【正文】 ....................................................................................... 42 在學(xué)期間公開發(fā)表論文及著作情況 ............................................................................... 43 東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 第一章 緒 論 研究背景 隨著教育信息化成為教育 領(lǐng)域的主要議題，以計算機(jī)為中心的計算機(jī)輔助教學(xué)越來越受到人們的重視，應(yīng)用于教育領(lǐng)域的各種技術(shù)得到了空前的繁榮與發(fā)展。 在軟件工程領(lǐng)域，軟件開發(fā)發(fā)展至今，依然在各方面都存在著各種各樣的問題，難以解決。反過來，因為學(xué)科的地位都是平等的，其它學(xué)科應(yīng)該也能夠輔助計算機(jī)軟件的發(fā)展。創(chuàng)意計算（ Creative Computing）是一個新興的研究領(lǐng)域。而“創(chuàng)意”的具體含義是指：用其它學(xué)科（例如數(shù)學(xué)，物理，化學(xué)，藝術(shù)或設(shè)計）的思想，理論，規(guī)律或方法來開發(fā)軟件。 創(chuàng)意計算所能結(jié)合的學(xué)科有很多，例如教育，音樂，物理，化學(xué)，藝術(shù)等領(lǐng)域。 隨著教育技術(shù)的不斷發(fā)展 ,教育軟件的巨大發(fā)展?jié)摿Γ瑒?chuàng)意計算應(yīng)用于教育軟件開發(fā)成為了必然的趨勢。 綜上所 述，在本文中，創(chuàng)意計算應(yīng)用于教育軟件設(shè)計的具體含義是：用產(chǎn)品設(shè)計學(xué)科中的思想，理論，規(guī)律或方法來設(shè)計教育軟件。這組方法既包含了對現(xiàn)存研究方法的挑選，更重要的是提出了一個專門用于研究創(chuàng)意教育軟件設(shè)計方法的研究方法。 IOCT 所有的研究項目均是跨學(xué)科（ transdisciplinary），多學(xué)科（ multidisciplinary）的。這個研究的目的是將音樂創(chuàng)造（ musical creation）和無線電通信設(shè)備藝術(shù)（ radio art）結(jié)合起來。 Virtual Romans 的研究目標(biāo)是探索利用創(chuàng)意技術(shù)來提高人們對于第一世紀(jì)到第四世紀(jì)羅馬時期萊斯特 市的理解潛力。之后，為了更加精確，研究人員通過進(jìn)一步的詳細(xì)咨詢University of Leicester Archaeological Services 和 Jewry Wall Museum，對模型進(jìn)修了修改和完善。 有關(guān)創(chuàng)意計算的許多國際性的雜志也應(yīng)運(yùn)而生，其中由英國德蒙福特大學(xué)（ De Montfort University）技術(shù)系 (Faculty of Technology)的楊洪戟教授主編的 IJCrC(International Journal of Creative Computing)就是專門用于匯集創(chuàng)意思想的雜志。 研究定位與意義 研究定位 本文 的研究定位于 研究方法的研究。促進(jìn)了創(chuàng)意教育軟件設(shè)計方法的研究。 第二手資料研究法（ Secondary Research or Desk Research）是指：收集并分析第二手資料的研究方法。之所以使用案例研究法是因為案例研究法東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 5 能夠通過對案例的分析，得出新的，相關(guān)的，之前沒有的信息 [12]。觀察法只能夠獲得正在進(jìn)行的事情的資料，而調(diào)查法能夠事后通過與當(dāng)事人的交流獲得事件的信息。每位專 家只與調(diào)查者進(jìn)行討論。 對比研究法（ Comparison）又稱：比較研究法，是指：通過將具有相同因素的不同物體之間進(jìn)行綜合比較，得出差異的研究方法。 本文所選取的角度是：自然科學(xué)研 究（ scientific research）和社會科學(xué)研究（ social science research）角度。因 為存在這樣的關(guān)聯(lián)性，以這兩個學(xué)科作為角度出發(fā)找出的研究方法，分析起來會更加清楚容易，有針對性?！靶隆笔侵冈瓌?chuàng)的（ original）和意想不到（ unexpected）的意思。 創(chuàng)意存在兩種形式： PCreativity 和 HCreativity。 創(chuàng)意的標(biāo)準(zhǔn) 創(chuàng)意是一個非常主觀（ subjective）的主題（ topic），不同的人有不同的定義與看法。 產(chǎn)品設(shè)計理論 設(shè)計過程（ Design Process） 設(shè)計過程如表 1[25]： 表 1： 設(shè)計過程 東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 10 第一階段 準(zhǔn)備 Preparation 研究計劃 Research Planning 動機(jī) Motivation 目標(biāo) Aim and objectives 相關(guān)工作 Related Works 設(shè)計限制和約束 Design Limitation and Restriction 研究框架和主體定義 Research Framework and Mainbody Definition 項目管理 Project Management：線形圖Linear，甘特圖 Gantt，計劃評審技術(shù)PERT，價格 CPM，方法論 Methodology 第二階段 孵化 Incubation 數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析 Data Collection and Data Analysis 文檔 Documentation 調(diào)查問卷 Questionnaire 面試 Interview 觀察 Observation 數(shù)據(jù)分析和綜合 Data Analysis and Synthesis 第三階段 啟發(fā) Illumination 開發(fā)和評價 Development and Evaluation 設(shè)計研究和開發(fā) Design Research and Development：從概念 Concepts，想法Ideas，素描 Sketches，渲染 Rendering和工程制圖 Engineering Drawings 到測試 Testing，原型 Prototype 和實(shí)體模型的制作 Mockup Making 設(shè)計評價和修改 Design Evaluation and Modification 第四階段 驗證 Verification 呈現(xiàn)和交流 Presentation and Communication 最后評價 Final Product Evaluation 用戶手冊編寫 Users Manual Writing 報告 Reporting，呈現(xiàn) Presentation 和交流 Communication 互動矩陣（ Interaction Matrix） 在設(shè)計領(lǐng)域里，有兩種類型的互動矩陣：互動矩陣 A（ Interaction Matrix A）和互動矩陣 B（ Interaction Matrix B） 。應(yīng)用實(shí)例如表 3： 表 3： Interaction Matrix B Interaction Matrix B Elements Environment Human ? ? Total table puter eyes hands a ? ? 2 0 2 b ? ? ? 1 2 3 c ? 1 0 1 d ? ? 1 1 2 ? Direct Interaction value： 2 ? Indirect Interaction value： 1 從表中可以看出， b 影響最廣，其次是 a 和 d，而其中 a 影響最大。 狹義上，教育軟件是包含特定教學(xué)內(nèi)容的，有特定教學(xué)目標(biāo)的軟件產(chǎn)品。具體概念如圖 4： 圖 4：教育軟件概念 教育軟件特點(diǎn) 教育軟件不同于其他普通軟件的主要特點(diǎn)是： 1) 在開發(fā)教育軟件時，需要對學(xué)習(xí)過程和認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行深 入分析，這是人類最復(fù)雜的大腦活動； 2) 開發(fā)教育軟件時，需要對學(xué)科知識有深入的理解與綜合； 3) 教育軟件對于人機(jī)界面的要求很高，因為教育軟件要涉及到大量的人機(jī)交東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 13 互； 4) 教育軟件的開發(fā)需要教育領(lǐng)域和計算機(jī)領(lǐng)域的多位專家進(jìn)行合作開發(fā)。 圖 5：教育軟件開發(fā)過程 1) 環(huán)境分析主要包括對教學(xué)目標(biāo)，使用對象的分析等； 2) 教學(xué)設(shè)計主要包括教學(xué)內(nèi)容的確定，知識結(jié)構(gòu)的設(shè)計等； 3) 教育軟件設(shè)計是對整個教育軟件的各個方面進(jìn)行設(shè)計，其中以學(xué)習(xí)者模型，導(dǎo)學(xué)算法等部分的設(shè)計尤為重要和關(guān)鍵 [26]； 4) 實(shí)現(xiàn)是根據(jù)教育軟件設(shè)計的內(nèi)容進(jìn)行編碼； 5) 評價是對所實(shí)現(xiàn)的教育軟件的質(zhì)量以及是否滿足教學(xué)需求等一系列問題的回答； 6) 維護(hù)是根據(jù)教學(xué)需求的變化，對教育軟件進(jìn)行修改或升級等的動作。 結(jié)構(gòu)設(shè)計法（ structured design） 對于結(jié)構(gòu)設(shè)計法的一般描述： ? 一個編碼范式（ programming paradigm）； ? 一個自頂向下的設(shè)計方法； ? 一個能夠使軟件易于編碼，修改，維護(hù)和理解的設(shè)計方法。 面向?qū)ο笤O(shè)計法（ objectoriented design） 面向?qū)ο蠓治觯?OOA ObjectOriented Analysis），面向?qū)ο笤O(shè)計（ OOD ObjectOriented Design）和面向?qū)ο缶幋a（ OOP ObjectOriented Programming）是三個相 關(guān)的，但是又不同的概念。這些問題都是在軟件工程領(lǐng)域里至今還沒有根本解決的問題。 關(guān)于傳統(tǒng)教育軟件設(shè)計方法中存在的問題，如圖 6： 東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 15 圖 6：傳統(tǒng)教育軟件設(shè)計方法存在的問題 傳統(tǒng)教育軟件設(shè)計所使用的方法依然是普通軟件的設(shè)計方法：結(jié)構(gòu)設(shè)計法（ Structured Design）和面向?qū)ο笤O(shè) 計法 (ObjectOriented Design)[30]。但至于如何來優(yōu)化這些步驟，以使設(shè)計達(dá)到一個最佳的效果，在設(shè)計步驟與設(shè)計技術(shù)或工具中并沒有涉及。 傳統(tǒng)教育軟件設(shè)計方法的設(shè)計步驟中，主要是對整個系統(tǒng)的設(shè)計，并不包含對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 16 進(jìn)而，輸入的數(shù)據(jù)和輸出的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義與設(shè)計對于一個好的教育軟件設(shè)計來說至關(guān)重要。 由于，傳統(tǒng)教育軟件設(shè)計方法的設(shè)計步驟和設(shè)計技術(shù)或工具較為固定，因此，傳統(tǒng)教育軟件設(shè)計方法很難適應(yīng)用戶需求的變化。 傳統(tǒng)教育軟件設(shè)計方法的設(shè)計步驟和設(shè)計技術(shù)或工具難以解決軟件重用的問題。因此，若是軟件設(shè)計方法的內(nèi)容中能夠考慮到軟件重用的因素，那么對于軟件重用的實(shí)施就會更加容易了。進(jìn)而，在教育軟件設(shè)計方法的內(nèi)容中考慮軟件重用是 十分必要的。因為是對于教育軟件的設(shè)計，所以，在設(shè)計人員的選取上應(yīng)該選擇具有教育領(lǐng)域?qū)W術(shù)背景的軟件設(shè)計人員。而一個好的環(huán)境對于教育軟件的設(shè)計來說也是至關(guān)重要的。 東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 17 創(chuàng)意方向研究 創(chuàng)意計算概念的闡述以及功能描述 創(chuàng)意方向，顧名思義，是指創(chuàng)意的方向，沿著某一方向進(jìn)行創(chuàng)意的意思。 創(chuàng)意計算 (Creative Computing)直 觀的解釋是：通過一個創(chuàng)意的方法來進(jìn)行計算。因此創(chuàng)意計算 (Creative Computing)的研究旨在通過跨學(xué)科，為軟件開發(fā)注入新的活力，解決軟件開發(fā)中存在的問題。在軟件工程領(lǐng)域中，始終存在著至今無法解決的問題。因此，誕生了創(chuàng)意計算 (Creative Computing)這個 新興研究領(lǐng)域。不同的是，計算機(jī)軟件是虛擬的，而產(chǎn)品設(shè)計中的產(chǎn)品是實(shí)體的。而且，產(chǎn)品設(shè)計學(xué)科所注重的也是產(chǎn)品的“創(chuàng)新性”和“有用性”。 創(chuàng)意計算 (Creative Computing)的功能在于通過跨學(xué)科，能夠為計算機(jī)軟件的開發(fā)注入“新”的活力。如果用其它學(xué)科中的理論，規(guī)律或方法來指導(dǎo)軟件的開發(fā)，從一個新的角度來思考軟件開發(fā)，必然能夠為計算機(jī)軟件的開發(fā)帶來新的效果。計算創(chuàng)意（ Computational Creativity）是人工智能（ Artificial Intelligence）的一個分支學(xué)科，與機(jī)器學(xué)習(xí)（ Machine Learning）的研究相類似 [31]；但是創(chuàng)意計算 (Creative Computing)不是人工智能（ Artificial Intelligence）的一個分支學(xué)科，創(chuàng)意計算（ Creative Computing）應(yīng)用于教育軟件設(shè)計是教育技術(shù)（ Educational Technology）的一個分支學(xué)科。因此，考慮從其他學(xué)科中尋找解決方法。例如物理學(xué)科中有杠桿，滑輪組，斜面等機(jī)械的機(jī)械效率；熱機(jī)，電動車的能量轉(zhuǎn)化率；電熱水器，太陽能熱水器的熱能轉(zhuǎn)化率；電燈的光轉(zhuǎn)化率等。產(chǎn)品設(shè)計學(xué)科中有設(shè)計效率等。當(dāng)學(xué)生的需求發(fā)生變化的時候，教師應(yīng)該如何應(yīng)對，如何針對新的需求輔助學(xué)生的學(xué)習(xí)。這些學(xué)科中的理論，規(guī)律或方法若能應(yīng)用于 教育軟件設(shè)計方法，將會給教育軟件的設(shè)計帶來新的活力。而且 ， 在這些研究方法中也可能存在能夠應(yīng)用于研究創(chuàng)意教育軟件設(shè)計方法的研究方法。 其次 ，對創(chuàng)意教育軟件設(shè)計方法的本質(zhì)與特點(diǎn)進(jìn)行研究。 最后 ，根據(jù)研究結(jié)果，進(jìn)行新研究方法的一系列研究。 4) 確定研究方法的開始，步驟和結(jié)束是什么。 東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 21 搜索頻率（ searching frequency）也是一個判斷是不是一個普遍應(yīng)用的一般研究方法