时间：2023-04-03 09:55:57
序论：在您撰写学习计算机论文时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
关键词:计算科学计算工具图灵模型量子计算
1计算的本质
抽象地说,所谓计算,就是从一个符号串f变换成另一个符号串g。比如说,从符号串12+3变换成15就是一个加法计算。如果符号串f是x2,而符号串g是2x,从f到g的计算就是微分。定理证明也是如此,令f表示一组公理和推导规则,令g是一个定理,那么从f到g的一系列变换就是定理g的证明。从这个角度看,文字翻译也是计算,如f代表一个英文句子,而g为含意相同的中文句子,那么从f到g就是把英文翻译成中文。这些变换间有什么共同点？为什么把它们都叫做计算？因为它们都是从己知符号(串)开始,一步一步地改变符号(串),经过有限步骤,最后得到一个满足预先规定的符号(串)的变换过程。
从类型上讲,计算主要有两大类:数值计算和符号推导。数值计算包括实数和函数的加减乘除、幂运算、开方运算、方程的求解等。符号推导包括代数与各种函数的恒等式、不等式的证明,几何命题的证明等。但无论是数值计算还是符号推导,它们在本质上是等价的、一致的,即二者是密切关联的,可以相互转化,具有共同的计算本质。随着数学的不断发展,还可能出现新的计算类型。
2远古的计算工具
人们从开始产生计算之日,便不断寻求能方便进行和加速计算的工具。因此,计算和计算工具是息息相关的。
早在公元前5世纪,中国人已开始用算筹作为计算工具,并在公元前3世纪得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后来,人们发明了算盘,并在15世纪得到普遍采用,取代了算筹。它是在算筹基础上发明的,比算筹更加方便实用,同时还把算法口诀化,从而加快了计算速度。
3近代计算系统
近代的科学发展促进了计算工具的发展:在1614年,对数被发明以后,乘除运算可以化为加减运算,对数计算尺便是依据这一特点来设计。1620年,冈特最先利用对数计算尺来计算乘除。1850年,曼南在计算尺上装上光标,因此而受到当时科学工作者,特别是工程技术人员广泛采用。机械式计算器是与计算尺同时出现的,是计算工具上的一大发明。帕斯卡于1642年发明了帕斯卡加法器。在1671年,莱布尼茨发明了一种能作四则运算的手摇计算器,是长1米的大盒子。自此以后,经过人们在这方面多年的研究,特别是经过托马斯、奥德内尔等人的改良后,出现了多种多样的手摇计算器,并风行全世界。
4电动计算机
英国的巴贝奇于1834年,设计了一部完全程序控制的分析机,可惜碍于当时的机械技术限制而没有制成,但已包含了现代计算的基本思想和主要的组成部分了。此后,由于电力技术有了很大的发展,电动式计算器便慢慢取代以人工为动力的计算器。1941年,德国的楚泽采用了继电器,制成了第一部过程控制计算器,实现了100多年前巴贝奇的理想。
5电子计算机
20世纪初,电子管的出现,使计算器的改革有了新的发展,美国宾夕法尼亚大学和有关单位在1946年制成了第一台电子计算机。电子计算机的出现和发展,使人类进入了一个全新的时代。它是20世纪最伟大的发明之一,也当之无愧地被认为是迄今为止由科学和技术所创造的最具影响力的现代工具。
在电子计算机和信息技术高速发展过程中,因特尔公司的创始人之一戈登·摩尔(GodonMoore)对电子计算机产业所依赖的半导体技术的发展作出预言:半导体芯片的集成度将每两年翻一番。事实证明,自20世纪60年代以后的数十年内,芯片的集成度和电子计算机的计算速度实际是每十八个月就翻一番,而价格却随之降低一倍。这种奇迹般的发展速度被公认为“摩尔定律”。
6“摩尔定律”与“计算的极限”
人类是否可以将电子计算机的运算速度永无止境地提升?传统计算机计算能力的提高有没有极限?对此问题,学者们在进行严密论证后给出了否定的答案。如果电子计算机的计算能力无限提高,最终地球上所有的能量将转换为计算的结果——造成熵的降低,这种向低熵方向无限发展的运动被哲学界认为是禁止的,因此,传统电子计算机的计算能力必有上限。
而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)为代表的理论科学家认为到21世纪30年代,芯片内导线的宽度将窄到纳米尺度(1纳米=10-9米),此时,导线内运动的电子将不再遵循经典物理规律——牛顿力学沿导线运行,而是按照量子力学的规律表现出奇特的“电子乱窜”的现象,从而导致芯片无法正常工作;同样,芯片中晶体管的体积小到一定临界尺寸(约5纳米)后,晶体管也将受到量子效应干扰而呈现出奇特的反常效应。
哲学家和科学家对此问题的看法十分一致:摩尔定律不久将不再适用。也就是说,电子计算机计算能力飞速发展的可喜景象很可能在21世纪前30年内终止。著名科学家,哈佛大学终身教授威尔逊(EdwardO.Wilson)指出:“科学代表着一个时代最为大胆的猜想(形而上学)。它纯粹是人为的。但我们相信,通过追寻“梦想—发现—解释—梦想”的不断循环,我们可以开拓一个个新领域,世界最终会变得越来越清晰,我们最终会了解宇宙的奥妙。所有的美妙都是彼此联系和有意义的。”
7量子计算系统
量子计算最初思想的提出可以追溯到20世纪80年代。物理学家费曼RichardP.Feynman曾试图用传统的电子计算机模拟量子力学对象的行为。他遇到一个问题:量子力学系统的行为通常是难以理解同时也是难以求解的。以光的干涉现象为例,在干涉过程中,相互作用的光子每增加一个,有可能发生的情况就会多出一倍,也就是问题的规模呈指数级增加。模拟这样的实验所需的计算量实在太大了,不过,在费曼眼里,这却恰恰提供一个契机。因为另一方面,量子力学系统的行为也具有良好的可预测性:在干涉实验中,只要给定初始条件,就可以推测出屏幕上影子的形状。费曼推断认为如果算出干涉实验中发生的现象需要大量的计算,那么搭建这样一个实验,测量其结果,就恰好相当于完成了一个复杂的计算。因此,只要在计算机运行的过程中,允许它在真实的量子力学对象上完成实验,并把实验结果整合到计算中去,就可以获得远远超出传统计算机的运算速度。
在费曼设想的启发下,1985年英国牛津大学教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理学定律推导出一种超越传统的计算概念的方法即推导出更强的丘奇——图灵论题。费曼指出使用量子计算机时,不需要考虑计算是如何实现的,即把计算看作由“神谕”来实现的:这类计算在量子计算中被称为“神谕”(Oracle)。种种迹象表明:量子计算在一些特定的计算领域内确实比传统计算更强,例如,现代信息安全技术的安全性在很大程度上依赖于把一个大整数(如1024位的十进制数)分解为两个质数的乘积的难度。这个问题是一个典型的“困难问题”,困难的原因是目前在传统电子计算机上还没有找到一种有效的办法将这种计算快速地进行。目前,就是将全世界的所有大大小小的电子计算机全部利用起来来计算上面的这个1024位整数的质因子分解问题,大约需要28万年,这已经远远超过了人类所能够等待的时间。而且,分解的难度随着整数位数的增多指数级增大,也就是说如果要分解2046位的整数,所需要的时间已经远远超过宇宙现有的年龄。而利用一台量子计算机,我们只需要大约40分钟的时间就可以分解1024位的整数了。
8量子计算中的神谕
人类的计算工具,从木棍、石头到算盘,经过电子管计算机,晶体管计算机,到现在的电子计算机,再到量子计算。笔者发现这其中的过程让人思考:首先是人们发现用石头或者棍棒可以帮助人们进行计算,随后,人们发明了算盘,来帮助人们进行计算。当人们发现不仅人手可以搬动“算珠”,机器也可以用来搬动“算珠”,而且效率更高,速度更快。随后,人们用继电器替代了纯机械,最后人们用电子代替了继电器。就在人们改进计算工具的同时,数学家们开始对计算的本质展开了研究,图灵机模型告诉了人们答案。
量子计算的出现,则彻底打破了这种认识与创新规律。它建立在对量子力学实验的在现实世界的不可计算性。试图利用一个实验来代替一系列复杂的大量运算。可以说。这是一种革命性的思考与解决问题的方式。
因为在此之前,所有计算均是模拟一个快速的“算盘”,即使是最先进的电子计算机的CPU内部,64位的寄存器(register),也是等价于一个有着64根轴的二进制算盘。量子计算则完全不同,对于量子计算的核心部件,类似于古代希腊中的“神谕”,没有人弄清楚神谕内部的机理,却对“神谕”内部产生的结果深信不疑。人们可以把它当作一个黑盒子,人们通过输入,可以得到输出,但是对于黑盒子内部发生了什么和为什么这样发生确并不知道。
9“神谕”的挑战与人类自身的回应人类的思考能力,随着计算工具的不断进化而不断加强。电子计算机和互联网的出现,大大加强了人类整体的科研能力,那么,量子计算系统的产生,会给人类整体带来更加强大的科研能力和思考能力,并最终解决困扰当今时代的量子“神谕”。不仅如此,量子计算系统会更加深刻的揭示计算的本质,把人类对计算本质的认识从牛顿世界中扩充到量子世界中。
如果观察历史,会发现人类文明不断增多的“发现”已经构成了我们理解世界的“公理”,人们的公理系统在不断的增大,随着该系统的不断增大,人们认清并解决了许多问题。人类的认识模式似乎符合下面的规律:
“计算工具不断发展—整体思维能力的不断增强—公理系统的不断扩大—旧的神谕被解决—新的神谕不断产生”不断循环。
无论量子计算的本质是否被发现,也不会妨碍量子计算时代的到来。量子计算是计算科学本身的一次新的革命,也许许多困扰人类的问题,将会随着量子计算机工具的发展而得到解决,它将“计算科学”从牛顿时代引向量子时代,并会给人类文明带来更加深刻的影响。
参考文献
[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.
化学是研究物质的组成、结构、性质和变化规律的学科。化学学科有的概念、原理、物质的微观结构较为抽象，因此，传统的语言文字表述和传统常规的实验使学生较难理解。在高中化学教学中，如：不同聚集状态物质的结构与性质；电解质在水溶液中或熔融状态下产生自由移动的离子的过程；微观结构与物质的多样性；原子核外电子运动；微粒间作用力与物质性质；分子的空间构型；化学平衡和电离平衡；原电池反应原理等理论知识，我们可以借鉴计算机信息技术制作的课件，就能形象直观地展示分子、原子、离子等微观的特征和变化的过程，变抽象为直观。此外，工业采用接触法制作硫酸流程；工业制硝酸的流程；石油分馏产品；钢铁的冶炼，工业合成氨等内容，单一语言表达和挂图展示，学生的感知认识度不高，此时适当地运用多媒体技术，就能使学生有种身临其境的感觉，为传统教学创设了形象性的教学情境。
二、应用计算机信息技术补充传统实验方式，提高实验教学效果
在传统常规实验演示中，由于多种因素，有些实验的过程和现象不显著，从而直接影响了教学的效果。譬如，分子的扩散、气体的产生及固体的溶解等现象，学生观察效果并不明显。假如把这些实验的演示通过多媒体投影仪来展示，充分运用它具有的定格、慢放、放大和重播等功能，来帮助学生观察，学生就能很清晰地看到颜色的变化、沉淀的析出和气体的产生等现象。再譬如，金属钠与水反应实验，由于反应过程较快，学生不易观察，同样可以采用多媒体投影仪来辅助此实验的演示，使整个反应过程清晰起来。另外，像钢铁腐蚀这种现象，需要很长的时间，我们也可以应用计算机信息技术制作课件，来演示这种腐蚀过程。这样不仅增强了实验的直观性，同时也活跃了课堂的教学气氛，提高了演示的效果，有助于学生观察能力的培养。
三、应用计算机信息技术辅助传统实验方式，增强实验的环保安全意识
一、中职学校计算机理论课程的培养目标。
理论课程是基础，只有在夯实了专业基础之后才能在本专业有所建树。中职学校有其自身的特点，其培养的目标是技术型人才，理论课程的开设主要是为实践服务，目的是让学生在掌握基本理论知识的基础上，通过独立思考和集体合作，进一步提高分析、解决实际问题的能力，通过对案例的分析研究积累经验，以发展自己的创造才能，使学生全面系统地掌握计算机知识。例如程序设计类的课程，首先要使学生养成基本的、良好的编程习惯，懂得编程的基本原理和常用的编程方法，能够理解编程所使用的各种语句，然后让他们投入具体的编程工作。
二、中职学校计算机理论课程教与学的现状。
1。教材、教法现状。
从教材大纲上来看，要么部分教材过于陈旧，编写的教材几年不变，跟不上计算机技术的发展和社会职业的需求；要么和流行软硬件步步紧跟，年年更新，使许多学校硬件环境频频告急。由于计算机知识更新实在太快，如果教材跟不上知识的更新，会使学校培养的人知识陈旧，不能适应社会的需要；如果教材更新速度过快，则可能由于学校硬件条件的限制，造成教材与教学的脱节，同样达不到好的教学效果。
从教学方法上来看，在教学方面，多年的职业教育没有从根本上脱离普教的教学思想和教学模式，因此，没有真正地体现出自身的教学特色。笔者在授课中往往有这样的体验，讲授理论课时由于内容抽象难理解，结果一方面教师在拼命地想讲明白，学生们也非常专注地想听明白，但计算机中的许多术语、原理、命令等等总让许多学生如坠雾里，上机操作时不知从何下手，结果造成教师教学费力，学生学习吃力，实际效果不好的现象。
2。中职学校计算机理论课堂教学现状。
（1）教学原则。计算机理论课程的教学在很大程度上仍然沿袭着“以教师为主体”、“以课程为中心”的传统教学观念：教师是知识的传递者，教学以传授知识为主等等。这样的教学理念直接影响、制约了教学模式、教学方法、教学手段的改革创新，也打击了学生学习的主动性、积极性。
（2）教学模式。传统的教学方法单一、僵化，习惯于“一言堂”、“满堂灌”，在教学的各个环节，都只从教师的角度出发，从组织内容、备课到讲授，很少关注学生的反应，课堂缺乏互动，更谈不到学生参与其中，变被动学习为主动学习。
（3）教学手段。虽然目前计算机专业课程教学中，基本普及了现代化教学手段的应用，但在课件制作的水平方面，在使用课件的尺度把握方面，还要下些功夫。
3。中职学校学生的学习现状。
从生源上来看，由于普高的扩招，中职学校的门坎很低。进入中职学校的学生，其文化课基础相对较差，许多学生的学习兴趣、主动性和积极性也不高。另外，中职学生大部分来自农村，由于目前农村乡镇中学计算机教学设施的不完备，许多学生在初中学习时还没有接触过计算机，更谈不上操作和运用了。总的来说，中职生源文化素质不高，对计算机的认知程度也很低。
学生在学习过程中，普遍对计算机理论课程的学习都不感兴趣，他们觉得理论课程枯燥、难学。他们追求的是学以致用、立竿见影的效果，尤其是家庭电脑的普及，上网热的冲击，使学生更加注重操作技能，而对计算机理论很少涉及。计算机理论是学生提高计算机水平的基础，中专生没有足够能力认识到这一点的，于是往往会把学习计算机知识分为“有用的”和“没用的”两类。比如认为学习计算机系统的基本结构和原理、进制的转换、程序的编制等是“无用的”；对于学习制图、网页设计、硬件维修等是“有用的”。
三、中职学校计算机理论课程的教学改革。
1。充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用。
中职学校的计算机理论教学最终是通过课堂教学来完成的，因此在课堂教学的过程中，充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用是教学成功的关键。
（1）提高教师的专业素质水平和业务水平。要实现教育现代化，必须培养和造就一支高水平的计算机师资队伍，积极探索和发挥计算机在教学和教育中的作用。作为一名计算机教师首先应不断地充实自己，不断更新自己的知识范围。计算机学科的特点就是“前沿”，即使是计算机专业的本科毕业生，若停留在原来的基础上，则意味着后退。所以，选择了计算机就是选择了“不断地学习”。在计算机教育这块园地里，要有所收获，就必须怀着对本职工作的无限热爱，怀着对学生强烈的责任感，投身到计算机的教育、教学研究上来。
（2）提高学生的学习积极性和主动性。学习积极性和主动性是从事创造性学习活动的一种心理能动状态，是影响知识、技能掌握和智能发展的一个重要因素，是学生学习上的内在动力。教学中激励、唤醒、调动学生的这个内在动力，是上好专业课、提高课堂教学效率的关键。因此，教师在进行计算机理论课程教学过程中应注重培养学生的兴趣，让学生带着兴趣、带着热情去学习，才能使学生从主观上愿意接受计算机理论知识，才会有很高的学习积极性和主动性。
2。计算机理论课程教学改革的思路。
（1）在课堂教学中渗透素质教育的理念。
一是改变教学“满堂灌”的形式，将知识的形成过程暴露给学生，让学生在接受知识时不仅“知其然”而且“知其所以然”，培养学生继续学习的能力和方法，使学生获得主动的知识。
二是计算机理论教学重在培养学生的创新思维、发散性思维。因此，教学过程要指导学生掌握正确的学习方法，努力培养学生探究学习的方法，培养学生探究科学的精神，使学生养成良好的科学素质。
三是在教学中努力培养学生先进的教育观念，使学生形成在实践中获得知识的能力。素质教育重在素质的形成，而素质最终是在实践中体现出来，计算机理论教学不能仅是理论知识的学习，而且，要加强理论联系实际，最大限度地提高学生的实践能力，让学生在实践中获得发现知识的乐趣。
（2）计算机理论课程设置的改革。
一是课程内容的设置要紧贴社会的要求，把社会的需求和学生学习的需求有机统一，从而激发学生的学习积极性。职业中专学生虽然没有高考的压力，但面临就业的挑战，所以课程的设置要以社会的需求为依据，以学生的就业为导向。这里最重要的是进行社会调查，弄清计算机专业中职学生能够就业的岗位群，由此弄清学生所需掌握的知识和技能，并由此作为课程设置的依据。只有是有利于学生就业的课程内容设置，才能激发学生的学习动机。
二是根据中职学生的学习心理特点、认知和能力水平，以及课程本身的对应关系对课程内容的顺序进行合理安排，要做到先易后难，各课程之间的承接性要合理。
三是以能力为本位进行课程内容的整合。在中职计算机中大部分课程主要是以培养学生的动手能力为目的。职业中专学生的抽象思维和数据逻辑分析能力都较弱，对理论课的学习不感兴趣，课堂上的理论讲授效果不理想。在设计和制定项目的课程任务时，把知识点和职业中专学生不需要系统学习但需要部分掌握的内容融入其中，使学习过程成为学生参与的创造实践活动，注重的不是最终的结果，而是完成项目的实践过程。这样进行教材内容的整合使学生有明确的学习目的和内容，能将知识迅速转化为实际能力。因此，教师应根据学生的实际情况和能力目标，对教材做相应的处理。
（3）教学方法的改革。
一是教学和学习方法上，采用讲、看、练一体化方法和分组讨论的教学方法。教师可根据教学内容或教学案例制作课件，使教学更具直观性，深入浅出，将原来抽象、复杂叙述用生动的图像和动画表现出来，使学生可以更直观地理解教学内容，激发学生学习兴趣。要让学生从知识的被动接收者转变为主动参与者和积极探索者，在发挥教师主导作用的同时，充分发挥学生的主体作用，鼓励学生大胆提出问题，引导学生思考探索，从而达到良好的教学效果。
二是教学的组织形式上以实训基地现场教学为主，尽可能多地为学生提供动手操作的机会。结合实际，使教学和实际真正融为一体。平时面对实物和实际进行教学，实习或业余时间可以在教师的指导下，为学校、老师、同学乃至社会进行计算机应用与维护方面的服务。组织学生进行社会调查和市场调查，让学生认识市场、了解市场，了解当前的市场技术水平和行情，了解将来的工作岗位的工作内容和要求，提高学生学习的目的性和自觉性，提高学生的岗位适应能力和综合素质。
关键词：网络技术专业；实践教学；教学方法
由于社会信息化的发展，使得网络应用不断普及，网络技术飞速发展。随着计算机网络技术的快速发展，计算机网络几乎与企业的每一位员工都息息相关，从企业局域网的规划、组建、运行和升级维护，到企业网站的运行，从网络安全的管理到数据库管理、存储管理以及网络和人员管理等制度建立，都和计算机网络相关联。网络的应用如此广泛，计算机网络课程也成为高职院校很多专业的必修课程。该门课程的实用性很强，同时变化和发展较快，新知识层出不穷，如何在有限的课时内让学生具有较强的实践操作技能，对广大教师来说是一个很大的挑战。这里以笔者在计算机网络实践教学的教学体会与大家探讨，主要包括有计算机网络实践的教学大纲与教学计划、教学内容和教学方法。
一、计算机网络实践教学的教学大纲与教学计划。
计算机网络课程设计的目的：是让学生综合利用所学的网络知识，解决一些实际问题，能够完成一些简单的网络管理、组建、维护等工作。在正式上课之前，应对网络在实际中的具体应用、网络的发展概况、在网络应用中常出现的问题等进行详细分析，制订出切合实际的教学大纲。在全面了解学生所具有的基础知识状况的前提下，根据教学大纲制订好教学计划。在制订教学计划的过程中针对学生的知识基础和学习能力，将该课程中学生不易接受的内容转换成学生易接受的，并且侧重于锻炼学生的实际操作能力。
二、计算机网络实践教学的内容。
（1）网络基础类实训。这类实训的目的主要是培养学生网络组建实施的能力，要求学生通过实训熟悉网络工程的实施流程和方案设计方法，完成小型家庭办公网络的构建。这方面的主要实训有：双绞线制作（直通线和交叉线）、ADSL拨号上网、多台PC通过宽带路由器共享上网、交换机的基本配置实训、交换机的级联和链路聚合配置、使用交换机划分VLAN、路由器的基本配置等。通过这些实训，使学生基本掌握了构建小型家庭办公网络及网络综合布线等基本网络技能。
（2）网络管理类实训。这类实训的目的是培养学生的网络管理能力，以应付在工作中会出现的问题。这方面的实训主要有：使用抓包工具软件分析网络数据、交换机的端口镜像、端口和MAC地址的绑定、VPN（虚拟专用网）配置、IP地址的规划、基于802.1x的AAA服务配置、网络带宽的监控维护等。通过这些实训，使学生基本掌握网络设备管理、网络故障、性能管理、网络认证、计费管理等方面的技能。
（3）网络综合类实训。这类实训的目的主要是为了提高学生的网络综合应用能力，满足大中型企业网络工作的需求。这方面的实训主要有：生成树协议的启用、三层交换机的VLAN互通、ACL访问控制列表的配置、路由器静态路由配置、路由器动态路由RIP配置、路由器动态路由OSPF配置、通过单臂路由实现VLAN间互访等，通过实训使学生能够掌握较为深入的网络技术，胜任更为复杂的大中型企业网络管理工作。
（4）网络安全类实训。这类实训的目标是为了在网络安全监控方面培养学生防范网络入侵、网络攻击的技能，能够应付一定的网络入侵和攻击，掌握相关网络安全设备的配置方法。实训内容主要包括：防火墙的透明模式配置、防火墙的NET配置、上网行为策略认证配置、网络监听、操作系统安全、数据备份与灾难恢复等。通过此类实训，使学生掌握一定的网络安全相关技能。
三、计算机网络实践教学方法。
如何让学生对学习网络实践课感兴趣并能喜欢网络课程，教学方法是非常重要的。在我的教学中，主要采用了项目教学法、任务驱动法、分组教学法、讨论教学法、提问教学法、示范教学法、通过网络学习网络等，主要是以项目引领任务驱动贯穿整个教学，多种教学方法互补。以教学方法为项目教学法，项目是学会使用互联网为例进行说明。实训教学的主要目的是巩固理论知识，培养学生的动手操作能力，特别是对应相关职业的解决实际工作问题的能力。实训项目教学更是突出了这一点，最关键的是实训教学主要培养学生面对具体问题独立分析、解决的能力。因此在实训中，要加强对学生排除故障能力的培养。在实训中故意设置故障，让实训小组自行进行解决，老师在旁只给出提示，不给具体原因。
结语：计算机网络的发展很快，要做好计算机网络实践教学，作为教师，我们必须紧贴网络实际情况，从真实的网络应用入手讲解网络的组建、应用、管理和维护，提高学生分析问题、动手能力和解决实际问题的能力。同时，应注重讲解内容的实用性，要在整个教学中真正体现“以就业为导向，以学生为基本”的思想。只有这样，才能在教学中针对实际情况进行合理教学，才能游刃有余地进行教学，才能让学生感到学这门课程是非常有用的，让学生产生兴趣，并能在工作时很快投入到自己的角色中去。[论文格式]
参考文献：
1．1影响认知结构的根本因素是计算思维
学习迁移的目标是处理问题、解决问题能力的培养。计算思维强调的是问题模型化的能力，将问题逐步分解抽象成计算机能够自动处理的能力。计算思维是信息时代人们学习的基本素质，是应用计算机技术解决问题的客观思维模式。人们运用计算机来解决问题是对人类活动过程的抽象模拟。人类往往是先提出问题、明确问题，然后提出假设、检验假设。而计算机解决问题则是从具体的问题抽象出一个适当的数学模型，设计算法，然后编码执行，验证结果。计算思维能力要求学生具有层次抽象的能力以及层次细化的能力，这决定着学生在信息领域发展的空间和深入的程度。
1．2计算机硬件学习过程的
3个阶段计算机是由硬件、软件系统构成的复杂数字系统。硬件教学的目标在于数字系统的设计。EDA（elec－tronicdesignautomation，电子设计自动化）技术将传统的手工布线式电子电路设计方式改为计算机自动地完成。设计者完全从系统布局、器件连接布线、调试与仿真等工作中解放出来，工作重心集中在设计上，即从系统分析、算法、协议等开始利用设计数字系统，具有可以通过软件编程对硬件结构和工作方式进行重构特点的可编程逻辑器件，使得硬件的设计就像软件设计一样便捷。在虚拟仿真实验环境中，如果没有器件管脚、信号、布线、电路图等基本概念就直接面对EDA设计数字系统，也会由于理论与实践的跨度太大而无从下手，难以应付，根本谈不到理论的应用，更谈不到对学科的认知。依据教育部计算机教指委制定的专业指导规范，IEEE－CS及ACM指导计划，硬件课程设置包括“数字逻辑与数字系统”、“计算机组成”、“汇编语言程序设计”、“计算机接口技术”、“计算机维护”、“计算机体系结构”。要求结合数字电路的发展史，遵从循序渐进、逐步深入的原则，将3个学期要求的能力培养目标按抽象化程度分成3个阶段实现，依次是：要求学生掌握数字系统的电路原理图设计；利用可编程逻辑器件软件化设计；利用集成芯片实现设备扩展。这3个阶段分别对应数字系统设计的3种方法，虽各有特点但互不冲突，原理图非常直观，便于学生建立硬件系统的感官认识和体系模型，有利于组件式软件技术开发的转型。
2基于学习迁移的计算机硬件教学改革
计算机硬件教学要求学生利用软件技术设计出能运行自己系统的计算机。这个任务要求学生自主完成，通过学习迁移，激发学生的潜能。学生自主完成学习的迁移，需要对计算机硬件教学进行改革
2．1以学生“计算思维”为核心的教学体系构建
计算思维强调的是计算模型的抽象以及计算过程的自动化，因此，硬件的“计算思维”也就体现在问题求解的部件及计算模型建立和自动处理序列的实现。这种能力的迁移离不开科学的教学体系支持，离不开教学过程诸要素，也离不开知识结构、教学内容、教学方法、教学过程设计和教学效果评价的有机结合。第一，授课前，细化课程间的教学脉络，抽象出技术应用模型、问题求解可计算性模型和规范化的方法论，突出教学层次性，修订了教学大纲、教学内容和实践环节。第二，授课中，规范课堂教学中选用的例子，将抽取的数字系统设计与分析的方法融入每一个实例，有意地训练学生硬件级进行问题描述、设计算法、评价结果的能力。实验教学中，开发实验素材采取验证性与设计性实验并举的教学模式。验证性实验引导学生掌握基本原理和基本技能，熟悉开发工具；设计性实验以项目驱动模式要求学生通过阅读文献，自己设计选题，写出设计方案，编写具体代码，自己调试并解释运行结果。第三，考核中，实验与综合题目相结合，考查学生的应用能力。
2．2以学生为中心的教学方法的改革
以学习迁移理论为指导，学生的学习过程是一个积极主动、自我迁移的过程。在教师的教授和学生的学习过程中，让学生做课堂的主人，积极参与知识传授的过程和学习迁移的过程，培养学生的自我学习能力，有助于学生掌握知识点，进行正确的迁移。
2．3注重实践教学
学习的目的在于应用，是把学习的知识、技能迁移到新的情境中解决问题，计算机硬件课程要求学生将课堂所学的理论、技能迁移到实际系统的研发中，达到学以致用的目标。以数字逻辑课程设计为例，首先，选取的题目全部来自现实生活，如多功能计算器、交通灯控制器、空调控制器、洗衣机控制器、自动售货机、电梯控制器等。其次，明确要求底层用硬件描述语言实现，顶层采用原理图实现。第三，指导教师督促学生按照软件工程的思想规范化地开展工作，从需求分析、功能模块划分开始明确任务、解决步骤、部件设计、原理图设计和成果验收。最后，学生撰写实验报告。
2．4构建多元化的教学评价体系
学生学习效果一方面来自实验的成功，另一方面来自教师客观、积极、肯定的评价。鼓励学生去挖掘自身的潜力、克服学习的困难是教学的首要基本点。科学的评价机制在客观评价学生能力的同时应鼓励学生的学习热情。教学中，采取理论考试、实验报告、科技作品等相结合的多元化教学评价策略，同时融入形成性评价并及时反馈给学生，通过学习态势的感知进行学习调整。
2．5鼓励学生积极参加第二课堂
第一课堂是基础知识的积累，第二课堂是基础知识的拓展与运用。计算机硬件的学习应当把课堂知识迁移到各种技能竞赛、作品设计等活动中，依托第二课堂的活动，为学生的技能展示提供一个平台，学以致用，用以创新。只有让学生将所学知识用于实践，才能达到学习迁移的目的。
3结束语
关键词:基础知识;适应性;能力培养
随着计算机及网络技术发展的日新月异,计算机的应用也逐渐深入到各行各业,掌握计算机基础理论知识和基本操作技能已成为各级各类职业学校学生将来进入工作岗位的必备条件。因此,在技工学校强化计算机基础教学是十分重要的。
一、抓好基础知识教学
俗话说得好“万丈高楼从地起”。在计算机无穷无尽的知识领域内,掌握基础知识是学好计算机、用好计算机的关键所在。将计算机最基本的知识教给学生,让学生对计算机有一个整体概念。比如说,在Windows图形用户界面环境中,操控鼠标就能够操控Windows的各种对象,也就是说操控Windows就是操控电脑。那么要让学生灵活运用鼠标操控电脑就必须让学生掌握鼠标操作的基本知识。另外,计算机教育是技术性和实践性很强的一门课程,有些问题单凭教师讲解,很难让学生理解掌握。如何使学生打下坚实的基础呢?我们可以利用技能操作来巩固基础知识。譬如在讲五笔输入法这课时,我们只需要在理论课上讲清五笔规律和拆字规则,再通过上机操作进行强化训练,将所讲的理论在实践中得到应用,两者通过动手实际操作而联系起来,这样,基础知识扎实了,输入速度也逐渐提高了。
二、注重学生能力的培养
技工学校是培养高技能人才的基地,为了更好地增强劳动者的就业能力和创业能力,使劳动者更多更好地掌握计算机操作技能,使其具有较好的专业基础知识和较强的专业实践操作技能,在教学过程中就更应注重培养学生的以下几种能力。
1.自学能力。计算机发展十分迅猛,更新速度加快,硬件技术不断推陈出新,软件版本不断升级,因此培养学生的自学能力就显得尤为重要了。计算机的教学不同于其他基础课程具有稳定性,有许许多多新的软件,教师还没来得及讲解,就已经被淘汰了。像我们计算机专业的老师,大学学的是DOS、Windows97、98系统等,现在教的是WindowsXP、2003系统,新系统的掌握靠的就是自学。当你在教学生Windows2003的时候,WindowVista系统又普及了。因此,学生要想跟上时代的步伐,就不得不加强培养自学能力。教会学生自强不息,就等于给了他们生命的茁壮和饱满。在掌握了基础的理论知识之后,充分、深刻领会其含义,加以升华,有计划地进行自学,这样才能真正的做到“无师自通”。
2.实践能力。要想掌握真正的本领,实践是必不可少的。计算机的操作就是一种实践过程,它既是一种现代高科技机器操作的训练,也是一种对理论知识掌握的检验。通过操作,可以提高对计算机的驾驭能力,熟练掌握各种操作技巧和技能,为以后更好地利用现代化的信息手段打下坚实的基础。
在实际教学中,有些问题理论上老是无法讲清,或者说讲完也是模棱两可的,很抽象,但只要一上机,鼠标一点,既直观又生动,学生易于掌握。因而教学应采用在多媒体教室,微机边演示学生边操作,实现一体化教学。这样一来,既提高了学生的实践能力,也帮助学生理清了思路,把握了重点,同时对模棱两可的问题还可上机实践。
3.创新能力。所有优秀的教师都希望自己的学生超过自己,也希望以后的学生再超过自己教过的学生,这符合社会的发展。在计算机教学中,学生的创新能力,主要表现在创造性地完成学习任务的活动中。为学生提供的一切教学实践活动,既可以成为培养和发展学生创造力的环境和条件,也可以成为阻碍学生创造的精神束缚。因此,在计算机教学过程中,要鼓励学生学会大胆的去猜想、判断,要有意识地加强创造性的计算机活动,在活动中养成学生勤思考的习惯,碰到问题要问“为什么”,解决问题后要进行反思,总结活动经验。在学习中学会产生疑问,培养学生不受固定模式约束的能力,并帮助学生去积极克服思维定式,要将其猜想作为逻辑推理的一种形式,培养学生进行举一反三的能力。
总之,计算机教学就是要认准方向,夯实理论基础,注重学生素质的培养。这符合职业教育对学生培训的要求,也是人才市场对劳动者条件的基本需求,只有这样才能满足社会对职业教育的要求,才能有职业教育发展的空间,这才是其教学的意义。
参考文献:
[1]谢希仁.计算机网络[M].大连:大连理工大学出版社,2004.
关键词:教学游戏;模型;结构;特征
20世纪80年代末以来,教学设计研究出现了一些新的发展趋势:在理念层面上,建构主义认识论正在取代客观主义认识论成为教学领域的基本观念;在技术层面,信息技术的迅猛发展正在引起教学领域的深刻变革(张华,2000)[1]。这些变化使人们认识到,学习首先应当是情境性的,学习者在复杂、丰富的情境中,才有机会以个性化的、有意义的方法,建构和重构自己的概念,发展能力;其次,学习活动转变为理解不同知识和技能领域中的“能力表现”和指向特定问题解决目标的积极的知识应用过程。
计算机游戏就是服务于这些功能的有效工具,本文综合了已有的一些关于游戏研究的文献,对各种观点进行了比较、分析和综合,希望能够在教学游戏的设计、开发以及相关的研究中发挥一定的作用。
一、游戏作为学习发展的工具
1.游戏的基本概念和分类
Huizinga(1955)认为游戏活动就是竞争[2],论文一个游戏应具有以下几个关键要素:(1)一个非正式的行动或活动;(2)在某一特定的时间和空间范围内发生;(3)按照自由选择发展,但其后要遵守该规则;(4)目标就是活动本身;(5)活动伴随着紧张和愉快的感觉,并要意识到这种活动与现实生活是不同的。Dempsey(1996)等把游戏活动定义为:任何明显地包含竞争和具有规则指导的教学和学习模式。
教育游戏是指具有一系列特定规则的结构化事件,学习者是以优于竞争者或自己先前行为表现的方式,力争完成一个特定的目标。因此,计算机游戏就是基于一系列规则,具有潜在竞争性的,能实现特定目标状态的一个可供学习的情境,开发应用于教学的计算机游戏的目的是创造一个具有更多真实性的情境,来吸引和激发学习者,启发学习者的学习活动,鼓励态度转变,发展学习者批判性思维、问题解决和决策的技能,而不是获得简单的陈述性信息,更不是娱乐。计算机游戏已经作为培育学习者理解理论模型、支持团队发展和信息资源共享的手段。近几年,为适应学习的需要,各个学科都开发了一系列的游戏。
2.游戏的教学实践意义
人们对计算机游戏在教育实践中的应用进行了大量的探讨和研究,确定了一些吸引学习者使用的因素。笔者对这些因素进行了分析和综合,认为主要有如下几个方面。
(1)游戏为学习者提供了一个情境氛围,让他们获得沉浸性经验。计算机技术的发展为游戏设计提供了丰富的视觉、空间等表现手段,设计者利用这些技术手段去表征现实或体现想象,使学习者感到将要达到的学习目标的特征属性是非常真实的,为学习者提供了一个通过精心设计内容,来处理类似真实、现实世界的机会。游戏情境因素具有容易识别的特征,学习的有效性得到了提高。
(2)游戏提供一个完整的、交互的虚拟情境,激发学习者的学习兴趣。学习者的学习活动是为了实现一个或一系列既定的学习目标,在这个过程中动机激发是关键的要素,它是人类学习过程中的自然要求。人们利用游戏实现动机激发方法包括:首先,游戏情境中洋溢出的乐趣,是激发学习者参与游戏活动的重要因素;其次,游戏能提高学习者的技能,使学习者通过完成一系列的任务而获得成就感;最后,学习者在参与诸如幻想或模拟游戏时,可以在游戏结束后立即得到各种比较复杂的反馈,使学习者能够获得真实的体验感。
(3)游戏有足够的灵活性和复杂性,能适应学习者的不同学习风格和水平。英语论文计算机游戏结合了适合各层次学习者的学习目标、对话的策略和规则,它们能被学习者修改、调整和更新,适应不同水平的挑战,游戏把学习者放在了决策者的位置,推动学习者利用游戏活动的尝试错误来学习。
(4)游戏能提供综合性经验,发展学习者的多种技能。良好制作的游戏可以被看作是交互故事,故事对学习者来说是可以利用的一种最基本的,也是强有力的综合性经验。游戏故事的视觉性、经验性和创造性途径,能培养学习者深层次问题解决的能力。
二、游戏的基本结构模型
目前已经开发的教学游戏,根据任务的完成顺序可以分为以下五种结构类型[3]。
1.单线式结构。单线式结构游戏没有什么分支,任务结构往往比较紧凑。游戏活动按部就班地进行,完成一个条件,生成下一个条件,直到游戏最终结束。
2.橄榄状结构游戏。橄榄状结构游戏与单线式差不多,一个开头,一个结局。但游戏过程存在一些分支,这些并不会影响到游戏的结局,游戏者最终实现的目标是相同的。
3.树根状结构游戏。树根状结构游戏像树根一样,一个开头,多个结局。游戏过程中出现了种种分支,将会影响到游戏的结局,每个分支实现的目标是不一样的。
4.树状结构游戏。这类游戏与树根状结构相反,它有多个开始,但万源归宗,只有一个结局。所谓多个开始,就是学习者可以选择不同角色进行扮演,也可选择不同的角色起始点和初期经历,从上往下,经过多条分支,最后渐渐归向总结局。
5.网状结构游戏。这种结构的游戏是游戏发展的趋势,学习者可以随意从任意的地方开始,也可以随意向任意的方向发展,最后实现不同的目标。
三、游戏的关键结构性因素
Prensky(2001)认为计算机游戏可归结为六个关键结构性因素:规则、目标和目的、结果和反馈、冲突/竞争/挑战/对抗、交互、表征或故事。[4]
1.规则
游戏是基于一系列规则来执行的,它设定了学习者参与游戏活动的基本结构,在游戏活动中是强制执行的。规则设定了什么是对的和不对的、什么是公平的和不公平的,它强迫学习者采用特定的路径达到学习的目标。在非计算机游戏中,游戏规则都是事先规定好的,教学游戏中是由“公正”的第三方———教师来管理。在计算机游戏中,人们经过事先的设计把规则恰当地整合进了游戏,一般由学习者自己来管理。
爱因斯坦认为,我们生活的这个世界中的所有关系都可用数学公式来表达,从静态的技术角度来看,计算机游戏世界就是庞杂的数学模型的再现。游戏中各种要素之间的关系和行为都是相互关联的,用数学公式来表达它们之间的属性和行为的相互变化,要素所有存在状态是用一定的数值呈现出来的,规则就是利用游戏中的数学模型,限定各要素属性和行为变化的状态,控制游戏的发展和变化。
许多游戏中都有写有规则设置的页面,它的管理和设置是比较灵活的,学习者在游戏活动中可以在内部重新设置,改变游戏规则,以此作为战败竞争对手的一种方法。许多计算机游戏的设计者指出,学习者讨论游戏的特定规则是一种“元游戏活动”,它对学习活动来说比游戏扮演更能获得满意的结果,因为学习者设置游戏规则时需要操纵规则和游戏环境所有要素之间的联系。
2.目标和目的
目标和目的之所以重要,是因为人类所有的活动都是目标导向的,它是人类活动与其他动物活动的本质区别,人类有能力来孕育一个将来的状态,并为实现这个目标而设计一些策略。
许多游戏设计者认为,目标作为激励学习者参与游戏活动的动机,不是设计的主要出发点,而主要是用来测量学习者参与游戏活动结果的一个基本标准。实践证明,设计者可以在游戏中阐述特定的目标,学习者则能充分选择和利用与目标语境相关的学习活动,因而在很多学科中用游戏来解决一些特别的问题或培养某些特殊的技能都被认为是特别有效的。没有目标指向的游戏不能认为是真正的游戏,它缺少对事物复杂性的认识和判断,学习者参与游戏活动如果仅仅是依靠自己的突发奇想,那么在某种程度上这种游戏就是一个“玩具”。
游戏的目标设计不仅是为学习者定义一定类型的目标,还必须设计一系列不同层次的目标状态让学习者去实现,只有把特定内容作为学习的对象并且学习目标被精确地限定时,游戏活动才能显现出有益的效果。游戏的目标通常是在规则的起始部分加以陈述的,它推动着学习者去实现,但是游戏规则在学习者与游戏的交互中设置了许多限制策略,使得实现目标的过程比较复杂和艰难。
目标的表现形式是与游戏的竞争要素和学习者的行动密切相关的,计算机游戏与传统教学设计的目标表现形式相比有很大差异。这些目标可能是:(1)达到设置水平的熟练程度或效能;(2)解决一个特定的问题或一系列问题;(3)在所有竞争者中是水平最高的;(4)实现所在团体的组织目标,超越了其他的团队等。
3.结果和反馈
游戏的结果和反馈是用来指引学习者的学习活动的,它们用作测量学习者与目标相对应的进步状况。游戏的典型结果是至少有一个目标状态的获胜或者失败。工作总结对于学习者来说,获胜或失败的结果具有强烈的情绪和自我满足的含义,它是游戏最有吸引力的部分,学习者可以通过多次尝试来测量自己的能力。
反馈是用来响应游戏中某些事情发生转化时所产生的结果的,它是激励学习活动发生的重要因素。反馈能让学习者立刻知道自己的活动是积极的或是消极的,是在规则内还是超越了规则,离目标更近或是更远了,指引着学习者连续不断地探究游戏是以何种机制工作的,知道设计者设计的潜在模式是什么,如何获得成功,如何达到下一个目标水平,并获得最终胜利。
游戏中的反馈是由计算机做出的,并且是立即获得的。反馈的形式也趋于多样化,有数字表示的成绩和自己在竞赛中所处位置的标示,以及其他感觉形式,如图片、音乐等。游戏针对不同程度的操作,反馈的强烈程度也不一样,太弱或太强的反馈都会使学习者产生不一样的反应,这意味着问题解决的难度水平的上升和下降。不管如何设计反馈,它的目的总是为了提高学习者的经验,激励学习者继续探索游戏中隐含的问题。
4.冲突/竞争/挑战/对抗
竞争是人类基本特征的一部分,人类之所以被游戏所吸引,就是因为其天性趋向竞争,喜爱挑战。竞争、对抗让学习者在游戏活动中变得兴奋,激励着他们迸发出充沛的精力和创造性的思想。
游戏中的冲突或挑战是学习者要尝试解决的问题,它是游戏的核心元素,学习者解决这些问题的基础就是参与游戏活动。游戏中产生于问题解决中的冲突或挑战也许是与其他竞争者、现实问题或人工智能的对抗,还可能是一个要破解的谜语,或者是任何处在前进道路上的障碍等多种形式。目前专为教育而设计的游戏中,较为缺少冲突和对抗的成分,其竞争、挑战主要是来自问题解决,并且可以与合作的团队共同完成。
游戏要为学习者提供“胜利”或“失败”的感觉,这需要伴随着形式多样的竞争和对抗,例如:(1)不同学习者/团队采取自己行动的方式,战胜其他的学习者/团队;(2)战胜游戏系统提供的挑战,取得最好的成绩;(3)提高自己的绩效,超越自我;(4)学习者/团队采取的行动直接影响系统的结果状态等。
游戏设计理论在提到各种冲突和对抗的时候,除了关注冲突和对抗因素的内容之外,还关注这些冲突和对抗的强度、节奏、组合与合理性等问题。按照心理学的研究成果,冲突和对抗强度不够则不成为挑战,游戏也将索然无味;强度太大,则学习者屡屡受挫,不能实现游戏娱乐的基本功能;如果冲突和对抗的频度太小,就不能维持一种焦虑情绪的积累,如果频度太高,也无法通过释放这种情绪而产生舒适的感受,因此也就无法产生强烈的游戏体验。至于合理性,就是冲突和对抗的水平与学习者的技能和进步保持同步,称为“平衡”状态,就是说如果游戏系统通过一定策略达到比学习者强大的效果,那么学习者同样可以通过研究系统的策略增强自己的能力,去战胜系统,这种游戏对学习者来说无疑是有趣的。因此,游戏设计中的一个关键技能就是为游戏设置不同层次的难度等级,学习者可以根据自己的水平灵活地选择和设置游戏的难度。
5.交互
交互有两个重要的层面:第一是学习者与计算机的交互,表示学习者在游戏活动中做了什么事;第二是游戏固有的社会层面———学习者和其他人一起共同完成游戏的过程中,形成了社会性小组。
学习者与计算机的交互推动着游戏活动的运行。游戏的进展过程是根据学习者的操作活动而改变的,计算机根据学习者的行为做出真实和合理的反应,从而促使学习者对计算机进一步地发出操作的指令。游戏在学习者与计算机的交替推动下向前进行,因此,游戏能够允许学习者进行灵活设置的范围越大,学习者的发挥空间越大,就能得到越多的乐趣。
与其他人一起参与游戏活动有更多的乐趣,因而促进了社会化小组的形成。在计算机游戏的初始阶段,人们关注的是单用户的游戏或游戏者与机器对抗,当今计算机游戏的趋势是多用户游戏,同时游戏设计者正在尝试把许多新的人工智能技术应用到游戏中,把更多创造者的“心理”整合进游戏中的基于计算机的竞争者或合作者中。
6.表征或故事
表征意味着游戏是基于某件事情的,它可能是抽象的或具体的、直接的或间接的,它们给予学习者参与游戏活动的情绪。各种游戏理论工作者对表征的作用持完全不同的意见,有人认为表征在本质上成就了游戏,也有些人认为它仅仅是环绕游戏的美丽外衣。不管这个争论的结果如何,当前游戏发展中的一个事实是:学习者期望游戏在表征方面变得越来越详细,故事和叙事成为了游戏中最重要的构成元素。
游戏中的表征包含各种叙事方式或故事元素。游戏实际上表征的主题范围很广泛,既可以包含现实性的元素,也可包含想象的元素。背景故事为学习者要解决的复杂问题提供事件的叙事语境,用想象来激起学习者的好奇心,留学生论文引发学习者的情感反应,为学习者提供创造的机会。背景故事的讲述至少在四个方面为叙事创造了先决条件:(1)背景故事为发展初期的叙事提供背景资源,用来说明叙事的功能;(2)背景故事为游戏提供了一个舞台,所有的事件都在这个故事情节中展开;(3)背景故事能把一系列叙事信息灵活地嵌入场面调度中,为学习者提供所必需的背景信息,以便理解嵌入到叙事里的事件;(4)背景故事能激起学习者先前叙事的回忆,与预先存在的经验建立联结,引导学习者的活动。
四、计算机游戏的基本特征
基于上面的定义和构成要素分析,我们可以得到游戏的一些基本特征。
1.认知性
为教育目的设计游戏时,人们特别关注的是与游戏相联系的学习过程是否得到了实现,学习的原则是否被利用,以及游戏活动中获得的学习结果是怎样的,使游戏活动有利于学习过程的发展。
游戏目标指向学习者通过一系列游戏活动,实现有目的、有意识的认知性操作,解决设计者在游戏情境中设计的问题,鼓励学习者有意识地反省自己的思维过程。实验研究表明,学习者的游戏活动能带来有意的学习结果,技能可以以很快的速度得到明显的提高,并反省有关学习内容。但是,目前的教育游戏设计中,存在着把学习内容从游戏活动中分出来的倾向,缺乏游戏和认知任务间的凝聚性,它们不是真正的游戏。
2.游戏性
按照游戏设计的理论,在理想的情况下游戏性高于其他内容,是游戏的核心内容。游戏性是游戏活动的抽象化的表达,它关注的是如何设计才能使一个游戏更有趣、更有挑战性、更有吸引力。
游戏性实际上就是指学习者与游戏之间的有意义的互动,好的游戏性源自于这种互动的频度。“互动”是指学习者在游戏期间所想和所关注的内容,它既涉及到游戏系统向学习者传递信息的内容和方式,也涉及学习者如何向游戏系统传递信息。“有意义”是指学习者与游戏的互动具有挑战性。
在多媒体环境中,人们设计了虚拟情境来支持游戏性的实现,使学习者通过与游戏世界的交互,达成引人入胜的体验。为科学研究和特定学习目的而设计的虚拟情境不是专为娱乐目的,而主要是为了增加学习者对知识的理解。
3.可玩性
可玩性是和具体游戏内容及表现方式有关的,比如内容丰富、展现方式多样的游戏应该具有好的可玩性,采用了分支结构的游戏也具有可玩性。
游戏能提供多个相互关联的挑战和竞争的序列,这些操作系列是让人入迷的,学习者期望一次又一次的挑战,直到获得成功。游戏设计的目的是为学习者提供非良构问题解决的情境,它必须包含有一系列的心理操作,这才能称得上是问题解决活动,只有单一的操作不能构成真正的问题解决过程。
4.娱乐性
在国外的教育游戏设计理论经常有“教育娱乐”的探讨。Prensky(2001)指出游戏首先应该是有乐趣的,其次才应该鼓励学习活动[5]。
我们注意到娱乐和教化是计算机游戏两个不可分割的功能,娱乐是计算机游戏最基本的功能之一,没有这种功能也就失去了把教学材料开发成游戏的研究基点,目前许多支持基于游戏学习的游戏脱离了“娱乐”这个基点。没有足够的乐趣,游戏就没有对应的目标群体。要知道学习者利用游戏学习时,他们首先是把自己作为“游戏者”,而不是“学习者”或者“被培训者”。
5.体验性
人的本质是活动的,人是通过活动沟通“现象世界”和“现实世界”的。认知科学家认为当前的计算机多媒体技术提供了使学习环境发展的机会,游戏利用多媒体特性不仅可以模拟一个特别的情境,让学习者通过视、听觉感知复杂的现象,游戏能为学习者提供种类齐全的活动材料,保障他们获得多种选择、多种探索的机会和条件。游戏所提供的有效实践和体验机会,使学习者能利用自己原有认知结构中的有关知识与经验,去同化当前学习到的新知识,赋予新知识以某种意义,对于知识迁移是一个重要的过程。研究已经证明与实际设备培训和实际工作环境相比,计算机游戏有许多优点。
参考文献:
[1]张华.教学设计研究:百年回顾与前瞻[J].教育科学,2000,(4):25—29.
[2]Huizinga.AStudyofthePlayElementinCulture[M].NewYork:RoyPublishers,1955.
