大數(shù)據(jù)背景下設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

摘要：

隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展和普及，學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)材料學(xué)知識(shí)的獲取途徑已經(jīng)發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由原本的面對(duì)面教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用大數(shù)據(jù)庫(kù)的形式，而國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研究幾乎沒(méi)有，開(kāi)發(fā)建設(shè)設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)具有重大的意義。本文從設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)建立的必要性入手，選擇建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論作為設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的指導(dǎo)理論，明確了設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的內(nèi)容設(shè)計(jì)，給出了流程圖和框架圖，強(qiáng)調(diào)了結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的重要性。為后續(xù)設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)和骨架支撐。

關(guān)鍵詞：

大數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)材料 學(xué)習(xí)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

二十一世紀(jì)是網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代，大數(shù)據(jù)庫(kù)的不斷充實(shí)，極大地影響了人們的學(xué)習(xí)、工作、生活和思維方式。在教育教學(xué)領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)庫(kù)的蓬勃發(fā)展具有跨時(shí)代的意義，它不僅在技術(shù)上改變了傳統(tǒng)手段的教學(xué)方法，也使得教育學(xué)習(xí)思想理論和教育學(xué)習(xí)模式發(fā)生了重大變化，形成了很多新的順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求的遠(yuǎn)程開(kāi)放教育思維、教學(xué)模式、從而推動(dòng)了人類文明與知識(shí)教育的提高和飛速發(fā)展。

利用大數(shù)據(jù)庫(kù)中提供的知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，打破了過(guò)去教師、學(xué)生共聚一堂的授課模式和從書(shū)本學(xué)習(xí)的限制，使更多的學(xué)習(xí)者能夠享用到大數(shù)據(jù)庫(kù)中的社會(huì)教育資源，從而受到學(xué)習(xí)者普遍的認(rèn)可。隨著大數(shù)據(jù)庫(kù)和教育教學(xué)理論的發(fā)展，設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中單純地構(gòu)建設(shè)計(jì)材料的知識(shí)內(nèi)容，已達(dá)到學(xué)習(xí)系統(tǒng)在內(nèi)容上更豐富已經(jīng)不能滿足時(shí)代發(fā)展的需求，人們?cè)絹?lái)越希望以大數(shù)據(jù)為背景的學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠從原先的以“系統(tǒng)”為中心的模式轉(zhuǎn)變成以“學(xué)習(xí)者”為中心的模式，同時(shí)可以獲得更貼心的服務(wù)，那么如何構(gòu)建高質(zhì)量的設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)的重要課題。

為此，本文構(gòu)建了一個(gè)基于大數(shù)據(jù)支持的個(gè)性化學(xué)習(xí)和互動(dòng)化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

1.大數(shù)據(jù)背景下的設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)建立的必要性

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研究很少，而設(shè)計(jì)材料知識(shí)的掌握情況極大地影響著工業(yè)設(shè)計(jì)師對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的把握。在高等院校中，很多工業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)普遍反映，找到恰當(dāng)?shù)牟牧蟻?lái)制作出更具有實(shí)用價(jià)值的產(chǎn)品是很困難的。他們獲取設(shè)計(jì)材料知識(shí)的途徑只有課本、課堂和網(wǎng)絡(luò)中零散的知識(shí)點(diǎn)，并沒(méi)有對(duì)設(shè)計(jì)材料的知識(shí)有一個(gè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，因此設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的建立順應(yīng)時(shí)代需求。

1.1培養(yǎng)學(xué)生掌握信息時(shí)代的學(xué)習(xí)方式

在大數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，人們的學(xué)習(xí)方式已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)途徑已不再是面對(duì)面單一的教師傳授，而是應(yīng)用現(xiàn)代的數(shù)字化和信息化資源平臺(tái)。學(xué)習(xí)者之間展開(kāi)研究探討、共同學(xué)習(xí)，并通過(guò)對(duì)資源平臺(tái)中知識(shí)的收集、探究、創(chuàng)造、檢測(cè)、展示的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過(guò)大數(shù)據(jù)庫(kù)與課堂知識(shí)的結(jié)合，使學(xué)習(xí)者掌握大數(shù)據(jù)背景下新的學(xué)習(xí)方式，包括自主能動(dòng)的學(xué)習(xí)，互動(dòng)探討式的學(xué)習(xí)，以及實(shí)踐創(chuàng)作的學(xué)習(xí)。

1.2打破傳統(tǒng)的教育教學(xué)理念

利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的建立對(duì)教育教學(xué)有重要意義，學(xué)習(xí)系統(tǒng)的建立在促進(jìn)教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)和學(xué)生全面發(fā)展等方面發(fā)揮著積極作用。設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的建立利用各種資源，充分發(fā)揮設(shè)備的最大潛力，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量和高效率教學(xué)。首先，設(shè)計(jì)材料學(xué)教師可以利用學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的信息資源進(jìn)行備課，這樣有效地節(jié)省了備課時(shí)間，提高了備課效率。其次，設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)輔助學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的認(rèn)知工具的不足，學(xué)生可以利用大數(shù)據(jù)作為認(rèn)知工具進(jìn)行更有效的學(xué)習(xí)。

2.設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的指導(dǎo)理論

在心理學(xué)中，建構(gòu)主義理論、行為主義理論和認(rèn)知主義理論并稱為三大學(xué)習(xí)理論，選取其中的建構(gòu)主義作為設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的指導(dǎo)理論。以建構(gòu)主義理論為理論支持的學(xué)習(xí)系統(tǒng)的建立是從多種渠道、多種信息源進(jìn)行多樣化的學(xué)習(xí)，以便建立對(duì)事物的整體理解，完成學(xué)習(xí)主體的“意義建構(gòu)”。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)的“學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性”特別適用于互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)和教學(xué)也對(duì)設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)起到了重要的指導(dǎo)作用。隨著互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)的不斷深入，對(duì)教師與學(xué)習(xí)者之間的角色也應(yīng)該有一個(gè)重新的定義，由教師單方面?zhèn)魇趯W(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒餐瑢W(xué)習(xí)。在設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中要強(qiáng)調(diào)如何從學(xué)習(xí)者的角度出發(fā)，以學(xué)習(xí)者的知識(shí)需求、心理需求和使用習(xí)慣為基礎(chǔ)來(lái)建構(gòu)知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和情境性。

在對(duì)學(xué)習(xí)含義的理解上，建構(gòu)主義認(rèn)為知識(shí)不是通過(guò)教師的傳授而得到的，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境下借助與教師和學(xué)習(xí)伙伴的協(xié)作和商試?yán)帽匾膶W(xué)習(xí)資料，通過(guò)主動(dòng)的意義建構(gòu)方式獲得的。所要建構(gòu)的“意義”是指事物的性質(zhì)、規(guī)律以及事物之間的相互聯(lián)系。因而在設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，需把握學(xué)生的理解水平，建立對(duì)所學(xué)內(nèi)容的意義構(gòu)建。在設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不僅要考慮到設(shè)計(jì)材料知識(shí)的傳達(dá)，還要考慮怎樣將構(gòu)建的情景更加豐富，使學(xué)習(xí)者對(duì)自主學(xué)習(xí)感興趣。在設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的交流會(huì)話中，通過(guò)小組討論來(lái)實(shí)現(xiàn)教師規(guī)定學(xué)習(xí)任務(wù)的計(jì)劃，在此過(guò)程中，每個(gè)學(xué)習(xí)者都貢獻(xiàn)自己的思維想法和成果，因此，交流會(huì)話是達(dá)到設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)構(gòu)建的一個(gè)重要手段。

3.設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新途徑

設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)包括教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。

3.1設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的內(nèi)容設(shè)計(jì)

基于設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)模式，是以學(xué)習(xí)者為主要學(xué)習(xí)、主動(dòng)探究，強(qiáng)化設(shè)計(jì)材料應(yīng)用能力為目的的教學(xué)模式。這種模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)為中心，設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)者可利用系統(tǒng)上的資源學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)材料的知識(shí)，并利用學(xué)習(xí)成果和自我領(lǐng)會(huì)的心得擴(kuò)展完善原有的學(xué)習(xí)系統(tǒng)內(nèi)容。其自主學(xué)習(xí)模式的流程圖如下圖1所示：

（1）建立資源庫(kù)提供學(xué)習(xí)資源

設(shè)計(jì)材料的系統(tǒng)構(gòu)建者將設(shè)計(jì)材料的相關(guān)知識(shí)（教材、課件、教學(xué)視頻和習(xí)題等）建立資源數(shù)據(jù)庫(kù)。資料庫(kù)必須根據(jù)學(xué)生的特征和他們具有的學(xué)習(xí)能力而制定。系統(tǒng)建構(gòu)者通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)材料知識(shí)的整體把握，確立了系統(tǒng)的相應(yīng)專題與模塊。以清晰的調(diào)理和生動(dòng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)來(lái)激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和熱情，使得學(xué)習(xí)變成學(xué)習(xí)者的一種自發(fā)行為，從而吸引學(xué)習(xí)者的參與，同時(shí)教師可在資源庫(kù)中找到有益于教學(xué)的材料學(xué)知識(shí)，促進(jìn)教學(xué)任務(wù)的順利開(kāi)展。

（2）自主學(xué)習(xí)資源庫(kù)知識(shí)

學(xué)生在課余時(shí)間可對(duì)設(shè)計(jì)材料的知識(shí)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，也可根據(jù)教師提出的任務(wù)要求圍繞設(shè)計(jì)材料的內(nèi)容，借助設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)資源庫(kù)中的知識(shí)和工具，通過(guò)對(duì)信息的分析、處理和反饋?zhàn)灾鞯赝瓿商骄繉W(xué)習(xí)任務(wù)。如：從設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)中可搜索出材料知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，即可以查看知識(shí)點(diǎn)、相關(guān)課件、教學(xué)視頻和練習(xí)。系統(tǒng)的構(gòu)建者在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)學(xué)生碰到的普遍問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，促進(jìn)學(xué)習(xí)進(jìn)程更加順暢。教師在教學(xué)的過(guò)程中，可參考學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的材料學(xué)知識(shí)對(duì)教學(xué)內(nèi)容加以補(bǔ)充和優(yōu)化。

（3）自我檢測(cè)系統(tǒng)

設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)同時(shí)為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)成果的檢測(cè)系統(tǒng)。學(xué)生在系統(tǒng)中學(xué)習(xí)的每一部分設(shè)計(jì)材料知識(shí)都配有相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)施的知識(shí)點(diǎn)習(xí)題和課外實(shí)踐活動(dòng)應(yīng)用。知識(shí)點(diǎn)習(xí)題只需學(xué)生做完習(xí)題提交到資源庫(kù)，系統(tǒng)通過(guò)反饋給予評(píng)分以及習(xí)題答案；課外實(shí)踐活動(dòng)需要學(xué)生和教師一起探討，拍攝設(shè)計(jì)材料的相關(guān)圖片E傳到資源庫(kù)。同時(shí)系統(tǒng)的構(gòu)建者通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)情況的反饋結(jié)果的分析，得出學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)情況，有利于對(duì)設(shè)計(jì)材料知識(shí)難易程度進(jìn)行調(diào)整，為資源庫(kù)的構(gòu)建提供幫助。

（4）上傳本地資源到資源庫(kù)

設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)提供上傳本地資源，教師可以上傳課件、教學(xué)音頻和視頻到資源庫(kù)方便學(xué)生的下載瀏覽，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。同時(shí)上傳的學(xué)習(xí)資源可以豐富資源庫(kù)，能夠被更多的設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)者利用。

通過(guò)對(duì)自主學(xué)習(xí)模式流程的分析，設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)可分為首頁(yè)、設(shè)計(jì)材料資源庫(kù)、在線測(cè)評(píng)、互動(dòng)交流平臺(tái)四個(gè)模塊。將四個(gè)模塊各自的內(nèi)容具體細(xì)分化得出如圖2所示的系統(tǒng)框架圖。

3.2設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，基本實(shí)現(xiàn)了自主學(xué)習(xí)的目的，這些工作確保了整個(gè)設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)對(duì)教學(xué)性和科學(xué)性的要求。但如何將這些知識(shí)在大數(shù)據(jù)的背景下呈現(xiàn)出來(lái)，發(fā)揮大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，來(lái)提高學(xué)習(xí)者的對(duì)設(shè)計(jì)材料知識(shí)的把握能力，就需要對(duì)設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)，包括導(dǎo)航設(shè)計(jì)、人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)等。

2.1導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

導(dǎo)航在設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)中具有至關(guān)重要的作用，它在整個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)該是清晰、醒目、自然，同時(shí)兼顧美觀的效果。一個(gè)好的導(dǎo)航系統(tǒng)，是優(yōu)秀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的體現(xiàn)。它不僅有提示引導(dǎo)的作用，而且可以加強(qiáng)用戶印象，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)起到宣傳的效果。在設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)中導(dǎo)航的策略主要有知識(shí)點(diǎn)導(dǎo)航、線索導(dǎo)航、幫助導(dǎo)航、框架導(dǎo)航和檢索導(dǎo)航等。這些導(dǎo)航的形式可根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)內(nèi)容和特點(diǎn)進(jìn)行靈活選擇。

學(xué)生、教師和設(shè)計(jì)師是設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的主要使用者，是系統(tǒng)主要的服務(wù)對(duì)象。其使用界面要保持美觀，總體風(fēng)格一致，調(diào)理邏輯性強(qiáng)，符合視覺(jué)心理，并且操作要簡(jiǎn)單，易學(xué)易用。

2.2人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的交互性能是至關(guān)重要的，學(xué)習(xí)者在系統(tǒng)中進(jìn)行的一切活動(dòng)都是通過(guò)交互界面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。交互界面的舒適程度直接影響著使用者的心理感受。

頁(yè)面之間的跳轉(zhuǎn)方式有兩種，分別是同一頁(yè)面中更新或在新窗口中打開(kāi)，兩者的區(qū)別如表1所示。如果點(diǎn)開(kāi)的內(nèi)容與原頁(yè)面上的內(nèi)容之間是“樹(shù)形”關(guān)系，由母節(jié)點(diǎn)到很多子節(jié)點(diǎn)、并且到子節(jié)點(diǎn)為止，一般選用在同一窗口中更新，如圖3圖4所示的新聞?lì)l道頁(yè)面與新聞詳情頁(yè)面。如果點(diǎn)開(kāi)的內(nèi)容與原頁(yè)面上的內(nèi)容之間是“線形”關(guān)系，如從網(wǎng)站首頁(yè)進(jìn)入頻道首頁(yè)，這樣從一個(gè)頁(yè)面到另一個(gè)頁(yè)面，不會(huì)頻繁往復(fù)，一般選用在新窗口中打開(kāi)。在系統(tǒng)交互界面的設(shè)計(jì)中，要選擇用最短的路徑打開(kāi)頁(yè)面，讓系統(tǒng)的學(xué)習(xí)者在不超過(guò)3層窗口就可以找到想要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。若窗口打開(kāi)過(guò)多還沒(méi)有找到所需要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，可能會(huì)使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生厭煩抵觸的情緒，放棄學(xué)習(xí)。

4.結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)正日益受到教育界的廣泛關(guān)注。應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)已經(jīng)成為了獲取知識(shí)的有力途徑，因此對(duì)設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的品質(zhì)提出了越來(lái)越高的要求，要求學(xué)習(xí)系統(tǒng)更加符合學(xué)習(xí)者的心理需求和認(rèn)知規(guī)律，更能激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的知識(shí)構(gòu)建。本文通過(guò)對(duì)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的研究分析，將建構(gòu)主義選為設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的指導(dǎo)理論，得出了以下的研究成果。

1.明確了設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程；

2.確立了設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的框架；

3.強(qiáng)調(diào)了導(dǎo)航設(shè)計(jì)和人機(jī)界面設(shè)計(jì)的重要性。

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是整個(gè)設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，它的優(yōu)劣程度是影響系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。本文的研究為設(shè)計(jì)材料學(xué)習(xí)系統(tǒng)的后續(xù)開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)和骨架支撐。