本文關(guān)鍵詞：虛擬實驗的彈性設(shè)計研究

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【摘要】：虛擬實驗一般以演示型或驗證型的形式呈現(xiàn)，其教學(xué)操作需按照既定實驗步驟層層遞進，而學(xué)習(xí)者的疏忽、失誤、記憶偏差、認知上的知識建構(gòu)缺陷等都會導(dǎo)致虛擬實驗操作出錯，一旦步驟出錯，實驗系統(tǒng)將面臨三種情況：可能繼續(xù)運行、系統(tǒng)響應(yīng)緩慢、執(zhí)行指令終止。即使某些實驗系統(tǒng)能繼續(xù)，由于學(xué)習(xí)者的這種誤操作比較隱蔽，在系統(tǒng)沒有呈現(xiàn)反饋的前提下，學(xué)習(xí)者會在不知不覺中把錯誤經(jīng)驗和操作習(xí)慣遷移到真實實驗中，不利于真實實驗的施展；實驗系統(tǒng)響應(yīng)緩慢或停止表明其容錯性能不佳，若缺乏相應(yīng)機制彌助，將影響學(xué)習(xí)者的實驗熱情和學(xué)習(xí)效度。 源于建筑設(shè)計領(lǐng)域的彈性設(shè)計能滿足用戶對建筑空間和其結(jié)構(gòu)性能的需要，使建筑具有一定的伸縮性、可調(diào)整、靈活性、可變性等，一定程度上，具有適應(yīng)用戶不斷變化的功能需求。將彈性設(shè)計的思想運用到虛擬實驗中，是指設(shè)計人員在設(shè)計、開發(fā)產(chǎn)品或課件過程中具有彈性思維，使產(chǎn)品、課件體現(xiàn)寬容性、靈活性、容錯性、伸縮性、可變性、可調(diào)整性，在符合客觀條件的前提下，滿足學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)路徑的可選擇性及其他變化需求。給虛擬實驗適度的彈性設(shè)計空間，將積累因?qū)W習(xí)者的失誤、遺忘等引發(fā)的各種意外的經(jīng)驗知識，有利于學(xué)習(xí)者的認知和遠遷移。 虛擬實驗的彈性設(shè)計融匯日本設(shè)計師欣吉歐·希格的“Poka-Yoke”（波卡糾偏）理論和美國設(shè)計師威廉·立德威爾等的回旋性設(shè)計法則與SimonBrown的可伸縮性原則三大類。搜集歸納國內(nèi)外有關(guān)虛擬實驗設(shè)計和彈性設(shè)計的研究現(xiàn)狀，總結(jié)研究意義；以波卡糾偏、靈活性—使用性折衷原理、設(shè)計心理學(xué)、行為心理學(xué)和認知心理學(xué)的相關(guān)理論作為理論支撐，析出虛擬實驗彈性設(shè)計的內(nèi)涵；闡釋彈性設(shè)計在虛擬實驗設(shè)計的需求等級和用戶（或?qū)W習(xí)者）體驗需求等級上的對應(yīng)關(guān)系；利用系統(tǒng)動力學(xué)方法分析彈性設(shè)計的實用性驅(qū)動系統(tǒng)，通過研究提出虛擬實驗彈性設(shè)計的原則，構(gòu)建虛擬實驗彈性設(shè)計模型，剖析其模塊構(gòu)成：波卡糾偏（消除、檢測、緩和、替代、簡單化）、回旋性（容錯性、功能可見性、可逆性、安全網(wǎng)、警告、提示、確認）、可伸縮性（分區(qū)、緩存、自動化、一些特效如隱藏/凸顯、淡入/淡出、滑入/滑出、放大/縮小等），另外在可伸縮性子類中添加了其他一些功能如照相機和回收站等。虛擬實驗的彈性設(shè)計主要提升實驗的容錯性、防錯性、糾錯性，同時增加良好的反饋和一些類似智能手機擁有的趣味性等；結(jié)合工科機械基礎(chǔ)課程《幾何精度對機械性能影響的綜合檢測》實驗中的關(guān)于“齒輪油泵的拆卸與組裝”案例這一子實驗進行虛擬實驗彈性設(shè)計。 本研究主要有五部分組成： 第一章為緒論：闡述研究問題的背景，通過檢索和閱讀國內(nèi)外文獻，，把握虛擬實驗研究現(xiàn)狀和彈性設(shè)計的具體體現(xiàn)，提煉出目前虛擬實驗存在的問題，給出本文的研究思路、方法和意義，呈現(xiàn)論文結(jié)構(gòu)。 第二章為研究的相關(guān)概念和理論基礎(chǔ)。依據(jù)“彈性”、“彈性設(shè)計”的概念，梳理虛擬實驗彈性設(shè)計的內(nèi)涵與研究范疇；通過“Poka-Yoke”(波卡糾偏)、靈活性—使用性折衷設(shè)計法則、認知與行為和設(shè)計心理學(xué)相關(guān)理論對虛擬實驗彈性設(shè)計的指導(dǎo)作用：①波卡糾偏理論主導(dǎo)虛擬實驗彈性設(shè)計中的操作錯誤，主要為防錯和預(yù)防失誤；②靈活性—使用性折衷設(shè)計原則不僅考慮虛擬實驗系統(tǒng)的承受能力同時兼顧“以學(xué)習(xí)者為中心”的設(shè)計理念；③認知、行為與設(shè)計心理學(xué)的相關(guān)解釋有助于啟發(fā)對虛擬實驗可調(diào)整性、可變性、可伸縮性等的探究。 第三章根據(jù)文獻，虛擬實驗彈性設(shè)計應(yīng)滿足設(shè)計的需求等級和提高用戶（或?qū)W習(xí)者）體驗需求等級及彼此對應(yīng)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上提高虛擬實驗的防錯、容錯與糾錯性能；根據(jù)學(xué)習(xí)者存在的失誤、疏忽等引發(fā)誤操作的多種因素說明虛擬實驗彈性設(shè)計具備實用性，利用系統(tǒng)動力學(xué)方法分析其實用性驅(qū)動系統(tǒng)；給出虛擬實驗彈性設(shè)計需遵循的原則：回旋性、多路徑、奧卡姆剃刀、低勞作性、層次性與彈跳性等；結(jié)合虛擬實驗的元素構(gòu)建其彈性設(shè)計模型，剖析模型的三大子類：波卡糾偏、回旋性、可伸縮性及各模塊的構(gòu)成成分和作用。分析了虛擬實驗彈性設(shè)計下波卡糾偏和回旋性的過程以及可伸縮性中的分區(qū)與并置的模擬。 第四章為案例實證部分，因?qū)W習(xí)者在實際拆裝齒輪油泵時極易出錯，以《幾何精度對機械性能影響的綜合檢測》中的“齒輪油泵的拆卸與組裝”為虛擬實驗彈性設(shè)計開發(fā)案例。分析實驗內(nèi)容和學(xué)習(xí)者特征；描繪虛擬實驗彈性設(shè)計開發(fā)的一般流程；制作了融匯彈性設(shè)計理念的齒輪油泵拆裝虛擬實驗。 第五章為總結(jié)和展望：對本研究作階段性總結(jié)，提煉創(chuàng)新之處，陳述展望和后續(xù)研究。
【關(guān)鍵詞】：彈性設(shè)計 虛擬實驗 波卡糾偏 回旋性 可伸縮性
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：G434
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 研究背景及問題的提出11-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 存在的問題15
• 1.3 研究思路、方法及意義15-17
• 1.3.1 研究的思路15-16
• 1.3.2 研究方法16
• 1.3.3 研究意義16-17
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)17-18
• 第2章 虛擬實驗彈性設(shè)計的相關(guān)概念和理論基礎(chǔ)18-23
• 2.1 彈性和彈性設(shè)計的概念18
• 2.2 虛擬實驗彈性設(shè)計的內(nèi)涵18-19
• 2.3 波卡糾偏理論對虛擬實驗彈性設(shè)計的支撐作用19-20
• 2.4 靈活性—使用性折衷原理對虛擬實驗彈性設(shè)計的指導(dǎo)作用20-21
• 2.5 行為、認知、設(shè)計心理學(xué)等對虛擬實驗彈性設(shè)計的啟發(fā)作用21-23
• 第3章 虛擬實驗彈性設(shè)計的相關(guān)分析和模型構(gòu)建23-40
• 3.1 基于多種需求分析虛擬實驗彈性設(shè)計的目的23-26
• 3.1.1 設(shè)計的需求等級23-25
• 3.1.2 用戶體驗的需求等級25-26
• 3.2 虛擬實驗彈性設(shè)計的實用性驅(qū)動系統(tǒng)26-29
• 3.3 虛擬實驗彈性設(shè)計的原則29-30
• 3.3.1 回旋性29
• 3.3.2 多路徑29
• 3.3.3 奧卡姆剃刀29-30
• 3.3.4 低勞作性30
• 3.3.5 層次性與彈跳性30
• 3.4 虛擬實驗彈性設(shè)計模型及其三大子類分析30-40
• 3.4.1 模型構(gòu)建30-32
• 3.4.2 模型子類一：波卡糾偏模塊及作用32-34
• 3.4.3 模型子類二：回旋性模塊及作用34-37
• 3.4.4 模型子類三：可伸縮性模塊及作用37-40
• 第4章 虛擬實驗彈性設(shè)計的案例分析40-47
• 4.1 實驗內(nèi)容簡介40
• 4.2 學(xué)習(xí)者分析40-41
• 4.3 設(shè)計流程41
• 4.4 案例設(shè)計41-47
• 4.4.1 齒輪油泵拆裝虛擬實驗的波卡糾偏設(shè)計42-43
• 4.4.2 齒輪油泵拆裝虛擬實驗的回旋性設(shè)計43-44
• 4.4.3 齒輪油泵拆裝虛擬實驗的可伸縮性設(shè)計44-47
• 第5章 總結(jié)與展望47-49
• 5.1 研究工作總結(jié)47
• 5.2 未來工作展望47-49
• 參考文獻49-53
• 導(dǎo)師與作者簡介53-54
• 致謝54

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本文編號：551401