创意计算应用于教育软件设计研究方法的研究毕设论文.docx

1、创意计算应用于教育软件设计研究方法的研究毕设论文 学校代码：10200研究生学号：2011102738 分 类 号：G423 密级：无硕士学位论文创意计算应用于教育软件设计研究方法的研究Research about Research Methods for Creative Computing in Educational Software Design作者：张璐 指导教师：钟绍春 教授 学科专业：教育技术学研究方向：创意计算学位类型：学历硕士 东北师范大学学位评定委员会 2013年3月独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果。据我所知，除了特别加

2、以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期：学位论文使用授权书本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名： 指导教师签名：日 期： 日期：学位论文作者毕业后

3、去向：工作单位： 电话： 通讯地址： 邮编： 摘 要创意计算（Creative Computing）是指：用其它学科（例如物理，化学，艺术或设计）中的思想，理论，规律或方法来开发软件。创意计算是近年来较为热门的新兴研究领域之一，它的应用十分广泛，而且具有很大的潜力。因此，考虑将创意计算应用于教育软件的开发。教育软件的开发包含多个阶段，如环境分析，教学设计，软件设计，实现，评价，维护等环节。本文的研究基于教育软件的设计阶段。本文所选取的其它学科是产品设计学科（Product Design）。综上所述，在本文中，创意计算应用于教育软件设计的具体含义是：用产品设计学科中的思想，理论，规律或方法来设计

4、教育软件。由于这是一个新兴的研究领域，所以，还没有专门适用于研究这一领域的研究方法。本文首先对教育软件设计方法的创意方向进行了研究，在得到创意方向之后，通过对一般研究方法的整理和研究，得到了关于研究方法的定义与标准，以此定义与标准为基础，进行了研究方法的详细设计，最后，进行了应用实例。因此，本文的贡献在于：在创意方向的指引下，提出了一个研究方法，用于指导融入了产品设计思想，理论，规律或方法的教育软件设计方法的研究。不足之处是对传统教育软件设计方法的了解还不够深入。关键词：创意计算（Creative Computing）；产品设计（Product Design）；研究方法；教育软件；教育软件设计

5、方法AbstractThe meaning of Creative Computing is to use ideas, theory, principles or methods from other disciplines to develop software. Creative Computing is very popular in recent years and has great potential. Therefore, the aim of my research is to contribute to the application of Creative Computi

6、ng in the development of educational software. Educational software development includes many phases like: Requirements Analysis, Software Design, Software Programming, Software Maintenance and so on. The phase that my research focuses on is Educational Software Design.The discipline that my researc

7、h based on is Product Design.To summarize, the meaning of Creative Computing in Educational Software Design is to use ideas, theory, principles or methods from Product Design to design educational software. As this is a new research field, good research methods would be perfect directions to achieve

8、 the goal of this field.Therefore, the contribution of my research is to propose a research method for conducting the research of creative educational software design methods under the guidance of creative directions.Key Words: Creative Computing; Product Design; Research Methods; Educational Softwa

9、re; Educational Software Design Methods第一章 绪 论1.1 研究背景 随着教育信息化成为教育领域的主要议题，以计算机为中心的计算机辅助教学越来越受到人们的重视，应用于教育领域的各种技术得到了空前的繁荣与发展。其中，教育软件的研究与开发更是占据了主导地位1。众所周知，只有在高效的方法指导下，研究与开发的教育软件才能够达到理想的效果2，从而真正做到高效地辅助教与学的开展。本文的研究旨在为教育软件的开发做出贡献，促进教育软件的发展。在软件工程领域，软件开发发展至今，依然在各方面都存在着各种各样的问题，难以解决。研究指出，既然这些问题在软件工程领域难以解决，那么

10、，超出软件工程的范围，深入到其他领域学科（例如数学，物理，化学，艺术或设计等学科）中，能否能够找到合适的解决方法？经过先锋者们的不断研究与实践，证实了答案是肯定的。因此，诞生了“创意计算（Creative Computing）”这个新兴的学术领域。创意计算(Creative Computing)来源于英国德蒙福特大学（De Montfort University）技术系(Faculty of Technology)的杨洪戟教授的一个假设：通常情况下，人们都在研究如何利用计算机软件来辅助其他学科的发展，例如计算机辅助教学，计算机辅助艺术。反过来，因为学科的地位都是平等的，其它学科应该也能够辅助计

11、算机软件的发展。用其他学科的思想，理论，规律或方法解决软件工程领域里无法解决的问题就是“跨学科interdisciplinary”的意义所在。创意（Creativity）最早的定义是指一种生产出“新的”和“有用的”产品的能力。创意的应用范围非常广泛，所针对的对象既可以是单个人，也可以是社会3。创意计算（Creative Computing）是一个新兴的研究领域。创意计算直观的解释是：通过一个创意的方法来进行计算。而创意计算的“计算”在软件工程领域是指：软件开发。因而，创意计算在软件工程领域是指：用一个创意的方法来开发软件4。而“创意”的具体含义是指：用其它学科（例如数学，物理，化学，艺术或设计

12、）的思想，理论，规律或方法来开发软件。因此，创意计算最大的特点即跨学科（interdisciplinary）,也正因为这个特点，创意计算能够给软件开发注入新的活力。如今，创意计算已经引起了人们的广泛重视，有些研究机构已经将创意计算列为主要研究方向之一，并产出一些成果，许多大学也开始开设创意计算专业，专门培养创意计算人才。本文的研究基于将创意计算应用于教育软件的设计，解决传统教育软件设计方法中存在的问题，从而为教育软件的发展做出贡献。创意计算所能结合的学科有很多，例如教育，音乐，物理，化学，艺术等领域。本文所选取的是产品设计学科（Product Design）的思想，理论，规律或方法。因为从某种

13、程度来讲，软件也是一种产品。而且，通过将产品设计过程和软件设计过程进行对比分析，有很多相通的地方。随着教育技术的不断发展,教育软件的巨大发展潜力，创意计算应用于教育软件开发成为了必然的趋势。软件开发包含很多阶段，比如需求分析，设计，编码，维护和进化等5。创意计算能够应用于软件开发的多个阶段，因为软件开发的各个阶段都存在各种各样的问题，都有需要改善的地方，而这些问题和不足的存在，就是创意计算能够应用的地方。本文所选取的是教育软件的设计阶段。综上所述，在本文中，创意计算应用于教育软件设计的具体含义是：用产品设计学科中的思想，理论，规律或方法来设计教育软件。由于这是一个新兴的研究领域，所以合理有效的

14、研究方法能够使这这一领域的发展达到事半功倍的效果6。但是，到目前为止，都没有系统的，专门用于研究创意计算的研究方法。因此，本文的研究价值在于：提出了一组研究方法，用于指导融入了产品设计学科思想，理论，规律或方法的教育软件设计方法的研究。这组方法既包含了对现存研究方法的挑选，更重要的是提出了一个专门用于研究创意教育软件设计方法的研究方法。1.2 研究现状及问题1.2.1 研究现状由于创意计算是近年来提出的新概念，对于创意计算的研究依然处于初级阶段。位于英国莱斯特市的德蒙福特大学（De Montfort University）有一个专门研究创意计算的机构，名叫创意技术研究院（The Institu

15、te of Creative Technologies 简称IOCT）。IOCT创建于2006年秋季，是全校范围的主要研究有关于创意技术（Creative Technologies）的实践，理论与历史的机构。IOCT所有的研究项目均是跨学科（transdisciplinary），多学科（multidisciplinary）的。IOCT共有三个研究领域：创意计算，互动艺术和媒体，网络和合作。IOCT所领导的创意计算在世界范围内处于领先水平。现已完成和正在进行多个项目，例如New Context for Radio Art, De Montfort Creativity Assistant, Vi

16、rtual Romans.New Context for Radio Art的研究者是IOCT的副研究员Dr Andrea Cohen。这个研究的目的是将音乐创造（musical creation）和无线电通信设备艺术（radio art）结合起来。这个研究集中于三个方面：基于网络的无线电通信设备新形势的发展；无线电通信设备的性能；在教育领域里面，无线电通信设备艺术。De Montfort Creativity Assistant是一个在跨学科多媒体的情境（transdisciplinary multimedia context）下，帮助人们开发创意思想（creative ideas）的工具。

17、这个研究的基础是论文creativity is an emergent property。Virtual Romans的研究目标是探索利用创意技术来提高人们对于第一世纪到第四世纪罗马时期莱斯特市的理解潜力。这个项目开始于2008年。这个项目的第一步是在一个游戏环境（games environment）下，创建一个罗马时期莱斯特市的虚拟模型。使用游戏环境（games environment）的原因是它能够允许最大限度的使用的灵活性。之后，为了更加精确，研究人员通过进一步的详细咨询University of Leicester Archaeological Services和Jewry Wall

18、Museum，对模型进修了修改和完善。最后，研究人员对模型进行了全方位的开发。目前，这个项目正在进行中7。由于创意计算拥有巨大的发展前景，也将成为必然的趋势，因此，世界范围内的许多大学已经开始设立创意计算专业，例如法尔茅斯大学（Falmouth University），考文垂大学(Coventry University)等，以期望能够培养出更多的专业型人才，来促进创意计算的发展。有关创意计算的许多国际性的杂志也应运而生，其中由英国德蒙福特大学（De Montfort University）技术系(Faculty of Technology)的杨洪戟教授主编的IJCrC(Internationa

19、l Journal of Creative Computing)就是专门用于汇集创意思想的杂志。1.2.2 现存问题创意计算（Creative Computing）的思想虽然已经成形，但是关于创意计算各个方面的研究程度还远远不够，存在很多问题，例如： 创意计算都能够解决哪些问题还没有详细的总结； 如何选择合适的学科和学科中的思想，理论，规律或方法研究程度还不够； 因为涉及到跨学科（interdisciplinary），研究人员应该如何挑选和组织研究程度还不够； 不同学术背景的研究人员应该如何交流和合作研究程度还不够； 由于创意计算（Creative Computing）是一个新兴的研究领域，所

20、以，还没有系统的，专门的研究方法来指导这一领域的研究。关于创意计算研究方法方面的问题又包括：1) 目前，在学术领域已经存在的很多研究方法是否适合研究创意计算这一领域；2) 如果适合的话，哪些研究方法适合研究创意计算；3) 这些研究方法是否足够研究创意计算；4) 因为，每一个研究领域都有自己的方法论，而对于创意计算这个新兴的研究领域来说，是否需要提出新的研究方法；5) 如果需要的话，如何提出新的适合的研究方法。以上这些问题都是需要考虑并且值得考虑的。1.3 研究定位与意义1.3.1 研究定位本文的研究定位于研究方法的研究。本文提出了一个研究方法，用于指导创意教育软件设计方法的研究，这个研究的结果

21、是融入了产品设计（Product Design）学科中的思想，理论或规律的教育软件设计方法。1.3.2 研究意义理论意义：对创意教育软件设计方法研究方法的研究具有一定的补充和完善作用。实际意义：为创意计算应用于教育软件设计的研究提供了研究方法。促进了创意教育软件设计方法的研究。1.4 研究目标、内容与方法1.4.1 研究目标本文的研究目标是：提出一个研究方法，用于指导融入了产品设计学科中的思想，理论，规律或方法的教育软件设计方法的研究。1.4.2 研究内容1) 教育软件设计方法的创意方向研究，即对传统教育软件设计方法所存在的问题进行研究；2) 在创意方向（即问题）的指引下，创意教育软件设计方法

22、的研究方法研究；3) 研究方法的应用实例。图1：研究内容1.4.3 研究方法本研究所使用的研究方法包括：1) 第二手资料研究法（Secondary Research）。第二手资料研究法（Secondary Research or Desk Research）是指：收集并分析第二手资料的研究方法。第二手资料是指已经存在过的，已经被研究过的资料8。之所以采用这种方法是因为第二手资料研究法能够缩小并形成研究范围，确定研究的重点；能够发现研究问题并形成问题列表，从中提取出核心研究问题以便开展研究9。实施步骤为1，确定信息源；2，收集已存在的信息；3，如果需要的话，对数据进行标准化和规范化；3，分析数据

23、；4，得出结论10；2) 案例研究法（Case Study）；案例研究法（Case Study）是指：通过对相关具体案例的收集，整理，分析之后，得出研究结论的研究方法11。之所以使用案例研究法是因为案例研究法能够通过对案例的分析，得出新的，相关的，之前没有的信息12。案例研究法的步骤为：1，案例选择；2，数据收集；3，数据分析；4，撰写报告13；3) 调查研究法（Survey Research）；调查研究法（Survey Research）是指：熟悉了解客观情况之后，通过采访（Interviews）和调查问卷（Questionnaires）等技术直接获取相关材料，并对这些材料进行分析的研究方法

24、。所收集的数据即第一手资料（Primary Data）14。之所以采用调查研究法的原因在于调查法能够获得从直接的观察中难以获得的资料。观察法只能够获得正在进行的事情的资料，而调查法能够事后通过与当事人的交流获得事件的信息。而且，调查法不受空间的限制且十分高效，它能够在短时间内获得大量的数据15。实施步骤为：1，取样；2，问题设计；3，调查工具设计；4，实施（数据收集）；5，数据分析；6，结论16；4) 德尔菲研究法（Delphi Research）；德尔菲研究法（Delphi Research）是指：通过与专家组进行讨论，收集专家的意见与建议作为数据并分析的研究方法。专家采用匿名的方式发表意见

25、，不互相发生联系，不互相讨论。每位专家只与调查者进行讨论。通过多轮的收集，整理，分析和修改，最后汇总出专家基本一致的看法17。之所以采用德尔菲研究法的原因在于因为是基于专家意见，所以研究结果较为可靠18。实施步骤为：1，组成专家小组；2，对专家提出问题与要求；3，专家提出意见；4，汇总专家意见，整理后，分发给各位专家，以便参考修改；5，收集修改意见，再次整理后，分发给各位专家，以便第二次参考修改（循环多次）；6，对最终的专家意见进行整理分析；7，得出结论19；5) 对比研究法（Comparison）。对比研究法（Comparison）又称：比较研究法，是指：通过将具有相同因素的不同物体之间进行

26、综合比较，得出差异的研究方法。之所以采用对比研究法是因为能够通过比较研究法比较直观地找出差异，评价优缺点20。实施步骤为：1，确定需要比较的问题；2，列出比较的内容；3，解释比较的内容；4，得出结论21。第二章 理论基础2.1 现存一般研究方法2.1.1 研究方法角度通过搜索关键字“研究方法”或“Research Methods”，本文总结了关于研究方法的三个角度：研究类型的角度（types of research），定性（qualitative）和定量（quantitative）的角度，自然科学研究（scientific research）和社会科学研究（social science res

27、earch）的角度。本文所选取的角度是：自然科学研究（scientific research）和社会科学研究（social science research）角度。之所以选择这个角度的原因在于创意计算跨学科（interdisciplinary）的特点。产品设计学和教育学都属于社会科学研究（social science research），而软件工程属于自然科学研究（scientific research）。选取角度的目的是为了通过角度找到研究方法；找到研究方法的目的是为了研究用于创意计算的研究方法；创意计算的特点又是自然科学和社会科学这两个学科的结合。因为存在这样的关联性，以这两个学科作为角度

28、出发找出的研究方法，分析起来会更加清楚容易，有针对性。在从自然科学研究（scientific research）这个角度出发查找研究方法的过程中，搜索结果总是出现一个过程，如图2：图2：传统自然科学研究法通过调查分析得知，图2所示的是传统的自然科学研究方法。而现在，传统的自然科学研究方法已经不足以满足自然科学的发展了22。2.1.2 研究方法树状图从自然科学与社会科学的角度出发，普遍应用的一般研究方法的总结如图3：图3：现存一般研究方法总结2.2 创意理论2.2.1 创意的定义创意（Creativity）是一种产出新的和有用的东西的能力。“新”是指原创的（original）和意想不到（unex

29、pected）的意思。“新”和“有用”这两个特点缺一不可。创意的范围非常广泛，包括个人和社会水平的各个领域。在个人水平，创意能够帮助人们解决生活中的问题；在社会水平，创意能够产出特殊的成果3。创意存在两种形式：P-Creativity和H-Creativity。P-Creativity即“Psychology” Creativity是指对于提出一个想法（idea）或解决方案（solution）的这个人来说，这个想法或者解决方案是新的。H-Creativity即“Historical” Creativity 是指一个想法或是解决方案，之前从来没有被任何人想到过。由于H-Creativity能够使

30、人类的知识向前发展，因此，人们更加重视H-Creativity的研究与发展23。2.2.2 创意的标准创意是一个非常主观（subjective）的主题（topic），不同的人有不同的定义与看法。然而，Newell, Shaw and Simon提出了基于四个标准的创意的定义。这四个标准（criterion），即：1) 对于单个人或是整个社会来说，解决方案（solution）必须是新的和有用的，两者缺一不可；2) 创意的解决方案要求人们拒绝之前已经接受过的想法（ideas）；3) 创意的解决方案是从强烈的动机（motivation）和持久的坚持（persistence）中得来的；4) 创意的解决

31、方案是从阐明一个开始很模糊的问题中得来的24。以上四个标准仍然处于一个比较抽象的层次，难以应用的具体的实践当中，因此，根据所需要的领域，需要一个更加精确的“创意”的定义。2.3 产品设计理论2.3.1 设计过程（Design Process）设计过程如表125：表1： 设计过程第一阶段准备Preparation研究计划Research Planning动机 Motivation目标 Aim and objectives相关工作 Related Works设计限制和约束 Design Limitation and Restriction研究框架和主体定义Research Framework and Main-body Definition项目管理Project Management：线形图Linear，甘特图Gantt，计划评审技术PERT，价格CPM，方法论Methodology第二阶段孵化Incubation数据收集和数据分析Data Collectionand Data Analysis文档 Documentation调查问卷 Questionnaire面试 Interview观察 Observation数据分析和综合 Data Analysi