解析設計研究法的架構與實施：以科學教育研究為例

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許瑛玿、莊福泰、林祖強解析設計研究法 1 教育科學研究期刊第五十七卷第一期 2012 年，57（1），1-27

解析設計研究法的架構與實施：

以科學教育研究為例

許瑛玿

*

莊福泰

林祖強

國立臺灣師範大學科學教育研究所國立臺灣師範大學地球科學系國立臺灣師範大學生命科學系

摘要

近年來，教育研究者著力於發展出可以應用在實務現場的理論，並倡議研究時系統性分析實務現場的研究資料，藉以建立教學設計和教育理論間的關聯，進而改進教學。因應上述的風潮，學者提出了設計研究法，此新興研究法的優點是能針對有理論基礎的設計進行深入研究，透過多次的循環歷程精緻化設計，進而修改原來的理論或發展原形理論。本文詳細介紹設計研究法的四大特性：一、經落實有理論基礎的設計於實務來檢視理論的適用性或提出原形理論；二、詳實紀錄研究歷程與系統中的互動情形；三、具有循環修正的歷程並彰顯修正過程的價值；四、運用系統性分析探討不同層次間的交互作用。再分析 30 篇發表於 SSCI 期刊科學教育相關的實徵論文來探索設計研究法的實施步驟，並輔以實例說明如何實施設計研究法。最後，進一步指出設計研究法與其他研究法的異同，以及應用設計研究法於教育研究上所面臨的一些限制，試圖釐清設計研究法的架構和具體的實施步驟，以作為未來檢視創新教學成效的另一種可以考慮採行的研究法。關鍵字：科學教育、教育研究法、設計研究法通訊作者：許瑛玿，E-mail: yshsu@ntnu.edu.tw 收稿日期：2010/05/31；修正日期：2010/11/26、2011/09/27；接受日期：2011/12/16。

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2 解析設計研究法許瑛玿、莊福泰、林祖強

壹、前言

目前有一研究方法在教育界逐漸盛行，稱為設計研究法（design research）。最初由 Ann Brown於 1992 年提出設計實驗（design experiments）的想法，強調研究應在複雜的學習環境（即課室教學現場）進行系統性的資料蒐集和分析，並反映出在真實情境中學生、教師、研究者的觀點，以建立理論與實務間的連結。之後，陸續有跟隨者將設計研究法的特徵做更清楚的描述，讓此研究法的理念和實施方式更為完備。整體而言，設計研究法是為了改善實務、精緻設計、發展理論的目的，強調在實際學習環境中系統化檢驗有理論依據的設計，並回饋至設計，進而促成理論的修正與發展（Brown, 1992）。所以，設計研究法可謂是一個長時間、反覆循環的形成性研究（Collins, Joseph, & Bielaczyc, 2004）。

目前為止，學者關於設計研究法的定義、實施流程、資料分析技術和特徵等，皆尚未有一致的和明確的共識，也對設計研究法有一些不同的稱呼，像是 design-based research（Barab, Arici, & Jackson, 2005; Barab & Squire, 2004; Bell, 2004; Dede, 2004; Hoadley, 2004; Sandoval & Bell, 2004）、design experiment（Brown, 1992; Collins et al., 2004; diSessa & Cobb, 2004）、design research（Kelly, 2004; O’Donnell, 2004）等。本研究以設計研究法（design research）來統稱此新興的研究方法。

最近，一些知名期刊（如：Educational Researcher 第 32 卷第 1 期、Journal of the Learning Sciences第 13 卷第 1 期、Educational Psychologist 第 39 卷第 4 期等）更以特刊形式，從批判角度探討設計研究法是否可稱為方法論，檢視設計研究法所宣稱的理念、特徵、研究設計等。國內也有學者關注設計研究法並為文介紹（如高熏芳、江玟均，2007；翁穎哲、譚克平，2008），惟以設計研究法進行實徵研究的風潮尚未如國外般興盛，研究者希望再對此一研究法做更深入的介紹，包含設計研究法的意涵與特徵、研究步驟的詳細說明、設計研究法和其他常用研究法的比較，最後提出設計研究法目前面臨的挑戰，期待國內教育研究人員也能運用此一正在茁壯的研究法進行教育相關研究，發展更多教學實務面的設計，並對教育理論的發展做出貢獻。為了能夠體驗設計研究法的精神，研究者除了列舉已發表的科學教育研究作為實例對照，也以統計分析 SSCI 期刊上運用設計研究法於科學教育的實徵研究，探討設計研究法在科學教育上運用的趨勢。研究者於 2010 年 3 月透過 ISI Web of Knowledge 資料庫搜尋 SSCI 相關論文，由於有關設計研究法的用語甚為多元，研究者分別以 design-based research、design research、design experiment 為關鍵字進行搜尋，並將範圍縮小在 Education & Educational Research 的分類上，篩選過程並未設定年代範圍，但篩選後論文之年代範圍落在 1998～2010 年，共計有 116 篇相關論文，針對這 116 篇文獻所提供之摘要由 2 位研究者（本文第一與第二

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許瑛玿、莊福泰、林祖強解析設計研究法 3 作者）逐篇檢核，初步確認論文是否為實徵研究以及研究主題是否為科學教育相關，若無法由摘要判定則閱讀全文，共計獲得 30 篇相關文獻（詳閱附錄）進行統計，以呈現設計研究法在科學教育相關研究的主要特徵和趨勢。分析此 30 篇論文的目的有兩方面，一是瞭解設計研究法的資料蒐集特徵（研究工具、分析單位採用之研究工具）；一方面是嘗試萃取出設計研究法的主要研究步驟，並尋找出合適的研究論文作為範例說明。讓讀者不僅從巨觀來瞭解設計研究法的流程，也能從微觀來理解特定研究情境下，設計研究法的實施步驟和具體作法。

貳、設計研究法的意涵與特性

教育研究長期處在理論的發展和實際應用之間有相當距離的處境，教育研究者經由嚴格控制變因的實驗研究發展教育理論，並透過研究過程產出各項教學或課程產品，再經由師資培育、教師研習、書籍或其他各種管道向實務現場的教師傳達這些教育理論或產品能有效促進教學或提升教育品質，但是教師是在一個自然的、複雜的、變動的真實課室環境中進行教學，這些在嚴格變因控制下的教育理論或教學產品轉換到真實場域環境中往往無法有效地被實踐，以致基層教師常常感覺這些教育理論或教學產品在課室的實施總是窒礙難行，這樣的尷尬處境讓檢討教育研究方法的風潮逐漸產生。

1992年 Brown 引入設計科學（design science）的概，提出一套新的教育研究方法－設念計實驗法。Brown（1992）認為應該將教育研究視為一種設計的過程，教育研究的目的應著力理理於發展出可以應用在實務現場的，因此研究應在實務現場進行，研究中蒐集教學設計和實務現場各系統的交互作用等資料，藉以修正教學產品和提出教育理論，進而改進教學。近年來，經過諸多學者的努力，這個新興研究法的定義、脈絡、特性及撰寫設計研究法的論文結構形式，已經逐漸浮現出較為清晰的樣貌。學者也組成設計研究社群（Design-Based Research Collective, DBRC）致力於設計研究法的檢驗、改進和在教育研究上的推廣（DBRC, 2003）。因此，設計研究法的發展是為了能解決教育研究上四項重要議題（Collins et al., 2004）：一、釐清在真實情境下有關學習本質的理論問題。二、在真實世界研究學習相關的現象而非在實驗控制下進行。三、教育研究須跳脫窄化的評量方式。四、須依據形成性評量來得到研究發現。設計研究法究竟有哪些主要的特性讓這個研究法逐漸為研究學者所倡議，並認為此一研究法可能形成教育研究上的新派典（Hoadley, 2005），綜合過去文獻中所整理的設計研究法特性（高熏芳、江玟均，2007；翁穎哲、譚克平，2008；Collins et al., 2004; DBRC, 2003; Wang, F. & Hannafin, 2005），研究者歸納出以下特性以彰顯設計研究法的獨特價值。

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一、經落實有理論基礎的設計於實務來檢視理論的適用性或提出原形理論

由設計研究法的觀點來看，理論的發展和實務的運用是密不可分的（DBRC, 2003），設計研究法希望能於實務現場實施有理論依據的設計，並經由分析、評鑑、反省、改進、再設計的歷程，發展出符合教學實務的設計，並藉此發展教育理論或提出原形理論（proto theory）（diSessa & Cobb, 2004; Wang, F. & Hannafin, 2005）。由於設計研究法強調的實務性，因此不少人會誤以為設計研究法和行動研究法一樣，主要目標是設計有效的教學產品以解決實務現場的問題，但是設計研究法其實更強調對教育理論的形塑，在教育研究中設計常被視為是測試理論的一種策略（Cobb, 2001；引自 Edelson, 2002），測試理論主要有四個過程：（一）由文獻發展出設計所需的基礎理論；（二）由理論推導衍生設計的原則；（三）將原則移轉為具體的設計；（四）評估設計產出是否如理論預期般發揮功能。設計研究法強調經由此四個過程間循環修正的歷程，檢視依據理論的設計在實務現場的適用性或提出原形理論，這個特性使得設計研究法對教育理論的發展具有重要的意義。

二、詳實紀錄研究歷程與系統中的互動情形

設計研究法是在自然情境下進行研究來理解學習生態系（learning ecology），所謂學習生態系是指系統中的各階層間彼此會不斷地反覆進行交互作用，不能只檢視一個教學活動的集體行為，或是分開檢視各個獨立的學習因子（Cobb, Confrey, diSessa, Lehrer, & Schauble, 2003）。因此，設計研究法強調對於整個學習生態系統中各階層間的互動予以詳實紀錄，用以釐清這些交互作用對學習成效的影響。設計研究法的循環修正歷程針對研究歷程的紀錄進行評鑑，這些紀錄包含設計過程、研究過程和教學過程，將此設計與實施的評鑑結果來作為改進設計的依據，以達到漸進地改良設計（Bell, Hoadley, & Linn, 2004），紀錄歷程或學習生態系統中互動都會產生大量的質性與量化的分析資料，處理這些龐大的資料是設計研究法的挑戰之一，但也是設計研究法能深層探討問題的原因。

三、具有循環修正的歷程並彰顯修正過程的價值

設計研究法的研究歷程是設計、實施、評鑑、再設計不斷循環改進的歷程（DBRC, 2003），但是由於自然的教學現場環境是複雜的且動態的，會有無數變因影響實施的結果，相同理論所設計的教學產品在不同的實務現場實施可能產生不同的結果（Wang, F. & Hannafin, 2005）。依據理論發展的教學，若能在相似情境的教學現場實施，較易獲得相近的成效。所以，若教師要布置類似的教學情境來達成相近的成效，則必須瞭解該教學產品設計的情境條件。設計研究法強調透過循環修正的歷程深入理解設計原則和教學情境間的關係，可以清楚檢視設計產品在何種情境下須進行何種修正，這種修正過程能有效拉近理論和實務之間的距離。尤其能多次在不同情境下實踐和修正理論，終究能形塑出可抽離情境的、抽象的和通則化的理論，

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許瑛玿、莊福泰、林祖強解析設計研究法 5 對於理論的發展將有所助益。

四、運用多層次分析探討不同層次間的交互作用

設計研究法的繁重工作之一是資料蒐集與分析，不但要蒐集可以反映學生學習成效之各種資料（例如：作業、評量和互動資料），也須紀錄研究過程的資料（例如：教學內容、討論對話和事件），因而會產生龐大的質性與量化資料。如何將資料有系統地進行多層次分析後，彙整出具體結論是設計研究法難度最高的工作之一。由於資料分析的方式主要取決於研究主題、理論依據和研究設計，目前設計研究法中尚未有明確的架構與方法，我們較常看到的方式是依據時間序列描述課程實施的流程，建立讀者對整個研究的概觀；再依個人、分組、班級等不同層次的互動資料進行交叉分析，以聚焦於數個研究主題深入瞭解不同層次間的交互作用，進而提出課程設計對學生學習的成效所在。此種資料分析方式同時具備質性研究和量化研究的優點與特色，同時使用質性研究和量化研究時，可針對所研究的現象進行多重檢證（cross validation），進而得到全面性的理解（宋曜廷、潘佩妤，2010）。經統整龐大且不同性質的資料來剖析不同層次資料間相互關聯，以整合出有證據支持的論點。因此，研究者認為這種多層次資料的分析是設計研究法能夠逐漸引領研究風潮的重要特點。

參、設計研究法的主要研究步驟

設計研究法是正在發展中的研究法，其研究步驟仍然沒有固定的形式，但根據學者的研究（高熏芳、江玟均，2007；翁穎哲、譚克平，2008；Edelson, 2002; Wang, F. & Hannafin, 2005）與對前述 30 篇實徵研究的分析，研究者整理出數個主要的研究步驟，並將設計研究法主要的步驟流程整理如圖 1 所示。在每個步驟的說明中輔以前人研究的實例作為對照參考，詳述如下：

一、廣泛閱讀文獻建立設計的理論基礎與研究方向

設計研究法在 Brown 和 Collins 等人倡議之初，乃是出自體會到教育心理學家的諸多研究難以落實到教學現場，於是著眼於如何跨越理論和實務之間的鴻溝而提出設計研究法。希望能實施有理論依據的設計於實務現場，並經由評鑑分析、反省改進、再設計的歷程，發展出符合教學實務的設計，以期修正教育理論或提出原形理論（DBRC, 2003; diSessa & Cobb, 2004; Wang, F. & Hannafin, 2005）。

當研究者遇到教學實務現場的問題時，應該廣泛閱讀相關文獻以釐清問題的各個面向，再針對問題建立研究的理論基礎。設計研究法中強調所依循的理論，能對教學產品或課程的設計提供形成、選擇、評價的參考（diSessa & Cobb, 2004）。diSessa 與 Cobb（2004）針對設計研究法將理論分為：宏大理論（grand theory）、定向準則（orienting frameworks）、行動準則

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圖1. 設計研究法的主要步驟與流程

（framework for action）及特定領域教學理論（domain specific instructional theories）等四大不同層次之理論，其中宏大理論如 Piaget 的「階段發展論」或是 Skinner 的「學習行為理論」都待解決或待改善之教育研究問題閱讀文獻建立設計的理論基礎與研究方向訂定研究目標、分析條件回饋再設計系統中互動紀錄研究歷程紀錄由理論衍生設計原則組成跨領域研究團隊依據設計原則和分析條件進行課程與評量設計實務現場進行實施與研究多層次資料分析提出原形理論或擴展原形理論

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屬於這類，由於其適用的範圍廣泛，因此用於課程設計上精準度較為不足。定向準則如「建構理論」（constructivist theory）、「文化－歷史理論」（cultural-historical theory）均屬於此一層次的理論，這類型理論通常並不提供嚴格限制條件或較詳細的規則以供遵循，因此，這類型理論通常適用於瞭解該研究與設計的核心價值。行動準則類型的理論通常提供或多或少的普遍化規則可供研究設計遵循，例如：Brown 和 Campione（1996）提出的「學習者社群支持理論」（fostering a community of learners）、Linn 和 Hsi（2000）提出的「鷹架式知識整合模式」（scaffolded knowledge integration model）等，均屬於此一層次的理論類型，這類型理論可以提供設計研究法在課程設計上聚焦與檢視之 model 標準。特定領域教學理論通常植基於一些重要課程概念的分析，針對該概念提供適當的推理過程、教室活動和教學任務等。在設計研究法的情境中，特定領域教學理論是最常被引用來作為直接指導設計的理論基礎。設計研究法通常面對發生於教學實務現場的研究問題，行動準則類型的理論和特定領域教學理論常是先前實徵研究所獲得的結論，施行的步驟相當清楚和明確，故能作為確認設計的大方向和價值觀的依據，並提供適當的、具體的課程設計參考。研究者以 Barab、Hay、Barnett 與 Keating（2000）的研究為例，該研究鑒於天文學課程中由於很難實際接觸到天體和進行實際觀察，因此大多以講述為主，研究團隊希望借重現代科技，透過 3D 太陽系虛擬模型的協助，讓學生經歷探究學習過程來建立模型，以深入理解各種天文現象。

為能深入探討此一研究問題，Barab 等（2000）採用學生參與模式（participatory models），透過同儕合作來共同參與問題解決和探究學習，並建立參與式學習環境（participatory learning environments, PLEs）來促進教學。學生參與模式是屬於上述的行動準則類型，能引導整個課程設計的方向朝向分組探究及學生參與建模過程的學習模式。確定大方向後，Barab 等人引入一個課程環境模式稱為 TRIPLE-GU（technology-rich, inquiry-based, participatory, learning environments for grounding understanding），並描述了這個課程環境模式的主要樣貌和設計的重點，這個模式也屬於行動準則類型，是用來作為虛擬太陽系課程設計的教育理論基礎和評估的準則。最後，Barab 等人依據 Hay 和 Barab（1999）所提出的電腦輔助科學探究循環（computational science inquiry cycle, CSIC）理論，來作為課程設計的理論基礎，這個理論屬於特定領域教學理論，依據這個理論將虛擬太陽系課程分成三個探究階段，讓學生在每一個階段提出探究問題，再透過虛擬實境的電腦模擬建構自己的模型來解決問題。屬於特定領域教學理論的 CSIC 理論能夠提供比較直接與具體的設計原則來引導 Barab 等人的虛擬太陽系課程的設計。上述研究選擇數個行動準則理論和特定領域教學理論作為課程設計的理論基礎，端視不同設計階段的需求來引用不同理論。

二、訂定研究目標、分析條件與設計藍圖

研究的理論基礎建立之後，便可針對問題建立研究目標與研究設計，但是為了能在實務現場中進行教學，必須先分析學生與環境的條件。由於實際的教學環境有許多條件的限制和

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8 解析設計研究法許瑛玿、莊福泰、林祖強複雜的交互作用存在，故設計研究法進行之初會將教室內的各項條件和元素視為一個「系統」來看待（Collins et al., 2004）。在設計教學介入之初，須對整個系統進行理解，包含內在條件（如課程內容、學生起始條件、教師教學經驗與風格等等）和外在條件（如研究財務狀況、教學設備支持、學校行政支持、教室環境等）做詳實的分析，才能根據理論規劃出良好的研究設計。研究設計主要包含研究流程、研究團隊人力、參與者、研究方法、課程活動、環境與資源配置等。Edelson（2002）認為設計是一連串在目標和環境限制之間取得平衡下所做出的決定。他認為在設計過程中要不斷做出三種類型的決定：（一）設計的步驟（design procedure）：決定設計過程和參與的人員。（二）問題的分析（problem analysis）：針對設計所要達成的目標、需求、可使用的資源與支持，以及在設計過程面臨的挑戰、限制等進行分析。（三）設計的解決方案（design solution）：運用分析的結果解構複雜的設計問題，切割成一個個可以管理的單位，組成一套解決問題的方案。以 Barab 等（2000）的研究為例，此一為期 2 年的研究主要目標為建立一套虛擬太陽系課程，讓學生經由參與活動、探究、建模的過程理解各種天文現象。針對這樣的目標，研究團隊對學生起始條件和課程架構進行分析，這就是上述提及的「問題的分析」。先對學生進行 30 分鐘半結構式晤談，以瞭解學生對天文現象的理解狀況以建立教學的起始條件，這屬於內在條件分析，分析晤談資料歸納出四種學生的起始條件，包含：無相關概念或概念混亂、不正確或不完整概念、部分理解、完整理解等類型。這樣的內在條件分析可作為課程設計的重要參考，亦可作為檢驗學生學習成效的指標。研究者依據分析結果，決定將課程分成三個部分：（一）讓學生建立一個靜態的天球座標模型；（二）讓學生對日－地－月系統建立一個動態模型；（三）讓學生對太陽系的八大行星和幾個主要衛星建立動態模型。此一作法是將整個複雜的課程解構成為三個單元，然後每個單元再以萌發問題（seed questions）作為學生探究活動的起始，以基礎問題（base questions）讓學生以自行建構的模型來回答，在思考實驗（thought experiments）中以強化問題（enrichment questions）讓學生應用其模型以探索和挑戰他們的理解。如此的課程架構是將課程解構為較小的單元，再輔以問題引導學生經歷探究過程，讓設計更為精確和易於管理，為發展設計方案藍圖的參考實例。

三、於實務現場進行實施與研究

設計研究法希望在真實的情境中以形成性評量過程來不斷地改良設計（Collins et al. 2004），因此在實務現場中除了實施課程外，更重要的是透過研究工具蒐集各種資料，以提供後續課程設計改良的參考和檢驗學習成效。設計研究法中運用的資料蒐集工具相當多元，設計研究法的研究工具不一定是標準化的測量工具，只要能夠反映出學生學習的各種研究工具皆可。Brown（1992）在其研究中運用了在課室中可能出現的如學習檔案、教學紀錄、計畫手

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許瑛玿、莊福泰、林祖強解析設計研究法 9 稿等各種的研究工具，目前設計研究法常用的研究工具大致有紙筆測驗、學習檔案與作品、晤談、教室觀察、線上互動紀錄、電腦歷程紀錄等。針對 1998～2010 年篩選出使用設計研究法進行研究的期刊論文（如表 1），分析其所使用的研究工具，發現這些研究主要利用質性資料方法蒐集資料，此與只強調以教學前後差異所使用的測量工具不同。其中以利用教室觀察蒐集資料最為普遍（76.7%），乃因教室觀察最能反映學習過程中的互動性。其次是晤談（56.7%），原因是晤談能深入探討學生的概念理解。此外，約有 53.3%的研究採用學習檔案與作品作為研究資料，是因為此工具可呈現學生在不同學習階段的進展。這些工具都屬於形成性評量，較能即時反映出設計對學生的影響，有助於研究者反思設計和研究的歷程。一般而言，質性工具所蒐集的資料較能作為瞭解課程設計為何促進學生學習，以及如何提升學生的學習進展。大約有 56.7%的研究使用紙筆測驗，是鑒於紙筆測驗可以蒐集較大樣本的資料和便於進行統計分析的優點。表 1 1998～2010 年 3 月篩選的 30 篇期刊論文研究工具類別百分比研究工具紙筆測驗學習檔案與作品晤談教室觀察線上互動紀錄電腦歷程紀錄百分比（篇數） 56.7% （17） 53.3% （16） 56.7% （17） 76.7% （23） 20.0% （6） 16.7% （5）以 Barab 等（2000）的研究為例來說明課程實施和資料蒐集流程，該研究所研發的課程分成三個單元，每一個單元學生進行四個問題導向的探究活動。研究者不僅蒐集學生的學習產出，包括：書面報告（描述該組共同建構出來的模型、陳述與其他組模型比較後的發現等）、展示和解釋在虛擬環境建置出的模型、操作電腦模擬得出的結果等，也蒐集教室觀察的錄影資料、對學生和老師的晤談、電腦歷程紀錄等研究資料。研究者分析論文所蒐集的研究資料層次從個人、小組到全班皆有，約 70.0%樣本論文以個人為分析單位，約 26.7%樣本論文以小組為分析單位，約 46.7%樣本論文以班級為分析單位。 36.7%的論文會有兩種以上的不同分析單位。進一步分析發現（如表 2），以班級為分析單位者，所採取的評量工具以紙筆測驗最多（78.6%）；以小組為分析單位者，大多分析教學過程教室觀察資料（75%）和晤談（75%）；以個人為分析單位者，大多分析教室觀察之對話與行為（85.7%）、晤談（61.9%）和學習檔案與作品（61.9%），由此可知，不同分析尺度所使用的主要研究工具也不同。另外，在人和環境以及人機互動相關研究，著重於個體對新興科技的使用對學習的影響，大多以個人為分析單位。例如：在擴增實境運用的研究（Dunleavy, Dede, & Mitchell, 2009），雖然以分組進行教學，為能瞭解每一個人使用「個人數位助理」（Personal Digital Assistant, PDA）設備對學習成效差異，因此資料的分析大多以個人層次為主。

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10 解析設計研究法許瑛玿、莊福泰、林祖強表 2 1998～2010 年 3 月篩選的 30 篇期刊論文不同分析單位採用之研究工具類別百分比分析單位紙筆 _測驗學習檔案 _與作品晤談教室 _觀察線上互動 _紀錄電腦歷程 _紀錄以班級為分析單位 78.6% （11）a 42.9% （6） 42.9% （6） 50.0% （7） 28.6% （4） 7.1% （1）以小組為分析單位 50.0% （4） 50.0% （4） 75.0% （6）a 75.0% （6）a 12.5% （1） 25.0% （2）以個人為分析單位 42.9% （9） 61.9% （13） 61.9% （13） 85.7% （18）a 19.0% （4） 19.0% （4） a_{該分析層次中最常運用的研究工具。}

四、組成有回饋機制的研究團隊參與資料詮釋和設計精緻化

設計研究法強調參與者和研究者間的合作（Cobb et al., 2003），由於理論和實務之間複雜且動態的關係，特別需要參與者能參與從設計、實踐到評鑑、再設計的整個研究歷程，並且提供回饋意見給研究者，課程設計涉及許多專業領域，常常不是研究者本身可以獨力完成，所以，設計研究法常常引進跨領域的各種專家參與課程的設計，以提供多元的意見（Bell et al., 2004），這些專家包含科學家、媒體製作、資訊人員等，可協助設計出良好的課程或教學輔助系統與工具，並在研究歷程中協助詮釋資料及針對實施過程產生的問題來修改設計。研究團隊中除了研究者、專家外，特別希望第一線實際教學的教師和參與課程的學生能夠提供回饋或參與討論，教師可以根據現場教學的實施情形提供實際、直接和即時的回饋，學生也可以由學習者的觀點提出對課程設計的看法，這些回饋意見都有助於研究資料的分析與詮釋，並進一步反映到設計的精緻化過程。例如：Barab 等（2000）的研究中，研究團隊包含 1 位天文學教授負責主要教學過程，2 位教育心理學專家負責整個研究的設計、資料蒐集與分析，1 位專攻天文物理和教育科技的研究生則負責虛擬實境的課程設計和電腦程式的運作與維護。該研究也透過晤談來瞭解教師和學生對課程設計的問題，並歸納晤談中的回饋意見進行設計的修正。

五、目標導向地蒐集多元的資料

設計研究法是在實務情境下所做的研究，學習環境中學生、教師、課室的布置、課程設計被視為一個交互影響的系統。強調須詳實紀錄同儕的互動、師生互動、環境和學生間的互動、研究者和被研究者間的互動以及人機間的互動，以釐清這些交互作用對學習的影響。因此，設計研究法架構下的研究通常有一個極大的挑戰就是大量資料的分析，需要結合人誌學（Ethnography）及多元資料的分析技術來彙整資料（Collins et al., 2004）。

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許瑛玿、莊福泰、林祖強解析設計研究法 11 檢視學生和老師的互動所篩選出的 30 篇期刊論文中，有 70.0%的樣本論文會紀錄同儕間的互動、53.3%會紀錄學生和老師間的互動、6.7%紀錄環境和學生間的互動、16.7%紀錄研究者和被研究者間的互動，以及 20.0%紀錄人機之間的互動（如表 3）。同儕間互動和師生互動顯然受到設計研究法的重視，由於資訊產品和網路的運用，人機介面的互動在未來的研究趨勢中應該會更形重要。表 3 1998～2010 年 3 月篩選的 30 篇期刊論文互動紀錄類別百分比互動紀錄同儕間的互動學生和老師的互動環境和學生間的互動被研究者間的互動研究者和人機之間的互動百分比（篇數） 70.0% （21） 53.3% （16） 6.7% （2） 16.7% （5） 20.0% （6）設計研究法也常運用調查、專家訪談、評量、個案研究、晤談、比較分析等方法或結合數種不同方法和資料來源，以增進研究的客觀性、價值性和應用性（Wang, F. & Hannafin, 2005），而隨著研究過程的進展所使用的資料蒐集方法和對象也會依據需求和目標而改變，例如，在研究初期為了進行學生起始行為之條件分析以決定設計內容，研究者可能使用紙筆測驗以蒐集學生起始條件，在課程實施階段研究目標會由課程價值的評估導向到課程實施的有效性，研究者會蒐集多元的資料。以 Barab 等（2000）的研究為例，在研究之初先以晤談蒐集學生的起始條件；研究實施過程中紀錄實施過程事件、以教室觀察紀錄工具的使用、課程進行流程、學生探究活動等、錄影同儕間和師生間的對話、蒐集學生的計畫內容，以時間順序追蹤同一學生的作品和活動紀錄等，藉以探討學生的建模過程及概念理解歷程。由此可見，設計研究法中資料蒐集都是隨著研究目標而改變。

六、經由循環歷程（設計－實施－評鑑－再設計）逐步精緻化設計

設計研究法很重要的一個特性是強調研究歷程是設計、實施、評鑑、再設計不斷循環改進的歷程（DBRC, 2003），前一階段的研究成果或發現的問題常常是下一階段研究的焦點或設計修改的依據（Cobb et al., 2003）。研究者將初步的研究設計在實務現場進行測試，並對測試結果進行資料分析，再根據分析結果修正設計（Cobb et al., 2003; Collins et al., 2004）。如果分析的結果與預期差距過大或是遭遇重大問題，就必須再重新檢視理論或修改所設計的教學產品，然後再到實務現場進行研究，如此循環進行，直到結果與理論預測相符。

研究者檢視 30 篇樣本論文是否經歷了「設計、實施、評鑑、再設計」的反覆循環歷程（如表 4），發現約 30.0%的論文達到「有設計和實施階段」，雖提出研究成果，但並未對原設計進行反思與分析；有 33.3%的論文達到「有設計、實施和評鑑階段」，對設計提出評鑑和反思，

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12 解析設計研究法許瑛玿、莊福泰、林祖強表 4 1998～2010 年 3 月篩選的 30 篇期刊論文研究歷程類別百分比研究歷程僅有設計 _階段有設計和 _實施階段有設計、實施 _{和評鑑階段} 具有設計、實施、評鑑、再設計的反覆循環歷程百分比（篇數） 0.0% （0） 30.0% （9） 33.3% （10） 36.7% （11）但並未看到重新設計或改進設計；約有 36.7%的論文「具有設計、實施、評鑑、再設計的反覆循環歷程」，並提出再設計的說明。特別要說明的是，有部分論文係僅就整體研究的一部分結果進行發表，所以研究的完整樣貌在某些單篇論文中不容易觀察，例如：S.-K. Wang 和 Reeves （2007）的研究是一個 4 年大型研究計畫的一部分，該研究著重於網頁型態教學的學習動機，屬於大型研究的細部研究，因此，在該單篇論文中，研究歷程僅呈現到課程實施階段和部分成果而已，無法看到整個設計研究的全貌。

由於此一反覆循環設計（iterative design）或是漸進改良（progressive refinement）的特性（Collins et al., 2004），應用設計研究法的研究常針對研究本身進行後設分析，除了仔細紀錄學習者的反應、學習成效、學習者與情境之互動外，也會針對研究歷程進行紀錄以作為檢視研究設計的適當性及推論的佐證（Cobb et al., 2003）。在實務現場執行多次實施課程，每次課程的實施都不會完全一致，所以，區別出課程中關鍵的設計元素以及這些元素如何組織安排，在教學過程中就相當重要（Collins et al., 2004），為了評估每一次的課程實施成效，須分析這些關鍵元素的實施情況及彼此間的交互作用。例如：某些元素比設計者期待的使用次數還多或還少，或某些元素在課程中被調整以適應現場狀況，甚至某些元素在整個實施過程中都沒被用到或是發生。例如：預期學生會對教學問題進行討論，但課程中引導不足而使得討論不如預期或甚至沒有，或是因為某個單元反應良好，教師使用時間拉長而導致後續的課程時間被壓縮等，故在實施階段中須完整紀錄這些關鍵元素如何運作，以及關鍵元素間如何配置以達到設計目標。要進行關鍵元素的分析有賴於研究歷程的紀錄，尤其須和課堂中的互動紀錄交叉對比，才能作為設計修正的依據。常用的研究歷程紀錄包含：研究團隊討論的紀錄（meeting notes）、研究日誌（journals）、實施過程事件紀錄、電腦側錄資料或影音紀錄等。檢視研究者所篩選出的 30 篇期刊論文，約有 33.3%並無相關紀錄或未呈現，36.7%則具有實施過程事件紀錄，26.7%有研究過程之影音紀錄，10.0%將團隊設計和研究的討論過程紀錄下來，另有 10.0%則具有研究日誌（如表 5），部分論文（4 篇）具有兩種以上的研究過程紀錄。

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許瑛玿、莊福泰、林祖強解析設計研究法 13 表 5 1998～2010 年 3 月篩選的 30 篇期刊論文研究過程紀錄類別百分比研究過程紀錄研究及設計討論紀錄實施過程事件紀錄研究日誌側錄資料影音紀錄無相關紀錄或未呈現百分比（篇數） 10.0% （3） 36.7% （11） 10.0% （3） 3.3% （1） 26.7% （8） 33.3% （10）進一步將 30 篇樣本論文的研究過程紀錄和研究歷程對比（如表 6），發現有 10 篇論文能完成「設計、實施、評鑑、再設計」完整循環歷程且呈現研究歷程的紀錄於論文中。未達反覆循環歷程之論文則有 52.6%無相關研究過程之紀錄或未呈現於論文中，顯示研究過程的紀錄應有助於提供再設計的回饋。表 6 1998～2010 年 3 月篩選的 30 篇期刊論文研究過程紀錄和研究歷程完整性之比較研究歷程完整性未達完整歷程（n＝19） _{再設計的完整歷程（n＝11）}具有設計、實施、評鑑、具有研究過程紀錄 9（47.4%） 10（90.9%）無相關紀錄或未呈現 10（52.6%） 1（ 9.1%）以 Zhang、Scardamalia、Reeve 與 Messina（2009）的研究為例，該研究經歷 3 年的研究過程，具有循環修正的完整歷程。旨在經由知識構築社群（knowledge-building community）的運作來提升學生集體認知責任（collective cognitive responsibility），經合作探究、知識分享、討論的過程來提升學生光學的知識。以培養學生成為知識的主動建構者為主旨。研究對象均為小學四年級的學生，每次教學為期 4 個月的光學課程，該課程整合包含課堂討論、探究活動、資料閱讀及線上的知識論壇（knowledge forum）。學生會將探究活動、討論、閱讀所得到的新發現紀錄並分享在知識論壇上，學生可以透過這個電腦軟體做筆記和溝通想法，逐漸精緻化想法。第 1 年的課程將學生依照個人興趣分成不同光學主題的小組，每一個小組在自己的線上論壇上發表自己探究實驗或閱讀的想法，以分享和發展他們的觀點，並提出有哪些是需要進一步理解的，也整理出該小組所獲得的知識。最後，每一位學生須摘錄出他學到的知識。在研究過程中發現，學生常常只看自己組內的紀錄資料，很少去閱讀其他組的內容，老師會提示學生，但學生會說雖然他們想看但時間不足，後來老師修正教學策略為鼓勵並提供時間讓學生看其他組的內容及提供教室內更多不同組間討論的機會（Zhang et al., 2009）。

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14 解析設計研究法許瑛玿、莊福泰、林祖強第 2 年仍然依照個人興趣分成不同主題的小組，但主題內容做了部分變更，且要求學生須交叉閱讀跨組紀錄並分享知識給其他各組，研究團隊由學生的反應觀察到學生愈來愈瞭解到，挑戰不在於只是分享知識，而是需要統整來自他人的各種概念和想法。所以，他們必須注意自己社群的研究方向是不是和全班的學習目標一致，這樣設計的改變使得各組間有交互作用，但仍然缺乏彈性，老師仍然需要協調每一小組並媒合他們的互動（Zhang et al., 2009）。第 3 年老師決定放棄分組，每位學生都由主要目標－「對光學的理解」開始，但還是將整個課程分為幾個次要目標和分類，所有學生都必須對每一個分類論壇負起責任，學生可以自由探討任何次分類的問題，可以自行組成小組、解散、重組，也進行全班的對話集會，學生須紀錄個人的閱讀心得、小組合作閱讀和實驗結果、知識建構歷程的反省、全班性的知識構築對話等（Zhang et al., 2009）。由 Zhang 等（2009）的修正歷程，可看出這種循環修正的歷程具備幾個要點：（一）修正的依據來自原先引用的主要理論，原集體認知責任理論重點在於學生間的社會交流，所以，當第 1 年發現學生僅重視自己組內的工作時，第 2 年的課程設計便加入了各組間的互動，第 3 年甚至完全將分組予以放棄，學生可依需要隨時組合，增加學生間互動的頻率。（二）為了掌握修正課程的時效性，研究團隊在研究過程中同步分析實施歷程紀錄，而非等研究結束後再分析資料。（三）因為教師是實際執行整個教學設計的人員，可以直接感受來自學生的回饋，若教師能經由參與研究團隊的討論來瞭解整個研究的理論與設計間的關係，便能適時提出修正意見。若教師未參與課程設計，就無法提出深入且具有價值的看法，研究人員必須等待事後的分析資料才能發現問題。

七、多層次分析資料後彙整研究結果並詳實說明設計產出與理論衍生的設計

原則間之關聯性

由於設計研究法蒐集的資料極為繁多，且大都是質性資料，質性資料皆需要經過轉譯、編碼和分析，經常耗費龐大的時間與人力，所以如何整理分析這些原始資料就成為設計研究法最令人怯步的地方。以 Barab 等（2000）的研究為例，為期 2 年的研究共累積超過 200 卷的錄影帶、龐大的實施過程事件紀錄、大量的學生作品，以及約 3,500 個學生線上活動的事件（episodes）。龐大的資料分析是負擔極重的工作，因此資料分析必須立即地、持續地和回溯地進行（Wang, F. & Hannafin, 2005），立即和持續分析資料有助於動態改善設計和釐清研究設計是否符合經由理論推演出來的研究目標。F. Wang 與 Hannafin（2005）則將資料分成兩個層次，層次一的資料包含教室觀察紀錄、環境設置、研究過程事件紀錄、設計修改紀錄等；層次二的資料則是由層次一的資料精煉而來，用於解釋設計和建構設計準則，層次二的資料常常經由

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比較分析（comparative analysis）和回溯分析（retrospective analysis）層次一的資料而來。以 Barab 等（2000）的研究為例來說明多層次分析的特性，該研究將教學設計如何支持學習分成三個主題來闡明，分別是探究循環、建模過程的槓桿作用、知識擴散，每一個主題中會說明課程設計和學生的學習成效之間的相關性，並引用學生對話、師生對話或晤談內容作為支持之證據，這些被引用的對話在分析過程中就被編碼成為事件，這就是所謂層次一的資料，將層次一的資料標記成所對應的設計原則和理論，或是經由統計和分析事件發生順序來歸納出適當結論，就是所謂層次二的資料。如此的分析流程才能較系統化地呈現資料和作為研究成果的佐證。另外一個例子是 Hmelo、Holton 與 Kolodner（2000）的研究，是運用多層次分析的技術將質性資料和量化資料互相援用印證，以獲得具體的研究成果。該研究主要是依據從設計中學習（learning by design）的理論，讓學生透過設計活動來學習複雜的呼吸系統，主要有三個研究問題，分別是：（一）探討設計活動如何協助學生學習複雜系統；（二）探討將構造－行為－功能關係（structure-behavior-function, SBF）融入設計活動中對學生深度思考複雜系統的幫助為何；（三）調查在中學課程中執行設計活動的方式，包含：哪些是適當的設計？如何幫助學生保持聚焦？如何確保活動涵蓋科學內容而不偏離？如何組織設計活動以協助學生深入學習？該研究設計了幾項評量工具蒐集資料以檢測研究問題，主要包含：（一）在學生個人層次：包含學生學習前後的晤談、作業、學習前後的紙筆測驗，這部分用來瞭解學生對呼吸系統概念理解的變化，有助於觀察學生已學和未學之間的關係；（二）在小組和班級層次：包含所有教室活動的錄影，以及每日教室觀察及紀錄學習活動的實施過程事件，這些類似人種誌研究的紀錄方式，提供依時間軸順序詳細描述教學過程的資料來源，透過引述關鍵的對話來彰顯描述背後的學習意涵，提供讀者理解研究歷程和課程設計的立意。在詳細描述後，依據幾個研究主題作統整分析，將各層次之間的資料透過主題予以統整，包含：課程創意和執行之間的落差、鷹架問題、學生的實作與反思、反覆過程促進理解（ iteration toward understanding）、設計與建模、合作學習的角色扮演等，這些統整分析是研究者詳細分析前述資料來呈現研究上重要的意義，並對研究問題提出統整性的研究發現。在結論部分，以實驗班和對照班前後測成績比較呈現整體學習的效果，並透過課程前後的晤談來分析學生關於呼吸系統所存有的心智模式，並整理出學生學習前後各種心智模式遷移的人數，以彰顯課程設計的有效性，這部分的分析是量化資料與質性資料間的相互佐證。為了說明如何應用設計研究法探討不同層次間的交互作用，以 Zhang 等（2009）的研究為例，該研究主要的研究問題為：（一）不同的社會互動結構是否影響集體認知責任的效能？（二）不同的協同合作設計如何影響學生知識的獲得？主要分析知識論壇上學生所發表的紀錄（notes），並呈現出學生發表意見的關係圖，關係圖是將每一筆發表紀錄或發表人（教師或學生）為節點（node），以連結線（line）表示發表紀錄間的關係，在連結線上標示交流的頻率。

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16 解析設計研究法許瑛玿、莊福泰、林祖強此關係圖可以追蹤師生針對相同主題或概念的對話，幫助研究者瞭解學生進行探究時的社會互動情形。針對第一個研究問題，分三個面向進行資料分析：（一）對認知的貢獻意識：所謂貢獻意識是指學生對知識社群是否產生參與、分享的想法，著重於分析學生所張貼的紀錄被哪些人閱讀、討論和回覆；（二）統計互補性的貢獻：每一筆發表的意見被連結、討論或引述參考的百分比；和（三）互動關係：每一位學生和其他人的互動關係。為了回答第二個問題，以想法單元（idea unit）為分析單位，想法單元是將每位學生發表紀錄分成一小段，再依據光學探究主題類別、知識複雜度（未精緻化的事實、已精緻化的事實、未精緻化的解釋、已精緻化的解釋）和知識正確性（pre-scientific－指迷思概念或不成熟的想法、hybrid－指混雜迷思概念和科學想法、basically scientific－指想法符合科學架構但不夠精準、scientific－指符合科學解釋）等三方面進行編碼後，再將知識複雜度和知識正確性相乘作為知識深度的量化指標。將質性資料分析和建立量化指標後，即可以分析不同層次間的相互作用。例如：學生發表意見的關係圖透露學生個體對群體認知的貢獻、組間的師生對話型態和頻率等是探討個人和班級兩個層次的互動。想法單元的分析可以瞭解學生個體學習前後知識的改變是個人層次，也可以分析不同的協同合作情境對學生個人知識深度的影響，是探討班級層次和個人層次間的交互作用。資料分析結果可能是支持理論的適用性、可能是擴展理論的適用性，也可能是修正理論或衍生出新的原形理論。但無論如何，設計研究法需要注意闡明研究中的設計產出和理論衍生之設計原則間的相關性。一則是設計原則是由理論所衍生的，而設計產出是用來評估理論是否如預期般適用於實務現場；一則是由於設計研究法期待研究中的教學設計是可以被運用於其他不同實務現場的。因此，研究結果須說明設計產出解決實際問題的效能和系統化的評估方法（Bannan-Ritland, 2003; Cobb et al., 2003; Collins et al., 2004），以作為推廣或後續研究的依據。分析所篩選的論文，發現提出原形理論或擴展理論適用範圍之論文共計有 4 篇（如表 7），這 4 篇論文陳述如何經由設計研究法來促進實務教學的改善，並對教育理論的發展提出見解，達到設計研究法的重要目標－修正理論或發展新的原形理論。表 7 1998～2010 年 3 月篩選的 30 篇期刊論文提出原形理論或擴展理論適用範圍之樣本論文研究者論文提出之原形理論或擴展原理論之適用範圍 Tiberghien、Vince與 Gaidioz（2009） Design-based research: Case of a teaching sequence on mechanics 根據研究之基礎理論：雙重世界理論（two world theory），整合前人之研究發展出物理教學設計的三個工具：knowledge distance、modelling relations、 semiotic registers

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許瑛玿、莊福泰、林祖強解析設計研究法 17 表 7 1998～2010 年 3 月篩選的 30 篇期刊論文提出原形理論或擴展理論適用範圍之樣本論文（續）研究者論文提出之原形理論或擴展原理論之適用範圍 Barab等（2007） Situationally embodied curriculum: Relating formalisms and contexts 根據其研究提出具體情境科學課程設計發展的四步驟：establishing embodiment、illuminating content- context relations、fostering an analytical stance、 developing multiple representations of formalisms Zhang等（2009） Designs for

collective cognitive responsibility in knowledge-building communities 根據3年群體認知責任線上知識社群的教學設計和線上討論的質性與量化分析，提出三種不同的討論群組模式理論：a fixed groups model、an interacting groups model、an opportunistic-collaboration model。

Barab等（2000） Virtual solar system project: Building

understanding through model building

改進原Hay與Barab（1999）（引自Barab et al., 2000）發展的computational science of inquiry cycle （CSIC）教學模式，將實體探究的教學活動擴展到虛擬實境的教學活動中，透過設計研究的過程不斷精緻化課程設計而獲得良好教學成效

肆、設計研究法與其他研究方法的比較

若是未進行詳細的比較，設計研究法在特徵和研究流程上易與行動研究法和個案研究法混淆。為能清楚地區辨出設計研究法與其他研究法的異同，本節針對此三種類似且易於造成混淆的研究法進行比較（參閱圖 2）。圖 2 表示出設計研究法（白底）、行動研究法（灰底）和個案研究法（黑底）的主要特性比較，此三種研究法包括三項主要的共同特性：「於實務現場進行實施與研究」、「強調多元資料的蒐集、分析與詮釋」、「建立對研究過程進行反思的紀錄」。而設計研究法和行動研究法的額外兩項共同特徵是強調「實務工作者與研究者共同合作研究」和「循環性和彈性的研究歷程」，來凸顯達到解決實務現場問題的研究目的。以下詳述此三種研究法的差異之處。個案研究法、行動研究法和設計研究法皆是在真實情境下的實務現場進行研究，強調多元資料的蒐集、分析和詮釋，研究者通常會與參與者（如：教師、學生、行政人員等）進行深入的對話，並且紀錄所有的研究歷程。在分析研究成果時，研究者和參與者會進行反思性的討論，以增進對真實情境的理解。但是，個案研究法較不強調介入性的教學方案或設計的成效檢視，有時僅以瞭解現況作為研究目的。而且相對於行動研究法和設計研究法會由參與者（教師、學生）和研究者的多元觀點來詮釋研究資料，在個案研究法中主導研究資料詮釋的，主要為研究者的觀點。不像行動研究法和設計研究法注重經由設計－實施－評鑑－再設

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18 解析設計研究法許瑛玿、莊福泰、林祖強圖2. 設計研究法與其他研究法的特性比較計的循環歷程逐步改進教學方案或是設計，個案研究法少有循環的研究歷程來重複檢視教學設計成效，較強調每個情境或是事件都是獨特且無法複製的，須從情境脈絡來釐清其意涵。行動研究法和設計研究法的目標皆是透過研究來解決教學實務現場的問題或是回應真實情境的需求，且是實務工作者和研究者共同參與研究，經幾次循環的研究歷程後提出可行的方案或設計產出，在整個研究歷程中研究者可依據成效的評鑑而彈性調整研究流程和資料分析方法。然而，相對於行動研究法只是由實務工作者與研究者共同合作提出經驗導向的解決方案，設計研究法強調檢視有理論依據的設計之成效，以反映出在真實情境中學生、教師、研究者的觀點來建立理論與實務間的連結。因此，對於行動研究法的發起者和方案提出者主要是實務工作者－教師；設計研究法應用於教育時的教學設計多是由不同專業領域（如：課程設計人員、科學家、教師、教育研究者、程式設計、網頁開發、多媒體製作等）所組成的研究團隊（Wang, F. & Hannafin, 2005），依據理論架構進行創新性的教學設計。而且設計研究法須闡明研究中的設計產出和理論衍生的設計原則間的相關性，強調設計原則是如何由理論所衍生的描述，以及經資料分析結果來檢驗設計產出是否如預期般適用於實務現場，而終能評估理論的適用性或發展出新的原形理論，甚至期待研究中的教學設計是可以被運用於其他不同的實務現場。建立對可對研究過程進行反強調多元資料的蒐集、分析強調多元資料的蒐集、分析於實務現象進行實施與研究於實務現象進行實施與研究循環性和彈性的研究歷程實務工作者與研究者共同合建立對可對研究過程進行反有理論基礎的設計設計者為實務工作者設計者不受限個案研究法強調多元資料的蒐集、分析與詮釋針對實務問題提出可行的方案於實務現場進行實施與研究建立對研究過程進行反思的紀錄實務工作者與研究者共同合作研究循環性和彈性的研究歷程行動研究法設計研究法

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伍、設計研究法面臨的挑戰

誠如前面幾節所述，設計研究法的優勢在於能於實務現場中針對有理論基礎的創新設計進行深入研究，透過多次的循環歷程精緻化設計，進而發展原形理論或修改原來的理論。近年來應用設計研究法於教育研究上，在探討創新教學如何影響學習的研究相關議題方面已有相當豐碩的研究成果。但是從方法論的角度，應用設計研究法於實徵研究上仍有一些值得注意的限制。因此，本節討論設計研究法目前面臨的挑戰。

一、缺乏發展方法論所需的理論基礎

設計研究法發展之初是一些學者認為以往的科學教育研究多半是檢驗短暫的效應，常忽略實務現場（課室）中的社會情境，甚至只是單獨地操弄單個變因來進行研究，而未深入瞭解數個相關變因間彼此相互影響所產生的效應（Brown, 1992）。所以，學者提出能夠反映真實情境與理論間關聯的設計研究法。但是，倡議者未清楚地提出設計研究法所依據的哲學基礎、基本假設和具體方法，而是從實作面來描述設計研究法的特徵和研究流程，嚴格而言，設計研究法只是方法（method）而非方法論（methodology）（高熏芳、江玟均，2007；Kelly, 2004）。無理論基礎導致應用設計研究法於實徵研究時，研究者常因個人的哲學觀和研究邏輯不同，而影響其研究設計和詮釋方式，甚至忽略設計研究法的基本精神和特徵。

二、涉及眾多變因而難以有效釐清「設計」的影響

設計研究法強調在真實情境下進行實施和評鑑，所蒐集到的研究資料常是多個變因間相互影響的結果，在詮釋變因的影響時難以釐清相互關係（Dede, 2004, 2005）。尤其在數個循環的研究歷程中，每個循環的參與者可能變動，實施過程的設計要素也已經再設計而有所改變，如何提出有效的資料分析結果來佐證精緻化的設計對學習的影響是較先前的設計為佳，是應用設計研究法於實徵研究時的挑戰之一。因此，為避免研究者觀點存在偏見，設計研究法要求研究者詳細描述研究歷程的執行成效和修改依據，藉此提高設計研究法的資料分析與詮釋的內在效度和信度（翁穎哲、譚克平，2008）。

三、以系統性觀點詮釋多元資料的難度高

設計研究法雖強調目標導向的資料蒐集，但因為要求研究者詳細描述研究歷程的執行成效和修改依據（翁穎哲、譚克平，2008；Bell et al., 2004），而使得資料量龐大且種類多，包含以多元方式蒐集到的各種量化與質性的資料類型（如：評量結果、晤談、課室觀察、學生作品、研究團隊討論的紀錄、研究日誌、實施過程事件紀錄、電腦側錄資料等），研究者要對如此多元與龐大的資料進行分析時，將面臨一些困難。例如：研究者不但須彙整不同形式的資料，更要驗證不同分析單位（班級、小組、個人）研究資料間的相互影響，更遑論研究者還

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20 解析設計研究法許瑛玿、莊福泰、林祖強必須以系統性觀點來詮釋設計產出對學習的影響。這不但考驗研究者的研究能力，也與研究者對真實情境下參與者間互動的理解程度有關。因此，應用設計研究法之初，研究者必須已受過質性研究的相關訓練，熟稔各種質性資料分析與詮釋的技術和能力。而且建議該研究者已和參與者接觸過一段時間，能夠掌握他們的互動模式和背後的意義。

陸、結論

設計研究法是仍在快速發展的研究法，強調在真實情境下的實務現場進行研究，強調多元資料的蒐集、分析和詮釋，研究者通常會與參與者（如：教師、學生、行政人員等）進行深入的對話，並且紀錄所有的研究歷程。設計研究法強調檢視有理論依據的設計之成效，須闡明研究中的設計產出和理論衍生的設計原則間的相關性，強調設計原則是如何由理論所衍生的描述，以及經資料分析結果來檢驗設計產出是否如預期般適用於實務現場，而終能評估理論的適用性或發展出新的原形理論，甚至期待研究中的教學設計是可以被運用於其他不同的實務現場。設計研究法的優勢在於能於實務現場中針對有理論基礎的創新設計進行深入研究，透過多次的循環歷程精緻化設計，進而發展原形理論或修改原來的理論，故設計研究法相當強調對教育理論的形塑，可視為是測試理論的一種策略。近年來，應用設計研究法於教育研究上，在探討創新教學如何影響學習的研究相關議題方面已有相當豐碩的研究成果。但是，面對應用設計研究法於實徵研究上仍存在的一些限制，唯有透過研究者詳細且有系統的描述研究歷程之執行成效和修改依據，才能提高設計研究法的信度和效度，讓此一新興的研究法更符合方法論的科學原則。

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參考文獻

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Hay, K. E., & Barab, S. A. (1999, April). Computational science inquiry cycle (CSIC): Students “doing” new science enabled by virtual reality. Paper presented at the annual meeting of the American Educational Research Association, Montreal, Canada.

Hmelo, C. E., Holton, D. L., & Kolodner, J. L. (2000). Designing to learn about complex systems. Journal of the Learning Sciences, 9(3), 247-298.

Hoadley, C. M. (2004). Methodological alignment in design-based research. Educational Psychologist, 39(4), 203-212.

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Hoadley, C. M. (2005). Design-based research methods and theory building: A case study of research with SpeakEasy. Educational Technology, 45(1), 42-46.

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Tiberghien, A., Vince, J., & Gaidioz, P. (2009). Design-based research: Case of a teaching sequence on mechanics. International Journal of Science Education, 31(17), 2275-2314.

Wang, F., & Hannafin, M. J. (2005). Design-based research and technology-enhanced learning environments. Educational Technology Research and Development, 53(4), 5-23.

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Zhang, J., Scardamalia, M., Reeve, R., & Messina, R. (2009). Designs for collective cognitive responsibility in knowledge-building communities. Journal of the Learning Sciences, 18(1), 7-44.

(24)

附錄

本研究選取的應用設計研究法於科學教育實徵研究之 SSCI 期刊論文：

1. Alexander, P. A., Fives, H., Buehl, M. M., & Mulhern, J. (2002). Teaching as persuasion. Teaching and Teacher Education, 18(7), 795-813.

2. Anderson, K. T., Zuiker, S. J., Taasoobshirazi, G., & Hickey, D. T. (2007). Classroom discourse as a tool to enhance formative assessment and practise in science. International Journal of Science Education, 29(14), 1721-1744.

3. Barab, S. A., Hay, K. E., Barnett, M., & Keating, T. (2000). Virtual solar system project: Building understanding through model building. Journal of Research in Science Teaching, 37(7), 719-756.

4. Barab, S. A., Zuiker, S., Warren, S., Hickey, D., Ingram-Goble, A., Kwon, E.-J., …Herring, S. C. (2007). Situationally embodied curriculum: Relating formalisms and contexts. Science Education, 91(5), 750-782.

5. Barton, A. C., & Tan, E. (2009). Funds of knowledge and discourses and hybrid space. Journal of Research in Science Teaching, 46(1), 50-73.

6. Birchfield, D., & Megowan-Romanowicz, C. (2009). Earth science learning in SMALLab: A design experiment for mixed reality. International Journal of Computer-Supported Collaborative Learning, 4(4), 403-421.

7. Crawford, B. A., Zembal-Saul, C., Munford, D., & Friedrichsen, P. (2005). Confronting prospective teachers’ ideas of evolution and scientific inquiry using technology and inquiry-based tasks. Journal of Research in Science Teaching, 42(6), 613-637.

8. Cronje, J. C., & Fouche, J. (2008). Alternatives in evaluating multimedia in secondary school science teaching. Computers & Education, 51(2), 559-583.

9. Degennaro, D. (2008). Sociotechnical cultural activity: Expanding an understanding of emergent technology practices. Journal of Curriculum Studies, 40(3), 329-351.

10. Domin, D. S. (2008). Using an advance organizer to facilitate change in students’ conceptualization of the role of creativity in science. Chemistry Education Research and Practice, 9, 291-300.

11. Dunleavy, M., Dede, C., & Mitchell, R. (2009). Affordances and limitations of immersive participatory augmented reality simulations for teaching and learning. Journal of Science Education and Technology, 18(1), 7-22.

(25)

附錄（續）

12. Hakkarainen, P. (2009). Designing and implementing a PBL course on educational digital video production: Lessons learned from a design-based research. Educational Technology Research & Development, 57(2), 211-228.

13. Hickey, D. T., Ingram-Goble, A. A., & Jameson, E. M. (2009). Designing assessments and assessing designs in virtual educational environments. Journal of Science Education and Technology, 18(2), 187-208.

14. Hmelo, C. E., Holton, D. L., & Kolodner, J. L. (2000). Designing to learn about complex systems. Journal of the Learning Sciences, 9(3), 247-298.

15. Houle, M., & Barnett, M. G. (2008). Students’ conceptions of sound waves resulting from the enactment of a new technology-enhanced inquiry-based curriculum on urban bird communication. Journal of Science Education and Technology, 17(3), 242-251.

16. Kong, S. C., Yeung, Y. Y., & Wu, X. Q. (2009). An experience of teaching for learning by observation: Remote-controlled experiments on electrical circuits. Computers & Education, 52(3), 702-717.

17. Krange, I., & Ludvigsen, S. (2008). What does it mean? Students’ procedural and conceptual problem solving in a CSCL environment designed within the field of science education. International Journal of Computer-Supported Collaborative Learning, 3(1), 25-51.

18. Looi, C.-K., Chen, W., & Ng, F. K. (2010). Collaborative activities enabled by GroupScribbles (GS): An exploratory study of learning effectiveness. Computers & Education, 54(1), 14-26. 19. Schwarz, C. (2009). Developing preservice elementary teachers’ knowledge and practices

through modeling-centered scientific inquiry. Science Education, 93(4), 720-744.

20. So, H.-J., Seah, L. H., & Toh-Heng, H. L. (2010). Designing collaborative knowledge building environments accessible to all learners: Impacts and design challenges. Computers & Education, 54(2), 479-490.

21. Spiliotopoulou-Papantoniou, V., & Agelopoulos, K. (2009). Enhancement of pre-service teachers’ teaching interventions with the aid of historical examples. Science & Education, 18(9), 1153-1175.

22. Squire, K., & Klopfer, E. (2007). Augmented reality simulations on handheld computers. Journal of the Learning Sciences, 16(3), 371-413.

(26)

附錄（續）

23. Tiberghien, A., Vince, J., & Gaidioz, P. (2009). Design-based research: Case of a teaching sequence on mechanics. International Journal of Science Education, 31(17), 2275-2314.

24. Toth, E. E., Suthers, D. D., & Lesgold, A. M. (2002). “Mapping to know”: The effects of representational guidance and reflective assessment on scientific inquiry. Science Education, 86(2), 264-286.

25. Verhoeff, R. P., Waarlo, A. J., & Boersma, K. T. (2008). Systems modelling and the development of coherent understanding of cell biology. International Journal of Science Education, 30(4), 543-568.

26. Wang, S.-K., & Reeves, T. C. (2007). The effects of a web-based learning environment on student motivation in a high school earth science course. Educational Technology Research and Development, 55, 169-192.

27. Whipp, J. L. (2003). Scaffolding critical reflection in online discussions: Helping prospective teachers think deeply about field experiences in urban schools. Journal of Teacher Education, 54(4), 321-333.

28. Windschitl, M. (2001). The diffusion and appropriation of ideas in the science classroom: Developing a taxonomy of events occurring between groups of learners. Journal of Research in Science Teaching, 38(1), 17-42.

29. Zembal-Saul, C. (2009). Learning to teach elementary school science as argument. Science Education, 93(4), 687-719.

30. Zhang, J., Scardamalia, M., Reeve, R., & Messina, R. (2009). Designs for collective cognitive responsibility in knowledge-building communities. Journal of the Learning Sciences, 18(1), 7-44.

(27)

Journal of Research in Education Sciences 2012, 57(1), 1-27

Exploring the Framework and

Implementation of the Design Research

Method in Science Education

Ying-Shao Hsu

Fu-Tai Chuang

Tzu-Chiang Lin

Graduate Institute of Science Education, National Taiwan Normal University

Department of Earth Sciences, National Taiwan Normal University

Department of Life Science, National Taiwan Normal University

Abstract

In recent years, educators have explored the relationships between instructional designs and educational theories by systematically analyzing research data to improve teaching quality. Therefore, the design research method was proposed to enable researchers to modify an original theory or develop a prototype theory by sophisticating the design of cyclic procedures through repeated trials. This study explicates the features of the design research method, such as (1) examining the appropriateness of theories or proposing prototype theories by implementing theory-based designs into practice; (2) maintaining records of the research process and within system interactions; (3) featuring and emphasizing the value of cyclic processes; and (4) systematically analyzing interactions between various levels. Using the 30 collected studies published in SSCI journals, this study explores the steps involved in implementing the design research method. Furthermore, this study also discusses the homogeneity and heterogeneity between the design research and other research methods and the limitations of applying the design research method to research in the educational field. By clarifying the characteristics and implementation procedures of the design research method, the possibility of applying the design research method to educational research for innovative designs is enhanced.

Keywords: science education, educational research, design research

(28)