設計思考實作對AI創意和腦波的影響

115年01月12日

【本篇報導由科技應用與人力資源發展學系　張玉山教授研究團隊提供】 　　在人工智慧AI快速發展的時代，培養AI能力與創新能力，是個人、企業、和國家發展競爭力的重要關鍵。本研究透過教學實驗，探討設計思考實作教學對師資生(職前教師)AI創意表現與腦波的影響。研究結果包括：（1.）設計思考實作教學對創意產出的奇特性、可行性、價值性都有很大的正面效果，其中以奇特性的提升效果最大。（2.）設計思考實作教學對創意歷程的發現需求、定義目標、創意發想、執行、修正都有大幅度的正面效果，尤其對修正階段的效果最大。（3.）設計思考實作會促使修正階段的meditation腦波較高，個體較為放鬆，Beta及Gamma較低；也促使創意發想階段的Attention及meditation較高，有助於擴散思考。   　　在人工智慧AI快速發展的時代，培養AI能力與創新能力，是個人、企業、和國家發展競爭力的重要關鍵。本研究透過教學實驗，探討設計思考實作教學對師資生(職前教師)AI創意表現與腦波的影響。本研究的實作教具包括AI影像辨識(白雪公主毒蘋果)及AI語音辨識(升降投影幕)，設計思考歷程模式及AI學習模組如圖1及圖2。本研究的主要結論如下：  設計思考實作教學對創意產出具顯著正向影響：設計思考實作對創意產出的奇特性、可行性、價值性都有很大的正面效果。尤其奇特性的正面效果最大。很值得在相關領域的教學中，加以應用。尤其在專業難度較高的學習情境中，設計思考實作比較能降低認知負荷，讓創意產出有更大的可行性。 設計思考實作有助於整體創意歷程表現：設計思考實作對創意歷程的發現需求、定義目標、創意發想、執行、修正都有高度的正面影響，尤其對修正階段的效果最大。設計思考實作所提供的思考引導架構以及實作體驗，有助於創意表現的邏輯性與系統性運作。建議在實際教學時，能針對擴散思考的技法，做更多的介紹與練習，讓創意發想有更多的原創性表現。 設計思考實作對不同創意階段之腦波狀態具有調節效果：設計思考實作會促使發現需求階段的meditation腦波較高，個體較為放鬆，Beta及Gamma較低；也促使創意發想階段的Attention 及meditation較高，有助於擴散思考的進行。此外，在執行與修正階段，設計思考實作亦會降低Beta和Gamma腦波，顯示較少的聚斂思考。建議在實際教學時，可以針對任務較難的專題學習多採用設計思考實作，來降低聚斂思考的認知負荷，獲得更好的創意思考歷程。   圖1：設計思考的歷程    圖2：AI影像辨識及AI語音辨識的教學模組   原文出處：Lin, M. Y., & Chang, Y. S. (2024). Using design thinking hands-on learning to improve artificial intelligence application creativity: A study of brainwaves. Thinking Skills and Creativity, 54, 101655. https://doi.org/10.1016/j.tsc.2024.101655 

STEAM教育產品通用評估指標之效度與信度研究

113年09月10日

【本篇報導由科技應用與人力資源發展學系  許庭嘉特聘教授研究團隊提供】 　　在K-12中學習科學、技術、工程、藝術和數學（STEAM）的跨學科應用產品數量正逐漸增加。但是，對於這些STEAM產品並沒有通用性評估工具，以幫助家長或教師在向孩子或學生介紹一款產品時，以及公司銷售或學術機構在建議STEAM產品時有一個評估可供參考。因此，本研究使用PLS-SEM技術開發並驗證了一個具有形成性結構的STEAM創作評估工具。基於理論基礎，考慮的四個結構是運算思維（CT）構面、設計思考（DT）構面、STEAM跨科整合構面和素養導向學習（LO）構面。CT由四個指標組成（即，問題分解、模式識別、抽象和算法步驟），而DT則被另外四個指標組成（即，設計要求分析、創意發想、親手體驗和測試驗證）。與此同時，STEAM跨科使用五個不可或缺的指標，每一個指標都對應一個學科。最後，LO用三個指標（即，合作共創、問題解決和日常應用）。總而言之，四個構面總共有16個指標，本研究建立和評估這一形成性模型，來做為STEAM產品的通用評估方式，這四個路徑假設指出CT對STEAM和LO有顯著的直接影響，DT對STEAM有顯著的直接影響，而STEAM則對LO有顯著的直接影響。結果顯示，所有四個假設都被接受，模型中的路徑得到了驗證，除此之外CT通過STEAM對LO有顯著的中介效應，這也得到了深入討論。   (1)研究發現的重要性 　　本研究建立之形成性模型如下圖所示，本研究不僅根據文獻提出了理論上的假設和模型，還通過實際的數據分析和模型驗證，證明了所提出的指標和模型的有效性。   圖1：本研究建立之形成性模型    (2)對未來的影響(未來可能的學術發展、可能的產學應用與合作) 　　本研究建立之各個指標內容如下表所示，此研究正好填補了現有研究的空白，旨在針對K-12教育中的STEAM所產出之創作產品進行評估模型開發，過去研究對於直接評估STEAM產品或創作的通用工具寥寥無幾。因此，本研究的成果不僅填補了這一領域的理論空白，還為教育者和家長提供了一種實用的工具來評估和選擇適合的STEAM產品。 　　透過構建和驗證STEAM創作的評估指標，本研究為教師和家長提供了一種量化評估STEAM教育產品的方法，這有助於改善教學質量。教育者可以根據這些評估指標，更好地理解和選擇適合學生的教學工具，從而提升學生在STEAM領域的學習效果。   表1：評估指標內容 *The highest total score is 64, the least total score is 16   　　這些評估指標填補了現有研究中對K-12教育中STEAM產品或創作之通用型評估工具的空白，為未來相關研究奠定了理論基石，並有望促進更多研究者在此基礎上進行進一步的探討和應用。隨著STEAM教育的普及，教師和家長亟需可靠的工具來評估和選擇適合的STEAM產品。本研究所開發的量化指標，為未來教育工具的開發和評估提供了實證基礎。   原文出處：Hsu, T. C., Chang, Y. S., Chen, M. S., Tsai, I. F., & Yu, C. Y. (2023). A validity and reliability study of the formative model for the indicators of STEAM education creations. Education and Information Technologies, 28(7), 8855-8878. https://doi.org/10.1007/s10639-022-11412-x 

虛擬實境對設計行為及創意表現的影響

113年01月09日

【本篇報導由科技應用與人力資源發展學系  張玉山優聘教授研究團隊提供】 　　本研究旨在探討虛擬實境對創意設計表現與設計思考歷程的影響。本研究採不等組前後測準實驗設計的實驗研究法，並以臺北市一所國中七年級的180位學生為研究對象。在室內設計教學活動中，實驗組與對照組分別以虛擬實境應用及多媒體講述進行教學，再評量創意設計表現與設計思考歷程的差異。本研究主要的結論為：1.VR對創意設計歷程有顯著的正面影響，尤其對設計與規劃、測試與修改、心得與欣賞等階段都有正面的大幅影響。但是對資料蒐集階段沒有影響。2.VR對創意設計結果的機能完整、技術要求、精緻美感、獨創新奇各向度有中度以上的效果。3.VR應用者的設計思考歷程從同理心、定義問題、創意發想、建立原型、到測試驗證，十分完整與順暢。尤其同理心的表現更明顯優於對照組。   　　在全球化、資訊化、知識密集的創意經濟時代，國家與產業的創新績效是競爭力的關鍵指標。培養創造力，並且表現在創新設計上，則是促成產業創新的重要管道。虛擬實境有助於創意歷程中的設計知識學習，達成設計任務的需要並提升創意設計能力。因此，本研究旨在探討虛擬實境對創意設計表現與設計思考歷程的影響。 　　本研究採不等組前後測準實驗設計的實驗研究法，並以臺北市一所國中七年級的180位學生為研究對象。在室內設計教學活動中，實驗組與對照組分別以虛擬實境應用及多媒體講述進行教學，再評量創意設計表現與設計思考歷程的差異。 　　本研究實驗組為VR應用的設計思考教學（同理心、定義問題、創意發想、建立原型、測試驗證）。採用HTC Vive沉浸式虛擬實境設備為主，加上梵谷畫室（https://www.viveport.com/6bfcc93e-03f6-492d-892e-72f85c6befc9）（如圖1）及SketchUp VR（https://www.sketchup.com/zh-TW）瀏覽軟體（如圖2）。並以SketchUp電腦繪圖軟體繪製室內設計作品。課程教學活動與學生學習流程與操作如圖3~圖5。   圖1：分組VR體驗－梵谷的畫室 圖2：VR體驗－SketchUp VR範例模型 圖3：體驗VR設計作品  圖4：各組輪流自由使用VR，觀察體驗與創意發想  圖5：在VR上展示作品    本研究的主要結論如下： VR對創意設計歷程有顯著的正面影響，尤其對設計與規劃、測試與修改、心得與欣賞等階段都有正面的大幅影響。VR的3D擬真、臨場感、沉浸、使用者主控性等特性，增進創意設計的輕鬆愉悅、學習動機、及自我效能，都有助於創意設計歷程的表現。 VR對創意設計結果有顯著的正面影響，對機能完整、技術要求、精緻美感、獨創新奇各向度有中度與高度的效果。VR的設計輔助功能、自由角度的3D觀測、以及無限制的模擬，是主要的原因。而且本研究軟體與實際創作的軟體的操作技術很接近，落差比較小，有助於設計創意的表現。但是機能完整度牽涉到專業與經驗，因此需要加強教學以及更多的創作經驗累積，來加以輔助。 VR應用者的設計思考歷程從同理心、定義問題、創意發想、建立原型、到測試驗證，十分完整與順暢。因為臨場感與沉浸效果，大量的同理心階段的行為轉移，更是對照組所欠缺的。此外，因為專注與沉浸，實驗組更加專心，較少無關行為的移轉。可見VR應用在設計創意的教學，是非常有價值的。   原文出處： Yu-Shan Chang; Jing-Yueh Kao; Yen-Yin Wang. (2023). Influences of virtual reality on design creativity and design thinking. Thinking Skills and Creativity, 46, 101127. https://doi.org/10.1016/j.tsc.2022.101127.