從專家、風格到創造力的形成過程之認知行為探討

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(1)國立交通大學土木工程學系. 博士論文. 從專家、風格到創造力的形成過程之認知行為探討. A study on cognitive developments from expert, style, to creativity. 博士生：黃英修指導教授：劉育東中華民國九十四年七月.

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(3) http://140.113.39.130/cgi-bin/gs/tugsweb.cgi. 08/30/2005 10:11 AM. 國立交通大學博碩士論文全文電子檔著作權授權書 (提供授權人裝訂於紙本論文書名頁之次頁用). 本授權書所授權之學位論文，為本人於國立交通大學土木工程系所已 2 ＿＿＿＿＿＿組， 93 學年度第____學期取得博士學位之論文。論文題目：從專家、風格到創造力的形成過程之認知行為探討指導教授：劉育東 ■ 同意本人茲將本著作，以非專屬、無償授權國立交通大學與台灣聯合大學系統圖書館：基於推動讀者間「資源共享、互惠合作」之理念，與回饋社會與學術研究之目的，國立交通大學及台灣聯合大學系統圖書館得不限地域、時間與次數，以紙本、光碟或數位化等各種方法收錄、重製與利用；於著作權法合理使用範圍內，讀者得進行線上檢索、閱覽、下載或列印。論文全文上載網路公開之範圍及時間：本校及台灣聯合大學系統區域網路 ■ 中華民國 95 年 8 月 29 日公開校外網際網路. ■ 中華民國 95 年 8 月 29 日公開. ■ 全文電子檔送交國家圖書館授權人：黃英修親筆簽名：______________________ 中華民國 94 年 8 月 30 日. http://140.113.39.130/cgi-bin/gs/tugsweb.cgi. Page 1 of 4.

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(5) http://140.113.39.130/cgi-bin/gs/tugsweb.cgi. 08/30/2005 10:11 AM. 國立交通大學博碩士紙本論文著作權授權書 (提供授權人裝訂於全文電子檔授權書之次頁用). 本授權書所授權之學位論文，為本人於國立交通大學土木工程系所＿＿＿已＿＿組， 93 學年度第__2__學期取得博士學位之論文。論文題目：從專家、風格到創造力的形成過程之認知行為探討指導教授：劉育東 ■ 同意本人茲將本著作，以非專屬、無償授權國立交通大學，基於推動讀者間「資源共享、互惠合作」之理念，與回饋社會與學術研究之目的，國立交通大學圖書館得以紙本收錄、重製與利用；於著作權法合理使用範圍內，讀者得進行閱覽或列印。. 本論文為本人向經濟部智慧局申請專利(未申請者本條款請不予理會)的附件之一，申請文號為：____________________，請將論文延至____年____月____日再公開。授權人：黃英修親筆簽名：______________________ 中華民國 94 年 8 月 30 日. http://140.113.39.130/cgi-bin/gs/tugsweb.cgi. Page 2 of 4.

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(7) http://140.113.39.130/cgi-bin/gs/tugsweb.cgi. 08/30/2005 10:11 AM. 國家圖書館博碩士論文電子檔案上網授權書（提供授權人裝訂於紙本論文本校授權書之後） ID:GT008916822 本授權書所授權之論文為授權人在國立交通大學土木工程系所 93 學年度第_2_學期取得博士學位之論文。論文題目：從專家、風格到創造力的形成過程之認知行為探討指導教授：劉育東茲同意將授權人擁有著作權之上列論文全文（含摘要），非專屬、無償授權國家圖書館，不限地域、時間與次數，以微縮、光碟或其他各種數位化方式將上列論文重製，並得將數位化之上列論文及論文電子檔以上載網路方式，提供讀者基於個人非營利性質之線上檢索、閱覽、下載或列印。. ※ 讀者基於非營利性質之線上檢索、閱覽、下載或列印上列論文，應依著作權法相關規定辦理。. 授權人：黃英修親筆簽名：_______________ 民國 94 年 8 月 30日. http://140.113.39.130/cgi-bin/gs/tugsweb.cgi. Page 3 of 4.

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(9) 中文摘要設計師的設計行為一直都被視為「黑箱」過程，一些學者嘗試從認知科學的角度，包含視知覺、設計知識及架構、設計策略、設計草圖的過程…等，來解開設計的黑箱之謎。依不同的設計知識及經驗，可將設計師區分成三種設計師：專家設計師、風格設計師、及創造力設計師。專家傾向的設計師，會將這些片斷的設計知識及經驗轉換成連續性的設計知識，在下次遇到類似的問題時，可快速且精準地解決設計問題；而風格傾向的設計師，會以類似元素和特徵來快速地產生設計方案；然而如何形成具有創造力傾向的設計師，則有不同的觀點。Simon指出要成為一位設計專家後，才可能成為有創造力傾向的設計師；然而，Gardner則提出有創造力的行為是發生在形成專家過程中的前期階段。然而，在設計認知的研究中，前面所提的三種設計師分別具有三種不同的設計特質。而這三種不同的設計特質，可能代表著他們在運用不同的設計知識、或是不同的設計過程、或是草圖行為上不同的能力；因此本論文將以此三類認知的角度，來探討形成創造力傾向設計師的過程，以及分析出創造力傾向設計師的認知因子。為了解決本研究的問題，本論文可以分成三階段的研究步驟：認知因子分析、生手形成有經驗設計師的認知實驗、及形成專家、風格、及創造力傾向設計師的認知實驗。在第一階段的因子分析中，分別以設計知識及結構、設計策略、及草圖行為等三類認知角度，分析現有的設計認知理論，整合出三種設計師分別擁有的認知因子，來做為認知實驗中判定設計師的因子。第二階段則是一個生手轉變成有經驗設計師的口語分析實驗，以前階段分析出的認知因子，來評定生手是否經過多次的實驗後，漸漸成為有經驗設計師，來做為下一階段的受測者。最後一階段則是形成三種不同設計師傾向的認知實驗，分析受測者因設計知識、或設計策略、或是草圖行為的不同，而形成三種不同傾向的設計師。本論文經由上述的研究方法，最後的結果提出創造力設計師形成過程，是支持Gardner 所提創造力的行為可能發生在形成專家的早期；但是本論文的結果，可以更精確地說明，專家及創造力的認知因子是同時發生在設計師形成的過程，設計師有特定專家行為，同時也會有創造力的認知行為，只是不同設計師會發生在不同的認知行為上。進一步分析具有創造力傾向設計師的認知因子，發現本研究中的創造力傾向的設計師，具有最高的“自我獨創的知識”，而“自我獨創的知識”則是此設計師在創造力設計過程中的“發散構想”及“轉換構想”的認知行為，主要知識來源之一；另一個知識來源則是“設計專業知識”。而在草圖行為中的“非預期發現”的認知行為，則和設計知識中的“自我評估知識”及“設計專業知識”有相當大的關係。因此，最後的研究結果說明了具有創造力傾向的設計師，同時也必需具有相當多的專家知識，才能發揮出將創造力的特質表現出來。關鍵字：專家、風格、創造力、認知行為、口語分析研究.

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(11) Abstract Design behavior is regarded as a “black-box” process. Some researchers attempt to understand this process in terms of cognitive science, such as visual perception, design knowledge, design strategy, and the process of sketching…etc. Depending on different cognitive behaviors, designers could be distinguished into three categories: expert, style, or creative designer. Designers who have been considered as expert designers will transform some fractions of design knowledge into a sequential one. By doing so, they could tackle design problem immediately and precisely when they front a similar problem, which they met before. In addition, designers who could generate design solutions by using some distinguishable elements and features will be recognized as style designers. However, there are divergent ways to consider designers as creative ones. Simon purposed that before being recognized a creative designer, people should be considered as an expert designer; on the other hand, Gardner addressed that the creative behaviors could be found during the process of the development of expert designers. In the aspect of cognitive studies, those designers, expert, style, and creative designers, have three sorts of divergent design characteristics, separately. These characteristics indicate that they utilized dissimilar design knowledge, design process, or ability for sketching to solve problems. Therefore, in terms of three categories of cognitive studies, this doctoral thesis is to investigate the development of creative designers, and to analyze the cognitive factors, which could be found in the design behavior of the creative designers. In order to investigate the issue, purposed above, there are three steps of methodology in this thesis: the analysis of cognitive factors, the experiment of the development from novice to experienced designer, and the experiment of the development from expert, style, to creativity. In the first step, this thesis will analyze cognitive factors in terms of design knowledge, design strategy, and sketching behavior. To do so, these factors could be the criteria in the experiments. In the second section, there is a cognitive experiment by using protocol analysis, in which some of the novice could be determined as experienced designers, who will be the designers in the next experiment. The final step of this thesis is another cognitive experiment, in which the designers could be distinguished as different kinds of designers, depending on cognitive factors, separately. Consequently, this thesis proposes the development of creative designers could be formed before they become expert designers. The result supports what Gardner addressed. In addition, the cognitive factors of both expert and creative designers could be found in the development of designers, in which designers have some factors of expert designers, and, simultaneously, they have some creative factors. Furthermore, by analyzing the cognitive factors, the creative designer has the highest frequency of original knowledge, which is one of main knowledge to trigger the divergence of developing ideas and the transformation of ideas; the other is the design domain knowledge. On the other hand, in the sketching behavior, the unexpected discovery depends on the self-evaluate knowledge and design domain knowledge. Therefore, in order to exhibit the tendency of creativity, the designer who possesses more creative factors has to require considerable design knowledge. Keywords: expert, style, creativity, cognitive behavior, protocol analysis.

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(13) Ģć ?6ăĶC¼äÒ ´C9 CªæÊ C W 4Ï Ïè?ÊèĹW¹ĔÃï4 ĨķlÂ?1*hÎ¿ĔĚ^. Prof. Mary Lou Maher]ÿçÊ W 4ÏjĠċv(ÏjĖvĨķ?ÊĨķýáE#@ ìĢ:@&BÞ~ÂW$ìę1®Ĥ:±Ĉ}Āĸ ®T8ùı-WxüAR; Ĳ] Aleppoo¸róßWÏ7ìĢ \EOãWĘîĶÒ«* þĜođ&ĕWÕ1®¨lÒĔL. . đ&Čp£ĢĢOāWđ&5$ĹW1*Xåđ&awÄ )>'gđ&YįħYTė ğĩxÇz©G¦ĢĢOĹW1*åğĩxĶă* ?ğĩxāWò Ĵk+Üõ?ď·¾½ýWG¦¶öG¦S{G¦à&G¦ğ ĩx¸G¦ÍG¦?<Ô=ĹWĔÆl<Ī ÈdĂ 10LnÝĢĢOmQW1*éPåKñ Ĉ}ĀĸIËĊ "ĮëĞW±Āĸ¬#, ì²WīFî:ñO GageočĒoW¯åÒ«<Ĕ°ě1*oO?6ó<Ĕ< ª¹ObĔl<4ĂØð¡iÑø÷Ð÷Û ĳĺuD_ õÃïwĤ\ÃïĔUq°ě1*?6ĉ Ī¤!3Éµ¤tî:ô ēr¤ÌĎº Wh6ÖCÕĉĪērÖCĢĢs?6¹ğ ĩxlĚxāWòĴ Ĭ$ Peter¤1®û+ĐN+?WÒ4ÀCMó `J ĆÁWÏÓĵú²?[FoPeter2ÁýáÌĄfnĹW Vđ&ñ×ÁģâZĹW1*EÙ§$»:İĲāđ&ĝ

(14) |cAleppotî³đĦwíìĢs? ÊªæāW/¥ òĴ êr¢ĢĢO?ą. õġāW%WÅyÃï. ĤEe?6hh00 \EÚlÕHĥĭR. in Sydney, 27/08/2005 .

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(16) 目錄. 第一章. 1. 緒論. 1.1 研究背景 1.2 研究問題 1.3 研究目的 1.4 研究方法及步驟第二章. 1 2 4 4 7. 先前研究. 2.1 設計知識 2.2 設計的過程及策略 2.3 草圖的行為第三章. 7 14 21 27. 認知模型的創造力因子分析. 3.1 創造力知識及結構分析 3.2 創造力過程及策略分析 3.3 草圖行為中的創造力認知因子分析第四章. 27 29 32. 生手設計師形成經驗設計師之認知實驗. 4.1 先前實驗測試 4.2 正式實驗 4.3 編碼系統的建立 4.4 實驗結果及探討第五章. 第六章. 38 41 54 59. 形成專家、風格、及創造力的認知實驗. 5.1 實驗目的及步驟 5.2 編碼系統 5.3 分析方法 5.4 實驗結果及探討結論及建議. 參考文獻. 37. 79 79 84 92 96 107 111. 附錄 A 個人學術簡歷附錄 B 實驗計畫書附錄 C 口語分析資料博士論文. I.

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(18) 圖目錄第二章圖 2.1 社會文化層次的創造力(摘自 Csikszentmihalyi, 1996). 12. 圖 2.2 Simon 的形成創造力的過程. 13. 圖 2.3 Gardner 形成創造力的過程. 14. 圖 2.4 創造力是一種風格的模型(摘自 Srazalecki, 2000). 19. 圖 2.5 創造力的訊息處理模型(摘自 Schmid, 1996). 20. 圖 2.6 視覺感知的過程(摘自 Palmer et al., 1993). 22. 圖 2.7 將記憶中的圖形結構性的描述(摘自 Kosslyn, 1973). 23. 圖 2.8 以柱子為例的視覺及文字的編碼系統(Paivio, 1971, 1986). 24. 第四章圖 4.1 整合 Simon 及 Gardner 的形成創造力的過程. 37. 圖 4.2 設計題目的範例. 39. 圖 4.3 本研究提供的榨汁機. 39. 圖 4.4 第一位受測者. 40. 圖 4.5 第二位受測者. 40. 圖 4.6 第三位受測者. 40. 圖 4.7 修改實驗之案例. 42. 圖 4.8 正式實驗過程. 44 - 54. 圖 4.9 受測者 A 第一次實驗的分析口語資料. 58. 圖 4.10 受測者 A 第三次構想實驗的第一張草圖. 60. 圖 4.11 受測者 A 第三次構想實驗的第二張草圖. 61. 圖 4.12 受測者 B 第三次構想實驗的草圖. 62. 圖 4.13 受測者 C 第三次構想實驗的草圖. 64. 圖 4.14 受測者 D 第三次構想實驗的第一張草圖. 65. 圖 4.15 受測者 D 第三次構想實驗的第二張草圖. 66. 圖 4.16 受測者 E 第三次構想實驗的草圖. 67. 圖 4.17 受測者 F 第三次構想實驗的草圖. 68. 圖 4.18 受測者 G 第三次構想實驗的草圖. 70. 圖 4.19 受測者 H 第三次構想實驗的草圖. 71. 圖 4.20 受測者 I 第三次構想實驗的草圖. 73. 圖 4.21 受測者 J 第三次構想實驗的草圖. 74. 博士論文. II.

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(20) 第五章圖 5.1 第五章的實驗過程. 80 - 84. 圖 5.2 編碼系統及認知因子的關係圖. 85. 圖 5.3 file maker 所製成的編碼界面. 90. 圖 5.4 圖形系統編碼說明. 91. 圖 5.5 發散構想和知識來源的關係圖. 102. 圖 5.6 轉換構想和知識來源的關係圖. 103. 圖 5.7 非預期發現和知識來源的關係圖. 105. 第六章圖 6.1 第四章四位有經驗的設計師 A, C, D, 及 J. 107. 圖 6.2 第五章四位不同傾向的受測者 A, C, D, 及 J. 108. 博士論文 III.

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(22) 表目錄第三章表 3.1 設計知識的認知因子. 29. 表 3.2 設計過程及策略的認知因子. 32. 表 3.3 草圖行為的認知因子. 35. 第四章表 4.1 設計知識因子及編碼對照表. 55. 表 4.2 設計的過程及策略因子及編碼對照表. 56. 表 4.3 草圖認知行為因子及編碼對照表. 57. 表 4.4 口語分析編碼之結果. 58. 表 4.5 口語分析編碼結果之總表. 75. 表 4.6 口語分析編碼的總合. 76. 表 4.7 各受測者獲得各類因子前三名的數量. 76. 第五章表 5.1 Suwa et al 的認知編碼系統(摘自 Suwa et al., 1998). 85. 表 5.2 口語系統. 88. 表 5.3 圖形系統. 89. 表 5.4 部份的編碼結果. 91. 表 5.5 認知因子及編碼系統對照表. 95. 表 5.6 三類認知因子的次數統計結果. 96. 表 5.7 三類認知因子的編碼次數的百分比. 97. 表 5.8 設計知識因子的平均百分比. 98. 表 5.9 設計過程及策略因子的平均百分比. 98. 表 5.10 草圖行為因子的平均百分比. 99. 表 5.11 全部因子的平均百分比. 100. 表 5.12 獨創性知識的說明例子. 101. 表 5.13 發散構想的說明例子. 102. 表 5.14 轉換構想的說明例子. 103. 表 5.15 非預期發現的說明例子. 104. 博士論文 IV.

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(24) 第一章. 緒論. 在 1970 年代，設計師的設計行為一直都被視為「黑箱」過程，爾後一些學者嘗試從認知科學的角度，包含從視知覺、設計知識及架構、設計策略、設計草圖的過程…等，漸漸地解開設計的黑箱之謎。這些設計認知的研究不但使人們瞭解設計的行為及過程，同時還能應用在設計領域人工智慧的發展。因此藉由設計認知及人工智慧二個不同研究領域的結合來探索設計行為，不但可使人們瞭解設計師是如何思考，同時也可使電腦產生類似設計師的思考行為。. 1.1 研究背景在設計認知相關的研究中，可以清楚地瞭解到設計是一種經驗導向的行為，一個生手設計師必須經過基礎的設計訓練及累積相當的設計知識後，遇到類似的設計問題時，可以精準且有效率地解決，形成了所謂的「設計專家」(Simon, 1975; Akin, 1990; Anderson, 2000)；除此之外，專家對於類似的問題必定會有固定的方式來產生解決方案，而且經常在設計方案中有類似元素及特徵，漸漸形成了具有設計風格的設計師(Chan, 1992, 1993, 1994, 1995)。然而，在形成具有創造力設計師的過程中，許多探討個人創造力的研究指出，設計師必須具備相當多的專家知識，也就是成為一位設計專家後，才能成為有創造力的設計師(Akin, 1990; Csikszentmihalyi, 1996; Simon, 1966, 1975)；但是相反的，有些人提出另一種說法，學生設計師的作品比較具有創造力，例如 Gardner (1993)提出較具有創造力的行為是發生在成為專家的早期階段。 Turing 在 1950 年提出的「電腦可以思考嗎(can computer think)？」揭開了人們對於「人工智慧」的探索，積極地從認知科學的角度來瞭解人們是如何思考，進而應用到電腦科學的研究中，產生可模擬人們思考的電腦系統。在設計領域人工智慧的發展過程中，也藉由瞭解設計師的行為，產生可運用設計知識的電腦系統－造形文法(shape grammar)、知識基礎系統(knowledge-based system)、專家系統(expert system)、神經網路(neural network)、甚至創造力電腦系統(Gero and Maher, 1993; Coyne, Newton, and Sudweeks, 1993; Saunders and Gero, 2001; Fischer, 2001)，來模擬設計師產生設計構想的行為及結果。在創造力電腦系統的發展過程中，初期的研究是從知識基礎系統的角度，以知識呈現(knowledge representation)及設計推理(reasoning)的機制為形成創造力系統的主要因素(Gero and Maher, 1993)，也就是模擬設計師的設計知識與結構，及運用設博士論文. 1.

(25) 計策略的行為；另一方面 Mitchell (1993)則指出草圖行為的圖形辨識是創造力主要的來源，並提出一個具有創造力的電腦系統，應該先探討設計師的草圖行為，才能形成創造力的電腦系統。由上述的研究得知，創造力的認知思考研究及電腦系統發展己是當今設計領域中相當重要的議題。. 1.2 研究問題依不同的設計知識及經驗，可將設計師區分成三種設計師：專家設計師、風格設計師、及創造力設計師。將這些片斷的設計知識及經驗轉換成連續性的設計知識 (Simon, 1975; Akin, 1990; Anderson, 2000)，在下次遇到類似的問題時，可快速且精準地解決，便形成專家設計師；對於某一類的設計案能以一定程序，及類似元素和特徵來快速地產生設計方案，即是一位具有設計風格的設計師(Chan, 1992, 1993, 1994, 1995)；然而不論是專家或是風格設計師，如何產生具有創造力的作品，在許多研究中則有不同的觀點。Akin (1990)指出要成為一個有創造力的設計師，除了必須具備相當多程序性的專家知識外，同時有辨視(recognition)及問題重建(problem restructuring)的能力，才能產生具有創造力的過程及作品；Simon (1966, 1975, 1999) 也指出要成為一位設計專家後，才可能成為有創造力的設計師。另一方面，Gardner (1993)則提出較具有創造力的行為是發生在形成專家過程中的前期階段，他以作曲家為例說明有創造力的作曲家，通常是在重新寫作一個舊的作品時，就會顯現出來他是否是一個具有創造力的音樂家；然而這樣的現象，需更深入地探討才能了解創造力是發生在形成專家過程中的那一個階段，及創造力的過程是如何產生的，同時設計師要具備什麼樣的設計知識及能力，才能產生出創造力的作品。在另一方面，有些創造力的研究，則是針對社會文化的角度來探討(Csikszentmihalyi, 1996)。一個藝術家所產生的作品，沒有受到其他藝術家和藝術評論家的認定為具有創造力，其產生的作品則不能稱是有創造力(Csikszentmihalyi, 1996)。因此，廣義的創造力不僅只是在個人的大腦裏，而是個人的思考、領域的專業知識、及社會文化背景的互動之下所產生的；然而，本論文所著重的研究方向，則是針對個人思考行為，來探討設計師的創造力認知行為；而廣義的社會性創造力，則為本研究的研究限制。在設計認知的研究中，三種設計師(專家、風格、及創造力)分別是三種不同設計行為的表現，可從三類不同的認知角度來探討：設計知識、設計過程及策略、以及設計媒材中的草圖行為。以設計知識及結構而言，專家的經驗要靠來累積相關的知識 (Simon, 1974, 1999)，有了相當多的設計知識後，這些專家知識會在腦內形成特定的知識結構，不論是專家、風格、及創造力的設計師，這三種設計師的知識都已經被程序化，這種「知識程序化」的轉換過程，使得三種設計師均能有效率地應用設計知識來解決問題(Anderson, 2000)，因此他們也同時具備了定義問題的知識，及設計過程的知識(Chan, 1993)。此外 Crismond (2001)也將設計知識區分成操作及程序性知識(operational and procedural knowledge)、概念上的知識(conceptual 博士論文 2.

(26) knowledge)、及分析問題的知識(problem-state knowledge)。然而，這三種設計師分別表現出不同的設計能力，代表著他們在運用不同的設計知識來定義問題及解決問題，因此設計知識種類、或是設計知識的結構、或是運用設計知識的方法，可能決定了三種設計師的設計行為及產生不同的設計作品。在設計策略的角度而言，專家是以向前或資料導向的搜尋方式 (forward or data-driven search)，設計生手則是以向後或是目標導向的搜尋方式(backward or goal-driven search)在問題空間中找尋解決方案(Larkin, 1981; Anderson, 2000)，除此之外，以經驗為主的啟發性搜尋(heuristic search)是專家更重要的搜尋方式(Simon, 1966; De Groot, 1965)。另外有研究提出，三種因素決定了設計師的設計風格：設計的限制(design constraints)、選擇的決定(making choices)、及搜尋的順序(search order)(Chan, 1992)；然而，對有創造力的設計師來說，設計的問題空間及搜尋順序，不單只是用來描述一個特定的解決方案，或是在此空間中尋找解決方案，而是用來探索及發現新構想的未知領域中的一小部份(Cross, 1999)。因此專家、風格、及創造力的設計師在設計的過程中，可能因不同的設計策略，而對於設計的過程及結果產生不同的影響。以設計媒材的角度而言，不同的設計媒材代表著不同的設計進行方式，同時也會對於設計的過程產生不同程度的衝擊(Bai and Liu, 1998)。草圖是設計師最熟悉且最易取得的設計媒材，設計師透過草圖來協助設計的進展，包括協助延伸設計者的記憶 (Kavakli, Scrivener, and Ball, 1998)、推論、問題的解決、及對問題理解 (Suwa and Tversky, 1997)，更重要的是可以提供設計師視覺上的刺激進而產生新構想。擁有不同設計知識及設計策略的設計師，在草圖行為上必然有相異之處，因此不同的草圖能力及行為，可能使三種設計師在設計的過程中，產生不同的設計行為。然而，有相當多的研究，直接以設計師產生的構想，來分析是否具有風格或創造力；然而，僅以設計構想的結果來分析風格或創造力，則無法探討設計師產生設計構想過程，也就無法了解設計思考的過程。此外，設計師之所以會有創造力行為的發生，和形成設計師的過程有相當大的關係(Simon, 1974)，因此要探討設計師的創造力行為，則必須先瞭解設計生手經過一段時間的設計訓練及設計經驗的累積，三類設計認知因子：設計知識、設計策略、及草圖行為，如何產生相互的作用，而形成具有專家設計師傾向、或風格設計師傾向、或創造力設計師傾向的設計師。因此，本研究的問題可分成二個不同層次的問題：創造力設計師形成過程為何？以及創造力傾向的設計師有那些認知因子？在第一個層次中，探討設計生手形成創造力設計師的過程為何？是如 Simon (1966, 1975, 1999)所提出的必需成為設計專家，可能形成創造力設計師；還是 Gardner (1993)所提出有創造力的行為是發生在形成專家過程中。而第二個層次的問題在於，在前面所提的三類認知因子，那些認知因子，會使設計師具有創造力的傾向。. 博士論文. 3.

(27) 1.3 研究目的如上所述，不論是以設計認知或是電腦系統的角度而言，創造力的議題尚未被完全定義及瞭解，僅管有大量的研究分別針對設計知識結構、設計策略、及設計媒材等認知角度，來分析專家、風格、及創造力設計師的設計行為；然而不同傾向的設計師，因不同的設計知識、及設計過程及策略、及草圖行為，而形成設計師之間的差異，這些相同及相異的因素，可能是形成創造力設計師的過程中主要的關鍵要素。因此，本論文的研究目的在於，以探討三類的認知因子的角度，來探討生手形成創造力設計師的過程，以及其認知因子上的差異。. 1.4 研究方法及步驟專家、風格、創造力設計師必須具有相當大量的設計專家知識，才有能力產生設計作品(Simon, 1975; Akin, 1990; Anderson, 2000)，三種設計師之間必定存在著共同的特性，也相對地存在一些差異之處；然而設計師會有創造力的行為，和形成設計師的過程有不可分的關係(Simon, 1974)。為了探討本研究的問題，將整個研究的分成以下三個步驟：認知模型的創造力因子分析現今相當多的設計認知研究，從不同的角度探討設計師的行為，例如：設計知識、設計搜尋、草圖行為…等。然而不同的角度的研究，會形成不同的評估因子；因此，本研究的第一部份將先分別以設計知識及結構、設計策略、及草圖行為的認知角度，來分析在現有的設計認知理論，整合出一些認知因子，來做為認知實驗中判定專家、風格、及創造力設計師的因子。生手設計師形成經驗設計師之認知實驗生手設計師經過一段設計的訓練及學習，漸漸會熟悉某些特定的設計問題，進而成為該設計問題的有經驗設計師。因此本階段的實驗分析出由生手設計師轉變成有經驗設計師，以前階段分析出的設計知識、設計過程及策略、及草圖行為等認知因子，來評定生手設計師是否經過多次的實驗後，漸漸成為有經驗設計師。因此本階段的實驗步驟如下： 1. 先前實驗測試：為了掌握一些實驗的因素，例如：在受測者的選擇方面、受測者的草圖能力及專業知識知識、實驗的過程…等，都是本實驗中難以掌控的因素。因此透過先前實驗測試，來確定正式實驗中受測者的選擇及實驗過程，再進行正式實驗。. 博士論文 4.

(28) 2. 正式實驗：經過前階段的先前實驗測試，修改一些受測者及實驗過程上的問題，因此本階段的受測者選擇及實驗步驟修改如下，並開始進行正式實驗。 3. 編碼系統的建立：在分析正式實驗的不同階段，需要不同的編碼系統來分析。本階段以時間為斷句依據，10 秒為一個斷句單位，分析出每一次設計構想的實驗中，設計師發生不同的認知因子的次數，做為判定設計師種類的依據。 4. 實驗結果及探討：從三個角度的認知因子，來分析 10 位受測者的三次實驗，可以看出受測者在三次實驗過程中運用不同認知因子的次數，可以分析出某些受測者可能具備有專家特質，另一些有風格的特質，另一些可能有創造力的特質。因此，決定 3-4 位可能為專家、風格、及創造力傾向的設計師，進一步實驗，來探討形成創造力設計師的過程。形成專家、風格、及創造力的認知實驗經由上一個認知實驗中可以得知，部份的受測者可以從設計主題中獲得設計知識、分析及定義設計問題、解決設計問題，成為此設計主題的有經驗設計師。在 Simon 一系列的研究提到(Simon, 1966, 1975, 1999)，形成具有創造力的設計師，必須經過三個階段：從生手，專家，到有創造力的設計師，因此以時間的軸向來看，設計師會因設計知識、或設計策略、或是草圖行為上的改變，分別形成不同的三種設計師(專家、風格、及創造力設計師)。因此，本階段的步驟如下： 1. 實驗目的及步驟：在本階段的認知實驗目的，將基於 Gruber (1989)所提的設計師發展的角度，以前一階段的設計專家再繼續進行實驗，使受測者漸漸形成三種不同傾向的設計師，來分析他們在三類認知因子上的改變以及異同性。 2. 分析方法及編碼系統：本階段是以前面所提之創造力認知因子，來分析受測者在產生全新的設計構想時，在設計知識與結構、設計策略、及草圖行為上的變化。因此在口語分析方法的選擇上採用仍採用“放聲思考”的口語分析法，以此方法除了可以分析受測者在設計知識上的轉變之外，同時可以分析受測者在身體動作、對草圖的感知、及機能上或是概念上的認知活動。 3. 實驗結果及探討：三種設計師(專家、風格、創造力設計師)除了在設計知識及結構有不同的創造力因子外，在設計策略及草圖行為也會有不同的創造力因子。經由此階段來分析設計知識及結構、設計策略、及使用草圖的行為，將可以分析出設計師如何形成不同傾向的設計師。在論文的最後則針對本研究提出的問題，及並論文的結論加以說明，同時也提出本研究的限制、可能的後續研究、以及研究貢獻。. 博士論文. 5.

(29) 博士論文 6.

(30) 第二章. 先前研究. 在設計認知的研究中，大略可區分成三大類：設計知識、設計過程及策略、及草圖行為，本研究試著以這三類的角度，來探討專家、風格、及創造力設計師在設計過程或行為中，產生的三種不同形態的認知活動及設計行為。因此先分別針對三類相關的認知研究加以分析及整理，同時比較不同形態的設計師之間的差異。. 2.1 設計知識在心理學的研究中發現，人們會運用過去相關的知識來解決目前所面對的問題，也就是一個能解決問題的人，必須擁有大量的知識及經驗，來幫助他呈現及發現有意義的問題，並產生決解問題的架構，進而以一定的方式來解決類似的問題 (Medin, Ross, and Markman, 2001)。在設計的領域中也有類似的情形，設計師會以相關的設計知識及經驗，解決面臨的設計問題；然而設計師必須具備多少設計的專家知識，要有什麼樣的知識結構，要經過多少時間的經驗累積，及什麼樣的解決問題過程，才能成為一個可解決某一特定設計問題的專家設計師。早期探討專家行為的研究，都是分析西洋棋專家的下棋行為(A. de Groot, 1965; Simon and Gilmartin, 1973)，如何使一個生手轉變成一位專家，長久以來都一直從不同角度來爭論的議題，從專家知識的量而言，Simon (1974)指出任一領域的專家所擁有的專家知識大約是 25,000 到 100,000 的記憶單位 (chunks)，這個記憶的數量相當於一個成年人所使用之母語字彙的數量。然而，人們的記憶系統會將相關的知識組織同單一個知識單位，A. de Groot (1965)在他的研究中發現，西洋棋的專家會以 4 個或 5 個棋子位置的相關性，來建立一些棋譜，他不會記憶單一棋子的位置，而是記憶那些棋譜；但如果以隨機的方式來排列棋子，專家和生手之間就沒有太大的差異。因此 Simon and Gilmartin (1973)更精確地估計西洋棋大師必須擁有超過 50,000 不同格局的棋譜，才能在下西洋棋的過程中有較好的表現；然而西洋棋的專家所擁有的獨特記憶能力，只能用來記憶他們西洋棋中解決問題的專家知識(Anderson, 2000)。除了擁有的大量的專家知識外，也要經過 10 年不斷的磨練，一個生手將會成為一個特定領域的專家，這些專家會有優於一般人的特質(Simon, 1999; Ericsson et al., 1993; Gardner, 1993)。. 博士論文. 7.

(31) 2.1.1 設計的專家知識相同領域中的相關專家知識如何使他們變成專家？在長期記憶中的知識和專家卓越的表現必定存在著一些特定的關係。以西洋棋而言，一個記憶單位的專家知識－棋譜，包含了一步棋的狀態及接下來連續的幾步；因此，西洋棋專家只有效率地分辨目前所面臨的狀態，運用不同的專家知識來解決目前的棋局，專家不需要花太多大腦的資源來想下一步要如何走，因此在西洋淇專家的長期記憶裏，相關的專家知識有二大好處：可避免錯誤發生，及可使專家把主要的大腦資源用於從不同的角度或是運用其他的策略來解決問題(Anderson, 2000)。在設計的領域中，設計師的專家知識和專家的設計行為也有相同的關係，Akin (1990) 也提出，擁有較多建築知識或較富有經驗的設計師，會運用這些設計知識，可以立即考量新的設計情境，並快速地針對關鍵性的議題加以探討。設計的專家不但具備辨別設計狀態的能力，及在記憶中找尋關於設計問題的資訊，還能適當地可以解決設計的狀態(Simon, 1999)；因此專家所具備的基本能力包括了－辨別設計狀態的能力、聯想相關的知識、及解決目前所面臨的問題。 Akin (1990)提出了三種設計師的認知能力：圖形辨識(recognition)、問題的重建 (problem restructuring)、及程序性的知識(procedural knowledge)。在圖形辨識的能力中，西洋棋的大師應用有效率的視覺或是圖形的辨識記憶，來呈現較抽象的西洋棋格局。這種超人的辨識能力，可過濾多餘無意義，及不相關的資訊，並提供專家一個較窄及較清楚的搜尋解決方案的空間。在問題重建的過程，Akin (1988) 指出專家設計會多次地透過修改最初的設計限制來重建設計問題，同時定義了正確的設計問題後，也決定瞭解決方案。在第三種，也是最重要的能力，是指專家的程式性的知識。專家從存在記憶中過去的設計經驗，學習到連續的設計行為，來解決面臨的設計問題。這樣的現象顯示專家所獲取到的專家知識包含了從宣告性的知識(declarative knowledge)轉換成程式性的知識(procedural knowledge) (Akin, 1990; Anderson, 1982, 2000)。舉例來說，在 Anderson (1982) 的研究中指出，學生會將宣告性的知識，如即定的公理，轉換成程式性的知識。這樣轉換的過程稱為「知識程式化(proceduralization)」。這種程式化知識有二個不同的目的：使有效率地應用知識來解決問題，及在一定選擇的自由度下，可以產生解決問題的個人風格。對前者而言，可快速地解決定義良好(well-defined)的問題；而後者則可選擇出一些滿足設計限制的方案，來解決定義(ill-defined)不良的問題(Akin, 1990)。設計專家的程式化知識是由宣告性的知識轉變而來的(Akin, 1990; Anderson, 1982, 2000)，有相當多的研究提出轉變成「程式化知識」的過程，包含了三個階段－認知階段、聯結階段、及自動化的階段(Fitts and Posner, 1967; Anderson, 1982; Medin, Ross, Markman, 2001)。第一個階段－認知階段，人們對所面臨到的事物加以編碼，而獲得宣告性的知識(declarative knowledge)，再用這些宣告性的知識來解決問題。第二個階段－聯結階段，一些對於之前所誤解的宣告性知識加以修改或去除，同時將一些宣告性知識聯結成程式性的知識，取代一些宣告性知識，以得到較好的效率。在此階段二種形態的知識同時存在，但是程式性的知識決定了表現出來的博士論文 8.

(32) 效能。第三個階段－自動化的階段，為了處理更複雜狀況並且能更快解決，程式性的知識將會變得更自動化也更快速，但只需要較少的大腦資源來處理。這需要不斷的練習才能進步，同時也成為專家長期記憶中主要的知識。在設計知識的分類而言，Chan (1993)提出了設計師的設計知識必須包含二大類：定義問題的知識，及設計過程的知識。定義問題的知識主要用來決定設計中所包含的設計知識－業主的背景及意圖、建築的形式，設計議題、基地的資訊，及空間的需求。這些設計的知識通常都呈現在設計的簡報中，同時可以來定義一個設計問題。設計過程的知識包含－設計限制、設計目標、搜尋的方法、及自行預定的解決方案。除此之外，Crismond (2001)也將設計的知識分成三類的知識－操作及程式性知識 (operational and procedural knowledge) 、概念上的知識 (conceptual knowledge)、及分析問題的知識(problem-state knowledge)。相較於設計專家而言，生手有較破碎且較沒有結構性的設計知識；而專家有較豐富的設計知識，同時三者之間也有較多的相互連結。 2.1.2 設計的風格知識一般而言，設計的風格可以從四的角度來辨別－個人風格(individual style)：在一位元設計師產生的作品中存在著一些可識別的特徵；群體風格(group style)：在一群設計師的作品中存在著一些的特徵；地區性的風格(regional style)：從一個區域的設計作品中存在著一些的特徵；時代性的風格(period style)：同一個時代的作品所具有的特徵。在早期是以藝術的角度來研究風格，Ackerman (1963) 提出藝術的風格可由三個角度來定義：傳統手法的造形及圖像、材質、及技法；但 Schapiro (1961) 提出另外三種角度來描述風格：元素或目的、元素之間的關係、元素的品質也就是產生元素的過程。在建築設計的領域中，Simon (1975) 提出構成一個風格元素有三個主要的來源：作品的特徵、製造作品的過程、及設計的過程，他指出風格不但可以從作品物件的特徵來辨別，同時還可以從不同的設計過程來區別。Chan (1992) 也提出相同的觀點，風格的形成是來自於產生特徵的過程，或是有重複性的過程，或是在重複性的特徵中有相同的結構。不同的研究領域會以不同的觀點來探討風格的形成，本研究將整合相關的風格研究，將以下列三個角度來分析風格的形成：風格的特徵元素、元素之間的關係、及製造及設計的過程；但本節將只針對前二者來分析，而形成風格的製造及設計過程，將留待 2.2 節的設計策略中再行分析。針對設計風格的元素而言，一些研究以重複地可被識別的特徵元素來描述風格， Chan (1992) 提出一個風格的浮現是在設計師產生的作品中，發現一組可被重複地識別的特徵。例如 Schapiro (1961, page 81) 所說的「風格是指在個人或是群體的藝術作品中，所發現固定不變的形體(固定的元素、品質、及符號)」。這些定義有一個共同點，就是人造的的作品可以重複且可被識別的特徵或是形體來分類。具特徵的物件是作品的一部份，相對而言作品可被視為特徵的集合物；而在此的特徵博士論文. 9.

(33) 是包含了許多具有意義的圖案(細部的手法)、實質的形體(材料及手法)、或是其他特徵(紋理及顏色)；進一步而言，這些有意義的特徵包含了形體之間的功能及幾何關係。以風格元素之間的關係而言，Smithies (1981)提到風格是經由一定的結構、元素、及呈現方式所組成的一個可被辨識的形體，以知識結構的角度而言，畫家在他們的腦裏有一定的知識結構(schemata)，這個結構是來自對於物體的概念，而且是由知覺所產生的，例如：畫家在呈現山的過程中，他們會觀察許多山，然後漸漸地學習如何來形成一個抽象概念的山，這個抽象的概念是由知覺所產生的架構。這樣架構性的組合被認為是藝術家的圖案集，畫家開始繪畫時，先畫出一個架構，然後不斷地修改、連貫整體、及再修改它，直到繪出畫家心中所想像的圖形，因此藝術家是基於他們大腦中所形成，或理解的架構來詮釋這個世界。以視覺心理學的角度而言，這種結構性的概念是決定於人們看圖形的視覺行為，人們看圖形的過程中，會把完整的圖形分成較小的圖形，對看的人而言，這些小圖形在人們的記憶中是有意義的，同時必須是可用語言來描述，並且分解成結構性的敘述 (structural descriptions)(Reed, 1974; Kosslyn, 1973)。 Simon (1975)提出設計師所搜尋的問題空間，並非是一個整體的設計空間，而是由設計元素及部分已完成的設計所形成的問題空間，這些設計元素所呈現出來的是形成一個設計師的設計風格所需要的基本元素。例如：一位畫家會選擇一些元素做為個人風格的基礎，而其餘的部份則較忽略或是不強調。因此，具有設計風格的設計師主要的能力，是在於能結合曾經在以前作品中所使用的設計特徵，產生解決方案來解決目前所面臨的問題。這種特殊的設計能力，是在由這些設計特徵所組成的問題空間中尋找解決方案，而不是重新產生基本的物件來解決。 2.1.3 設計的創造力知識在認知心理學的領域中，許多研究已經指出所謂有創造力的個人應具備的能力， Guilford (1968)指出創造力的認知行為是一個很獨特的過程，包含二個主要的認知過程：發散構思的能力 (divergent production abilities) ，及轉換構想的能力 (transformation abilities)。發散構思的能力在創造力的過程中是相當重要的，Guilford 認為發散構思的能力是具有多樣性，設計師可以對一個設計問題產生多樣的解決方案，或是能對一個字產生許多的聯想，也就是說發散的思考是指設計師從不同的方向來進行思考設計問題。Guilford 對於發散思考下定義：「發散思考的能力是指人們在長期記憶中搜尋可以滿足一些特定條件的解決方案(Guilford, 1968, p. 105)」，一個廣大的搜尋空間及自由無限的搜尋能力，可以增加發散思考的產生，這樣發散思考的能力尤其是對於 Wallas 所提出的創造力過程中的熟慮期 (incubation) 更是重要(Wallas, 1926)。Guilford 所提的第二種能力是轉換構想能力，這種能力是將已知的知識轉換或是修改後，放入新的問題環境，在此過程中最重要的是有彈性的辨識及突破舊有的組合，設計師將會重新排序、重新定義、或是. 博士論文 10.

(34) 重新詮釋他們所知道的知識，以不同於一般的方法，產生新的方案來解決問題。除此之外，Sternberg and Davidson (1982)也提出了三種創造力過程中的認知行為。選擇性的編碼(Selective encoding)－在不相關的資訊中區別出相關可用的資訊；選擇性的組合(Selective combination)－整合獨立且無關係的資訊；選擇性的比較 (Selective comparison)－將新的資訊和舊有的資訊加以比較整合。這三種知識形成了創造力過程中的的洞察階段(insights)，或許我們可以推測發散性的思考及轉換構想的能力，是來自於這三種基本的機制所形成的洞察能力。在創造力的相關研究中，早期都只是針對個人的創造力行為，進行探討及分析 (Guilford, 1968; Wallas, 1926; Sternberg and Davidson, 1982)，以個人創造力的角度而言，除了上述的基本機制及其所形成的能力外，一個具有創造力的個人必需具備三種基本的知識：第一種是要具有相當大量的專業領域中的知識；第二種則是要具有結合構想的知識；最後，要有相關的知識來評判自己的構想是否可以進一步發展(Csikszentmihalyi, 1996)。此外，Akin 則指出創造力的行為是發生在形成專家的過程中，也就是當宣告性的設計知識逐漸轉換成程式性知識的過程中，因此 Akin(1990)也以音樂領域為例，如果 Tchaikovsky 和 Mozart 沒有音樂的專家知識，他們也就沒有能力來創造出音樂作品。個人創造力的發生是由一系列的階段所產生的(Wallas, 1926; Weisberg, 1986; Csikszentmihalyi, 1996)。簡而言之，Weisberg (1986) 指出在此過程中，人們會不斷地修改之前的設計構想，最後找到解決方案。而 Wallas (1926)則提出四個形成創造力的階段：準備階段(preparation)、籌劃階段(incubation)、啟發階段(illumination)、及確認階段(verification)，經由這四個階段的順序，最後會產生有創造力的方案；然而這四個階段並非依照一定的順序發生的，而是會反覆地產生，而且階段之間轉移的能力，在整個創造力的過程中是最重要的能力。進一步而言， Csikszentmihalyi (1996) 增加了第五個階段－精心製作(elaboration)，除了前面所提的四個階段，有創造力的設計師同時要花最多的時間及最大的心力，才能形成有創造力的作品。如同 Edison 所說的，創造力是包含了 1%的靈感(inspiration)及 99% 付出的汗水(perspiration)。近年來除了個人的創造力的研究外，有另一些研究則是針對社會文化的創造力來探討(Csikszentmihalyi, 1996; Liu, 2000)。設計師沒有專業領域中基本的知識，便無法產生有個人創造力的作品；儘管學習到了一些設計的基本知識及原則，其產生的作品如沒有受到該領域的認定及承認為具有創造力時，也不能稱為是一位有創造力的設計師。以藝術家為例，一個畫家所產生的作品，沒有受到其他藝術家和藝術評論家的認定，其產生的作品不能稱是有創造力，直到受到社會上他人的評定為有創造力為止(Csikszentmihalyi, 1996)。因此，創造力的產生不是在個人的大腦裏，而是個人的思考、領域的專業知識、及社會文化背景的互動之下所產生的(圖 2.1)。. 博士論文 11.

(35) 圖 2.1 社會文化層次的創造力(摘自 Csikszentmihalyi, 1996). 2.1.4 設計知識的比較以設計的領域中，不論是專家、風格、及創造力的設計師，都必備具有解決設計問題的能力，因此從以問題解決理論(problem-solving theory)的角度，三者都必須具備辨別設計狀態的能力，及在記憶中找尋關於設計問題的資訊，還適當地可以解決設計問題；因此這三種設計師的基本能力包括了－辨別設計狀態的能力、聯想相關的知識、及解決目前所面臨的問題。一個設計作品，包含了基本的元素、元素之間的關係、及設計的過程，如果在設計師一系列的作品發現一組可被重複地識別的特徵，因此這些特徵的物件就是設計師儲存在長期記憶中的專家知識，此設計師也就被認定為具有風格的設計師 (Chan, 1992)。而以風格元素之間的關係而言，除了元素本身之外，風格是經由一定的結構及呈現方式所組成的一個可被辨識的形體(Smithies, 1981)。以另一個角度來看設計過程，Simon (1975)所提出設計師所搜尋的問題空間，並非是一個整體的設計空間，而是由設計元素及部分已完成的設計所形成的問題空間，具有設計風格的設計師主要的知識，先要有基本設計元素的知識，加上結合這些設計元素的知識，及最後產生解決方案來解決問題。因此風格設計師的設計能力，是在由這些設計元素所組成的問題空間中尋找解決方案，而不是重新產生基本的物件來解決。相對於具有創造力設計師的能力而言，Guilford (1968) 指出創造力的認知行為包含二個主要的認知過程：發散構思的能力及轉換構想的能力。發散的思考能力是指設計師從不同的方向來進行思考設計問題，也就是說設計師除了在設計元素或是部份已完成的設計所形成的問題空間中，來搜尋解決方案形成有風格的設計師外(Simon, 1975)，一個有創造力的設計師，則必須能使搜尋的空間更廣大，且更自由地搜尋，以增加發散思考的產生，這樣發散思考的能力，在創造力過程中的熟慮期(incubation)為重要(Wallas, 1926)。另一個認知行為則是轉換構想的能力，這種能力是將發散思考後的知識轉換，或是修改成可解決新問題的知識，在此過程博士論文 12.

(36) 中最重要的是有彈性的辨識及突破舊有的組合，設計師將會重新排序、重新定義、或是重新詮釋他們所知道的知識，以不同於一般的方法，產生新的方案來解決問題。以設計過程的角度來分析三種設計師，不論專家、風格、及創造力的設計師，都具備了定義問題的知識及設計過程的知識(Chan, 1993)，然而專家及風格設計師的差異可能在於設計過程中，是否有用相同特徵的設計元素，來形成解決設計問題。而創造力設計師和專家及風格設計師的差異在於，可能是在定義問題及設計過程中，是否具有結合其他構想的知識、及評判自己構想的知識(Csikszentmihalyi, 1996)；此外，如要成為有社會文化的創造力，還必須具備瞭解社會文化背景的知識，才能成有社會文化創造力的設計師(Csikszentmihalyi, 1996; Liu, 2000)。另外， Crismond (2001) 也將設計知識分成三類－操作及程序性知識 (operational and procedural knowledge)、概念上的知識(conceptual knowledge)、及分析問題的知識 (problem-state knowledge)。不論是專家、風格、及創造力的設計師，這三種設計師的知識都已經被程序化，這種「知識程序化(proceduralization)」的轉換過程，使得三種設計師均能有效率地應用設計知識來解決問題，及在一定選擇的自由度下，可以產生解決問題的個人風格；但三種設計知識相互連結的情形，可能決定了設計師表現出來的特質，決定了是那一類的設計師。在 Simon 一系列的研究提到，形成一個有創造力的設計師，必須經過三個階段：從生手，專家，到有創造力的設計師(圖 2.2)，在生手階段的設計師必須學習基本的設計知識，及累積不同的設計經驗，直到擁有約 50,000 個設計相關的知識，以及經過十年的經驗累積，才會形成設計的專家；然而，如要形成一個有創造力的設計師，則此設計專家必須具備下列的條件：運氣(luck)、堅持的態度(persistence)、及優越的自發能力(superior heuristics)。. Novice. Expert. Creative. 圖 2.2 Simon 的形成創造力的過程. 相對而言，Gardner (1993)提出了另外一個觀點，他指出個人創造力的產生，是發生在形成專家過程中的早期(圖 2.3)。他同時舉例年輕的音樂家，通常是以重新編寫一首曲子，來展現自己的天賦或創造力。儘管這些幸運的音樂家是從老師或是同輩所獲得的靈感，然而這種大膽的嘗試，仍被視為一種不順從的行為。. 博士論文 13.

(37) Expert. Novice. Creative. 圖 2.3 Gardner 形成創造力的過程. 基於現今設計知識的相關研究，無法明確地分析專家、風格、及創造力設計師，在設計知識及結構上的差異，更無法得知一個有創造力設計師的形成過程；因此本研究將會以設計知識及結構的角度，結合上述之相關理論，區別出三種設計師的差異，以釐清形成創造力設計師的過程。. 2.2 設計的過程及策略在 Simon (1966) 提出了設計是一種解決問題的過程後，有大量的研究試著從解決問題的過程及設計策略來探討生手及專家設計師之間的差異。一些的研究指出尋搜的策略和所學習的經驗之間，有很密切的關係 (Simon, 1975; Anderson et al., 1981; Anderson, 1990; Larkin, 1981)。在當設計師面對如此廣大的搜尋空間時，專家設計師如何比生手更有效率且更精準地找到解決方案？ 2.2.1 設計專家的過程及策略在設計的搜尋策略中，Larkin (1981)指出生手在解決問題的過程中，會採較沒有系統的原則，並且以目標為導向(goal-driven)的搜尋模式，也就是所謂的「後推式的搜尋策略(working-backward search strategy)」；相較於專家而言，專家會從初始的狀態開始，採用資料導向(data-driven)的搜尋模式，也就是「前推式的搜尋策略 (working- forward search strategy)」。Ho (2001)進一步指出當一位生手要變成一位專家時，其解決問題的搜尋策略會從「後推式」轉換到「前推式」的策略。除此之外，Anderson (1983)指出生手試圖以宣告式的知識運用深度優先(depth-first)的搜尋模式來解決問題；而專家會以程式性的知識，以廣度優先(breadth-first)的搜尋模式，來建構出整個搜尋空間，再來解決問題。此外 Lloyd and Scott (1994)先從工程設計的角度瞭解經驗較少的設計師，會傾向用整體的策略(global strategies)來分解並重組設計問題；而設計專家，則會用局部的策略(localized strategies)來解決問題。他們進一步以建築設計的角度，發現類似的現象(Lloyd and Scott, 1995)。另一個專家設計師常使用的搜尋策略－啟發性搜尋(heuristics search)，專家會用強大啟發性的能力，用較少的搜尋時間及資源，來產生適當的方案，或是以相同的博士論文 14.

(38) 搜尋時間及資源，產生比生手更好的方案(Simon, 1966)。以西洋棋為例，A. de Groot (1965) 比較西洋棋大師及一般棋手在比賽中，產生一步好棋的搜尋模式，他發現相較於其他的棋手而言，大師不用太多的搜尋時間，只要靠著超人的啟發性的選擇能力，就能在樹狀結構的知識中，找到更有效且更相關的知識。 Simon (1966)從問題解決理論(problem-solving theory)的角度，指出專家擁有的一些特質，例如：專家在思考的過程會有層級性的組織，及序列執行的知識處理過程，在此過程中專家會以大量啟發式(heuristic)的「嘗試錯誤法(trial-and-error)」搜尋方式，來做為選擇解決方案的方法。他再進一步指出，在以嘗試錯誤法來解決設計問題的過程包含了二個子過程：第一個子過程為不斷地「產生」可能的解決方案，或是解決方案的元素；第二個子過程是「測試」是否這些解決方案能滿足某些設計限制。在所「產生」的解決方案，保證能滿足不同設計階段的限制；而「測試」的過程，則保證違反其他限制的方案，在尋搜的過程中將會被去除或是修改(Simon, 1975)。設計限制是用來定義一個設計問題，但設計限制本身並無相當大的限制性來指向某一特定的解決方案，因此一個解決方案的產生，必須要滿足所有設計的限制。在這種產生及測試的搜尋過程中，包含了決定問題(problem-determined)及自動化 (autonomous)的元素，Simon (1975)提出一個設計專家產生設計的過程將決定於下列三個因素：依照一定的次序來考量設計元素，因此在這種由搜尋次序來決定方案的過程中，此搜尋次序將決定不同的風格；第二種自主性的元素為預期的解決方案，設計師重複地在不同的環境下，會對於一些子問題有預期的解決方案，這種預期的方案，會使設計師較密集地來處理問題，也可減少搜尋的努力，同時預期的方案，也將會成為一種風格的特質。第三種的自動化的元素，是設計中的產生自主性限制，這是屬於較高期望的特質，如果一個設計專家來服務一般的業主，業主將會指望專家可以同時考量到業主所有的需求，因此這種特質在實際設計的過程中是相當重要的，但是無法再進一步地預測業主的想法。 2.2.2 設計風格的過程及策略風格的定義可以從三個角度來探討：風格的特徵元素、元素之間的關係、及製造及設計的過程，前二個已經在 2.1 節討論過了，本章節將針對製造及設計的過程來討論風格。許多研究都指出產生作品的過程可以視為一種風格，Sparshott (1965) 為風格下了定義－風格是一種產生作品的方法，後來 Gombrich 定義「風格是任何特殊的方式，來執行一種動作，或是產生作品(1968, page 352)」，Simon 對風格也提出相同的定義，一個風格是指從許多替代的方法中，產生一些特定的做事方法 (Simon, 1975)。除此之外，Meyer 更進一步定義風格，「風格是一種在人類行為複製的過程中，或是在人類產生物品的複製過程中，基於某些限制之下，經由一系列的選擇所產生的結果(1979, page 3)」。一個行為過程包含了許多子過程，彼此有共同的資訊或是知識，而在單獨的子過程中，也有該過程的特定資訊，而設計的博士論文 15.

(39) 過程便是許多這種過程的組合。 Schapiro (1961)提出以不同的方式來組合元素，可從元素之間的關係推論出不同的設計過程，進而來定義不同的風格。例如，我們看到一棟有對稱立面的建築物，我們可以合理地確定建築立面的產生是在設計過程中的早期階段；相反地，一些立面不對稱的建築物，我們可以推測這些不對稱的立面是為了迎合內部空間上的需求而產生的。以設計的搜尋策略而言，有三種基本的因素決定了設計的風格：設計的限制(design constraints)、選擇的決定(making choices)、及搜尋的順序(search order)。在建築設計中，經由設計限制所限定出可以選擇的範圍時，已經決定了在設計問題中可能的解決方案(Simon, 1975)。設計限制是指可以滿足一個設計單元，或是一組設計單元，如果設計限制是關於設計細部的一個設計單元，則是所謂的局部的設計限制 (local constraint)；但如果是指一組設計單元，則稱為整體的設計限制。設計限制可用一個架構(schemata)來呈現，而這個架構是在人工智慧領域中一種知識呈現的方式，在這種呈現方式中，設計原則是包含在每一個子架構(schema)中，因此用這種方式來呈現設計限制及設計知識的優勢，可以提供一個機制來探討憑經驗的設計原則；相對地不同的設計限制也會形成不同的設計風格。第二個影響風格的因素是用設計限制來選擇解決方案，Rapoport (1969) 指出了設計限制和可選擇方案之間的關係，他舉例房屋的外形可以從一些現今存在的形體中來決定，如果現存的可能性很大，則可以選擇的空間也很大，因為用了較少的設計限制，所以標準也較低；但如果有新的建築技術產生了，整個選擇的空間也隨之闊增。依循此概念，Akin (1986) 進一步指出，風格的形成是用來減少替選方案的考量，他指出儘管設計問題是在設計限制之下所形成的，但其可能的替選方案仍是相當廣大的；因此，設計師基於設計風格的選擇之下，會減少可以選擇的數量，而產生可接受的解決方案。第三因素是搜尋的順序，Simon (1975) 提出了設計師是一組順序來決定設計的元素，或是設計的限制，從那開始而到那裏結束。因為設計是一個不斷滿足設計需求的過程，第一個被考量的元素會滿足一些設計限制，而產生第一個可能的解決方案；任何一個可能的方案將會斷續考量，基於前一個方案，產生滿足另一些限制的方案。因此，這樣產生可能方案的過程，將形成一個影響風格的主要因素，甚至會影響整個形體。這種搜尋的順序也被類比成一種設計思考的過程。 2.2.3 設計創造力的的過程及策略在藝術領域的創造力研究，不但全心投入作品形式的探索，同時也針對創造力的過程來探討，以個人創造力而言，Sparshott (1965) 認為創造力的過程是被定義為任何產生藝術作品的過程。以資訊處理理論的角度，Simon (1966)提出處理過程中包含了熟悉化(familiarization)及選擇性遺忘(selective forgetting)的二個現象。熟悉化 (familiarization)－如 George Miller 所指出，短期記憶體(short-term-memory, STM) 博士論文 16.

(40) 是相當有限的，其數量只有 7 正負 2 個記憶單位，一個記憶單位(chunk)可以是一個單一的知識或是物體，但也可以是一組聯結到長期記憶(long-term-memory, LTM) 的相關資訊，因此在此所指的熟悉化是指，由 STM 的記憶單元聯結到 LTM 中相關資訊的現象。如果有一些新的複雜形體已經被熟悉化了，他們在資訊處理的過程中就會被編成同一個記憶單元。如同 Akin (1990)的觀點，西洋棋大師會產生較抽象的知識單元來呈現棋位，讓他們可以從整個棋局中記憶較多的資訊，同時也可以減少搜尋的空間。選擇性遺忘(selective forgetting)－則是指在搜尋的樹狀結構中，人們的意識會以正常的方式來執行解決問題的過程，但是人們會無意識地在廣大的搜尋空間中，隨機地尋找解決方案，進而形成不預期的創造力。 Simon 提出整個創造力的過程，不單單只是以新奇、異於尋常、持久性、及具爭論性的角度探討問題的形成；並且探索及檢驗更多的替選方案，從中發現具有創造力的解決方案(Simon, 1999)。Weisberg (1986)則認為創造力是另一種解決問題的形式，主要是在於人們對於一個問題狀態的理解程度，他強調問題解決的過程是循序漸進地，很少有跳躍性的觀點或是看法。因此新奇的作品產生是在局部記憶知識中搜尋的結果，這種循序漸進地解決問題的過程，可同時在自然科學及藝術行為中得到證實。除此之外，Cross (1999) 也指出創造力的設計行為是在發現新奇的構想，一個有創造力的設計師認為，設計的問題空間不單只是用來描述一個特定的解決方案，或是在空間尋找方案，對他而言問題空間只是他用來探索及發現新構想的未知領域中的一小部份。 Lawson (1979)將產生創造力的策略分成二種：定義問題導向(problem focused)及解決方案導向(solution focused)，並指出以設計問題而言，在解決方案導向策略中所產生的方案較具獨特性，因此解決方案導向的策略將會是設計行為中主要的策略。Kruger and Cross (2001)進一步將設計策略分成四種導向，分別來探討四種策略對於創造力的影響，這四種設計策略分別為：問題導向(problem driven)、資訊導向(information driven)、解決方案導向(solution driven)、及知識導向(knowledge driven)。問題導向的設計策略是著重在問題本身，因此所使用資訊及知識僅僅可用來解決問題；資訊導向的設計策略，則是在於大量地收集相關的資訊，基於這些資訊來產生一個方案；解決方案導向的設計策略，則是著重於產生解決方案的過程，同時會收集相關的資訊來發展方案，相較而言會花較少的時間來定義問題，甚至會重新定義問題來符合已產生的解決方案；知識導向的設計策略，則是使用個人的高度結構化的知識，來產生解決方案。在他們的研究中發現，使用解決方案導向策略的設計師，在創造力的得分較高；而使用問題導向策略的設計師，則在解決方案的品質及創造力上，都有不錯的表現。在創造力的過程中， Suwa 和 Tversky (2001) 提出積極的感知 (constructive perception)是一種重要的認知互動來產生新的構想，積極的感知是指設計師對於外在的呈現具有自我察覺(self-awareness)的能力，這種能力可使設計師以積極的態度來重組對外在的感知。當設計師形成一種詮釋時，他很難再察覺到另一種詮釋，博士論文 17.

(41) 這就是所謂的“定形效應(the fixation effect)”(Howard-Jones, 1998)。設計師和學生之間的差異就是在於，設計師會以較積極的感知能力，形成具有高度產生新詮釋的能力，也就是有較低的“定形效應”，這種積極感知能力的成果是來自設計師過去二種相關的經驗，第一種是建構、修改、及詮釋草圖的經驗；第二種則是針對不同的設計目標產生設計的經驗(Suwa and Tversky, 2001)。除此之外，Bonnardel and Marmeche (2001)也提出在喚起的過程(analogy-making)，包含了使用不同的來源來喚起創造力行為的靈感，來開啟了新構想的探索空間。這種喚起的過程會被二個主要的因素所影響：設計師的專業程度，及所提供可能的刺激靈感的來源，當設計師想要以創新的構想來解決新的問題時，他們會被來自非他們專業領域的類似的事物所刺激，來產生創新的構想；專家設計師在不同領域的刺激來源環境中，產生較多的構想；而生手則不影響。 Srazalecki (2000)提出的創造力模型是一種較高層的結構，從不同的認知心理學的角度來綜合分析，創造力是一種風格的模型。以傳統的定義而言，風格被定義成上層的結構，包含了許多認知的操作過程，而且不同的個體在認知、知覺、及個人特質上都會有不同之處。多向度本質的風格也有類似的概念，因此提出了創造力是一種風格模型的概念(圖 2.4)。此創造力的模型是層級性的結構，創造力是最上層的結構，分別由較低的三層所組成，包括認知 (cognitive) 、個人特質 (personality)、及價值領域(axiological domains)，這三種較低層的結構被依續地呈現著，此模型可以從垂直及水平的向度來探討之間關係，依著上到下(top-down)的方向，反映著創造力是一種複雜且多向度的概念，依下到上(down-top)的方向，則是透過綜合不同的關於創造力人們的行為及機能上的機制的心理學資料所產生。在此模型的第二層中，在認知的領域(cognitive domain)包含著獨創性(Originality), 彈性(Flexibility), 流暢(Fluency), 及視覺化(Visualization)，在個人特質的領域中，包含了不墨守成規的(nonconformism), 強大自我意識(strength of Ego)，自然發生及表現(Spontaneity and Expression)，在價值領域中則包含了自我的領悟(self-Realization) 和自主的積極(Autonomous motivation)。第三層中，由上述第二層的結構所綜合出較整體的結構：彈性有獨創性及流暢的認知過程(flexibility, originality, and fluency of cognitive processes)，自由且有獨創性的個人特質(freedom and originality of personal expression)，及主動的值價系統(Autonomy of axiologic system)，在最上層則是創造力是一種風格的模型(creativity as a style)。創造力的主要行為是發生在較高層的“彈性有獨創性及流暢的認知過程”，此過程表示了在搜尋的過程中獲得不同概念來產巧妙的解決方案，並解放定形的限制，使用差異相當遠的不同領域來打開應用的可能性，這樣的認知系統可以被解釋為是產生創造力的智力機制。此認知系統還連接到“自由且有獨創性的個人特質”，被視為個人特質系統，此系統以透過自我意識的機能來表示強弱，它的強度、彈性、本質的自主性(intrinsic autonomy)，內在限制的缺乏及開闊的新經驗，這種經驗的擴展性增加了重建及轉換真實的可能性，由於可以感受內在的效果，增加了自我評估(self-evaluation)及自我接受(self-acceptance)的層級，這種在心理的博士論文 18.

(42) 思考上探討創造力有相當長久的傳統。而“主動的值價系統”指的是個人的價值觀，允許個體發揮不墨守成規的態度，形成本質上的行為，因而達到較不相關的目標。這種主動價值的強度是創造力的最後一個條件，此價值的概念及其角度，在人類的行為中有相當久遠的歷史，特別是在科學、設計、商業、及藝術的領域。然而較精確的心理思考上，對於創造力有較大的影響是在於個人道德發展的階段。因此自我的價值系統具有力量來產生創造性及持久性的動機，此動機會導致於產生足以滿足真實及社會的評判標準，因此可被認定為創造力。. 圖 2.4 創造力是一種風格的模型(摘自 Srazalecki, 2000). 除此之外，Schmid (1996)指出現今的創造力過程的心理模型都基於不同行為的觀察，只有指出創造力過程的不同階段，並沒有基於訊息處理過程的理論，來探討創造力，因此他們的研究都只有提出創造力系統需求，並沒有提出這些需求要如何被執行。因此 Schmid 提出了一個強調訊息處理的創造力過程，採用創造力的訊息處理模型(information processing model of creativity, IPC)(圖 2.5)，但著重於知識的組識及操控創造力的過程，進而使 AI 系統也可以試著產生創造力的作品。然而，發展 IPC 模型的目的不是在為了創造力系統所發展出的架構，而是藉由高度的創造力，來提升 AI 系統的創造力，然而 IPC 模型並未被實際應用成電腦系統，它只可以說是一種創造力行為的模型。在認知心理學中，創造力被視為是一種解決問題的形式，然而和原本的解決問題有許多不同的特質，如一開始時要解決的問題是定義不良，辨別問題可以被認為是創造力過程的一部份，在創造力過程中的資訊處理模型是來描述解決的過程。因此 IPC 模型就像是人們解決問題的模式，包含了操作(operators)，記憶(memory)，博士論文 19.

(43) 及控制(control)。此模型是基於心理學中創造力的階段性模型(Wallas, 1926)：準備階段(preparation)、籌劃階段(incubation)、啟發階段(illumination)、及確認階段 (verification)，但是把籌劃階段及啟發階段結合成籌劃階段，同時 IPC 模型有三個假設條件：智力是創造力的先決條件；創造力並非是單一的能力，而是不同能力產生互動而形成的；籌劃階段是主要發現創造力的過程(Schmid, 1996)。. 圖 2.5 創造力的訊息處理模型(摘自 Schmid, 1996). 2.2.4 設計過程及策略的比較不論是專家、風格、及創造力的設計師，在解決設計問題的過程都包含了二個基本的過程：產生及測試(Simon, 1975)，在「產生」的過程中，設計師會不斷地產生可能的解決方案，或是解決方案的元素；而緊接的「測試」過程，則是在測試這些解決方案是否能滿足某些設計限制，如有違反其他限制的解決方案，在尋搜的過程中將會被去除或是修改。在搜尋的策略中，生手要變成專家的過程中，解決問題的搜尋策略會從「後推式」轉換到「前推式」的策略(Ho, 2001; Larkin, 1981)。除此之外，專家會用強大啟發性(heuristics)的搜尋能力，用較少的搜尋時間及資源，來產生較好的解決方案 (Simon, 1966)。以設計的搜尋策略而言，有三種基本的因素決定了設計師是否具有設計風格：設計的限制(design constraints)、選擇的決定(making choices)、及搜尋的順序(search order)。由設計限制已經決定了在設計問題中可能的解決方案(Simon, 1975)；相對地不同的設計限制也會形成不同的設計風格；儘管設計問題是在設計博士論文 20.