人工智能在環(huán)境設(shè)計中的應(yīng)用精選(九篇)

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第1篇：人工智能在環(huán)境設(shè)計中的應(yīng)用范文

【關(guān)鍵詞】設(shè)計科學(xué)；基于設(shè)計的研究；干預(yù)；教育技術(shù)研究

【中圖分類號】G40057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【論文編號】1009―8097 (2008) 09―0052―04

基于設(shè)計的研究（Design-based research，以下簡稱DBR）是一個國際性的前沿課題，國內(nèi)學(xué)者對DBR的研究尚處于起步階段。DBR屬于設(shè)計科學(xué)的范疇，作為一種整合設(shè)計與研究、理論與實(shí)踐的研究方法論，對我國教育技術(shù)研究有著重要的借鑒意義。

一 設(shè)計科學(xué)概述

1969年西蒙在《人工科學(xué)》中，將自然科學(xué)與人工科學(xué)加以區(qū)分，并在此基礎(chǔ)上提出了設(shè)計科學(xué)這一門類。他認(rèn)為要研究人類，在相當(dāng)大程度上就要研究設(shè)計科學(xué)，因為它不僅是技術(shù)教育的專業(yè)要素，也是每個知書識字人的核心學(xué)科。同時指出設(shè)計科學(xué)是關(guān)于設(shè)計過程的學(xué)說體系，它在知識上是硬性的、分析的、部分可形式化的、部分經(jīng)驗性的、可傳授的。

1994年Van Aken提出了一種更廣泛的科學(xué)分類，他根據(jù)不同的研究范式，將科學(xué)分為三類：形式科學(xué)、解釋科學(xué)、設(shè)計科學(xué)[1]。形式科學(xué)幾乎沒有經(jīng)驗性元素，它們的研究范式是測試內(nèi)在邏輯的一致性，如數(shù)學(xué)、哲學(xué)。解釋科學(xué)包括大部分的自然科學(xué)和一些社會學(xué)科，它們的研究范式是通過描述、解釋現(xiàn)象，盡可能的預(yù)知該領(lǐng)域內(nèi)可觀察到的現(xiàn)象，如物理學(xué)、生物學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等。設(shè)計科學(xué)是生產(chǎn)知識去支持設(shè)計、產(chǎn)品開發(fā)、系統(tǒng)建構(gòu)，它們研究范式是開發(fā)出明確的適應(yīng)性理論去適應(yīng)實(shí)踐的目的，如醫(yī)藥學(xué)、工程學(xué)等等。

1995年March和Smith在西蒙對設(shè)計科學(xué)論述的基礎(chǔ)上，提出了設(shè)計科學(xué)的六個特征：設(shè)計科學(xué)研究是由研究者發(fā)起的，目的是為了解決真實(shí)情境中的問題，需要參與者之間的緊密協(xié)作；構(gòu)造和評價是設(shè)計科學(xué)兩項主要活動；通過建立行為，形成知識、使用知識、評價知識；設(shè)計科學(xué)產(chǎn)生四種知識：概念、結(jié)構(gòu) 、模型和方法；產(chǎn)生技術(shù)人造物；通過價值或效用來評價產(chǎn)品[2]。

從關(guān)于設(shè)計科學(xué)的眾多論述中我們可以看出，設(shè)計科學(xué)是以技術(shù)為基礎(chǔ)，以創(chuàng)造新的知識、人造物去解決實(shí)際問題為目的，以實(shí)用價值為其產(chǎn)品的評價標(biāo)準(zhǔn)，最終在實(shí)踐中建立解決問題的結(jié)構(gòu)、模式、方法和實(shí)例。

二 DBR出現(xiàn)的背景及其內(nèi)涵

盡管設(shè)計科學(xué)在工程學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)領(lǐng)域論述的比較多，但在教育研究領(lǐng)域，人們對設(shè)計科學(xué)的認(rèn)識相對較少，直到1992年，Allan Collins在有關(guān)“設(shè)計實(shí)驗”的早期文章中，首次提出構(gòu)建教育領(lǐng)域中的設(shè)計科學(xué)這一理念。他認(rèn)為我們需要建立教育研究領(lǐng)域中的設(shè)計科學(xué)，從而研究不同的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計會怎樣影響教與學(xué)的相關(guān)變量，進(jìn)一步開發(fā)出情境化的理論，這也正是Ann Brown 與Allan Collins創(chuàng)生DBR方法論的初衷。

Ann Brown通過“設(shè)計實(shí)驗”把實(shí)驗室中對學(xué)習(xí)的研究與復(fù)雜的教學(xué)干預(yù)聯(lián)系起來，在研究方案中，她致力于研究教室環(huán)境下的學(xué)習(xí)，她認(rèn)為這種學(xué)習(xí)是豐富的、復(fù)雜的而且是不斷變化的[3]。與此同時，Collins提出了在教室環(huán)境下研究學(xué)習(xí)所需要的理論以及這樣做所要面臨的挑戰(zhàn)，并且定義了“設(shè)計實(shí)驗”的關(guān)鍵特征：（1）在與實(shí)踐者的實(shí)際協(xié)作中處理各種復(fù)雜的問題。（2）將已知的和假設(shè)的設(shè)計原理結(jié)合起來去合理的解決這些復(fù)雜問題。（3）進(jìn)行嚴(yán)格的反思和調(diào)查去改進(jìn)學(xué)習(xí)環(huán)境，同時界定新的設(shè)計原則[4]。

實(shí)際上DBR是由“設(shè)計實(shí)驗”（Design Experiment）演化而來， 有關(guān)對DBR的界定，國際上到目前為止還沒有形成統(tǒng)一的概念，不同的DBR的專家對此有不同的解釋[5]。筆者認(rèn)為，由Wang&Hannafin提出的DBR的定義體現(xiàn)了其內(nèi)涵和本質(zhì)：基于現(xiàn)實(shí)情景中研究者與實(shí)踐者之間的交互，通過迭代的分析、設(shè)計、開發(fā)、運(yùn)用，產(chǎn)生情景化的設(shè)計原則和理論，其目的是為了促進(jìn)教育實(shí)踐，是一種系統(tǒng)而又靈活的方法論。

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，這種研究在美國已經(jīng)形成了自己專門的研究團(tuán)體，即由斯賓塞基金會（The Spencer Foundation）1999年發(fā)起的DBRC（Design-Based Research Collective），其中包括了來自認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、人工智能、人類學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)、人機(jī)交互學(xué)以及教學(xué)設(shè)計等不同領(lǐng)域的專家和學(xué)者，他們一直進(jìn)行相關(guān)的研究，以期推動該研究的發(fā)展。為了避免“設(shè)計試驗”與“實(shí)驗設(shè)計”（Experimental Design）、“試驗教學(xué)法”（Trial Teaching Methods）相混淆，2003年DBRC用DBR代替了“設(shè)計實(shí)驗”[6]。

三 DBR的設(shè)計科學(xué)特征分析

設(shè)計科學(xué)又稱為設(shè)計方法論或設(shè)計哲學(xué)，它是從人類設(shè)計技能的本質(zhì)上去探討設(shè)計活動的規(guī)律，其最重要的研究方法論范式就是開發(fā)出情境化的理論、人造物，以解決現(xiàn)實(shí)中存在的問題。DBR作為教育技術(shù)研究中的設(shè)計科學(xué)具有一些設(shè)計科學(xué)的特征：

真實(shí)情景性。設(shè)計科學(xué)是在自然的情境中解決存在的問題，DBR設(shè)計學(xué)習(xí)環(huán)境和開發(fā)學(xué)習(xí)理論或?qū)W習(xí)原型的目的在于干預(yù)，真正去解決現(xiàn)實(shí)中存在的問題；同時所做的研究要能夠解釋在真實(shí)情景下設(shè)計是如何發(fā)揮作用的。

迭代性。在設(shè)計科學(xué)中，評價要貫穿于研究的始終，只有通過不斷的評價，才能改進(jìn)最初的設(shè)計。在DBR研究中，開發(fā)和研究發(fā)生在設(shè)計、實(shí)施、分析和再設(shè)計直至理論形成這樣一個持續(xù)的循環(huán)中。

創(chuàng)新性。設(shè)計科學(xué)與形式科學(xué)、解釋科學(xué)相比，最大的不同就是，設(shè)計科學(xué)能夠創(chuàng)造出新的知識。DBR研究過程中，理論既是DBR的基礎(chǔ)也是DBR的結(jié)果，因為DBR有一種“驅(qū)動理論”的特性，理論會通過研究過程不斷發(fā)展、優(yōu)化，同時現(xiàn)實(shí)世界情景中復(fù)雜的、真實(shí)的以及一些帶有局限性的因素也會指導(dǎo)DBR研究，最終形成情境化的理論。

可傳授性。DBR的研究結(jié)果是設(shè)計過程與研究的背景之間的連接，在DBR研究過程中詳細(xì)地記錄有關(guān)設(shè)計是否起作用，發(fā)生了什么樣地變化，實(shí)踐怎樣被促進(jìn)了等等。通過這些文檔，其他研究者和設(shè)計者可以聯(lián)系他們自己的背景和需要進(jìn)行研究，來提高理論在新環(huán)境中的適應(yīng)性。同時，這也有助于理論共享，便于實(shí)踐者與其他教育設(shè)計人員進(jìn)行交流。

四 實(shí)施DBR的一般步驟

因為DBR在教育領(lǐng)域是比較年輕的，自身也有許多的變量，所以它不是簡單得一步接一步地描述和指導(dǎo)DBR。盡管這些步驟是順次的，但這些步驟經(jīng)常是同時發(fā)生的，有時也會以不同的次序發(fā)生。

第一、知情探索

DBR最本質(zhì)的不同方面是它強(qiáng)調(diào)闡述教師、學(xué)習(xí)者和其他人在現(xiàn)實(shí)中所面臨的問題，一般采用需求分析的方法來確定問題的領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)其中的問題。例如：中學(xué)學(xué)生對閱讀沒有興趣；高中女孩子不愿意學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)以及其它理科課程；大學(xué)生對學(xué)術(shù)研究沒有興趣；工人不能把培訓(xùn)的內(nèi)容運(yùn)用到工作中等等。同時，要確定來自社會、文化或者其他方面的約束有哪些，哪些是屬于教育領(lǐng)域的問題，哪些不是。接下來，從現(xiàn)存的數(shù)據(jù)和研究中收集與問題相關(guān)的信息，例如：采用文獻(xiàn)調(diào)查法查閱與問題有關(guān)的資料，從而確定問題的范疇；通過受眾特征分析，了解受眾的特點(diǎn)。最后，以收集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對解決問題的潛在方法進(jìn)行系統(tǒng)的描述，例如：技術(shù)支持、理論框架，開發(fā)出最初的設(shè)計原型。

第二、開發(fā)、實(shí)施、修改干預(yù)

根據(jù)設(shè)計原型開發(fā)干預(yù)。開發(fā)干預(yù)是與形成性評價交互式作用的，在開發(fā)干預(yù)的過程中要及時的對形成性評價作出反饋，以開發(fā)出一種更精細(xì)化的干預(yù)，干預(yù)的形式可以是：人工制品、軟件等等。經(jīng)過一段時間之后，更加詳盡的干預(yù)將會被運(yùn)用到類似的環(huán)境中，從而使研究者能夠描繪設(shè)計與多樣的實(shí)踐之間的相互影響。

在DBR操作過程中，研究者需要積極的與其他參與者協(xié)作來設(shè)計，比如：教學(xué)設(shè)計人員、課程開發(fā)者、教師和評價者，協(xié)作者把他們的努力集中在不同的層面：認(rèn)知層面、關(guān)于人與人之間的關(guān)系層面、資源層面、機(jī)構(gòu)或?qū)W校層面。如果沒有這種協(xié)作，干預(yù)不可能在現(xiàn)實(shí)世界的背景中產(chǎn)生有效地變化。

通過迭代的循環(huán)，DBR不僅能夠構(gòu)建強(qiáng)有力的、適用于實(shí)踐的理論，而且能夠形成被實(shí)踐很好的支持的教學(xué)設(shè)計的理論，同時還能夠更深的理解學(xué)習(xí)環(huán)境的復(fù)雜性。有人曾經(jīng)這樣形容DBR的迭代過程：“DBR的迭代過程就如同人們在改變世界的過程中，試著去理解世界”。

第三、評價干預(yù)的影響

DBR通過收集數(shù)據(jù)來揭示干預(yù)是否能夠有效的解決問題，問題是怎樣被解決的；選擇的理論能否能夠解釋教與學(xué)的過程和結(jié)果：哪些現(xiàn)象是由當(dāng)時環(huán)境中的“當(dāng)?shù)匦裕╨ocal）”因素引起的[7]。DBR通常能夠抓住問題的本質(zhì)來設(shè)計干預(yù)，因此通過干預(yù)，研究者們能夠例示理論或者是有關(guān)教與學(xué)的假設(shè)。毫無疑問，設(shè)計是DBR中很關(guān)鍵的工具，正如Joseph所說，DBR解決問題不是通過形成理論來解決而是通過設(shè)計來解決。

第四、評價更為廣泛的影響

以各種形式來形成DBR報告，其中包括什么因素會影響設(shè)計的推廣；什么樣的政策或文化適合采用這種設(shè)計；什么關(guān)鍵因素會影響這類設(shè)計的運(yùn)用等等。這些報告將會對教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，將會為他人的實(shí)踐或研究提供一種平臺，從而推動DBR的研究。

值得注意的是，DBR的研究過程是從設(shè)計到實(shí)施到評價再到重新設(shè)計，研究者要揭示在現(xiàn)實(shí)情景中對于解決特定的問題來說，什么起作用，什么不起作用，特定的狀態(tài)下怎樣起作用。 因此，一定要注意特定研究實(shí)施的局限性或特定的條件，這種局限性會影響到研究結(jié)論的適用范圍，研究結(jié)論可能僅適用于研究情境或有類似特征的情境，而不是適用于更廣泛的教學(xué)情境。

五 DBR與教育技術(shù)傳統(tǒng)研究方法的區(qū)別與聯(lián)系

眾所周知，要理解一種新事物，一種很重要的方法是通過把新事物與現(xiàn)存事物進(jìn)行比較來理解，對于DBR也是如此，通過比較它與傳統(tǒng)的研究方法的區(qū)別，我們才能更好的理解DBR。

1 DBR與實(shí)驗研究

首先，DBR研究是在現(xiàn)實(shí)的背景下進(jìn)行的，它要處理現(xiàn)實(shí)情景的復(fù)雜性和局限性，而實(shí)驗研究通常只注重單一的決定性變量，沒有其他變量的干預(yù)[8]。其次，由于實(shí)驗研究者試圖控制研究過程中的變量，因此他們的研究步驟是傾向于固定的。與此相反，DBR的研究者們試圖對研究過程進(jìn)行反復(fù)、靈活的修改來創(chuàng)造一種復(fù)雜的情況。第三，在DBR研究的過程中往往要涉及到與社會的交互，因為它是在現(xiàn)實(shí)的情景中進(jìn)行的，而實(shí)驗研究它要試圖阻止參與者與外界環(huán)境的交互。所以，對于DBR的理論研究成果很難在實(shí)驗室進(jìn)行驗證。第四，大多數(shù)實(shí)驗研究的目的是為了驗證先前的假設(shè)，而DBR研究的目的是為了在現(xiàn)實(shí)的情景中形成新的理論或開發(fā)一種輪廓來運(yùn)用于教育實(shí)踐中，從而真正解決教育實(shí)踐中的問題。

2 DBR與行動研究

DBR與行動研究的類似之處在于它們都把現(xiàn)實(shí)世界中的問題看成是伴隨著一系列的行為發(fā)生的，研究的參與者比如教師都要參與到研究的過程中。在DBR中參與者既是研究者又是設(shè)計者，研究者通常是研究過程的發(fā)起者，而在行動研究中，通常是實(shí)踐者發(fā)起研究。

3 DBR與形成性評價

從某種程度上說，DBR與形成性評價有相似之處，即它們都是關(guān)注過程、注重迭代的流程，都是在復(fù)雜的社會背景中進(jìn)行。但兩者有本質(zhì)的不同，形成性評價的目的是通過操作一種方法，檢測一種現(xiàn)象，理解運(yùn)用一種方法的一系列的過程，檢測現(xiàn)存的理論，改善或者是提高某一種特殊方法或特殊設(shè)計的運(yùn)用。而DBR通過設(shè)計開發(fā)更廣泛的原型，不僅僅是為了滿足當(dāng)前的需要，并且要擴(kuò)展、揭示和確定理論之間的關(guān)系。然而，形成性評價在DBR中具有舉足輕重的作用，在DBR的每一個階段，都需要形成性評價對開發(fā)出的設(shè)計原型、人造物做出有效性評價，以利于設(shè)計的修改和問題的解決。

值得注意的是，將DBR與教育技術(shù)傳統(tǒng)研究方法比較，并不是摒棄了傳統(tǒng)的研究方法，與此相反，它是建立在形式科學(xué)、解釋科學(xué)研究方法的基礎(chǔ)上。例如，在DBR的研究過程中，要用到人種學(xué)中定性分析的方法與實(shí)驗研究中定量分析的方法相結(jié)合，文獻(xiàn)檢索、觀察法、實(shí)驗研究方法、評價研究法等等都會運(yùn)用到DBR的研究過程中，巴拉布（Barab）[9]曾經(jīng)說過“與其說DBR是一種方法，不如說是一系列的方法”，DBR要與這些研究方法相互補(bǔ)充、相互支持，使研究者更加理解他們的主張。例如，基于實(shí)驗室的研究者應(yīng)該自問他們的基于實(shí)驗室的理論怎樣通過在現(xiàn)實(shí)情景中的檢測得到進(jìn)一步的發(fā)展；DBR的研究者應(yīng)該思考他們的主張怎樣能夠在實(shí)驗室中得到更精確的檢測。

六 DBR對教育技術(shù)研究的啟示及借鑒意義

DBR通常是以教育工作者真正感興趣的問題為驅(qū)動，研究者們所追求的不僅僅是理解與解釋教育現(xiàn)象，更多是要通過干預(yù)來改變和改善教育實(shí)踐[10]。在研究過程中，也能充分考慮到“社會情景”這一重要因素，從另一個側(cè)面反映出了教育領(lǐng)域不是一個孤立的領(lǐng)域，而是與其它領(lǐng)域緊密的聯(lián)系在一起的，DBR真正地將理論與實(shí)踐聯(lián)系了起來。因此，DBR研究有更大的潛力來影響教育實(shí)踐的進(jìn)行以及教育產(chǎn)品的開發(fā)，同時使得DBR的結(jié)果有更廣泛的適應(yīng)性。

通過以上闡述，筆者認(rèn)為DBR對教育技術(shù)的研究及其方法上可提供以下幾個方面的借鑒。

第一，目前國內(nèi)教育技術(shù)的實(shí)證研究比較少，盡管目前實(shí)證研究并不能完全解決所有的問題，但筆者認(rèn)為實(shí)證研究對于提高我國教育技術(shù)研究水平，解決教育技術(shù)應(yīng)用中的問題都具有重要的作用。值得強(qiáng)調(diào)的是，實(shí)證研究的目的并不能局限于單純的驗證假說，而要去研究這一假說在哪一范圍內(nèi)成立，對教育實(shí)踐的哪些方面具有指導(dǎo)作用。要做到這一點(diǎn)，作為目前實(shí)證研究中的誤差項中被排除在外的風(fēng)俗、文化、環(huán)境、歷史、社會等因素也必須包含進(jìn)來[11]。

第二，強(qiáng)調(diào)研究不同情景下的學(xué)習(xí)活動，形成情景化的應(yīng)用理論，這對促進(jìn)教育技術(shù)的理論發(fā)展與應(yīng)用有著積極的意義。特別是在計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)高速發(fā)展的今天，學(xué)習(xí)環(huán)境的內(nèi)涵與外延也在不斷的變化，如何利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)創(chuàng)設(shè)多樣的學(xué)習(xí)環(huán)境（其中包括創(chuàng)設(shè)多樣的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，創(chuàng)設(shè)豐富的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境），這是目前值得教育技術(shù)工作者去研究的問題。并且通過不同情景中的學(xué)習(xí)活動，真正地將理論“情景化”，同時通過形成性評價、反饋等手段迭代的改進(jìn)設(shè)計、改進(jìn)理論，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，真正的去解決教育教學(xué)中存在的問題。

第三，在研究過程中要客觀、詳細(xì)的記錄研究過程，不僅要記錄先前的設(shè)計或干預(yù)是否起作用，更要關(guān)注什么在起作用?？茖W(xué)的研究范式的特點(diǎn)是可重復(fù)性，通過對研究過程的記錄，使整個研究過程清晰完整，這有助于研究成果的共享，也有助于在相似的環(huán)境中的重新應(yīng)用，同時增強(qiáng)了理論的應(yīng)用性。

第四，促進(jìn)教學(xué)設(shè)計的“本土化”研究。在教育技術(shù)領(lǐng)域，教學(xué)設(shè)計的“本土化”研究是一個亟待探索的領(lǐng)域，我國教學(xué)設(shè)計理論主要是引進(jìn)西方的研究成果，對于理論的生存背景、實(shí)踐應(yīng)用，尤其是在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用了解不夠，致使很多國外教學(xué)設(shè)計的理論和模式引入我國后出現(xiàn)“水土不服”的現(xiàn)象，受到實(shí)踐的排斥。中西方除了文化差異外，技術(shù)水平、教育條件、教育行政制度等等的差別都會導(dǎo)致設(shè)計需求的不同，“本土化”的核心應(yīng)該把握住東西方文化差異，在實(shí)踐中構(gòu)建“本土化”的教學(xué)設(shè)計理論體系。

第五，要認(rèn)識到教育改革的持久性。多年來，教育改革取得了不少的成績，但我們要認(rèn)識到，一項成功的教育改革，并不是通過短時間、局部的改革功效來去判斷成功與否，而是要從持久推廣的過程中，認(rèn)識到改革推廣過程中的差異，例如東西部的差異、觀念的差異，豐富教育改革的內(nèi)容。

七 結(jié)束語

在教育技術(shù)領(lǐng)域，我們對有關(guān)教育技術(shù)研究方法的關(guān)注還比較欠缺，隨著我國教育技術(shù)研究的深入，要使教育技術(shù)理論與實(shí)踐取得發(fā)展，我們必須重視研究方法的多樣性，豐富和發(fā)展教育技術(shù)研究方法，真正實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合。當(dāng)然，這并不是說基于設(shè)計的研究就是最好的研究，它也存在著自身的局限性，運(yùn)用傳統(tǒng)的觀點(diǎn)來看，DBR的客觀性存在一些不足之處。另外，由于研究的“情景化”，研究結(jié)果不具有普適性[12]。然而，我們不得不關(guān)注這種研究方法論對某些問題有其獨(dú)到的適應(yīng)性，基于設(shè)計的研究為我們理解自然情景下的學(xué)習(xí)提供了新的研究方法論范式。

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