粗纤维测定仪计算机模拟进行发现学习

１６．３．３　多媒体网络环境下计算机模拟与发现学习 基于计算机模拟的发现学习则是多媒体网络环境下一个广受关 注的问题。计算机模 拟 一般提供了关于某种系统或过程的模型，表现了某种现实情境或理 论系统，学习者通过与 模 拟情境的交互活动，来建立有关该现实情境或理论性系统的心理模 型，并在模拟性反应活 动 中对这种心理模型做出有效的检 验。在利用粗纤维测定仪计算机模拟进行发现学习时，学习者实 际上 需 要通过基于模拟的科学实验来完 成发现 任务。他们要针对所探索的问题形成自 己的 假设， 而后操作模拟情境中的某些因素，观察由此产生的情境变化，以检验自己的假设，直 至发 现 其中的基本规律和原理。 计算机如何为学习者的发现学习提供有力的学习支持是基 于计算 机模拟的发现学习 研 究的重点，教学研究者和设计者们尝试和研究表明，计算机模拟的作用要体现在： （１）保证学习者获得有关知识信息； （２）帮助学习者发现问题，形成假设； （３）提供实验设计的支持； （４）帮助学习者对学习过程进行自 我监控。

在利用计算机模拟进行 发现学 习之 前，学 习者最好能对该领域有一 些起 码的了解。 知识 上的缺乏 可能 会使学 习 者不知 如何提出 假 设，或者不能理解和解释实验数 据，不能更好地进行 发现学习。所以，给 学习 者提供 一些 与 １６．３　计算机及网络技术用于支持发现学习的案例 ·３１５·该领域有关的知识是发现学习的 一种支 持策 略。通常，在计算机 模拟中以超文本形 式提 供 相关概念、知识的连接，也可以利用一定的线索、情境（如举例、提示等）来激活学习者头脑 中 已有的相关知识。一般认为，应该恰巧在学生需要的时候为他们提供知 识支 持。接 下来 是 帮助学生发现问题，形成假设，假设形成是发现学习中的一个很重要的环节，一些研 究者 设 法为学习者的假设 生成 活动 提供 支持。例 如，Ｓｍｉｔｈｔｏｗｎ模 拟软件为 学习 者提供了 假设 菜 单，其中包括 ４个窗口，分别提供了假设的某种构成成分（如变量、关系词等），学习者可以 利 用菜单来构造自己的假 设。在 ＰａｔｈｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙＴｕｔｏｒ模拟软 件中，设计 者提供了一些提前 准 备好的假设，学习者可以从菜单 中直 接选 择某 条假设。Ｑｕｉｎｎ＆ Ａｌｅｓｓｉ的 研究表明，当模 拟 情境的变量关系较为简单时，同时提出多个假设可以促进学习者的 发现活 动，而当模拟较 为 复杂时，这种策略没有明显的效果。在后续的问题解决的过程中，计算 机模拟软件要支持 学 习者有效地设计实验，模拟程序可以为他们提供一些实验设计提示，可 以在实验结果出现 前 根据某个或某些自变量的影响来预先推测某个或某 些因变量的 取值情况，这一预测 可以 在 之后的模拟结果中得到检验。自我监控是有效学习的重要特征，而在基于计算机模 拟的 发 现学习中，这种自我监控将显得更为重要，为促进对发现学习活动的计划，研究者经 常用 问 题或任务来引导学生的发现过程。Ｊｏｎｇ等人在模拟程序中为学生提供 了一些可供选择的 小 任务，把学生的注意力引向模型的某个侧面，做出某些重要的操作活动；为促进学习 者对 发 现学习过程的监视，研究者通常设法让学习者对自己所做的全部活动及其结果有一 个概 貌 性认识，如利用一个程序自带的“笔记本”来记录 学习者在实 验中 所得到 的各 种数据 资料 和 学习心得，让学习者看到自己的进步，从而促进自主的学习。

１６．４　 计算 机用 于辅 助创 新、设 计和 创作 １６．４．１　计算机辅助创新 计算机辅助创新（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＩｎｎｏｖａｔｉｏｎ，ＣＡＩ）技术，是近 年来在欧美迅速 发展起 来 的集发明创造问题解决理论、现代设计方法学、本体论、语义处理 技术以及计算机软 件技 术 为一体的新技术；针对产品研发过程，尤其是概念或方案设计阶段提供先进的创 新理 论、方 法及多学科知识的支持，使研发人员能够打破思维定势，全面地分析问题，从不同学 科领 域 中借鉴有效的技术和方法，从而构建出新的设想和方案，优化研发进程，减少资源的 重复 和 浪费。计算机辅助创新技术作为工程领域又一 个重要的计 算机辅助技术而 出现，和其 他计 算 机辅助技术一样，得益于相关的先进创新理论、方法的发展以及计算 机技术的 不断融合。 传 统的创新方法具有很大的随机性和偶然性，创新效果也很难保证，而发 明创造问题解决理 论 的出现则彻底改变了这种情况，它的核心思想在于采用科学的问题 求解方 法，首先将特殊 的 ·３１６· 第 １６章　信息技术教育实践问题归结为一般性问题，然后应用理论寻求标准解法，在此基础 上演绎 形成初始问题的具 体 解法，这其中包括一套科学系统的问题模型构建与分析方法，对问题和矛盾的定 义，解决 各 种矛盾的创新法则以及各种标准解法和 算法，等等，这都保证了它是一种科学，可操 作的 创 新方法，为计算机环境下的创新提供了重要的理论与方法基础，因此说，发明创造解 决问 题 理论的发展催生了计算机辅助创 新。正是基于科学严谨的创新理论与方法体系，构 成了 计 算机辅助创新的核心内容。另外，不 断成 熟的本体论 技术为创新 思维扩展和问题解 决提 供 了重要途径，逐渐成为计算机辅 助创新技术的核 心内容之一。随 着其他先进问题分 析方 法 （如 ＱＦＤ）、专利分析、价值工程和项目管理等理论 方法的融入，逐 渐形成 完善 的计算 机辅 助 创新技术体系。因此，计算机辅助创新技术具有广泛坚实的理论基础与 技术 支撑。 它的 意 义在于有效地弥补了人类创新活动中的不足，针对一般的创新过程（尤其从具体问题和需 求 分析到创新方案产生），为创新 活动提供了强大 的计 算机环境 下的 方法、工 具和 知识 支持。 目前，发明创造解决问题理论及计算机辅助创新技术在欧洲、美 国和日 本等工业化国家得 到 广泛的推广和应用，并创造了一个个奇迹。总之，计算机辅助创 新在市 场需求到具体设计 方 案之间架起一座桥梁。它能全面提升创新水平，降低产品开发成本，缩短 开发周 期，它必 将 继 ＣＡＤ、ＣＡＥ、ＣＡＭ 之后引领世界计算机辅助技术发展趋势。 例如，计算机辅助创新软件 ＴｅｃｈＯｐｔｉｍｉｚｅｒ就是基 于知 识的创 新工 具，它的 主要功 能为： 能帮助技术人员在不同工程领域产品的概念设计阶 段，根据市场需求正确地发现并 迅速 解 决产品开发中的关键问题，高质量、高效率地提出可行的创新设计方案，帮助设计者 解决 技 术矛盾，将设计引向正确方向；加速新产品和工艺的研发过程；自动生成分析报告等。 １６．４．２　计算机辅助设计 １．概述 计算机辅助设计（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ，ＣＡＤ）是在计 算机 硬件 与软 件的支撑下，通 过 对产品的描述、造型、系统分析、优化、仿真和 图形处理的 研究，使 计算机 辅助 技术师 完成 产 品的全部设计过程，最后输出满意的设计结果和产品图形。