創意計算應用于教育軟件設計研究方法的研究_碩士學位論文-資料下載頁

【導讀】工作所取得的成果。據我所知，除了特別加以標注和致謝的地方外，論文。中不包含其他人已經發表或撰寫過的研究成果。對本人的研究做出重要貢。獻的個人和集體，均已在文中作了明確的說明。本聲明的法律結果由本人。復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權東北師范大學可以將。印或其它復制手段保存、匯編本學位論文。創意計算是近年來較為熱。門的新興研究領域之一，它的應用十分廣泛，而且具有很大的潛力。教育軟件的開發包含多個階段，如環境分析，教學設計，軟件設計，實現，評價，維護等環節。本文所選取的其它學科是產品設計學科。此定義與標準為基礎，進行了研究方法的詳細設計，最后，進行了應用實例。不足之處是對傳統教育軟件設計方法的了解還不夠深入。

　　

【正文】 數據對于教育軟件來說尤為重要。又因為數據結構的設計與整個系統的設 計互相影響，關系緊密，因此，能夠將數據結構的設計與整個系統的設計結合起來，是最佳的選擇。因而，教育軟件設計方法的設計步驟與設計技術或工具中應該包含對于數據結構的設計。 由于，傳統教育軟件設計方法的設計步驟和設計技術或工具較為固定，因此，傳統教育軟件設計方法很難適應用戶需求的變化。當用某一個教育軟件設計方法來設計教育軟件系統時，若系統設計到一半，突然用戶需求發生了變化，那么，就需要使用教育軟件設計方法來重新進行設計，既推遲了軟件設計進度，又在時間，人力和資源上都造成了浪費，增加了教育軟件開發成本。若傳統教育軟 件設計方法的設計步驟和設計技術或工具中能夠存在靈活性，當用戶需求發生變化時，能夠靈活應變，既確保了軟件開發的進度，又能保證所開發的軟件滿足用戶的需求。尤其是在教育軟件的設計過程中，由于教育領域的不斷變化與發展，教育者或是學生的需求都在不斷變化，因此對于需求的修改也是不可避免的，這時就需要教育軟件設計方法的靈活性來支持教育者或是學生需求的變化。 傳統教育軟件設計方法的設計步驟和設計技術或工具難以解決軟件重用的問題。軟件重用在軟件開發過程中有很重要的地位。軟件重用不僅能夠提高軟件開發效率，而且還能夠提高軟件開發 的靈活性，降低開發成本。而軟件是否能夠重復使用，取決于軟件的系統結構，而軟件的系統結構是在軟件設計方法的指導下生成的。因此，若是軟件設計方法的內容中能夠考慮到軟件重用的因素，那么對于軟件重用的實施就會更加容易了。而且對于教育軟件來說，主要是開發教育資源軟件，自學輔助軟件，教學輔助軟件，教務輔助軟件，教學支撐軟件，行政管理軟件等幾類軟件。因此，在同一類教育軟件（比如教育資源軟件）下，教育軟件的開發具有共同的部分。所以，軟件重用對于教育軟件的開發尤其具有重要的意義。進而，在教育軟件設計方法的內容中考慮軟件重用是 十分必要的。 傳統教育軟件設計方法中的設計步驟和設計技術或工具中，沒有關于設計人員和環境設置的考慮。在影響教育軟件設計的眾多因素中，設計人員與設計環境對于教育軟件設計的影響十分巨大。現在，軟件開發對于開發人員的要求越來越傾向于具有多學術背景的開發人員。因為是對于教育軟件的設計，所以，在設計人員的選取上應該選擇具有教育領域學術背景的軟件設計人員。因為，具有教育領域學術背景的設計人員能夠更加清楚教育軟件的設計重點在哪里，從而提高教育軟件的質量。若是不能做到啟用具有教育領域學術背景的設計人員，應該在設計組中加入教 育領域的專家。通過教育軟件設計人員與教育領域的專家緊密合作來進行教育軟件的設計，能夠達到事半功倍的設計效果。而一個好的環境對于教育軟件的設計來說也是至關重要的。簡單來說，若是設計人員在一個非常嘈雜的環境下進行教育軟件的設計，是不可能設計出好的教育軟件的。若是，設計人員深處教育軟件的應用環境進行教育軟件的設計，能夠與用戶進行比較多的溝通與交流，深入了解用戶的需求，及時地接收關于需求的變化，那么在這種環境下設計出的教育軟件能夠更好的滿足用戶的需求，達到一個很好的教育效果。因此，在教育軟件設計方法中應該考慮到關于 設計人員的分配和設計環境的設置，以便能夠開發出高質量的教育軟件。 東北師范大學碩士學位論文 17 創意方向研究 創意計算概念的闡述以及功能描述 創意方向，顧名思義，是指創意的方向，沿著某一方向進行創意的意思。而對于“方向”的具體含義上文已經做了詳細說明，是指傳統教育軟件設計方法中存在的問題。因此，對于創意方向的研究，實際上是指關于創意計算能夠解決哪些傳統教育軟件設計方法中存在的問題的研究。 要想研究創意方向，首先就要先對創意計算的具體含義有一個深入的了解。 創意計算 (Creative Computing)直 觀的解釋是：通過一個創意的方法來進行計算。“創意”最原始的意思是“新的”和“有用的”，而在創意計算中的具體意思是：跨學科（ interdisciplinary），即用其它學科（例如物理，化學，藝術或設計）學科中的思想，理論，規律或方法來做計算。而 “計算”在軟件工程領域是指：軟件開發。因而，創意計算 (Creative Computing)在軟件工程領域是指：用其它學科（例如物理，化學，藝術或設計）學科中的思想，理論，規律或方法來開發軟件 [23]。因此創意計算 (Creative Computing)的研究旨在通過跨學科，為軟件開發注入新的活力，解決軟件開發中存在的問題。創意計算 (Creative Computing)的研究是為軟件開發服務。 創意計算 (Creative Computing)來源于英國德蒙福特大學（ De Montfort University）技術系 (Faculty of Technology)的楊洪戟教授的一個假設：通常情況下，人們都在研究如何利用計算機軟件來輔助其他學科的發展，例如計算機輔助教學，計算機輔助藝術。反過來，其它學科應 該也能夠輔助計算機軟件的發展。在軟件工程領域中，始終存在著至今無法解決的問題。既然這些問題在軟件工程領域內無法解決，那么，超出軟件工程領域之外，深入到其他領域中，用其他學科中的思想，理論，規律或方法是否能夠解決這些問題呢？通過先鋒者們（例如 IOCT）的研究與實踐，證實了這一假設的價值。其他學科的理論，思想，規律或方法能夠為計算機軟件的開發注入軟件工程領域所沒有的新的活力。用其他學科的思想解決軟件工程領域里無法解決的問題就是“跨學科”的意義所在。因此，誕生了創意計算 (Creative Computing)這個 新興研究領域。 本文所選取的是產品設計學科（ Product Design）中的思想，理論，規律或方法。因此，在本文中，創意計算 (Creative Computing)的具體含義是用產品設計學科中的思想，理論，規律或方法來開發軟件。 之所以選擇產品設計學科（ Product Design）是因為：計算機軟件從某種意義上來說也是一個“產品”。不同的是，計算機軟件是虛擬的，而產品設計中的產品是實體的。基于這個特點，兩個學科應該有相通的地方。例如兩個學科都要進行需求分析，而且，需求分析在兩個學科中都占有很重要的地位。 既然兩個學科有相通的地方，那么，將產品設計中的思想應用于計算機軟件開發應該更為容易，合理和有效。而且，產品設計學科所注重的也是產品的“創新性”和“有用性”。一個產品如果沒有創新，那也僅僅是普通產品數量的增加，不會引起消費者的購買欲，因此也不會有市場；一個產品如果有創新，但是沒有用，那也僅僅東北師范大學碩士學位論文 18 是資源的浪費，仍然不會引起消費者的購買欲，更不會有市場。因此，對于產品設計來說，創新性和有用性也是缺一不可的。因而，產品設計中的思想，理論，規律或方法能夠保證所開發的軟件的創新性與有用性。 創意計算 (Creative Computing)的功能在于通過跨學科，能夠為計算機軟件的開發注入“新”的活力。到目前為止，對于計算機軟件開發的研究還是處于軟件工程的研究范圍之內，還都是用軟件工程的方法來開發軟件，軟件工程作為一個工具學科，發展潛力有限。發展至今仍然存在許多不可調和的問題和需要改善的地方。這時就需要將眼界放寬，看到軟件工程以外的東西。如果用其它學科中的理論，規律或方法來指導軟件的開發，從一個新的角度來思考軟件開發，必然能夠為計算機軟件的開發帶來新的效果。 創意計算（ Creative Computing）與計算創意（ Computational Creativity）在學術領域十分容易混淆。但是，這兩個詞匯有著明確的區別。直觀的區別是：創意計算 (Creative Computing)是用創新的方法來做計算，重點在于“計算”；而計算創意（ Computational Creativity）是通過計算來獲得創意，重點在于“創意”。計算創意（ Computational Creativity）是人工智能（ Artificial Intelligence）的一個分支學科，與機器學習（ Machine Learning）的研究相類似 [31]；但是創意計算 (Creative Computing)不是人工智能（ Artificial Intelligence）的一個分支學科，創意計算（ Creative Computing）應用于教育軟件設計是教育技術（ Educational Technology）的一個分支學科。本質的區別是：計算創意（ Computational Creativity）是模仿人腦創意過程的實現；而創意計算（ Creative Computing）是通過跨學科的思想來開發軟件。 創意計算所能解決的問題 （創意方向） 在傳 統教育軟件設計方法存在的問題中，創意計算能夠解決的問題有：沒有融入教育思想，沒有關于設計效率的考慮，難以適應需求變化。這三個問題，在軟件工程領域中至今無法解決，永遠都有問題出現。因此，考慮從其他學科中尋找解決方法。 傳統教育軟件設計方法的創意方向如圖 7： 東北師范大學碩士學位論文 19 圖 7：傳統教育軟件設計方法的創意方向 創意計算最大最主要的特點就是跨學科（ interdisciplinary），將其他學科（例如物理，化學，藝術或設計）中的理論，規律或方法應用于軟件開發中，為軟件開發帶來新的活力。因此，創意計算應該也能夠將教育領 域的理論，規律或方法應用于軟件開發中，用于指導教育軟件的開發。 除了軟件工程領域以外的其他許多學科中，存在著有關效率的內容。例如物理學科中有杠桿，滑輪組，斜面等機械的機械效率；熱機，電動車的能量轉化率；電熱水器，太陽能熱水器的熱能轉化率；電燈的光轉化率等。化學學科中有光化學效率等。生物學科中有種子發芽率等。教育領域中有教學效率，學習效率等。產品設計學科中有設計效率等。這些學科中的理論，規律或方法中應該有能夠用于提高教育軟件設效率的內容。 在軟件工程領域以外的其他許多學科中，存在著面對需求變化如何應對的指導方 法。例如在教育領域里，在教學法中就有關于教師如何因材施教，因需施教的內容。當學生的需求發生變化的時候，教師應該如何應對，如何針對新的需求輔助學生的學習。例如，在談話教學法當中，就有關于在教師與學生進行討論的時候，每個學生問的問題都可能不同，當教師面對新問題的提出時，應該如何應對，如何去激發學生的學習的內容。在產品設計學科中，產品設計師隨時都可能面臨客戶需求發生變化，產品市場發生變化的情況。因此，在產品設計學科中，應該也存在著關于應對需求發生變化的情況的理論，規律或方法。這些學科中的理論，規律或方法若能應用于 教育軟件設計方法，將會給教育軟件的設計帶來新的活力。 東北師范大學碩士學位論文 20 第四章 在創意方向指引下創意教育軟件設計方法的研究方法研究 研究過程設計 過程描述 首先 ，要找到所有領域中普遍應用的一般研究方法。 因為，在研究方法領域里，已經存在很多被大家廣泛應用的一般研究方法。要想提出一個新的研究方法，就必須先對這些已經存在的一般研究方法進行研究和借鑒 。而且 ， 在這些研究方法中也可能存在能夠應用于研究創意教育軟件設計方法的研究方法。 又由于研究方法是人們在從事科學研究的過程中不斷總結、提煉出來的。由于人們認 識問題的角度、研究對象的復雜性等因素，而且研究方法本身處于一個在不斷地相互影響、相互結合、相互轉化的動態發展過程中，所以對于研究方法的分類目前很難有一個完全統一的認識 [32]。因此，本文先對研究方法的定義，標準與角度做了確定，以此為基礎，通過自己努力閱讀文獻查找，總結出一般研究方法，同時對其進行分類。 其次 ，對創意教育軟件設計方法的本質與特點進行研究。只有深入了解了創意教育軟件設計方法的本質與特點，才能夠通過仔細分析并回答有關研究方法的一系列討論。 再次 ，根據創意教育軟件設計方法的本質與特點，對現存的一般研究方法進行研究。回答已經存在的一般研究方法能否應用于創意教育軟件設計方法 的研究中；這些已經存在的一般研究方法如果能夠應用的話，哪些方法能夠應用；只應用這些方法足不足夠；需不需要提出新的專門的研究方法等問題。 最后 ，根據研究結果，進行新研究方法的一系列研究。 包括： 1) 確定傳統教育軟件設計方法的創意方向（需要解決的問題）。 2) 確定輸入的相關數據是什么。 3) 確定輸出的研究結果是什么。 4) 確定研究方法的開始，步驟和結束是什么。 要想找到所有的普遍應用的一般研究方法，具體步驟如下 ： 1) 首先要對“研究方法”有一個明確的定義與標準。因為在研究方法領域里，對于研究方法的定義與標準眾說紛紜。只有確 定了一個明確的定義與標準，當找到一個潛在研究方法的時候，通過定義與標準的檢驗，才能知道它到底是不是一個研究方法；才能知道若要提出一個研究方法，都應該符合什么標準。 東北師范大學碩士學位論文 21 搜索頻率（ searching frequency）也是一個判斷是不是一個普遍應用的一般研究方法的標準。因為，所需要找的研究方法的特點是普遍應用的，也就是被大家廣泛接受和應用的，所以，這樣的研究方法的搜索頻率應該是很高的。如果在搜索一個潛在研究方法的關鍵詞的時候，這個潛在研究方法出現的頻率很小，那么就說明，它并不是被大家普遍接受和應用的，因而，它 就不是本研究要找的