软件开发团队知识创新论文

摘要：大学生知识创新意识与能力的培养，一直是高等教育课堂改革的重点与难点。该文在知识创新教学模式中，设计了数据驱动的协同反思性评价策略，以帮助大学生发展知识创新话语，进而发展知识创新能力和领域知识的理解能力。该研究的参与者是一所重点师范大学选修通识核心课的、来自不同专业的67名本科生，整个研究持续了两个周（32课时）。今天小编给大家找来了《软件开发团队知识创新论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

软件开发团队知识创新论文 篇1：

基于知识创新的创客教育与信息检索课程融合

摘要：知识创新是包括了知识的创造、转移及共享、应用的动态过程。无论知识的创造还是新知识的应用都脱离不了实践。实践对知识创新而言起着至关重要的作用。而知识的转移与共享在知识的创造和应用之间起着不可或缺的桥梁作用。基于知识创新的创客教育与信息检索课程融合的本质是通过实践对知识进行重构、共享、集成等知识含义层面的运算，在解决具体问题过程中螺旋式激发出新的知识，将创客教育和信息检索课程组成一个完整的有机整体，为信息检索课注入新的活力。因此，“实践、知识创新、共享”是创客教育与信息检索课程的共同本质也是两者融合的基础。利用SECI循环转换模式和知识创新场理论，构建创客教育与信息检索课程融合的模型，可以从支撑环境、知识主体以及教学内容和教学模式三个方面来扫清隐性知识和显性知识之间转化的障碍，有效推动隐性知识和显性知识的互动，为创客教育与信息检索课程融合探寻新的视角和路径。

关键词：高校图书馆；信息检索课；创客教育；知识创新

基金项目：四川省社科规划一般项目“基于网络计量学的期刊学术影响力评价研究”（SC14B118）。

作者简介：何晓庆，副研究馆员，四川大学图书馆（四川成都 610065）。

一、 引言

在全球知识经济和科技革命的大背景下，培养创新型人才已成为国家战略层面的重中之重。2015 年的政府工作报告首次提到“创客”，党的十八大明确提出我国创新驱动发展战略。创客教育是应运而生的一种新的教育模式，教育部印发的《教育信息化“十三五”规划》提出“推动创客教育的教育模式探索，提升学生的信息素养、创新意识和创新能力，养成数字化学习习惯，促进学生的全面发展”（教育部，2017a）。教育部在《普通高等学校图书馆规程》总则中也明确指出，“图书馆的教育职能和信息服务职能是其主要职能。图书馆应当积极发挥在学校人才培养、科学研究、社会服务和文化传承创新中的推动作用”（教育部，2017b）。图书馆教育职能的具体体现是信息素养教育，而信息素养教育的重要途径则是信息检索课程。目前绝大部分本科学校图书馆均开设有信息检索课程，信息检索课程已由传统的“文献检索课程”发展为以提高学生信息素养为目的、重视实践和创新，以计算机和网络为基础的信息检索专业性课程。虽然信息检索课程的改革已经取得一定的成效，但是教学内容窄化，教学手段有待更新，课程与新技术的整合有待进一步推进等问题都亟待解决（刘书凯等，2016）。因此，信息检索课程的内容创新及实践创新模式都需要积极拓展。创客教育的出现为信息检索课程改革打开了一扇门。创客教育所提倡的强化学生创新精神以及提升创新能力都与高校图书馆信息检索课程的宗旨和目标高度契合（袁红军，2016）。但目前对创客教育和信息检索课程融合的研究很少，并且还仅限于文献检索课教学的研究（袁红军，2016），还尚未将创客教育和信息检索课程共有的知识创新属性有机关联起来。本文从知识创新视角探讨创客教育和信息检索课程的融合，以期探寻新的视角和方法，寻找信息检索课程改革的发展动力。

二、创客教育与信息检索课程融合的本质

创客教育将创客文化和现代教育进行有机融合，以激发学生兴趣为导向，采用项目式的学习方式，充分利用各种数字化工具，提倡造物运动，强调分享，旨在培养学生跨学科解决问题的能力、团队協同合作能力以及知识创新的能力（周霞等，2017）。创客教育强调“在创造中学习”，学生由被动的知识接收者和消费者转变为主动的知识实践者与知识创新者；教师需要改变观念，对将学生置于被动地位的思维方式以及教学方式重新“再造”（郑燕林，2015）。

信息检索课是一门学生获取新知识、优化知识结构、激活知识存量、提升学习和研究能力、提高创新能力的基础性课程。旨在提升学生信息工具的实际应用能力和信息知识的综合运用及创新能力。即让学生能灵活运用各种信息技术和方法对各类有用的信息进行有效收集，甄别有用且可靠的信息并进行准确地传递、储存、加工及分析，在此基础上利用信息分析问题、解决问题，最终通过对信息的归纳、综合、抽象等创新思维活动，做出创新性论断，创造出新的信息。因此，信息检索课是一门极具实践性和操作性的课程，其重点在于对学生的实践能力以及创新能力的培养。

基于知识创新的创客教育与信息检索课程融合的本质，是通过实践对知识进行重构、共享、集成等知识含义层面的运算，在解决具体问题过程中螺旋式激发出新的知识（赵蓉英等，2017），将创客教育和信息检索课程组成一个完整的有机整体，为信息检索课注入新的活力。因此，“实践、知识创新、共享”不但是创客教育与信息检索课程的共同本质也是两者融合的基础。创客教育与信息检索课程无论在课程要求还是知识体系上都具有鼓励创新与崇尚实践的共同核心理念，具有有效融合的可行性，从而产生双赢的效果（王志强等，2016）。基于创客教育的信息检索课本身也是一个引导学生知识创新的过程。只有当知识顺利实现创造及应用，信息检索课的改革目标才能成功实现。

三、创客教育与信息检索课程融合的知识创 新路径

本文利用日本管理学家Ikujiro Nonaka与Hirotaka Takeuchi提出的知识创新经典SECI循环转换模式和知识创新场理论来构建创客教育与信息检索课程融合的知识创新路径。根据SCEI及知识创新场理论，知识创造活动会经历四个知识转化阶段，形成知识螺旋并在各个阶段经历四种场。

1.创客教育与信息检索课程融合的知识螺旋

创客教育与信息检索课程融合的知识流动与创新的本质是在不同知识主体之间显性知识和隐性知识的相互转化和融合，通过隐性知识→隐性知识、隐性知识→显性知识、显性知识→显性知识、显性知识→隐性知识四种模式之间的不断切换，新知识被螺旋式创造和扩展出来，从而实现知识创新，如图1所示。

（1）隐性知识→隐性知识。从隐性知识到隐性知识之间的转化是知识个体之间经验共享的过程。信息检索课程的学生可以通过观察、模仿、实践的方式从授课教师那里学到不能用正规语言来传授的隐性知识。获取隐性知识的关键是经验。缺失知识个体之间的经验分享，则很难实现从隐性知识到隐性知识之间的转化。隐性知识到隐性知识的转化主要是通过观察、模仿、从“干中学”的实践过程来实现，这与创客教育所倡导的理念不谋而合。

（2）隐性知识→显性知识。从隐性知识到显性知识是将隐性知识挖掘出来并把其发展为显性知识的过程。外显化是知识创新过程的精髓，在这个过程中，要运用到一系列诸如比喻、类比、模拟、假设、模型等形式。在创客教育与信息检索课程融合的过程中，语言描述和书面表达则是最常用的方法，而“学中干”能通过引入具体的实际问题来提升显性知识的确信度（高照军等，2014）。

（3）显性知识→显性知识。从显性知识到显性知识是将零散的非系统化的显性知识组合成方法、程序、数据库等明确的显性知识系统。从显性知识到显性知识的组合是通过不同知识元素之间的重新排列组合而产生的新知识。在创客教育与信息检索课程融合中，知识转化的组合方式通常由信息检索课的教师对课程的教学理念以及教学模式进行分解并具体实施的过程所体现。其组合的方式并不单单局限于现场教学，也可以是课前课后的QQ、微信或者电话等形式的沟通。

（4）显性知识→隐性知识。从显性知识到隐性知识是知识个体将已经吸收融合的显性知识转化为自身隐性知识的过程。内隐化是使得教授信息检索课程的教师的显性知识通过学生的学习而内部化为学生个人知识和技巧的过程。这个过程是一个从实践中学的过程，同时也是创客教育的过程。在此过程中，通过实践让学生有所亲身体会而取得相应经验，从而学习到知识显得尤为重要。在创客教育与信息检索课程融合中，教师和来自不同专业的学生相互交流和学习则是一个从显性知识到隐性知识转化的内隐化过程（王彦博，2011）。

2.创客教育与信息检索课程融合的知识转化及创新场

在创客教育与信息检索课程融合的知识螺旋中，知识螺旋需要四种不同的场来进行知识转化及创新。每个场为某一特定阶段的知识转化及创新程序提供孵化的基地，并提升知识创造的速度和效率。四个知识转化及创新场所进行的四个知识转化程序就组成了一系列连续超越自我的知识转化和创新程序，如图2所示：

（1）原始场。原始场是知识创新之起点，代表了知识螺旋的隐性知识→隐性知识阶段。在原始场中，授课教师与学生之间以及学生与学生之间通过面对面的交流消除彼此障碍，相互表露感觉、情绪、经验与心态进而使得这些高度内隐的隐性知识得以被表达出来，为后续的知识流动、共享以及创新奠定基础。原始场中面对面之交流对隐性知识的转化和创新具有十分重要的意义。但原始场并不能人为的直接建立，只有创造条件和氛围来促进原始场的出现。

（2）互动场。互动场属于将隐性知识显性化的外显化阶段，为知识转化及创新的有效实施提供一个良好的互动环境。由于信息检索课通常是选修课，学生来自不同专业甚至不同年级，因此在教学过程中，可将不同专业、拥有不同技能的学生组成“课题小组”，让课题小组成员在互动场能敞开心扉交换彼此想法，同时也对自己本身的想法加以完善及分析，促进隐性知识到显性知识的转化，进而创造新知识及价值。

（3）系统化场。系统化场是实现显性知识到显性知识组合化的场所，在这里显性知识将完成新的“蜕变”，产生更系统化的新的显性知识。在系统化场中，要充分利用虚拟世界来进行互动。在信息检索课程的实际教学过程中，可以利用QQ、微信等各种网络社交手段以及资料库、数据库等来强化这一知识转化及创新程序。

（4）练习场。练习场属于从显性知识到隐性知识的内隐化阶段。在练习场中，信息检索课的授课教师的显性知识将被转化为学生的隐性知识，而这个过程中最重要的是在教师的指导下，学生亲自动手不断地实际操作演练，而不能仅仅听教师讲授分析。通过这种实际的课题练习模拟显性知识，使之持续将这些知识内隐化（周勃，2005）。

四、基于知识创新的创客教育与信息检索课 程融合原则

1.实践性

信息检索课是一门融合了图书馆学、情报学、信息技术等专业知识的实用性很强的工具型课程，实践是其第一要务。知识创新源于实践，创客教育也提倡实践。无论创客教育和信息检索课的本质、还是知识创新的方法都需要落脚于“实践”基础上。因此，实践性是基于知识创新的创客教育与信息检索课融合秉承的首要原则。

2.以学生为主体

在基于知识创新的创客教育与信息检索课的融合中，教师所扮演的角色不仅仅是单一的知识传授者而更多的是学生知识学习和创新实践的指导者，学生也不仅仅是知识的被动吸收者而更多的是知识的主动学习者、实践的体验者、知识的创新者。因此，在基于知识创新的创客教育与信息检索课的融合中应该突出学生的主体作用，充分调动学生的积极性、创造性。

3.包容性

知识创新是在不断失败和纠错的循环中孕育出的，从某种意义上说，“失败”是知识创新的“温床”。因此，只有具有包容性的创客教育与信息检索课的融合才有利于知识创新的实现。基于知识创新的创客教育与信息检索课融合的包容性，一方面体现在对学生及教师创新实践失败的宽容，另一方面体现在对于创新“失败”的合理引导和利用，为下一次的创新实践奠定基础。

4.开放性

创客教育与信息检索课融合的知识创新系统的开放性主要体现在思想的开放性、教学内容和方式的开放性以及空间的开放性。思想的开放性是指师生都具有知识创新的意识。对于信息检索课教学内容和方式的开放性则是指学生可以對教学内容和方式提出异议，而教师也很乐意根据学生的反馈改进教学内容和方式。空间的开放性则是基于知识创新的创客教育与信息检索课融合的学习空间并不仅仅拘泥于传统的教室，除了课堂的教学，还包括各种形式的线上线下的师生之间、生生之间的相互学习及分享（袁红军，2016）。

5.趣味性

一成不变、枯燥乏味的教学内容和方式很难引起学生学习的兴趣。应在教学内容和方式的制定时尽可能结合社会科技的发展脉搏与学生的兴趣点，融入更多的互动交流、交互式的学习方式等来增强信息检索课程的趣味性，提高对学生的吸引力，进而促进学生知识转移、共享、创新的意愿。

五、基于知识创新的创客教育与信息检索课 程融合模型的构建

根据前述创客教育与信息检索课程融合的知识螺旋及知识创新场的分析，构建基于知识创新的创客教育与信息检索课程融合模型，如图3所示。该模型从支撑环境、知识主体（教师）、教学内容与教学模式方面来扫清隐性知识和显性知识之间转化的障碍，有效推动隐性知识和显性知识的互动，为知识创新螺旋创造相应的知识创新场（李俊龙，2012）。这也是创客教育与信息检索课程融合模型的知识创新动力来源，通过知识之间不断互动累积与转化，最终实现知识的螺旋式成长。

1.支撑环境

第一，塑造学习型组织。学习型组织是将学习作为一种集体核心价值观的组织。学习型组织的最显著特征是学习。知识积累是学习的直接目的，而通过学习累积的知识则是进行知识创造、创新的基础，也是创客教育的基础。通过学习型组织的塑造，让信息检索课程的教师和学生形成一个能够不断学习，以及善于运用系统思考模式去尝试各种解决问题的途径，进而扩充和提升师生的知识、经验并增进其知识创新能力的整体。一个良性的学习型组织不但每个个体都具备良好的知识学习能力和动力，还善于在感情交流的基础上相互学习和经验交流、在学习和经验交流中贯穿情感交流，让两者形成良性的互动机制。学习型组织所学习的内容既涵盖显性知识的学习也囊括隐性知识的学习，其中隐性知识的学习是关键。而推动隐性知识流动和转化的核心是经验交流和实践。学习是在外部刺激下利用自身的知识存量来不断创造出新知识的过程。这个过程中的关键问题是要将通过学习而获得的知识如何变为自身的思想和行动，从而最终创造出新价值。因此，学习什么？怎样学习？学习能解决什么实际问题？学习的目的是什么？这些问题是信息檢索课程的教师需要去思考的。在引导学生学习创新的过程中，要让其带着问题去学习，注重培养其实际运用知识能力，增强学习针对性和效率。只有在实践中不断提升学生灵活运用知识的能力，才能提高其创造、创新能力。

第二，建立激励机制和容错机制。激励是知识创新的催化剂。通过激励不仅可以加快隐性知识和显性知识之间的流动和转化，并且可以促进四个知识创新场的产生，进而推动知识的螺旋升华和创新。在信息检索课程的教学中，对于学生的激励方法并不仅仅限于学科成绩的激励，因为不是所有学生都对学科成绩激励敏感。应该根据实际情况采取灵活多变的激励方式。比如对那些学科成绩的刺激不太敏感但对名望更加重视的学生可以采用课题小组负责人的方式来激励。同时，愿景共鸣所产生的认同感也是激励的重要方向。这就取决于授课教师为学生设立的目标应在可实现的前提下具有一定的挑战性，这能激发学生的学习热情。在知识创新的开展过程中，接受并包容创新失败的容错机制和激励机制同样重要。创新本身就是在一次次的失败中获得新生，不可能每一次的创新都能获得成功。如果对创新失败零容忍，那么学生则会害怕创新失败所带来的后果，最终导致没有人敢于创新。但是如果对创新的失败没有原则的宽容，则有可能会助长以创新为借口来逃避失败。因此，对于创新失败应该建立合理的机制，在一定范围内的合理的创新失败可被宽容。这样既可以避免无意义的失败发生又可以调动学生创新的积极性和创新意识。

第三，充分利用图书馆创客空间。图书馆创客空间是集学、做、讨论、创新于一体的理想场所。知识创新强调的是面对面的交流、全体的参与以及实践。通常图书馆创客空间都配有讨论区，在这里学生和学生之间以及学生和教师之间可以毫无障碍地面对面交流、研讨，碰撞出创新的思想火花。而图书馆创客空间的实践区是学生在进行课题学习过程中，动手实际摸索操作的主要场所。通常实践区都配备比较齐全的各种加工设备，如焊台、电钻、3D打印机等以及多种多样的工具型软件（曹芬芳等，2017）。学生可根据课题的具体情况有选择的使用。在实际教学活动中，应该充分利用图书馆创客空间，让每一个学生作为“创客”体验创客活动的整个过程。从自由组队到找到创造性的解决途径，分享交流以及改进。通过这种体验式的共同完成课题使得学生的知识创新能力、动手实践能力以及交流合作能力都得到大幅提高。

2.教师

第一，培养知识创新型教师。知识创新型教师是保障信息检索课程能否顺利实现知识创新的关键力量。知识创新型教师首先必须要具备一定的知识存量，才能确保和学生之间有合理的知识势差。在当今科技迅猛发展的时代，只有与时俱进不断学习吸收新的知识、新的技术的教师，才能在知识和技能会很快面临“过时被淘汰”的情况下，保证和学生有足够的知识势差。所以教师的自我不断学习和提升就显得尤为重要。任课教师不但要充分利用各种进修机会充实和扩展自身的知识存量，还应该创造利用各种机会和其他任课老师一起合作学习，并且善于从实际教学活动中获得回馈，来对自己的教学方法和教学内容进行不断改进和完善。就知识螺旋的创新而言，其难点莫过于隐性知识的外显化以及显性知识的内隐化。而要顺利实现知识螺旋的隐性知识和显性知识之间有效流动和转化则要充分利用知识螺旋创新的四个场（原始场、互动场、系统化场、练习场）。如何创造条件充分利用知识创新的四个场，使得知识的螺旋式上升得以顺利实现进而推进知识的创新，是知识创新型教师应该具备的能力。

第二，组建教师学习共同体。在知识创新的知识螺旋过程中，知识的共享是尤为重要的一个环节。而知识共享中面对面的交流以及人员的轮换是两个最主要的手段。任课教师之间的面对面交流有利于隐性知识的共享及转化。人员的轮换虽然有助于知识共享，但是同时带来的问题是授课教师的不稳定以及课程的不完整性。教师学习共同体的组建则能既保持授课教师的稳定性又能推动知识的共享。通过组建教师学习共同体，使得人员虽然不轮换，但是教师的“思想”得到了轮换。并且教学研讨小组的组建也为授课教师之间的面对面交流提供了机会和环境。教学研讨组活动的开展方式可以采用定期面对面主题式的研讨活动与实时信息互动相结合的方式，既保证教师之间面对面的交流机会，又弥补了面对面交流在时间、空间上的局限。例如，四川大学图书馆信息检索课程的授课教师组建的教师学习共同体定期两周一次开展研讨活动。研讨活动的主题是大家根据近期的教学心得以及最近出现的新的技术热点等集思广益商议一个主题，然后大家畅所欲言，展开讨论，交流经验。翻转课堂的教学形式在四川大学图书馆教授的信息检索课中盛行则是在一次研讨活动中由一个教师实践后共享给其他教师的结果。除了定期的研讨活动，四川大学图书馆的信息检索课程授课教师组建的教师学习共同体还建立了研讨小组QQ群，以便教师之间对新技术、新发现进行实时的共享和交流。

3.教学内容及教学模式

开发融入更多创客元素的课程内容以及采用基于课题的研讨式教学方式。信息检索能力是创客必备的基本能力之一。信息检索课程的教学内容本身和创客教育的内容有部分重叠。以往的信息检索课程的教学内容更注重检索技术及数据库的使用，所以对于授课的内容需要融入更多的利于创客创新的工具及方法，例如文献分析可视化工具Citespace；专利分析工具TDA、TI；思维导图工具Mindmanager等。同时，基于课题的实践是高校创客教育和信息检索课程的教学重点。通过具体课题的方式，让学生置身问题情景中，在完成课题的同时对之前所学的知识进行加强和深化。基于课题的实践活动可借鉴“创客马拉松”的形式，提供更加开放自由的空间和条件，让学生自由组合成各个课题小组，针对某一个具体课题进行深入探索，最终提出创造性的课题解决方案，在全班范围内进行展示和交流。研讨式的学习方式则和基于课题的实践活动相得益彰。研讨式的学习方式摒弃了传统的单一的教师在讲台上“教”，学生在下面“学”的被动的学习方式，让学生拿到课题后进行充分的讨论，有了更大的自主选择权。在基于课题的研讨式的实践教学活动中，教师所扮演的角色更多是指导性的，特别是在学生实践活动中偏离方向或者遇到困难的时候提供辅助性的帮助与指导。基于课题的研讨式教学方式能否获得成功很大程度上取决于能否激发学生的兴趣，让学生主动参与其中，这与教师所提供的课题选项能否得到学生的认可有很大的关系（吴永和等，2017）。如何在众多学术问题中找到和学生密切相关并且是通过努力可以实现的课题是授课教师亟待思考的问题。

关注有效失败和无效成功。学生在课堂中的学习现象可以划分为有效成功、有效失败、无效成功以及无效失败四类。有效成功即是学生实现了表现上的成功以及内在知识学习的发生。有效失败则是學生虽然并没有实现表现上的成功，但这个并不成功的过程却唤醒了学生的知识存量，有效推动了内在知识学习的发生。无效成功则是学生虽然实现了表现上的成功，顺利完成了需要解决的问题，但是由于教师过早提供给了学生解决问题的方案，让学生径直跳过了尝试解决问题的“试错”环节，学生实际上并没有完全理解掌握知识更谈不上利用知识进行知识创新，因此在这种情况下学生的内在知识学习并没有发生。无效失败则是学生既没有实现表现上的成功，同时这一失败的尝试也没有帮助学生产生内在的知识学习（郭猜远，2016）。而在这四种学生的学习现象中，教师需要着重关注的是有效失败和无效成功。对学生课堂学习而言，有效失败起得是一种正向的推动作用，而无效成功则是一种负面的妨碍作用。因此，在创客教育信息检索课程的教学设计中，需要融入“试错”环节，选择合理的课题以及设计合适的课程环节，既让学生感到挑战性，又不会产生挫败心理，并能一直保持对问题解决充分的参与热情。整个“试错”过程中需要考量问题的难易程度、学生的知识存量以及知识的有效呈现方式。在关注有效失败的基于知识创新的创客教育与信息检索课程教学设计中，教师在学生独立地充分尝试各种途径解决问题之前，即使被学生要求提供帮助也应不直接提供答案性帮助，而是提供启发式的间接帮助，让学生动手去尝试和摸索，并让学生坚信不管成功与否最重要的是动手尝试。为避免无效成功的发生，则需要教师在教学上不能过早地将结构化内容传递给学生，确保学生有足够的条件让自己去理解和吸收，尽管这些理解不一定全部正确，但这一过程本身就是学习的过程，具有有效性和产出性（郭猜远，2016）。

五、结束语

信息检索课所面临的社会以及技术环境已发生很大的变化，传统的信息检索课受到了不小的冲击，信息检索课要与时俱进，适应新环境、新需求。创客教育的理念以及方式为信息检索课引入了新的动力和生机。笔者从知识创新的视角，为创客教育和信息检索课的有机融合探寻了新的方法和途径。基于知识创新的创客教育和信息检索课的融合是动态的变化过程，无论是信息检索课的教学内容、教学方式还是教学理念都需要嵌入创客的元素，并为新知识的创造提供基础和条件。创客教育的注入不仅让信息检索课程迎来了生机和活力，也充实了创客教育的理论和实践，并在创新型人才培养上为我国创新事业做出应有的贡献。

参考文献：

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收稿日期 2017-10-20 责任编辑 吴乃

作者：何晓庆

软件开发团队知识创新论文 篇2：

协同反思性评价促进大学生知识创新话语发展的效果研究

摘要：大学生知识创新意识与能力的培养，一直是高等教育课堂改革的重点与难点。该文在知识创新教学模式中，设计了数据驱动的协同反思性评价策略，以帮助大学生发展知识创新话语，进而发展知识创新能力和领域知识的理解能力。该研究的参与者是一所重点师范大学选修通识核心课的、来自不同专业的67名本科生，整个研究持续了两个周（32课时）。通过社会认知网络及探究线程和内容分析方法，对学生的在线知识创新话语进行分析，发现：在创设的知识创新环境中，数据驱动的协同反思性大学生能够以共同体的形式不断促进知识创新话语的发展。同时发现，大学生在线知识创新行為与对学科领域知识的理解程度具有显著的正相关。该研究对培养大学生协同知识创新能力的研究和实践提供了很好的启示。

关键词：知识创新;反思性评价;知识创新话语;学习分析;元认知

文献标识码：A

一、问题提出

培养大学生的协同知识创新能力，一直是高等教育课堂改革的热点和重点，但如何在课程学习过程中培养大学生的知识创新能力，却是很多一线教师面临的—个很大的挑战。学习科学领域的最近研究结果表明，知识创新的发生，依赖于参与者在互动过程中集体认知责任的共同承担和反思、监控等元认知技能的有效使用。反思性评价作为一种脚手架策略，在促进学生承担集体认知责任和对探究过程的有效反思和监控等方面具有很大的优势。为帮助大学生在协同探究过程中，发展知识创新话语，进而发展协同知识创新能力，本研究创设了融合协同反思性评价的知识创新教学模式。该模式试图通过帮助大学生在协同探究过程中不断对共同体成员之间的互动过程和共同体产生的话语进行证据驱动的反思和调控，进而帮助学生不断调控和推进知识创新话语的发展。本研究旨在探究在知识创新学习环境中，数据驱动的协同反思性评价能否帮助大学生逐渐提升知识创新话语的质量以及加深对领域知识的理解。

二、理论框架

（一）知识创新教学模式

知识创新模式（又名知识建构）作为学习科学领域的五大教学模式之一，关注创设技术支持的真实学习环境，用以发展学生的设计和创新思维与能力，进而帮助学生像科学家一样提出问题、不断探究、创造新知识、生成新理论。知识创新模式是由12个教学原则（主要包括追求知识、自主自立，多元观点、正反思考，不断钻研、完善观点，融会总结、升华超越，时刻反思、改进认知）组成的动态、开放的有机体系。知识创新过程通常以学生共同体提出的探究问题为起点，以促进共同体成员之间观点的切磋、协商和创新知识为关注点，以帮助学生对知识创新过程以及所产生的观点和理论的反思和监控为手段，进而不断激发学生共同体推进探究、创新知识。

知识创新模式已经在许多学科（如科学、语文、数学、英语、视觉艺术等）中进行了应用，研究表明：知识创新模式能促进学生概念的转变及学业成绩的提高、高阶能力（如合作、探究、元认知能力等）的发展等。但目前，知识创新教学模式在实际教学应用中，也存在一些问题。例如，在协同探究过程中，学生通常局限于知识的分享、而非知识的创造，流于表面化、片段化，而非深入的讨论;学生通常更关注自己所写笔记的数量，而忽视与共同体成员之间的高质量互动以及笔记本身的质量。知识创新领域的最新研究结果表明，学生对协同探究过程中知识创新过程和结果的反思和调控，是知识创新话语不断产生和生成新理论、新知识的关键。为促进学生对知识创新过程与结果的有效反思和调控，本研究给学生提供了反映其知识创新过程参与、贡献和合作的数据，以帮助学生进行高效的反思性评价。

（二）反思性评价

本研究中，反思性评价指学生主导的、关注学生评价过程中主体地位与主动性发挥的、藉由评价量规或学习分析工具提供的学习过程与结果的数据，帮助学生对学习过程和结果持续不断地进行监控、反思和调控，进而促进深度学习的一种评价策略。反思性评价致力于将计划-反思-调控这一元认知过程引入学生的探究与创新过程，通过促进学生不断地对学习过程和结果进行监控、反思、计划和调控，进而帮助学生使用和发展元认知意识和技能，从而提升学习质量。反思性评价在本研究创设的知识创新环境中，被拓展至协同维度，呈现出更为丰富的维度。目前，学习科学领域的一些研究者通过让学生使用评价量规或标准，对探究过程进行反思性评价发现：反思性评价能够促进学生学业成绩的提高和概念的转变。

目前学习科学领域，尤其是知识创新领域的一些研究，开始关注如何利用学习分析帮助学生进行高效的反思性评价，进而投入高效的协同探究，不断发展高阶能力、提升学业成绩。Chen及其同事，Zhang及其同事和杨玉芹及其所在团队所进行的一系列探索性研究发现，学习分析支持的反思性评价能够促进学生对协同探究过程的调控和反思，进而促进知识创新能力、推理能力等高阶能力的发展和学习成绩的提高，及学生认知主动性的发挥。但目前反思性评价的研究主要集中于学生的个体维度，鲜有研究探索如何利用数据驱动的协同反思性评价促进学生知识创新话语以及知识创新能力的发展。

本研究试图揭示数据驱动的协同反思性评价在大学生协同知识创新话语发展及加深领域知识理中的作用。为实现研究目的，本研究拟解决以下三个研究问题：知识创新过程中，大学生共同体发展知识创新话语的模式是怎样变化的？知识创新模式中，协同反思性评价在多大程度上促进大学生知识创新话语的发展？大学生知识创新话语对帮助他们加深对领域知识的理解具有怎样的影响？

三、研究方法

（一）研究情境与参与者

本研究在一所重点师范大学，依托于通识核心课程“科学探究与知识创新”，历时2周完成;每周四次课，每次4课时（45分钟一课时），共32学时。该课程通过创设融合反思性评价的知识创新学习环境，使大学生体验像科学家一样发现问题、协同探究、创新知识的过程，并在这个过程中帮助大学生逐渐提升学习动机，掌握科学探究与知识创新的基本理论与技能。参与本研究的大学生来自两个自然班，共67人（一个班30人，另一个班37人，以大二、大三的学生为主）。这些大学生来自于该大学的17个学院，30个专业。他们学科背景差异较大，对科学探究与知识创新的理论与实践尽管有不同程度、不同角度的认识，但认识都比较表层。由于通识核心课程为必修课程，学生必须在整个大学期间修够四个这类课程的学分方可毕业，因而很多学生选修通识核心课的目的就是为了获取学分。通常，课程开始之初，学生学习主动性不高，学习动机相对比较弱，课程参与度很低。本课程的授课教师是一位教龄近两年的青年教师。

（二）教学设计

本研究创设了三阶段融合反思性评价的知识创新学习环境，以帮助大学生积极投入协同探究和知识创新过程中，进而不断提升知识创新话语的质量和发展对学科领域知识的深度理解。该模式以研究者2018年提出的知识创新模式为基础，并进行了修订，以更加适合大学生，其三段模式如下：

第一阶段：营造开放、安全的协同探究氛围，培养大学生进行知识创新的基本能力，如合作、计划与反思等。为此，教学过程中安排了小组研讨、头脑风暴、全班展示、小组研究性学习、桥梁设计与制作、概念图制作等系列活動。

第二阶段：推进以探究为导向，以创新观点为核心的在线知识知识创新活动。学生小组就科学探究与知识创新过程中涉及的关键主题如元认知、科学论证、科学思考、批判性思维、协作、知识创新等进行深度研究性学习。在研究性学习过程中，学生小组借助知识论坛以及课堂上的面对面知识创新话语，不断促进在线知识创新话语的发展。

第三阶段：推进学习分析支持的协同反思性评价，促进学生知识创新话语的深度发展。学生围绕学习分析提供的数据，对协同探究过程和共同体贡献的观点进行反思性评价，不断推进知识创新话语的发展。学生在知识论坛上开始讨论之后，每两天，我们给学生提供他们参与的精确数据（如写了多少笔记，笔记修改了多少次，笔记被阅读的百分比等），让学生对自己在协同探究过程的参与情况进行评价。同时，在这个过程中，教师就如何写出高质量的笔记和进行高效的互动，提供示范和建议。学生共同体在知识论坛上贡献一定数量的笔记后，教师创建“认知社会网络图”和“知识发展深度趋势图”驱动的协同反思机会，帮助学生对探究过程和探究内容进行反思性评价，从而制定进一步的探究方向，总结升华共同体观点等，进而逐渐创新知识、生成理论。

（三）数据收集与分析

本研究的主要数据源为学生在知识论坛上协同探究过程中所产生的1150条有效笔记，学生在平台上的参与数据（如贡献的笔记数量），以及学生关于领域知识理解的总结反思笔记。

1.知识论坛笔记

对于知识论坛上大学生所贡献的笔记，本研究首先进行了社会认知网络分析，然后进行了探究线程分析和内容分析。

（1）社会认知网络分析

本研究使用Oshima等开发的知识创新话语社会网络分析工具，按照讨论的推进顺序，将大学生的讨论笔记分为三个阶段进行分析（即将14天的时间平均分成三个阶段）;然后通过三个阶段关键词数量的变化以及不同关键词之间相互关系的变化（如表1所示）来揭示大学生知识创新话语发展一模式的变化。该研究将关键词之间相互关系的变化以不同关键词的点度中心性（Degree Centruality）进行表示。点度中心性被定义为网络中一个节点与所有其它节点相联系的程度，其值由与某个节点相联系的数量与整个网络所有联系的数量的比值决定，其值在0到1之间。因此不同时间段内关键词数量及其相互关系的演化，在一定程度上可代表在线讨论话语内容及其相互关系的变化。本研究首先将两个班的1150条笔记分别导入社会网络分析软件，并对导人的笔记进行预处理（例如对表达相同意义的不同词替换为同一词）。然后根据笔记的讨论内容，从笔记中选取讨论主题词即关键词。关键词的选定由两位经验丰富的研究者确定，其一致程度为93%，对于选出的不一致的关键词，通过讨论最终达成一致。最后，将关键词放入社会网络分析软件进行分析，以揭示大学生所产生的知识创新话语的模式是如何变化发展的。

（2）探究线程分析与内容分析

本研究首先通过探究线程分析，对学生的在线话语进行预处理，即将探究同一问题的所有笔记按照逻辑顺序和创建时间的先后，放入同一个群组，其目的是了解和追踪学生的探究问题和知识创新话语发展的过程，并为后续对探究线程的笔记进行内容分析提供情景，从而使我们能够在特定情境下，更好地理解学生的知识创新话语的演进与发展。探究线程指探究同一个研究问题的一串（簇）笔记。通过探究线程分析，本研究共发现了34条探究线程：一班14条，分别是科学思考的本质、科学思考与辩证思维、元认知的影响因素与培养、元认知本质与组成、建构主义与元认知培养、科学论证内涵、科学论证的作用、科学论证的应用、批判性思维的重要性、如何培养批判性思维、国内外批判性思维教育、批判性思维的本质与内涵、如何进行合作和合作方式;二班20条，分别是科学思考的认识、科学思考与教育、科学思考的培养、元认知的理解、元认知的组成、如何提高元认知、实践中的元认知、知识创新的内涵与外延、如何培养知识创新能力、知识创新与科技-经济-社会、什么是科学论证、科学论证与实践、科学论证的价值、如何评价科学论证能力、协作的本质、协作中的问题、如何培养批判性思维、批判性思维的理解、批判性思维的重要性和必要性、批判性思维及其相互关系。

然后，本研究以探究线程作为分析单元，利用表1所示的内容分析框架对学生的在线话语进行详细的内容分析。该内容分析工具以研究者2018年所开发的分析框架为基础，根据本研究的数据特点进行了修订完善，从而更有效地对本研究的数据进行分析。

2.课程反思总结笔记

为了解学生对所探究主题的理解，本研究要求每个学生提交一个关于探究主题（从元认知、科学论证、科学思考、批判性思维、协作、知识创新中任选一个自己感兴趣的）的总结反思笔记。总结反思笔记的内容包括：（1）关于该探究主题，我最初的理解是什么？（2）关于该主题，我现在的理解是什么？请详细解释。（3）我觉得该主题还可以继续探究的最有价值的问题有哪些？对于学生的反思总结笔记，我们从表述的科学性和论述的完整性两个维度进行评价打分，打分范围为50-100分。

四、研究结果

（一）知识创新话语发展模式的变化

本研究按照讨论的推进顺序，将大学生的讨论笔记分为三个阶段进行分析，然后通过三个阶段关键词数量以及关键词之间相互关系的变化来揭示大学生知识创新话语发展模式的变化。由图1可知，从阶段一到阶段三，学生所讨论的关键词的数量不断增多，这表明学生的讨论内容越来越丰富;学生所讨论关键词之间的链接越来越紧密，这表明知识创新话语之间的联系逐渐深入。以上这些研究结果表明大学生共同体在协同探究过程中，创造的内容逐渐丰富、深入，且主题之间的联系也越来越深入。

（二）大学生知识创新话语的特征与发展的程度

本研究首先利用表1的内容分析框架，对两个班的34条探究线程进行内容分析，以揭示大学生知识创新话语的特征。以此分析结果为基础，本研究将34条探究线程所包含的笔记按其被创建时间的先后顺序进行排列，然后根据反思性评价干预实施的时间点，将所有探究线程的笔记分为两个阶段，即干预前（阶段1）与干预后（阶段2）;然后对这两个不同阶段所包含的笔记在问题、观点和协同知识创新三个维度上出现频次的百分比进行比较，以揭示协同反思性评价促进知识创新话语发展的程度。

1.大学生知识创新话语的特征

表2显示，尽管两个班在问题、观点和协同知识创新三个维度上的频次有所差异，但在协同探究过程中，这两个班的学生倾向于提出寻求解释的问题，贡献详细的解释和阐述，并对讨论过程中的观点和想法进行拓展和理论化，进而不断生成理论。例如，在整个探究过程中，学生所写的笔记中，解释说明的数量远多于简单陈述（一班，14笔记VS191笔记，二班，413笔记VS23笔记）;同时两个班中，分别有56个笔记和108个笔记对班级共同体的观点进行拓展和升华，生成理论，以解释所探究问题的机制、原因、原则等。

同时下页表2也显示，在协同知识创新的过程中，学生在创建共同的理解、观点切磋、深化探究和综合升华等方面彰显了显著的知识创新特征：大学生对多元观点进行批判性思考，生成共同理解，切磋协商，提出深入探究的问题和维度，发现多元观点的深层联系并进行综合升华，提出更高层次的理论，创造新知识等。例如，二班的学生，分别有296条笔记进行观点切磋，205条笔记深化探究，95条笔记对共同笔记进行反思、综合和升华。这些研究结果表明，参与的学生不断推进共同探究的问题，对讨论过程中的笔记进行总结和升华，进而不断创新知识。

2.协同反思性评价促进知识创新话语发展的程度

表3表明，在协同探究过程中，从阶段一至阶段二，学生所撰写的讨论笔记中，进行简单陈述的笔记越来越少，进行详细论述和提升的笔记越来越多。例如从第一阶段到第二阶段，简单陈述所占的比例由5.95%降至1.08%，但详细说明和理论提升的笔记所占比例分别由44.25%和1.98%，显著上升至58.98%和23.84%，理论提升笔记所占比例尤为显著（1.98%VS23.84%）。同时，表3也表明，在协同理论创新过程中，学生越来越多地参与共同体多元观点的正反辩驳与协商，推进探究，协同建构共同体更深层次的理论，促进共同体的知识创新。例如，从阶段一至阶段二，共同体所贡献的笔记中，深化探究的笔记所占比例由18.25%上升至29.72%，综合升华的笔记所占比例由2.98%显著上升至20.28%。这些结果都表明，在知识创新模式中，协同反思性评价有效地促进了知识创新话语的发展。

（三）在线知识创新话语对深化领域知识理解的作用

为探究学生的在线知识创新话语对他们深化领域知识理解的作用，本研究以知创新话语的内容分析结果为基础，通过Pearson相关分析，检验学生的知识创新行为与领域知识理解之间的关系。如表4所示，在知识创新过程中，学生的高阶知识创新行为，包括提出寻求解释的问题、提出深化探究的问题、贡献解释和理论提升的笔记，与共同体成员的互动倾向于深化探究和综合提升共同体的探究问题和观点。Person相关分析结果发现，学生对领域知识的理解与学生贡献的解释说明笔记的数量（r=0.524），理论提升笔记的数量（r=0.322），深化探究笔记的数量（r=0.383），综合升华笔记的数量（r=0.286）和学生所贡献的笔记总数（r=0.615）具有显著的正相关。同时，Person相关分析结果发现，学生贡献的笔记总数与学生贡献的解释说明笔记的数量（r=0.632），理论提升笔记的数量（r=0.451），深化探究笔记的数量（r=0.495）和综合升华笔记的数量（r=0.461）具有非常显著的正相关。这些研究结果表明：在协同探究的过程中，学生贡献的笔记数量越多，其对领域知识的理解就会更深;同时，学生的高阶知识创新行为频次越多，对领域知识的理解越深。

五、结论与展望

知识创新教学模式在培养学生知识创新能力方面具有很大的优势，但由于缺乏对知识创新教学模式核心原则的有效应用，因而该模式在培养学生知识创新能力方面存在一定的问题。本研究在借鉴前人研究的基础上，将反思性评价策略引入，创设了融合反思性评价的知识创新教学模式，以促进大学生不断发展知识创新话语，进而发展知识创新能力。本研究主要探索在知识创新模式中，协同反思性评价能否帮助大学生协同发展在线知识创新话语，以及大学生的知识创新话语能否帮助他们深化对领域知识的理解。

本研究从社会认知网络和社会认知机制两个角度对学生的知识创新话语进行分析，研究结果表明，学生之间的互动、合作越来越密切，探究的广度越来越广，深度越来越深;在社会性互动过程中，大学生通过对多元观点辩证讨论，外部资源的引入和先验知识的激发，提出持续深入的观点和理论，并将探究主题中的多样性观点、关系和机制总结升华，进而不断创新知识。同时，本研究通过Pearson相关分析发现，在协同探究与知识创新过程中，大学生知识创新的行为参与度（贡献笔记的数量）和认知投入度（贡献高层次知识创新话语的数量）与其对学科领域知识理解的深度和广度具有显著的正相关。以上研究结果表明，大学生能够不断提升知识创新话语的质量，并且从知识创新过程中受益，但这些积极效果的取得，离不开知识创新模式中，协同反思性评价策略的有效设计。

本研究创設的融合反思性评价的知识创新环境包括三个要素（如图2所示）：（1）开放自由的协作学习环境的创建;（2）培养知识创新所需的基本能力的阶段性任务;（3）数据驱动的协同反思性评价活动的开展。这三个要素的协同作用，帮助学生不断发展知识创新所需的基本能力和班级文化，以及计划、监控、反思等高效互动与知识创新所必须的元认知能力。本研究的设计，对于设计融合学习分析支持的反思评价的学习环境，具有很好的启示作用。同时本研究对于我们进一步理解协同探究、学生主导的评价、以及教学实践之间的关系也具有很重要的理论价值。

本研究对知识创新领域进一步的研究也具有一定的启示作用。本研究主要对学生的在线知识创新话语进行了分析，对于知识创新的课堂运行机制（Classroom Dynamics）并未进行深入探究。但课堂机制是在线知识创新话语有效提升的关键，因而，未来的研究需要进一步研究哪些课堂机制促成了知识创新话语的高效发展。此外，本研究采用的是学习科学领域广泛使用的案例式干预研究，探究融合反思性评价的知识创新设计的效果。但对于融合反思性评价的知识创新设计的作用，采用实验研究对其效果进行验证尤为必要。

作者简介：

杨玉芹：副教授，博士，硕士生导师，研究方向为学习科学、知识建构与创新能力培养、学习评价与学习分析、元认知（yuqinyang0904@gmail.com）。

徐晨：在读硕士，研究方向为技术支持的科学探究与科学教育、科学传播（464723829@qq.com）。

徐宏敏：硕士，研究方向为智慧教育、大学生创新能力培养（2106415414@qq.com）。

罗恒：副教授，博士，硕士生导师，研究方向为教育技术与教学方法的整合、在线或混合教学情境下的教学设计与评测、学习分析（luoheng@mail.ccnu.edu.cn）。

收稿日期：2019年11月15日

责任编辑：李雅瑄

作者：杨玉芹 徐晨 徐宏敏 罗恒

软件开发团队知识创新论文 篇3：

虚拟仿真实验教学软件开发模型的设计研究

摘 要：虚拟仿真实验教学软件开发环节多，涉及的开发角色多，尚无相关模型用以规范开发流程。文章设计出一种按照结构化开发思路划分阶段、混合敏捷与原型开发模型、结合特定领域软件体系结构、统一开发活动输出的虚拟仿真实验教学软件开发模型，包括教学与原型设计、软件实现、测试、部署、维护五个阶段，教学设计、实验脚本设计、原型设计、平面设计、三维设计、程序开发、内部测试等10个开发活动，以及迭代次数和输出。该模型已应用于实际开发，取得了良好效果。

关键词：虚拟仿真实验;软件开发模型;虚拟现实;教学软件

一、引言

虚拟仿真实验是信息技术与实验教学深度融合的重要载体，在高校、中职及中小学教学中日益发挥着重要作用。同时，作为传统实验教学的一种有效的补充，虚拟仿真实验已经成为加强实践教学、提高教学质量的重要手段[1]。它解决了实验成本、资源、安全性等多方面问题，有效提升了实验教学的互动性、情境性和沉浸性，突破了现有教学条件短板[2]。虚拟仿真实验教学软件有力推动了这一进程，并为探索教育教学改革提供了良好平台。然而，虚拟仿真实验教学软件质量良莠不齐，软件教学性难以得到有效保障，且开发环节多，涉及的开发角色多，国内外尚无系统的虚拟仿真实验教学软件开发模型研究。

虚拟仿真实验是利用计算机创建出一个可视化的实验操作环境，通过操作仿真仪器、设备等实验对象，进行各种复杂的实验，达到与真实实验环境相一致的教学目的[3]。在本研究中，虚拟仿真实验属于虚拟实验，将适当引用虚拟实验相关研究结论。

二、教学和游戏软件开发模型分析

目前，瀑布、增量、原型和敏捷开发模型作为典型软件开发模型广泛应用于软件项目开发中，对领域相关的软件开发模型设计具有很重要的指导意义。虚拟仿真实验教学软件开发模型的设计应结合教学和虚拟现实（Virtual Reality， 简称VR），但VR目前尚无相关研究成果。VR由于包含了人工智能、计算机图形、艺术和设计、声音、人为因素和物理控制系统而成为一个多学科领域[4]。同时，已有的典型软件开发模型适合管理从事程序开发的工程师，不宜直接用于VR领域开发[5]。游戏是一种多学科领域，具有和VR相似的三维建模、人机交互等显著特征，应深入研究其开发模型[6]。因此，本研究选取了四种教学和游戏软件开发模型进行分析。

1.教学软件开发模型

余久久[7]提出面向教学软件的RUP改进模型，分为初始、细化和构造三个阶段，在每个阶段并行开展领域分析、需求、设计、实现、测试、实施、配置管理、项目管理、环境管理九个工作流。其设计要点包括：将整体的软件开发按迭代思路划分为三个阶段，在各个阶段也采用迭代开发，并规定迭代周期次数;在多数阶段采用教学和软件要素并行、交叉的方式;将基本的教学设计要素拆分为三个部分，分别放置于领域分析（教学目标和使用者特征）、设计（教学内容、教学策略等）和测试阶段（教学评价），各自发挥作用;引入了项目管理的思路和部分文档。

钟名扬等人[8]提出的教学软件项目式开发模型分为三个阶段：立项，完成分析;实施，完成设计、开发和测试;结项，完成Beta测试和终期评审。其设计要点包括：以项目式管理划分阶段，从分析至开发形成的循环中引入迭代思路;教学和软件要素自成模块，各自独立，设计工作主要进行教学设计，随后进入的开发工作则进行代码编写和原型开发;教学设计要素不包含学习者特征分析和教学评价等。

2.游戏软件开发模型

Ramadan等[9]提出一种游戏软件开发模型，主要包括初始、预制作、制作、测试、Beta和发布六个阶段。通过对其文章分析得出，上述六个阶段完成了简要描述与设计、游戏与原型设计、资产和源码的开发与整合、内测、公测、上线等活动，其中资产主要包括平面、三维、声音等。其设计要点包括：在预制作、制作和测试形成的循环中引入迭代思路，不断完善;Beta阶段采取与测试阶段相同的方法，并可決定返回预制作或继续发布;规定各阶段的主要输出，如原型类型、游戏开发文档、测试报告等。

Hendrick[10]提出的游戏软件开发模型，主要包括原型、预制作、制作、Beta和Live五个阶段，通过分析得出，上述五个阶段完成了设计与模型制作、核心区域开发与文档设计、所有区域开发、公测、上线等活动。其设计要点包括：线性结构，依序进行上述五个阶段;制作阶段对所有区域的开发参照预制作阶段核心区域的开发思路和设计文档。

通过对以上教学和游戏软件开发模型进行分析，厘清了各开发模型的主要内容，掌握了两种不同领域软件开发模型的主要内容和设计要点，归纳出以下几点：两种教学软件开发模型均划分阶段并规定了具体活动，其虽划分了阶段，但均未明确规定具体活动;四种软件开发模型的阶段和活动描述均无领域特征，只在更具体的说明中有所涉及;只有Ramadan的开发模型中对主要输出进行了说明;教学软件开发模型在分析与实现阶段分别采用教学设计、编码，而游戏则分别采用原型、编码和资产创建。

基于上述教学和游戏软件开发模型的分析过程和结果，本研究设计出一种虚拟仿真实验教学软件开发模型。

三、虚拟仿真实验教学软件开发模型设计

1.虚拟仿真实验教学软件开发模型的设计原则

（1）按照结构化开发思路划分阶段

结构化开发将开发过程主要分为分析、设计、实施和维护几个阶段。现代教育必然依赖专业教师以完成现代教育所需要的专业的教学设计工作[11]。虚拟仿真实验教学软件开发应充分尊重专业教师对实验教学的设计思路，允许教师适度参与到软件开发过程中。在此基础上，需解决两个问题：何处参与，如何沟通。第一，为保证软件教学性，教师在教学层面的分析和设计应发挥先导作用;第二，教师与核心开发团队之间的沟通，应优先考虑教师的认知结构，原型是最佳选择。随后的软件开发过程，将由核心开发团队完成软件的设计与实现，并接续完成结构化开发。因此，本研究将虚拟仿真实验教学软件划分为五个阶段：教学与原型设计、软件实现、测试、部署和维护。

（2）混合敏捷与原型开发模型

首先，需求的一次性确定是不科学、不现实的，应通过迭代发现焦点并不断明确;其次，雖然教师未曾参与核心团队的软件实现过程，但对于实现的产品有其教学层面的专业判断，应采用增量的形式，先完成核心功能的教学原型与相应的软件实现，经反馈和修改后应用于其余功能的教学原型与软件实现。敏捷开发模型不仅结合了迭代和增量开发模型，而且按照需求优先级切分为更小的增量和更短的迭代周期，可快速响应需求。同时，为提升教学与原型设计阶段的效率，应参考原型开发模型，以更为直观、有效的方式确认教师的实验教学设计思路。不同软件开发模型在诸多方面各有优劣，很多项目采用混合多种开发模型的方式进行软件开发[12]。综上，本研究所提出的虚拟仿真实验教学软件开发模型混合了敏捷与原型开发模型。

（3）结合特定领域软件体系结构

特定领域软件体系结构的关键概念是捕获和重用深层知识和经验，并在领域内形成解决方案[13]。虚拟仿真实验教学软件通过虚拟现实、仿真和人机交互等技术呈现实验资源并提供给教师和学生使用。教学设计是整合技术和资源的纽带，是沟通教师和学生的桥梁[14]。通过教学设计，教师的实验教学思路将融入虚拟仿真实验教学软件的开发中，使资源能够在技术支撑下以更科学、更合理的方式呈现，而学生在使用软件的过程中，按照教学设计完成实验内容，并给出符合当前认知结构的反馈，有利于教师针对性解决存在的问题，从而提升实验教学效果。同时，在游戏开发中，整体内容、规则和高级行为实质上是由脚本和代码决定的[15]。因此，本研究结合教学设计和实验脚本，形成虚拟仿真实验教学软件的领域解决方案。

（4）统一开发活动主要输出

软件开发模型应统一各开发活动主要输出，主要发挥三个作用：一是为沟通提供介质。开发团队内部、团队与教师之间的沟通将围绕规定的输出展开讨论和交流;二是有效评审工作成果。可据此决定接续开发或进行修改;三是追溯工作产品。统一形式和内容的开发活动输出，可通过追溯解决争执和存在的问题，并进行针对性改进。基于上述四项设计原则，本研究提出虚拟仿真实验教学软件开发模型，如图1所示。

2.虚拟仿真实验教学软件开发模型的内容设计

虚拟仿真实验教学软件开发模型包含的内容为：阶段、开发过程、迭代次数和输出。五个阶段的设计已在前文提及;开发过程包含的10个开发活动中，平面设计、三维设计和程序开发并行，原型设计、平面设计、三维设计、程序开发和内部测试是增量活动，每一次增量过程均包含这五个增量活动，增量过程共进行三次;迭代次数针对开发活动，其设计依据为实际开发中进度和成本控制总结出的经验;下面，主要介绍虚拟仿真实验教学软件开发模型中的开发活动设计：

（1）教学设计

该活动以教师的专业视角作为需求切入点，采用基于建构主义的教学设计，主要包括教学目标、学习者特征、学习内容特征、学习任务、学习情景、学习资源、认知工具、自主学习策略、管理与帮助、总结与强化、教学评价[16]。通过教学设计，初步获得了虚拟仿真实验教学软件的教学需求，后续的一系列活动都应以此为基础展开。需要注意的是，教学设计重点关注教学要素，主要保证虚拟仿真实验教学软件具备教学性。

主要输出为：教学需求列表，迭代次数不超过2次。

（2）实验脚本设计

作为教学设计和原型设计之间的需求约定，实验脚本设计应基于教学设计结果，重点关注软件内容构成要素，完成教学和软件特征的整合是十分关键的活动，也是该虚拟仿真实验教学软件开发模型的设计重点。

主要输出为：实验脚本和模型需求表，迭代次数不超过2次。其中，实验脚本包含实验目的、实验环境、实验内容、实验策略、实验流程和实验考核六部分。迭代次数均不超过2次。

①实验目的。主要实现三个层次（认知、能力和意识）、一个适应、一个主体。认知是指在实验环境中通过直观感觉获取的知识;能力是指经重复训练后具备的技能或间接经验;意识是指对知识体系构建与新事物探究欲望的觉察。一个适应，即与学生培养目的相适应。一个主体，即以学生为主体，在表述方面使用含义具体、简明的动词，尽可能以体现认知过程、实际问题解决等方式描述知识点应达到的难度水平[17]。

②实验环境。虚拟实验环境，是能够使学生设计或进行虚拟实验、处理数据并分析和解释结果的教育资源[18]。因此，虚拟实验环境的设计主要包括三个方面：实验场景：虚拟实验环境中的实验场景，应根据实验主题，匹配特定实验环境，要素构成合理，整体协调。虚拟仿真模型：源于现实，场景中的任一模型与现实生活形成映射;高度仿真，模型精细程度极高，堪比原物;高于现实，呈现无法在现实中直观体现和运用的模型。发展规律：场景中任一模型的运动和变化，必须符合现实生活中正常的事物发展规律。

③实验内容。实验内容需满足三个要求。实验能力递进要求：分为认识性实验、基础性实验、提高性实验，主要内容分别为了解仪器和操作、验证科学原理、综合与设计[19];实验目的相关要求：实验内容的设置，应与实验目的紧密相关;实验环境支持要求：实验内容应充分考虑虚拟实验环境具备的功能和可以提供的技术支持。对于其中涉及到的相关实验原理，应秉持科学性原则，必须是经前人证明的科学理论;同时，须充分结合已有虚拟仿真实验条件，确保实验原理可行、可表达;此外，尽可能将实验中全部可能出现情况的理论依据包含在内。

④实验策略。虚拟实验教学应包括暗示性指导、探究性和随机进入式三种教学策略[20]。暗示性指导策略：根据学生实验进行过程中存在的问题和疑惑，给予适当、有限的纠正和解答，同时提供一定的引导;探究性策略：以问题为基础，鼓励学生在虚拟实验环境中尝试解决;随机进入式策略，对于同样的实验内容，提供不同角度和方面的实验情境，从而获得多维、全面的认知。

⑤实验流程。实验流程的设计过程中，应考虑全部可能出现的情况，从而确保学生在正确进行认识性、基础性和提高性实验时，出现期望的结果。在实验方法指导下，应明确按序执行得出最终实验结果的具体操作。同时，以实验进行顺序为主线，对每一步中涉及到的操作主体、操作方式作详细说明。此外，对正常和可能出现的非正常现象进行描述，并提供意外情况下的操作指导。对于基础性实验，建议提供实验流程图。

⑥实验考核。实验教学应从实验操作能力、实验综合素质、实验创新三方面分别重点考核学生的实验理解与操作规范性、分析与解决问题的能力、实验创意。根据不同实验类型，依据实验方案、步骤、结果等建立评价体系，设置评价量表，同时应对不同学生、不同班级等做考核，此外，建议针对学生的多次实验建立动态评价机制。

模型需求表以实验脚本为输入，列出实验所需的全部模型。在虚拟仿真实验建模过程中，考虑到实验场景、实验仪器型号、观察角度等的多样性，开发团队需通过模型需求表，与教师在所需的具体模型上达成一致，减少模型制作过程中引发歧义、返工的情况发生，影响三维建模和程序开发进度。

（3）原型设计

以教学需求列表和实验脚本为输入，整合教学和软件构成要素，选择合适的原型开发工具，完成制作原型、评估原型（教师）、修改原型的迭代。此处的原型为低保真原型图，只关注功能、结构和流程，可在短期内完成。原型设计在第一次增量中只完成核心功能原型，在随后的增量中依据更新后的教学需求列表和实验脚本逐步完成全部功能原型。

主要输出为：原型图，在每一次增量中的迭代次数不超过2次。

（4）平面设计

以实验脚本和原型图为输入，完成符号、图片和文字的设计工作。平面设计应在遵循原型图布局的基础上，完成构图、细化和调整，充分结合实验、学生特点，设计出符合特定虚拟仿真实验教学的实验界面，根据教师建议进行迭代。平面设计在第一次增量中只完成核心功能相关的设计工作，在随后的增量中依据更新后的实验脚本和原型图逐步完成全部设计。

主要输出为：平面设计图，在每一次增量中的迭代次数不超过2次。

（5）三维设计

以实验脚本和模型需求表为输入，主要完成三维建模和效果设计两个步骤。其中，三维建模主要以模型需求表为输入，完成模型的初步表征，还原虚拟仿真实验中所需的模型原型，形成三维初模。效果设计以三维初模和实验脚本为输入，完成场景、烘焙和动画的设计，应符合特定情境和事物发展规律，并根据教师建议进行迭代。在三维设计中，需重点满足实验环境逼真、实验对象逼真和实验现象逼真的要求。其中，实验环境逼真要求实验环境符合实际情况和公共常识，可高度还原实验脚本所述的真实实验周边环境;实验对象逼真要求实验对象符合实际情况和公共常识，物理属性必须和实验脚本所述的真实对象的物理属性一致，高度还原实验脚本所述的真实设备或装置，包括表面装饰等细节特征;实验现象逼真要求特效、音响、动画等素材呈现的内容必须和实验脚本所述的真实实验现象相似，能够表现实验脚本所述的真实世界特征，不得出现错位、过度抽象、逻辑错误、过度失真等问题。三维设计在第一次增量中只完成核心功能相关的建模和效果设计，在随后的增量中依据更新后的实验脚本和模型需求表逐步完成所有建模任务和效果设计。

主要输出为：三维设计模型，在与教师的沟通、确认过程中，可根据实际情况和教师要求提供模型效果图，在每一次增量中的迭代次数不超过2次。

（6）程序开发

以实验脚本、原型图、平面设计图和三维设计模型为输入，通过程序实现操纵可信度，即用户对被实验对象实施操作和控制的信任程度[21]。主要包括：实验流程完整、数据记录准确和人机交互的自然与合理。虽然程序开发与平面设计、三维设计是并行的，但仅限于代码框架层面的部分开发，仍需整合平面和三维资源，并根据教师建议进行迭代。程序开发在第一次增量中只完成核心功能相关的代码编写，在随后的增量中依据更新后的实验脚本、原型图、平面设计图和三维设计模型逐步完成全部代码的编写。

主要输出为：可用版本，在每一次增量中的迭代次数不超过2次。

（7）内部测试

在游戏开发中，编写代码并完成美术工作后，内部测试团队将进行测试，以验证游戏的功能和非功能需求[22]。虚拟仿真实验教学软件开发模型中，内部测试的参与人员为教师和开发团队，以实验教学视角发现可用版本存在的缺陷，记录修改意见并在下一次增量中进行修改。此处所述内部测试是指每一次增量结束后的测试，若无需修改教学需求列表和实验脚本，则直接转向原型设计开始下一次增量。内部测试结束的标志为：全部增量已结束且可用版本无缺陷。

主要输出为：测试报告，在每一次增量中只进行1次内部测试。

（8）集成测试

内部测试结束后，进入集成测试。可用版本为单机版，需将其集成至线上平台并进行测试，应重点测试与平台的结合性，包括用户登录、资源加载、数据保存等平台相关的需求。此外，徐绪堪等人[23]以科学性、技术性、教育性和操作性作为一级指标评估教学软件质量。目前，虚拟仿真实验教学软件质量问题可结合上述四个方面展开描述：实验步骤、实验现象正确;逼真性较好、资源加载和运行流畅;学生注意力集中、知識结构良好、教学功能完备;交互性操作适当、关键步骤引导及时等。原则上，集成测试结束后不允许回退至教学与原型设计阶段，可综合考虑工作量、进度安排等因素，在软件实现阶段进行部分修改和完善。

主要输出为：集成版本，只进行1次集成测试。

（9）部署

集成版本经教师确认通过后，正式上线。主要完成：上传WebGL和公布链接，向所有具备访问权限的用户开放。

主要输出为：正式版本，1次部署完成。

（10）维护

部署完成后，开发团队将针对教学使用情况进行改进性、支援性维护。改进性维护，将根据教学实践中发现的错误进行修改。支援性维护，可对教师进行远程、实地的使用培训，并提供相关技术支持，以便更好地开展实验教学。

主要输出为：维护日志，维护次数不超过3次。

四、实践与验证

该虚拟仿真实验教学软件开发模型已应用于实际开发，效果明显，主要体现在以下方面：

1.开发可控性增强

完全杜绝项目延期和验收不合格现象。以实际的开发活动为基本单元，从进度、质量和风险三个方面增强了可控性。进度上，五个阶段和10个开发活动帮助项目负责人快速、准确地完成定位，根据实际开发进度灵活协调和调动各方资源，保证开发按时或提前完成;质量上，每一个活动均有具体的实施人和统一的输出，评审和问题解决有章可循，保证了开发质量;风险上，以教师为主导、开发团队为主体，通过以多次确认和修改为基础的反复迭代，核心功能到全部功能的增量开发，有效规避了需求理解和变化过程中可能引发的开发风险。

2.开发周期缩短

对于同一开发团队、相同估算周期的软件项目，实际开发周期显著缩短。虚拟仿真实验教学软件的开发，实质上是将教师关于实验教学的思路转换为具体软件的过程，转换效率是关键。实际开发中，实验脚本设计高效完成教学设计向原型设计的转换，原型设计高效完成教学与原型设计阶段向软件实现阶段的转换。通过共性特征和关联关系，减少了无用、重复的反馈与修改，转换效率提升明显，进而缩短了开发周期。

本研究设计的虚拟仿真实验教学软件开发模型，按照结构化开发思路划分阶段、混合敏捷与原型开发模型、结合特定领域软件体系结构、统一开发活动输出，科学、全面、有序地管理软件开发流程，从而提升软件质量，使软件更具教学性。从目前的开发和教学实践来看，该模型是有效的。如有不足和需要改进的方面，希望引发讨论，共同促进虛拟仿真实验教学软件开发模型的研究。

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（编辑：鲁利瑞）

作者：成阳　文福安