义、约束条件清晰划定、多个解决方案构思完成后，学生才开始通过构建实物模型来测试方案的可行性。这种模式导致学生普遍将原型制作狭隘地理解为通向终点的步骤（例如构建和测试最终产品），而非贯穿设计项目始终、能够动态拓展认知的灵活研究方法。尤其在生物医学工程教育领域，由于强调需求驱动的健康技术创新流程，学生需要投入大量时间进行未满足需求的识别与研究，原型制作活动往往被推迟数周，这使得渴望动手实践的工科学生容易产生挫败感，甚至促使他们在未充分理解核心需求时就仓促跳向解决方案。

针对这一教育痛点，斯坦福大学Mussallem生物设计中心的Meghana Neururkar、Lyn Denend等学者在《Biomedical Engineering Education》发表了创新教学实践研究。他们基于设计社区中已存在的扩展原型应用边界的思想（如体验原型（Experience Prototyping）和原型分类框架），首次在本科生物医学工程课程中系统性地引入了“需求原型化（prototyping the need）”练习，旨在重新定位原型制作作为问题探索工具的价值，并让学生更早开展与解决方案无关的实践操作。

为验证该方法的效果，研究团队在为期三周的“医疗健康需求发现（Needs Finding in Healthcare）”强化课程中进行了试点。该课程面向12名大二本科生，聚焦健康技术创新的最初阶段，重点训练学生通过医师影子观察、需求陈述起草、初级与次级研究来识别和细化未满足需求，且明确不进行解决方案构思。在课程第三周，教学团队要求学生针对其主导需求构建简易原型，以回答关于该需求的关键问题。课前通过讲座传授使用简单材料制作外观类似（looks-like）、工作类似（works-like）和感觉类似（feels-like）原型以获取洞察的技巧，并提供详细操作指南（包括问题清单制定、风险优先级排序、计划制定、原型测试与结果评估等步骤）。教室配备丰富的手工材料、工具和医疗物品，人均耗材成本控制在5-20美元。

研究采用的关键方法包括：1）需求驱动原型设计框架，指导学生从需求陈述三要素（问题本身Problem、目标人群Population、预期成果Outcome）衍生探索性问题；2）多模态原型构建，允许物理模型、数学模型、计算机模拟或用户体验模拟等多种形式；3）前后测问卷调查，使用李克特5点量表评估学生对“运用原型推进未满足健康需求理解”的认知变化（Wilcoxon符号秩检验分析）。

研究结果通过两个典型案例生动呈现：

第一个案例关注改善65岁以上慢性开放性伤口患者的居家护理。学生通过分层材料模拟皮肤组织并阶段性穿刺制作伤口模型（图1），深入认识到伤口三维结构的复杂性（口径由外至内逐渐收窄导致清创困难）、组织层物理特性差异（厚度、硬度、敏感性不同可能需分层治疗），并显著增强了对患者自理难度的共情（“直视模型深处想象见骨时的心理冲击”）。

第二个案例探讨佩罗尼病（Peyronie's disease）的斑块硬度差异对治疗选择的影响。学生最初尝试弯曲不同硬度材料（管道清洁条、亚克力板、腓骨模型、金属衣架）测量达到40度曲度的时间，但因实验方法粗糙（单手弯曲同时手机计时、手持位置不统一）导致数据不可靠。随后她转向通过患者调查原型探索治疗偏好权衡（时间、疼痛度、有效性），意识到非物理原型同样能有效揭示需求本质。

课程评估显示，12名学生的需求原型理解水平从课前中位数2分（“有原型经验但不知如何用于需求理解”）提升至课后5分（“掌握该方法并实际应用于项目”），增幅达150%（p<0.01），为所有受测主题中变化最显著者。质性观察表明，该练习不仅满足了学生的动手渴望，将其保持在解决方案无关的探索状态，还意外强化了其对目标人群的共情（通过模拟用户体验），并激发了更深层次的研究问题。少数难以摆脱解决方案导向思维的学生在教师指导下仍能生成有效的需求探索问题，避免了早期设计阶段的常见偏见。

讨论部分指出，需求原型化方法成功将体验式学习理念融入工程教育，通过具身化实践深化情境化认知。其核心意义在于：1）拓展了原型在教学中的功能边界，使其成为需求发现阶段的探索工具；2）通过“做中学”提升学生参与度和研究深度；3）为抑制过早解决方案固化提供了实践路径。未来研究方向包括量化评估各环节效益、适配不同学习者层级（本科/研究生/博士后），以及通过多媒体技术增强共情培养效果。该实践为生物设计创新流程（Biodesign innovation process）的教育实施提供了新范式，对促进工程教育与临床需求更紧密结合具有重要参考价值。