16.3.3 多媒體網(wǎng)絡環(huán)境下計算機模擬與發(fā)現(xiàn)學習 基于計算機模擬的發(fā)現(xiàn)學習則是多媒體網(wǎng)絡環(huán)境下一個廣受關 注的問題。計算機模 擬 一般提供了關于某種系統(tǒng)或過程的模型,表現(xiàn)了某種現(xiàn)實情境或理 論系統(tǒng),學習者通過與 模 擬情境的交互活動,來建立有關該現(xiàn)實情境或理論性系統(tǒng)的心理模 型,并在模擬性反應活 動 中對這種心理模型做出有效的檢 驗。在利用粗纖維測定儀計算機模擬進行發(fā)現(xiàn)學習時,學習者實 際上 需 要通過基于模擬的科學實驗來完 成發(fā)現(xiàn) 任務。他們要針對所探索的問題形成自 己的 假設, 而后操作模擬情境中的某些因素,觀察由此產(chǎn)生的情境變化,以檢驗自己的假設,直 至發(fā) 現(xiàn) 其中的基本規(guī)律和原理。 計算機如何為學習者的發(fā)現(xiàn)學習提供有力的學習支持是基 于計算 機模擬的發(fā)現(xiàn)學習 研 究的重點,教學研究者和設計者們嘗試和研究表明,計算機模擬的作用要體現(xiàn)在: (1)保證學習者獲得有關知識信息; (2)幫助學習者發(fā)現(xiàn)問題,形成假設; (3)提供實驗設計的支持; (4)幫助學習者對學習過程進行自 我監(jiān)控。
在利用計算機模擬進行 發(fā)現(xiàn)學 習之 前,學 習者最好能對該領域有一 些起 碼的了解。 知識 上的缺乏 可能 會使學 習 者不知 如何提出 假 設,或者不能理解和解釋實驗數(shù) 據(jù),不能更好地進行 發(fā)現(xiàn)學習。所以,給 學習 者提供 一些 與 16.3 計算機及網(wǎng)絡技術(shù)用于支持發(fā)現(xiàn)學習的案例 ·315·該領域有關的知識是發(fā)現(xiàn)學習的 一種支 持策 略。通常,在計算機 模擬中以超文本形 式提 供 相關概念、知識的連接,也可以利用一定的線索、情境(如舉例、提示等)來激活學習者頭腦 中 已有的相關知識。一般認為,應該恰巧在學生需要的時候為他們提供知 識支 持。接 下來 是 幫助學生發(fā)現(xiàn)問題,形成假設,假設形成是發(fā)現(xiàn)學習中的一個很重要的環(huán)節(jié),一些研 究者 設 法為學習者的假設 生成 活動 提供 支持。例 如,Smithtown模 擬軟件為 學習 者提供了 假設 菜 單,其中包括 4個窗口,分別提供了假設的某種構(gòu)成成分(如變量、關系詞等),學習者可以 利 用菜單來構(gòu)造自己的假 設。在 PathophysiologyTutor模擬軟 件中,設計 者提供了一些提前 準 備好的假設,學習者可以從菜單 中直 接選 擇某 條假設。Quinn& Alessi的 研究表明,當模 擬 情境的變量關系較為簡單時,同時提出多個假設可以促進學習者的 發(fā)現(xiàn)活 動,而當模擬較 為 復雜時,這種策略沒有明顯的效果。在后續(xù)的問題解決的過程中,計算 機模擬軟件要支持 學 習者有效地設計實驗,模擬程序可以為他們提供一些實驗設計提示,可 以在實驗結(jié)果出現(xiàn) 前 根據(jù)某個或某些自變量的影響來預先推測某個或某 些因變量的 取值情況,這一預測 可以 在 之后的模擬結(jié)果中得到檢驗。自我監(jiān)控是有效學習的重要特征,而在基于計算機模 擬的 發(fā) 現(xiàn)學習中,這種自我監(jiān)控將顯得更為重要,為促進對發(fā)現(xiàn)學習活動的計劃,研究者經(jīng) 常用 問 題或任務來引導學生的發(fā)現(xiàn)過程。Jong等人在模擬程序中為學生提供 了一些可供選擇的 小 任務,把學生的注意力引向模型的某個側(cè)面,做出某些重要的操作活動;為促進學習 者對 發(fā) 現(xiàn)學習過程的監(jiān)視,研究者通常設法讓學習者對自己所做的全部活動及其結(jié)果有一 個概 貌 性認識,如利用一個程序自帶的“筆記本”來記錄 學習者在實 驗中 所得到 的各 種數(shù)據(jù) 資料 和 學習心得,讓學習者看到自己的進步,從而促進自主的學習。
16.4 計算 機用 于輔 助創(chuàng) 新、設 計和 創(chuàng)作 16.4.1 計算機輔助創(chuàng)新 計算機輔助創(chuàng)新(ComputerAidedInnovation,CAI)技術(shù),是近 年來在歐美迅速 發(fā)展起 來 的集發(fā)明創(chuàng)造問題解決理論、現(xiàn)代設計方法學、本體論、語義處理 技術(shù)以及計算機軟 件技 術(shù) 為一體的新技術(shù);針對產(chǎn)品研發(fā)過程,尤其是概念或方案設計階段提供先進的創(chuàng) 新理 論、方 法及多學科知識的支持,使研發(fā)人員能夠打破思維定勢,全面地分析問題,從不同學 科領 域 中借鑒有效的技術(shù)和方法,從而構(gòu)建出新的設想和方案,優(yōu)化研發(fā)進程,減少資源的 重復 和 浪費。計算機輔助創(chuàng)新技術(shù)作為工程領域又一 個重要的計 算機輔助技術(shù)而 出現(xiàn),和其 他計 算 機輔助技術(shù)一樣,得益于相關的先進創(chuàng)新理論、方法的發(fā)展以及計算 機技術(shù)的 不斷融合。 傳 統(tǒng)的創(chuàng)新方法具有很大的隨機性和偶然性,創(chuàng)新效果也很難保證,而發(fā) 明創(chuàng)造問題解決理 論 的出現(xiàn)則徹底改變了這種情況,它的核心思想在于采用科學的問題 求解方 法,首先將特殊 的 ·316· 第 16章 信息技術(shù)教育實踐問題歸結(jié)為一般性問題,然后應用理論尋求標準解法,在此基礎 上演繹 形成初始問題的具 體 解法,這其中包括一套科學系統(tǒng)的問題模型構(gòu)建與分析方法,對問題和矛盾的定 義,解決 各 種矛盾的創(chuàng)新法則以及各種標準解法和 算法,等等,這都保證了它是一種科學,可操 作的 創(chuàng) 新方法,為計算機環(huán)境下的創(chuàng)新提供了重要的理論與方法基礎,因此說,發(fā)明創(chuàng)造解 決問 題 理論的發(fā)展催生了計算機輔助創(chuàng) 新。正是基于科學嚴謹?shù)膭?chuàng)新理論與方法體系,構(gòu) 成了 計 算機輔助創(chuàng)新的核心內(nèi)容。另外,不 斷成 熟的本體論 技術(shù)為創(chuàng)新 思維擴展和問題解 決提 供 了重要途徑,逐漸成為計算機輔 助創(chuàng)新技術(shù)的核 心內(nèi)容之一。隨 著其他先進問題分 析方 法 (如 QFD)、專利分析、價值工程和項目管理等理論 方法的融入,逐 漸形成 完善 的計算 機輔 助 創(chuàng)新技術(shù)體系。因此,計算機輔助創(chuàng)新技術(shù)具有廣泛堅實的理論基礎與 技術(shù) 支撐。 它的 意 義在于有效地彌補了人類創(chuàng)新活動中的不足,針對一般的創(chuàng)新過程(尤其從具體問題和需 求 分析到創(chuàng)新方案產(chǎn)生),為創(chuàng)新 活動提供了強大 的計 算機環(huán)境 下的 方法、工 具和 知識 支持。 目前,發(fā)明創(chuàng)造解決問題理論及計算機輔助創(chuàng)新技術(shù)在歐洲、美 國和日 本等工業(yè)化國家得 到 廣泛的推廣和應用,并創(chuàng)造了一個個奇跡。總之,計算機輔助創(chuàng) 新在市 場需求到具體設計 方 案之間架起一座橋梁。它能全面提升創(chuàng)新水平,降低產(chǎn)品開發(fā)成本,縮短 開發(fā)周 期,它必 將 繼 CAD、CAE、CAM 之后引領世界計算機輔助技術(shù)發(fā)展趨勢。 例如,計算機輔助創(chuàng)新軟件 TechOptimizer就是基 于知 識的創(chuàng) 新工 具,它的 主要功 能為: 能幫助技術(shù)人員在不同工程領域產(chǎn)品的概念設計階 段,根據(jù)市場需求正確地發(fā)現(xiàn)并 迅速 解 決產(chǎn)品開發(fā)中的關鍵問題,高質(zhì)量、高效率地提出可行的創(chuàng)新設計方案,幫助設計者 解決 技 術(shù)矛盾,將設計引向正確方向;加速新產(chǎn)品和工藝的研發(fā)過程;自動生成分析報告等。 16.4.2 計算機輔助設計 1.概述 計算機輔助設計(ComputerAidedDesign,CAD)是在計 算機 硬件 與軟 件的支撐下,通 過 對產(chǎn)品的描述、造型、系統(tǒng)分析、優(yōu)化、仿真和 圖形處理的 研究,使 計算機 輔助 技術(shù)師 完成 產(chǎn) 品的全部設計過程,最后輸出滿意的設計結(jié)果和產(chǎn)品圖形。
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