原型建构在工程教学设计中的应用研究

来源:用户上传      作者: 赵慧

　　摘 要 使用口头协议分析方法，我们描述了一项关于原型建构帮助工程类学生如何处理设计任务的潜力。从我们对8名不同年级段的学生的分析报告中，我们发现开放式的设计中，原型建构可以帮助学生更好的收集评估构想，更好的展现他们的构想，以及帮助学生更好的发现真实行为和概念原型之间的差异。原型建构同样可以提高创新构想，帮助学生认识到他们的元认识设计策略，我们同样发现，不管他们开始构图还是建构，多数学生的建构进度时间是一致的。
　　关键词 设计教育；设计认知；工程设计；草案分析；工程教育
　　
　　这份研究报告就是用来调查是够亲自建构原型可以促使学生跟好的理解工程设计过程，并利用口头协议分析，我们从8位进行开放式建构设计任务的工程学生中收集数据，这份报告反映了这项研究成果。
　　
　　1.背景
　　我们视建构为工程设计过程的一种辅助，原因有很多。首先，学生们经常很难从草图中去看到结构丙炔进场盲目的接受电脑分析的结果却不去检查。二是建构一个物理原型可以展现学生的非理想工程，并给予他们机会去了解真实行为和概念原型预测行为的差异性，设计的初始阶段作出的假设可以在建构时候显示并且可以被优化或者重新设计以此来检测概念。三是建构可以让学生更快的得知有形的结果。最后，这份报告中引用的所有研究者都注意到大多数学生喜欢快速原型建构，这样原型建构在工程设计过程中对学生是个十分有用的工具就得以解释了。
　　
　　2.方法
　　我们想要研究工程类学生在一个开放式原型建构任务中的认知过程。由于我们看不到认知过程，唯一的方法来知道他们在任务中想什么就是问他们。一个曾经用来促使我们了解工程学生面对复杂问题时候怎么找出解决办法的方法就是口头协议分析。在口头协议分析数据收集时，主体要求在他们展示任务的同事大声的思考。我们并不认为这样就是通向了他们的认知过程，但是他们能告诉一些短暂记忆的内容。从这些口头描述中，我们可以深入了解到他们是怎么从问题中收集并加工信息的，他们是怎么找到解决方案的。这份研究中，我们展示八位参与者的分析。
　　2.1 实验对象
　　来自本校的8名学生前来参与这项设计任务。这几名学生都认识研究报告的的作者，所以非常方便，其中有5名男生，3名女生，他们来自不同的工程专业和年级。
　　除了他们的年级不一样，他们的设计经验也大不相同。有些学生会有一些设计经验的选修课。有些会参加能从中接触到设计过程的暑期实践或者一些课外活动。所以，学生设计经验有很大的差别。
　　2.2 设计任务
　　任务标准应该是可聚集的并相对容易快速简便修改的；应该是学生参与设计过程的；应该是可以快速上传到其他网站的；应该有一个相对简单的应用并且最后可以被一些独立的，电脑传送的评估工具修改的。搜索范围缩小至由国家科学基金会资助的用来提供帮助残疾人研究计划的项目。该程序包含的项目是一些转为个人生理挑战而量身定制的辅助设备，由本科的工程学生研发的。有非常多元化的选择可以供项目选择，大多数都是相对轻巧简便，符合我们任务的标准。最后我们选择的任务是建立一个单手开瓶器的原型。
　　2.3 过程
　　我们通过伊妹儿直接问研究参与者他们是否愿意参加工程设计的研究实验。学生们在给予承诺后就会被要求在学校的小会议室单独进行测试。天花板上会安装一个小型自动录像的相机以便来记录他们的演说以及学生的手势（脸型不会被录制）。在开始录制之前，我们会告知参与者研究的目的，即用来调查工程设计的过程，并给他们一个有24道题目的大声思考的项目。
　　当他们做完这些题目后，我们就给他们一张信息表用来解释他们的设计任务：每个人开发开瓶器只能用手。学生只能从大桌上放的15套列有的行动来做。每套行为由5到8张提供不同信息的卡片组成。信息表上说明了参与者可以选择他们觉得可以帮助他们制定方法的任何卡片。
　　我们使用乐高积木来建构原型。当他们选择了建构原型的卡片后我们就会提供一个乐高积木的工具包并且大致指导他们该如何使用。当参与者设计并建造出他们的原型后，另外2名研究者就会观察记录并问他们一些相关的简短的问题。
　　
　　3.分析
　　转录的文本随着时间会形成我们要分析的主要数据。内容分析法是我们使用的方法，使用超研究，我们形成一个定量的数据软件包。这种分析的形式包括通过文本寻找重复的词，句或者主题。频率和模式可以帮助定义创建分类或者编码。有些句子被编为多个类目。一旦分类创建后，就会不断的比较来确认类目内部的同质性和外部的异质性。
　　
　　4.结论
　　从学生们的口头协议分析中，我们可以发现原型建构具有帮助学生产生，展现并评估设计想法，以及在草图阶段发现缺点的潜能。同样可以帮助学生及时的调整真是行为和用来预测那种行为的概念化原型的差异。原型建构作为开放式为题的一部分为创造性思维提供了有利机会。大部分的学生表明亲自动手进行建构原型可以更好的帮助他们产生创新思想。分析和指正他们的作品和想法在工程设计过程中非常重要，而建构原型可以提高一些学生的进程。通过建构原型，这些学生开始明白原型建构是怎样来修正他们最开始的想法的了。此外原型建构可以在学生们草图阶段暴露暴露出他们的不正之处。最后，原型建构可以让同学们开始关注他们的元认知策略以及学习方式。
　　
　　
　　参考文献
　　[1] Atman, C., & Bursic, K. (1998). Verbal protocol analysis as a method to documentengineering student design processes. Journal of Engineering Education,87(1), 121―131.
　　

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