【原型建構(gòu)在工程教學(xué)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究】 化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中如何建構(gòu)認(rèn)識(shí)模型

　　摘 要 使用口頭協(xié)議分析方法，我們描述了一項(xiàng)關(guān)于原型建構(gòu)幫助工程類學(xué)生如何處理設(shè)計(jì)任務(wù)的潛力。從我們對8名不同年級(jí)段的學(xué)生的分析報(bào)告中，我們發(fā)現(xiàn)開放式的設(shè)計(jì)中，原型建構(gòu)可以幫助學(xué)生更好的收集評(píng)估構(gòu)想，更好的展現(xiàn)他們的構(gòu)想，以及幫助學(xué)生更好的發(fā)現(xiàn)真實(shí)行為和概念原型之間的差異。原型建構(gòu)同樣可以提高創(chuàng)新構(gòu)想，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到他們的元認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)策略，我們同樣發(fā)現(xiàn)，不管他們開始構(gòu)圖還是建構(gòu)，多數(shù)學(xué)生的建構(gòu)進(jìn)度時(shí)間是一致的。
　　關(guān)鍵詞 設(shè)計(jì)教育；設(shè)計(jì)認(rèn)知；工程設(shè)計(jì)；草案分析；工程教育
　　
　　這份研究報(bào)告就是用來調(diào)查是夠親自建構(gòu)原型可以促使學(xué)生跟好的理解工程設(shè)計(jì)過程，并利用口頭協(xié)議分析，我們從8位進(jìn)行開放式建構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)的工程學(xué)生中收集數(shù)據(jù)，這份報(bào)告反映了這項(xiàng)研究成果。
　　
　　1.背景
　　我們視建構(gòu)為工程設(shè)計(jì)過程的一種輔助，原因有很多。首先，學(xué)生們經(jīng)常很難從草圖中去看到結(jié)構(gòu)丙炔進(jìn)場盲目的接受電腦分析的結(jié)果卻不去檢查。二是建構(gòu)一個(gè)物理原型可以展現(xiàn)學(xué)生的非理想工程，并給予他們機(jī)會(huì)去了解真實(shí)行為和概念原型預(yù)測行為的差異性，設(shè)計(jì)的初始階段作出的假設(shè)可以在建構(gòu)時(shí)候顯示并且可以被優(yōu)化或者重新設(shè)計(jì)以此來檢測概念。三是建構(gòu)可以讓學(xué)生更快的得知有形的結(jié)果。最后，這份報(bào)告中引用的所有研究者都注意到大多數(shù)學(xué)生喜歡快速原型建構(gòu)，這樣原型建構(gòu)在工程設(shè)計(jì)過程中對學(xué)生是個(gè)十分有用的工具就得以解釋了。
　　
　　2.方法
　　我們想要研究工程類學(xué)生在一個(gè)開放式原型建構(gòu)任務(wù)中的認(rèn)知過程。由于我們看不到認(rèn)知過程，唯一的方法來知道他們在任務(wù)中想什么就是問他們。一個(gè)曾經(jīng)用來促使我們了解工程學(xué)生面對復(fù)雜問題時(shí)候怎么找出解決辦法的方法就是口頭協(xié)議分析。在口頭協(xié)議分析數(shù)據(jù)收集時(shí)，主體要求在他們展示任務(wù)的同事大聲的思考。我們并不認(rèn)為這樣就是通向了他們的認(rèn)知過程，但是他們能告訴一些短暫記憶的內(nèi)容。從這些口頭描述中，我們可以深入了解到他們是怎么從問題中收集并加工信息的，他們是怎么找到解決方案的。這份研究中，我們展示八位參與者的分析。
　　2.1 實(shí)驗(yàn)對象
　　來自本校的8名學(xué)生前來參與這項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)。這幾名學(xué)生都認(rèn)識(shí)研究報(bào)告的的作者，所以非常方便，其中有5名男生，3名女生，他們來自不同的工程專業(yè)和年級(jí)。
　　除了他們的年級(jí)不一樣，他們的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)也大不相同。有些學(xué)生會(huì)有一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的選修課。有些會(huì)參加能從中接觸到設(shè)計(jì)過程的暑期實(shí)踐或者一些課外活動(dòng)。所以，學(xué)生設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有很大的差別。
　　2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)
　　任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是可聚集的并相對容易快速簡便修改的；應(yīng)該是學(xué)生參與設(shè)計(jì)過程的；應(yīng)該是可以快速上傳到其他網(wǎng)站的；應(yīng)該有一個(gè)相對簡單的應(yīng)用并且最后可以被一些獨(dú)立的，電腦傳送的評(píng)估工具修改的。搜索范圍縮小至由國家科學(xué)基金會(huì)資助的用來提供幫助殘疾人研究計(jì)劃的項(xiàng)目。該程序包含的項(xiàng)目是一些轉(zhuǎn)為個(gè)人生理挑戰(zhàn)而量身定制的輔助設(shè)備，由本科的工程學(xué)生研發(fā)的。有非常多元化的選擇可以供項(xiàng)目選擇，大多數(shù)都是相對輕巧簡便，符合我們?nèi)蝿?wù)的標(biāo)準(zhǔn)。最后我們選擇的任務(wù)是建立一個(gè)單手開瓶器的原型。
　　2.3 過程
　　我們通過伊妹兒直接問研究參與者他們是否愿意參加工程設(shè)計(jì)的研究實(shí)驗(yàn)。學(xué)生們在給予承諾后就會(huì)被要求在學(xué)校的小會(huì)議室單獨(dú)進(jìn)行測試。天花板上會(huì)安裝一個(gè)小型自動(dòng)錄像的相機(jī)以便來記錄他們的演說以及學(xué)生的手勢（臉型不會(huì)被錄制）。在開始錄制之前，我們會(huì)告知參與者研究的目的，即用來調(diào)查工程設(shè)計(jì)的過程，并給他們一個(gè)有24道題目的大聲思考的項(xiàng)目。
　　當(dāng)他們做完這些題目后，我們就給他們一張信息表用來解釋他們的設(shè)計(jì)任務(wù)：每個(gè)人開發(fā)開瓶器只能用手。學(xué)生只能從大桌上放的15套列有的行動(dòng)來做。每套行為由5到8張?zhí)峁┎煌�信息的卡片組成。信息表上說明了參與者可以選擇他們覺得可以幫助他們制定方法的任何卡片。
　　我們使用樂高積木來建構(gòu)原型。當(dāng)他們選擇了建構(gòu)原型的卡片后我們就會(huì)提供一個(gè)樂高積木的工具包并且大致指導(dǎo)他們該如何使用。當(dāng)參與者設(shè)計(jì)并建造出他們的原型后，另外2名研究者就會(huì)觀察記錄并問他們一些相關(guān)的簡短的問題。
　　
　　3.分析
　　轉(zhuǎn)錄的文本隨著時(shí)間會(huì)形成我們要分析的主要數(shù)據(jù)。內(nèi)容分析法是我們使用的方法，使用超研究，我們形成一個(gè)定量的數(shù)據(jù)軟件包。這種分析的形式包括通過文本尋找重復(fù)的詞，句或者主題。頻率和模式可以幫助定義創(chuàng)建分類或者編碼。有些句子被編為多個(gè)類目。一旦分類創(chuàng)建后，就會(huì)不斷的比較來確認(rèn)類目內(nèi)部的同質(zhì)性和外部的異質(zhì)性。
　　
　　4.結(jié)論
　　從學(xué)生們的口頭協(xié)議分析中，我們可以發(fā)現(xiàn)原型建構(gòu)具有幫助學(xué)生產(chǎn)生，展現(xiàn)并評(píng)估設(shè)計(jì)想法，以及在草圖階段發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)的潛能。同樣可以幫助學(xué)生及時(shí)的調(diào)整真是行為和用來預(yù)測那種行為的概念化原型的差異。原型建構(gòu)作為開放式為題的一部分為創(chuàng)造性思維提供了有利機(jī)會(huì)。大部分的學(xué)生表明親自動(dòng)手進(jìn)行建構(gòu)原型可以更好的幫助他們產(chǎn)生創(chuàng)新思想。分析和指正他們的作品和想法在工程設(shè)計(jì)過程中非常重要，而建構(gòu)原型可以提高一些學(xué)生的進(jìn)程。通過建構(gòu)原型，這些學(xué)生開始明白原型建構(gòu)是怎樣來修正他們最開始的想法的了。此外原型建構(gòu)可以在學(xué)生們草圖階段暴露暴露出他們的不正之處。最后，原型建構(gòu)可以讓同學(xué)們開始關(guān)注他們的元認(rèn)知策略以及學(xué)習(xí)方式。
　　
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] Atman, C., & Bursic, K. (1998). Verbal protocol analysis as a method to documentengineering student design processes. Journal of Engineering Education,87(1), 121―131.
　　

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