時(shí)間：2023-04-03 09:55:57
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關(guān)鍵詞:計(jì)算科學(xué)計(jì)算工具圖靈模型量子計(jì)算
1計(jì)算的本質(zhì)
抽象地說,所謂計(jì)算,就是從一個(gè)符號(hào)串f變換成另一個(gè)符號(hào)串g。比如說,從符號(hào)串12+3變換成15就是一個(gè)加法計(jì)算。如果符號(hào)串f是x2,而符號(hào)串g是2x,從f到g的計(jì)算就是微分。定理證明也是如此,令f表示一組公理和推導(dǎo)規(guī)則,令g是一個(gè)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(gè)角度看,文字翻譯也是計(jì)算,如f代表一個(gè)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(diǎn)？為什么把它們都叫做計(jì)算？因?yàn)樗鼈兌际菑募褐?hào)(串)開始,一步一步地改變符號(hào)(串),經(jīng)過有限步驟,最后得到一個(gè)滿足預(yù)先規(guī)定的符號(hào)(串)的變換過程。
從類型上講,計(jì)算主要有兩大類:數(shù)值計(jì)算和符號(hào)推導(dǎo)。數(shù)值計(jì)算包括實(shí)數(shù)和函數(shù)的加減乘除、冪運(yùn)算、開方運(yùn)算、方程的求解等。符號(hào)推導(dǎo)包括代數(shù)與各種函數(shù)的恒等式、不等式的證明,幾何命題的證明等。但無論是數(shù)值計(jì)算還是符號(hào)推導(dǎo),它們?cè)诒举|(zhì)上是等價(jià)的、一致的,即二者是密切關(guān)聯(lián)的,可以相互轉(zhuǎn)化,具有共同的計(jì)算本質(zhì)。隨著數(shù)學(xué)的不斷發(fā)展,還可能出現(xiàn)新的計(jì)算類型。
2遠(yuǎn)古的計(jì)算工具
人們從開始產(chǎn)生計(jì)算之日,便不斷尋求能方便進(jìn)行和加速計(jì)算的工具。因此,計(jì)算和計(jì)算工具是息息相關(guān)的。
早在公元前5世紀(jì),中國人已開始用算籌作為計(jì)算工具,并在公元前3世紀(jì)得到普遍的采用,一直沿用了二千年。后來,人們發(fā)明了算盤,并在15世紀(jì)得到普遍采用,取代了算籌。它是在算籌基礎(chǔ)上發(fā)明的,比算籌更加方便實(shí)用,同時(shí)還把算法口訣化,從而加快了計(jì)算速度。
3近代計(jì)算系統(tǒng)
近代的科學(xué)發(fā)展促進(jìn)了計(jì)算工具的發(fā)展:在1614年,對(duì)數(shù)被發(fā)明以后,乘除運(yùn)算可以化為加減運(yùn)算,對(duì)數(shù)計(jì)算尺便是依據(jù)這一特點(diǎn)來設(shè)計(jì)。1620年,岡特最先利用對(duì)數(shù)計(jì)算尺來計(jì)算乘除。1850年,曼南在計(jì)算尺上裝上光標(biāo),因此而受到當(dāng)時(shí)科學(xué)工作者,特別是工程技術(shù)人員廣泛采用。機(jī)械式計(jì)算器是與計(jì)算尺同時(shí)出現(xiàn)的,是計(jì)算工具上的一大發(fā)明。帕斯卡于1642年發(fā)明了帕斯卡加法器。在1671年,萊布尼茨發(fā)明了一種能作四則運(yùn)算的手搖計(jì)算器,是長1米的大盒子。自此以后,經(jīng)過人們?cè)谶@方面多年的研究,特別是經(jīng)過托馬斯、奧德內(nèi)爾等人的改良后,出現(xiàn)了多種多樣的手搖計(jì)算器,并風(fēng)行全世界。
4電動(dòng)計(jì)算機(jī)
英國的巴貝奇于1834年,設(shè)計(jì)了一部完全程序控制的分析機(jī),可惜礙于當(dāng)時(shí)的機(jī)械技術(shù)限制而沒有制成,但已包含了現(xiàn)代計(jì)算的基本思想和主要的組成部分了。此后,由于電力技術(shù)有了很大的發(fā)展,電動(dòng)式計(jì)算器便慢慢取代以人工為動(dòng)力的計(jì)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(jì)算器,實(shí)現(xiàn)了100多年前巴貝奇的理想。
5電子計(jì)算機(jī)
20世紀(jì)初,電子管的出現(xiàn),使計(jì)算器的改革有了新的發(fā)展,美國賓夕法尼亞大學(xué)和有關(guān)單位在1946年制成了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展,使人類進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。它是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一,也當(dāng)之無愧地被認(rèn)為是迄今為止由科學(xué)和技術(shù)所創(chuàng)造的最具影響力的現(xiàn)代工具。
在電子計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)高速發(fā)展過程中,因特爾公司的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾(GodonMoore)對(duì)電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)所依賴的半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展作出預(yù)言:半導(dǎo)體芯片的集成度將每兩年翻一番。事實(shí)證明,自20世紀(jì)60年代以后的數(shù)十年內(nèi),芯片的集成度和電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度實(shí)際是每十八個(gè)月就翻一番,而價(jià)格卻隨之降低一倍。這種奇跡般的發(fā)展速度被公認(rèn)為“摩爾定律”。
6“摩爾定律”與“計(jì)算的極限”
人類是否可以將電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度永無止境地提升?傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高有沒有極限?對(duì)此問題,學(xué)者們?cè)谶M(jìn)行嚴(yán)密論證后給出了否定的答案。如果電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力無限提高,最終地球上所有的能量將轉(zhuǎn)換為計(jì)算的結(jié)果——造成熵的降低,這種向低熵方向無限發(fā)展的運(yùn)動(dòng)被哲學(xué)界認(rèn)為是禁止的,因此,傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的計(jì)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(xué)家認(rèn)為到21世紀(jì)30年代,芯片內(nèi)導(dǎo)線的寬度將窄到納米尺度(1納米=10-9米),此時(shí),導(dǎo)線內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律——牛頓力學(xué)沿導(dǎo)線運(yùn)行,而是按照量子力學(xué)的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的“電子亂竄”的現(xiàn)象,從而導(dǎo)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(yīng)干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應(yīng)。
哲學(xué)家和科學(xué)家對(duì)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(jì)算機(jī)計(jì)算能力飛速發(fā)展的可喜景象很可能在21世紀(jì)前30年內(nèi)終止。著名科學(xué)家,哈佛大學(xué)終身教授威爾遜(EdwardO.Wilson)指出:“科學(xué)代表著一個(gè)時(shí)代最為大膽的猜想(形而上學(xué))。它純粹是人為的。但我們相信,通過追尋“夢(mèng)想—發(fā)現(xiàn)—解釋—夢(mèng)想”的不斷循環(huán),我們可以開拓一個(gè)個(gè)新領(lǐng)域,世界最終會(huì)變得越來越清晰,我們最終會(huì)了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯(lián)系和有意義的?！?/p>
7量子計(jì)算系統(tǒng)
量子計(jì)算最初思想的提出可以追溯到20世紀(jì)80年代。物理學(xué)家費(fèi)曼RichardP.Feynman曾試圖用傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)模擬量子力學(xué)對(duì)象的行為。他遇到一個(gè)問題:量子力學(xué)系統(tǒng)的行為通常是難以理解同時(shí)也是難以求解的。以光的干涉現(xiàn)象為例,在干涉過程中,相互作用的光子每增加一個(gè),有可能發(fā)生的情況就會(huì)多出一倍,也就是問題的規(guī)模呈指數(shù)級(jí)增加。模擬這樣的實(shí)驗(yàn)所需的計(jì)算量實(shí)在太大了,不過,在費(fèi)曼眼里,這卻恰恰提供一個(gè)契機(jī)。因?yàn)榱硪环矫?量子力學(xué)系統(tǒng)的行為也具有良好的可預(yù)測(cè)性:在干涉實(shí)驗(yàn)中,只要給定初始條件,就可以推測(cè)出屏幕上影子的形狀。費(fèi)曼推斷認(rèn)為如果算出干涉實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的現(xiàn)象需要大量的計(jì)算,那么搭建這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn),測(cè)量其結(jié)果,就恰好相當(dāng)于完成了一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算。因此,只要在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的過程中,允許它在真實(shí)的量子力學(xué)對(duì)象上完成實(shí)驗(yàn),并把實(shí)驗(yàn)結(jié)果整合到計(jì)算中去,就可以獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。
在費(fèi)曼設(shè)想的啟發(fā)下,1985年英國牛津大學(xué)教授多伊奇DavidDeutsch提出是否可以用物理學(xué)定律推導(dǎo)出一種超越傳統(tǒng)的計(jì)算概念的方法即推導(dǎo)出更強(qiáng)的丘奇——圖靈論題。費(fèi)曼指出使用量子計(jì)算機(jī)時(shí),不需要考慮計(jì)算是如何實(shí)現(xiàn)的,即把計(jì)算看作由“神諭”來實(shí)現(xiàn)的:這類計(jì)算在量子計(jì)算中被稱為“神諭”(Oracle)。種種跡象表明:量子計(jì)算在一些特定的計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)確實(shí)比傳統(tǒng)計(jì)算更強(qiáng),例如,現(xiàn)代信息安全技術(shù)的安全性在很大程度上依賴于把一個(gè)大整數(shù)(如1024位的十進(jìn)制數(shù))分解為兩個(gè)質(zhì)數(shù)的乘積的難度。這個(gè)問題是一個(gè)典型的“困難問題”,困難的原因是目前在傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)上還沒有找到一種有效的辦法將這種計(jì)算快速地進(jìn)行。目前,就是將全世界的所有大大小小的電子計(jì)算機(jī)全部利用起來來計(jì)算上面的這個(gè)1024位整數(shù)的質(zhì)因子分解問題,大約需要28萬年,這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人類所能夠等待的時(shí)間。而且,分解的難度隨著整數(shù)位數(shù)的增多指數(shù)級(jí)增大,也就是說如果要分解2046位的整數(shù),所需要的時(shí)間已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過宇宙現(xiàn)有的年齡。而利用一臺(tái)量子計(jì)算機(jī),我們只需要大約40分鐘的時(shí)間就可以分解1024位的整數(shù)了。
8量子計(jì)算中的神諭
人類的計(jì)算工具,從木棍、石頭到算盤,經(jīng)過電子管計(jì)算機(jī),晶體管計(jì)算機(jī),到現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī),再到量子計(jì)算。筆者發(fā)現(xiàn)這其中的過程讓人思考:首先是人們發(fā)現(xiàn)用石頭或者棍棒可以幫助人們進(jìn)行計(jì)算,隨后,人們發(fā)明了算盤,來幫助人們進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)不僅人手可以搬動(dòng)“算珠”,機(jī)器也可以用來搬動(dòng)“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(jī)械,最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進(jìn)計(jì)算工具的同時(shí),數(shù)學(xué)家們開始對(duì)計(jì)算的本質(zhì)展開了研究,圖靈機(jī)模型告訴了人們答案。
量子計(jì)算的出現(xiàn),則徹底打破了這種認(rèn)識(shí)與創(chuàng)新規(guī)律。它建立在對(duì)量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)的在現(xiàn)實(shí)世界的不可計(jì)算性。試圖利用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來代替一系列復(fù)雜的大量運(yùn)算。可以說。這是一種革命性的思考與解決問題的方式。
因?yàn)樵诖酥?所有計(jì)算均是模擬一個(gè)快速的“算盤”,即使是最先進(jìn)的電子計(jì)算機(jī)的CPU內(nèi)部,64位的寄存器(register),也是等價(jià)于一個(gè)有著64根軸的二進(jìn)制算盤。量子計(jì)算則完全不同,對(duì)于量子計(jì)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(nèi)部的機(jī)理,卻對(duì)“神諭”內(nèi)部產(chǎn)生的結(jié)果深信不疑。人們可以把它當(dāng)作一個(gè)黑盒子,人們通過輸入,可以得到輸出,但是對(duì)于黑盒子內(nèi)部發(fā)生了什么和為什么這樣發(fā)生確并不知道。
9“神諭”的挑戰(zhàn)與人類自身的回應(yīng)人類的思考能力,隨著計(jì)算工具的不斷進(jìn)化而不斷加強(qiáng)。電子計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),大大加強(qiáng)了人類整體的科研能力,那么,量子計(jì)算系統(tǒng)的產(chǎn)生,會(huì)給人類整體帶來更加強(qiáng)大的科研能力和思考能力,并最終解決困擾當(dāng)今時(shí)代的量子“神諭”。不僅如此,量子計(jì)算系統(tǒng)會(huì)更加深刻的揭示計(jì)算的本質(zhì),把人類對(duì)計(jì)算本質(zhì)的認(rèn)識(shí)從牛頓世界中擴(kuò)充到量子世界中。
如果觀察歷史,會(huì)發(fā)現(xiàn)人類文明不斷增多的“發(fā)現(xiàn)”已經(jīng)構(gòu)成了我們理解世界的“公理”,人們的公理系統(tǒng)在不斷的增大,隨著該系統(tǒng)的不斷增大,人們認(rèn)清并解決了許多問題。人類的認(rèn)識(shí)模式似乎符合下面的規(guī)律:
“計(jì)算工具不斷發(fā)展—整體思維能力的不斷增強(qiáng)—公理系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大—舊的神諭被解決—新的神諭不斷產(chǎn)生”不斷循環(huán)。
無論量子計(jì)算的本質(zhì)是否被發(fā)現(xiàn),也不會(huì)妨礙量子計(jì)算時(shí)代的到來。量子計(jì)算是計(jì)算科學(xué)本身的一次新的革命,也許許多困擾人類的問題,將會(huì)隨著量子計(jì)算機(jī)工具的發(fā)展而得到解決,它將“計(jì)算科學(xué)”從牛頓時(shí)代引向量子時(shí)代,并會(huì)給人類文明帶來更加深刻的影響。
參考文獻(xiàn)
[1]M.A.NielsenandI.L.Chuang,QuantumComputationandQuantumInformation[M].CambridgeUniversityPress,2000.
化學(xué)是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的學(xué)科?；瘜W(xué)學(xué)科有的概念、原理、物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)較為抽象，因此，傳統(tǒng)的語言文字表述和傳統(tǒng)常規(guī)的實(shí)驗(yàn)使學(xué)生較難理解。在高中化學(xué)教學(xué)中，如：不同聚集狀態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)；電解質(zhì)在水溶液中或熔融狀態(tài)下產(chǎn)生自由移動(dòng)的離子的過程；微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的多樣性；原子核外電子運(yùn)動(dòng)；微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)；分子的空間構(gòu)型；化學(xué)平衡和電離平衡；原電池反應(yīng)原理等理論知識(shí)，我們可以借鑒計(jì)算機(jī)信息技術(shù)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(yè)采用接觸法制作硫酸流程；工業(yè)制硝酸的流程；石油分餾產(chǎn)品；鋼鐵的冶煉，工業(yè)合成氨等內(nèi)容，單一語言表達(dá)和掛圖展示，學(xué)生的感知認(rèn)識(shí)度不高，此時(shí)適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用多媒體技術(shù)，就能使學(xué)生有種身臨其境的感覺，為傳統(tǒng)教學(xué)創(chuàng)設(shè)了形象性的教學(xué)情境。
二、應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)補(bǔ)充傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果
在傳統(tǒng)常規(guī)實(shí)驗(yàn)演示中，由于多種因素，有些實(shí)驗(yàn)的過程和現(xiàn)象不顯著，從而直接影響了教學(xué)的效果。譬如，分子的擴(kuò)散、氣體的產(chǎn)生及固體的溶解等現(xiàn)象，學(xué)生觀察效果并不明顯。假如把這些實(shí)驗(yàn)的演示通過多媒體投影儀來展示，充分運(yùn)用它具有的定格、慢放、放大和重播等功能，來幫助學(xué)生觀察，學(xué)生就能很清晰地看到顏色的變化、沉淀的析出和氣體的產(chǎn)生等現(xiàn)象。再譬如，金屬鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，由于反應(yīng)過程較快，學(xué)生不易觀察，同樣可以采用多媒體投影儀來輔助此實(shí)驗(yàn)的演示，使整個(gè)反應(yīng)過程清晰起來。另外，像鋼鐵腐蝕這種現(xiàn)象，需要很長的時(shí)間，我們也可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)制作課件，來演示這種腐蝕過程。這樣不僅增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的直觀性，同時(shí)也活躍了課堂的教學(xué)氣氛，提高了演示的效果，有助于學(xué)生觀察能力的培養(yǎng)。
三、應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)輔助傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的環(huán)保安全意識(shí)
一、中職學(xué)校計(jì)算機(jī)理論課程的培養(yǎng)目標(biāo)。
理論課程是基礎(chǔ)，只有在夯實(shí)了專業(yè)基礎(chǔ)之后才能在本專業(yè)有所建樹。中職學(xué)校有其自身的特點(diǎn)，其培養(yǎng)的目標(biāo)是技術(shù)型人才，理論課程的開設(shè)主要是為實(shí)踐服務(wù)，目的是讓學(xué)生在掌握基本理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過獨(dú)立思考和集體合作，進(jìn)一步提高分析、解決實(shí)際問題的能力，通過對(duì)案例的分析研究積累經(jīng)驗(yàn)，以發(fā)展自己的創(chuàng)造才能，使學(xué)生全面系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)知識(shí)。例如程序設(shè)計(jì)類的課程，首先要使學(xué)生養(yǎng)成基本的、良好的編程習(xí)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(xué)校計(jì)算機(jī)理論課程教與學(xué)的現(xiàn)狀。
1。教材、教法現(xiàn)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)職業(yè)的需求；要么和流行軟硬件步步緊跟，年年更新，使許多學(xué)校硬件環(huán)境頻頻告急。由于計(jì)算機(jī)知識(shí)更新實(shí)在太快，如果教材跟不上知識(shí)的更新，會(huì)使學(xué)校培養(yǎng)的人知識(shí)陳舊，不能適應(yīng)社會(huì)的需要；如果教材更新速度過快，則可能由于學(xué)校硬件條件的限制，造成教材與教學(xué)的脫節(jié)，同樣達(dá)不到好的教學(xué)效果。
從教學(xué)方法上來看，在教學(xué)方面，多年的職業(yè)教育沒有從根本上脫離普教的教學(xué)思想和教學(xué)模式，因此，沒有真正地體現(xiàn)出自身的教學(xué)特色。筆者在授課中往往有這樣的體驗(yàn)，講授理論課時(shí)由于內(nèi)容抽象難理解，結(jié)果一方面教師在拼命地想講明白，學(xué)生們也非常專注地想聽明白，但計(jì)算機(jī)中的許多術(shù)語、原理、命令等等總讓許多學(xué)生如墜霧里，上機(jī)操作時(shí)不知從何下手，結(jié)果造成教師教學(xué)費(fèi)力，學(xué)生學(xué)習(xí)吃力，實(shí)際效果不好的現(xiàn)象。
2。中職學(xué)校計(jì)算機(jī)理論課堂教學(xué)現(xiàn)狀。
（1）教學(xué)原則。計(jì)算機(jī)理論課程的教學(xué)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(tǒng)教學(xué)觀念：教師是知識(shí)的傳遞者，教學(xué)以傳授知識(shí)為主等等。這樣的教學(xué)理念直接影響、制約了教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)手段的改革創(chuàng)新，也打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性。
（2）教學(xué)模式。傳統(tǒng)的教學(xué)方法單一、僵化，習(xí)慣于“一言堂”、“滿堂灌”，在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，都只從教師的角度出發(fā)，從組織內(nèi)容、備課到講授，很少關(guān)注學(xué)生的反應(yīng)，課堂缺乏互動(dòng)，更談不到學(xué)生參與其中，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。
（3）教學(xué)手段。雖然目前計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)中，基本普及了現(xiàn)代化教學(xué)手段的應(yīng)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(xué)校學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀。
從生源上來看，由于普高的擴(kuò)招，中職學(xué)校的門坎很低。進(jìn)入中職學(xué)校的學(xué)生，其文化課基礎(chǔ)相對(duì)較差，許多學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、主動(dòng)性和積極性也不高。另外，中職學(xué)生大部分來自農(nóng)村，由于目前農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)設(shè)施的不完備，許多學(xué)生在初中學(xué)習(xí)時(shí)還沒有接觸過計(jì)算機(jī)，更談不上操作和運(yùn)用了?？偟膩碚f，中職生源文化素質(zhì)不高，對(duì)計(jì)算機(jī)的認(rèn)知程度也很低。
學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，普遍對(duì)計(jì)算機(jī)理論課程的學(xué)習(xí)都不感興趣，他們覺得理論課程枯燥、難學(xué)。他們追求的是學(xué)以致用、立竿見影的效果，尤其是家庭電腦的普及，上網(wǎng)熱的沖擊，使學(xué)生更加注重操作技能，而對(duì)計(jì)算機(jī)理論很少涉及。計(jì)算機(jī)理論是學(xué)生提高計(jì)算機(jī)水平的基礎(chǔ)，中專生沒有足夠能力認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)的，于是往往會(huì)把學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識(shí)分為“有用的”和“沒用的”兩類。比如認(rèn)為學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和原理、進(jìn)制的轉(zhuǎn)換、程序的編制等是“無用的”；對(duì)于學(xué)習(xí)制圖、網(wǎng)頁設(shè)計(jì)、硬件維修等是“有用的”。
三、中職學(xué)校計(jì)算機(jī)理論課程的教學(xué)改革。
1。充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用。
中職學(xué)校的計(jì)算機(jī)理論教學(xué)最終是通過課堂教學(xué)來完成的，因此在課堂教學(xué)的過程中，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用是教學(xué)成功的關(guān)鍵。
（1）提高教師的專業(yè)素質(zhì)水平和業(yè)務(wù)水平。要實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化，必須培養(yǎng)和造就一支高水平的計(jì)算機(jī)師資隊(duì)伍，積極探索和發(fā)揮計(jì)算機(jī)在教學(xué)和教育中的作用。作為一名計(jì)算機(jī)教師首先應(yīng)不斷地充實(shí)自己，不斷更新自己的知識(shí)范圍。計(jì)算機(jī)學(xué)科的特點(diǎn)就是“前沿”，即使是計(jì)算機(jī)專業(yè)的本科畢業(yè)生，若停留在原來的基礎(chǔ)上，則意味著后退。所以，選擇了計(jì)算機(jī)就是選擇了“不斷地學(xué)習(xí)”。在計(jì)算機(jī)教育這塊園地里，要有所收獲，就必須懷著對(duì)本職工作的無限熱愛，懷著對(duì)學(xué)生強(qiáng)烈的責(zé)任感，投身到計(jì)算機(jī)的教育、教學(xué)研究上來。
（2）提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性是從事創(chuàng)造性學(xué)習(xí)活動(dòng)的一種心理能動(dòng)狀態(tài)，是影響知識(shí)、技能掌握和智能發(fā)展的一個(gè)重要因素，是學(xué)生學(xué)習(xí)上的內(nèi)在動(dòng)力。教學(xué)中激勵(lì)、喚醒、調(diào)動(dòng)學(xué)生的這個(gè)內(nèi)在動(dòng)力，是上好專業(yè)課、提高課堂教學(xué)效率的關(guān)鍵。因此，教師在進(jìn)行計(jì)算機(jī)理論課程教學(xué)過程中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生帶著興趣、帶著熱情去學(xué)習(xí)，才能使學(xué)生從主觀上愿意接受計(jì)算機(jī)理論知識(shí)，才會(huì)有很高的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。
2。計(jì)算機(jī)理論課程教學(xué)改革的思路。
（1）在課堂教學(xué)中滲透素質(zhì)教育的理念。
一是改變教學(xué)“滿堂灌”的形式，將知識(shí)的形成過程暴露給學(xué)生，讓學(xué)生在接受知識(shí)時(shí)不僅“知其然”而且“知其所以然”，培養(yǎng)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的能力和方法，使學(xué)生獲得主動(dòng)的知識(shí)。
二是計(jì)算機(jī)理論教學(xué)重在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、發(fā)散性思維。因此，教學(xué)過程要指導(dǎo)學(xué)生掌握正確的學(xué)習(xí)方法，努力培養(yǎng)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的方法，培養(yǎng)學(xué)生探究科學(xué)的精神，使學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)素質(zhì)。
三是在教學(xué)中努力培養(yǎng)學(xué)生先進(jìn)的教育觀念，使學(xué)生形成在實(shí)踐中獲得知識(shí)的能力。素質(zhì)教育重在素質(zhì)的形成，而素質(zhì)最終是在實(shí)踐中體現(xiàn)出來，計(jì)算機(jī)理論教學(xué)不能僅是理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，而且，要加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際，最大限度地提高學(xué)生的實(shí)踐能力，讓學(xué)生在實(shí)踐中獲得發(fā)現(xiàn)知識(shí)的樂趣。
（2）計(jì)算機(jī)理論課程設(shè)置的改革。
一是課程內(nèi)容的設(shè)置要緊貼社會(huì)的要求，把社會(huì)的需求和學(xué)生學(xué)習(xí)的需求有機(jī)統(tǒng)一，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。職業(yè)中專學(xué)生雖然沒有高考的壓力，但面臨就業(yè)的挑戰(zhàn)，所以課程的設(shè)置要以社會(huì)的需求為依據(jù)，以學(xué)生的就業(yè)為導(dǎo)向。這里最重要的是進(jìn)行社會(huì)調(diào)查，弄清計(jì)算機(jī)專業(yè)中職學(xué)生能夠就業(yè)的崗位群，由此弄清學(xué)生所需掌握的知識(shí)和技能，并由此作為課程設(shè)置的依據(jù)。只有是有利于學(xué)生就業(yè)的課程內(nèi)容設(shè)置，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。
二是根據(jù)中職學(xué)生的學(xué)習(xí)心理特點(diǎn)、認(rèn)知和能力水平，以及課程本身的對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)課程內(nèi)容的順序進(jìn)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(jìn)行課程內(nèi)容的整合。在中職計(jì)算機(jī)中大部分課程主要是以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力為目的。職業(yè)中專學(xué)生的抽象思維和數(shù)據(jù)邏輯分析能力都較弱，對(duì)理論課的學(xué)習(xí)不感興趣，課堂上的理論講授效果不理想。在設(shè)計(jì)和制定項(xiàng)目的課程任務(wù)時(shí)，把知識(shí)點(diǎn)和職業(yè)中專學(xué)生不需要系統(tǒng)學(xué)習(xí)但需要部分掌握的內(nèi)容融入其中，使學(xué)習(xí)過程成為學(xué)生參與的創(chuàng)造實(shí)踐活動(dòng)，注重的不是最終的結(jié)果，而是完成項(xiàng)目的實(shí)踐過程。這樣進(jìn)行教材內(nèi)容的整合使學(xué)生有明確的學(xué)習(xí)目的和內(nèi)容，能將知識(shí)迅速轉(zhuǎn)化為實(shí)際能力。因此，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和能力目標(biāo)，對(duì)教材做相應(yīng)的處理。
（3）教學(xué)方法的改革。
一是教學(xué)和學(xué)習(xí)方法上，采用講、看、練一體化方法和分組討論的教學(xué)方法。教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)案例制作課件，使教學(xué)更具直觀性，深入淺出，將原來抽象、復(fù)雜敘述用生動(dòng)的圖像和動(dòng)畫表現(xiàn)出來，使學(xué)生可以更直觀地理解教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。要讓學(xué)生從知識(shí)的被動(dòng)接收者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)參與者和積極探索者，在發(fā)揮教師主導(dǎo)作用的同時(shí)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考探索，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。
二是教學(xué)的組織形式上以實(shí)訓(xùn)基地現(xiàn)場教學(xué)為主，盡可能多地為學(xué)生提供動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)。結(jié)合實(shí)際，使教學(xué)和實(shí)際真正融為一體。平時(shí)面對(duì)實(shí)物和實(shí)際進(jìn)行教學(xué)，實(shí)習(xí)或業(yè)余時(shí)間可以在教師的指導(dǎo)下，為學(xué)校、老師、同學(xué)乃至社會(huì)進(jìn)行計(jì)算機(jī)應(yīng)用與維護(hù)方面的服務(wù)。組織學(xué)生進(jìn)行社會(huì)調(diào)查和市場調(diào)查，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)市場、了解市場，了解當(dāng)前的市場技術(shù)水平和行情，了解將來的工作崗位的工作內(nèi)容和要求，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性和自覺性，提高學(xué)生的崗位適應(yīng)能力和綜合素質(zhì)。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)方法
由于社會(huì)信息化的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不斷普及，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)幾乎與企業(yè)的每一位員工都息息相關(guān)，從企業(yè)局域網(wǎng)的規(guī)劃、組建、運(yùn)行和升級(jí)維護(hù)，到企業(yè)網(wǎng)站的運(yùn)行，從網(wǎng)絡(luò)安全的管理到數(shù)據(jù)庫管理、存儲(chǔ)管理以及網(wǎng)絡(luò)和人員管理等制度建立，都和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用如此廣泛，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程也成為高職院校很多專業(yè)的必修課程。該門課程的實(shí)用性很強(qiáng)，同時(shí)變化和發(fā)展較快，新知識(shí)層出不窮，如何在有限的課時(shí)內(nèi)讓學(xué)生具有較強(qiáng)的實(shí)踐操作技能，對(duì)廣大教師來說是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。這里以筆者在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)體會(huì)與大家探討，主要包括有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐的教學(xué)大綱與教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。
一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)大綱與教學(xué)計(jì)劃。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)的目的：是讓學(xué)生綜合利用所學(xué)的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，解決一些實(shí)際問題，能夠完成一些簡單的網(wǎng)絡(luò)管理、組建、維護(hù)等工作。在正式上課之前，應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際中的具體應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況、在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中常出現(xiàn)的問題等進(jìn)行詳細(xì)分析，制訂出切合實(shí)際的教學(xué)大綱。在全面了解學(xué)生所具有的基礎(chǔ)知識(shí)狀況的前提下，根據(jù)教學(xué)大綱制訂好教學(xué)計(jì)劃。在制訂教學(xué)計(jì)劃的過程中針對(duì)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力，將該課程中學(xué)生不易接受的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成學(xué)生易接受的，并且側(cè)重于鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力。
二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容。
（1）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)類實(shí)訓(xùn)。這類實(shí)訓(xùn)的目的主要是培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)組建實(shí)施的能力，要求學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)熟悉網(wǎng)絡(luò)工程的實(shí)施流程和方案設(shè)計(jì)方法，完成小型家庭辦公網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。這方面的主要實(shí)訓(xùn)有：雙絞線制作（直通線和交叉線）、ADSL撥號(hào)上網(wǎng)、多臺(tái)PC通過寬帶路由器共享上網(wǎng)、交換機(jī)的基本配置實(shí)訓(xùn)、交換機(jī)的級(jí)聯(lián)和鏈路聚合配置、使用交換機(jī)劃分VLAN、路由器的基本配置等。通過這些實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生基本掌握了構(gòu)建小型家庭辦公網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)綜合布線等基本網(wǎng)絡(luò)技能。
（2）網(wǎng)絡(luò)管理類實(shí)訓(xùn)。這類實(shí)訓(xùn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)管理能力，以應(yīng)付在工作中會(huì)出現(xiàn)的問題。這方面的實(shí)訓(xùn)主要有：使用抓包工具軟件分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、交換機(jī)的端口鏡像、端口和MAC地址的綁定、VPN（虛擬專用網(wǎng)）配置、IP地址的規(guī)劃、基于802.1x的AAA服務(wù)配置、網(wǎng)絡(luò)帶寬的監(jiān)控維護(hù)等。通過這些實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生基本掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)故障、性能管理、網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證、計(jì)費(fèi)管理等方面的技能。
（3）網(wǎng)絡(luò)綜合類實(shí)訓(xùn)。這類實(shí)訓(xùn)的目的主要是為了提高學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)綜合應(yīng)用能力，滿足大中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)工作的需求。這方面的實(shí)訓(xùn)主要有：生成樹協(xié)議的啟用、三層交換機(jī)的VLAN互通、ACL訪問控制列表的配置、路由器靜態(tài)路由配置、路由器動(dòng)態(tài)路由RIP配置、路由器動(dòng)態(tài)路由OSPF配置、通過單臂路由實(shí)現(xiàn)VLAN間互訪等，通過實(shí)訓(xùn)使學(xué)生能夠掌握較為深入的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，勝任更為復(fù)雜的大中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理工作。
（4）網(wǎng)絡(luò)安全類實(shí)訓(xùn)。這類實(shí)訓(xùn)的目標(biāo)是為了在網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控方面培養(yǎng)學(xué)生防范網(wǎng)絡(luò)入侵、網(wǎng)絡(luò)攻擊的技能，能夠應(yīng)付一定的網(wǎng)絡(luò)入侵和攻擊，掌握相關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備的配置方法。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要包括：防火墻的透明模式配置、防火墻的NET配置、上網(wǎng)行為策略認(rèn)證配置、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽、操作系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)備份與災(zāi)難恢復(fù)等。通過此類實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生掌握一定的網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)技能。
三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)方法。
如何讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐課感興趣并能喜歡網(wǎng)絡(luò)課程，教學(xué)方法是非常重要的。在我的教學(xué)中，主要采用了項(xiàng)目教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、分組教學(xué)法、討論教學(xué)法、提問教學(xué)法、示范教學(xué)法、通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)等，主要是以項(xiàng)目引領(lǐng)任務(wù)驅(qū)動(dòng)貫穿整個(gè)教學(xué)，多種教學(xué)方法互補(bǔ)。以教學(xué)方法為項(xiàng)目教學(xué)法，項(xiàng)目是學(xué)會(huì)使用互聯(lián)網(wǎng)為例進(jìn)行說明。實(shí)訓(xùn)教學(xué)的主要目的是鞏固理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，特別是對(duì)應(yīng)相關(guān)職業(yè)的解決實(shí)際工作問題的能力。實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目教學(xué)更是突出了這一點(diǎn)，最關(guān)鍵的是實(shí)訓(xùn)教學(xué)主要培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)具體問題獨(dú)立分析、解決的能力。因此在實(shí)訓(xùn)中，要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生排除故障能力的培養(yǎng)。在實(shí)訓(xùn)中故意設(shè)置故障，讓實(shí)訓(xùn)小組自行進(jìn)行解決，老師在旁只給出提示，不給具體原因。
結(jié)語：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展很快，要做好計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)，作為教師，我們必須緊貼網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況，從真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用入手講解網(wǎng)絡(luò)的組建、應(yīng)用、管理和維護(hù)，提高學(xué)生分析問題、動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。同時(shí)，應(yīng)注重講解內(nèi)容的實(shí)用性，要在整個(gè)教學(xué)中真正體現(xiàn)“以就業(yè)為導(dǎo)向，以學(xué)生為基本”的思想。只有這樣，才能在教學(xué)中針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行合理教學(xué)，才能游刃有余地進(jìn)行教學(xué)，才能讓學(xué)生感到學(xué)這門課程是非常有用的，讓學(xué)生產(chǎn)生興趣，并能在工作時(shí)很快投入到自己的角色中去。[論文格式]
參考文獻(xiàn)：
1．1影響認(rèn)知結(jié)構(gòu)的根本因素是計(jì)算思維
學(xué)習(xí)遷移的目標(biāo)是處理問題、解決問題能力的培養(yǎng)。計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)的是問題模型化的能力，將問題逐步分解抽象成計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)處理的能力。計(jì)算思維是信息時(shí)代人們學(xué)習(xí)的基本素質(zhì)，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決問題的客觀思維模式。人們運(yùn)用計(jì)算機(jī)來解決問題是對(duì)人類活動(dòng)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(shè)、檢驗(yàn)假設(shè)。而計(jì)算機(jī)解決問題則是從具體的問題抽象出一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)算法，然后編碼執(zhí)行，驗(yàn)證結(jié)果。計(jì)算思維能力要求學(xué)生具有層次抽象的能力以及層次細(xì)化的能力，這決定著學(xué)生在信息領(lǐng)域發(fā)展的空間和深入的程度。
1．2計(jì)算機(jī)硬件學(xué)習(xí)過程的
3個(gè)階段計(jì)算機(jī)是由硬件、軟件系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)。硬件教學(xué)的目標(biāo)在于數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。EDA（elec－tronicdesignautomation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)將傳統(tǒng)的手工布線式電子電路設(shè)計(jì)方式改為計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成。設(shè)計(jì)者完全從系統(tǒng)布局、器件連接布線、調(diào)試與仿真等工作中解放出來，工作重心集中在設(shè)計(jì)上，即從系統(tǒng)分析、算法、協(xié)議等開始利用設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)，具有可以通過軟件編程對(duì)硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)特點(diǎn)的可編程邏輯器件，使得硬件的設(shè)計(jì)就像軟件設(shè)計(jì)一樣便捷。在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，如果沒有器件管腳、信號(hào)、布線、電路圖等基本概念就直接面對(duì)EDA設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)，也會(huì)由于理論與實(shí)踐的跨度太大而無從下手，難以應(yīng)付，根本談不到理論的應(yīng)用，更談不到對(duì)學(xué)科的認(rèn)知。依據(jù)教育部計(jì)算機(jī)教指委制定的專業(yè)指導(dǎo)規(guī)范，IEEE－CS及ACM指導(dǎo)計(jì)劃，硬件課程設(shè)置包括“數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)”、“計(jì)算機(jī)組成”、“匯編語言程序設(shè)計(jì)”、“計(jì)算機(jī)接口技術(shù)”、“計(jì)算機(jī)維護(hù)”、“計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)”。要求結(jié)合數(shù)字電路的發(fā)展史，遵從循序漸進(jìn)、逐步深入的原則，將3個(gè)學(xué)期要求的能力培養(yǎng)目標(biāo)按抽象化程度分成3個(gè)階段實(shí)現(xiàn)，依次是：要求學(xué)生掌握數(shù)字系統(tǒng)的電路原理圖設(shè)計(jì)；利用可編程邏輯器件軟件化設(shè)計(jì)；利用集成芯片實(shí)現(xiàn)設(shè)備擴(kuò)展。這3個(gè)階段分別對(duì)應(yīng)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的3種方法，雖各有特點(diǎn)但互不沖突，原理圖非常直觀，便于學(xué)生建立硬件系統(tǒng)的感官認(rèn)識(shí)和體系模型，有利于組件式軟件技術(shù)開發(fā)的轉(zhuǎn)型。
2基于學(xué)習(xí)遷移的計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)改革
計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)要求學(xué)生利用軟件技術(shù)設(shè)計(jì)出能運(yùn)行自己系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。這個(gè)任務(wù)要求學(xué)生自主完成，通過學(xué)習(xí)遷移，激發(fā)學(xué)生的潛能。學(xué)生自主完成學(xué)習(xí)的遷移，需要對(duì)計(jì)算機(jī)硬件教學(xué)進(jìn)行改革
2．1以學(xué)生“計(jì)算思維”為核心的教學(xué)體系構(gòu)建
計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)的是計(jì)算模型的抽象以及計(jì)算過程的自動(dòng)化，因此，硬件的“計(jì)算思維”也就體現(xiàn)在問題求解的部件及計(jì)算模型建立和自動(dòng)處理序列的實(shí)現(xiàn)。這種能力的遷移離不開科學(xué)的教學(xué)體系支持，離不開教學(xué)過程諸要素，也離不開知識(shí)結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)過程設(shè)計(jì)和教學(xué)效果評(píng)價(jià)的有機(jī)結(jié)合。第一，授課前，細(xì)化課程間的教學(xué)脈絡(luò)，抽象出技術(shù)應(yīng)用模型、問題求解可計(jì)算性模型和規(guī)范化的方法論，突出教學(xué)層次性，修訂了教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐環(huán)節(jié)。第二，授課中，規(guī)范課堂教學(xué)中選用的例子，將抽取的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析的方法融入每一個(gè)實(shí)例，有意地訓(xùn)練學(xué)生硬件級(jí)進(jìn)行問題描述、設(shè)計(jì)算法、評(píng)價(jià)結(jié)果的能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，開發(fā)實(shí)驗(yàn)素材采取驗(yàn)證性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)并舉的教學(xué)模式。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生掌握基本原理和基本技能，熟悉開發(fā)工具；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式要求學(xué)生通過閱讀文獻(xiàn)，自己設(shè)計(jì)選題，寫出設(shè)計(jì)方案，編寫具體代碼，自己調(diào)試并解釋運(yùn)行結(jié)果。第三，考核中，實(shí)驗(yàn)與綜合題目相結(jié)合，考查學(xué)生的應(yīng)用能力。
2．2以學(xué)生為中心的教學(xué)方法的改革
以學(xué)習(xí)遷移理論為指導(dǎo)，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是一個(gè)積極主動(dòng)、自我遷移的過程。在教師的教授和學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，讓學(xué)生做課堂的主人，積極參與知識(shí)傳授的過程和學(xué)習(xí)遷移的過程，培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力，有助于學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行正確的遷移。
2．3注重實(shí)踐教學(xué)
學(xué)習(xí)的目的在于應(yīng)用，是把學(xué)習(xí)的知識(shí)、技能遷移到新的情境中解決問題，計(jì)算機(jī)硬件課程要求學(xué)生將課堂所學(xué)的理論、技能遷移到實(shí)際系統(tǒng)的研發(fā)中，達(dá)到學(xué)以致用的目標(biāo)。以數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)為例，首先，選取的題目全部來自現(xiàn)實(shí)生活，如多功能計(jì)算器、交通燈控制器、空調(diào)控制器、洗衣機(jī)控制器、自動(dòng)售貨機(jī)、電梯控制器等。其次，明確要求底層用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)，頂層采用原理圖實(shí)現(xiàn)。第三，指導(dǎo)教師督促學(xué)生按照軟件工程的思想規(guī)范化地開展工作，從需求分析、功能模塊劃分開始明確任務(wù)、解決步驟、部件設(shè)計(jì)、原理圖設(shè)計(jì)和成果驗(yàn)收。最后，學(xué)生撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
2．4構(gòu)建多元化的教學(xué)評(píng)價(jià)體系
學(xué)生學(xué)習(xí)效果一方面來自實(shí)驗(yàn)的成功，另一方面來自教師客觀、積極、肯定的評(píng)價(jià)。鼓勵(lì)學(xué)生去挖掘自身的潛力、克服學(xué)習(xí)的困難是教學(xué)的首要基本點(diǎn)?？茖W(xué)的評(píng)價(jià)機(jī)制在客觀評(píng)價(jià)學(xué)生能力的同時(shí)應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。教學(xué)中，采取理論考試、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、科技作品等相結(jié)合的多元化教學(xué)評(píng)價(jià)策略，同時(shí)融入形成性評(píng)價(jià)并及時(shí)反饋給學(xué)生，通過學(xué)習(xí)態(tài)勢(shì)的感知進(jìn)行學(xué)習(xí)調(diào)整。
2．5鼓勵(lì)學(xué)生積極參加第二課堂
第一課堂是基礎(chǔ)知識(shí)的積累，第二課堂是基礎(chǔ)知識(shí)的拓展與運(yùn)用。計(jì)算機(jī)硬件的學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)把課堂知識(shí)遷移到各種技能競賽、作品設(shè)計(jì)等活動(dòng)中，依托第二課堂的活動(dòng)，為學(xué)生的技能展示提供一個(gè)平臺(tái)，學(xué)以致用，用以創(chuàng)新。只有讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)用于實(shí)踐，才能達(dá)到學(xué)習(xí)遷移的目的。
3結(jié)束語
關(guān)鍵詞:基礎(chǔ)知識(shí);適應(yīng)性;能力培養(yǎng)
隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的日新月異,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也逐漸深入到各行各業(yè),掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論知識(shí)和基本操作技能已成為各級(jí)各類職業(yè)學(xué)校學(xué)生將來進(jìn)入工作崗位的必備條件。因此,在技工學(xué)校強(qiáng)化計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)是十分重要的。
一、抓好基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)
俗話說得好“萬丈高樓從地起”。在計(jì)算機(jī)無窮無盡的知識(shí)領(lǐng)域內(nèi),掌握基礎(chǔ)知識(shí)是學(xué)好計(jì)算機(jī)、用好計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵所在。將計(jì)算機(jī)最基本的知識(shí)教給學(xué)生,讓學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)有一個(gè)整體概念。比如說,在Windows圖形用戶界面環(huán)境中,操控鼠標(biāo)就能夠操控Windows的各種對(duì)象,也就是說操控Windows就是操控電腦。那么要讓學(xué)生靈活運(yùn)用鼠標(biāo)操控電腦就必須讓學(xué)生掌握鼠標(biāo)操作的基本知識(shí)。另外,計(jì)算機(jī)教育是技術(shù)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程,有些問題單憑教師講解,很難讓學(xué)生理解掌握。如何使學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)呢?我們可以利用技能操作來鞏固基礎(chǔ)知識(shí)。譬如在講五筆輸入法這課時(shí),我們只需要在理論課上講清五筆規(guī)律和拆字規(guī)則,再通過上機(jī)操作進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練,將所講的理論在實(shí)踐中得到應(yīng)用,兩者通過動(dòng)手實(shí)際操作而聯(lián)系起來,這樣,基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)了,輸入速度也逐漸提高了。
二、注重學(xué)生能力的培養(yǎng)
技工學(xué)校是培養(yǎng)高技能人才的基地,為了更好地增強(qiáng)勞動(dòng)者的就業(yè)能力和創(chuàng)業(yè)能力,使勞動(dòng)者更多更好地掌握計(jì)算機(jī)操作技能,使其具有較好的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和較強(qiáng)的專業(yè)實(shí)踐操作技能,在教學(xué)過程中就更應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的以下幾種能力。
1.自學(xué)能力。計(jì)算機(jī)發(fā)展十分迅猛,更新速度加快,硬件技術(shù)不斷推陳出新,軟件版本不斷升級(jí),因此培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力就顯得尤為重要了。計(jì)算機(jī)的教學(xué)不同于其他基礎(chǔ)課程具有穩(wěn)定性,有許許多多新的軟件,教師還沒來得及講解,就已經(jīng)被淘汰了。像我們計(jì)算機(jī)專業(yè)的老師,大學(xué)學(xué)的是DOS、Windows97、98系統(tǒng)等,現(xiàn)在教的是WindowsXP、2003系統(tǒng),新系統(tǒng)的掌握靠的就是自學(xué)。當(dāng)你在教學(xué)生Windows2003的時(shí)候,WindowVista系統(tǒng)又普及了。因此,學(xué)生要想跟上時(shí)代的步伐,就不得不加強(qiáng)培養(yǎng)自學(xué)能力。教會(huì)學(xué)生自強(qiáng)不息,就等于給了他們生命的茁壯和飽滿。在掌握了基礎(chǔ)的理論知識(shí)之后,充分、深刻領(lǐng)會(huì)其含義,加以升華,有計(jì)劃地進(jìn)行自學(xué),這樣才能真正的做到“無師自通”。
2.實(shí)踐能力。要想掌握真正的本領(lǐng),實(shí)踐是必不可少的。計(jì)算機(jī)的操作就是一種實(shí)踐過程,它既是一種現(xiàn)代高科技機(jī)器操作的訓(xùn)練,也是一種對(duì)理論知識(shí)掌握的檢驗(yàn)。通過操作,可以提高對(duì)計(jì)算機(jī)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(xiàn)代化的信息手段打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
在實(shí)際教學(xué)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(jī),鼠標(biāo)一點(diǎn),既直觀又生動(dòng),學(xué)生易于掌握。因而教學(xué)應(yīng)采用在多媒體教室,微機(jī)邊演示學(xué)生邊操作,實(shí)現(xiàn)一體化教學(xué)。這樣一來,既提高了學(xué)生的實(shí)踐能力,也幫助學(xué)生理清了思路,把握了重點(diǎn),同時(shí)對(duì)模棱兩可的問題還可上機(jī)實(shí)踐。
3.創(chuàng)新能力。所有優(yōu)秀的教師都希望自己的學(xué)生超過自己,也希望以后的學(xué)生再超過自己教過的學(xué)生,這符合社會(huì)的發(fā)展。在計(jì)算機(jī)教學(xué)中,學(xué)生的創(chuàng)新能力,主要表現(xiàn)在創(chuàng)造性地完成學(xué)習(xí)任務(wù)的活動(dòng)中。為學(xué)生提供的一切教學(xué)實(shí)踐活動(dòng),既可以成為培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造力的環(huán)境和條件,也可以成為阻礙學(xué)生創(chuàng)造的精神束縛。因此,在計(jì)算機(jī)教學(xué)過程中,要鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)會(huì)大膽的去猜想、判斷,要有意識(shí)地加強(qiáng)創(chuàng)造性的計(jì)算機(jī)活動(dòng),在活動(dòng)中養(yǎng)成學(xué)生勤思考的習(xí)慣,碰到問題要問“為什么”,解決問題后要進(jìn)行反思,總結(jié)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。在學(xué)習(xí)中學(xué)會(huì)產(chǎn)生疑問,培養(yǎng)學(xué)生不受固定模式約束的能力,并幫助學(xué)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(yǎng)學(xué)生進(jìn)行舉一反三的能力。
總之,計(jì)算機(jī)教學(xué)就是要認(rèn)準(zhǔn)方向,夯實(shí)理論基礎(chǔ),注重學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)。這符合職業(yè)教育對(duì)學(xué)生培訓(xùn)的要求,也是人才市場對(duì)勞動(dòng)者條件的基本需求,只有這樣才能滿足社會(huì)對(duì)職業(yè)教育的要求,才能有職業(yè)教育發(fā)展的空間,這才是其教學(xué)的意義。
參考文獻(xiàn):
[1]謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].大連:大連理工大學(xué)出版社,2004.
關(guān)鍵詞:教學(xué)游戲;模型;結(jié)構(gòu);特征
20世紀(jì)80年代末以來,教學(xué)設(shè)計(jì)研究出現(xiàn)了一些新的發(fā)展趨勢(shì):在理念層面上,建構(gòu)主義認(rèn)識(shí)論正在取代客觀主義認(rèn)識(shí)論成為教學(xué)領(lǐng)域的基本觀念;在技術(shù)層面,信息技術(shù)的迅猛發(fā)展正在引起教學(xué)領(lǐng)域的深刻變革(張華,2000)[1]。這些變化使人們認(rèn)識(shí)到,學(xué)習(xí)首先應(yīng)當(dāng)是情境性的,學(xué)習(xí)者在復(fù)雜、豐富的情境中,才有機(jī)會(huì)以個(gè)性化的、有意義的方法,建構(gòu)和重構(gòu)自己的概念,發(fā)展能力;其次,學(xué)習(xí)活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槔斫獠煌R(shí)和技能領(lǐng)域中的“能力表現(xiàn)”和指向特定問題解決目標(biāo)的積極的知識(shí)應(yīng)用過程。
計(jì)算機(jī)游戲就是服務(wù)于這些功能的有效工具,本文綜合了已有的一些關(guān)于游戲研究的文獻(xiàn),對(duì)各種觀點(diǎn)進(jìn)行了比較、分析和綜合,希望能夠在教學(xué)游戲的設(shè)計(jì)、開發(fā)以及相關(guān)的研究中發(fā)揮一定的作用。
一、游戲作為學(xué)習(xí)發(fā)展的工具
1.游戲的基本概念和分類
Huizinga(1955)認(rèn)為游戲活動(dòng)就是競爭[2],論文一個(gè)游戲應(yīng)具有以下幾個(gè)關(guān)鍵要素:(1)一個(gè)非正式的行動(dòng)或活動(dòng);(2)在某一特定的時(shí)間和空間范圍內(nèi)發(fā)生;(3)按照自由選擇發(fā)展,但其后要遵守該規(guī)則;(4)目標(biāo)就是活動(dòng)本身;(5)活動(dòng)伴隨著緊張和愉快的感覺,并要意識(shí)到這種活動(dòng)與現(xiàn)實(shí)生活是不同的。Dempsey(1996)等把游戲活動(dòng)定義為:任何明顯地包含競爭和具有規(guī)則指導(dǎo)的教學(xué)和學(xué)習(xí)模式。
教育游戲是指具有一系列特定規(guī)則的結(jié)構(gòu)化事件,學(xué)習(xí)者是以優(yōu)于競爭者或自己先前行為表現(xiàn)的方式,力爭完成一個(gè)特定的目標(biāo)。因此,計(jì)算機(jī)游戲就是基于一系列規(guī)則,具有潛在競爭性的,能實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)狀態(tài)的一個(gè)可供學(xué)習(xí)的情境,開發(fā)應(yīng)用于教學(xué)的計(jì)算機(jī)游戲的目的是創(chuàng)造一個(gè)具有更多真實(shí)性的情境,來吸引和激發(fā)學(xué)習(xí)者,啟發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng),鼓勵(lì)態(tài)度轉(zhuǎn)變,發(fā)展學(xué)習(xí)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(jì)算機(jī)游戲已經(jīng)作為培育學(xué)習(xí)者理解理論模型、支持團(tuán)隊(duì)發(fā)展和信息資源共享的手段。近幾年,為適應(yīng)學(xué)習(xí)的需要,各個(gè)學(xué)科都開發(fā)了一系列的游戲。
2.游戲的教學(xué)實(shí)踐意義
人們對(duì)計(jì)算機(jī)游戲在教育實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的探討和研究,確定了一些吸引學(xué)習(xí)者使用的因素。筆者對(duì)這些因素進(jìn)行了分析和綜合,認(rèn)為主要有如下幾個(gè)方面。
(1)游戲?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供了一個(gè)情境氛圍,讓他們獲得沉浸性經(jīng)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為游戲設(shè)計(jì)提供了豐富的視覺、空間等表現(xiàn)手段,設(shè)計(jì)者利用這些技術(shù)手段去表征現(xiàn)實(shí)或體現(xiàn)想象,使學(xué)習(xí)者感到將要達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)的特征屬性是非常真實(shí)的,為學(xué)習(xí)者提供了一個(gè)通過精心設(shè)計(jì)內(nèi)容,來處理類似真實(shí)、現(xiàn)實(shí)世界的機(jī)會(huì)。游戲情境因素具有容易識(shí)別的特征,學(xué)習(xí)的有效性得到了提高。
(2)游戲提供一個(gè)完整的、交互的虛擬情境,激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)是為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)或一系列既定的學(xué)習(xí)目標(biāo),在這個(gè)過程中動(dòng)機(jī)激發(fā)是關(guān)鍵的要素,它是人類學(xué)習(xí)過程中的自然要求。人們利用游戲?qū)崿F(xiàn)動(dòng)機(jī)激發(fā)方法包括:首先,游戲情境中洋溢出的樂趣,是激發(fā)學(xué)習(xí)者參與游戲活動(dòng)的重要因素;其次,游戲能提高學(xué)習(xí)者的技能,使學(xué)習(xí)者通過完成一系列的任務(wù)而獲得成就感;最后,學(xué)習(xí)者在參與諸如幻想或模擬游戲時(shí),可以在游戲結(jié)束后立即得到各種比較復(fù)雜的反饋,使學(xué)習(xí)者能夠獲得真實(shí)的體驗(yàn)感。
(3)游戲有足夠的靈活性和復(fù)雜性,能適應(yīng)學(xué)習(xí)者的不同學(xué)習(xí)風(fēng)格和水平。英語論文計(jì)算機(jī)游戲結(jié)合了適合各層次學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目標(biāo)、對(duì)話的策略和規(guī)則,它們能被學(xué)習(xí)者修改、調(diào)整和更新,適應(yīng)不同水平的挑戰(zhàn),游戲把學(xué)習(xí)者放在了決策者的位置,推動(dòng)學(xué)習(xí)者利用游戲活動(dòng)的嘗試錯(cuò)誤來學(xué)習(xí)。
(4)游戲能提供綜合性經(jīng)驗(yàn),發(fā)展學(xué)習(xí)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(duì)學(xué)習(xí)者來說是可以利用的一種最基本的,也是強(qiáng)有力的綜合性經(jīng)驗(yàn)。游戲故事的視覺性、經(jīng)驗(yàn)性和創(chuàng)造性途徑,能培養(yǎng)學(xué)習(xí)者深層次問題解決的能力。
二、游戲的基本結(jié)構(gòu)模型
目前已經(jīng)開發(fā)的教學(xué)游戲,根據(jù)任務(wù)的完成順序可以分為以下五種結(jié)構(gòu)類型[3]。
1.單線式結(jié)構(gòu)。單線式結(jié)構(gòu)游戲沒有什么分支,任務(wù)結(jié)構(gòu)往往比較緊湊。游戲活動(dòng)按部就班地進(jìn)行,完成一個(gè)條件,生成下一個(gè)條件,直到游戲最終結(jié)束。
2.橄欖狀結(jié)構(gòu)游戲。橄欖狀結(jié)構(gòu)游戲與單線式差不多,一個(gè)開頭,一個(gè)結(jié)局。但游戲過程存在一些分支,這些并不會(huì)影響到游戲的結(jié)局,游戲者最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是相同的。
3.樹根狀結(jié)構(gòu)游戲。樹根狀結(jié)構(gòu)游戲像樹根一樣,一個(gè)開頭,多個(gè)結(jié)局。游戲過程中出現(xiàn)了種種分支,將會(huì)影響到游戲的結(jié)局,每個(gè)分支實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是不一樣的。
4.樹狀結(jié)構(gòu)游戲。這類游戲與樹根狀結(jié)構(gòu)相反,它有多個(gè)開始,但萬源歸宗,只有一個(gè)結(jié)局。所謂多個(gè)開始,就是學(xué)習(xí)者可以選擇不同角色進(jìn)行扮演,也可選擇不同的角色起始點(diǎn)和初期經(jīng)歷,從上往下,經(jīng)過多條分支,最后漸漸歸向總結(jié)局。
5.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)游戲。這種結(jié)構(gòu)的游戲是游戲發(fā)展的趨勢(shì),學(xué)習(xí)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(fā)展,最后實(shí)現(xiàn)不同的目標(biāo)。
三、游戲的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)性因素
Prensky(2001)認(rèn)為計(jì)算機(jī)游戲可歸結(jié)為六個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)性因素:規(guī)則、目標(biāo)和目的、結(jié)果和反饋、沖突/競爭/挑戰(zhàn)/對(duì)抗、交互、表征或故事。[4]
1.規(guī)則
游戲是基于一系列規(guī)則來執(zhí)行的,它設(shè)定了學(xué)習(xí)者參與游戲活動(dòng)的基本結(jié)構(gòu),在游戲活動(dòng)中是強(qiáng)制執(zhí)行的。規(guī)則設(shè)定了什么是對(duì)的和不對(duì)的、什么是公平的和不公平的,它強(qiáng)迫學(xué)習(xí)者采用特定的路徑達(dá)到學(xué)習(xí)的目標(biāo)。在非計(jì)算機(jī)游戲中,游戲規(guī)則都是事先規(guī)定好的,教學(xué)游戲中是由“公正”的第三方———教師來管理。在計(jì)算機(jī)游戲中,人們經(jīng)過事先的設(shè)計(jì)把規(guī)則恰當(dāng)?shù)卣线M(jìn)了游戲,一般由學(xué)習(xí)者自己來管理。
愛因斯坦認(rèn)為,我們生活的這個(gè)世界中的所有關(guān)系都可用數(shù)學(xué)公式來表達(dá),從靜態(tài)的技術(shù)角度來看,計(jì)算機(jī)游戲世界就是龐雜的數(shù)學(xué)模型的再現(xiàn)。游戲中各種要素之間的關(guān)系和行為都是相互關(guān)聯(lián)的,用數(shù)學(xué)公式來表達(dá)它們之間的屬性和行為的相互變化,要素所有存在狀態(tài)是用一定的數(shù)值呈現(xiàn)出來的,規(guī)則就是利用游戲中的數(shù)學(xué)模型,限定各要素屬性和行為變化的狀態(tài),控制游戲的發(fā)展和變化。
許多游戲中都有寫有規(guī)則設(shè)置的頁面,它的管理和設(shè)置是比較靈活的,學(xué)習(xí)者在游戲活動(dòng)中可以在內(nèi)部重新設(shè)置,改變游戲規(guī)則,以此作為戰(zhàn)敗競爭對(duì)手的一種方法。許多計(jì)算機(jī)游戲的設(shè)計(jì)者指出,學(xué)習(xí)者討論游戲的特定規(guī)則是一種“元游戲活動(dòng)”,它對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)來說比游戲扮演更能獲得滿意的結(jié)果,因?yàn)閷W(xué)習(xí)者設(shè)置游戲規(guī)則時(shí)需要操縱規(guī)則和游戲環(huán)境所有要素之間的聯(lián)系。
2.目標(biāo)和目的
目標(biāo)和目的之所以重要,是因?yàn)槿祟愃械幕顒?dòng)都是目標(biāo)導(dǎo)向的,它是人類活動(dòng)與其他動(dòng)物活動(dòng)的本質(zhì)區(qū)別,人類有能力來孕育一個(gè)將來的狀態(tài),并為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)而設(shè)計(jì)一些策略。
許多游戲設(shè)計(jì)者認(rèn)為,目標(biāo)作為激勵(lì)學(xué)習(xí)者參與游戲活動(dòng)的動(dòng)機(jī),不是設(shè)計(jì)的主要出發(fā)點(diǎn),而主要是用來測(cè)量學(xué)習(xí)者參與游戲活動(dòng)結(jié)果的一個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐證明,設(shè)計(jì)者可以在游戲中闡述特定的目標(biāo),學(xué)習(xí)者則能充分選擇和利用與目標(biāo)語境相關(guān)的學(xué)習(xí)活動(dòng),因而在很多學(xué)科中用游戲來解決一些特別的問題或培養(yǎng)某些特殊的技能都被認(rèn)為是特別有效的。沒有目標(biāo)指向的游戲不能認(rèn)為是真正的游戲,它缺少對(duì)事物復(fù)雜性的認(rèn)識(shí)和判斷,學(xué)習(xí)者參與游戲活動(dòng)如果僅僅是依靠自己的突發(fā)奇想,那么在某種程度上這種游戲就是一個(gè)“玩具”。
游戲的目標(biāo)設(shè)計(jì)不僅是為學(xué)習(xí)者定義一定類型的目標(biāo),還必須設(shè)計(jì)一系列不同層次的目標(biāo)狀態(tài)讓學(xué)習(xí)者去實(shí)現(xiàn),只有把特定內(nèi)容作為學(xué)習(xí)的對(duì)象并且學(xué)習(xí)目標(biāo)被精確地限定時(shí),游戲活動(dòng)才能顯現(xiàn)出有益的效果。游戲的目標(biāo)通常是在規(guī)則的起始部分加以陳述的,它推動(dòng)著學(xué)習(xí)者去實(shí)現(xiàn),但是游戲規(guī)則在學(xué)習(xí)者與游戲的交互中設(shè)置了許多限制策略,使得實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的過程比較復(fù)雜和艱難。
目標(biāo)的表現(xiàn)形式是與游戲的競爭要素和學(xué)習(xí)者的行動(dòng)密切相關(guān)的,計(jì)算機(jī)游戲與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)表現(xiàn)形式相比有很大差異。這些目標(biāo)可能是:(1)達(dá)到設(shè)置水平的熟練程度或效能;(2)解決一個(gè)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(shí)現(xiàn)所在團(tuán)體的組織目標(biāo),超越了其他的團(tuán)隊(duì)等。
3.結(jié)果和反饋
游戲的結(jié)果和反饋是用來指引學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)的,它們用作測(cè)量學(xué)習(xí)者與目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的進(jìn)步狀況。游戲的典型結(jié)果是至少有一個(gè)目標(biāo)狀態(tài)的獲勝或者失敗。工作總結(jié)對(duì)于學(xué)習(xí)者來說,獲勝或失敗的結(jié)果具有強(qiáng)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(xué)習(xí)者可以通過多次嘗試來測(cè)量自己的能力。
反饋是用來響應(yīng)游戲中某些事情發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)果的,它是激勵(lì)學(xué)習(xí)活動(dòng)發(fā)生的重要因素。反饋能讓學(xué)習(xí)者立刻知道自己的活動(dòng)是積極的或是消極的,是在規(guī)則內(nèi)還是超越了規(guī)則,離目標(biāo)更近或是更遠(yuǎn)了,指引著學(xué)習(xí)者連續(xù)不斷地探究游戲是以何種機(jī)制工作的,知道設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的潛在模式是什么,如何獲得成功,如何達(dá)到下一個(gè)目標(biāo)水平,并獲得最終勝利。
游戲中的反饋是由計(jì)算機(jī)做出的,并且是立即獲得的。反饋的形式也趨于多樣化,有數(shù)字表示的成績和自己在競賽中所處位置的標(biāo)示,以及其他感覺形式,如圖片、音樂等。游戲針對(duì)不同程度的操作,反饋的強(qiáng)烈程度也不一樣,太弱或太強(qiáng)的反饋都會(huì)使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生不一樣的反應(yīng),這意味著問題解決的難度水平的上升和下降。不管如何設(shè)計(jì)反饋,它的目的總是為了提高學(xué)習(xí)者的經(jīng)驗(yàn),激勵(lì)學(xué)習(xí)者繼續(xù)探索游戲中隱含的問題。
4.沖突/競爭/挑戰(zhàn)/對(duì)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?yàn)槠涮煨在呄蚋偁?喜愛挑戰(zhàn)。競爭、對(duì)抗讓學(xué)習(xí)者在游戲活動(dòng)中變得興奮,激勵(lì)著他們迸發(fā)出充沛的精力和創(chuàng)造性的思想。
游戲中的沖突或挑戰(zhàn)是學(xué)習(xí)者要嘗試解決的問題,它是游戲的核心元素,學(xué)習(xí)者解決這些問題的基礎(chǔ)就是參與游戲活動(dòng)。游戲中產(chǎn)生于問題解決中的沖突或挑戰(zhàn)也許是與其他競爭者、現(xiàn)實(shí)問題或人工智能的對(duì)抗,還可能是一個(gè)要破解的謎語,或者是任何處在前進(jìn)道路上的障礙等多種形式。目前專為教育而設(shè)計(jì)的游戲中,較為缺少?zèng)_突和對(duì)抗的成分,其競爭、挑戰(zhàn)主要是來自問題解決,并且可以與合作的團(tuán)隊(duì)共同完成。
游戲要為學(xué)習(xí)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(duì)抗,例如:(1)不同學(xué)習(xí)者/團(tuán)隊(duì)采取自己行動(dòng)的方式,戰(zhàn)勝其他的學(xué)習(xí)者/團(tuán)隊(duì);(2)戰(zhàn)勝游戲系統(tǒng)提供的挑戰(zhàn),取得最好的成績;(3)提高自己的績效,超越自我;(4)學(xué)習(xí)者/團(tuán)隊(duì)采取的行動(dòng)直接影響系統(tǒng)的結(jié)果狀態(tài)等。
游戲設(shè)計(jì)理論在提到各種沖突和對(duì)抗的時(shí)候,除了關(guān)注沖突和對(duì)抗因素的內(nèi)容之外,還關(guān)注這些沖突和對(duì)抗的強(qiáng)度、節(jié)奏、組合與合理性等問題。按照心理學(xué)的研究成果,沖突和對(duì)抗強(qiáng)度不夠則不成為挑戰(zhàn),游戲也將索然無味;強(qiáng)度太大,則學(xué)習(xí)者屢屢受挫,不能實(shí)現(xiàn)游戲娛樂的基本功能;如果沖突和對(duì)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(chǎn)生舒適的感受,因此也就無法產(chǎn)生強(qiáng)烈的游戲體驗(yàn)。至于合理性,就是沖突和對(duì)抗的水平與學(xué)習(xí)者的技能和進(jìn)步保持同步,稱為“平衡”狀態(tài),就是說如果游戲系統(tǒng)通過一定策略達(dá)到比學(xué)習(xí)者強(qiáng)大的效果,那么學(xué)習(xí)者同樣可以通過研究系統(tǒng)的策略增強(qiáng)自己的能力,去戰(zhàn)勝系統(tǒng),這種游戲?qū)W(xué)習(xí)者來說無疑是有趣的。因此,游戲設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵技能就是為游戲設(shè)置不同層次的難度等級(jí),學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己的水平靈活地選擇和設(shè)置游戲的難度。
5.交互
交互有兩個(gè)重要的層面:第一是學(xué)習(xí)者與計(jì)算機(jī)的交互,表示學(xué)習(xí)者在游戲活動(dòng)中做了什么事;第二是游戲固有的社會(huì)層面———學(xué)習(xí)者和其他人一起共同完成游戲的過程中,形成了社會(huì)性小組。
學(xué)習(xí)者與計(jì)算機(jī)的交互推動(dòng)著游戲活動(dòng)的運(yùn)行。游戲的進(jìn)展過程是根據(jù)學(xué)習(xí)者的操作活動(dòng)而改變的,計(jì)算機(jī)根據(jù)學(xué)習(xí)者的行為做出真實(shí)和合理的反應(yīng),從而促使學(xué)習(xí)者對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)一步地發(fā)出操作的指令。游戲在學(xué)習(xí)者與計(jì)算機(jī)的交替推動(dòng)下向前進(jìn)行,因此,游戲能夠允許學(xué)習(xí)者進(jìn)行靈活設(shè)置的范圍越大,學(xué)習(xí)者的發(fā)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(dòng)有更多的樂趣,因而促進(jìn)了社會(huì)化小組的形成。在計(jì)算機(jī)游戲的初始階段,人們關(guān)注的是單用戶的游戲或游戲者與機(jī)器對(duì)抗,當(dāng)今計(jì)算機(jī)游戲的趨勢(shì)是多用戶游戲,同時(shí)游戲設(shè)計(jì)者正在嘗試把許多新的人工智能技術(shù)應(yīng)用到游戲中,把更多創(chuàng)造者的“心理”整合進(jìn)游戲中的基于計(jì)算機(jī)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(xué)習(xí)者參與游戲活動(dòng)的情緒。各種游戲理論工作者對(duì)表征的作用持完全不同的意見,有人認(rèn)為表征在本質(zhì)上成就了游戲,也有些人認(rèn)為它僅僅是環(huán)繞游戲的美麗外衣。不管這個(gè)爭論的結(jié)果如何,當(dāng)前游戲發(fā)展中的一個(gè)事實(shí)是:學(xué)習(xí)者期望游戲在表征方面變得越來越詳細(xì),故事和敘事成為了游戲中最重要的構(gòu)成元素。
游戲中的表征包含各種敘事方式或故事元素。游戲?qū)嶋H上表征的主題范圍很廣泛,既可以包含現(xiàn)實(shí)性的元素,也可包含想象的元素。背景故事為學(xué)習(xí)者要解決的復(fù)雜問題提供事件的敘事語境,用想象來激起學(xué)習(xí)者的好奇心,留學(xué)生論文引發(fā)學(xué)習(xí)者的情感反應(yīng),為學(xué)習(xí)者提供創(chuàng)造的機(jī)會(huì)。背景故事的講述至少在四個(gè)方面為敘事創(chuàng)造了先決條件:(1)背景故事為發(fā)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(gè)舞臺(tái),所有的事件都在這個(gè)故事情節(jié)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(diào)度中,為學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)者先前敘事的回憶,與預(yù)先存在的經(jīng)驗(yàn)建立聯(lián)結(jié),引導(dǎo)學(xué)習(xí)者的活動(dòng)。
四、計(jì)算機(jī)游戲的基本特征
基于上面的定義和構(gòu)成要素分析,我們可以得到游戲的一些基本特征。
1.認(rèn)知性
為教育目的設(shè)計(jì)游戲時(shí),人們特別關(guān)注的是與游戲相聯(lián)系的學(xué)習(xí)過程是否得到了實(shí)現(xiàn),學(xué)習(xí)的原則是否被利用,以及游戲活動(dòng)中獲得的學(xué)習(xí)結(jié)果是怎樣的,使游戲活動(dòng)有利于學(xué)習(xí)過程的發(fā)展。
游戲目標(biāo)指向?qū)W習(xí)者通過一系列游戲活動(dòng),實(shí)現(xiàn)有目的、有意識(shí)的認(rèn)知性操作,解決設(shè)計(jì)者在游戲情境中設(shè)計(jì)的問題,鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者有意識(shí)地反省自己的思維過程。實(shí)驗(yàn)研究表明,學(xué)習(xí)者的游戲活動(dòng)能帶來有意的學(xué)習(xí)結(jié)果,技能可以以很快的速度得到明顯的提高,并反省有關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容。但是,目前的教育游戲設(shè)計(jì)中,存在著把學(xué)習(xí)內(nèi)容從游戲活動(dòng)中分出來的傾向,缺乏游戲和認(rèn)知任務(wù)間的凝聚性,它們不是真正的游戲。
2.游戲性
按照游戲設(shè)計(jì)的理論,在理想的情況下游戲性高于其他內(nèi)容,是游戲的核心內(nèi)容。游戲性是游戲活動(dòng)的抽象化的表達(dá),它關(guān)注的是如何設(shè)計(jì)才能使一個(gè)游戲更有趣、更有挑戰(zhàn)性、更有吸引力。
游戲性實(shí)際上就是指學(xué)習(xí)者與游戲之間的有意義的互動(dòng),好的游戲性源自于這種互動(dòng)的頻度?！盎?dòng)”是指學(xué)習(xí)者在游戲期間所想和所關(guān)注的內(nèi)容,它既涉及到游戲系統(tǒng)向?qū)W習(xí)者傳遞信息的內(nèi)容和方式,也涉及學(xué)習(xí)者如何向游戲系統(tǒng)傳遞信息?！坝幸饬x”是指學(xué)習(xí)者與游戲的互動(dòng)具有挑戰(zhàn)性。
在多媒體環(huán)境中,人們?cè)O(shè)計(jì)了虛擬情境來支持游戲性的實(shí)現(xiàn),使學(xué)習(xí)者通過與游戲世界的交互,達(dá)成引人入勝的體驗(yàn)。為科學(xué)研究和特定學(xué)習(xí)目的而設(shè)計(jì)的虛擬情境不是專為娛樂目的,而主要是為了增加學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的理解。
3.可玩性
可玩性是和具體游戲內(nèi)容及表現(xiàn)方式有關(guān)的,比如內(nèi)容豐富、展現(xiàn)方式多樣的游戲應(yīng)該具有好的可玩性,采用了分支結(jié)構(gòu)的游戲也具有可玩性。
游戲能提供多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的挑戰(zhàn)和競爭的序列,這些操作系列是讓人入迷的,學(xué)習(xí)者期望一次又一次的挑戰(zhàn),直到獲得成功。游戲設(shè)計(jì)的目的是為學(xué)習(xí)者提供非良構(gòu)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(dòng),只有單一的操作不能構(gòu)成真正的問題解決過程。
4.娛樂性
在國外的教育游戲設(shè)計(jì)理論經(jīng)常有“教育娛樂”的探討。Prensky(2001)指出游戲首先應(yīng)該是有樂趣的,其次才應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)習(xí)活動(dòng)[5]。
我們注意到娛樂和教化是計(jì)算機(jī)游戲兩個(gè)不可分割的功能,娛樂是計(jì)算機(jī)游戲最基本的功能之一,沒有這種功能也就失去了把教學(xué)材料開發(fā)成游戲的研究基點(diǎn),目前許多支持基于游戲?qū)W習(xí)的游戲脫離了“娛樂”這個(gè)基點(diǎn)。沒有足夠的樂趣,游戲就沒有對(duì)應(yīng)的目標(biāo)群體。要知道學(xué)習(xí)者利用游戲?qū)W習(xí)時(shí),他們首先是把自己作為“游戲者”,而不是“學(xué)習(xí)者”或者“被培訓(xùn)者”。
5.體驗(yàn)性
人的本質(zhì)是活動(dòng)的,人是通過活動(dòng)溝通“現(xiàn)象世界”和“現(xiàn)實(shí)世界”的。認(rèn)知科學(xué)家認(rèn)為當(dāng)前的計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)提供了使學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)展的機(jī)會(huì),游戲利用多媒體特性不僅可以模擬一個(gè)特別的情境,讓學(xué)習(xí)者通過視、聽覺感知復(fù)雜的現(xiàn)象,游戲能為學(xué)習(xí)者提供種類齊全的活動(dòng)材料,保障他們獲得多種選擇、多種探索的機(jī)會(huì)和條件。游戲所提供的有效實(shí)踐和體驗(yàn)機(jī)會(huì),使學(xué)習(xí)者能利用自己原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的有關(guān)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn),去同化當(dāng)前學(xué)習(xí)到的新知識(shí),賦予新知識(shí)以某種意義,對(duì)于知識(shí)遷移是一個(gè)重要的過程。研究已經(jīng)證明與實(shí)際設(shè)備培訓(xùn)和實(shí)際工作環(huán)境相比,計(jì)算機(jī)游戲有許多優(yōu)點(diǎn)。
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