「設計」與我們的生活息息相關，像是家具擺設或衣著穿搭都是我們常投入 的設計行為，而設計的過程和問題解決的過程相當類似，一般而言，包含六個步 驟：定義問題與需求、蒐集資訊、提出解決方案、選擇方案、設計與建構作品、
以及評估（Doppelt, 2009; Doppelt & Schunn, 2008）。Darling-Hammond 等人（2008）
認為設計的過程為有效的學習過程，學生在瞭解問題以及尋找解決方案的過程中，
可以發揮創意並將知識學以致用。設計式學習（design-based learning, DBL）是讓 學生藉由設計作品以解決真實生活問題的學習方法（Ellefson, Brinker, Vernacchio,
& Schunn, 2008; Kolodner & Gray, 2002; Mehalik & Schunn, 2006），它有助於學生 投入學習（Trilling & Fadel, 2009），也有助於學生學習學科內容（Kolodner & Gray, 2002）以及培養問題解決能力（Apedoe, Reynolds, Ellefson, & Schunn, 2008; Fortus, Dershimer, Krajcik, Marx, & Mamlok-Naaman, 2004; Fortus, Krajcik, Dershimer, Marx, & Mamlok‐Naaman, 2005）。
近幾年來，設計式學習逐漸受到重視，陸續有研究提出各式各樣的作法並運 用於學生的學習。不過，儘管設計的範圍可以涵蓋各種學科領域，目前多數的研 究將設計式學習運用在科學學習中，例如美國喬治亞理工學院的研究團隊提出
「設計中學習（Learning by Design™）（Kolodner, 2002a, 2002b; Kolodner, Camp, et al., 2003; Kolodner, Gray, & Fasse, 2003）」，他們藉由動力車之設計，讓學生 於動手設計的過程中學習相關知識，並學習如何規劃合理測試（fair test）、提出 證據、及以科學的角度解釋結果。美國密西根大學的研究團隊則提出「設計式科 學（Design-Based Science）（Fortus et al., 2004; Fortus et al., 2005; Mamlok, Dershimer, Fortus, Krajcik, & Marx, 2001）」，他們藉由極端環境的房屋結構、環 保電池、以及安全手機等三個科學議題，讓學生設計二維或三維的作品，以增進 學生對科學的瞭解，並培養學生真實生活的問題解決能力（real-world
problem-solving skill）。美國匹茲堡大學的研究團隊於 2005 年以 de Bono（1986）
的創意思考架構為基礎，提出「創意設計程序（Creative Design Process）（Doppelt, 2005, 2009; Doppelt, Mehalik, Schunn, Silk, & Krysinski, 2008）」，他們藉由警報 系統的設計來增進學生的創意思考能力；該研究團隊於 2008 年另提出「系統設 計法（The systems design approach）（Mehalik, Doppelt, & Schunn, 2008）」，藉 由同樣的警報系統之設計，讓學生培養基礎科學概念與科學推理能力（scientific reasoning），並讓學生學習如何進行科學式探究（scientific inquiry）。目前，較 多研究將設計式學習運用在中學七至八年級（12 至 14 歲）的科學課程（Doppelt et al., 2008; Mehalik et al., 2008; Vattam, Kramer, Kim, & Kolodner, 2007）以及高中 九至 12 年級（14 至 18 歲）的科學課程中（Apedoe et al., 2008; Barnett, 2005; Ellefson et al., 2008; Fortus et al., 2004; Fortus et al., 2005; Mamlok et al., 2001），例如 Vattam 等人讓七至八年級的學生設計氣墊船；Apedoe 等人讓高中九至 12 年級的學生設 計加熱或冷卻裝置；Ellefson 等人讓高中生設計新型細菌。研究發現，設計式學 習可以增進學生的學習成就（Apedoe et al., 2008; Fortus et al., 2004）、提升學生 對學科的態度（Mamlok et al., 2001）、並支持學生發展問題解決能力（Fortus et al., 2004; Fortus et al., 2005）。此外，Ellefson 等人發現中學學生可藉由設計式學習活 動建構科學知識，並將習得的知識遷移到新的情境上。Doppelt 等人發現設計式 學習活動可以降低種族或先備知識造成的學習成效差異，儘管低成就學生在學科 能力測驗上的分數低於高成就學生，但在口頭報告的表現和投入程度（engagement）
上，則較高成就學生有更多的延伸性思考（generative thinking）。
設計式學習活動強調動手實作（hands-on），讓學生從產出設計作品的過程 中學習（Doppelt et al., 2008）。隨著資訊科技的普及應用，電腦可支援學生設計 數位化的作品並記錄學生的設計歷程，除了有易於修正的特點之外，學生在設計 的過程中也能方便地存取階段性的成果。在設計式學習的研究中也有使用科技工 具來協助學生設計的例子，例如 Vattam 等人（2007）讓學生利用一款模擬軟體
（simulation-based software）來設計氣墊船，該軟體可模擬氣墊船在水中的水平 高度與前進速度，研究發現使用軟體的學生能對自己的發現做出更邏輯化、更深 入且更正確的闡述並連結更多相關的知識。Doppelt 等人（2008）指出設計式學
習通常以小組的形式進行，隨著電腦支援合作學習（computer supported
collaborative learning, CSCL）的蓬勃發展，愈來愈多科技工具能輔助小組形式的 設計式學習活動。近年來多點觸控科技興起，其應用日漸廣泛，從過去被應用於 筆記型電腦的觸控板，到現今已被廣泛用於內嵌式觸控螢幕，相關的電子設備舉 凡顯示器、平板電腦、智慧型手機等。多點觸控科技提供使用者自然且直覺的操 作方式（Battocchi et al., 2008; Dietz & Leigh, 2001; Shen, Everitt, & Ryall, 2003），
多位使用者也能同時在共享的介面上一起操作、共同產出數位作品（Rick, Rogers, Haig, & Yuill, 2009）。相較於使用多點觸控顯示器，配置單一滑鼠的個人電腦僅 能支援單人操作，在此種情況下可能會造成學生於合作上的不平等（Stanton, Neale,
& Bayon, 2002）。Marshall、Hornecker、Morris、Sheep Dalton 與 Rogers（2008）
比較參與者在共享平台（tabletop interface）上合作時使用多點觸控介面、單點觸 控介面、多滑鼠、以及單滑鼠等四種輸入方式的參與狀況，研究發現參與者使用 多點觸控介面時與設備的平均互動最多，在操作上也最為平等。
基於多點觸控科技對於設計式學習的可能效益，邱瓊慧、黃森山與楊凱翔
（2013）將多點觸控科技導入合作形式的設計式學習中，此學習方式稱為「多點 觸控支援合作設計式學習（Multi-touch Enhanced Collaborative Design-based Learning, M-T CDBL）」。此外，該研究針對數學密鋪，開發一款「多點觸控密 鋪系統」，此系統能支援學生進行密鋪問題的設計式學習專題，適合小學高年級 學生使用，讓學生能多人同時於系統介面進行密鋪圖樣的設計。該系統將設計式 學習活動分為確認問題、蒐集資訊、建構作品、以及評估檢討四部分，並以問題 呈現、資源工具、塗鴉板、歷程檔案、階段控制、互動教材工具、指導語提示等 七項模組輔助學生進行各項活動。儘管新的科技提供不一樣的互動及輔助學習的 方式，但設計式學習的過程具有開放（open-ended）的特性（Custer & Wright, 2009;
Doppelt et al., 2008），學生恐難掌握問題的核心（Hmelo, Holton, & Kolodner, 2000），
而過於開放的結構無法提供學生解決問題的指引，在此情形下學生即使花了很多 時間也難以找到解答（Ellefson et al., 2008），可能會導致學生無法有效地掌握任 務進度，甚至導致學生不知從何下手。若學習過程中學生沒有模式輔助或是先前 沒有相關的經驗，這對學生而言將是一項挑戰（Darling-Hammond et al., 2008）。
為幫助學生有效地進行 M-T CDBL 活動，活動的程序以及學習環境往往需要 教師刻意的營造或提供輔助支持。學生需要具體的引導來幫助他們尋找問題的解 決方案（Trilling & Fadel, 2009）。目前已有研究提出設計式學習的執行作法，如 前述提到的設計中學習、設計式科學等，但 M-T CDBL 應用了多點觸控科技，其 執行的方式應與過去的作法有所不同，然而目前尚無相關研究提供整合多點觸控 科技與設計式學習的執行方式。基於多點觸控支援合作設計式學習（M-T CDBL）
對學生學習的可能效益，本研究規劃以知識擷取的方式為這樣的學習型態建立一 個可參照的實施模式，而凱利方格法（repertory grid technique, RGT）（Kelly, 1955）
為一常見的知識擷取的方法，且已被廣泛運用於各種領域的研究中。