時間：2023-04-03 09:55:57
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關鍵詞:計算科學計算工具圖靈模型量子計算
1計算的本質
抽象地說,所謂計算,就是從一個符號串f變換成另一個符號串g。比如說,從符號串12+3變換成15就是一個加法計算。如果符號串f是x2,而符號串g是2x,從f到g的計算就是微分。定理證明也是如此,令f表示一組公理和推導規則,令g是一個定理,那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看,文字翻譯也是計算,如f代表一個英文句子,而g為含意相同的中文句子,那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點？為什么把它們都叫做計算？因為它們都是從己知符號(串)開始,一步一步地改變符號(串),經過有限步驟,最后得到一個滿足預先規定的符號(串)的變換過程。
從類型上講,計算主要有兩大類:數值計算和符號推導。數值計算包括實數和函數的加減乘除、冪運算、開方運算、方程的求解等。符號推導包括代數與各種函數的恒等式、不等式的證明,幾何命題的證明等。但無論是數值計算還是符號推導,它們在本質上是等價的、一致的,即二者是密切關聯的,可以相互轉化,具有共同的計算本質。隨著數學的不斷發展,還可能出現新的計算類型。
2遠古的計算工具
人們從開始產生計算之日,便不斷尋求能方便進行和加速計算的工具。因此,計算和計算工具是息息相關的。
早在公元前5世紀,中國人已開始用算籌作為計算工具,并在公元前3世紀得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后來,人們發明了算盤,并在15世紀得到普遍采用,取代了算籌。它是在算籌基礎上發明的,比算籌更加方便實用,同時還把算法口訣化,從而加快了計算速度。
3近代計算系統
近代的科學發展促進了計算工具的發展:在1614年,對數被發明以后,乘除運算可以化為加減運算,對數計算尺便是依據這一特點來設計。1620年,岡特最先利用對數計算尺來計算乘除。1850年,曼南在計算尺上裝上光標,因此而受到當時科學工作者,特別是工程技術人員廣泛采用。機械式計算器是與計算尺同時出現的,是計算工具上的一大發明。帕斯卡于1642年發明了帕斯卡加法器。在1671年,萊布尼茨發明了一種能作四則運算的手搖計算器,是長1米的大盒子。自此以后,經過人們在這方面多年的研究,特別是經過托馬斯、奧德內爾等人的改良后,出現了多種多樣的手搖計算器,并風行全世界。
4電動計算機
英國的巴貝奇于1834年,設計了一部完全程序控制的分析機,可惜礙于當時的機械技術限制而沒有制成,但已包含了現代計算的基本思想和主要的組成部分了。此后,由于電力技術有了很大的發展,電動式計算器便慢慢取代以人工為動力的計算器。1941年,德國的楚澤采用了繼電器,制成了第一部過程控制計算器,實現了100多年前巴貝奇的理想。
5電子計算機
20世紀初,電子管的出現,使計算器的改革有了新的發展,美國賓夕法尼亞大學和有關單位在1946年制成了第一臺電子計算機。電子計算機的出現和發展,使人類進入了一個全新的時代。它是20世紀最偉大的發明之一,也當之無愧地被認為是迄今為止由科學和技術所創造的最具影響力的現代工具。
在電子計算機和信息技術高速發展過程中,因特爾公司的創始人之一戈登·摩爾(GodonMoore)對電子計算機產業所依賴的半導體技術的發展作出預言:半導體芯片的集成度將每兩年翻一番。事實證明,自20世紀60年代以后的數十年內,芯片的集成度和電子計算機的計算速度實際是每十八個月就翻一番,而價格卻隨之降低一倍。這種奇跡般的發展速度被公認為“摩爾定律”。
6“摩爾定律”與“計算的極限”
人類是否可以將電子計算機的運算速度永無止境地提升?傳統計算機計算能力的提高有沒有極限?對此問題,學者們在進行嚴密論證后給出了否定的答案。如果電子計算機的計算能力無限提高,最終地球上所有的能量將轉換為計算的結果——造成熵的降低,這種向低熵方向無限發展的運動被哲學界認為是禁止的,因此,傳統電子計算機的計算能力必有上限。
而以IBM研究中心朗道(R.Landauer)為代表的理論科學家認為到21世紀30年代,芯片內導線的寬度將窄到納米尺度(1納米=10-9米),此時,導線內運動的電子將不再遵循經典物理規律——牛頓力學沿導線運行,而是按照量子力學的規律表現出奇特的“電子亂竄”的現象,從而導致芯片無法正常工作;同樣,芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米)后,晶體管也將受到量子效應干擾而呈現出奇特的反常效應。
哲學家和科學家對此問題的看法十分一致:摩爾定律不久將不再適用。也就是說,電子計算機計算能力飛速發展的可喜景象很可能在21世紀前30年內終止。著名科學家,哈佛大學終身教授威爾遜(EdwardO.Wilson)指出:“科學代表著一個時代最為大膽的猜想(形而上學)。它純粹是人為的。但我們相信,通過追尋“夢想—發現—解釋—夢想”的不斷循環,我們可以開拓一個個新領域,世界最終會變得越來越清晰,我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯系和有意義的?！?/p>
7量子計算系統
量子計算最初思想的提出可以追溯到20世紀80年代。物理學家費曼RichardP.Feynman曾試圖用傳統的電子計算機模擬量子力學對象的行為。他遇到一個問題:量子力學系統的行為通常是難以理解同時也是難以求解的。以光的干涉現象為例,在干涉過程中,相互作用的光子每增加一個,有可能發生的情況就會多出一倍,也就是問題的規模呈指數級增加。模擬這樣的實驗所需的計算量實在太大了,不過,在費曼眼里,這卻恰恰提供一個契機。因為另一方面,量子力學系統的行為也具有良好的可預測性:在干涉實驗中,只要給定初始條件,就可以推測出屏幕上影子的形狀。費曼推斷認為如果算出干涉實驗中發生的現象需要大量的計算,那么搭建這樣一個實驗,測量其結果,就恰好相當于完成了一個復雜的計算。因此,只要在計算機運行的過程中,允許它在真實的量子力學對象上完成實驗,并把實驗結果整合到計算中去,就可以獲得遠遠超出傳統計算機的運算速度。
在費曼設想的啟發下,1985年英國牛津大學教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理學定律推導出一種超越傳統的計算概念的方法即推導出更強的丘奇——圖靈論題。費曼指出使用量子計算機時,不需要考慮計算是如何實現的,即把計算看作由“神諭”來實現的:這類計算在量子計算中被稱為“神諭”(Oracle)。種種跡象表明:量子計算在一些特定的計算領域內確實比傳統計算更強,例如,現代信息安全技術的安全性在很大程度上依賴于把一個大整數(如1024位的十進制數)分解為兩個質數的乘積的難度。這個問題是一個典型的“困難問題”,困難的原因是目前在傳統電子計算機上還沒有找到一種有效的辦法將這種計算快速地進行。目前,就是將全世界的所有大大小小的電子計算機全部利用起來來計算上面的這個1024位整數的質因子分解問題,大約需要28萬年,這已經遠遠超過了人類所能夠等待的時間。而且,分解的難度隨著整數位數的增多指數級增大,也就是說如果要分解2046位的整數,所需要的時間已經遠遠超過宇宙現有的年齡。而利用一臺量子計算機,我們只需要大約40分鐘的時間就可以分解1024位的整數了。
8量子計算中的神諭
人類的計算工具,從木棍、石頭到算盤,經過電子管計算機,晶體管計算機,到現在的電子計算機,再到量子計算。筆者發現這其中的過程讓人思考:首先是人們發現用石頭或者棍棒可以幫助人們進行計算,隨后,人們發明了算盤,來幫助人們進行計算。當人們發現不僅人手可以搬動“算珠”,機器也可以用來搬動“算珠”,而且效率更高,速度更快。隨后,人們用繼電器替代了純機械,最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進計算工具的同時,數學家們開始對計算的本質展開了研究,圖靈機模型告訴了人們答案。
量子計算的出現,則徹底打破了這種認識與創新規律。它建立在對量子力學實驗的在現實世界的不可計算性。試圖利用一個實驗來代替一系列復雜的大量運算?？梢哉f。這是一種革命性的思考與解決問題的方式。
因為在此之前,所有計算均是模擬一個快速的“算盤”,即使是最先進的電子計算機的CPU內部,64位的寄存器(register),也是等價于一個有著64根軸的二進制算盤。量子計算則完全不同,對于量子計算的核心部件,類似于古代希臘中的“神諭”,沒有人弄清楚神諭內部的機理,卻對“神諭”內部產生的結果深信不疑。人們可以把它當作一個黑盒子,人們通過輸入,可以得到輸出,但是對于黑盒子內部發生了什么和為什么這樣發生確并不知道。
9“神諭”的挑戰與人類自身的回應人類的思考能力,隨著計算工具的不斷進化而不斷加強。電子計算機和互聯網的出現,大大加強了人類整體的科研能力,那么,量子計算系統的產生,會給人類整體帶來更加強大的科研能力和思考能力,并最終解決困擾當今時代的量子“神諭”。不僅如此,量子計算系統會更加深刻的揭示計算的本質,把人類對計算本質的認識從牛頓世界中擴充到量子世界中。
如果觀察歷史,會發現人類文明不斷增多的“發現”已經構成了我們理解世界的“公理”,人們的公理系統在不斷的增大,隨著該系統的不斷增大,人們認清并解決了許多問題。人類的認識模式似乎符合下面的規律:
“計算工具不斷發展—整體思維能力的不斷增強—公理系統的不斷擴大—舊的神諭被解決—新的神諭不斷產生”不斷循環。
無論量子計算的本質是否被發現,也不會妨礙量子計算時代的到來。量子計算是計算科學本身的一次新的革命,也許許多困擾人類的問題,將會隨著量子計算機工具的發展而得到解決,它將“計算科學”從牛頓時代引向量子時代,并會給人類文明帶來更加深刻的影響。
參考文獻
[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.
化學是研究物質的組成、結構、性質和變化規律的學科?；瘜W學科有的概念、原理、物質的微觀結構較為抽象，因此，傳統的語言文字表述和傳統常規的實驗使學生較難理解。在高中化學教學中，如：不同聚集狀態物質的結構與性質；電解質在水溶液中或熔融狀態下產生自由移動的離子的過程；微觀結構與物質的多樣性；原子核外電子運動；微粒間作用力與物質性質；分子的空間構型；化學平衡和電離平衡；原電池反應原理等理論知識，我們可以借鑒計算機信息技術制作的課件，就能形象直觀地展示分子、原子、離子等微觀的特征和變化的過程，變抽象為直觀。此外，工業采用接觸法制作硫酸流程；工業制硝酸的流程；石油分餾產品；鋼鐵的冶煉，工業合成氨等內容，單一語言表達和掛圖展示，學生的感知認識度不高，此時適當地運用多媒體技術，就能使學生有種身臨其境的感覺，為傳統教學創設了形象性的教學情境。
二、應用計算機信息技術補充傳統實驗方式，提高實驗教學效果
在傳統常規實驗演示中，由于多種因素，有些實驗的過程和現象不顯著，從而直接影響了教學的效果。譬如，分子的擴散、氣體的產生及固體的溶解等現象，學生觀察效果并不明顯。假如把這些實驗的演示通過多媒體投影儀來展示，充分運用它具有的定格、慢放、放大和重播等功能，來幫助學生觀察，學生就能很清晰地看到顏色的變化、沉淀的析出和氣體的產生等現象。再譬如，金屬鈉與水反應實驗，由于反應過程較快，學生不易觀察，同樣可以采用多媒體投影儀來輔助此實驗的演示，使整個反應過程清晰起來。另外，像鋼鐵腐蝕這種現象，需要很長的時間，我們也可以應用計算機信息技術制作課件，來演示這種腐蝕過程。這樣不僅增強了實驗的直觀性，同時也活躍了課堂的教學氣氛，提高了演示的效果，有助于學生觀察能力的培養。
三、應用計算機信息技術輔助傳統實驗方式，增強實驗的環保安全意識
一、中職學校計算機理論課程的培養目標。
理論課程是基礎，只有在夯實了專業基礎之后才能在本專業有所建樹。中職學校有其自身的特點，其培養的目標是技術型人才，理論課程的開設主要是為實踐服務，目的是讓學生在掌握基本理論知識的基礎上，通過獨立思考和集體合作，進一步提高分析、解決實際問題的能力，通過對案例的分析研究積累經驗，以發展自己的創造才能，使學生全面系統地掌握計算機知識。例如程序設計類的課程，首先要使學生養成基本的、良好的編程習慣，懂得編程的基本原理和常用的編程方法，能夠理解編程所使用的各種語句，然后讓他們投入具體的編程工作。
二、中職學校計算機理論課程教與學的現狀。
1。教材、教法現狀。
從教材大綱上來看，要么部分教材過于陳舊，編寫的教材幾年不變，跟不上計算機技術的發展和社會職業的需求；要么和流行軟硬件步步緊跟，年年更新，使許多學校硬件環境頻頻告急。由于計算機知識更新實在太快，如果教材跟不上知識的更新，會使學校培養的人知識陳舊，不能適應社會的需要；如果教材更新速度過快，則可能由于學校硬件條件的限制，造成教材與教學的脫節，同樣達不到好的教學效果。
從教學方法上來看，在教學方面，多年的職業教育沒有從根本上脫離普教的教學思想和教學模式，因此，沒有真正地體現出自身的教學特色。筆者在授課中往往有這樣的體驗，講授理論課時由于內容抽象難理解，結果一方面教師在拼命地想講明白，學生們也非常專注地想聽明白，但計算機中的許多術語、原理、命令等等總讓許多學生如墜霧里，上機操作時不知從何下手，結果造成教師教學費力，學生學習吃力，實際效果不好的現象。
2。中職學校計算機理論課堂教學現狀。
（1）教學原則。計算機理論課程的教學在很大程度上仍然沿襲著“以教師為主體”、“以課程為中心”的傳統教學觀念：教師是知識的傳遞者，教學以傳授知識為主等等。這樣的教學理念直接影響、制約了教學模式、教學方法、教學手段的改革創新，也打擊了學生學習的主動性、積極性。
（2）教學模式。傳統的教學方法單一、僵化，習慣于“一言堂”、“滿堂灌”，在教學的各個環節，都只從教師的角度出發，從組織內容、備課到講授，很少關注學生的反應，課堂缺乏互動，更談不到學生參與其中，變被動學習為主動學習。
（3）教學手段。雖然目前計算機專業課程教學中，基本普及了現代化教學手段的應用，但在課件制作的水平方面，在使用課件的尺度把握方面，還要下些功夫。
3。中職學校學生的學習現狀。
從生源上來看，由于普高的擴招，中職學校的門坎很低。進入中職學校的學生，其文化課基礎相對較差，許多學生的學習興趣、主動性和積極性也不高。另外，中職學生大部分來自農村，由于目前農村鄉鎮中學計算機教學設施的不完備，許多學生在初中學習時還沒有接觸過計算機，更談不上操作和運用了?？偟膩碚f，中職生源文化素質不高，對計算機的認知程度也很低。
學生在學習過程中，普遍對計算機理論課程的學習都不感興趣，他們覺得理論課程枯燥、難學。他們追求的是學以致用、立竿見影的效果，尤其是家庭電腦的普及，上網熱的沖擊，使學生更加注重操作技能，而對計算機理論很少涉及。計算機理論是學生提高計算機水平的基礎，中專生沒有足夠能力認識到這一點的，于是往往會把學習計算機知識分為“有用的”和“沒用的”兩類。比如認為學習計算機系統的基本結構和原理、進制的轉換、程序的編制等是“無用的”；對于學習制圖、網頁設計、硬件維修等是“有用的”。
三、中職學校計算機理論課程的教學改革。
1。充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用。
中職學校的計算機理論教學最終是通過課堂教學來完成的，因此在課堂教學的過程中，充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用是教學成功的關鍵。
（1）提高教師的專業素質水平和業務水平。要實現教育現代化，必須培養和造就一支高水平的計算機師資隊伍，積極探索和發揮計算機在教學和教育中的作用。作為一名計算機教師首先應不斷地充實自己，不斷更新自己的知識范圍。計算機學科的特點就是“前沿”，即使是計算機專業的本科畢業生，若停留在原來的基礎上，則意味著后退。所以，選擇了計算機就是選擇了“不斷地學習”。在計算機教育這塊園地里，要有所收獲，就必須懷著對本職工作的無限熱愛，懷著對學生強烈的責任感，投身到計算機的教育、教學研究上來。
（2）提高學生的學習積極性和主動性。學習積極性和主動性是從事創造性學習活動的一種心理能動狀態，是影響知識、技能掌握和智能發展的一個重要因素，是學生學習上的內在動力。教學中激勵、喚醒、調動學生的這個內在動力，是上好專業課、提高課堂教學效率的關鍵。因此，教師在進行計算機理論課程教學過程中應注重培養學生的興趣，讓學生帶著興趣、帶著熱情去學習，才能使學生從主觀上愿意接受計算機理論知識，才會有很高的學習積極性和主動性。
2。計算機理論課程教學改革的思路。
（1）在課堂教學中滲透素質教育的理念。
一是改變教學“滿堂灌”的形式，將知識的形成過程暴露給學生，讓學生在接受知識時不僅“知其然”而且“知其所以然”，培養學生繼續學習的能力和方法，使學生獲得主動的知識。
二是計算機理論教學重在培養學生的創新思維、發散性思維。因此，教學過程要指導學生掌握正確的學習方法，努力培養學生探究學習的方法，培養學生探究科學的精神，使學生養成良好的科學素質。
三是在教學中努力培養學生先進的教育觀念，使學生形成在實踐中獲得知識的能力。素質教育重在素質的形成，而素質最終是在實踐中體現出來，計算機理論教學不能僅是理論知識的學習，而且，要加強理論聯系實際，最大限度地提高學生的實踐能力，讓學生在實踐中獲得發現知識的樂趣。
（2）計算機理論課程設置的改革。
一是課程內容的設置要緊貼社會的要求，把社會的需求和學生學習的需求有機統一，從而激發學生的學習積極性。職業中專學生雖然沒有高考的壓力，但面臨就業的挑戰，所以課程的設置要以社會的需求為依據，以學生的就業為導向。這里最重要的是進行社會調查，弄清計算機專業中職學生能夠就業的崗位群，由此弄清學生所需掌握的知識和技能，并由此作為課程設置的依據。只有是有利于學生就業的課程內容設置，才能激發學生的學習動機。
二是根據中職學生的學習心理特點、認知和能力水平，以及課程本身的對應關系對課程內容的順序進行合理安排，要做到先易后難，各課程之間的承接性要合理。
三是以能力為本位進行課程內容的整合。在中職計算機中大部分課程主要是以培養學生的動手能力為目的。職業中專學生的抽象思維和數據邏輯分析能力都較弱，對理論課的學習不感興趣，課堂上的理論講授效果不理想。在設計和制定項目的課程任務時，把知識點和職業中專學生不需要系統學習但需要部分掌握的內容融入其中，使學習過程成為學生參與的創造實踐活動，注重的不是最終的結果，而是完成項目的實踐過程。這樣進行教材內容的整合使學生有明確的學習目的和內容，能將知識迅速轉化為實際能力。因此，教師應根據學生的實際情況和能力目標，對教材做相應的處理。
（3）教學方法的改革。
一是教學和學習方法上，采用講、看、練一體化方法和分組討論的教學方法。教師可根據教學內容或教學案例制作課件，使教學更具直觀性，深入淺出，將原來抽象、復雜敘述用生動的圖像和動畫表現出來，使學生可以更直觀地理解教學內容，激發學生學習興趣。要讓學生從知識的被動接收者轉變為主動參與者和積極探索者，在發揮教師主導作用的同時，充分發揮學生的主體作用，鼓勵學生大膽提出問題，引導學生思考探索，從而達到良好的教學效果。
二是教學的組織形式上以實訓基地現場教學為主，盡可能多地為學生提供動手操作的機會。結合實際，使教學和實際真正融為一體。平時面對實物和實際進行教學，實習或業余時間可以在教師的指導下，為學校、老師、同學乃至社會進行計算機應用與維護方面的服務。組織學生進行社會調查和市場調查，讓學生認識市場、了解市場，了解當前的市場技術水平和行情，了解將來的工作崗位的工作內容和要求，提高學生學習的目的性和自覺性，提高學生的崗位適應能力和綜合素質。
關鍵詞：網絡技術專業；實踐教學；教學方法
由于社會信息化的發展，使得網絡應用不斷普及，網絡技術飛速發展。隨著計算機網絡技術的快速發展，計算機網絡幾乎與企業的每一位員工都息息相關，從企業局域網的規劃、組建、運行和升級維護，到企業網站的運行，從網絡安全的管理到數據庫管理、存儲管理以及網絡和人員管理等制度建立，都和計算機網絡相關聯。網絡的應用如此廣泛，計算機網絡課程也成為高職院校很多專業的必修課程。該門課程的實用性很強，同時變化和發展較快，新知識層出不窮，如何在有限的課時內讓學生具有較強的實踐操作技能，對廣大教師來說是一個很大的挑戰。這里以筆者在計算機網絡實踐教學的教學體會與大家探討，主要包括有計算機網絡實踐的教學大綱與教學計劃、教學內容和教學方法。
一、計算機網絡實踐教學的教學大綱與教學計劃。
計算機網絡課程設計的目的：是讓學生綜合利用所學的網絡知識，解決一些實際問題，能夠完成一些簡單的網絡管理、組建、維護等工作。在正式上課之前，應對網絡在實際中的具體應用、網絡的發展概況、在網絡應用中常出現的問題等進行詳細分析，制訂出切合實際的教學大綱。在全面了解學生所具有的基礎知識狀況的前提下，根據教學大綱制訂好教學計劃。在制訂教學計劃的過程中針對學生的知識基礎和學習能力，將該課程中學生不易接受的內容轉換成學生易接受的，并且側重于鍛煉學生的實際操作能力。
二、計算機網絡實踐教學的內容。
（1）網絡基礎類實訓。這類實訓的目的主要是培養學生網絡組建實施的能力，要求學生通過實訓熟悉網絡工程的實施流程和方案設計方法，完成小型家庭辦公網絡的構建。這方面的主要實訓有：雙絞線制作（直通線和交叉線）、ADSL撥號上網、多臺PC通過寬帶路由器共享上網、交換機的基本配置實訓、交換機的級聯和鏈路聚合配置、使用交換機劃分VLAN、路由器的基本配置等。通過這些實訓，使學生基本掌握了構建小型家庭辦公網絡及網絡綜合布線等基本網絡技能。
（2）網絡管理類實訓。這類實訓的目的是培養學生的網絡管理能力，以應付在工作中會出現的問題。這方面的實訓主要有：使用抓包工具軟件分析網絡數據、交換機的端口鏡像、端口和MAC地址的綁定、VPN（虛擬專用網）配置、IP地址的規劃、基于802.1x的AAA服務配置、網絡帶寬的監控維護等。通過這些實訓，使學生基本掌握網絡設備管理、網絡故障、性能管理、網絡認證、計費管理等方面的技能。
（3）網絡綜合類實訓。這類實訓的目的主要是為了提高學生的網絡綜合應用能力，滿足大中型企業網絡工作的需求。這方面的實訓主要有：生成樹協議的啟用、三層交換機的VLAN互通、ACL訪問控制列表的配置、路由器靜態路由配置、路由器動態路由RIP配置、路由器動態路由OSPF配置、通過單臂路由實現VLAN間互訪等，通過實訓使學生能夠掌握較為深入的網絡技術，勝任更為復雜的大中型企業網絡管理工作。
（4）網絡安全類實訓。這類實訓的目標是為了在網絡安全監控方面培養學生防范網絡入侵、網絡攻擊的技能，能夠應付一定的網絡入侵和攻擊，掌握相關網絡安全設備的配置方法。實訓內容主要包括：防火墻的透明模式配置、防火墻的NET配置、上網行為策略認證配置、網絡監聽、操作系統安全、數據備份與災難恢復等。通過此類實訓，使學生掌握一定的網絡安全相關技能。
三、計算機網絡實踐教學方法。
如何讓學生對學習網絡實踐課感興趣并能喜歡網絡課程，教學方法是非常重要的。在我的教學中，主要采用了項目教學法、任務驅動法、分組教學法、討論教學法、提問教學法、示范教學法、通過網絡學習網絡等，主要是以項目引領任務驅動貫穿整個教學，多種教學方法互補。以教學方法為項目教學法，項目是學會使用互聯網為例進行說明。實訓教學的主要目的是鞏固理論知識，培養學生的動手操作能力，特別是對應相關職業的解決實際工作問題的能力。實訓項目教學更是突出了這一點，最關鍵的是實訓教學主要培養學生面對具體問題獨立分析、解決的能力。因此在實訓中，要加強對學生排除故障能力的培養。在實訓中故意設置故障，讓實訓小組自行進行解決，老師在旁只給出提示，不給具體原因。
結語：計算機網絡的發展很快，要做好計算機網絡實踐教學，作為教師，我們必須緊貼網絡實際情況，從真實的網絡應用入手講解網絡的組建、應用、管理和維護，提高學生分析問題、動手能力和解決實際問題的能力。同時，應注重講解內容的實用性，要在整個教學中真正體現“以就業為導向，以學生為基本”的思想。只有這樣，才能在教學中針對實際情況進行合理教學，才能游刃有余地進行教學，才能讓學生感到學這門課程是非常有用的，讓學生產生興趣，并能在工作時很快投入到自己的角色中去。[論文格式]
參考文獻：
1．1影響認知結構的根本因素是計算思維
學習遷移的目標是處理問題、解決問題能力的培養。計算思維強調的是問題模型化的能力，將問題逐步分解抽象成計算機能夠自動處理的能力。計算思維是信息時代人們學習的基本素質，是應用計算機技術解決問題的客觀思維模式。人們運用計算機來解決問題是對人類活動過程的抽象模擬。人類往往是先提出問題、明確問題，然后提出假設、檢驗假設。而計算機解決問題則是從具體的問題抽象出一個適當的數學模型，設計算法，然后編碼執行，驗證結果。計算思維能力要求學生具有層次抽象的能力以及層次細化的能力，這決定著學生在信息領域發展的空間和深入的程度。
1．2計算機硬件學習過程的
3個階段計算機是由硬件、軟件系統構成的復雜數字系統。硬件教學的目標在于數字系統的設計。EDA（elec－tronicdesignautomation，電子設計自動化）技術將傳統的手工布線式電子電路設計方式改為計算機自動地完成。設計者完全從系統布局、器件連接布線、調試與仿真等工作中解放出來，工作重心集中在設計上，即從系統分析、算法、協議等開始利用設計數字系統，具有可以通過軟件編程對硬件結構和工作方式進行重構特點的可編程邏輯器件，使得硬件的設計就像軟件設計一樣便捷。在虛擬仿真實驗環境中，如果沒有器件管腳、信號、布線、電路圖等基本概念就直接面對EDA設計數字系統，也會由于理論與實踐的跨度太大而無從下手，難以應付，根本談不到理論的應用，更談不到對學科的認知。依據教育部計算機教指委制定的專業指導規范，IEEE－CS及ACM指導計劃，硬件課程設置包括“數字邏輯與數字系統”、“計算機組成”、“匯編語言程序設計”、“計算機接口技術”、“計算機維護”、“計算機體系結構”。要求結合數字電路的發展史，遵從循序漸進、逐步深入的原則，將3個學期要求的能力培養目標按抽象化程度分成3個階段實現，依次是：要求學生掌握數字系統的電路原理圖設計；利用可編程邏輯器件軟件化設計；利用集成芯片實現設備擴展。這3個階段分別對應數字系統設計的3種方法，雖各有特點但互不沖突，原理圖非常直觀，便于學生建立硬件系統的感官認識和體系模型，有利于組件式軟件技術開發的轉型。
2基于學習遷移的計算機硬件教學改革
計算機硬件教學要求學生利用軟件技術設計出能運行自己系統的計算機。這個任務要求學生自主完成，通過學習遷移，激發學生的潛能。學生自主完成學習的遷移，需要對計算機硬件教學進行改革
2．1以學生“計算思維”為核心的教學體系構建
計算思維強調的是計算模型的抽象以及計算過程的自動化，因此，硬件的“計算思維”也就體現在問題求解的部件及計算模型建立和自動處理序列的實現。這種能力的遷移離不開科學的教學體系支持，離不開教學過程諸要素，也離不開知識結構、教學內容、教學方法、教學過程設計和教學效果評價的有機結合。第一，授課前，細化課程間的教學脈絡，抽象出技術應用模型、問題求解可計算性模型和規范化的方法論，突出教學層次性，修訂了教學大綱、教學內容和實踐環節。第二，授課中，規范課堂教學中選用的例子，將抽取的數字系統設計與分析的方法融入每一個實例，有意地訓練學生硬件級進行問題描述、設計算法、評價結果的能力。實驗教學中，開發實驗素材采取驗證性與設計性實驗并舉的教學模式。驗證性實驗引導學生掌握基本原理和基本技能，熟悉開發工具；設計性實驗以項目驅動模式要求學生通過閱讀文獻，自己設計選題，寫出設計方案，編寫具體代碼，自己調試并解釋運行結果。第三，考核中，實驗與綜合題目相結合，考查學生的應用能力。
2．2以學生為中心的教學方法的改革
以學習遷移理論為指導，學生的學習過程是一個積極主動、自我遷移的過程。在教師的教授和學生的學習過程中，讓學生做課堂的主人，積極參與知識傳授的過程和學習遷移的過程，培養學生的自我學習能力，有助于學生掌握知識點，進行正確的遷移。
2．3注重實踐教學
學習的目的在于應用，是把學習的知識、技能遷移到新的情境中解決問題，計算機硬件課程要求學生將課堂所學的理論、技能遷移到實際系統的研發中，達到學以致用的目標。以數字邏輯課程設計為例，首先，選取的題目全部來自現實生活，如多功能計算器、交通燈控制器、空調控制器、洗衣機控制器、自動售貨機、電梯控制器等。其次，明確要求底層用硬件描述語言實現，頂層采用原理圖實現。第三，指導教師督促學生按照軟件工程的思想規范化地開展工作，從需求分析、功能模塊劃分開始明確任務、解決步驟、部件設計、原理圖設計和成果驗收。最后，學生撰寫實驗報告。
2．4構建多元化的教學評價體系
學生學習效果一方面來自實驗的成功，另一方面來自教師客觀、積極、肯定的評價。鼓勵學生去挖掘自身的潛力、克服學習的困難是教學的首要基本點?？茖W的評價機制在客觀評價學生能力的同時應鼓勵學生的學習熱情。教學中，采取理論考試、實驗報告、科技作品等相結合的多元化教學評價策略，同時融入形成性評價并及時反饋給學生，通過學習態勢的感知進行學習調整。
2．5鼓勵學生積極參加第二課堂
第一課堂是基礎知識的積累，第二課堂是基礎知識的拓展與運用。計算機硬件的學習應當把課堂知識遷移到各種技能競賽、作品設計等活動中，依托第二課堂的活動，為學生的技能展示提供一個平臺，學以致用，用以創新。只有讓學生將所學知識用于實踐，才能達到學習遷移的目的。
3結束語
關鍵詞:基礎知識;適應性;能力培養
隨著計算機及網絡技術發展的日新月異,計算機的應用也逐漸深入到各行各業,掌握計算機基礎理論知識和基本操作技能已成為各級各類職業學校學生將來進入工作崗位的必備條件。因此,在技工學校強化計算機基礎教學是十分重要的。
一、抓好基礎知識教學
俗話說得好“萬丈高樓從地起”。在計算機無窮無盡的知識領域內,掌握基礎知識是學好計算機、用好計算機的關鍵所在。將計算機最基本的知識教給學生,讓學生對計算機有一個整體概念。比如說,在Windows圖形用戶界面環境中,操控鼠標就能夠操控Windows的各種對象,也就是說操控Windows就是操控電腦。那么要讓學生靈活運用鼠標操控電腦就必須讓學生掌握鼠標操作的基本知識。另外,計算機教育是技術性和實踐性很強的一門課程,有些問題單憑教師講解,很難讓學生理解掌握。如何使學生打下堅實的基礎呢?我們可以利用技能操作來鞏固基礎知識。譬如在講五筆輸入法這課時,我們只需要在理論課上講清五筆規律和拆字規則,再通過上機操作進行強化訓練,將所講的理論在實踐中得到應用,兩者通過動手實際操作而聯系起來,這樣,基礎知識扎實了,輸入速度也逐漸提高了。
二、注重學生能力的培養
技工學校是培養高技能人才的基地,為了更好地增強勞動者的就業能力和創業能力,使勞動者更多更好地掌握計算機操作技能,使其具有較好的專業基礎知識和較強的專業實踐操作技能,在教學過程中就更應注重培養學生的以下幾種能力。
1.自學能力。計算機發展十分迅猛,更新速度加快,硬件技術不斷推陳出新,軟件版本不斷升級,因此培養學生的自學能力就顯得尤為重要了。計算機的教學不同于其他基礎課程具有穩定性,有許許多多新的軟件,教師還沒來得及講解,就已經被淘汰了。像我們計算機專業的老師,大學學的是DOS、Windows97、98系統等,現在教的是WindowsXP、2003系統,新系統的掌握靠的就是自學。當你在教學生Windows2003的時候,WindowVista系統又普及了。因此,學生要想跟上時代的步伐,就不得不加強培養自學能力。教會學生自強不息,就等于給了他們生命的茁壯和飽滿。在掌握了基礎的理論知識之后,充分、深刻領會其含義,加以升華,有計劃地進行自學,這樣才能真正的做到“無師自通”。
2.實踐能力。要想掌握真正的本領,實踐是必不可少的。計算機的操作就是一種實踐過程,它既是一種現代高科技機器操作的訓練,也是一種對理論知識掌握的檢驗。通過操作,可以提高對計算機的駕馭能力,熟練掌握各種操作技巧和技能,為以后更好地利用現代化的信息手段打下堅實的基礎。
在實際教學中,有些問題理論上老是無法講清,或者說講完也是模棱兩可的,很抽象,但只要一上機,鼠標一點,既直觀又生動,學生易于掌握。因而教學應采用在多媒體教室,微機邊演示學生邊操作,實現一體化教學。這樣一來,既提高了學生的實踐能力,也幫助學生理清了思路,把握了重點,同時對模棱兩可的問題還可上機實踐。
3.創新能力。所有優秀的教師都希望自己的學生超過自己,也希望以后的學生再超過自己教過的學生,這符合社會的發展。在計算機教學中,學生的創新能力,主要表現在創造性地完成學習任務的活動中。為學生提供的一切教學實踐活動,既可以成為培養和發展學生創造力的環境和條件,也可以成為阻礙學生創造的精神束縛。因此,在計算機教學過程中,要鼓勵學生學會大膽的去猜想、判斷,要有意識地加強創造性的計算機活動,在活動中養成學生勤思考的習慣,碰到問題要問“為什么”,解決問題后要進行反思,總結活動經驗。在學習中學會產生疑問,培養學生不受固定模式約束的能力,并幫助學生去積極克服思維定式,要將其猜想作為邏輯推理的一種形式,培養學生進行舉一反三的能力。
總之,計算機教學就是要認準方向,夯實理論基礎,注重學生素質的培養。這符合職業教育對學生培訓的要求,也是人才市場對勞動者條件的基本需求,只有這樣才能滿足社會對職業教育的要求,才能有職業教育發展的空間,這才是其教學的意義。
參考文獻:
[1]謝希仁.計算機網絡[M].大連:大連理工大學出版社,2004.
關鍵詞:教學游戲;模型;結構;特征
20世紀80年代末以來,教學設計研究出現了一些新的發展趨勢:在理念層面上,建構主義認識論正在取代客觀主義認識論成為教學領域的基本觀念;在技術層面,信息技術的迅猛發展正在引起教學領域的深刻變革(張華,2000)[1]。這些變化使人們認識到,學習首先應當是情境性的,學習者在復雜、豐富的情境中,才有機會以個性化的、有意義的方法,建構和重構自己的概念,發展能力;其次,學習活動轉變為理解不同知識和技能領域中的“能力表現”和指向特定問題解決目標的積極的知識應用過程。
計算機游戲就是服務于這些功能的有效工具,本文綜合了已有的一些關于游戲研究的文獻,對各種觀點進行了比較、分析和綜合,希望能夠在教學游戲的設計、開發以及相關的研究中發揮一定的作用。
一、游戲作為學習發展的工具
1.游戲的基本概念和分類
Huizinga(1955)認為游戲活動就是競爭[2],論文一個游戲應具有以下幾個關鍵要素:(1)一個非正式的行動或活動;(2)在某一特定的時間和空間范圍內發生;(3)按照自由選擇發展,但其后要遵守該規則;(4)目標就是活動本身;(5)活動伴隨著緊張和愉快的感覺,并要意識到這種活動與現實生活是不同的。Dempsey(1996)等把游戲活動定義為:任何明顯地包含競爭和具有規則指導的教學和學習模式。
教育游戲是指具有一系列特定規則的結構化事件,學習者是以優于競爭者或自己先前行為表現的方式,力爭完成一個特定的目標。因此,計算機游戲就是基于一系列規則,具有潛在競爭性的,能實現特定目標狀態的一個可供學習的情境,開發應用于教學的計算機游戲的目的是創造一個具有更多真實性的情境,來吸引和激發學習者,啟發學習者的學習活動,鼓勵態度轉變,發展學習者批判性思維、問題解決和決策的技能,而不是獲得簡單的陳述性信息,更不是娛樂。計算機游戲已經作為培育學習者理解理論模型、支持團隊發展和信息資源共享的手段。近幾年,為適應學習的需要,各個學科都開發了一系列的游戲。
2.游戲的教學實踐意義
人們對計算機游戲在教育實踐中的應用進行了大量的探討和研究,確定了一些吸引學習者使用的因素。筆者對這些因素進行了分析和綜合,認為主要有如下幾個方面。
(1)游戲為學習者提供了一個情境氛圍,讓他們獲得沉浸性經驗。計算機技術的發展為游戲設計提供了豐富的視覺、空間等表現手段,設計者利用這些技術手段去表征現實或體現想象,使學習者感到將要達到的學習目標的特征屬性是非常真實的,為學習者提供了一個通過精心設計內容,來處理類似真實、現實世界的機會。游戲情境因素具有容易識別的特征,學習的有效性得到了提高。
(2)游戲提供一個完整的、交互的虛擬情境,激發學習者的學習興趣。學習者的學習活動是為了實現一個或一系列既定的學習目標,在這個過程中動機激發是關鍵的要素,它是人類學習過程中的自然要求。人們利用游戲實現動機激發方法包括:首先,游戲情境中洋溢出的樂趣,是激發學習者參與游戲活動的重要因素;其次,游戲能提高學習者的技能,使學習者通過完成一系列的任務而獲得成就感;最后,學習者在參與諸如幻想或模擬游戲時,可以在游戲結束后立即得到各種比較復雜的反饋,使學習者能夠獲得真實的體驗感。
(3)游戲有足夠的靈活性和復雜性,能適應學習者的不同學習風格和水平。英語論文計算機游戲結合了適合各層次學習者的學習目標、對話的策略和規則,它們能被學習者修改、調整和更新,適應不同水平的挑戰,游戲把學習者放在了決策者的位置,推動學習者利用游戲活動的嘗試錯誤來學習。
(4)游戲能提供綜合性經驗,發展學習者的多種技能。良好制作的游戲可以被看作是交互故事,故事對學習者來說是可以利用的一種最基本的,也是強有力的綜合性經驗。游戲故事的視覺性、經驗性和創造性途徑,能培養學習者深層次問題解決的能力。
二、游戲的基本結構模型
目前已經開發的教學游戲,根據任務的完成順序可以分為以下五種結構類型[3]。
1.單線式結構。單線式結構游戲沒有什么分支,任務結構往往比較緊湊。游戲活動按部就班地進行,完成一個條件,生成下一個條件,直到游戲最終結束。
2.橄欖狀結構游戲。橄欖狀結構游戲與單線式差不多,一個開頭,一個結局。但游戲過程存在一些分支,這些并不會影響到游戲的結局,游戲者最終實現的目標是相同的。
3.樹根狀結構游戲。樹根狀結構游戲像樹根一樣,一個開頭,多個結局。游戲過程中出現了種種分支,將會影響到游戲的結局,每個分支實現的目標是不一樣的。
4.樹狀結構游戲。這類游戲與樹根狀結構相反,它有多個開始,但萬源歸宗,只有一個結局。所謂多個開始,就是學習者可以選擇不同角色進行扮演,也可選擇不同的角色起始點和初期經歷,從上往下,經過多條分支,最后漸漸歸向總結局。
5.網狀結構游戲。這種結構的游戲是游戲發展的趨勢,學習者可以隨意從任意的地方開始,也可以隨意向任意的方向發展,最后實現不同的目標。
三、游戲的關鍵結構性因素
Prensky(2001)認為計算機游戲可歸結為六個關鍵結構性因素:規則、目標和目的、結果和反饋、沖突/競爭/挑戰/對抗、交互、表征或故事。[4]
1.規則
游戲是基于一系列規則來執行的,它設定了學習者參與游戲活動的基本結構,在游戲活動中是強制執行的。規則設定了什么是對的和不對的、什么是公平的和不公平的,它強迫學習者采用特定的路徑達到學習的目標。在非計算機游戲中,游戲規則都是事先規定好的,教學游戲中是由“公正”的第三方———教師來管理。在計算機游戲中,人們經過事先的設計把規則恰當地整合進了游戲,一般由學習者自己來管理。
愛因斯坦認為,我們生活的這個世界中的所有關系都可用數學公式來表達,從靜態的技術角度來看,計算機游戲世界就是龐雜的數學模型的再現。游戲中各種要素之間的關系和行為都是相互關聯的,用數學公式來表達它們之間的屬性和行為的相互變化,要素所有存在狀態是用一定的數值呈現出來的,規則就是利用游戲中的數學模型,限定各要素屬性和行為變化的狀態,控制游戲的發展和變化。
許多游戲中都有寫有規則設置的頁面,它的管理和設置是比較靈活的,學習者在游戲活動中可以在內部重新設置,改變游戲規則,以此作為戰敗競爭對手的一種方法。許多計算機游戲的設計者指出,學習者討論游戲的特定規則是一種“元游戲活動”,它對學習活動來說比游戲扮演更能獲得滿意的結果,因為學習者設置游戲規則時需要操縱規則和游戲環境所有要素之間的聯系。
2.目標和目的
目標和目的之所以重要,是因為人類所有的活動都是目標導向的,它是人類活動與其他動物活動的本質區別,人類有能力來孕育一個將來的狀態,并為實現這個目標而設計一些策略。
許多游戲設計者認為,目標作為激勵學習者參與游戲活動的動機,不是設計的主要出發點,而主要是用來測量學習者參與游戲活動結果的一個基本標準。實踐證明,設計者可以在游戲中闡述特定的目標,學習者則能充分選擇和利用與目標語境相關的學習活動,因而在很多學科中用游戲來解決一些特別的問題或培養某些特殊的技能都被認為是特別有效的。沒有目標指向的游戲不能認為是真正的游戲,它缺少對事物復雜性的認識和判斷,學習者參與游戲活動如果僅僅是依靠自己的突發奇想,那么在某種程度上這種游戲就是一個“玩具”。
游戲的目標設計不僅是為學習者定義一定類型的目標,還必須設計一系列不同層次的目標狀態讓學習者去實現,只有把特定內容作為學習的對象并且學習目標被精確地限定時,游戲活動才能顯現出有益的效果。游戲的目標通常是在規則的起始部分加以陳述的,它推動著學習者去實現,但是游戲規則在學習者與游戲的交互中設置了許多限制策略,使得實現目標的過程比較復雜和艱難。
目標的表現形式是與游戲的競爭要素和學習者的行動密切相關的,計算機游戲與傳統教學設計的目標表現形式相比有很大差異。這些目標可能是:(1)達到設置水平的熟練程度或效能;(2)解決一個特定的問題或一系列問題;(3)在所有競爭者中是水平最高的;(4)實現所在團體的組織目標,超越了其他的團隊等。
3.結果和反饋
游戲的結果和反饋是用來指引學習者的學習活動的,它們用作測量學習者與目標相對應的進步狀況。游戲的典型結果是至少有一個目標狀態的獲勝或者失敗。工作總結對于學習者來說,獲勝或失敗的結果具有強烈的情緒和自我滿足的含義,它是游戲最有吸引力的部分,學習者可以通過多次嘗試來測量自己的能力。
反饋是用來響應游戲中某些事情發生轉化時所產生的結果的,它是激勵學習活動發生的重要因素。反饋能讓學習者立刻知道自己的活動是積極的或是消極的,是在規則內還是超越了規則,離目標更近或是更遠了,指引著學習者連續不斷地探究游戲是以何種機制工作的,知道設計者設計的潛在模式是什么,如何獲得成功,如何達到下一個目標水平,并獲得最終勝利。
游戲中的反饋是由計算機做出的,并且是立即獲得的。反饋的形式也趨于多樣化,有數字表示的成績和自己在競賽中所處位置的標示,以及其他感覺形式,如圖片、音樂等。游戲針對不同程度的操作,反饋的強烈程度也不一樣,太弱或太強的反饋都會使學習者產生不一樣的反應,這意味著問題解決的難度水平的上升和下降。不管如何設計反饋,它的目的總是為了提高學習者的經驗,激勵學習者繼續探索游戲中隱含的問題。
4.沖突/競爭/挑戰/對抗
競爭是人類基本特征的一部分,人類之所以被游戲所吸引,就是因為其天性趨向競爭,喜愛挑戰。競爭、對抗讓學習者在游戲活動中變得興奮,激勵著他們迸發出充沛的精力和創造性的思想。
游戲中的沖突或挑戰是學習者要嘗試解決的問題,它是游戲的核心元素,學習者解決這些問題的基礎就是參與游戲活動。游戲中產生于問題解決中的沖突或挑戰也許是與其他競爭者、現實問題或人工智能的對抗,還可能是一個要破解的謎語,或者是任何處在前進道路上的障礙等多種形式。目前專為教育而設計的游戲中,較為缺少沖突和對抗的成分,其競爭、挑戰主要是來自問題解決,并且可以與合作的團隊共同完成。
游戲要為學習者提供“勝利”或“失敗”的感覺,這需要伴隨著形式多樣的競爭和對抗,例如:(1)不同學習者/團隊采取自己行動的方式,戰勝其他的學習者/團隊;(2)戰勝游戲系統提供的挑戰,取得最好的成績;(3)提高自己的績效,超越自我;(4)學習者/團隊采取的行動直接影響系統的結果狀態等。
游戲設計理論在提到各種沖突和對抗的時候,除了關注沖突和對抗因素的內容之外,還關注這些沖突和對抗的強度、節奏、組合與合理性等問題。按照心理學的研究成果,沖突和對抗強度不夠則不成為挑戰,游戲也將索然無味;強度太大,則學習者屢屢受挫,不能實現游戲娛樂的基本功能;如果沖突和對抗的頻度太小,就不能維持一種焦慮情緒的積累,如果頻度太高,也無法通過釋放這種情緒而產生舒適的感受,因此也就無法產生強烈的游戲體驗。至于合理性,就是沖突和對抗的水平與學習者的技能和進步保持同步,稱為“平衡”狀態,就是說如果游戲系統通過一定策略達到比學習者強大的效果,那么學習者同樣可以通過研究系統的策略增強自己的能力,去戰勝系統,這種游戲對學習者來說無疑是有趣的。因此,游戲設計中的一個關鍵技能就是為游戲設置不同層次的難度等級,學習者可以根據自己的水平靈活地選擇和設置游戲的難度。
5.交互
交互有兩個重要的層面:第一是學習者與計算機的交互,表示學習者在游戲活動中做了什么事;第二是游戲固有的社會層面———學習者和其他人一起共同完成游戲的過程中,形成了社會性小組。
學習者與計算機的交互推動著游戲活動的運行。游戲的進展過程是根據學習者的操作活動而改變的,計算機根據學習者的行為做出真實和合理的反應,從而促使學習者對計算機進一步地發出操作的指令。游戲在學習者與計算機的交替推動下向前進行,因此,游戲能夠允許學習者進行靈活設置的范圍越大,學習者的發揮空間越大,就能得到越多的樂趣。
與其他人一起參與游戲活動有更多的樂趣,因而促進了社會化小組的形成。在計算機游戲的初始階段,人們關注的是單用戶的游戲或游戲者與機器對抗,當今計算機游戲的趨勢是多用戶游戲,同時游戲設計者正在嘗試把許多新的人工智能技術應用到游戲中,把更多創造者的“心理”整合進游戲中的基于計算機的競爭者或合作者中。
6.表征或故事
表征意味著游戲是基于某件事情的,它可能是抽象的或具體的、直接的或間接的,它們給予學習者參與游戲活動的情緒。各種游戲理論工作者對表征的作用持完全不同的意見,有人認為表征在本質上成就了游戲,也有些人認為它僅僅是環繞游戲的美麗外衣。不管這個爭論的結果如何,當前游戲發展中的一個事實是:學習者期望游戲在表征方面變得越來越詳細,故事和敘事成為了游戲中最重要的構成元素。
游戲中的表征包含各種敘事方式或故事元素。游戲實際上表征的主題范圍很廣泛,既可以包含現實性的元素,也可包含想象的元素。背景故事為學習者要解決的復雜問題提供事件的敘事語境,用想象來激起學習者的好奇心,留學生論文引發學習者的情感反應,為學習者提供創造的機會。背景故事的講述至少在四個方面為敘事創造了先決條件:(1)背景故事為發展初期的敘事提供背景資源,用來說明敘事的功能;(2)背景故事為游戲提供了一個舞臺,所有的事件都在這個故事情節中展開;(3)背景故事能把一系列敘事信息靈活地嵌入場面調度中,為學習者提供所必需的背景信息,以便理解嵌入到敘事里的事件;(4)背景故事能激起學習者先前敘事的回憶,與預先存在的經驗建立聯結,引導學習者的活動。
四、計算機游戲的基本特征
基于上面的定義和構成要素分析,我們可以得到游戲的一些基本特征。
1.認知性
為教育目的設計游戲時,人們特別關注的是與游戲相聯系的學習過程是否得到了實現,學習的原則是否被利用,以及游戲活動中獲得的學習結果是怎樣的,使游戲活動有利于學習過程的發展。
游戲目標指向學習者通過一系列游戲活動,實現有目的、有意識的認知性操作,解決設計者在游戲情境中設計的問題,鼓勵學習者有意識地反省自己的思維過程。實驗研究表明,學習者的游戲活動能帶來有意的學習結果,技能可以以很快的速度得到明顯的提高,并反省有關學習內容。但是,目前的教育游戲設計中,存在著把學習內容從游戲活動中分出來的傾向,缺乏游戲和認知任務間的凝聚性,它們不是真正的游戲。
2.游戲性
按照游戲設計的理論,在理想的情況下游戲性高于其他內容,是游戲的核心內容。游戲性是游戲活動的抽象化的表達,它關注的是如何設計才能使一個游戲更有趣、更有挑戰性、更有吸引力。
游戲性實際上就是指學習者與游戲之間的有意義的互動,好的游戲性源自于這種互動的頻度?！盎印笔侵笇W習者在游戲期間所想和所關注的內容,它既涉及到游戲系統向學習者傳遞信息的內容和方式,也涉及學習者如何向游戲系統傳遞信息?！坝幸饬x”是指學習者與游戲的互動具有挑戰性。
在多媒體環境中,人們設計了虛擬情境來支持游戲性的實現,使學習者通過與游戲世界的交互,達成引人入勝的體驗。為科學研究和特定學習目的而設計的虛擬情境不是專為娛樂目的,而主要是為了增加學習者對知識的理解。
3.可玩性
可玩性是和具體游戲內容及表現方式有關的,比如內容豐富、展現方式多樣的游戲應該具有好的可玩性,采用了分支結構的游戲也具有可玩性。
游戲能提供多個相互關聯的挑戰和競爭的序列,這些操作系列是讓人入迷的,學習者期望一次又一次的挑戰,直到獲得成功。游戲設計的目的是為學習者提供非良構問題解決的情境,它必須包含有一系列的心理操作,這才能稱得上是問題解決活動,只有單一的操作不能構成真正的問題解決過程。
4.娛樂性
在國外的教育游戲設計理論經常有“教育娛樂”的探討。Prensky(2001)指出游戲首先應該是有樂趣的,其次才應該鼓勵學習活動[5]。
我們注意到娛樂和教化是計算機游戲兩個不可分割的功能,娛樂是計算機游戲最基本的功能之一,沒有這種功能也就失去了把教學材料開發成游戲的研究基點,目前許多支持基于游戲學習的游戲脫離了“娛樂”這個基點。沒有足夠的樂趣,游戲就沒有對應的目標群體。要知道學習者利用游戲學習時,他們首先是把自己作為“游戲者”,而不是“學習者”或者“被培訓者”。
5.體驗性
人的本質是活動的,人是通過活動溝通“現象世界”和“現實世界”的。認知科學家認為當前的計算機多媒體技術提供了使學習環境發展的機會,游戲利用多媒體特性不僅可以模擬一個特別的情境,讓學習者通過視、聽覺感知復雜的現象,游戲能為學習者提供種類齊全的活動材料,保障他們獲得多種選擇、多種探索的機會和條件。游戲所提供的有效實踐和體驗機會,使學習者能利用自己原有認知結構中的有關知識與經驗,去同化當前學習到的新知識,賦予新知識以某種意義,對于知識遷移是一個重要的過程。研究已經證明與實際設備培訓和實際工作環境相比,計算機游戲有許多優點。
參考文獻:
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