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第1篇：人工智能與環境設計范文

論文摘要:學習環境設計是教學理論領域的兩大主題之一。隨著知識媒體概念的提出及不斷發展，它對學習環境的影響也越來越明顯。主要表現在呈現教學信息、構造仿真情境、創建虛擬學習空間、豐富的信息資源和學生評估等幾個方面。

學習環境設計是教學理論領域的兩大主題之一。環境因素與人類學習之間存在著密切的相互作用的關系，良好的學習環境能促進人的學習，不良的學習環境會抵消教育、教學的作用和影響。將環境因素納入人的學習過程來考慮，體現了整體的思想觀念，是進行教育、教學改革觀念上的轉化。

21世紀以來隨著計算機、網絡、通信、超文本與超媒體，數字電視等數字技術的飛速發展，整個社會即形成一種數字化生存的環境，傳統的教育模式、教育方法，越來越不能滿足素質教育、創新教育、全民教育、終身教育的需求，它的局限性越來越明顯。這種數字化生存環境，對我們的教育目標、教育內容、教育方法和教育手段等提出了全新的挑戰和要求。

雖然“知識媒體”對教育系統的滲透還處在初級階段，但它的介入，使現代教育在很多領域都顯示出了不可逆轉的發展趨勢。

一、知識媒體

1.什么是知識媒體

“知識媒體”由Mark Stefik在1986年首次提出來的，他的出發點是認為只有將人工智能技術和因特網結合起來才能發揮更大的作用。這個術語本身強調的是在遠程教育中，要優先考慮學習規律和認知科學，然后才是技術。

目前知識媒體是個倍受關注的焦點，很多國家都成立了知識媒體研究所。經過各種研究發現，各種技術與媒體都有各自的優勢和局限性，不存在一個萬能的媒體或技術，最有效的媒體與技術是各種媒體與技術的有機融合。因此，我們把以多媒體、遠程通信、虛擬現實及認知科學有機融合后的媒體集合稱之為“知識媒體”。它的內涵是指由計算機、遠程通信及科學相結合而成的作為輔助人類高級認知、擴展人類學習技能與知識領域的技術與媒體。

從定義可以看出，知識媒體可以認為是一種整合環境、平臺。它并沒有擴展傳統媒體的范圍，知識媒體擴展的只是人們對傳統媒體應用的思想，即“為了更好地促進人類的學習，傳統媒體應該如何恰當地組合應用?”對于回答這個問題的思想。

如果泛義地理解，我們可以將知識媒體理解為以學習者為中心的新技術，只要能促進人類的學習，增強創造力，促進知識的建構，有助于知識的共享、獲取和理解的方法，都可以認為是知識媒體。

2.知識媒體的特點

知識媒體有以下5個顯著特點:

(1)知識媒體同時涉及數據和過程:可以通過自己的計算，計算出新的事實，根據媒體自身的規則和不同戶的操作來配置和顯示不同的信息。

(2)知識媒體可以跨越時間和空間來傳播，它尤其適合協作:時空己經不是障礙，通過新的知識媒體，信息都可以傳播。尤其對公司而言，可以廣采眾家之長，讓所有人暢所欲言，協同完成既定目標。

(3)知識媒體包含任務空間和人際空間:任務空間是指我們完成工作(寫作、繪圖和計算等)的環境，而人際空間是指我們和其他人交流的環境。新的知識媒體可以使在計算機上工作的合作者共享一個虛擬的工作空間(即任務空間)，但是他們可以通過一種設備(人際空間)看到對方。這就是新型知識媒體的作用。

(4)知識媒體是可擴展的，而且它的行為是可以由用戶來控制的:媒體本身能被修改和加強以適應用戶的感覺、認知和任務的需要。我們可以設置一些現代的工具軟件比如word，我們可以把最常用的功能放在最方便使用的地方。

(5)知識媒體具有一定的智能性，可以有效地減輕人們的認知負荷:知識媒體的構建基礎是對人的認知與思維過程的建模，通過對認知與決策過程的某些需要大信息量的認知加工過程的模擬，可以有效地減輕人們的認知負荷，提高知識管理與決策效率。知識媒體不是讓軟件完全取代人的思考，而是增強人的思考。

總之，知識媒體的核心在于促進人類的學習，促進知識的共享。

二、建構主義學習環境

建構主義教學理論特別強調學習環境的設計。關于建構主義學習環境的界定，較有影響的觀點是學習環境的場所觀和資源與關系說。場所觀認為學習環境是一種學習場所。資源與關系說則認為學習環境不是簡單物理意義上的場所，而是學習資源和人際關系的組合，其中既有豐富的學習資源，又有人際互動的因素。這兩種觀點未能反映建構主義學習環境的核心內容。我們將建構主義學習環境概括為是一種支持學習者進行建構性學習的各種學習資源的組合。這里的學習資源包括信息資源、認知工具、人類教師等物理資源，以及任務情境等軟資源，其中任務情境是建構主義學習環境的核心，任務情境是在學習環境中起著集成其他各種學習資源的作用。一種學習環境是否是建構主義的，關鍵看任務情境的性質。

建構主義學習環境的設計是以學為主的教學設計的主要內容之一。而我們理解知識媒體是一種以學習者為中心，將各種媒體優化組合以促進學習者更好地學習的新技術。這一思想對于建構主義學習環境設計是很有益處的，我們可以認為知識媒體更適合進行建構主義學習環境設計。

建構主義代表人物喬納森在1997年提出了建構主義學習環境模型(Constructivist LearningEnvironment，簡稱CLE)，見下圖。

CLE模型由問題、相關的實例、信息資源、認知工具、會話與協作、社會背景支持六部分組成。

問題:它處于建構主義學習環境設計的中心，是學習者要嘗試解決或決心要解決的各類問題。它包括疑問、項目、個案等。

相關的個案或事例:通過這些相關個案或事例為初學者提供相關經驗，這對于幫助他們解決問題是非常關鍵的。

信息資源:為學習者提供有關問題的詳細背景，學習必須的預備知識等。 認知工具:常用的認知工具有六類:問題/任務表征工具、靜態/動態知識建模工具、績效支持工具、信息搜索工具。

會話與協作工具:計算機網絡的發展可以為合作學習提供技術上的支持，使學習者之間進行討論，通過與他人的討論，使學習者重新建構知識，進而擴大其認知結構。

社會背景支持:CLE模型所設計的建構主義學習環境可以為學生的自主學習提供三種教學策略:建模策略、教練策略和支架策略。

三、知識媒體支持的建構主義學習環境設計

從黑板、粉筆等傳統媒體到形象直觀、聲形兼備的多媒體，再到計算機網絡，雖然彌補了傳統媒體中的一些不足，但在培養學生的素養和創新能力，以及發揮學生的主體地位等方面仍然存在不足。知識媒體則可以將網絡與其他各種媒體恰當結合，它比過去的多媒體教學又有了一定的改善。因此，以CLE模型為基礎，我們利用知識媒體來進行建構主義學習環境的設計，可以達到比傳統媒體或多媒體進行的學習環境設計更好的效果。

從知識媒體的特點，我們可以看出它對于設計學習環境具有很多優勢，首先它考慮到了學習規律和認知科學，其次知識媒體以學習者為中心，有利于學生的知識建構，再次知識媒體具有一定的智能性，可減輕人們的認知負擔，增強人們的思考。

從建構主義學習環境設計的模型出發，結合知識媒體的特點，我們總結出以下幾點知識媒體在學習環境設計中的應用:

1知識媒體呈現教學信息

傳統的各種媒體向學生呈現信息時，只是簡單地顯示事實以及對事實的解釋說明，所有學生接受到的是相同的信息，缺乏學習的自主性，不利于學生對知識的建構。知識媒體則可以同時設計數據和過程，學生可以根據這些數據或過程計算出新的事實，比較有利于學生的

發現式學習。知識媒體可以根據自身的規則和不同的操作為不同類型的學生配置和顯示不同的信息，實現對學生的因材施教，滿足學生的個性需要，體現學生的學習主體性。

2.利用知識媒體，構造仿真情境，創設真實的任務情境

學習活動的真實性被認為是建構主義學習環境的重要特征。真實的任務情境有利于學生的知識遷移，任務情境與將來實際應用的情境相似，有助于學生獲取高度概括的理解。

通過知識媒體，如虛擬現實技術可以為學生創設與當前主題相關的、盡可能真實的情境，模擬現實，使學生產生身臨其境的感覺，激發學習者的學習積極性，在這種仿真情境中完成問題的理解、知識的應用和意義的建構。

3.通過知識媒體為學生創建虛擬的學習空間，實現學生的協作、交流

設計協作學習環境的目的是為了在個人自主學習的基礎上，通過小組討論、協商，以進一步完善和深化對主題的意義建構。

我們可以通過諸如視頻會議、網絡會議、LotusNotes軟件等，以及各種論壇、聊天室等實現學生之間、學生與教師間的實時或非實時的對話，以進行協作學習，最終學生們共同完成學習目標。知識媒體可以使計算機上工作的合作者共享一個虛擬的任務空間，在這個任務空間中實現與他人的交流，從而實現了人際空間。

4.通過知識媒體，為學生提供豐富的信息資源環境

學習者在進行學習時，不論是進行自主學習還是協作學習，都需要大量的與學習主題相關的信息，并且需要有一些學習工具的支持，知識媒體則可以滿足這些需要。

互聯網是信息的海洋，學生通過互聯網可以獲得大量的信息資源。知識媒體還為學習者提供了認知工具，如word等一些現代工具軟件可以對獲得的信息資源進行處理，并且知識媒體將這些軟件中常用的功能都放在方便學習者使用的地方。由于知識媒體考慮到了學習中的認知科學，所以這些工具軟件在使用時要比作為普通軟件使用對學生的學習更有效。

5.知識媒體可以更好地對學生進行評估學習環境的設計與使用是一個動態的過程。評價、反饋與修訂使學習環境趨向更合理。

通過知識媒體，學生可以很方便地實現小組對個人的評價和學生的自我評價，比如學生可以通過網絡遞交作業，把作業到網上或Blog里，這樣便于教師和其他同學對個人進行評價，還可以利用電子檔案袋進行教師對學生的評價和學生自評，并且通過它既可以評價學習結果，還可以評價過程。另外，學生還可以利用各種展示軟件將自己的學習成果展示出來，以便于學生間的互評。

第2篇：人工智能與環境設計范文

關鍵詞 人機工程學 Web課件 設計

The Research of Ergonomics in Web-based Courseware Design

Abstract In the last years， we have seen a proliferation of network education. How to construct the resources of network education effectively has been an important and imminency problem. In this article， the author presents the ergonomic problems in web-based courseware design. Web-based courseware design should be based on learner’s needs in physiology and psychology as possible as we can.

Key Words Ergonomics Web-based courseware Design

近年來，隨著網絡教育的蓬勃發展，如何更有效地建設網絡資源日益成為重要而迫切的問題，對于網絡資源的一個重要組成部分--網絡課件的設計，人們進行了大量的研究和工作，取得了階段性的成果。但目前網上運行的課件還存在很多不盡人意的地方，比如形式單一、內容枯燥、操作不便、界面設計不合理等等，那么Web課件的設計應該遵循怎樣的思路和方向才能近可能地滿足學習者的生理和心理的需要，以使學習者操作更便捷，學習更高效呢？很顯然，在當前形勢下研究這個問題具有重要的意義。

1什么是人機工程學？

1.1概念

人機工程學又稱人機工效學(Ergonomics)，是一門讓技術人性化的科學，一門關于技術和人的協調關系的科學。即如何讓技術的發展圍繞人的需求來展開，把人作為產品和環境設計的出發點，使其性能、色彩等更好地適應和滿足人類的生理和心理的需要，從而使人們在工作中更安全、便捷和舒適，工作效率更高。其研究方法和評價手段涉及心理學、生理學、醫學、人體測量學、美學和工程技術等多個領域。

1.2 兩個熟悉的例子

牙刷是我們生活中最普通不過的用品，而它的設計中反映出許多人機工程學問題。我們可能都見過普通賓館里的一次性牙刷，這些牙刷大都設計得比較簡易，桿身很直，使用時手握起來不便用力，手腕的曲度不合適容易造成手腕酸痛；另外，有的牙刷的毛刷過硬，容易損傷牙齦，這些都不能很好地滿足人的生理需要。而設計比較好的牙刷則較多地考慮了人的生理和心理的需要，牙刷的毛刷軟硬適度、材料適當有利于保護牙齦；牙刷的桿身曲度合理且其上有些凸凹槽，使用時便于手腕用力。以上這些考慮是人的生理上的滿足，不僅如此，其清晰、淡雅的色彩和桿身的合理曲度給人帶來視覺上的美感，這些是人的心理上的滿足。這是一個生活方面的例子，下面讓我們看一個人與計算機交互方式演變的例子，看一下它是怎樣體現人機工程學問題的。

回顧人與計算機交互方式的演變，從利用穿孔紙帶輸入計算機程序，到面對終端機上的字符操作界面，再到個人計算機上的圖形界面和多媒體，繼而是網絡和虛擬現實，界面的日益"友好"或者說計算機技術的日益"人性化"，其實質也就是人機工程特性的不斷提高。具體說來，字符界面對用戶的要求是一種回憶加工，用戶必須記憶大量的計算機命令才能與計算機進行交互，而圖形用戶界面對用戶的要求則是一種再認加工，用戶只要能夠再認出菜單、按鈕、滾動條的意義就能夠與計算機交互，再認加工與回憶加工相比對用戶的認知負荷的要求要低的多，這樣就大大降低了用戶的認知負擔，這樣有利于用戶工作更快、更舒適、更高效，不容易有挫折感和疲勞感，更易于自學和探究，學習到更多的能力。讓我們再看一下虛擬現實技術是怎樣體現"以人為本的"。從人機工程學的角度來說，虛擬現實技術把人類的空間感、行走等感覺和行為功能納入到人機交互之中，使得人與信息的交流變得更加自然和沒有障礙。

2 Web課件設計中人機工程學問題

從以上人機工程學的概念和例子中，我們能夠看出為了讓作業中的人工作更高效、更舒適，我們產品的設計應該以滿足人的生理和心理的需求為出發點。那么，Web課件設計主要應注意哪些方面的問題才能使學習者操作更便捷、更舒適，學習更高效呢？筆者認為我們在Web課件設計中應當注意以下幾個主要的方面。

2.1 Web課件的設計應建立在腦科學和教育心理科學的理論基礎之上。

無論課件的組織(選取的哪些內容，通過規則學習還是示例學習、通過超級鏈接形成怎樣的結構、課件中小單元的容量等)還是界面上色彩的搭配、界面的布局，聲音、圖象等多媒體的組合等所有的工作都要有科學的理論所依，而不是憑著感覺走，這個道理看起來很簡單，但事實上目前網絡上運行的很多課件在設計時在這方面考慮的不多，很多工作只是憑著感覺走，結果，要么色彩搭配不合理，就是聲音和圖象搭配不合理，最終影響學習效果。下面舉一個小的例子來進一步說明這個問題。

比如說，心理學家Rayner和Pollatsek通過圖畫知覺過程中的眼動研究表明：人眼對信息區的及時注意是受物體之間差異的大小影響的，人眼總會及時把眼光移動到與周圍環境不協調的物體上，并且畫面中不協調的物體比協調的物體注視時間要長。根據這一理論，我們在設計界面時就可以通過或動靜或大小或色彩的區別來突出重點內容。然而，由于有些設計者對有關理論了解不多，在設計時只憑著感覺走，把畫面設計得很花哨，結果適得其反，不僅沒有突出重點內容，一些非重點內容反而牽扯了很多注意力。

總之，課件設計的一切工作都要有據可循，課件的結構、單元的容量、聲音和圖象的匹配等等要符合大腦和心理的認知過程和認知規律。很顯然，如果我們的設計符合人類腦生理和心理的特點，學習者的學習效率將會得到大大提高。盡管，目前能夠用于教育的腦科學成果還沒有一個清晰的表單，心理的認知規律還有待進一步發展，但了解腦科學和教育心理科學的有關理論，并把我們的設計工作建立在其上，這應該是課件設計者引以注意的問題。在這一方面，Learning這個網站做得比較好，尤其把腦科學的一些成果用于指導課件的設計，有些知識的學習通過一個問題解決的認知情境來實現，有助于創造能力的培養。

2.2 Web課件的設計應當具有一定的智能性

2.2.1 為了讓學習者尤其初學者不在課件的暢游中（尤其在比較復雜的網狀結構的課件中）迷航，課件應當具有"幫助"系統，就像Office中的小助手一樣，幫助學習者熟悉課件的結構（本知識點與其他相關知識點之間的聯系，知識點之間的全局關系圖），幫助使用課件的交互功能等等。

2.2.2 課件中應當有能夠記錄學習者的學習路徑的系統，這樣學習者一旦中斷學習進程，就不必重新開始進入，并且，教師根據學習者與系統的交互問答歷史可以在一定程度上了解學習者的學習情況。

2.2.3 學習者應當可以把自己的學習心得或對課件設計的建議或對其中問題的處理方法提交進課件中。我們可以通過下面的方式讓學習者提交其想法：

這樣知識的學習模式由：

變為：

這樣的好處是，首先，加強了教師和學習者彼此之間的溝通，增強了學習的反饋和評價功能，通過學習者的主動參與調動學習積極性。其次，充分發揮大家的智慧使得課件質量不斷改善，而不像以前那樣僅僅依靠編制?quot;個人"的力量，最終學習者也從中受益，共享資源，不過此時的專家要加強其管理職責。

當然，隨著人工智能技術的進一步發展，課件的智能性也會相應地逐步完善，比如，機器可以根據學生的學習情況判斷其認知水平，從而實行因材施教；機器允許學生用自然語言與計算機進行人機對話，并能對帶有學生個性特點的問題作出解答，從而具備更好的交互能力等等。

2.3 Web課件的設計應當加強人人交互環境的創設。

人機界面交互技術經歷了命令界面到目前的圖形用戶界面、多媒體用戶界面，正朝著虛擬現實和多通道用戶界面的方向發展，隨著這種發展，人機交互趨向自然、和諧、高效，在目前圖形用戶界面和多媒體用戶界面的情況下，我們在設計課件時除了考慮運用良好的導航圖標設計等來增強人機交互外，設計者還應當加強人人交互環境的創設。在網絡環境中，老師和學習者、學習者與學習者面對面交流的機會減少，因此，在課件設計、開發時必須考慮師生、生生之間同步和異步的交互，讓學習者感到自己的學習活動并不是孤立的，并非只有計算機在和自己說話，而是始終有人在一起參與的，是人性化的。目前，異步的雙向交流方式主要有電子郵件、電子公告欄、網上練習等；同步的雙向交流方式重要有網上交談室、電話會議、視頻會議等。

2.4 Web課件在必要時應有一定的實拍的或虛擬的真實情境。

人類大多數活動領域具有三維和直接操縱特點，也許數學和邏輯的活動例外，人生活在三維空間，習慣于看、聽和操縱三維的客觀對象，并希望及時看到這種控制的結果。心理學已經證明更多地借助物理、空間或形象的表示比單純的文字或數字表示更有利于"問題解決"和"學習"。因此，課件中的有些內容不能僅僅用文字來呈現；建構主義也認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是，學習者在一定的情景即社會文化背景下，借助其他人例如教師和伙伴的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式來獲得的。并且，教育的一個重要職責就是培養學生解決現實生活問題的能力，因此，課件不能僅僅是簡單的知識介紹、操作練習、單元測驗、資料查詢，而應創設一個問題求解的認知情境，并且學習內容要選擇起初性任務，不能過于簡單，以免遠離現實情境。總之，在網絡環境下，創建多媒體化的真實自主的協作情境使學習發生趨于自然，這樣對學習者知識和能力的獲取是非常重要的，否則，不能很好地滿足人自然的生理和心理認知需求。

2.5 Web課件的界面設計要尤其注意。

課件最終要通過界面和學習者進行交互，因此，不管課件的其他工作做的如何，如果界面設計得很糟糕，那是很影響學習效果的。比如，有些網頁或課件的界面設計是：墨綠色的底色上面是黑色的字體，字體又小，學習者在看界面時需刻意瞪大眼睛、向前探身才能看清屏幕上的信息，屏幕上的信息不是自然、悅目地映入學習者的眼簾，學習者觀看這種界面不僅很快會感到視覺疲勞，而且不能全部精力放在思考問題上（需一部分精力放在看清信息上）。因此，學習者與這種界面交互不僅會影響學習效率，而且造成視力下降，影響身體健康，更談不上舒適。這里只是舉了一個小例子，其實，目前，網上運行的課件界面還存在其它種種問題，有的動靜處理不當，有的界面布局不合理，有的主次不清等等，這些問題都不同程度地使學習者感到視覺疲勞、學習注意力分散、心理不舒適，最終影響健康和學習效果。一般來說，界面的設計應主要注意以下幾個方面的問題。

1 同樣的界面對象是否具有一致性、連續性的行為？

2 各種提示信息是否簡單、清晰？

3 色彩是否統一、協調？是否避免了同時使用太多的顏色？

4 文字內容是否簡潔、重點突出？字體、字號、字型是否合適？

5 界面對象的動靜處理是否得當？

6 布局是否合理、簡潔、協調、美觀，畫面是否均衡等等？

一般來說，好的用戶界面應當使用戶把所有注意力集中于完成任務上而無需為界面分心，例如，用戶的視線自然地落在所感興趣的對象之上。

網絡技術、多媒體技術的發展對教育的發展產生了極大的推動作用，如在信息的傳播、呈現、獲取、存儲、共享等方面，網絡教育給人類帶來了極大的便捷，但是網絡教育也有其自身的一些缺陷，如缺乏真實情境、機器的呆板、缺乏人性化等等。人本主義認為教育應以人的需要為本，最終使人得到全面發展，因此，教育技術的發展應以人為本，只有如此，才能最大限度地提高教育的質量。我們在設計網絡資源時應盡可能地從人機工程學的角度出發，使其滿足學習者生理、心理的需要，使學習者感到健康、便捷，舒適、和諧、高效。這樣，我們能夠充分發揮網絡的優勢，盡量彌補其不足。

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