《PLOS One》：Pre-service mathematics teachers’ integration of design thinking in STEM lesson plans: Insights from a qualitative case study
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数学是科学、技术、工程与数学（STEM）教育的根基，可支撑跨学科的问题解决、量化推理、建模与创造性思维。本研究探讨某土耳其公立大学设计思维（DT）课程中的55名高年级预服务数学教师（PMT）如何将DT整合进STEM教案，影响该整合的因素，以及教案设计阶段所遇挑
数学是科学、技术、工程与数学（STEM）教育的根基，可支撑跨学科的问题解决、量化推理、建模与创造性思维。本研究探讨某土耳其公立大学设计思维（DT）课程中的55名高年级预服务数学教师（PMT）如何将DT整合进STEM教案，影响该整合的因素，以及教案设计阶段所遇挑战。数据来源于DT导向且以数学为核心的STEM教案与开放式问卷，并采用内容分析（content analysis）进行解读。结果表明：多数PMT在教案中维持数学作为核心成分，但DT整合常呈部分化与失衡化。Define、Ideate与Prototype阶段在多数教案中占主导（>80%），而Empathy仅见于20.8%的教案；Test虽出现在54.2%的教案中，却明显低于前期建构阶段，反映出由线性产出倾向替代持续迭代优化的现象。参与者报告了将DT各阶段与学习目标对齐、选材与评估设计方面的困难。尽管存在挑战，PMT仍强烈认同DT在提升学习投入、创造力与真实数学思维上的潜力。研究指出教师教育项目需提供更明确的脚手架与实践工具，以将DT全阶段有意义地嵌入数学教学。
研究背景与问题意识
在21世纪技术快速演进背景下，全球STEM教育强调问题解决、分析推理、创造力与协作。然而跨学科整合中数学常被边缘化，真实课堂往往由科学主导，数学作为建模、逻辑分析与量化推理工具的作用未被显式化。设计思维（DT，以人为中心、迭代的问题解决框架）为重建数学在STEM中的中心性提供可能，但其在数学教育尤其中小学阶段的研究与实操仍有限。预服务数学教师（PMT，pre-service mathematics teachers）缺乏将DT转化为教案的准备，教师教育项目也缺少支持学生主体性、创意生成与设计导向学习的教学模型。因此，研究聚焦：PMT如何把数学与DT各阶段写入STEM教案；哪些因素与困难影响选题与规划；PMT对DT结合数学的看法。
研究人员开展的工作与结论意义
研究人员以土耳其某州立大学55名高年级PMT为样本，在15周DT聚焦方法课中，采用定性单案例嵌入式设计（single-case embedded design）。通过24份小组STEM教案与55份个体反思问卷，结合Kim and Bolger的STEM整合量规与Stanford d.school五阶段框架（Empathy、Define、Ideate、Prototype、Test）进行编码。结论显示：数学在多数教案中被保留为核心，但DT实施不完整且偏向前三段；Empathy严重缺失，Test弱化，迭代性不足。PMT认同DT价值却受限于目标对齐、材料、时间与评价。研究意义在于揭示教师教育中“数学中心性”与“设计迭代性”的双重落差，为课程脚手架提供证据。
主要关键技术方法
研究人员采用定性案例研究设计，样本为土耳其某州立大学55名高年级预服务数学教师，修读15周以设计思维为核心的数学教育方法课程。数据来自24份小组协作产出的DT导向STEM教案，以及55份个体开放式问卷。分析上，对教案使用Kim and Bolger六维STEM整合量规作双评者二分评分，并依Stanford d.school五阶段作“实质实施”与“表面提及”区分；对问卷作四阶段归纳式主题分析（熟悉化、初始编码、范畴化、主题建构），并由第二名质性研究者抽检25%数据计算评分者一致性后共识校验。
研究结果
预服务数学教师的DT导向教案
分析24份教案的STEM特征显示：创意应用与数学聚焦特征出现率最高（各18/24），学科互依15份，基础STEM包含14份，学段适配13份，技术/工程区分仅10份。DT阶段分布上，Define 95.8%、Prototype 91.7%、Ideate 83.3%占优；Empathy仅20.8%；Test 54.2%。仅3份教案完整覆盖五阶段。高分组把数学作为测试与优化中的分析工具，低分组仅把数学留在Define作背景知识。结论：PMT把DT理解为线性产物开发，而非以用户为中心、持续迭代的循环。
预服务数学教师规划DT教案的经验
选题主题集中于真实生活问题、学生导向、课程导向与设计导向；高频动因是“日常经验问题”和“学生学习”。挑战主题含跨学科关系、资源与时间、学生表现评价、DT规划本身；高频困难为选题、DT阶段衔接、学科目标对齐与材料限制。结论：真实性与学生中心虽被重视，但未自然转化为用户需求洞察与迭代结构，DT常作为附加层而非深层教学机制。
预服务数学教师对STEM课中DT的看法
预期学习结果聚焦21世纪技能、真实情境中发现数学、表现性评价与过程性学习。受益面涵盖学生（坚持性、主动学习）、教师（有效教学、STEM经验）、数学（情境化建模）与课程（跨学科体验）。结论：PMT高度认可DT赋能价值，但担忧课时、课程线性要求与数学严谨性之间的张力。
讨论与结论翻译
讨论指出，PMT的部分化DT整合既来自实践约束，也来自对迭代设计和平民化用户视角的概念误解。数学若只在Define出现，便难以驱动原型与评价；唯有把数学推理贯穿五阶段，DT才可作为使数学“透明化”的操作机制。研究人员据此建议教师教育提供显性脚手架、阶段化提问工具、材料与评价示例。
研究结论如下：尽管预服务数学教师能在教案中保留数学核心，但其对设计思维的运用偏重Define、Ideate与Prototype，明显弱化Empathy与Test，呈现线性化、去用户化与弱迭代倾向；选题依赖真实情境却缺乏用户需求界定，规划中受学科对齐、资源时序与评价标准困扰；参与者肯定设计思维对投入、创造与真实数学思维的促进作用。教师准备项目应嵌入更具体的阶段脚手架与实践工具，使数学推理成为贯穿共情至测试全周期的分析引擎，从而实现有意义的跨学科STEM教学设计。
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把解读改写成期刊审稿意见 设计DT五阶段数学整合脚手架 把解读改写成期刊审稿意见 设计DT五阶段数学整合脚手架
