原案分析：认知科学视域下设计思维的研究方法

孔祥天娇

人类的大脑就像一个黑箱子，无法透明地显示出其思考的过程，如何将此类内隐活动外显出来，始终是设计学界关注的问题。设计思考过程的研究，目的在于探讨设计师做设计时，整个智慧酝酿、知识运作、寻找策略、付诸行动并实现结果的心智现象。本文将通过明确设计、设计思维、认知科学及设计认知的概念及其间的相互关系，引出当前在设计思维的研究领域中最严谨有效的方法——原案分析法。

1.设计、设计思维与认知科学

关于设计最简单的定义，就是一种有目的的创作行为。而这一行为，我们每个人都可以并且都在践行。例如老师排布桌椅供学生课上讨论，或一个企业家构思公司运营方案，亦或更新个人网页的布局时，我们都在设计。对于设计的理解也可以从内外两个角度来看，一个是从内在的心智活动过程来看待设计，另一个是根据外在的目标对象来分析。其中内在的心智活动就是设计者在内心所进行的所有思量、推理和权衡；外在的则体现在设计者为了达到某些目的所创造出的实物。前者的内在过程是指逻辑性的心智推理活动，后者则是心智活动之后所得到的结果。最终在心智层面经过对一系列信息的系统化处理，在设计者心中合成一个结果，进而创造出一个能满足一定要求的人造物品。而这些在设计者的内心所经历的心智过程就是设计学界所称之为的设计思维。

图1 问题解决信息处理程序

图2 设计、设计思维、设计认知及认知科学概念关系分析图

根据上述对于设计和设计思维的概念界定，可以将设计思维更多地理解为一种内在的心智行为过程。因此，如何将此类内隐活动外显出来，成为设计研究领域的学者重点关注的问题。从20世纪50年代初开始，设计学界就已经关注到认知科学(Cognitive Science)领域的相关研究。这是一门研究关于信息在大脑中如何形成并完成转路过程的综合性学科，它指出人的行为都被一个相应的思维过程所支配，人类行为的变化是可观察的，并且通过行为的变化可以推断出人的内心活动和思维过程。近年来，认知科学已经在设计领域的研究里产生一些作用。它对设计者如何认知设计问题，如何学习设计方法，如何产生有效的设计成果，和如何在设计中使用不同的解决方法，都有一些研究成果产生。

2.设计认知与原案分析法的出现

在不论任何领域的设计过程中，免不了有许多问题存在，于是设计者就要逐一各个击破，这就是所谓的“解决设计问题”了。而在设计师看似不规则的设计过程之下，仍可识别出普遍共通的信息处理程序。解决问题的信息处理理论主张，欲充分解释所观察到的人类行为习性，可借由提供一份原始的信息进程表单，用以说明与某种行为有关的认知（图1）。换句话说，在对解决问题的行为做出解释时，首先需要的是必要的认知过程。因此认知科学和设计过程的研究息息相关。20世纪70年代，设计学界的学者开始运用认知科学与人工智能的研究成果及研究方法，从事设计活动研究，于是便产生了一个新的研究领域——设计认知（概念关系分析如下图2）。

设计认知，从本质上讲，是设计者在设计意图的驱动下，经过复杂的思维活动，将一些观念构思、抽象符号、形体或形式，转换成人造物或问题解决方案的过程。[1]这个过程包含大量的认知活动，并且都是在思维层面进行的。由于我们无法直接接触到思维层面的活动，告诉我们大脑是如何运转的，因此，对于思维的研究就需要一个中介，也就是寻找一种可以收集到有效资料的方法,去清晰明辨大脑中思维层面里的作业程序。经过认知心理学家赫尔伯特·西蒙（Herbert A. Simon）和艾伦·纽厄尔(Allen Newell)的共同努力,一个相当复杂但有效的研究方法就出现了,这就是原案分析 (protocol analysis)。“原案分析”[2]在意译及字译上比较相得益彰,从字面上大概就可以贴切地表达出其韵味，亦即把原作品的创作过程一五一十地用口语或者草图的形式记录下来再做分析。如果要去了解在设计过程中，因为哪些因素的存在得以解决问题，则认知科学和原案分析是最好的研究工具。

3.原案分析：认知视域下的思维数据收集方法

自19世纪后期开始，早期对意识感兴趣的认知学专家采用内省的方式作为资料收集的方法，主要是分析和收集内省者的自我报告来解释其心智活动，称之为内省式报告法（introspective verbalization）。这个方法是安排一个实验，让实验者去询问受测者对于一些已发生的事情之行为原因。但这个方法很快就被淘汰了，因为此方法是在过程结束后而做的回忆和反省，人们不可能准确地记住当时的想法，并且也难免会出现叙述者增减其中过程的问题。于是回溯法（retrospective verbalization）兴起了。回溯法是待实验进行之后，借由询问或回想的方式，以口语叙说处理时的认知过程。这个方法是要求受测者完成一项或全部任务时，描述所用的策略，因此所收集的资料是由受测者从记忆的思维中获得的。这一点与内省法相同，也容易流于理由化，而且回溯法对当前知识与过去知识会产生混淆，从而造成分析和推理阶段的困难。

为了解决这个问题，“有声思维”法（Think-aloud method）流行起来。这个方法是让受测者专注于解决提前安排的任务（如解决算数问题），同时要求其同步用口语述说问题解决的详细思考过程。也就是要求受测者必须用边做边说的方式，将内心的思维历程全部以口语的形式叙述出来，研究者再利用这些资料进行分析。实时的叙述报告确实比前面两个内省或回溯的方式更能够贴近真实思维的过程，但是显然，即使是一个实时的口头报告也不能完整地表达出一个人的思维过程，因为有些想法并不能够完全用语言准确地表达出来。

由此，在思维认知的研究中，原案分析被视为能在一定程度上避免以上问题的好方法。其中，语言描述被记录在原案中，然后再进行分析。原案分析法是在实施有声思考的基础上，研究者利用录影、录音或现场笔录的方式，将受试者的操作步骤、想法、计划等逐字记下，录音、录影的内容则需转成文字内容，再据此推论其认知过程与行为。根据美国心理学家安德斯·埃里克森（Anders Ericsson）的说法，“原案分析是一种严谨的方法，可以将思维序列的口头报告作为思维数据的有效来源。”[3]它是对过程进行比较而不是试图提出概括性的结论。

以设计活动为例具体地说，原案是指问题解决者在解决某个问题时，借由录音、影像资料转换成文字资料后，对问题解决者所从事的活动及时间顺序等描述，原案分析旨在掌握解决过程。当研究者收集解决问题的原案时，研究者除了收集解题者的答案外，更重要的是解题者到底做了什么事情以获得答案。例如手绘、分解问题、搜集资料，问题解决者以何种程序来进行。基于有声思考的原案或口语原案，是问题解决者被要求以有声思考的方式说出解决此问题或执行其大脑中任何想法，不管此想法是如何的琐碎，将其口述的内容录音后所转录成的文字资料。虽然口头数据不能完全代表思维，但这个方法确实可以获取到无法以任何其他方式获得的信息。因此，在认知科学、认知心理学和其他相关认知学科中，原案分析已经成为收集第一手而且是原始数据的最有效的方法。

4.原案分析在设计研究中的应用

原案分析法在认知心理学的领域中，已有一段时日被用来研究人类解决问题并探讨认知活动。许多研究设计过程的学者也都采用此方法做出了许多有价值的研究成果。其领域涉及建筑设计、工业设计、机械设计、资讯工程、计算机软件设计和教育界学者所做的研究，都增进了对设计过程的了解。

经过以上领域的研究应用，原案分析已经被设计研究界所重视，特别是在《设计研究季刊》中已经登出采用此方法所做出的一些研究成果之后。其中最早的原案分析法的运用范例是1994年《设计研究季刊》的主编奈杰尔·克罗斯（Nigel Cross）和荷兰代尔夫特大学合作利用代尔夫特的工业设计实验室和斯坦福大学的实验室所做的设计认知实验研究。参与设计实验的有两个单元组。一个是单一设计师，另一个是由三人组成的设计团队。设计任务是设计一款可携带的，用于帮助人们在山地自行车上扣牢所携带背包的固定装置。然后把两个小时的设计过程录制成视频，邀请几位学者参与一个工作坊，研究原案分析的实质尤其专注于资料分析部分。在该工作坊，录制好的设计原案实验录像带和转化好的口语陈述数据被拷贝成套分别寄给参与小组，让学者们以他们自选的形式各做分析工作。其分析方向有偏重团队设计资料，去分析工作组队中团队社交活动和设计的关联；有探讨连续性旧知识的重复使用，亦即有些知识群在资料中显示出已经被使用过，而且再被重复使用在新设计里；也有偏重分析视觉图案和原案口语资料的交互存在，以及感官影响设计决策的选定。

如此丰富的20种分析结果确是在单一的一套原案资料中产生的。代尔夫特大学的这一实验充分证明了原案分析是一个非常丰富的数据库，有潜力提供不同的研究探索题材，同时也清楚地证明了原案分析是一种以观察经验为主，研究设计活动的精确严密工具。

5.结语

除了原案分析法，其他收集思维数据的方法有回顾式口语分析、采访面谈、观察法、手势分析，等等。相较于这些方法，如果严谨的运用，原案分析是最可靠和有效的。它要求受测者将他们的想法直接用语言表达出来，而不是试图提供多余的解释，并且系统地进行解析和编码。在这些条件下，我们可以较真实地探究思维的过程和序列，这是通过其他方法做不到的。但从上述案例的运用过程中也可以明显地看到原案分析法是一个费时费力的研究方法，要求多位受测者参与，做多重实验以观察一个相同设计课题中共通的设计形态，是高代价的。

因此，我们必须清楚地认识到，作为一种研究方法的原案分析只限于短暂的时间——不超过几个小时。幸运的是，对认知过程的研究也不需要长时间的拉伸，而且因为分析单元很小，所以在相对较短的时间内就可以获得足够数量的数据分析单元。综上所述，如果研究对象是从认知的角度来探究设计思维，原案分析仍是最为合适的一种方法。

注释：

[1]李发权,熊德国,熊世权.设计认知过程研究的发展与分析[J].计算机工程与应用,2011(20):24-27

[2]“原案”意指文件的原稿，也是一个条约、协议或相似文件于批准承认之前的初稿。在计算机科学中，它意味着确定数据项的格式，以及数据传输的规律。

[3]Gabriela Goldschmidt. Linkography：Unfolding the Design Process [M]. Massachusetts: MIT Press,2014.52