虚拟实验的弹性设计研究

发布时间：2017-07-17 01:18

  本文关键词：虚拟实验的弹性设计研究

  更多相关文章： 弹性设计 虚拟实验 波卡纠偏 回旋性 可伸缩性

【摘要】：虚拟实验一般以演示型或验证型的形式呈现，其教学操作需按照既定实验步骤层层递进，而学习者的疏忽、失误、记忆偏差、认知上的知识建构缺陷等都会导致虚拟实验操作出错，一旦步骤出错，实验系统将面临三种情况：可能继续运行、系统响应缓慢、执行指令终止。即使某些实验系统能继续，由于学习者的这种误操作比较隐蔽，在系统没有呈现反馈的前提下，学习者会在不知不觉中把错误经验和操作习惯迁移到真实实验中，不利于真实实验的施展；实验系统响应缓慢或停止表明其容错性能不佳，若缺乏相应机制弥助，将影响学习者的实验热情和学习效度。 源于建筑设计领域的弹性设计能满足用户对建筑空间和其结构性能的需要，使建筑具有一定的伸缩性、可调整、灵活性、可变性等，一定程度上，具有适应用户不断变化的功能需求。将弹性设计的思想运用到虚拟实验中，是指设计人员在设计、开发产品或课件过程中具有弹性思维，使产品、课件体现宽容性、灵活性、容错性、伸缩性、可变性、可调整性，在符合客观条件的前提下，满足学习者对学习路径的可选择性及其他变化需求。给虚拟实验适度的弹性设计空间，将积累因学习者的失误、遗忘等引发的各种意外的经验知识，有利于学习者的认知和远迁移。 虚拟实验的弹性设计融汇日本设计师欣吉欧·希格的“Poka-Yoke”（波卡纠偏）理论和美国设计师威廉·立德威尔等的回旋性设计法则与SimonBrown的可伸缩性原则三大类。搜集归纳国内外有关虚拟实验设计和弹性设计的研究现状，总结研究意义；以波卡纠偏、灵活性—使用性折衷原理、设计心理学、行为心理学和认知心理学的相关理论作为理论支撑，析出虚拟实验弹性设计的内涵；阐释弹性设计在虚拟实验设计的需求等级和用户（或学习者）体验需求等级上的对应关系；利用系统动力学方法分析弹性设计的实用性驱动系统，通过研究提出虚拟实验弹性设计的原则，构建虚拟实验弹性设计模型，剖析其模块构成：波卡纠偏（消除、检测、缓和、替代、简单化）、回旋性（容错性、功能可见性、可逆性、安全网、警告、提示、确认）、可伸缩性（分区、缓存、自动化、一些特效如隐藏/凸显、淡入/淡出、滑入/滑出、放大/缩小等），另外在可伸缩性子类中添加了其他一些功能如照相机和回收站等。虚拟实验的弹性设计主要提升实验的容错性、防错性、纠错性，同时增加良好的反馈和一些类似智能手机拥有的趣味性等；结合工科机械基础课程《几何精度对机械性能影响的综合检测》实验中的关于“齿轮油泵的拆卸与组装”案例这一子实验进行虚拟实验弹性设计。 本研究主要有五部分组成： 第一章为绪论：阐述研究问题的背景，通过检索和阅读国内外文献，，把握虚拟实验研究现状和弹性设计的具体体现，提炼出目前虚拟实验存在的问题，给出本文的研究思路、方法和意义，呈现论文结构。 第二章为研究的相关概念和理论基础。依据“弹性”、“弹性设计”的概念，梳理虚拟实验弹性设计的内涵与研究范畴；通过“Poka-Yoke”(波卡纠偏)、灵活性—使用性折衷设计法则、认知与行为和设计心理学相关理论对虚拟实验弹性设计的指导作用：①波卡纠偏理论主导虚拟实验弹性设计中的操作错误，主要为防错和预防失误；②灵活性—使用性折衷设计原则不仅考虑虚拟实验系统的承受能力同时兼顾“以学习者为中心”的设计理念；③认知、行为与设计心理学的相关解释有助于启发对虚拟实验可调整性、可变性、可伸缩性等的探究。 第三章根据文献，虚拟实验弹性设计应满足设计的需求等级和提高用户（或学习者）体验需求等级及彼此对应关系，在此基础上提高虚拟实验的防错、容错与纠错性能；根据学习者存在的失误、疏忽等引发误操作的多种因素说明虚拟实验弹性设计具备实用性，利用系统动力学方法分析其实用性驱动系统；给出虚拟实验弹性设计需遵循的原则：回旋性、多路径、奥卡姆剃刀、低劳作性、层次性与弹跳性等；结合虚拟实验的元素构建其弹性设计模型，剖析模型的三大子类：波卡纠偏、回旋性、可伸缩性及各模块的构成成分和作用。分析了虚拟实验弹性设计下波卡纠偏和回旋性的过程以及可伸缩性中的分区与并置的模拟。 第四章为案例实证部分，因学习者在实际拆装齿轮油泵时极易出错，以《几何精度对机械性能影响的综合检测》中的“齿轮油泵的拆卸与组装”为虚拟实验弹性设计开发案例。分析实验内容和学习者特征；描绘虚拟实验弹性设计开发的一般流程；制作了融汇弹性设计理念的齿轮油泵拆装虚拟实验。 第五章为总结和展望：对本研究作阶段性总结，提炼创新之处，陈述展望和后续研究。
【关键词】：弹性设计 虚拟实验 波卡纠偏 回旋性 可伸缩性
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：G434
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究背景及问题的提出11-12
• 1.2 研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-15
• 1.2.3 存在的问题15
• 1.3 研究思路、方法及意义15-17
• 1.3.1 研究的思路15-16
• 1.3.2 研究方法16
• 1.3.3 研究意义16-17
• 1.4 论文结构17-18
• 第2章 虚拟实验弹性设计的相关概念和理论基础18-23
• 2.1 弹性和弹性设计的概念18
• 2.2 虚拟实验弹性设计的内涵18-19
• 2.3 波卡纠偏理论对虚拟实验弹性设计的支撑作用19-20
• 2.4 灵活性—使用性折衷原理对虚拟实验弹性设计的指导作用20-21
• 2.5 行为、认知、设计心理学等对虚拟实验弹性设计的启发作用21-23
• 第3章 虚拟实验弹性设计的相关分析和模型构建23-40
• 3.1 基于多种需求分析虚拟实验弹性设计的目的23-26
• 3.1.1 设计的需求等级23-25
• 3.1.2 用户体验的需求等级25-26
• 3.2 虚拟实验弹性设计的实用性驱动系统26-29
• 3.3 虚拟实验弹性设计的原则29-30
• 3.3.1 回旋性29
• 3.3.2 多路径29
• 3.3.3 奥卡姆剃刀29-30
• 3.3.4 低劳作性30
• 3.3.5 层次性与弹跳性30
• 3.4 虚拟实验弹性设计模型及其三大子类分析30-40
• 3.4.1 模型构建30-32
• 3.4.2 模型子类一：波卡纠偏模块及作用32-34
• 3.4.3 模型子类二：回旋性模块及作用34-37
• 3.4.4 模型子类三：可伸缩性模块及作用37-40
• 第4章 虚拟实验弹性设计的案例分析40-47
• 4.1 实验内容简介40
• 4.2 学习者分析40-41
• 4.3 设计流程41
• 4.4 案例设计41-47
• 4.4.1 齿轮油泵拆装虚拟实验的波卡纠偏设计42-43
• 4.4.2 齿轮油泵拆装虚拟实验的回旋性设计43-44
• 4.4.3 齿轮油泵拆装虚拟实验的可伸缩性设计44-47
• 第5章 总结与展望47-49
• 5.1 研究工作总结47
• 5.2 未来工作展望47-49
• 参考文献49-53
• 导师与作者简介53-54
• 致谢54

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 栾庆国;;虚拟实验在军校装备教学工作中的作用和地位[J];吉林省教育学院学报;2009年06期

2 丁硕;杨友林;;虚拟实验理论初探[J];中国现代教育装备;2009年06期

3 李凌云;王佳;王海军;;我国虚拟实验研究现状的实证分析[J];现代教育技术;2009年12期

4 尹庆莉;;网络在实验教学中的应用探讨[J];现代教育技术;2010年S1期

5 王济军;魏雪峰;;虚拟实验的“热”现状与“冷”思考[J];中国电化教育;2011年04期

6 李宇佳;杨雪;黄海林;;虚拟实验和真实实验的耦合教学模式研究[J];石家庄学院学报;2012年06期

7 辛允东;李兴保;;虚拟实验和真实实验的比较研究[J];中小学电教;2008年03期

8 韩庆年,柏宏权;虚拟实验在训练与测试实验技能中的应用研究[J];中国远程教育;2002年05期

9 牛龙平;“虚拟教学、虚拟实验”系统的研究与应用[J];高等理科教育;2005年02期

10 毕金秀;物理虚拟实验的计算机实现[J];甘肃科技纵横;2005年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 韦林;陈荣康;鲁书浓;;基础力学虚拟实验项目的实践[A];第十三届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2012年

2 张永乐;杨丽雯;;正确认识电子实验教学中虚拟实验的应用[A];全国高等学校电子技术研究会2008年年会论文集[C];2008年

3 王曙光;蒋文斌;金海;马潇;刘超;;一种多学科虚拟实验仿真计算任务分发管理机制[A];第七届和谐人机环境联合学术会议（HHME2011)论文集【poster】[C];2011年

4 谭守标;王晓蒲;霍剑青;徐超;李正平;;导热系数的测定计算机虚拟实验课件[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年

5 赵俊兰;;基于网络技术虚拟实验的研究[A];北京高教学会实验室工作研究会2010年学术研讨会论文集（上册）[C];2010年

6 赵俊兰;;基于网络技术虚拟实验的研究[A];北京高校实验室工作研究会2010年年会优秀论文[C];2011年

7 谢翔;张明丽;张明丽;;基于机构创新设计的虚拟实验关键技术研究[A];第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集[C];2012年

8 姚红兵;贺安之;吴颖川;乐嘉陵;;非完全数据的虚拟实验和真实实验相融合的三维层析[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年

9 牟向宇;;智能教育平台系统开发与设计[A];2008年计算机应用技术交流会论文集[C];2008年

10 冉U_皓;唐九飞;于俊清;;基于Web的计算机学科虚拟实验关键技术研究[A];第七届和谐人机环境联合学术会议（HHME2011)论文集【poster】[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 记者 徐建华;我国“电子课本”和“虚拟实验”两项国际标准提案立项[N];中国质量报;2012年

2 秦若云;搭起让人才快速起飞的平台[N];解放军报;2007年

3 ;创设“虚拟实验”　提供探究平台[N];中国教育报;2005年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 朱敏;虚拟实验与教学应用研究[D];华东师范大学;2006年

2 郑颖立;体验式虚拟实验研究[D];华东师范大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 石中军;虚拟实验教学应用研究[D];辽宁师范大学;2008年

2 宋金刚;虚拟实验的层次性设计研究与实践[D];吉林大学;2010年

3 陈利珍;虚拟实验的哲学反思[D];南昌大学;2009年

4 代晓青;虚拟实验助推学习者行为能力的研究[D];吉林大学;2011年

5 杨磊;虚拟实验及其教学管理平台的设计与研究[D];陕西师范大学;2006年

6 秦景良;虚拟实验在教学中的发展及其可持续应用研究[D];广西民族大学;2011年

7 董雪;游戏性虚拟实验的设计研究[D];吉林大学;2012年

8 李刚;化学虚拟实验的人机交互设计与研究[D];西北师范大学;2012年

9 刘晓燕;电工电子类专业课网上虚拟实验课程设计[D];中国海洋大学;2008年

10 陈俭;基于虚拟实验中等职业学校教学设备的应用研究[D];南京理工大学;2008年

本文编号：551401