導(dǎo)語：如何才能寫好一篇數(shù)學(xué)建模任務(wù)分配，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

在計算機系統(tǒng)設(shè)計過程中，決定使用何種調(diào)度策略、運行服務(wù)器數(shù)量以及每個服務(wù)器的運行速度等，往往是基于直覺，而非數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)。更加科學(xué)地設(shè)計計算機系統(tǒng)，應(yīng)首先為系統(tǒng)設(shè)計一個合理的模型，以確保系統(tǒng)滿足性能目標(biāo)，然后進行計算機仿真與測試。本書基于目前已有的制造系統(tǒng)中的性能建模與設(shè)計方法，從排隊論及運籌學(xué)角度進行計算機系統(tǒng)的設(shè)計與建模。通過系統(tǒng)的理論與實例講解，加之300多個課后練習(xí)，力圖引發(fā)讀者關(guān)于計算機系統(tǒng)性能建模與設(shè)計的思考，并著手對現(xiàn)有的計算機系統(tǒng)進行分析，使讀者最終能夠創(chuàng)造自己的計算機系統(tǒng)。

全書共7部分，33章。第1部分 排隊論導(dǎo)論，包含第1-2章：1.分析建模能力中的激勵例子；2.排隊論術(shù)語。第2部分 必要的概率論背景知識，包含第3-5章：3.概率論綜述；4.產(chǎn)生隨機變量；5.樣本路徑、收斂性及平均。第3部分 簡單運算法則預(yù)測能力：假設(shè)一分析法（‘what If’），問題與解答，包含第6-7章：6.Little法則與其他運算法則；7.修正分析：封閉系統(tǒng)中的假設(shè)一分析法（‘what If’），問題。第4部分 從馬爾可夫鏈到簡單隊列，包含第8-13章：8.離散時間馬爾可夫鏈；9.遍歷理論；10.現(xiàn)實世界實例：Google、Aloha和Harder鏈；11.指數(shù)分布與泊松過程；12.向連續(xù)時間馬爾可夫鏈過渡；13.M/M/1排隊模型與泊松分布到達觀察平均時間。第5部分 服務(wù)器集群與網(wǎng)絡(luò)：多服務(wù)器多隊列系統(tǒng)，包含第14-19章：14.服務(wù)器集群模型：M/M/k與M/M/k/k服務(wù)器模型；15.服務(wù)器性能配置；16.時間可逆性與Burke定理；17.隊列網(wǎng)絡(luò)Jackson乘積形式；18.分類隊列網(wǎng)絡(luò)；19.封閉隊列網(wǎng)絡(luò)。第6部分 現(xiàn)實世界中的工作負載：多變性與大數(shù)據(jù)尾部，包含第20-27章：20.數(shù)據(jù)尾部引言：真實世界案例研究；21.階段型工作負載與矩陣分析方法；22.分時服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)；23.M/G/1隊列與檢驗悖論；24.服務(wù)器集群任務(wù)分配策略；25.變換分析；26.M/G/1變換分析；27.服務(wù)器功耗優(yōu)化分析。第7部分 M/G/1隊列智能調(diào)度，包含第28-33章：28.性能指標(biāo)；29.調(diào)度：非搶占式與不基于尺寸的策略；30.調(diào)度：搶占式與不基于尺寸的策略；31.調(diào)度：非搶占式與基于尺寸的策略；32.調(diào)度：搶占式與基于尺寸的策略；33.調(diào)度：最短剩余處理時間與公平性分析。

本書作者采用的是“問答式”寫作風(fēng)格，對于專業(yè)術(shù)語詳盡地加以闡釋，并給出了諸多詳細解答的案例，提供了自成體系的闡述，使不同學(xué)科的非專家和研究人員易于閱讀、理解與接受。本書適合從事計算機科學(xué)、計算機工程、運籌學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)等專業(yè)的高年級本科生和一年級研究生閱讀和參考。對于在排隊論、應(yīng)用數(shù)學(xué)、運籌學(xué)及計算機科學(xué)領(lǐng)域的研究人員和專業(yè)人士，本書也將提供很有用的幫助。

篇2

關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)鏈;建模與仿真;網(wǎng)格;框架

中圖分類號:N945.13 文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2009)21-009-04

Research of Military Data Link Modeling and Simulated Framework Based on Grid

XU Sheng,WANG Wenzheng,ZHOU Jinglun,LUO Pengcheng

(College of Information Systems and Management,National University of Defense Technology,Changsha,410073,China)

Abstract:By analyzing the complexity of data link modeling and simulation,a three-dimension flexible data link modeling and simulation mechanism is provided which includes application,system and technology,at the same time,the thought of data link modeling and simulation is established.The framework of data link modeling and simulation based on grid is provided,which implements the HLA functions with grid technologies and meets the need of data link modeling and simulation preferably.The operation flow of modeling and simulation in the framework are proposed.

Keywords:data link;modeling and simulation;grid;framework

0 引 言

軍事數(shù)據(jù)鏈(以下簡稱數(shù)據(jù)鏈)作為一種特殊的戰(zhàn)場通信系統(tǒng),可以將戰(zhàn)場上的各種作戰(zhàn)單元鏈接在一起,構(gòu)成陸、海、空、天一體化的數(shù)字信息網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)信息資源共享,最大限度地提高武器平臺的作戰(zhàn)效能。戰(zhàn)爭實踐表明[1],數(shù)據(jù)鏈已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中實現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)的有力保障、提高體系對抗作戰(zhàn)能力的重要因素。

從檢索的文獻來看,國內(nèi)現(xiàn)有的對數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的仿真研究[2-6]大都是利用成熟的商品化軟件,如SystemView,Matlab,OPNET等,針對國外先進數(shù)據(jù)鏈開展的波形級仿真,其目的是基于一定的數(shù)學(xué)方程或統(tǒng)計計算得到所需的部分性能參數(shù)。但是,作為一種復(fù)雜的武器裝備,數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的整體性能不僅僅取決于部分性能參數(shù),更多的是要從系統(tǒng)的角度來研究其綜合性能。例如,在一定的戰(zhàn)場環(huán)境(不同的地形條件、不同的組網(wǎng)方式)下,仿真評估數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能;對于不同數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)之間的協(xié)同互聯(lián)及其作戰(zhàn)效能開展研究,諸如此類問題,現(xiàn)有的仿真是無法解決的,需要開展數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)級、網(wǎng)絡(luò)級的建模與仿真。為此,首要的是在分析數(shù)據(jù)鏈建模與仿真需求的基礎(chǔ)上,開展數(shù)據(jù)鏈建模與仿真框架研究,對數(shù)據(jù)鏈建模與仿真進行統(tǒng)一規(guī)劃和整體設(shè)計,這正是本文的目的所在。

1 數(shù)據(jù)鏈建模與仿真總體設(shè)想

1.1 復(fù)雜性分析

為滿足戰(zhàn)場需求,數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)一般都采用了各種先進的通信技術(shù)以保證通信的實時性、安全性、可靠性和有效性。同時,為合理搭配使用資源,提高整體作戰(zhàn)效能,現(xiàn)代戰(zhàn)爭越來越要求各種數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的互聯(lián)互通,實現(xiàn)一體化、網(wǎng)絡(luò)化。因此,數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)建模與仿真中必然包含各種異構(gòu)多樣的諸多底層模型以及由這些底層模型經(jīng)過復(fù)雜的耦合關(guān)系組成的不同分辨率的高層模型。

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)建模與仿真的目的不但要檢驗數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的通信質(zhì)量(如傳輸時延、誤碼率、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的成功發(fā)送率等)是否能滿足各軍兵種的通信需求,研究各數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)內(nèi)部以及系統(tǒng)之間的互連、互通、互操作性能,為數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)提供技術(shù)支持。而且,還涉及到在一定作戰(zhàn)背景下,對戰(zhàn)場數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的作戰(zhàn)效能評估以及開展相關(guān)模擬訓(xùn)練等問題。

因此,數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)建模與仿真是一個多學(xué)科多目標(biāo)的問題求解任務(wù),其整體建模及仿真環(huán)境的設(shè)計也必然是一項艱巨的任務(wù)。一方面,系統(tǒng)整體建模以及各種底層模型的建立,必然需要諸多部門的多學(xué)科人員的協(xié)作;另一方面,一次性建立包容所有模型類型、具有完備功能的仿真系統(tǒng)并不現(xiàn)實,系統(tǒng)的研發(fā)必然是從簡單到復(fù)雜的不斷擴展和完善的過程。因此,理想的建模與仿真方法應(yīng)該采用先進的建模與仿真技術(shù),使仿真系統(tǒng)能夠最大限度地適應(yīng)今后技術(shù)發(fā)展變化的需要,同時具有體系結(jié)構(gòu)的開放性,系統(tǒng)的可靠性、可擴展性、互操作性,仿真組件的重用性、集成性以及可維護性等,也就是要尋求能夠支持多技術(shù)綜合、多系統(tǒng)集成、多層次應(yīng)用的柔性建模與仿真機制。

1.2 總體設(shè)想

所謂柔性建模與仿真機制[7],就是采用統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)和一致的描述規(guī)范,通過數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)全壽命周期的數(shù)據(jù)、工具和技術(shù)共享,增強建模與仿真面向多領(lǐng)域應(yīng)用的可擴展性、可重用性和互操作性。一個數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)柔性建模與仿真機制可以定義為一個三維結(jié)構(gòu),如圖1所示。它包含應(yīng)用體系、系統(tǒng)體系和技術(shù)體系。在這三者之中,從實際需求出發(fā),通過分析與綜合,可以得出應(yīng)用體系;根據(jù)應(yīng)用體系的要求和準則,通過分析與綜合,得到系統(tǒng)體系;根據(jù)系統(tǒng)體系的要求和準則,通過分析與綜合,得到技術(shù)體系。實際需求是對應(yīng)用、系統(tǒng)和技術(shù)體系進行分析和評價的基礎(chǔ);技術(shù)體系為應(yīng)用和系統(tǒng)體系提供技術(shù)支持;系統(tǒng)體系直接服務(wù)于應(yīng)用體系。因此,最終目的是在技術(shù)體系的支持下,建立一個能滿足應(yīng)用體系需求的系統(tǒng)體系。

1.2.1 技術(shù)體系

從技術(shù)的角度,數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)建模與仿真的柔性可以概括為三個方面的問題:

建模方法 即如何采用多種建模方法、綜合利用各種建模工具建立包括從底層模型到系統(tǒng)模型的不同分辨率模型,以適應(yīng)多種仿真用途的需要。

模型框架 即明確諸多模型之間的邏輯關(guān)系,使所建立的模型可以分層組合使用,實現(xiàn)其重用性。針對不同的應(yīng)用,重點解決不同分辨率模型之間的聚合和解聚等問題,并且新建模型可以作為一種構(gòu)件插入到已有的模型框架中去。

仿真框架 即建立仿真環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)以及規(guī)范化描述,如何支持多種類型仿真系統(tǒng)的分布互連及其互操作和重用。

1.2.2 系統(tǒng)體系

系統(tǒng)體系主要是實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)仿真環(huán)境的柔性,使之具有可擴展性、集成性與互操作性等。系統(tǒng)體系包括數(shù)據(jù)流的分析、仿真接口的設(shè)計以及仿真平臺的實現(xiàn)。仿真平臺要求采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示、接口規(guī)范,具有并行開發(fā)、動態(tài)執(zhí)行、分布操作、無縫集成等特點。

1.2.3 應(yīng)用體系

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)建模與仿真是一個全壽命周期支持、多層次、多領(lǐng)域需求的應(yīng)用體系。從層次上講,可以大致分為鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

鏈路層仿真主要對不同信道條件下的鏈路以及鏈路中的各種終端設(shè)備進行仿真。例如數(shù)據(jù)鏈報文仿真、協(xié)議仿真、以及各種服務(wù)質(zhì)量(端對端時延、誤碼率、吞吐量等)的仿真等。

網(wǎng)絡(luò)層仿真主要根據(jù)實際的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用想定,建立網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由選擇、流量控制及動態(tài)組網(wǎng)的功能,分析并輸出網(wǎng)絡(luò)的外在表現(xiàn)性能。

應(yīng)用層仿真主要是實現(xiàn)任務(wù)為中心的通信作業(yè)仿真,包括多數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)互聯(lián)互通測試,作戰(zhàn)效能評估以及仿真支持的模擬訓(xùn)練等。針對網(wǎng)間互連互通協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性、電磁兼容性以及數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)對具體作戰(zhàn)行動的影響等開展研究。

2 數(shù)據(jù)鏈建模與仿真框架

開展數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的建模與仿真工作,不但涉及到高精度的協(xié)議仿真、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)底層仿真以及戰(zhàn)術(shù)移動性,而且還包括各種以任務(wù)為中心的通信作業(yè)仿真等。因此,當(dāng)處理的節(jié)點非常多時,實體移動性、任務(wù)分配以及實時場景計算等需要的計算量非常大,單個計算機系統(tǒng)不能滿足需求,需要采用并行分布處理系統(tǒng)。

由美國國防部國防建模仿真辦公室(DMSO)提出的仿真“高層體系結(jié)構(gòu)”(High Level Architecture,HLA)是目前應(yīng)用比較廣泛的多系統(tǒng)分布仿真體系規(guī)范,現(xiàn)已被接納為IEEE 和OMG的分布仿真標(biāo)準。HLA具有將仿真功能與通用的支撐系統(tǒng)相分離的體系結(jié)構(gòu),具有開放性、靈活性和適應(yīng)性,為解決數(shù)據(jù)鏈仿真的互操作性和可重用性提供了通用仿真技術(shù)框架,支持用戶分布、協(xié)同地開發(fā)復(fù)雜仿真應(yīng)用系統(tǒng),并最終降低新應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)成本和時間。

但是,HLA也存在一些局限[8],不能很好地滿足數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)仿真的需要,主要體現(xiàn)在:

(1) 沒有統(tǒng)一的仿真數(shù)據(jù)表示。定義聯(lián)邦成員共同理解的仿真數(shù)據(jù)類型是仿真系統(tǒng)正確運行的前提條件,但HLA 規(guī)范并沒有給出數(shù)據(jù)類型的規(guī)定。

(2) 仿真資源是靜態(tài)分配。設(shè)計仿真應(yīng)用時就確定了聯(lián)邦成員和仿真計算、存儲等資源的對應(yīng)關(guān)系。兩者被靜態(tài)地綁定在一起。在仿真執(zhí)行過程中,無論仿真資源的負載輕重,這種綁定關(guān)系都不會發(fā)生改變。靜態(tài)綁定方式容易造成某些仿真資源成為整個仿真系統(tǒng)運行的瓶頸。

(3) 缺乏對仿真全生命周期的支持。仿真系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)、分析和結(jié)果評估等部分都是離線完成的。離線方式對于協(xié)作性很強的仿真設(shè)計等操作非常不利,往往造成成本的提高。

(4) 缺乏對大型并行仿真應(yīng)用的支持?，F(xiàn)有仿真系統(tǒng)中的仿真應(yīng)用通常采用串行仿真程序,但數(shù)據(jù)鏈仿真中某些仿真應(yīng)用的計算量非常巨大,采用串行程序處理方式不能滿足計算要求。使用高性能計算機做并行計算,是解決大型仿真應(yīng)用計算需求的有效手段。

(5) 仿真系統(tǒng)的安全性不強?，F(xiàn)有仿真系統(tǒng)對安全性考慮較少。分布式仿真系統(tǒng)往往被限制在獨立的局域網(wǎng)內(nèi)運行,以防在廣域網(wǎng)上造成泄密。分布式仿真系統(tǒng)的規(guī)模受到了嚴重的限制。

(6) 仿真系統(tǒng)的容錯性較差。由于傳統(tǒng)仿真系統(tǒng)的資源是被靜態(tài)分配的,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重問題時,往往造成整個仿真系統(tǒng)的失效。

近年來,網(wǎng)格技術(shù)[9,10]成為關(guān)注焦點。網(wǎng)格是一種分布的高性能計算與數(shù)據(jù)處理的底層支持框架,能夠管理眾多地理上、組織上分布的異構(gòu)資源,包括計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、知識資源、各種設(shè)備資源,甚至合作者等。通過提供訪問遠程資源的可擴展的,安全的,高性能的機制以及相應(yīng)的協(xié)議、服務(wù)和軟件開發(fā)工具,網(wǎng)格技術(shù)能使地理上分散的工作團體充分共享資源,協(xié)同工作。使用網(wǎng)格技術(shù)來支持仿真系統(tǒng)將大大改善HLA在上述方面的不足,使仿真系統(tǒng)能夠動態(tài)分配資源,極大地提高系統(tǒng)的運行效率。

為此,本文構(gòu)建了網(wǎng)格技術(shù)與HLA相結(jié)合的數(shù)據(jù)鏈建模仿真框架,如圖2所示。它建立在網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)之上,其核心是基于網(wǎng)格的HLA實現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)資源是指各種仿真資源,如模型資源(包括各種分辨率的異構(gòu)模型)、工具資源(如各種建模工具、可視化工具等)、數(shù)據(jù)資源(如地形數(shù)據(jù)鏈等)、存儲資源以及設(shè)備資源等。各種資源需要通過網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)接口才能供網(wǎng)格用戶共享。所以,需要為每一種資源量身定做合適的資源管理接口。

網(wǎng)格服務(wù)是指具有普適性的網(wǎng)格服務(wù),包括資源索引服務(wù)、資源分配管理服務(wù)、協(xié)同調(diào)度服務(wù)、信息服務(wù)、安全服務(wù)等。網(wǎng)格通用中間件負責(zé)分布式交互仿真中各節(jié)點的資源發(fā)現(xiàn)和動態(tài)分配,以解決傳統(tǒng)HLA中資源靜態(tài)分配的局限。網(wǎng)格通用中間件的實現(xiàn)可以借鑒現(xiàn)有的成熟技術(shù)。

仿真網(wǎng)格中間件主要是仿真運行環(huán)境RTI,它將繼續(xù)提供傳統(tǒng)HLA中的聯(lián)邦管理、聲明管理、對象管理、所有權(quán)管理、時間管理以及數(shù)據(jù)分發(fā)管理等服務(wù)。在仿真網(wǎng)格中實現(xiàn)協(xié)同建模與協(xié)同仿真一體化設(shè)計,建模資源與仿真資源的一體化管理與共享;實現(xiàn)仿真網(wǎng)格組件的組裝與運行;實現(xiàn)不同粒度模型、不同實時性仿真的需求。

仿真應(yīng)用主要是各種聯(lián)邦成員的實現(xiàn)。戰(zhàn)場態(tài)勢聯(lián)邦主要負責(zé)態(tài)勢生成與控制;測試評估聯(lián)邦成員負責(zé)與網(wǎng)絡(luò)測試相關(guān)的仿真執(zhí)行;模擬訓(xùn)練聯(lián)邦成員實現(xiàn)系統(tǒng)與受訓(xùn)人員的動態(tài)交互仿真等。其中,仿真客戶端包括用戶使用界面,仿真對象狀態(tài)維護,以及與RTI支撐環(huán)境的接口等。仿真客戶端的作用是作為HLA的仿真應(yīng)用,與RTI支撐環(huán)境打交道,并與其他仿真應(yīng)用共同完成整個仿真任務(wù)。

3 建模與仿真操作流程

從建模的過程來看,主要包括協(xié)議模型、設(shè)備模型以及系統(tǒng)模型三個層次。數(shù)據(jù)鏈協(xié)議模型的建立是構(gòu)建系統(tǒng)設(shè)備模型和進行網(wǎng)絡(luò)仿真的基礎(chǔ);數(shù)據(jù)鏈設(shè)備模型基于各個層次上的協(xié)議仿真模型構(gòu)造,也即由各個層次上的協(xié)議模型疊加產(chǎn)生,所以數(shù)據(jù)鏈設(shè)備模型的實質(zhì)是多層次協(xié)議模型的集成建模(可以利用多分辨率建模,聚合模型等相關(guān)理論);數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)是協(xié)議模型和設(shè)備模型,關(guān)鍵是網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量模型的建模。

從仿真的過程來看,仿真操作過程分為啟動、執(zhí)行和結(jié)束三個階段,如圖3所示。在啟動階段主要完成網(wǎng)格支撐平臺啟動、聯(lián)盟的創(chuàng)建、盟員加盟、初始化數(shù)據(jù)、盟員能夠公布的信息以及盟員需要定購的信息等工作。在這個過程中,戰(zhàn)場態(tài)勢聯(lián)邦成員通過調(diào)用所需的各種模型以及組網(wǎng)方案等形成初始戰(zhàn)場態(tài)勢。啟動階段完成之后,進入仿真執(zhí)行階段,在這一階段,首先聯(lián)邦成員向RTI服務(wù)器請求時間推進,獲得許可后,推進到相應(yīng)的時間,然后通過相應(yīng)的網(wǎng)格服務(wù),申請使用網(wǎng)格服務(wù),完成所需要的本地計算后釋放實例。然后根據(jù)計算結(jié)果更新對象的屬性值。當(dāng)執(zhí)行階段完成后,進入結(jié)束階段,聯(lián)邦成員退出聯(lián)邦,當(dāng)所有聯(lián)邦都退出后,RTI服務(wù)器刪除聯(lián)邦執(zhí)行。結(jié)束階段輸出相應(yīng)的分析評估結(jié)果。

4 結(jié) 語

數(shù)據(jù)鏈建模與仿真是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程,基于網(wǎng)格的數(shù)據(jù)鏈建模與仿真,在HLA的基礎(chǔ)上,采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)表示,具有良好的容錯性和安全性,能夠很好地支持數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)全壽命周期的仿真研究,可以較好地滿足數(shù)據(jù)鏈建模與仿真柔性機制的需求。

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作者簡介 徐 盛 男,1979年出生,湖北人,碩士研究生。研究方向為風(fēng)險管理與決策支持技術(shù)。

王文政 男,1980年出生,河南人,博士研究生。研究方向為軍事無線網(wǎng)絡(luò)建模與仿真。

篇3

基于Petri網(wǎng)的工作流網(wǎng)過程模型

Petri網(wǎng)是一個狀態(tài)變遷模型，可用來描述系統(tǒng)中異步成分之間的關(guān)系，同時允許發(fā)生多個狀態(tài)變遷，也是一個并發(fā)模型，用Petri網(wǎng)描述的系統(tǒng)有一個共同的特性就是系統(tǒng)的動態(tài)行為表現(xiàn)為資源(物質(zhì)資源和信息資源)的流動，Petri網(wǎng)被認為是系統(tǒng)建模最重要的方法之一。Petri網(wǎng)的特點歸納起來具有以下特點:

①模擬性從組織機構(gòu)的角度和模擬系統(tǒng)的控制和管理，不涉及實現(xiàn)所依賴的物理和化學(xué)原理。②客觀性精確描述時間(變遷)間的依賴關(guān)系和非依賴關(guān)系。

③流特征適合描述以有規(guī)則的流動衛(wèi)星為特征的系統(tǒng)，包括能量流、物質(zhì)流和信息流。

④描述性用同一的語言或者圖形描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)行為。

⑤異步并發(fā)性對于局部環(huán)境不相交的變遷可以實現(xiàn)完全獨立(并發(fā)地)地發(fā)生。隨著研究的深入，Petri網(wǎng)理論也在不斷完善和發(fā)展，從基本條件網(wǎng)、庫所變遷網(wǎng)(P/T)到著色網(wǎng)在各個領(lǐng)域都有了深入的應(yīng)用。本文提出的工作流網(wǎng)就是Petri網(wǎng)的一種擴展。

工作流管理系統(tǒng)作為過程控制的重要工具廣泛地應(yīng)用于PDM、PLM等系統(tǒng)中，而Petri網(wǎng)作為一種適應(yīng)于多系統(tǒng)的圖形化、數(shù)學(xué)化建模工具，為描述研究并行、異步、分布式和隨機性等特征的復(fù)雜性系統(tǒng)提供了強有力的手段。在Petri網(wǎng)的基礎(chǔ)上工作流網(wǎng)的概念被提出，用來準確、清晰地定義復(fù)雜過程的邏輯。Petri網(wǎng)建立在嚴格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，擁有成熟的分析方法和工具?；镜腜etri網(wǎng)是一個帶雙節(jié)點類型，我們稱之為庫所的雙向曲線圖和變遷，為了引進工作流網(wǎng)的概念和定義，擴展基本Petri網(wǎng)增加帶有弧權(quán)重函數(shù)，它代表了一定的庫所和變遷之間連接的數(shù)量關(guān)系。定義2帶有弧權(quán)重的Petri網(wǎng)是一個4元組:(P，T，F(xiàn)，W)。其中，P是庫所的有限集合;T是變遷的有限集合，且P∩T=Φ;F∈(P×T)∪(T×P)是一組弧;W:FN+，是設(shè)定權(quán)重到弧的函數(shù)。

當(dāng)且僅當(dāng)存在一個直接由P到T的弧連接時，P稱作一個變遷的輸入庫所，當(dāng)且僅當(dāng)存在一個由T到P的直接弧連接時，P稱作一個變遷的輸出庫所，我們用•t定義一個變遷的輸入庫所。T•定義一個變遷的輸出庫所，P•和•P有相類似的意義，即P•是作為輸入共享庫所P的一組變遷。在任何時候，一個庫所包含有0個或者多個令牌，狀態(tài)M用來表示令牌在各個庫所的分配情況，可以用以下方式表示一個狀態(tài):1p1+2p2+1p3+0p4。代表了在一個令牌在庫所1，2個令牌在庫所2，一個令牌在庫所3，在庫所4沒有令牌，也可以表示為:1p1+2p2+p3。要比較2個狀態(tài)，可以定義并行指令，例如可以對于任何2個狀態(tài)M1和M2，M1≤M2成立的條件是所有的p∈P:M1(p)≤M2(p)。

在過程執(zhí)行期間令牌的數(shù)量可能改變，變遷在Petri網(wǎng)中是活動的單元，根據(jù)以下的規(guī)則變遷改變網(wǎng)的狀態(tài)。①當(dāng)且僅當(dāng)每一個變遷的輸入庫所包含至W(p，t)函數(shù)所要求的令牌時，這個變遷被稱為是使能的。②一個使能的變遷能夠激活，如果一個變遷激活，那么t從每一個t的輸入庫所p中消耗W(p，t)的令牌，并且對于每一個T的輸出庫所p產(chǎn)生W(t，p)的令牌。定義3Petri網(wǎng)成為工作流網(wǎng)(WF-net)的條件是當(dāng)且僅當(dāng)滿足以下條件:①Petri網(wǎng)有2個特殊的庫所:i和o。庫所i是一個源庫所:•i=o;庫所o是一個接收庫所:o•=o。②如果我們增加一個變遷t*到Petri網(wǎng)中，這個Petri網(wǎng)用i連接o，即:•t*={o}及其t*•={i})，則這個Petri網(wǎng)是強連接的。工作流網(wǎng)中有一個輸入庫所(i)和一個輸出庫所(o)。如果一個實例進入到工作流系統(tǒng)完全處理時，則系統(tǒng)就會產(chǎn)生過程處理的工作流網(wǎng)實例，工作流網(wǎng)定義了一個實例的全部生命周期，帶有上述擴展特性的Petri網(wǎng)允許任意弧權(quán)重存在，這些為任務(wù)結(jié)構(gòu)到工作流網(wǎng)的映射奠定了基礎(chǔ)。

任務(wù)結(jié)構(gòu)到工作流網(wǎng)的映射

在設(shè)計開發(fā)過程中，結(jié)合產(chǎn)品功能對開發(fā)過程進行任務(wù)分解成為一種廣泛應(yīng)用的方法，但是基于任務(wù)模型的過程模型在分析時具有局限性。而Petri網(wǎng)作為成熟的分析理論，提供了有利的工具和方法，因此提出將任務(wù)結(jié)構(gòu)模型映射成工作流網(wǎng)過程模型的方法，能夠?qū)ο到y(tǒng)進行更加準確地分析和仿真。在轉(zhuǎn)換過程中增加了一個隱含庫所S，它用于時刻反映在任何點的一段時間內(nèi)的并行處理信息流的數(shù)量，另外帶有n個輸出弧的任何一個變遷Ct有一個權(quán)重為n－1的來自于S的輸入弧。同步器對應(yīng)為Hs的變遷，它有m個輸入弧和p個輸出弧到S。弧的權(quán)重如果m＞p則為m-p;如果m＜p，將會有一個由S到Hs的弧。而對于沒有輸出弧的變遷以Fd表示。轉(zhuǎn)換時會有一個到S的弧，這樣的變遷表示信息流的終止?；?quán)重函數(shù)WWN設(shè)定為1到以下表達式的每一個弧:這里C是一個并行信息流的最大數(shù)量，在初始化狀態(tài)下的庫所i有一個令牌而其他的庫所沒有令牌。在任務(wù)結(jié)構(gòu)映射到工作流網(wǎng)的過程中，為了保證并行操作的路徑而增加的隱含庫所S對于決定一個任務(wù)結(jié)構(gòu)是否中止是至關(guān)重要的，但是它并不是語法中的一部分，因此它并不改變行為的特征。

實例分析

金融機具產(chǎn)品具有機構(gòu)復(fù)雜、多專業(yè)、設(shè)計精度高的特點。以高檔金融機具紙幣清分機為例，是對各個國家紙幣進行高速處理自動清分的高端智能化產(chǎn)品，面對不同國家的紙幣特點，產(chǎn)品的性能指標(biāo)不同，產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)多、性能指標(biāo)要求高，尤其是機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對傳感器測控、控制技術(shù)等有很高的要求，產(chǎn)品開發(fā)的需求復(fù)雜，以某公司的紙幣清分機產(chǎn)品開發(fā)過程描述如下:

①市場需求提出(Request)由客戶需求部門提出新產(chǎn)品需求，具體內(nèi)容包括產(chǎn)品功能(清分、計數(shù)、鑒偽)、參數(shù)(處理速度、處理紙幣種類、進鈔口和出鈔口數(shù)量)、產(chǎn)品需求時間和價格等信息。

②需求分析(Analyse)新產(chǎn)品設(shè)計部門針對現(xiàn)有產(chǎn)品系列和技術(shù)基礎(chǔ)進行分析，內(nèi)容包括:待處理紙幣尺寸、機讀防偽特征、紙幣清分機標(biāo)準、其他標(biāo)準、現(xiàn)有技術(shù)和進一步實施的可能性。

③提出不同的解決方案(Propose)方案包括(a)現(xiàn)有產(chǎn)品完全滿足要求;(b)需求進行機械結(jié)構(gòu)和鑒偽識別技術(shù)的變形開發(fā)才能滿足要求;(c)完全沒有滿足要求的產(chǎn)品，需要全新設(shè)計新的產(chǎn)品3個部分。

④任務(wù)分配(Distribute)如果屬于新產(chǎn)品的變形開發(fā)如一個新的國家紙幣清分機開發(fā)確定為派生產(chǎn)品，全新結(jié)構(gòu)如出鈔口不同的開發(fā)為正式產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)，兩類產(chǎn)品的開發(fā)過程、要求和任務(wù)分工均不同。

⑤并行設(shè)計(Design)機械機構(gòu)設(shè)計、電氣部分的設(shè)計，在這兩個部分進行設(shè)計時都要進行測試。

⑥文檔(Release)當(dāng)機械和電氣部分樣機設(shè)計完成后，進行樣機文檔的下發(fā)。⑦測試(Test)在進行各個部分進行設(shè)計的同時，同時又有測試。確定是否滿足需求，如果滿足，則進行測試。以上過程應(yīng)用任務(wù)結(jié)構(gòu)圖表示，如圖3所示。根據(jù)任務(wù)結(jié)構(gòu)到WF-NET的映射規(guī)則，可以得到紙幣清分機基于工作流網(wǎng)的設(shè)計開發(fā)流程，如圖4所示。在圖4中的最大并行任務(wù)數(shù)是3，所以我們將C設(shè)定為3。

對照兩種設(shè)計開發(fā)過程的描述可以看出，對于紙幣清分機產(chǎn)品的樣機開發(fā)過程只能實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的簡單描述，不能對設(shè)計開發(fā)過程進行定量研究。經(jīng)過對并行設(shè)計開發(fā)過程的任務(wù)模型應(yīng)設(shè)成WF-NET，根據(jù)工作流網(wǎng)的特點，可以對工作流網(wǎng)分析工具進行各種分析，其中可以對庫所數(shù)量、變遷的數(shù)量、弧連接和狀態(tài)變化的數(shù)量進行統(tǒng)計，也能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)計開發(fā)過程的活性、有界性和合理性進行確認，經(jīng)過對轉(zhuǎn)換后的工作流網(wǎng)的分析。

針對金融機具紙幣清分機的開發(fā)過程基于WF-NET的設(shè)計過程驗證，我們可以應(yīng)用Petri網(wǎng)的分析工具對紙幣清分機產(chǎn)品并行產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程的任務(wù)分配、性能評估、產(chǎn)品開發(fā)周期進行更量化、更精確的分析，其結(jié)果經(jīng)過驗證是安全、正確和有界的。

結(jié)語

篇4

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化工廠；仿真；虛擬制造

1.引言

在市場競爭日趨激烈，新產(chǎn)品上市周期越來越短，生產(chǎn)設(shè)備和制造系統(tǒng)日趨復(fù)雜、昂貴的情況下，為了獲取最佳利潤和保持市場占有率，制造企業(yè)必須從傳統(tǒng)制造模式向數(shù)字化制造模式轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)產(chǎn)品的多元化，縮短產(chǎn)品上市時間，縮短生產(chǎn)準備時間，并進一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量。由此，數(shù)字化工廠作為優(yōu)化生產(chǎn)過程的解決方案也越來越成為研究的熱點。

2.數(shù)字化工廠含義

數(shù)字化工廠（Digital Factory，簡稱DF）是基于仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式，通過對生產(chǎn)過程進行分析和優(yōu)化，保證產(chǎn)品在可制造的前提下，實現(xiàn)快速、低成本和高質(zhì)量的制造，從而實現(xiàn)柔性制造和并行工程[1]。

3.數(shù)字化工廠平臺架構(gòu)

數(shù)字化工廠軟件是虛擬制造平臺，對于縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少制造成本和降低項目決策風(fēng)險都具有重大意義。

數(shù)字化工廠軟件還是實現(xiàn)并行工程的工具。產(chǎn)品設(shè)計部門和制造工藝部門可以在產(chǎn)品的制造特征（焊點、定位點、裝配位置等）領(lǐng)域緊密協(xié)作，在產(chǎn)品設(shè)計的早期階段進行工程制造的仿真，在新產(chǎn)品的制造中盡量對標(biāo)準化的工藝和工裝卡具重復(fù)利用，從而實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品制造的并行互動的工作方式，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期、降低制造成本和加快新產(chǎn)品投放市場[2]。

數(shù)字化工廠在工藝層面的主要應(yīng)用包括工廠布局仿真優(yōu)化、工藝流程規(guī)劃及仿真驗證、虛擬裝配設(shè)計與驗證、物流仿真。工廠布局仿真優(yōu)化是建立車間廠房、物流通道、制造資源等的三維數(shù)字模型，為工藝、裝配、物流仿真建立基礎(chǔ)。是工藝流程規(guī)劃及仿真驗證在三維數(shù)字環(huán)境下對產(chǎn)品的工藝進行規(guī)劃，制定工藝路線，如NC編程、流程排序、資源分配、工時定額，成本核算等，并對加工工藝過程進行三維仿真，仿真工藝路線，刀具切換，裝夾過程等。虛擬裝配設(shè)計與驗證是提供一個虛擬制造環(huán)境來規(guī)劃驗證和評價產(chǎn)品的裝配制造過程和裝配制造方法，檢驗裝配過程是否存在錯誤，零件裝配時是否存在碰撞。它把產(chǎn)品、資源和工藝操作結(jié)合起來來分析產(chǎn)品裝配的順序和工序的流程，并且在裝配制造模型下進行裝配工裝的驗證、仿真夾具的動作、仿真產(chǎn)品的裝配流程，驗證產(chǎn)品裝配的工藝性，達到盡早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的目的。物流仿真是工廠布局規(guī)劃與仿真的輔助工具之一，在三維環(huán)境下對物流仿真邏輯進行建模，主要分析工位裝配任務(wù)分配的合理性，物流路徑規(guī)劃的合理性，物流設(shè)備的分配以及利用率等，從而評價和優(yōu)化物流規(guī)劃方案；基于建立的物流仿真模型，可以調(diào)整參數(shù)和物流方案，實時獲得仿真結(jié)果。

數(shù)字化工廠平臺在制造層面的主要應(yīng)用為MES系統(tǒng)，包括制造數(shù)據(jù)管理、計劃排程、生產(chǎn)調(diào)度執(zhí)行、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及歸檔、產(chǎn)品跟蹤等功能。

4.數(shù)字化工廠收益

一個制造企業(yè)完善的企業(yè)信息平臺應(yīng)由三大塊構(gòu)成，即：PDM/CAD系統(tǒng)，為企業(yè)提品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，進行產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理；ERP系統(tǒng)，為企業(yè)提供物質(zhì)資源、資金資源和信息資源集成信息，進行企業(yè)資源管理；數(shù)字化工廠平臺，即制造過程管理系統(tǒng)，為企業(yè)提供數(shù)字化的制造信息平臺，進行制造工藝規(guī)劃設(shè)計，工程仿真和生產(chǎn)過程管理。成為數(shù)字化工廠，首先要做到柔性制造，即通過自動化的理念把產(chǎn)品的工藝設(shè)計與自動化設(shè)計集成到一個平臺上。系統(tǒng)能夠根據(jù)加工對象的變化或原材料的變化而確定相應(yīng)的工藝流程。第二點，也是比較關(guān)鍵的部分，即虛擬投產(chǎn)，即借助虛擬化過程來檢驗整個生產(chǎn)過程，驗證產(chǎn)品。

國內(nèi)制造企業(yè)通過利用數(shù)字化工廠技術(shù)能夠帶來的收益包括：

（1）在3D的環(huán)境下進行制造工藝過程的設(shè)計，提高工藝設(shè)計、現(xiàn)場工人、數(shù)控測量的效率；

（2）用數(shù)字化的手段驗證產(chǎn)品的制造工藝可行性，避免工藝制造與設(shè)計脫節(jié)，提高工藝設(shè)計質(zhì)量；

（3）現(xiàn)場的工藝問題在數(shù)字化仿真環(huán)境下提前得到分析，避免在后期對產(chǎn)品和流程進行改變返工，避免規(guī)劃的失誤，對風(fēng)險可進行精確掌控；

（4）掌握產(chǎn)品和流程的復(fù)雜性，提高產(chǎn)品的變種及對流程影響的透明度，建立典型工藝，經(jīng)驗庫，減少重復(fù)工作；

（5）縮短產(chǎn)品工藝準備周期，縮短新產(chǎn)品投放市場時間（6）結(jié)合MES現(xiàn)場數(shù)據(jù)的及時采集、反饋，實現(xiàn)成本的及時統(tǒng)計、工藝的持續(xù)改進，支持產(chǎn)品的后期維修。

5.實施關(guān)鍵因素

數(shù)字化工廠平臺涉及多層仿真層次，不同仿真目的，需要對物流，裝配，加工等進行獨立仿真，并在統(tǒng)一的可視化環(huán)境下進行結(jié)果分析。數(shù)字化工廠貫穿整個工藝設(shè)計、規(guī)劃、驗證、直至車間生產(chǎn)工藝整個制造過程，不是一個獨立的系統(tǒng)，需要與設(shè)計部門的CAD/PDM系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，并對設(shè)計產(chǎn)品進行可制造性驗證（工藝評審），同時，所有規(guī)劃還需要考慮工廠資源情況數(shù)字化工廠與設(shè)計系統(tǒng)CAD/PDM和企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP的集成是必須的。同時，數(shù)字化工廠還有必要把企業(yè)已有的規(guī)劃知識（如工時卡、焊接規(guī)范等）集成起來，整個集成的底部是PLM構(gòu)架。所以，需要與其他部門的信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，并在PLM體系框架的指引下開展實施工作。

6.小結(jié)

數(shù)字化工廠涉及生產(chǎn)，設(shè)計，工藝、物流，管理，IT部門等業(yè)務(wù)單位以及多領(lǐng)域的技術(shù)人員，需要相關(guān)專業(yè)部門的全力配合，需要對整個生產(chǎn)鏈的數(shù)據(jù)進行整理和整合（包括產(chǎn)品，工藝，車間等）。對企業(yè)各方面的影響巨大，可能需要流程重組。因此，企業(yè)在具體的實施過程中，需根據(jù)自己的生產(chǎn)制造的實際過程和企業(yè)資源條件來決定，即需要在設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工、裝配、物流的哪一部分加強，進而采取先點后面、循序漸進的實施策略，不要一下鋪得太大。

參考文獻

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篇5

【關(guān)鍵詞】培養(yǎng)興趣;實驗操作;實際應(yīng)用;課外實踐

數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用是廣泛的，大至宏觀的天體運動，小至微觀的質(zhì)子、中子的研究，都離不開數(shù)學(xué)知識，甚至某些學(xué)科的生命力也取決于對數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用程度。馬克思曾指出：“一門科學(xué)只有成功地應(yīng)用了數(shù)學(xué)時，才算真正達到了完善的地步?！鄙钪谐錆M著數(shù)學(xué)，人們的吃、穿、住、行都與數(shù)學(xué)有關(guān).如通過人們吃的糕點可認識到豐富的幾何圖形;在商場買衣買鞋時經(jīng)常會遇到打折（百分數(shù)）的問題;日常生活中水電費的支出;數(shù)學(xué)教師要善于從學(xué)生的生活中抽象出數(shù)學(xué)問題，使學(xué)生感到數(shù)學(xué)就在自己身邊，讓學(xué)生感受到生活中處處有數(shù)學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用意識。

一、用實際問題調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

心理學(xué)研究表明：“學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)生熟悉的生活背景越貼近，學(xué)生自覺接納知識的程度就越高”。因此，在課堂教學(xué)中，要盡可能地將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的生活背景結(jié)合起來，從貼近學(xué)生生活的實際問題引入新課，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.概念從實際引入

學(xué)習(xí)“垂直”的概念時，可結(jié)合實際提出這樣的問題：馬路的十字路口的兩條道路位置上有何關(guān)系？再比如電線桿與它上面架的電線位置上有什么關(guān)系？這些都是數(shù)學(xué)在實際生活中具體涉及到的例子，能激發(fā)學(xué)生的求知欲望，使學(xué)生產(chǎn)生“生活中處處有數(shù)學(xué)”的意識，而且能直觀地理解垂線的意義，并意識到學(xué)習(xí)這個內(nèi)容的重要性。

2.公式、法則結(jié)合實例抽象提出

結(jié)合實例抽象提出，既容易對其作出通俗易懂的解釋，又容易對其自身作出本質(zhì)的揭示。例如在學(xué)習(xí)“長方體表面積的計算方法”時，可以這樣引入新課：“提供給學(xué)生一個長方體實物和一張長方形硬紙板，要求學(xué)生把實物用紙板包裝起來的實踐操作，再讓學(xué)生通過觀察、討論交流中，體會計算長方體表面積的用途，歸納出長方體表面積的計算方法?！边@樣不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)數(shù)學(xué)的興趣，而且能激發(fā)學(xué)生愛數(shù)學(xué)、學(xué)數(shù)學(xué)、用數(shù)學(xué)的情感。

3.性質(zhì)從實際需要提出

例如：在學(xué)習(xí)“點到直線的距離”時，可以從走路時往往喜歡抄直路直奔目的地，這樣做究竟是為了什么，讓學(xué)生思考，通過這樣的實例，能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生易于接受，同時還能領(lǐng)悟到數(shù)學(xué)在現(xiàn)實生活中無所不用。當(dāng)然在教學(xué)中還要注意充分利用現(xiàn)代化教育技術(shù)輔助教學(xué)，采用模型、幻燈、錄像、計算機等現(xiàn)代教學(xué)手段，增加師生互動、形象化表示數(shù)學(xué)的內(nèi)容，同時將抽象的知識直觀化。這樣能吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動學(xué)生積極學(xué)習(xí)知識的興趣，又能加深對知識的理解，提高學(xué)習(xí)效率。

二、教學(xué)聯(lián)系實際，從生活中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題

從知識的掌握到知識的應(yīng)用不是一件一蹴而就的事，沒有充分的、有意識的培養(yǎng)，學(xué)生的應(yīng)用意識是不會形成的。教學(xué)中應(yīng)該注重從具體的事物提煉數(shù)學(xué)問題，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系日常生活中的一些問題用數(shù)學(xué)知識來解決，這有助于學(xué)生數(shù)學(xué)應(yīng)用意識的形成。比如在學(xué)習(xí)“正比例”時，利用這樣一個生活中常遇到的問題：甲乙兩地有三條公路相通，但在通常情況下，由甲地去乙地我們選擇最短的一條路（省時，省路）;特殊情況下，如果最短的那條路太擁擠，在一定時間內(nèi)由甲地趕到乙地我們就選擇另外的一條路，寧肯多走路，加快步伐（速度），來保證時間（時間一定，路程與速度成正比）。從數(shù)學(xué)角度給學(xué)生分析這個問題用于“行程應(yīng)用題”，是路程、時間、速度三者關(guān)系的實際應(yīng)用。這一問題的提出可以使學(xué)生感到具體的實際問題就在自己身邊等待解決，增強了主動意識，激發(fā)了興趣。

三、精心編制問題，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力

當(dāng)前我國數(shù)學(xué)教材中的問題和考題多半是脫離了實際背景的純數(shù)學(xué)問題，或者是看不見背景的應(yīng)用數(shù)學(xué)問題。這樣的訓(xùn)練，久而久之，使學(xué)生解現(xiàn)成數(shù)學(xué)題的能力很強，而把實際問題抽象化為數(shù)學(xué)問題的能力卻很弱。而數(shù)學(xué)是以現(xiàn)實世界的空間形式和數(shù)量關(guān)系作為研究對象的，它的許多概念、性質(zhì)和方法都從現(xiàn)實中來。但它有更多結(jié)論去為生產(chǎn)和社會各行各業(yè)服務(wù)。因此，教師可在遵循教學(xué)要求的前提下，精心編制一些與生活有關(guān)的問題，可以使學(xué)生感到自己的周圍處處有數(shù)學(xué)，從而使其萌發(fā)學(xué)好數(shù)學(xué)去解決實際問題的愿望，把學(xué)和用結(jié)合起來，達到提高學(xué)生應(yīng)用能力的效果。如在學(xué)習(xí)“最小公倍數(shù)”時，可編制實際生活中有關(guān)生產(chǎn)中的任務(wù)分配的問題，如“某服裝廠的工人每人每天可生產(chǎn)3件上衣或7條褲子，一件上衣和一條褲子為一套服裝，現(xiàn)有60名工人生產(chǎn)，每天最多能生產(chǎn)多少套服裝？”根據(jù)題意，需先求3和7的最小公倍數(shù)（21）才能使每天生產(chǎn)的服裝最多，再進行對工人進行分工（42人生產(chǎn)上衣，18人生產(chǎn)褲子）。這樣根據(jù)教學(xué)目的編制這類與生活相關(guān)的問題，在教學(xué)時學(xué)生不僅容易接受，而且能體會到數(shù)學(xué)知識在生活中的實用價值，讓學(xué)生知道了數(shù)學(xué)來源于生活，并服務(wù)于生活。在教學(xué)中，可逐步引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識并結(jié)合實際編制問題并解決問題，逐步增強學(xué)生學(xué)數(shù)學(xué)、用數(shù)學(xué)的能力。

四、加強課外實踐，帶著數(shù)學(xué)知識走進生活

著名的數(shù)學(xué)華羅庚先生曾說過：“宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之變，日用之繁，無處不用數(shù)學(xué)?！本俚仃U述了數(shù)學(xué)在現(xiàn)實生活中的廣泛應(yīng)用?？梢哉f數(shù)學(xué)為很多生活問題建模。例如舉行一次野炊活動。一方面要引導(dǎo)學(xué)生收集大量信息，深化統(tǒng)計的學(xué)習(xí)，另一方面也讓學(xué)生參與活動的全過程，調(diào)查市場行情，讓學(xué)生親自到商場買米、買菜和其他必需品，在整個活動過程中學(xué)生可能會遇到許多困難，如買菜中的估算，人民幣的支付，菜的搭配和選擇等策略活動，引導(dǎo)學(xué)生有序地思考，提高解決實際問題的能力，滲透應(yīng)用數(shù)學(xué)的意識?！耙按丁被顒訉W(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)與生活緊密相連，讓孩子們津津有味地評論著自己所買的菜，交流著買菜的體驗，充分展示了每個人的個人愛好，生活經(jīng)驗、情趣，也學(xué)習(xí)和交流著學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)所包融的價值觀，實用觀，享受著學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的快樂。這是融數(shù)學(xué)、社交知識于一體的綜合練習(xí)，這樣的作業(yè)設(shè)計從孩子們身邊的現(xiàn)實問題入手，給學(xué)生提供了一次運用各種知識進行實踐活動的鍛煉機會。在這一過程中學(xué)生學(xué)會獲取知識、掌握研究問題的方法，培養(yǎng)實際運用能力，使自己成為學(xué)習(xí)的主人。

總之，教師在平時的教學(xué)過程中，應(yīng)有意識地收集、整理一些適應(yīng)本地生活、生產(chǎn)需要的實際應(yīng)用性問題，注意收集與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的實際素材組織教學(xué)活動，增加實習(xí)作業(yè)和探究性活動，找到向?qū)嶋H問題過渡的滲透點，使學(xué)生領(lǐng)悟數(shù)學(xué)的應(yīng)用價值，達到潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)的能力。

參考文獻：

篇6

1.1團隊人力資本測量的研究從“投入說”、“產(chǎn)出說”到“內(nèi)容說”，人力資本的內(nèi)涵與外延不斷發(fā)展。學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界普遍贊成知識、技術(shù)、技能、素養(yǎng)等是人力資本本質(zhì)要素的觀點。但由于其難以測量，常用簡單、客觀、便于操作的顯性指標(biāo)作為替代，學(xué)歷、職稱、年齡、性別等的百分比便成為測量團隊人力資本結(jié)構(gòu)的選擇。但這種方式對團隊人力資本的反映是表象的而非實質(zhì)的，對具有相同人力資本結(jié)構(gòu)的團隊價值創(chuàng)造不同的現(xiàn)象缺乏有力的解釋。

1.2團隊匹配內(nèi)容及機理的研究在人員匹配內(nèi)容及機理方面，按照匹配對象主要分為人－崗匹配、人－團隊匹配、人－組織匹配三類。人－崗匹配是從崗位分析出發(fā)，員工的技術(shù)、知識、能力與崗位需要之間的匹配［16］;人－團隊匹配是個人和團隊其他成員在目標(biāo)、價值觀、特質(zhì)等方面的匹配;人－組織匹配是指個人的人格、價值觀、目標(biāo)、態(tài)度與組織的文化/氣氛、價值觀、目標(biāo)、規(guī)范的匹配，以及組織提供的資源、財政、物質(zhì)、心理、機遇、任務(wù)、人際等與個人供給的資源、時間、努力、承諾、經(jīng)驗、人際等的匹配［?，F(xiàn)有人員匹配主要圍繞個人匹配展開，但對于把團隊視為整體與工作對象匹配問題的研究也有所涉及，例如:孫銳等(2007)分析了知識型團隊與知識工作任務(wù)的匹配關(guān)系，探討了知識型團隊的動態(tài)能力構(gòu)建機制［25］。馬衛(wèi)華等(2012)通過實證研究表明學(xué)術(shù)團隊的研究偏好與產(chǎn)學(xué)研合作項目越匹配，產(chǎn)學(xué)研合作將有助于提升團隊的學(xué)習(xí)能力［。現(xiàn)有將團隊作為整體與作業(yè)對象匹配的研究已初見端倪，主要是針對某一背景，研究團隊匹配對組織關(guān)注內(nèi)容的作用關(guān)系，對如何實現(xiàn)匹配的方法類研究還有待深入，因此，將揚長避短的分工思想引入團隊管理，考慮不同團隊與不同作業(yè)對象之間優(yōu)勢供需一致的工作安排，以期盡可能地發(fā)揮團隊優(yōu)勢。

1.3雙邊匹配模型及算法的研究這部分研究主要分為兩類，一類是一般性的雙邊匹配模型算法的研究，雙邊匹配思想起源于指派問題，通過多目標(biāo)多指標(biāo)決策、數(shù)學(xué)建模與優(yōu)化等方法對以滿意度、穩(wěn)定性為目標(biāo)的方法及決策支持系統(tǒng)等雙邊匹配問題開展研究。從GordenforsP(1975)提出偏好匹配以來，人們從序值信息的雙邊匹配決策模型及其穩(wěn)定性判斷方法、隨機分布序值偏好的Gale-Shapley匹配算法等，構(gòu)建了基于偏好的匹配模型?；趦?yōu)勢結(jié)構(gòu)的匹配是一種特殊的偏好匹配，但更加具體深入，因為它定量地刻度了優(yōu)勢與劣勢。一類是具有實際背景的雙邊匹配決策研究，例如:“人－設(shè)備”匹配主要是通過生理學(xué)、醫(yī)學(xué)、人體測量學(xué)、美學(xué)等，研究負荷與職業(yè)健康、作業(yè)方法等內(nèi)容，劉建剛等(2009)基于“任務(wù)－團隊匹配矩陣”及“任務(wù)－團隊效率矩陣”提出了任務(wù)智能化分配法［41］。但缺少將優(yōu)勢與劣勢嵌入到匹配決策的思想。已有研究推動了人力資本理論和匹配決策理論的發(fā)展，豐富了雙邊匹配決策模型和方法。然而，需要指出的是:現(xiàn)有對團隊人力資本結(jié)構(gòu)的測量主要是面向顯性結(jié)構(gòu)，該種方式對團隊整體人力資本缺少實質(zhì)性表述，與人力資本的價值創(chuàng)造本質(zhì)脫節(jié)，難以反映團隊的優(yōu)勢與劣勢，對揚長避短的團隊任務(wù)指派缺少決策支持，也不利于團隊人力資本效用的充分發(fā)揮?；诖耍疚拈_展以下研究:(1)提煉面向隱性結(jié)構(gòu)的團隊人力資本競優(yōu)結(jié)構(gòu)的概念及構(gòu)建其測量方法;(2)鑒于現(xiàn)有團隊任務(wù)分配較少考慮團隊優(yōu)勢，提出基于團隊人力資本競優(yōu)結(jié)構(gòu)的“團隊－工作對象”匹配模型，以期實現(xiàn)多團隊多作業(yè)對象之間的科學(xué)分工，實現(xiàn)團隊價值的優(yōu)化，通過算例驗證方法的可行性和有效性。

2基于人力資本競優(yōu)結(jié)構(gòu)的“團隊－作業(yè)對象”匹配模型

2.1團隊人力資本競優(yōu)結(jié)構(gòu)概念本文把團隊人力資本結(jié)構(gòu)分為顯性結(jié)構(gòu)和隱性結(jié)構(gòu)，顯性結(jié)構(gòu)是基于對團隊個體的累計百分比，可直接觀測、計量，以年齡、性別、職稱、教育程度、級別的比例關(guān)系結(jié)構(gòu)。隱性結(jié)構(gòu)是把團隊作為一個整體，基于人力資本的內(nèi)質(zhì)指標(biāo)集，團隊的各項知識、素質(zhì)、能力、技能、觀念等指標(biāo)實際值強弱相對比較結(jié)構(gòu)。顯性結(jié)構(gòu)能反映團隊基本的勝任素質(zhì)，可以作為能否參與多個團隊與多個作業(yè)對象匹配的基礎(chǔ)，需要說明的是，在組織的管理實踐中，常常基于平衡性考慮，使得各個團隊的顯性人力資本結(jié)構(gòu)差異不大，這也導(dǎo)致通過顯性結(jié)構(gòu)無法實現(xiàn)團隊與作業(yè)對象之間的最佳指派，也就是團隊盡其才、物盡其用的指派。而隱性結(jié)構(gòu)由于其刻畫了自身優(yōu)勢與劣勢，彌補了顯性結(jié)構(gòu)的不足，考慮到作業(yè)對象對團隊人力資本優(yōu)勢與劣勢的偏好差異，在對團隊與作業(yè)對象匹配的決策過程中，顯性結(jié)構(gòu)和隱性結(jié)構(gòu)要結(jié)合起來，首先通過顯性結(jié)構(gòu)作為是否可以參與匹配決策的依據(jù)，也就是通過顯性結(jié)構(gòu)達標(biāo)程度，保證團隊人力資本滿足工作對象的基本要求。然后把隱性結(jié)構(gòu)作為如何配對的根據(jù)，實現(xiàn)有利于團隊發(fā)揮最佳效能的指派工作。團隊人力資本隱性結(jié)構(gòu)是在以團隊作為整體的條件下，在成員個體人力資本及團隊成員之間的相互作用關(guān)系及知能交叉影響下，以團隊為整體的人力資本各項指標(biāo)值之間相互比較的強弱結(jié)構(gòu)。以挖掘和充分利用團隊人力資本價值為手段和目標(biāo)，從而提高團隊價值創(chuàng)造力的方式即“競優(yōu)”，團隊人力資本競優(yōu)結(jié)構(gòu)是從最有利于認可團隊價值的角度識別的一種隱性結(jié)構(gòu)。通過識別團隊人力資本隱性結(jié)構(gòu)，尤其是競優(yōu)結(jié)構(gòu)，能夠了解團隊的優(yōu)勢與劣勢，為團隊人力資本提升、作業(yè)對象匹配等決策提供支持。團隊人力資本競優(yōu)結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵與相關(guān)概念區(qū)別如圖1所示。

2.2團隊人力資本競優(yōu)結(jié)構(gòu)的測量方法源于人本心理學(xué)的需求層次理論，被最大程度認可是人們的永恒追求。競優(yōu)結(jié)構(gòu)是能最大程度反映團隊價值的參數(shù)結(jié)構(gòu)。團隊人力資本競優(yōu)結(jié)構(gòu)識別方法是基于效用函數(shù)，依據(jù)團隊各項人力資本指標(biāo)信息，以優(yōu)化技術(shù)為依托，實現(xiàn)團隊人力資本價值最大化的指標(biāo)價值參數(shù)確定方法，它能夠?qū)Ω黜椚肆Y本指標(biāo)相對優(yōu)劣程度刻畫、分析、判斷并給出推斷結(jié)論。本文選取具有目標(biāo)引導(dǎo)作用的距離效用函數(shù)，以優(yōu)化模型的價值參數(shù)為決策變量，以效用最大化為目標(biāo)，模型的價值參數(shù)最優(yōu)解即團隊人力資本競優(yōu)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)表達式。具體而言，就是在團隊人力資本內(nèi)質(zhì)指標(biāo)體系(x1，x2，…，xm)的基礎(chǔ)上;根據(jù)團隊各指標(biāo)實際值，以指標(biāo)價值參數(shù)(w1，w2，…，wm)為決策變量;通過優(yōu)化表現(xiàn)團隊人力資本價值的效用函數(shù)Yi=f(wi，xi)，i=1，2，…，m，競優(yōu)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)表現(xiàn)形式是實現(xiàn)MAX(Yi)的(w*1，w*2，…，w*m)，w*j為指標(biāo)j的團隊人力資本優(yōu)勢度。鑒于人力資本內(nèi)質(zhì)指標(biāo)需要通過專家評分法獲得，模糊數(shù)形式較能反映專家評分思維模式，用模糊距離函數(shù)表示團隊人力資本價值，則團隊人力資本競優(yōu)結(jié)構(gòu)的測量模型。

2.3“團隊－作業(yè)對象”競優(yōu)結(jié)構(gòu)相似度測量方法“團隊－作業(yè)對象”競優(yōu)結(jié)構(gòu)供需匹配度越大，團隊人力資本發(fā)揮的空間越大。用相似度大小表示二者匹配程度，優(yōu)勢結(jié)構(gòu)相似度按公式(3)計算。

2.4基于競優(yōu)結(jié)構(gòu)匹配度的益損值團隊與作業(yè)對象的人力資本競優(yōu)結(jié)構(gòu)匹配度越大，越有利于人力資本創(chuàng)造價值，把團隊指派給該作業(yè)對象的人力資本效能收益為。

2.5“團隊－作業(yè)對象”匹配指派模型設(shè)yij表示0－1決策變量，yij=0表示不將團隊pi指派給工作對象gi，yij=1表示將團隊pi指派給工作對象gi，建立如下指派決策模型。其中，zA為團隊人力資本損失，zB為工作對象的損失。FA為團隊成本矩陣，F(xiàn)B為工作對象成本矩陣。通過上述分析，可得基于人力資本優(yōu)勢結(jié)構(gòu)的“團隊－工作對象”匹配流程為圖2所示。

3算例

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋼鐵企業(yè)設(shè)備組成與功能越來越復(fù)雜，個體由于認知能力的限制，在設(shè)備安全運行上常常需要團隊去完成單個個體難以解決的問題。在企業(yè)管理過程中，如何實現(xiàn)團隊與重大關(guān)鍵設(shè)備這一作業(yè)對象的匹配優(yōu)化是提高生產(chǎn)效率、增強安全水平、提升員工滿意度的重要途徑之一。當(dāng)團隊的人力資本優(yōu)勢與劣勢與所作業(yè)的設(shè)備優(yōu)勢與劣勢偏好一致時，團隊的工作效率就更高，團隊績效就更好，事半功倍。否則就會事倍功半、帶來人力資本浪費。因此，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)一線團隊與設(shè)備之間的匹配具有一定的現(xiàn)實意義。RZ生產(chǎn)線是AG集團的生產(chǎn)重地，分為加熱爐區(qū)域、粗軋區(qū)域、精軋區(qū)域、卷曲區(qū)域四個區(qū)域，每個區(qū)域有完成相應(yīng)功能的重大關(guān)鍵設(shè)備群，每一個設(shè)備群可以視為一個作業(yè)對象。該廠主要有四大團隊，團隊由生產(chǎn)人員、點檢人員、協(xié)力人員組成，主要包括機械專業(yè)人員、冶金專業(yè)人員、軋鋼技工生產(chǎn)協(xié)力，鉗工、電工、配管、電焊、氣焊等專業(yè)的設(shè)備協(xié)力組成，年齡結(jié)構(gòu)主要分布在28歲到45歲，性別多為男性，職稱按照高級、初級、中級的比例為10%，60%，30%;學(xué)歷結(jié)構(gòu)為研究生10%，本科生60%，專科生30%。根據(jù)各個團隊的顯性人力資本結(jié)構(gòu)以及各個設(shè)備群對于工作團隊的基本要求，通過專家討論，認為團隊2無法勝任設(shè)備群2的作業(yè)需求，團隊3無法勝任設(shè)備群4的作業(yè)需求，故在匹配成本矩陣中通過匹配成本為無窮大來體現(xiàn)，以保障排出將團隊2匹配給設(shè)備群2的可能性，團隊3匹配給設(shè)備群4的可能性?；趯︿撹F企業(yè)的實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)6類團隊人力資本質(zhì)量指標(biāo)對于設(shè)備安全運行尤為重要，團隊及設(shè)備在各指標(biāo)的指標(biāo)值是以訪談方式獲得，以區(qū)間數(shù)形式給出。團隊的人力資本指標(biāo)值如表1所示，設(shè)備群的人力資本需求指標(biāo)值如表2所示。依據(jù)模型(1)、(2)、(3)得到團隊人力資本實際競優(yōu)結(jié)構(gòu)合設(shè)備群人力資本理想競優(yōu)結(jié)構(gòu)，如表5和表6所示。根據(jù)公式(4)、(5)、(6)，設(shè)團隊與設(shè)備匹配損失具有對稱關(guān)系，“團隊－設(shè)備群”匹配的人力資本效用損失值為表7所示。根據(jù)公式(7)、(8)、(9)、(10)、(11)，基EXCEL于目標(biāo)規(guī)劃的匹配模型求解，得到“團隊－設(shè)備”匹配方案。將團隊1匹配給設(shè)備4，將團隊2匹配給設(shè)備，1，將團隊3匹配給設(shè)備2，團隊4匹配給設(shè)備3。

4結(jié)論

篇7

首先，大學(xué)生深受應(yīng)試教育影響，習(xí)慣于傳統(tǒng)教育的思維和行為模式，創(chuàng)新的積極性不高，表達交流能力匱乏，更不善于協(xié)同工作。在傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)過程中，對考試選拔的過度依賴，導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)造力下降，抑制了青少年的靈感與個性的發(fā)展，從某種意義上阻礙了學(xué)生心智的成長。在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，知識以老師單方向向?qū)W生灌輸為主，學(xué)生僅作少量的變通和應(yīng)用，久而久之，學(xué)生不僅習(xí)慣了被給予的單純接受知識的形式，而且對事物的認知建立起已有的經(jīng)驗和規(guī)律，極易陷入思維定勢。另一方面，以考試為學(xué)業(yè)考核的單一評估形式使學(xué)生習(xí)慣于尋求對既定問題的“唯一”答案，自覺或不自覺地訴求一種統(tǒng)一思維，這一習(xí)慣導(dǎo)致了思想的僵化。追求考試高分更加劇了這種思維的禁錮，因為學(xué)生從未被給予機會對書本成文的內(nèi)容進行質(zhì)疑，學(xué)生絕對相信所學(xué)知識，毫無批判意識，養(yǎng)成思維惰性。步入大學(xué)以后，由于思維、行為模式長期受傳統(tǒng)教育的影響，學(xué)生很容易接受本科教學(xué)中與過去學(xué)習(xí)經(jīng)歷相匹配的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，當(dāng)這一學(xué)習(xí)方式仍然有效時，他們則懶于尋求新的方式，加之大學(xué)課余時間多，娛樂活動豐富，學(xué)生更無暇顧及本不擅長的創(chuàng)新。因此，盡管當(dāng)代大學(xué)生已意識到創(chuàng)新的重要性和迫切性，卻無從下手，作出實質(zhì)的行為改變。

其次，大學(xué)生缺乏觀察能力、自學(xué)能力、動手能力以及知識的整合能力，他們不善于利用和創(chuàng)造條件。學(xué)生通常有創(chuàng)新的靈感，但缺乏創(chuàng)新所需的觀察力。在觀察的深度和廣度、觀察的敏銳性和靈活性等方面都存在先天的不足，即使有靈感，也是短暫的。學(xué)生的自學(xué)能力弱進一步抑制了創(chuàng)新，學(xué)生習(xí)慣止步于書本，而創(chuàng)新所需要的知識往往需要主動地獲取，而不是按部就班地照著操作規(guī)程執(zhí)行。動手能力差挫敗了學(xué)生創(chuàng)新的積極性，學(xué)生大多數(shù)限于理論學(xué)習(xí)，對專業(yè)的感性認識不夠。部分專業(yè)教學(xué)枯燥乏味，內(nèi)容陳舊，脫離了實踐。另外，由于學(xué)生自身缺乏積極性來充分利用學(xué)校有利條件，因此不能把握本專業(yè)最新的發(fā)展動態(tài)，缺少向知識或經(jīng)驗豐富的教師或同學(xué)請教的主動性，對相關(guān)學(xué)科的前沿知識掌握很少，學(xué)科之間更缺乏合理的整合，這些都限制了學(xué)生創(chuàng)新能力的進一步發(fā)展。

第三，大學(xué)生有創(chuàng)新的熱情，但缺乏創(chuàng)新的毅力，使得創(chuàng)新沒有可持續(xù)性，易以失敗告終。許多大學(xué)生雖然不滿足于現(xiàn)狀，但只是牢騷滿腹，未能有切實行動。即使大學(xué)生通過教師的引導(dǎo)有了一定的創(chuàng)新熱情，但在實際工作中往往虎頭蛇尾。人在社會中需要承受來自方方面面的壓力，而創(chuàng)新比常規(guī)解決問題的過程有著更大更多的艱難險阻，在排難除險的過程中，需要個體充滿熱情，堅持主張。這些包含積極情感體驗和意志表現(xiàn)的非智力品質(zhì)，對大學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)大有裨益。

第四，長期的課堂教學(xué)也成為大學(xué)生協(xié)作能力差的重要原因。在傳統(tǒng)教育以課堂為主和以考試為考核主要方式的教學(xué)中，皆強調(diào)學(xué)生的獨立思考能力。學(xué)生在課堂上很少與其他學(xué)生交流并共同解決某一難題，與此相關(guān)的一些教學(xué)改進也往往浮于形式，很難從根本上提高學(xué)生團隊合作的能力。學(xué)生長久以來以自我為中心，不善與人溝通合作，用語言表達見解的能力較差，更進一步成為大學(xué)生協(xié)作能力缺失的原因。而創(chuàng)新不僅是個人主觀能動性的充分發(fā)揮，往往也是團隊精神的集中展現(xiàn)。當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的許多前沿領(lǐng)域?qū)W科間交叉滲透，單靠一個人的能力無法勝任，需要具有自主創(chuàng)新能力的團隊合作去攻克技術(shù)難關(guān)。所以團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)也成為提高大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

二、加強大學(xué)生創(chuàng)新和協(xié)作能力的培養(yǎng)途徑

針對上述各方面的問題及其原因分析可知，應(yīng)進一步改革陳舊的教育模式，實現(xiàn)教育觀念的轉(zhuǎn)變，樹立創(chuàng)新教學(xué)理念，改變教育管理模式，我們建議從以下幾個方面入手：

2.1深化課堂教學(xué)創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生科研興趣和創(chuàng)新意識

在這一點上，教師首先應(yīng)轉(zhuǎn)變教育觀念，改革教育方式。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)從知識的傳授者變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)和科技創(chuàng)新活動的引導(dǎo)者，重視以啟發(fā)式、問題式、研討式為主的開放式教學(xué)，使學(xué)生由被動的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的主人。鼓勵學(xué)生勇于提問，形成寬松、活躍的氣氛，創(chuàng)造一個互動的、以學(xué)生為中心的課堂，尊重學(xué)生合理的個人見解和個性選擇。比如，筆者在教授“計算機導(dǎo)論”課程的二進制這一章節(jié)時，結(jié)合與二進制相關(guān)的智力題和企業(yè)面試過程中的測試題，如將蘋果裝箱、切金條發(fā)工資等問題融入到教學(xué)中，讓學(xué)生將抽象的理論與實際生活結(jié)合起來，了解計算機理論的用途。這樣做激起了學(xué)生的興趣，學(xué)生開始積極思考，踴躍發(fā)言，課堂氣氛非常活躍。具體到教學(xué)內(nèi)容上，可適當(dāng)引入以學(xué)生為主導(dǎo)的研究型設(shè)計創(chuàng)新環(huán)節(jié)，該設(shè)計應(yīng)不局限于唯一正確的解答，從而鼓勵學(xué)生優(yōu)化設(shè)計方案并自行搜索課堂傳授內(nèi)容以外的任何有幫助的信息。其次，課堂教學(xué)要吸引學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)的興趣、對新鮮事物的好奇心和敏銳的觀察力，應(yīng)使用理論聯(lián)系實際的教學(xué)方式，力求拓寬學(xué)生的視野和知識面。在教學(xué)中，教師應(yīng)注意參考學(xué)科前沿的研究進展及成果，從中挑選出吸引人的、有實際意義的部分有機地融入課堂，促進學(xué)生對本學(xué)科前沿科學(xué)研究成果的了解，調(diào)動學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和研究熱情，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在“多媒體技術(shù)與圖像處理”課程的教學(xué)過程中，筆者將國際上多媒體和圖像處理方面最前沿的發(fā)展穿插到課堂教學(xué)中，把ACMMultimedia、CVPR等頂級國際會議論文中的最新研究成果，比如，將基于內(nèi)容的圖像/視頻搜索技術(shù)、谷歌無人駕駛汽車、微軟亞洲研究院基于輪廓搜索的“MindFinder”等技術(shù)融入課堂，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。筆者在講授上述3個例子時配有非常精彩的視頻，令講授過程生動具體，效果呈現(xiàn)形式多樣化，使其易于被理解。學(xué)生可以從中了解到如何根據(jù)輪廓來進行交互式的圖像搜索，如何進行圖像的自動修復(fù)與去噪，無人駕駛汽車是如何工作的及其背后的技術(shù)。另一方面，在課堂教學(xué)中，把書本上的抽象問題具體化，枯燥問題趣味化，結(jié)合現(xiàn)實的應(yīng)用實例，使學(xué)生了解理論是如何同實際相結(jié)合的，利于學(xué)生利用所學(xué)知識進行創(chuàng)新。更重要的是，深化創(chuàng)新教學(xué)應(yīng)從本質(zhì)上改變以成績作為考核目標(biāo)的單一評價形式，否則所作努力皆為徒勞。當(dāng)被告知自行設(shè)計的方案和自主學(xué)習(xí)的成果將在很大程度上影響到課程的考核時，學(xué)生自然會摒棄單一追求試卷成績的學(xué)習(xí)模式，將更多精力投入到創(chuàng)新的實踐中來，潛移默化地養(yǎng)成研究興趣和自學(xué)能力。評價學(xué)生學(xué)到什么及在某一方面有多大進步，應(yīng)該與該領(lǐng)域的實際發(fā)展情況結(jié)合起來，而不應(yīng)該僅考慮教學(xué)內(nèi)容。

2.2豐富課外創(chuàng)新活動，培養(yǎng)協(xié)作能力

促進高校創(chuàng)新教育環(huán)境的建設(shè)，設(shè)置從興趣小組、學(xué)術(shù)講座、科技作品展示、各類競賽到學(xué)術(shù)研究等不同梯度、不同形式、不同覆蓋面的創(chuàng)新活動，使創(chuàng)新意愿強烈、學(xué)有余力的學(xué)生很容易就能找到適合自己個性施展的舞臺。在這一過程中，著力培養(yǎng)學(xué)生的交流和協(xié)作能力，鼓勵學(xué)生以小組的形式自由組隊加入到團隊中。不僅如此，在創(chuàng)新活動的選擇上，教師或輔導(dǎo)員的引導(dǎo)尤為關(guān)鍵，應(yīng)充分尊重學(xué)生的意愿和興趣愛好，盡量鼓勵學(xué)生選擇應(yīng)用性強的活動。近年來，西南交通大學(xué)積極開展了ACM大學(xué)生程序設(shè)計競賽、數(shù)學(xué)建模大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、嵌入式設(shè)計大賽以及大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃等創(chuàng)新實踐活動，學(xué)生表現(xiàn)積極并取得了一些成績。學(xué)?？梢蚤_放實驗室，并介紹實驗室在研項目和最新研究成果，與課堂教學(xué)相輔相成，發(fā)掘有研究潛質(zhì)的學(xué)生并進一步指導(dǎo)提升其參與興趣和自覺性。2006年以來，西南交通大學(xué)在面向計算機專業(yè)的本科生中開展了大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃（SRTP），以培養(yǎng)大學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度、創(chuàng)新意識、團隊合作精神，提高他們的研究能力、創(chuàng)新能力和綜合實踐能力，實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)，學(xué)校和實驗室對該計劃給予了一定的經(jīng)費和條件上的支持。該計劃鼓勵學(xué)生以小組合作，自主規(guī)劃完成方案和任務(wù)分配，盡量選擇應(yīng)用背景強、和實驗室項目相關(guān)的創(chuàng)新實踐題目，避免抽象的題目，有時也將大型科研項目的一部分獨立出來作為選題。實驗題目設(shè)置了分階段、分層次的子目標(biāo)，使參與的學(xué)生有明確的計劃和階段成功的成就感。大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和協(xié)作能力。項目大都結(jié)合實際應(yīng)用，比如通過Android和IOS平臺在手機上實現(xiàn)圖像處理和編輯功能；構(gòu)建購物搜索引擎并實現(xiàn)部分基于內(nèi)容的搜索功能。通過團隊成員的合作與討論，最終完成項目。項目完成后，學(xué)生能力增強，收獲頗多。

2.3加強創(chuàng)新實踐中的心理指導(dǎo)

在對大學(xué)生進行專業(yè)技術(shù)和技能創(chuàng)新方面引導(dǎo)的同時，不能忽視對其心理方面的輔導(dǎo)。從大的方面講，幫助學(xué)生樹立理想和正確地規(guī)劃人生，鼓勵學(xué)生參與交流，培養(yǎng)其樂觀開朗的性格，以及不畏艱苦、精益求精的鉆研精神。在具體實施過程中，幫助學(xué)生克服初始的過度自信和遇到困難時的極度悲觀，因為這種波動不利于創(chuàng)新實踐活動的開展。教師要及時協(xié)調(diào)創(chuàng)新小組成員間思想和技術(shù)方案上的不同見解，以保證活動的順利進行。學(xué)校可另開設(shè)有關(guān)思維科學(xué)、推理能力、心理學(xué)或方法論等課程，促進創(chuàng)新活動的開展，這都會對學(xué)生科學(xué)精神和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)起到重要的作用。

三、結(jié)語

篇8

[關(guān)鍵詞]CSCL；協(xié)作學(xué)習(xí)；定量分析；定性分析

[中圖分類號]G434　[文獻標(biāo)識碼]A　[文章編號]1672-0008(2010)03-0093-09

在信息技術(shù)時代下，以技術(shù)為支撐的學(xué)習(xí)成為教育技術(shù)學(xué)領(lǐng)域的一個熱點，也將成為未來教育技術(shù)學(xué)研究的趨勢。技術(shù)如何支持有意義的學(xué)習(xí)、需要什么樣的手段和途徑，更是成為我們探究的中心。這是因為人類歷史上每一種關(guān)鍵性技術(shù)的突破，每一種新技術(shù)的形塑，通常會導(dǎo)致人類生存方式乃至基本社會結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，從而開拓新的生存空間，生成新的生活經(jīng)驗。計算機支持的協(xié)作學(xué)習(xí)正是這樣的具有突破性意義的關(guān)鍵技術(shù)之一。計算機支持下的協(xié)作學(xué)習(xí)(com－puter Support Collaboration Learning，CSCL)是借助計算機技術(shù)與協(xié)作學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式，探討如何對學(xué)習(xí)過程的支持，并在幫助學(xué)習(xí)者獲取知識和技能方面擔(dān)當(dāng)起重要的作用，成為教育技術(shù)學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)等重要的研究領(lǐng)域之一。

最早與CSCL相關(guān)的研究可以追溯到上世紀80年代初，在圣地哥亞1983年舉行的一個名為“共同問題解決與微型計算機”(Joillt Problem Solving and Microcomputer)的學(xué)術(shù)研討會上。1989年由北大西洋公約組織(NATO)資助，在意大利的Maratea召開的一個關(guān)于CSCL專題學(xué)術(shù)會，被大多數(shù)人認為是CSCL誕生的標(biāo)志。國外經(jīng)過了近20年的發(fā)展，在研究內(nèi)容和研究方法上取得了一系列成果。這對國內(nèi)研究CsCL有什么樣的啟示?國內(nèi)外研究取得了什么樣的成果?還存在什么樣的問題?很有必要對國內(nèi)外CSCL研究現(xiàn)狀進行分析。本研究正是基于上述的問題，將從定量和定性分析相結(jié)合的方法試圖給予解答。

一、研究的基本框架――范疇與方法

(一)研究的基本范疇

CSCL研究是一個非常寬泛的領(lǐng)域，它結(jié)合了計算機科學(xué)、認知心理學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)、教育學(xué)等領(lǐng)域知識，涵蓋了從CSCL的理論、策略、腳本設(shè)計、學(xué)習(xí)方法研究，到支持CSCL技術(shù)工具、環(huán)境、角色、模型、交互、評價研究等一系列研究方向。歸納起來，CSCL研究的范疇主要包括以下四個方面：(I)CSCL的理論研究；(2)CSCL策略與方法應(yīng)用研究；(3)CSCL開發(fā)設(shè)計研究：(4)CSCL評價研究。

(二)研究方法的選擇

在上述研究范疇框架的基礎(chǔ)上，本研究將從定性與定量研究相結(jié)合方法，對國內(nèi)外大量文獻進行分析。

1，定量分析的編碼方案

把CSCL文獻統(tǒng)計分析的一級類目分為：研究內(nèi)容、研究方法。研究內(nèi)容包括CSCL理論研究、CSCL策略與研究方式、CSCL開發(fā)與設(shè)計、CSCL評價研究四個子類，研究方法包括純理論性研究、應(yīng)用性研究兩個子類。

2，國內(nèi)文獻的檢索和抽樣

對國內(nèi)文獻的檢索方式，本研究通過CNKI(中國期刊全文數(shù)據(jù)庫)，以“CSCL”和“計算機支持的協(xié)作學(xué)習(xí)”為關(guān)鍵詞和題名，檢索了國內(nèi)教育技術(shù)領(lǐng)域七種核心期刊：《中國電化教育》、《電化教育研究》、《現(xiàn)代教育技術(shù)》、《中國遠程教育》、《開放教育研究》、《遠程教育雜志》、《現(xiàn)代遠距離教育》1999年到2009年相關(guān)的文章，論文搜索總數(shù)為36篇。以上文獻檢索截至?xí)r間為2009年6月8日。

3，國外文獻的檢索和抽樣

本研究對美國教育技術(shù)權(quán)威雜志EducationaI teehnology和第一份CSCL國際專業(yè)雜志ijCSCL(Intemational Joumal ofComputer-Supposed Collaborative Leaming)上發(fā)表的有關(guān)CSCL的論文進行了檢索，以“CSCL”和“computer support col－laboration learning”為關(guān)鍵詞和題名進行搜索，時間從1999年到2009年。以上文獻檢索截至?xí)r間為2009年6月8日。論文搜索總數(shù)為136篇。圖1是2009-1999年國內(nèi)外CSCL研究比較情況。

二、研究結(jié)果的分析――定量與定性

(一)定量分析

依據(jù)已經(jīng)確定的定量分析的編碼方案，筆者對國內(nèi)外有關(guān)CSCL研究的樣本文獻進行了統(tǒng)計分析。

從表1可以看出，國內(nèi)在以上四方面研究范疇上，論文總量差異性非常顯著，分布不均衡。而國外在四個

方面的研究上總量差異不顯著，分布比較均衡。與國外相比，國內(nèi)研究目前存在的問題是：過于注重理論研究、策略和方法探討，對于CSCL開發(fā)與設(shè)計和評價研究則很薄弱。這說明了利用計算機來支持協(xié)作學(xué)習(xí)過程，在技術(shù)應(yīng)用方面還存在著問題：如何利用計算機技術(shù)來開展學(xué)習(xí)活動?什么樣的計算機技術(shù)來支持學(xué)習(xí)是合理的?技術(shù)支持下的學(xué)習(xí)效果如何評價?是人評，還是機評?為了進一步說明上述的問題，本研究又做了進一步定量統(tǒng)計。具體見表2。

從表2和圖1進行視認分析可知，我國在1999年才出現(xiàn)有關(guān)CSCL的研究，研究的內(nèi)容主要是以CSCL的理論研究為主。如，CSCL的理論與方法、CSCL的教學(xué)評價、CSCL的原理與基本結(jié)構(gòu)、CSCL研究的幾個基本問題述評等，研究一直持續(xù)到2005年左右，在此期間的2003年出現(xiàn)研究的小高峰，成為研究的一個拐點，直到2006年則有所下降，但此后卻又逐漸上升?？梢姡瑖鴥?nèi)學(xué)者對CSCL的研究是逐年上升的，但與國外相比，上升的幅度太小。

但在2005年以后，我國對CSCL研究的主題方向發(fā)生了變化，由傾向基本理論的研究轉(zhuǎn)向了應(yīng)用研究，如劉黃玲子等研究了CSCL中的交互；章宗標(biāo)等在基于CSCL的任務(wù)型數(shù)據(jù)上分析了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)，并以《Visual Ba－sic程序設(shè)計》為例；林書兵等研究了基于知識覺知的CSCL交互活動工具設(shè)計，等等。為什么在如此短的時間發(fā)生這么大的改變?國外在進行CSCL理論研究的進行了約10年之久，而國內(nèi)傾向理論研究的時間約為7年左右。

究其原因，一個引發(fā)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵是2005年在臺灣舉行CSCL國際大會主題的變革，大會題為“CSCL：未來十年”(CSCL：The Next Ten Years)，強調(diào)了技術(shù)的應(yīng)用，更加關(guān)注新的信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來促進有效的協(xié)作交互過程。把CSCL工具的設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用與心理學(xué)結(jié)合，更好的服務(wù)于教學(xué)當(dāng)中去。我國學(xué)者為了與國際研究接軌，很快將研究視線轉(zhuǎn)移，但在研究轉(zhuǎn)型的過程中，基于我國CSCL研究的整體水平并不高，主要從事理論性研究，研究方向轉(zhuǎn)型需要一個緩沖期，所以在2006年數(shù)量上有所下降，這也是研究轉(zhuǎn)型過程中出現(xiàn)的必然環(huán)節(jié)。

從表3可知，國內(nèi)對理論性研究和應(yīng)用性研究從總量上來說，還是比較缺乏，但分布比較合理。而國外研究比較重視應(yīng)用性研究，在應(yīng)用技術(shù)和方法上成熟度都較高。

總的來說，我國的CSCL研究經(jīng)歷了定義與原理、結(jié)構(gòu)與模式、方法與策略、設(shè)計與應(yīng)用、評價等發(fā)展過程；按時間順序來看分為兩個階段：一是傾向理論研究階段(1999-2005)，二是傾向應(yīng)用研究階段(2006-2009)。但理論研究和實踐研究的步伐看起來有些脫節(jié)。特別在第二個階段研究上，CSCL的應(yīng)用研究還處在起步階段，很多應(yīng)用研究方法和策略都是借鑒國外的，原創(chuàng)性的研究相對較少。這可能與我們在協(xié)作平臺和工具開發(fā)方面相對較弱有著緊密的聯(lián)系。原因在于，開展CSCL活動時，若沒有良好的協(xié)作工具或平臺支持，那么參與者的互動水平將會受到很大的影響，活動質(zhì)量也將隨之下降。然而，我國對CSCL的理論研究也并未停止，在第二階段中研究論文在比例上仍舊占有一定的數(shù)量。

(二)定性分析

CSCL是一個涉及多學(xué)科交叉的研究，涵蓋面比較廣。要準確、全面的對當(dāng)前CSCL研究做定性分析十分困難。但從眾多的研究文獻來看，包括Gerry Stahl等人從歷史的角度對計算機支持的協(xié)作學(xué)習(xí)進行的總結(jié)，Pierre Dillenbourg等人從設(shè)計到干預(yù)的角度，對計算機協(xié)作學(xué)習(xí)研究歷程、現(xiàn)狀與發(fā)展的研究以及歷屆CSCL國際會議主題和相關(guān)的論文報告等文獻中，不難看出對當(dāng)前的CSCL研究，可以從CSCL理論研究、模型研究、平臺設(shè)計與開發(fā)、策略與方法、評價研究等進行定性分析。

1，有關(guān)CSCL理論研究

CSCL的理論研究涉及到CSCL的純理論性研究(CSCL定義、性質(zhì)、框架等)、理論基礎(chǔ)探討以及理論發(fā)展歷程研究等。國內(nèi)外專家學(xué)者對此都開展過有意義地探索。

對于CSCL的定義，不同的專家有著不同的界定。其中，Koschmann在2002年的CSCL大會上所提出的CSCL定義，是現(xiàn)今最具有典型代表的一個定義。他認為CSCL是一個這樣的領(lǐng)域：它主要關(guān)注了在共同的活動情景中意義與意義建構(gòu)(meaning making)的實踐，以及通過設(shè)計人工制品作為中介而實現(xiàn)這種實踐的途徑。他把CSCL看作“意義形成的中介”，而“意義和意義建構(gòu)的實踐是公共的、可觀察的社會共有現(xiàn)象?！贝撕螅珻SCL研究者有了更加明確的研究方向。依據(jù)這一定義，Stahl提出了CSCL研究的理論框架：①協(xié)作知識建構(gòu)，②小組和個人的觀點。③以人工制品為中介，④交互分析。他認為這四個主題內(nèi)容將成為CSCL發(fā)展研究的新范式。

至今為止，CSCL發(fā)展在國外經(jīng)歷了三個階段：1990－1995年為CSCL初始階段。強調(diào)協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)果是共同理解的分享；CSCL環(huán)境的構(gòu)建來自于多樣性的社會交互。1995-2005年為CSCL成長期。這一階段通過整合多學(xué)科領(lǐng)域的專家、理論來促進自身的發(fā)展，如，形成專門的學(xué)術(shù)機構(gòu)，學(xué)術(shù)期刊(ijCSCL)發(fā)行，國際CSCL會議的規(guī)范化等等。2005年至今，是成熟與演變期。強調(diào)把協(xié)作學(xué)習(xí)整合到綜合環(huán)境之中，是實現(xiàn)非協(xié)作活動的延伸；把數(shù)字技術(shù)鑲嵌于本地環(huán)境之中，使CSCL成為一種“背景”，讓計算機從有形到無形，即“消失的計算機”。而學(xué)習(xí)將“無處不在”。

國內(nèi)研究者對CSCL理論方面研究也有相當(dāng)多的成果，如，黃榮懷出了CSCL的理論和方法；趙建華在對Web環(huán)境下協(xié)作學(xué)習(xí)的研究中，提出了一個CSCL的基礎(chǔ)理論框架；任劍鋒述評了CSCL研究的幾個基本問題，主要討論了CSCL的性質(zhì)、基本概念、其與相關(guān)概念的關(guān)系、CSCL的主要特點和CSCL的功效等基本問題；裴新寧通過訪問國際學(xué)習(xí)科學(xué)協(xié)會前主席Heine Dillenbourg，對CSCL研究與發(fā)展的十個主題進行了闡述。

總的來說，國內(nèi)近幾年的理論研究，多以Koschmann的CSCL定義作為理論依據(jù)，把Stahl提出的CSCL研究新范式作為發(fā)展研究框架，更加關(guān)注應(yīng)用性理論探討，尤其是基于Web的CSCL應(yīng)用，這將會成為未來理論研究的重要話題。

2，CSCL模型研究

模型是反映事物本質(zhì)的概念抽象，是體現(xiàn)了人們對事物的再認知過程。這一過程不僅可以支持檢驗假設(shè)、推理以及認知技能，還可以支持有意義的學(xué)習(xí)和心智模型構(gòu)建。所以，我們有必要進一步了解學(xué)習(xí)者群體內(nèi)部成員間的交互協(xié)作模型，用于指導(dǎo)協(xié)作學(xué)習(xí)策略與方法的研究。CSCL模型研究是CSCL研究的焦點之一，特別是交互模型的探討。CSCL模型有多種多樣的，按協(xié)作成員關(guān)系，可分為星狀、環(huán)狀、樹狀、網(wǎng)狀等；按協(xié)作過程的時間特征，可分為同步式和異步式。下面，我們將介紹在CSCL領(lǐng)域中出現(xiàn)的幾種典型的小組協(xié)作模型，包括會話模型、協(xié)作知識構(gòu)建模型、管理模型等。

(1)會話模型。會話模型是CSCL一種最基本的交互協(xié)作方式。成員間的協(xié)作主要是通過會話的形式實現(xiàn)，會話是協(xié)作活動的基本要素之一。Searle(1986)在會話――操作理論(Speech-Act Theory)基礎(chǔ)上，通過研究協(xié)作活動的內(nèi)部交互過程，認為協(xié)作可以通過語言／動作(Language／Actions)來完成，以五個基本“非語法含義”特征來描述語言／動作：斷言、指令、承諾、宣布、表達。圖2就是Searle提出基于語言動作的基本會話交互模型。

(2)協(xié)作知識構(gòu)建模型。CSCL研究目標(biāo)之一是在社會文化背景下，提高成員之間的協(xié)調(diào)能力，同時在與他人交互協(xié)作過程中，主動建構(gòu)自己的認識與知識。Stahl從認知心理學(xué)、協(xié)作學(xué)習(xí)理論以及社會實踐理論為理論基礎(chǔ)，提出了一個個人知識與社會知識構(gòu)建的相互結(jié)合作為CSCL協(xié)作學(xué)習(xí)過程的學(xué)習(xí)模型，即協(xié)作知識構(gòu)建模型。它明確指出了與個人心理相關(guān)的歷程和被認為是社會化歷程之間的關(guān)系。

(3)協(xié)作過程管理模型。西班牙Ciudad大學(xué)的Barros和Verdejo從本體的角度出發(fā)，提出一個CSCL互動協(xié)作過程的管理模型框架，區(qū)分了不同的交互協(xié)作分析的層次。便于協(xié)作過程管理；定義了一系列代表交互協(xié)作的屬性。其中，在該模型中包括了幾個基本本體：學(xué)習(xí)目標(biāo)本體(learning goal ontology)、輔導(dǎo)學(xué)習(xí)行為，活動本體(Tutoring action ontology)、OGF目標(biāo)本體(OGF goal ontology)和OGF角色本體(OGF role ontology)。

國內(nèi)學(xué)者對CSCL交互模型分析也進行了深入的研究，如劉黃玲子等人基于活動理論對活動系統(tǒng)的解析出發(fā)，提出了CSCL交互研究的理論框架――TAP2模型，認為話題轉(zhuǎn)換、情感變遷和過程模式是CLCL交互研究的三個重要維度；趙建華設(shè)計了一個基于Web的CSCL系統(tǒng)模型――WIN－COL模型，其中包括“個人責(zé)任－社會協(xié)作－知識建構(gòu)”三個維度；程向榮等采用了AHP(Analytic Hierarchy Process，層

次分析法)方法來確定選擇伙伴的因素，構(gòu)建了計算機支持的協(xié)作學(xué)習(xí)的伙伴模型。

CSCL關(guān)于群體協(xié)作模型的研究還有待深入去探討，才能準確的描述群體協(xié)作過程，群體認知特征以及模型結(jié)構(gòu)與關(guān)系的變換條件等等，這些關(guān)鍵在于我們?nèi)绾伟褏f(xié)作交互模型與所需的技術(shù)支持結(jié)合起來，把社會科學(xué)與CSCL結(jié)合起來進行跨學(xué)科研究。

3，CSCL平臺系統(tǒng)研究

許多CSCL的平臺系統(tǒng)根據(jù)自身的分析功能不同可以進行分類。我們從平臺的分析功能：過程分析(分為對話過程、問題解決行為)、解決策略分析(策略單元分析、策略整體分析)，過程――策略分析三個維度進行簡單的歸納。具體見表4。不難看出，目前的CSCL平臺功能越來越強大，其應(yīng)用研究呈現(xiàn)一種多元化的趨勢，這種趨勢表現(xiàn)在以下幾個方面：隨著開源軟件的發(fā)展與Web 2.0中所隱喻的新理念的融入，進一步對平臺或工具進行技術(shù)改造，功能進行整合和完善，以實現(xiàn)資源聚合和重用；通過信息技術(shù)與認知科學(xué)的研究相結(jié)合，對揭示人的感知、學(xué)習(xí)、注意、意識等心智活動過程和人腦信息加工過程的研究來開展對個體和群體在線認知方面的研究；以知識建構(gòu)和意義生成作為研究目標(biāo)，利用技術(shù)手段(網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件設(shè)計技術(shù)和協(xié)同技術(shù)等)來支持群體協(xié)作交互和思維建模。這些趨勢將成為CSCL平臺系統(tǒng)在未來開展研究的熱點。

4，CSCL研究方式

在CSCL領(lǐng)域中，其研究方式按實驗類型有三類：實驗性研究、描述性研究和基于設(shè)計研究。實驗性研究方法主要是在控制變量條件下，通過人為的控制與創(chuàng)造一些條件，使研究現(xiàn)象產(chǎn)生，并對控制變量加以操縱來確定實驗條件與結(jié)果之間的“函數(shù)”關(guān)系。如，Soller＆Lesgold利用隱馬爾可夫計算方法的EPSILON工具、Avouvis等人間采用OCAF(面向?qū)ο髤f(xié)作分析框架法)方法以及Baker和Lund利用C-CHENE工具在解決特殊問題的交互過程中，利用自動編碼的方式，對學(xué)習(xí)者交互內(nèi)容或日志進行分類和計數(shù)。通過統(tǒng)計方法分析控制變量與學(xué)習(xí)小組和學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)績效的函數(shù)關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上得出控制變量如何影響學(xué)習(xí)行為或結(jié)果的結(jié)論。這類實驗方法對實驗環(huán)境要求較高，需花費大量的人力、物力和時間去控制對象和環(huán)境，對實驗過程進行有效的控制相當(dāng)不易。

描述性研究，主要是以研究者本人作為研究工具，在真實的情景下，使用歸納法分析資料和形成理論，通過與研究對象交流、互動對其行為和意義建構(gòu)獲得解釋性的一種活動。剛其理論基礎(chǔ)是扎根理論，更多的關(guān)注豐富多彩的“人類活動的世界”。如，Andersson利用描述性話輪分析法來分析視頻觀察材料。這些材料主要記錄了多個小組(2～3人／組)在使用軟件來解決數(shù)學(xué)問題的交互過程，其目的是分析學(xué)生在會話過程中的交互角色及分析交互過程來獲知學(xué)生如何架構(gòu)學(xué)習(xí)情景。還有Milhlenbrock和Hoppe提出CARD－BOARD分析方法以及Constantino-Gonzelez等人提出的COLER方法都屬于描述性研究方法。描述性研究方法在分析問題時，有收集的數(shù)據(jù)量大，分析過程相當(dāng)?shù)暮臅r，描述語言不夠準確、有歧義產(chǎn)生的可能等缺陷。

還有一種研究范式稱為基于設(shè)計研究(Design-based Re－search，簡稱DBR)，由Collins和Brown提出，DBR結(jié)合了實驗研究方法和描述性研究方法特點，強調(diào)在實際CSCL的協(xié)作學(xué)習(xí)情景中，通過設(shè)計的變量來不斷優(yōu)化學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)干預(yù)手段，以更好的理解和促進學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)和教育。所以，DBR具有“準實驗研究法”的特點?；诖?，許多學(xué)者在實踐中開展了基于設(shè)計的研究。如，Nelson、Dede等利用多用戶虛擬環(huán)境(簡稱MUVEs)在“河流城市”項目中開展基于設(shè)計的研究。美國Vanderbilt大學(xué)認知與技術(shù)小組(CTGV)應(yīng)用視頻光盤來促進小學(xué)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決問題的能力所開展的設(shè)計研究。對于基于設(shè)計實驗研究方法，我們需要注意的是對結(jié)果進行討論、做出解釋和概括以及結(jié)論一般化時，必須保持謹慎。

國內(nèi)學(xué)者對上述三種不同的研究方法也分別進行了探討，并已經(jīng)取得一定的成果。如莊慧娟以實驗方法對CSCL中成員知識共享的需要特征與激勵策略進行了實證性研究。謝幼如等人例利用質(zhì)的研究方法對網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)活動的基本形式進行了分析。呂林海運用設(shè)計研究的方法以對稱概念作為探究主題，在真實教育情境中分析學(xué)生的對稱概念學(xué)習(xí)及理解的規(guī)律。

總之，我們在應(yīng)用研究方法上，一定要把握住“適度”這把尺子，既不要讓思辨的激情燃燒了數(shù)字理性，也不要讓數(shù)字崇拜壓抑了我們思想的火花。因此在研究方法采用上，可以有偏好，但不能有偏見，應(yīng)該以更具包容的心態(tài)兼收并蓄，這才是我們所需把握的關(guān)鍵。

5，CSCL評價研究

CSCL評價一直是CSCL領(lǐng)域中倍受關(guān)注的話題，因為它涉及到CSCL協(xié)作交互過程，學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，教師的指導(dǎo)情況等多個方面。而且，CSCL評價方法與課堂評價方式有所不同。這主要表現(xiàn)在：(1)評價的環(huán)境有所不同。CSCL評價既可以在現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境中進行，也可以在網(wǎng)絡(luò)虛擬空間中進行；(2)評價的主體不同。CSCL評價主體擴展了課堂評價的主體范圍，既可以是教師和學(xué)生，也可以是家長和專家、管理人員等；(3)評價方法與內(nèi)容不同。CSCL評價從方法上既關(guān)注結(jié)果，又關(guān)注過程；從內(nèi)容上，既關(guān)注小組表現(xiàn)，又關(guān)注個人的表現(xiàn)，甚至還關(guān)注個人在小組中的績效差異。因此，CSCL評價不僅在于協(xié)作技能與知識的評價，還更關(guān)注學(xué)生和協(xié)作共同體成長的過程。

CSCL評價一般包括了CSCL評價處理方法、評價指標(biāo)體系、評價輔助工具、評價模型設(shè)計等等。根據(jù)CSCL對結(jié)果和過程已有評價的相關(guān)文獻，我們從評價方法、評價內(nèi)容和評價工具三個方面進行了整理和匯總，列舉一些常見的評價方法，具體見下表5。

其中，對協(xié)作交互的評價研究成為不同的學(xué)者研究CSCL評價的重點。我們對交互評價分析的重點聚焦在交互分析模型或編碼體系的研究方面，通過總結(jié)和歸納來了解交互評價情況。有些學(xué)者從個體協(xié)作交互水平上建立交互分析評價模型或指標(biāo)編碼，如，Henri以認知主義的有關(guān)理論與方法為基礎(chǔ)，對協(xié)作學(xué)習(xí)中的交互以五個維度進行評價。這五個維度分別是參與性(participative)、社會性(social)、互動性(inter-acdonM)、認知性(cognitive)和元認知性(meta-cognitive)。其中，參與維度分為兩個類別：一類僅只包括參與的教師和學(xué)生，另一類包括所有參與者(教師、學(xué)生、管理者等等)?；泳S度細分為五種形式：直接評論、直接響應(yīng)、間接評論、間接響應(yīng)、獨自陳述。認知維度分為：初級澄清、進一步澄清、推理、判斷、策略應(yīng)用等五個類別。元認知維度包括元認知知識和元認知技能兩個部分。這五個維度主要關(guān)注了互動的社會性和在小組中個體的交互過程，為我們了解個體在交互過程

中認知與元認知過程提供了一個分析模型。但他沒有在小組層次上對于社會知識建構(gòu)給出有效的分類。

Newman等人在Henri的認知技能分析和Garrison的關(guān)鍵性思維五個階段的劃分基礎(chǔ)上，提出了交互內(nèi)容分析的10個維度：相關(guān)性、重要性、新穎性、外部知識、明確性、關(guān)聯(lián)性、判斷、關(guān)鍵性評價、實用性、理解的廣泛性。這些維度主要強調(diào)了關(guān)鍵性思維、社會交互、深度學(xué)習(xí)之間聯(lián)系，并對每一個維度設(shè)置了一系列能被編碼的正，反向指示詞。Gunawardena等人對Newman和Henri的模型進行了改進，并提出了一個包含五個階段的知識建構(gòu)交互模型：第一階段是分享和比較信息，包括觀察、舉例、澄清、問題鑒別、主張；第二階段是發(fā)現(xiàn)與探索有關(guān)概念、觀點和表達之間的差異和矛盾；第三階段是意義協(xié)商或知識建構(gòu)，包括了協(xié)商、鑒別、提出新的建構(gòu)方法；第四階段是對共同建構(gòu)的結(jié)果進行驗證或修改；第五階段涉及到一致性結(jié)論和應(yīng)用方面，包括學(xué)習(xí)一致性達成、新知識的應(yīng)用以及它們的元認知狀態(tài)。在Gunawardena的模型中，視交互作為一種知識建構(gòu)的工具，并強調(diào)了在協(xié)商過程中知識建構(gòu)的整體性。

還有些學(xué)者從社會互角度和群體協(xié)作交互水平上來分析與評價知識建構(gòu)過程以及進行編碼。比如Weinbcrger和Fischer在CSCL學(xué)習(xí)環(huán)境中，從五個維度來分析在討論過程中社會性知識獲得的交互模型，這五個維度分別是：參與維度、認知維度、辯論維度、社會性維度，其中每個維度都有明確的內(nèi)容和含義說明。Pena-Shaff和Nicholls從在線討論的情景下，對交互性知識建構(gòu)提出了11種認知加工類別，分別是：沖突、解釋、澄清、判斷、斷定、反思、一致性確定、疑問、回答、贊成、其他。其中，前6項認為與社會知識建構(gòu)更為密切。還有Veldhuis從學(xué)習(xí)活動的角度來關(guān)注協(xié)作學(xué)習(xí)過程，提出了知識建構(gòu)過程的編碼體系，該體系分為以下四個大類：(1)認知活動：如爭辯、提問、引用外部資源；(2)元認知活動：有關(guān)認知活動的規(guī)律，與自我意識、自我控制、自我調(diào)整相關(guān)的知識和技能。如學(xué)習(xí)任務(wù)的計劃、對完成任務(wù)的反思和評價；(3)情感活動：在學(xué)習(xí)過程中發(fā)生的情感交流；(4)其他活動：不能劃分到以上三類的活動。

國內(nèi)對協(xié)作交互的評價研究也有一定的成果，如學(xué)者陳向東等人依據(jù)Henri的模型框架，對在線異步交流文本進行分析，提出了一個交互分析類目以及含義的框架。還有劉黃玲子等人基于交互分析的協(xié)同知識建構(gòu)的研究、王晶舊的基于討論區(qū)的協(xié)作學(xué)習(xí)交互文本分析、朱伶俐的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)社區(qū)交互文本編碼體系的設(shè)計及應(yīng)用等，這些研究都從認知存在、社會存在和教學(xué)存在三個視角對交互進行分析。其中，認知存在體現(xiàn)在從認知層面上考慮的協(xié)同知識建構(gòu)過程的五類言論上：共享、論證、協(xié)商、創(chuàng)作、反思。社會存在體現(xiàn)在社區(qū)積極情感、消極情感、提問或求助、解釋或提供幫助四類言論上。教學(xué)存在體現(xiàn)在組織教學(xué)、促進討論、引導(dǎo)思考三類言論上。但國內(nèi)的研究多數(shù)還是關(guān)注個體層面上對交互進行分析以及評價，在群體或小組上對交互進行整體性評價方面，還有所欠缺，特別是個體成員在小組中個人貢獻的績效評價，還需要進一步研究。

三、討論與啟示

從上述的定量與定性分析來看，國內(nèi)對CSCL研究主要集中在理論、平臺開發(fā)、實踐應(yīng)用等方面。雖然取得了一些成果，但客觀上說，我國在CSCL研究各個方面在處在起步和發(fā)展階段，總體上是在借鑒與探索國外的成果上進行著發(fā)展。目前，在CSCL理論研究方面，主要表現(xiàn)是一種“說明性”的，無法充分對實踐研究做出指導(dǎo)，需要向“處方性”理論轉(zhuǎn)變。在平臺設(shè)計開發(fā)方面，過多的集中于對學(xué)習(xí)資源的單向性供給，強調(diào)了知識建構(gòu)，由“單一性學(xué)習(xí)”向集體知識的“協(xié)作建構(gòu)”實現(xiàn)了“以活動為中心”的學(xué)習(xí)，但對于以服務(wù)為特征的資源自適應(yīng)設(shè)計、多用戶交互性操作、與其他平臺的“無縫”集成與聚合等方面有著很大的欠缺。在實踐應(yīng)用方面，更多的關(guān)注在平臺在協(xié)作學(xué)習(xí)中的應(yīng)用，以探討協(xié)作學(xué)習(xí)內(nèi)部機制，學(xué)習(xí)者通過在平臺開展一系列學(xué)習(xí)活動后，以量化的形式給予協(xié)作學(xué)習(xí)績效評價，等等，但在協(xié)作活動開展中，卻忽視了以情感交互為需要認知方式、以需求為特征的激勵策略和以覺知(awareness)為前提的協(xié)調(diào)(coordination)機制等方面運用。因此，根據(jù)當(dāng)前CSCL領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及實踐情況，還需進一步對如下幾個熱點領(lǐng)域的發(fā)展給予重視。

(一)智能化交互分析的支持

交互分析(interaction analysis)一直是CSCL發(fā)展的關(guān)鍵，也是一個瓶頸。它直接影響著協(xié)作學(xué)習(xí)的績效、情感的投入程度和協(xié)作活動開展的效率，并成為CSCL應(yīng)用與研究的重要標(biāo)志之一。CSCL交互分析大致經(jīng)歷三個階段：第一階段是基于文本對話的交互分析。在協(xié)作學(xué)習(xí)情景下，根據(jù)對話理論(Dialog theory)，強調(diào)學(xué)生知識構(gòu)建和協(xié)商意義的生成。常見的系統(tǒng)有Soller的EPSILON系統(tǒng)和Baker的C-CHENE系統(tǒng)，這類系統(tǒng)著重于交流行為的分析。第二個階段是基于活動的協(xié)作交互行為分析。依據(jù)活動理論，強調(diào)對問題解決過程的支持，能夠描述小組的交互活動情況并給予一定的質(zhì)性分析。常見的系統(tǒng)與方法有SINERGO系統(tǒng)、OCAF分析方法。這類系統(tǒng)通過對交互行為分析為不同協(xié)作情景而提供不同的問題解決方法。第三個階段是智能化的交互分析。這一階段利用CSCL的交互分析與ITS(智能授導(dǎo)系統(tǒng))的智能技術(shù)結(jié)合，為學(xué)習(xí)者提供個人導(dǎo)師(智能)以改善學(xué)習(xí)過程。不僅強調(diào)了對學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)小組的交互行為的記錄，為其提供覺知因素(如，空間覺知、知識覺知、任務(wù)覺知，等等)，而且還強調(diào)了對學(xué)習(xí)者模型的維持和自動的為學(xué)習(xí)者提供適合學(xué)習(xí)反饋。這一階段還在發(fā)展，沒有達到完全智能化分析交互，但有一些系統(tǒng)可以實現(xiàn)半智能化的交互分析，如COLLECE系統(tǒng)、KERMIT系統(tǒng)、BELVEDERE系統(tǒng)等。這三種交互分析方法在現(xiàn)今的研究中仍并存著。

所以，交互分析的智能化將成為CSCL發(fā)展的趨勢，主要表現(xiàn)在以下幾個具體方面：(1)交互分析算法的改進；(2)交互分析工具的自動化(包括同步分析工具和異步分析工具)；(3)分布式交互計算分析；(4)情感交互分析。

(二)協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)的可視化

無論在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，還是在課堂面對面的交流中，開展CSCL活動可能會遇到信息、知識、數(shù)據(jù)傳遞的障礙，究其原因，可能是活動情景創(chuàng)設(shè)不足和文字交互引起工作記憶負荷過大。特別在CSCL中獲取交互數(shù)據(jù)后，利用系統(tǒng)的文本界面來分析，不僅分析工作是相當(dāng)繁冗，而且還不易發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)中的交互結(jié)構(gòu)和關(guān)系。

面對這樣的挑戰(zhàn)，可視化技術(shù)的發(fā)展為解決這樣的問題提供了可能性?？梢暬?visualization)技術(shù)是指把文本、數(shù)據(jù)等信息轉(zhuǎn)換為圖形、圖像等直觀視覺化表征形式的一種技術(shù)。

有關(guān)實驗心理學(xué)家關(guān)于人類獲取信息來源的心理實驗表明，視覺是人類獲得信息的最主要渠道，人類獲取外界信息83％來源于視覺。所以，這類技術(shù)利用了人類對可視化模式能快速處理的自然能力，將人的大腦和計算機這兩大信息處理系統(tǒng)結(jié)合起來，以可視化方式來滿足人們觀察、分析、理解、操作信息的需求，以達到對信息的理解、處理和監(jiān)控。

可視化技術(shù)常見的有信息可視化(Information Visualiza－tion,IV)、數(shù)據(jù)可視化(Data Visualizative,DV)、知識可視化(Knowledge Visualization,KV)、科學(xué)計算可視化(scientific Vi－sualization,SV)。一些研究者采用了可視化技術(shù)來解決數(shù)據(jù)分析和模式解決的問題。如，Suthers&Jones在可視化課程需求環(huán)境中利用Belvedere工具實現(xiàn)了解課程參與者的交互情況。France等設(shè)計了學(xué)習(xí)者不同學(xué)習(xí)階段的交互性活動圖表。李艷燕、黃榮懷等在CSCL學(xué)習(xí)評價中利用VINCA工具對協(xié)作學(xué)習(xí)交互情況進行可視化評價分析。

在協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)用可視化的方式，其目的不是在于對轉(zhuǎn)換圖形、圖像的本身，而是通過轉(zhuǎn)換增強學(xué)習(xí)者的認知能力和洞察力，幫助學(xué)習(xí)者能快速的理解協(xié)作學(xué)習(xí)空間的結(jié)構(gòu)和發(fā)現(xiàn)所需要信息，有效防止信息迷途和交互迷航等。同時，它也是協(xié)作知識發(fā)現(xiàn)和數(shù)據(jù)發(fā)掘的新的途徑之一。但事實上，CSCL中進行可視化的絕大多數(shù)研究工作都還處在發(fā)展新技術(shù)和構(gòu)建一些新系統(tǒng)方面，原有的一些網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，如WebCT、Blackboard等在可視化技術(shù)應(yīng)用方面還是非常有限的。因此，在CSCL開展可視化研究，將學(xué)習(xí)者特征、任務(wù)特征、交互特征、評價過程特征以及其他模式等以可視化的方式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者、指導(dǎo)者和管理者，讓CSCL系統(tǒng)成為一個真正具有可視化特征的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，是CSCL應(yīng)用研究值得探索的方向。

(三)對非良構(gòu)領(lǐng)域的支持

從國內(nèi)外文獻分析我們知道，CSCL對良構(gòu)領(lǐng)域(Well-define Domains)的支持有著很大的進展，如，WebCT、VTM、EPSILON、COLLECE等系統(tǒng)工具對良構(gòu)領(lǐng)域中的知識建構(gòu)起很大的幫助作用。在過去20多年間，CSCL已經(jīng)在數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、英語以及校際間開展的協(xié)作等方面有所應(yīng)用，并被絕大多數(shù)教育技術(shù)領(lǐng)域?qū)W者通過實證研究，認為在學(xué)習(xí)與教學(xué)領(lǐng)域是有效的學(xué)與教工具。但是大多數(shù)CSCL平臺與工具系統(tǒng)的開發(fā)與研究都集中在良構(gòu)領(lǐng)域。良構(gòu)領(lǐng)域的問題設(shè)計通常是結(jié)構(gòu)良好的、有固定答案的問題，待解決的問題可以表示為一個形式化且清晰的領(lǐng)域模型。在良構(gòu)領(lǐng)域的教與學(xué)過程中，教師通常考察學(xué)生學(xué)習(xí)情況問題可以進行對與錯的分辨。在良構(gòu)領(lǐng)域中一般多采用模式跟蹤授導(dǎo)系統(tǒng)，即將領(lǐng)域知識轉(zhuǎn)換為一系列的學(xué)習(xí)問題，并提供清晰的解決問題的策略和思路，依據(jù)對問題回答的對與錯來評價學(xué)習(xí)結(jié)果，利用反饋和學(xué)生的問題解決步驟與領(lǐng)域模型比較來提供學(xué)習(xí)幫助。但是我們在現(xiàn)實中所面臨的問題大都是非良構(gòu)性(define Domains)問題，如，歷史、法律、文學(xué)等領(lǐng)域問題。在特定情景中，由于缺乏明確清晰的模型和形式化描述工具，是無法對生活中的問題進行明確的界定，而且對于問題的解決可能是有多種解決方案、途徑或者一個解決方案也沒有，沒有絕對的問題答案。

所以，CSCL在非良構(gòu)領(lǐng)域的研究面臨著一系列的挑戰(zhàn)，主要有：在問題不確定時，如何提供適合的搜索空間和推理策略；對非形式化問題的表述如何轉(zhuǎn)換成機器可識別的形式化問題；在問題不明確的情況下，如何給學(xué)習(xí)者提供有效的反饋；對于學(xué)習(xí)經(jīng)驗的歸納采用什么途徑，等等。但是，有挑戰(zhàn)就有發(fā)展。在非良構(gòu)領(lǐng)域的中對知識表征、推理與搜索策略、學(xué)習(xí)評價與經(jīng)驗的總結(jié)等方面的研究，都是推動CSCL向智能化前進和發(fā)展的方向。

(四)面向CSCL的Script設(shè)計

CSCL Script研究成為CSCL設(shè)計研究的又一個熱點。因為Script能夠?qū)SCL過程進行形式化描述，減少協(xié)作學(xué)習(xí)過程的不確定性和風(fēng)險。Script一詞主要來自圖式理論(Schema Theory)，是在特定學(xué)習(xí)情景下，學(xué)習(xí)者行為和動作序列集合的一種知識結(jié)構(gòu)。Kollar等人認為，CSCL Script是一種方法。能夠幫助學(xué)習(xí)者參與學(xué)習(xí)并獲取結(jié)構(gòu)性知識。Weinbergcr等人認為CSCLSeript是一個學(xué)習(xí)工具，能在特定的學(xué)習(xí)情景中為學(xué)習(xí)者完成任務(wù)提供過程性指導(dǎo)。不管它是一種方法，還是一種工具。有一點可以肯定的是，CSCL腳本強調(diào)了利用計算機軟件技術(shù)來支持腳本化的協(xié)作學(xué)習(xí)過程，同時，也鼓勵了學(xué)習(xí)參與者進行交互和協(xié)作，促進參與者的認知過程和社會化過程。Hubcr從實踐中發(fā)現(xiàn)并證實了腳本化方法能直接促進協(xié)作學(xué)習(xí)過程與知識建構(gòu)。

Script一般由五個部分組成：學(xué)習(xí)參與者、學(xué)習(xí)群體、角色、活動和資源，其中，角色、活動和資源三者之間關(guān)系在于，角色通過執(zhí)行活動來開展協(xié)作學(xué)習(xí)，活動通過學(xué)習(xí)資源提供的學(xué)習(xí)材料和工具來支持協(xié)作學(xué)習(xí)。這些組成部分通過小組構(gòu)成、任務(wù)分配和序列化三種機制以實現(xiàn)對協(xié)作學(xué)習(xí)進行協(xié)調(diào)和設(shè)計。典型的一個CSCL Script模型――MURDER-scrip，是由O’Donnell和Dansereau提出的，后經(jīng)過實踐修改及完善，用于不同協(xié)作學(xué)習(xí)類型的實證研究。該模型的核心活動序列包括了五個階段：關(guān)注目標(biāo)、任務(wù)理解、學(xué)習(xí)回憶、效果檢查、詳細分析、綜合評論。這種模式使得學(xué)習(xí)者通過對回憶和檢查等角色的輪流扮演，每一個學(xué)習(xí)者能夠參與到學(xué)習(xí)活動中，直至學(xué)習(xí)任務(wù)的完成。

CSCL Script設(shè)計的提出，使我們可以知道學(xué)習(xí)者或者學(xué)習(xí)小組如何扮演角色，各種學(xué)習(xí)行為如何按照順序協(xié)調(diào)工作，行為如何在設(shè)定序列的支持下實現(xiàn)協(xié)作學(xué)習(xí)目標(biāo)，以及通過不同粒度類型(宏觀的CSCL Script包括活動學(xué)習(xí)序列，微觀的CSCL Script包括學(xué)習(xí)素材和學(xué)習(xí)工具)和不同學(xué)習(xí)情景如何來實現(xiàn)標(biāo)準化協(xié)作學(xué)習(xí)過程，等等。同時，CSCL Script也有值得我們進一步關(guān)注的地方，如，對活動的連續(xù)性描述的支持、Script粒度的處理、Script模式優(yōu)化與重用、CSCL Script協(xié)作平臺的開發(fā)，等等。這仍需要我們做大量的研究工作。