設(shè)計(jì)元認(rèn)知與設(shè)計(jì)思維的相關(guān)性研究

紀(jì)陽,薛夢佳

(北京郵電大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院,北京 100876)

一、引 言

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)本質(zhì)上是人才驅(qū)動(dòng)、知識(shí)驅(qū)動(dòng)，“十四五”時(shí)期我國提出把創(chuàng)新型人才培育放在國家和教育發(fā)展的戰(zhàn)略高度。在創(chuàng)新過程中，設(shè)計(jì)是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生在設(shè)計(jì)之初要面對新的問題且沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，這時(shí)就需要設(shè)計(jì)元認(rèn)知發(fā)揮作用。在本研究中，設(shè)計(jì)元認(rèn)知指的是設(shè)計(jì)過程中使用的元認(rèn)知，它可以在其他類型知識(shí)不適用的時(shí)候被使用，學(xué)生通過對自己已有知識(shí)的思考，反思自己的學(xué)習(xí)和成就，形成一種提問的文化[1]，不斷推斷問題、插入問題和幫助解決問題。同時(shí)，這個(gè)過程也提高了學(xué)生自我效能評估的能力。在設(shè)計(jì)過程中，除了設(shè)計(jì)元認(rèn)知外，設(shè)計(jì)思維同樣在發(fā)揮作用。設(shè)計(jì)思維是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的新方式和新途徑[2-4]，將設(shè)計(jì)思維引入課堂，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，是21世紀(jì)教育改革的一個(gè)新突破口。國外一些大學(xué)和機(jī)構(gòu)對此已經(jīng)進(jìn)行了一些嘗試。2005年，美國斯坦福大學(xué)創(chuàng)立了名為d.school的首個(gè)設(shè)計(jì)思維學(xué)院[5]。2007年，德國波茨坦大學(xué)成立了歐洲第一所設(shè)計(jì)思維學(xué)院。哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院在MBA和工程學(xué)專業(yè)課程中也融入了設(shè)計(jì)思維方法。日本富士通推動(dòng)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)使用一種設(shè)計(jì)思維模型幫助教師重新設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)的項(xiàng)目。澳大利亞政府教與學(xué)辦公室探索基于設(shè)計(jì)思維框架的變革性跨學(xué)科教學(xué)法等[6]。設(shè)計(jì)思維正逐漸成為一種教與學(xué)的有效策略框架，在教育教學(xué)領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用[7]?；谏鲜鰧?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者在北京郵電大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程中加入了設(shè)計(jì)思維教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。教師在課堂中先講授設(shè)計(jì)思維相關(guān)內(nèi)容，并讓學(xué)生通過小組合作使用設(shè)計(jì)工具完成創(chuàng)新和提出創(chuàng)意。

在實(shí)際教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題：盡管學(xué)生在同一門課程中學(xué)習(xí)相同的設(shè)計(jì)思維知識(shí)，但是不同學(xué)生對設(shè)計(jì)思維的接受程度不盡相同，其在設(shè)計(jì)過程中的表現(xiàn)和設(shè)計(jì)任務(wù)的完成質(zhì)量也不同。對設(shè)計(jì)思維理解較深的學(xué)生能夠快速設(shè)計(jì)一系列的研究方案，然后對這些方案進(jìn)行深入探索和排除，直到發(fā)現(xiàn)一種最恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方案；而對設(shè)計(jì)思維理解較淺的學(xué)生在面對新的問題時(shí)通常無法提出可供選擇的解決方案。筆者認(rèn)為，出現(xiàn)這種情況的原因是不同學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中所具有的設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平不同，設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平的不同導(dǎo)致他們在理解和運(yùn)用新知識(shí)的過程中表現(xiàn)出差異，進(jìn)而表現(xiàn)為設(shè)計(jì)思維水平不盡相同。同時(shí)，設(shè)計(jì)思維水平的差異也會(huì)使學(xué)生設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平的發(fā)展不盡相同。本研究旨在研究并驗(yàn)證這一猜想，通過探究設(shè)計(jì)元認(rèn)知與設(shè)計(jì)思維的相互關(guān)系，揭示設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平的發(fā)展機(jī)理，幫助教師在授課過程中有針對性地調(diào)整教學(xué)策略。

“設(shè)計(jì)思維”(design thinking)又稱為“設(shè)計(jì)性思考”，是指對不存在的事物進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，將很多看似毫不相關(guān)的信息進(jìn)行有效聯(lián)結(jié)，來形成具有創(chuàng)造性的想法[8]。設(shè)計(jì)思維通常作為一套創(chuàng)新式解決問題的方法論體系被應(yīng)用，在應(yīng)用設(shè)計(jì)思維的過程中也需要用到一定的設(shè)計(jì)模型。當(dāng)前，國際上典型的設(shè)計(jì)思維模型有“斯坦福設(shè)計(jì)思維模型”和“IDEO設(shè)計(jì)思維模型”。斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院在《設(shè)計(jì)思維指南》(AnIntroductiontoDesignThinkingProcessGuide)中對設(shè)計(jì)思維模型進(jìn)行了詳細(xì)闡述，包括移情化思考、定義、設(shè)想、原型制作以及測試5個(gè)步驟。設(shè)計(jì)公司IDEO在《教育者的設(shè)計(jì)思維》(DesignThinkingforEducators)一書中描述了IDEO模型的5個(gè)階段：發(fā)現(xiàn)、解釋、觀點(diǎn)設(shè)想、實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)[9]。設(shè)計(jì)思維模型的建立需要以設(shè)計(jì)思維特征為基礎(chǔ)，近年來有很多學(xué)者對設(shè)計(jì)思維特征進(jìn)行了研究。Brown[10]認(rèn)為，設(shè)計(jì)思維包含5個(gè)特征，即移情、整合思維、樂觀主義、實(shí)驗(yàn)主義和協(xié)作；Blizzard等[11]提出設(shè)計(jì)思維的特征有協(xié)作、實(shí)驗(yàn)主義、樂觀主義、尋求反饋和整合思維；Carlgren等[12]認(rèn)為設(shè)計(jì)思維包含以用戶為中心、問題導(dǎo)向、可視化、實(shí)驗(yàn)主義、多樣性5個(gè)特征。雖然不同設(shè)計(jì)思維模型對于設(shè)計(jì)思維階段的劃分有所不同，不同學(xué)者總結(jié)的設(shè)計(jì)思維特征各有不同，但也存在一些共同點(diǎn)。筆者對上述不同設(shè)計(jì)思維模型及特征進(jìn)行歸納整理，總結(jié)出筆者使用的設(shè)計(jì)思維特征，共包括4個(gè)部分，分別是同理心、問題導(dǎo)向、協(xié)作和測試迭代。首先是同理心。設(shè)計(jì)的整個(gè)過程重視人的需求，只有設(shè)身處地地站在用戶的角度思考問題，與用戶共情，才能真正發(fā)現(xiàn)問題需求，創(chuàng)造出更符合用戶需求的產(chǎn)品。其次是問題導(dǎo)向。設(shè)計(jì)思維解決的往往是未明確定義、結(jié)構(gòu)不明的問題，這些問題需要運(yùn)用好奇心、創(chuàng)造力去發(fā)現(xiàn)和探索可能的解決方案，最終設(shè)計(jì)出有用的產(chǎn)品。再次是協(xié)作。Porter等[7]12指出，設(shè)計(jì)思維是在合作創(chuàng)造的環(huán)境中，使突破性見解和解決方案從多樣性中脫穎而出的思維模式。最后是測試迭代。在測試過程中發(fā)現(xiàn)，需要對現(xiàn)有解決方案中存在的問題進(jìn)行不斷迭代優(yōu)化，以確定最終的成功方案。

元認(rèn)知的概念始于20世紀(jì)70年代，是由Flavell等[13]在有關(guān)元記憶的研究中提出。該研究將元認(rèn)知表述為任何調(diào)節(jié)認(rèn)知過程的認(rèn)知活動(dòng)，是認(rèn)知主體對自身心理狀態(tài)、能力、任務(wù)目標(biāo)、認(rèn)知策略等方面的認(rèn)知，并對自身各種活動(dòng)進(jìn)行計(jì)劃、監(jiān)控和調(diào)節(jié)。元認(rèn)知分為一般性元認(rèn)知和特殊性元認(rèn)知。一般性元認(rèn)知是指個(gè)體具有的能適用于各種場合中的基本的自我計(jì)劃、自我監(jiān)督、自我調(diào)節(jié)和自我評價(jià)的能力。特殊元認(rèn)知是指個(gè)體對某一具體活動(dòng)所具有的元認(rèn)知調(diào)控能力[14]。學(xué)生提升元認(rèn)知水平有助于他們在學(xué)習(xí)過程中意識(shí)到并關(guān)注和使用自身認(rèn)知過程的信息，在學(xué)習(xí)中起著重要的作用[15-19]。在設(shè)計(jì)過程中表現(xiàn)出的元認(rèn)知——設(shè)計(jì)元認(rèn)知屬于一種特殊元認(rèn)知，學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中需要持續(xù)運(yùn)用設(shè)計(jì)元認(rèn)知，并在不斷考慮用戶需求的過程中，不斷定義、再定義曾經(jīng)的問題，再經(jīng)過不斷的反思修正曾經(jīng)的問題，進(jìn)而優(yōu)化自己的方案。

在創(chuàng)新過程中，學(xué)生既運(yùn)用了設(shè)計(jì)思維，也運(yùn)用了設(shè)計(jì)元認(rèn)知。近年來，許多學(xué)者已經(jīng)對設(shè)計(jì)思維和元認(rèn)知之間的關(guān)系進(jìn)行了探索。Kavousi等[20]在有關(guān)元認(rèn)知與設(shè)計(jì)思維的關(guān)系研究中，以學(xué)生解決設(shè)計(jì)問題能力的差異作為切入點(diǎn)，探究元認(rèn)知對設(shè)計(jì)思維的影響。Kavousi等利用豐富的定性數(shù)據(jù)探討了學(xué)生在解決設(shè)計(jì)問題時(shí)的元認(rèn)知思維過程，并提出元認(rèn)知思維在設(shè)計(jì)創(chuàng)意的產(chǎn)生和發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，但這一結(jié)論并沒有定量的數(shù)據(jù)作為支撐，無法保證結(jié)論的客觀性。Hargrove等[21]將學(xué)生分為兩組進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)，使用創(chuàng)造力測試量表，同時(shí)結(jié)合教師評分評估了結(jié)構(gòu)化元認(rèn)知技能的引入對設(shè)計(jì)專業(yè)本科生創(chuàng)意思維能力發(fā)展的影響，結(jié)果表明，進(jìn)行元認(rèn)知教學(xué)和反思可以促進(jìn)創(chuàng)意思維能力的發(fā)展。但是，創(chuàng)意思維僅是學(xué)生在運(yùn)用設(shè)計(jì)思維進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中表現(xiàn)出的一種思維，并不是設(shè)計(jì)思維本身，該研究無法得知元認(rèn)知對設(shè)計(jì)思維的影響。同時(shí)，一部分學(xué)者已經(jīng)開展了設(shè)計(jì)思維可以影響元認(rèn)知的研究,如Lawanto[22]引入認(rèn)知自我評估量表和認(rèn)知自我管理量表，對學(xué)生在參與設(shè)計(jì)項(xiàng)目前后進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生的元認(rèn)知水平發(fā)生了顯著變化，但由于缺少對設(shè)計(jì)思維的評測，無法進(jìn)一步得出元認(rèn)知水平的變化對設(shè)計(jì)思維水平的影響。Smith等[23]通過對比研究發(fā)現(xiàn), 在教學(xué)中融入設(shè)計(jì)思維有助于促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造能力和復(fù)雜問題解決能力的發(fā)展。Barron[24]在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)思維對小組合作學(xué)習(xí)以及問題解決能力具有潛在影響。但是，上述研究都缺乏定量分析。另外，目前大多數(shù)學(xué)者都是在探討設(shè)計(jì)思維對元認(rèn)知作用下問題解決能力、創(chuàng)造性、合作能力等的影響，在元認(rèn)知層面探究設(shè)計(jì)思維影響作用的研究還比較缺乏。

綜上可以看出，許多學(xué)者已經(jīng)將設(shè)計(jì)思維和元認(rèn)知放在同一研究框架中，但對于二者關(guān)系的探討大多是單向的，沒有對二者之間的相互關(guān)系進(jìn)行探討。同時(shí)，這些研究使用的仍是定性或是對比實(shí)驗(yàn)的研究方法，缺少定量數(shù)據(jù)驗(yàn)證。設(shè)計(jì)元認(rèn)知是元認(rèn)知在設(shè)計(jì)問題過程中的體現(xiàn)，對設(shè)計(jì)思維和設(shè)計(jì)元認(rèn)知的研究還比較缺乏。在已有研究基礎(chǔ)上，筆者擬利用定量的數(shù)據(jù)探究設(shè)計(jì)元認(rèn)知與設(shè)計(jì)思維的相互關(guān)系，揭示設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平的發(fā)展機(jī)理，以期為今后的教學(xué)設(shè)計(jì)與研究提供實(shí)證數(shù)據(jù)。

二、研究過程

(一)材料

1.《設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平測試卷》的編制

Flavell[25]提出元認(rèn)知是認(rèn)知主體對自身認(rèn)知過程的認(rèn)識(shí)，是個(gè)體對自我認(rèn)知活動(dòng)的知識(shí)和體驗(yàn)，以及對認(rèn)知過程的監(jiān)控和調(diào)節(jié)?；诖?，他提出了一個(gè)元認(rèn)知模型，其中包含兩個(gè)維度——元認(rèn)知知識(shí)和元認(rèn)知監(jiān)控。參考Flavell提出的元認(rèn)知模型并結(jié)合設(shè)計(jì)元認(rèn)知特點(diǎn)，筆者編制了針對設(shè)計(jì)過程的《設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平測試卷》，共15道題，如表1所示。測試卷采用Likert量表5點(diǎn)記分，要求學(xué)生根據(jù)自己的理解，對每一個(gè)問題在非常不符合(A)、不符合(B)、一般(C)、符合(D)、非常符合(E)中作出唯一選擇。均為正向題，A，B，C，D，E依次計(jì)1，2，3，4，5分。用SPSS 25.0對測試卷信度進(jìn)行檢驗(yàn)后，得到Cronbach’s Alpha系數(shù)為0.942，表明測試卷信度良好。

2.《設(shè)計(jì)思維水平測試卷》的編制

首先，對不同設(shè)計(jì)思維模型及特征進(jìn)行歸納整理，總結(jié)得出本文設(shè)計(jì)思維的4個(gè)特征，擬定測試卷中4個(gè)設(shè)計(jì)思維水平維度，分別是同理心能力、問題導(dǎo)向能力、協(xié)作能力和測試迭代能力。根據(jù)擬定的4個(gè)設(shè)計(jì)思維水平維度，在參考其他學(xué)者[26-30]問卷的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)計(jì)過程的特定場景在4個(gè)維度上編制了《設(shè)計(jì)思維水平測試卷》，每個(gè)維度各4道題，共16道題，如表2所示。評分采用Likert量表5點(diǎn)記分，要求學(xué)生根據(jù)自己的理解，對每一個(gè)問題在非常不符合(A)、不符合(B)、一般(C)、符合(D)、非常符合(E)中作出唯一選擇。均為正向題，A，B，C，D，E依次計(jì)1，2，3，4，5分。

表2 《設(shè)計(jì)思維水平測試卷》的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容

筆者于2020年10月8日通過問卷星平臺(tái)對北京郵電大學(xué)選修創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課的學(xué)生發(fā)布了《設(shè)計(jì)思維水平測試卷》，進(jìn)行測試。用SPSS 25.0對測試卷信度進(jìn)行檢驗(yàn)后，得到Cronbach’s Alpha系數(shù)為0.941，說明此測試卷所設(shè)置量表的內(nèi)容可信度較高。采用因子分析研究量表結(jié)構(gòu)效度，KMO值為0.942，且Bartlett’s球形檢驗(yàn)p<0.001，表明數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)良好，各變量之間存在相關(guān)關(guān)系，適合進(jìn)行因子分析。因子分析結(jié)果顯示，初步擬定的4個(gè)設(shè)計(jì)思維水平維度被整合成了兩個(gè)。同理心能力是在設(shè)計(jì)過程中對用戶的認(rèn)知，協(xié)作能力是對團(tuán)隊(duì)成員的認(rèn)知，兩者都表示人與人之間的相互理解。因此，同理心能力和協(xié)作能力可以歸為一類——人際認(rèn)知。問題導(dǎo)向能力和測試迭代能力則是對設(shè)計(jì)方案的選擇，這兩個(gè)維度可以歸為一類——方案空間。在對設(shè)計(jì)思維水平維度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后，最終暫定了兩個(gè)維度——人際認(rèn)知和方案空間。

(二)數(shù)據(jù)收集

《設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平測試卷》和《設(shè)計(jì)思維水平測試卷》均利用課堂時(shí)間發(fā)放并組織學(xué)生填寫。任課教師向北京郵電大學(xué)設(shè)計(jì)思維與創(chuàng)新方法課A班和B班的學(xué)生以及信息與通信工程導(dǎo)論課的學(xué)生發(fā)放了問卷。其中，A班學(xué)生171人，B班學(xué)生80人，信息與通信工程導(dǎo)論課學(xué)生82人。

本研究選取A班學(xué)生進(jìn)行分析，得出的結(jié)論用B班學(xué)生和信息與通信工程導(dǎo)論課學(xué)生的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。在A班共發(fā)放測試卷171份，收回有效測試卷126份，占所發(fā)放測試卷總數(shù)的73.7%。

三、研究結(jié)果與討論

(一)設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平的相關(guān)性分析

設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平的相關(guān)性分析如表3所示，設(shè)計(jì)思維水平(M)的兩個(gè)維度——人際認(rèn)知(M1)和方案空間(M2)與設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平(N)之間存在顯著相關(guān)關(guān)系，與Barron[24]193提出的設(shè)計(jì)思維對小組合作學(xué)習(xí)以及問題解決能力具有潛在影響這一結(jié)論相符。同時(shí)，本研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，方案空間維度與設(shè)計(jì)元認(rèn)知的相關(guān)性系數(shù)值明顯高于人際認(rèn)知維度與設(shè)計(jì)元認(rèn)知的相關(guān)性系數(shù)，這表明方案空間對設(shè)計(jì)元認(rèn)知的影響大于對人際認(rèn)知的影響；設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平(N)的兩個(gè)維度——元認(rèn)知知識(shí)(N1)和元認(rèn)知監(jiān)控(N2)與設(shè)計(jì)思維水平(M)之間也存在顯著相關(guān)關(guān)系。Hargrove等[21]291通過定性研究提出元認(rèn)知可以促進(jìn)創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展，上述結(jié)果用定量的數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該結(jié)論。

表3 設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平的相關(guān)性分析

實(shí)驗(yàn)表明，方案空間對設(shè)計(jì)元認(rèn)知的影響大于對人際認(rèn)知的影響。筆者認(rèn)為，出現(xiàn)這一結(jié)果的原因是該班學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中對于設(shè)計(jì)問題的解決最為關(guān)注，他們更加專注于產(chǎn)出合適的設(shè)計(jì)方案，在此過程中忽略了一部分與團(tuán)隊(duì)成員合作的內(nèi)容。相比于與團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行了良好的溝通、協(xié)作，產(chǎn)生了合適的解決方案會(huì)令他們更加興奮，因此，方案空間維度與設(shè)計(jì)元認(rèn)知的相關(guān)性更高。這一結(jié)果也印證了Krippendorff[31]提出的觀點(diǎn)，即設(shè)計(jì)思維的意義是通過創(chuàng)建出新的人工制品得到體現(xiàn)的。在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生設(shè)計(jì)元認(rèn)知一直起著調(diào)節(jié)和監(jiān)控作用，知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)可以讓他們有能力去辨別關(guān)鍵約束或觀點(diǎn)[32]，同時(shí)需要采用自頂而下控制策略耦合隱式分解[33]，不斷優(yōu)化自己的解決方案。因此，元認(rèn)知知識(shí)與元認(rèn)知監(jiān)控對設(shè)計(jì)思維都非常重要。

(二)不同設(shè)計(jì)思維水平學(xué)生的設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平分析

首先將126名學(xué)生按設(shè)計(jì)思維水平測試得分分為3組：38～58分(44人)為低分組，59～63分(43人)為中分組，63分以上(39人)為高分組。3組學(xué)生的設(shè)計(jì)思維平均成績分別為：高分組69分，中分組61分，低分組54分。將設(shè)計(jì)思維水平作為自變量，進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果如表4和表5所示。

表4 不同設(shè)計(jì)思維水平組設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平得分的方差分析

表5 不同設(shè)計(jì)思維水平組設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平得分多重比較

從表4和表5可以看出，F(xiàn)=32.318，p=0<0.01，所以在α=0.01水平上，F(xiàn)檢驗(yàn)達(dá)到顯著水平，表明3個(gè)設(shè)計(jì)思維水平組的設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平平均成績之間有顯著性差異，且每兩組之間的設(shè)計(jì)元認(rèn)知得分在0.05水平上也存在顯著性差異。上述結(jié)果表明，設(shè)計(jì)思維水平高的學(xué)生其設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平也高，設(shè)計(jì)思維水平低的學(xué)生其設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平也低。

筆者認(rèn)為出現(xiàn)該結(jié)果的原因是：設(shè)計(jì)思維是一種智力形式，是人類先天的認(rèn)知能力，史前文明的手工藝品、地域性設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)工藝的傳承發(fā)展都是有力的證據(jù)。在學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)問題結(jié)構(gòu)不明的特性，使得學(xué)生即使經(jīng)過徹底的分析，設(shè)計(jì)問題中也不會(huì)包含解決問題所需的所有必要信息，也無法保證解決方案聚焦于更有利于設(shè)計(jì)問題的分析。這使得設(shè)計(jì)過程中的解決方案與問題具有共同發(fā)展、相輔相成的特點(diǎn)。只有對各種可能的解決方案進(jìn)行不斷推敲，才能慢慢得到設(shè)計(jì)問題的準(zhǔn)確屬性。與此同時(shí)，對備選方案進(jìn)行反復(fù)測試、評估可以對設(shè)計(jì)問題作出進(jìn)一步的理解，并不斷產(chǎn)生和發(fā)展想法，問題正是在試圖解決時(shí)才慢慢變得清晰。這些過程都在不斷運(yùn)用設(shè)計(jì)元認(rèn)知，設(shè)計(jì)元認(rèn)知正是在思維模式的不斷運(yùn)用、反饋中漸漸發(fā)展到更高的級別。設(shè)計(jì)思維是一種發(fā)展高階思維的有效途徑[34]，Carroll等[35]也指出設(shè)計(jì)思維是促進(jìn)元認(rèn)知的一種工具。因此，設(shè)計(jì)思維可以促進(jìn)設(shè)計(jì)元認(rèn)知的發(fā)展。該結(jié)果同時(shí)定量驗(yàn)證了Sch?n[36]的研究結(jié)論，即設(shè)計(jì)思維不僅能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者反思，還能夠?qū)κ录薪?jīng)歷的反思進(jìn)行再反思。

(三)不同設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平學(xué)生的設(shè)計(jì)思維水平分析

將126名學(xué)生按設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平測試得分分為3組：22～53分(41人)為低分組，54～60分(51人)為中分組，60分以上(34人)為高分組。3組學(xué)生的設(shè)計(jì)元認(rèn)知平均成績分別為：高分組66分，中分組57分，低分組47分。將設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平作為自變量，進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果如表6和表7所示。

表6 不同設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平組設(shè)計(jì)思維水平得分的方差分析

表7 不同設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平組設(shè)計(jì)思維水平得分多重比較

從表6和表7可以看出，F(xiàn)=43.789，p=0.000<0.01，表明設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平高分組、中分組和低分組的設(shè)計(jì)思維得分在0.01水平存在顯著差異，且每兩組之間的設(shè)計(jì)思維得分在0.05水平上存在顯著性差異。

上述結(jié)果表明，設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平高的學(xué)生其設(shè)計(jì)思維水平也高，設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平低的學(xué)生其設(shè)計(jì)思維水平也低。該結(jié)果用數(shù)據(jù)驗(yàn)證了Kavousi的定性實(shí)驗(yàn)以及Hargrove的對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其原因可能是，設(shè)計(jì)過程是一種整合思維，是探索對立想法的能力[37]，解決方案不是通過單純的找資料便能被發(fā)現(xiàn)，而是需要來自設(shè)計(jì)師自發(fā)的組織和發(fā)現(xiàn)。設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平高的學(xué)生能夠運(yùn)用自己的設(shè)計(jì)元認(rèn)知知識(shí)，先學(xué)習(xí)觀察已有的事物，把具體客觀的事物和抽象需求相關(guān)聯(lián)，并進(jìn)行建設(shè)性的、以解決方案聚焦的方式進(jìn)行思考。同時(shí)，在嘗試各種解決方案的過程中，他們會(huì)有意識(shí)或無意識(shí)地運(yùn)用設(shè)計(jì)元認(rèn)知監(jiān)控，反思評估各種解決方案的結(jié)果，不斷調(diào)整和優(yōu)化自己現(xiàn)有的解決方案，最后確定成功的方案。相反，設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平低的學(xué)生不能運(yùn)用認(rèn)知策略知識(shí)對問題進(jìn)行綜合理解及快速找到并嘗試解決方案，最后表現(xiàn)為無法提出解決問題的合適方案。

(四)設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平的回歸分析

圖1 設(shè)計(jì)思維水平與設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平的散點(diǎn)圖

設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平的散點(diǎn)圖如圖1所示。由圖1可知，設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平之間存在線性相關(guān)關(guān)系。表8、表9和表10列示了設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平的回歸分析。

由表8模型匯總得知，R2=0.594，調(diào)整后R2為0.590，表明一元線性回歸模型的擬合優(yōu)度較高。由表9得p=0<0.01，回歸方程高度顯著，即建立的回歸方程有意義。由表10可知常量和設(shè)計(jì)元認(rèn)知的顯著性概率小于 0.01，說明該回歸模型顯著效果較好，證明了二者之間具有強(qiáng)烈的正相關(guān)性，設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平隨設(shè)計(jì)思維水平的升高而升高，設(shè)計(jì)思維水平隨設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平的升高而升高。最后得出設(shè)計(jì)元認(rèn)知與設(shè)計(jì)思維水平的回歸方程為

Y設(shè)計(jì)思維 =0.667X設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平 +23.314 (1)

表9 方差分析(1)

表10 回歸系數(shù)檢驗(yàn)(1)

四、結(jié)果驗(yàn)證

筆者使用B班和信息與通信工程導(dǎo)論課的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了兩次分析驗(yàn)證。其中，在B班發(fā)放測試卷80份，收回有效測試卷64份，占所發(fā)放測試卷總數(shù)的80%。經(jīng)過相關(guān)性分析(如表11所示)，得到相關(guān)系數(shù)為0.767，說明設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平之間同樣存在顯著相關(guān)性，各子維度之間也顯著相關(guān)，且元認(rèn)知的兩個(gè)維度元認(rèn)知知識(shí)和元認(rèn)知監(jiān)控對設(shè)計(jì)思維的影響大致相同。但是不同于A班的是，B班的分析結(jié)果顯示人際認(rèn)知對設(shè)計(jì)元認(rèn)知的影響大于對方案空間的影響，筆者認(rèn)為這是因?yàn)锽班的學(xué)生更加關(guān)注團(tuán)隊(duì)力量在設(shè)計(jì)過程中發(fā)揮的作用，團(tuán)隊(duì)成員相互學(xué)習(xí)和交流，更容易產(chǎn)生創(chuàng)新。與個(gè)人英雄主義相比，團(tuán)隊(duì)成員相互合作、共同完成創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案會(huì)令他們更加受到鼓舞。

表11 設(shè)計(jì)思維水平與設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平的相關(guān)性分析(1)

對不同設(shè)計(jì)思維水平學(xué)生的設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平進(jìn)行單因素分析，結(jié)果顯示兩者在 0.01 水平上存在顯著差異，即設(shè)計(jì)思維水平越高的學(xué)生，設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平也越高；對不同設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平學(xué)生的設(shè)計(jì)思維水平進(jìn)行單因素分析，結(jié)果顯示兩者在 0.01水平上差異顯著，即設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平越高的學(xué)生，設(shè)計(jì)思維水平也越高。對設(shè)計(jì)思維水平與設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平進(jìn)行回歸分析(如表12至表14所示)，結(jié)果顯示調(diào)整后R2為0.648，表明一元線性回歸模型的擬合優(yōu)度較高，設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平間的線性相關(guān)關(guān)系顯著。設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平的回歸方程為

Y設(shè)計(jì)思維=0.880X設(shè)計(jì)元認(rèn)知+9.585

(2)

以上數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以證明研究結(jié)論是可以復(fù)現(xiàn)的

表12 模型匯總(2)

表13 方差分析(2)

表14 回歸系數(shù)檢驗(yàn)(2)

在信息與通信工程導(dǎo)論課中共發(fā)放測試卷82份，收回有效測試卷76份，占所發(fā)放測試卷總數(shù)的92.7%。經(jīng)過相關(guān)性分析(如表15所示)，得到相關(guān)系數(shù)為0.879，說明設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平之間同樣存在顯著相關(guān)性，各子維度之間也顯著相關(guān)，且設(shè)計(jì)思維的兩個(gè)維度中人際認(rèn)知對設(shè)計(jì)元認(rèn)知的影響大于對方案空間的影響，元認(rèn)知的兩個(gè)維度——元認(rèn)知知識(shí)和元認(rèn)知監(jiān)控對設(shè)計(jì)思維的影響大致相同。研究結(jié)果進(jìn)一步證明，設(shè)計(jì)元認(rèn)知與設(shè)計(jì)思維之間存在顯著相關(guān)性。

表15 設(shè)計(jì)思維水平與設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平的相關(guān)性分析(2)

五、結(jié) 論

本研究通過編制和發(fā)放《設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平測試卷》和《設(shè)計(jì)思維水平測試卷》，收集北京郵電大學(xué)兩門課程中學(xué)生的設(shè)計(jì)思維和設(shè)計(jì)元認(rèn)知的定量數(shù)據(jù)，運(yùn)用相關(guān)性分析、單因素方差分析、一元回歸方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析結(jié)果顯示，設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平之間存在顯著相關(guān)關(guān)系，各子維度之間也顯著相關(guān)；不同設(shè)計(jì)思維水平學(xué)生的設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平在 0.01 水平上存在顯著差異，設(shè)計(jì)思維水平越高，設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平也越高；不同設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平學(xué)生的設(shè)計(jì)思維水平在 0.01水平上差異顯著，設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平越高，設(shè)計(jì)思維水平也越高；設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平與設(shè)計(jì)思維水平線性相關(guān)關(guān)系顯著。使用設(shè)計(jì)思維與創(chuàng)新方法課B班和信息與通信工程導(dǎo)論課的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)證，進(jìn)一步確認(rèn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

元認(rèn)知建立在已有認(rèn)知的基礎(chǔ)上，是對已有認(rèn)知的提升和改進(jìn)，具有一定的滯后性，因此，理論上元認(rèn)知不會(huì)在設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練后迅速發(fā)生改變，設(shè)計(jì)元認(rèn)知不會(huì)立刻顯示出與設(shè)計(jì)思維存在線性相關(guān)的關(guān)系。但是，本研究所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生進(jìn)行過設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練后立即發(fā)放測試卷進(jìn)行測量，得出了設(shè)計(jì)思維與設(shè)計(jì)元認(rèn)知之間存在強(qiáng)烈正相關(guān)關(guān)系的結(jié)論。筆者認(rèn)為，這是由于測試卷的發(fā)放對象是工科學(xué)生，他們對設(shè)計(jì)思維的學(xué)習(xí)還處于初期。從個(gè)體角度來看，學(xué)生剛剛接觸到設(shè)計(jì)思維，他們會(huì)去識(shí)別設(shè)計(jì)思維與之前所運(yùn)用的思維有何區(qū)別，設(shè)計(jì)元認(rèn)知知識(shí)在此時(shí)得以發(fā)展。在不斷辨析的過程中，學(xué)生對設(shè)計(jì)思維的含義也有了更深刻的理解。在后續(xù)用設(shè)計(jì)思維進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生也會(huì)持續(xù)使用設(shè)計(jì)元認(rèn)知監(jiān)控去辨析自己是否在正確運(yùn)用設(shè)計(jì)思維，并適時(shí)進(jìn)行調(diào)整。因此，元認(rèn)知和設(shè)計(jì)思維互相影響，幫助學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。但是，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，當(dāng)學(xué)生對設(shè)計(jì)思維有了較深的理解后，他們對設(shè)計(jì)思維的運(yùn)用變得更加?jì)故欤莆樟嗽O(shè)計(jì)過程中的反思、迭代技巧，設(shè)計(jì)元認(rèn)知發(fā)展到了一定的高度，此時(shí)設(shè)計(jì)思維對設(shè)計(jì)元認(rèn)知的影響可能會(huì)呈緩慢增長趨勢。

培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維可以促進(jìn)設(shè)計(jì)元認(rèn)知的發(fā)展，同時(shí)持續(xù)而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)元認(rèn)知能力培養(yǎng)也可以促進(jìn)學(xué)生設(shè)計(jì)思維的發(fā)展。因此，在設(shè)計(jì)思維教學(xué)初期，教師在向?qū)W生講授設(shè)計(jì)思維具體的方案空間和人際認(rèn)知策略的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行計(jì)劃、檢測、評價(jià)和修正，逐步培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)元認(rèn)知意識(shí)，加強(qiáng)其對設(shè)計(jì)元認(rèn)知策略的使用。

此外，筆者編制了《設(shè)計(jì)思維水平測試卷》和《設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平測試卷》兩份測試卷，標(biāo)準(zhǔn)化的測試卷能夠有效降低誤差，真實(shí)反映學(xué)生設(shè)計(jì)思維水平和設(shè)計(jì)元認(rèn)知水平，為以后的設(shè)計(jì)思維以及設(shè)計(jì)元認(rèn)知的研究提供了定量的測評工具，兩份測試卷均通過了可信度檢驗(yàn)，測試卷的可靠性得到證明。

受調(diào)查研究性質(zhì)和教育環(huán)境的限制，本研究還存在一定的局限性。譬如，研究僅證明了設(shè)計(jì)元認(rèn)知與設(shè)計(jì)思維之間存在相關(guān)性，而設(shè)計(jì)思維如何影響設(shè)計(jì)元認(rèn)知，或是設(shè)計(jì)元認(rèn)知如何影響設(shè)計(jì)思維，將是接下來需要用實(shí)證研究解決的問題。同時(shí)，由于元認(rèn)知被分為一般性元認(rèn)知和特殊性元認(rèn)知兩類，設(shè)計(jì)元認(rèn)知屬于特殊性元認(rèn)知中的一種，筆者探索了一種特殊性元認(rèn)知——設(shè)計(jì)元認(rèn)知與設(shè)計(jì)思維之間的相關(guān)性，而對于普通元認(rèn)知與設(shè)計(jì)思維之間的相關(guān)性并未展開探討與研究，這是未來需重點(diǎn)關(guān)注的方向。