近年来设计思维越来越多地被工程教育界提及并置于重要位置,斯坦福设计学院、欧林工学院等多所国外院校均已将设计思维投入教学实践中以提高学生的工程认知素养,我国在这方面的理论及教学实践还均处于探索阶段。本文旨在面向工程专业学生特别是大一新生的工程认知教育,通过研发基于设计思维的教学框架与教学工具,意图对工程实践中的创新、协作过程进行引导与监督。本文的主要贡献和创新如下:首先,本文提出了一种基于设计思维工具的工程认知教学框架,并对其逐步深入描述:一是选定共感图、HMW、四象限法及商业模式画布四个核心设计思维工具,并剖析每个工具的应用逻辑,解决了设计思维工具如何选、选什么的问题;二是结合工程认知培养目标、设计思维的实践过程及关键要素,在CDIO教学模式中以时间序列插入选定的设计思维工具,提供了教学路径;三是选取北京邮电大学信息与通信工程专业导论课程(以下简称导论课)为例,将教学框架结合应用场景进行描述,为教学中的学时安排等提供参考。这部分工作一定程度上丰富了设计思维应用于工程认知教育中的理论基础。其次,本文设计开发了一款基于web的在线协作教学工具——设计思维工具箱,支持多人线上协同编辑,丰富了上文所述的线下单一教学场景。一方面,在核心功能模块“我的小组”中提出了基于“条目”的团队沟通机制,能够协助教师对学生如何充分有效协作进行引导。另一方面,其他的功能模块“设计方法”完善了设计思维教学内容、“创意社区”沉淀了学生设计思维作品,尽可能弥补了线下教学场景存在的教师引导不充分等不足。最后,本文对设计思维工具箱进行了测试及效果验证,结果表明该系统可用且较为易用。同时通过对收集到的少量数据以小组互动频次图等形式呈现,证明了设计思维工具箱还能够发挥线上优势起到监督记录学生协作过程作用,辅助教师了解学生表现、发现教学过程中的潜在问题,这些初步探索工作对于领域内的后续研究具有一定参考价值。