设计学研究方法之实验法

  设计艺术学科是实践性很强的学科，因此设计艺术的研究目标也十分明确，一是解决设计的实际问题，不停地改进革新；二是探索各种设计现象产生、发展及变化的原因，掌握其规律。实验性的研究方法源于自然科学的研究，它能提高研究的整体可靠性、内在和外部效度，因此这一种科学的研究方法也是设计艺术学研究主要的研究方法之一。本文接下来会介绍设计实验的程序和基本实验设计、设计实验的种类和实验室实验与实地实验的优缺点等贴近实际问题的内容。

  设计实验是指在研究者高度控制下，对某些设计因素改变来观察其变化，寻找其中因果关系。它有一系列的安排设计和特殊的步骤程序，部分实验可以在实验室的条件下完成，也有的收到各种制约可以在制作生产的实地进行。

  实验性研究的程序有几个主要阶段：需求目的的分析——设计的具体方案——制作实施——使用评估。实验性研究的有关因果假设也要有严密的测验，有两组相同或相似的实验组，对一组进行实验，另一组做对照比较以观察效果。下面我们以经典实验设计程序来体会设计实验的设计方法。

  经典实验又称古典实验设计，或叫两组前后测实验设计，是最基本、最标准的实验设计。基本方法是选择一个实验组，同时选择一个与实验组相同条件、环境的对照组，两组一起进行测量，然后只对实验组实施实验，不对对照组实施实验，再对两组环境进行同时测量，将前后测量数据作比较得出实验结果。

  在设计实验的选题阶段要明确其使用价值和理论意义，寻找一些自变量和因变量明确的选题，如厨房用具的拉手对残疾人使用的影响、室内环境色对工作效率的影响、天花板颜色对空间高度感知的影响等，类似的自变量方便控制，也方便效果观察的选题就方便咱们进行下一步的研究。

  接下来是在实验中引入自变量，这个自变量是实验者操纵或选定的。自变量与因变量均来自于数学研究，在数学方程式中y=f（x）中，自变量是x，因变量是y，世界上的任何一个系统都是由各种变量构成的，当我们分析某个系统时就要考虑一些变量对另一些变量的影响。设计艺术实验研究总的目的是尝试创新与实用，其基本的内容是观察自变量对因变量的影响，也就是观察实施实验之后的艺术设计结果。比如上述“天花板颜色对空间高度感知影响”的假设，“天花板颜色”和“高度感知”是两个变量，其中“天花板颜色”是自变量，“高度感知”是因变量，“天花板颜色”的色相、饱和度和亮度等均对实验者的“高度感知”产生一定的影响。在实验时，前提是要变换“天花板颜色”的色相、饱和度和亮度等，来测量实验者的空间高度感知。

  做一项实验一般先要安排两组相同或相似的实验对象，一组为实验组，另一组为对照组，以便对照的实验结果。分组时能够使用匹配和随机指派的方法。

  匹配是指根据实验对象的特征，将两个相同或者相似的对象配对，分别安排到实验组和对照组。以前面举的色彩环境与工作效率的例子，假如参加实验的人员全部是男性青年，则可将其中一半分到实验组，另一半分到对照组。假如其中有女青年，则每组分一半女青年与男青年。如果老中青男女都有的群体，就可以重复这一做法。

  但设计实验的对象大多情况下没有这样简单，所以在较为复杂的设计中可采用随机指派的方法，即研究者按照随机抽样的方法将实验者分派到实验组与对照组，使两组实验对象能够有同一性和完全平等。一般都会采用抽签和排序的方式随机分组。

  采用抽签的方式。比如一项实验需要64人参与，实验要分为对照组和实验组，那么就可以设计64根签，其中32根签上写A字代表实验组，另外的写B或者无字，抽到则就被分到对照组，根据抽签结果决定分组可以使两组实验对象基本相等。

  采用排序的方式，还是以上一实验为例，可以把花名册拿来编号1~64号，前一半去实验组，后一半去对照组，也可以单数去实验组，双数去对照组。当我们采用随机化的方法从一个总其中选出量群体时，各种干扰变量会以同样的方式对两个群体产生一定的影响，因此根据概率论，此时所选出的两组个群体绝大多数都是两个完全相同的群体。

  在经典实验设计中，在分好实验组和对照组之后，就需要对两组的实验对象一起进行第一次测量，这个第一次测量就成为前测。前测是在实施实验前的一次测量，是为了验证实验组与对照组的相似程度，只有两组在所选择问题的原有程度上表现一致或相似时才能进行下一步实验，否则就要考虑重新分组。在对实验组施加影响后进行实验之后，还需要再一次的对实验组和对照组一起进行第二次测量，这次测量称为后测，是用来测量实施实验之后发生的变化或影响。后测时对未曾试验的对照组也要做试验，因为在实验测到的变化中，一部分是实施了实验的影响，还有一部分可能是其他外在因素的作用。这种外在因素的影响能够最终靠对照组的后测数据与前测对比，其变化就能代表这种实验之外的因素影响，因为对照组没有实施实验。这时实验组减去对照组的变化就能得到真实的实验结果了。

  最后是收集前后测资料数据并做详细的分析比较，以验证假设是否被省市或者验明其存在的因果关系。

  做设计实验一般都在实验室内进行，如果实验结果良好就可按此结果做进一步的设计，比如前面的“色彩匹配”实验，就是典型的实验室实验。如果实验具备比较好的推广性，就在实际设计中应用或者组织批量生产。

  我们把“实验”看作是“实验室里的实验”，因为环境、条件、自变量都可以准确地把握和观察，上面的实验条件较为简单，变量也单一易控制，研究者通过对照组就能很好地观察实验结果。但是实验室的模拟环境远不如实地生活、生产环境复杂，在真实环境里可以观察到实验室中没法观察到的人的自然反应和物较为复杂的因果关系，所以再设计研究中还有很重要的实地实验法，它旨在不把实验对象从自然环境中抽取出来，但其实验逻辑是与实验室实验一致的。在实地实验中，研究者可以抓住自然环境与生活生产环境中真实的部分，来观察并尝试因变量与自变量的影响关系。

  在设计艺术教学中，教学与研究有时难以分割，而对当代纷繁多元的设计思潮以及国情现实，在设计艺术教学中开展实验性研究探索，是目前许多设计院校一直持续进行的改革。他为培育学生基本的设计敏感和延伸力提供了坚实、开放的基础。

  模拟性实验一般是因为实验中不能或没有条件对研究对象进行实际的实验，为了获得对研究对象影响的后果，通过模拟的方式将模型实验的结果类推到实际的设计中。模拟与实际对象的相似程度越高，实验结果的可靠性、推广性和实用性就越大。因此，模拟实验模型，现在一般的做法是在电脑上建模型，通过软件模拟实验过程，最终完成实验得到结果。

  在前面的介绍中我们感到有许多重要的实验都是在实验室的环境下完成的，还有很多实验是在实验室之外的生活和生产实践中完成，称为实地实验。用实物实验来测验某个设计改进是十分适合的，尝试各种形态材质颜色等改变后，观察其实验效果，判断那种方式最有效。实地实验是设计艺术在使用或者生产的自然环境中进行的，因此少了一些刻意的安排和控制，多了无法估计的复杂变数。正是因为真实环境的复杂性，才使得实地实验的结果更具有推广性。

  实地实验和实验室实验都各自有优缺点，选择恰当的方法关系到试验是否有效。对设计艺术新产品研究开发实验，许多研究都采用模拟技术进行实验，如以前的油泥模型和现在的计算机仿真，更不可思议的是虚拟出一个环境，比如模拟突发事件下人在驾驶室的工作状况，这些确实在真实环境中很难达到的。但完全虚拟的实验环境和真实的现场还是有很大的差距，建立在虚拟环境中的人、物、环境匹配关系与实地相比会有一些改变。为了改善这样一些问题，我们大家可以回到实地实验的方法，在自然环境中遵循实验逻辑来进行设计艺术实验研究。

  从上个表中我们大家可以看到实地实验和实验室实验的差别。首先实地实验研究的对象是真实的环境，线月，中国科学院沈阳自动化研究所和北京航空航天大学联合研制的冰雪面移动的低空机器人，在南极中山站开展实地实验研究，以验证机器人在极端环境下的生存能力，以及进行辅助科学探测的可能性。只有在南极这个真实的环境才是检验机器人生存能力的最佳环境。实验室实验的对象大多是模拟的，在模拟实验中能够得到与真实环境相近的结果，但无法代替真实感。

  第二，实地实验是在自然环境中，在人为控制相对较少的环境中进行的。无论是在生产车间还是社会生活中都是一种开放的状态，有各种意想不到的变数参与，而实验室实验是在封闭的环境中进行的，在严格的监控中实施实验，能够得到较为理想的数据，但是实用性偏低。

  第三，实地实验的途径是从观察开始再收集有关数据，在确定因果关系的操作方式后进行实验，然后分析并测量结果。实验室实验的步骤规范严格，有分组、后前测、观察因变量的影响结果。

  第四，实地实验的自变量与因变量不可控。本来自变量在实验室中时可控制的，那些可以引入，引入多少，因变量也会产生预期的变化。但实地实验的很多变量是控制之外发生的。

  第五，实地实验的研究者应该是参与者，而不能仅仅是观察者和操作者。只有参与进去，才可以获得实验的更高可信度与效度。