人工智能与环境设计精选(九篇)

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第1篇：人工智能与环境设计范文

论文摘要:学习环境设计是教学理论领域的两大主题之一。随着知识媒体概念的提出及不断发展，它对学习环境的影响也越来越明显。主要表现在呈现教学信息、构造仿真情境、创建虚拟学习空间、丰富的信息资源和学生评估等几个方面。

学习环境设计是教学理论领域的两大主题之一。环境因素与人类学习之间存在着密切的相互作用的关系，良好的学习环境能促进人的学习，不良的学习环境会抵消教育、教学的作用和影响。将环境因素纳入人的学习过程来考虑，体现了整体的思想观念，是进行教育、教学改革观念上的转化。

21世纪以来随着计算机、网络、通信、超文本与超媒体，数字电视等数字技术的飞速发展，整个社会即形成一种数字化生存的环境，传统的教育模式、教育方法，越来越不能满足素质教育、创新教育、全民教育、终身教育的需求，它的局限性越来越明显。这种数字化生存环境，对我们的教育目标、教育内容、教育方法和教育手段等提出了全新的挑战和要求。

虽然“知识媒体”对教育系统的渗透还处在初级阶段，但它的介入，使现代教育在很多领域都显示出了不可逆转的发展趋势。

一、知识媒体

1.什么是知识媒体

“知识媒体”由Mark Stefik在1986年首次提出来的，他的出发点是认为只有将人工智能技术和因特网结合起来才能发挥更大的作用。这个术语本身强调的是在远程教育中，要优先考虑学习规律和认知科学，然后才是技术。

目前知识媒体是个倍受关注的焦点，很多国家都成立了知识媒体研究所。经过各种研究发现，各种技术与媒体都有各自的优势和局限性，不存在一个万能的媒体或技术，最有效的媒体与技术是各种媒体与技术的有机融合。因此，我们把以多媒体、远程通信、虚拟现实及认知科学有机融合后的媒体集合称之为“知识媒体”。它的内涵是指由计算机、远程通信及科学相结合而成的作为辅助人类高级认知、扩展人类学习技能与知识领域的技术与媒体。

从定义可以看出，知识媒体可以认为是一种整合环境、平台。它并没有扩展传统媒体的范围，知识媒体扩展的只是人们对传统媒体应用的思想，即“为了更好地促进人类的学习，传统媒体应该如何恰当地组合应用?”对于回答这个问题的思想。

如果泛义地理解，我们可以将知识媒体理解为以学习者为中心的新技术，只要能促进人类的学习，增强创造力，促进知识的建构，有助于知识的共享、获取和理解的方法，都可以认为是知识媒体。

2.知识媒体的特点

知识媒体有以下5个显著特点:

(1)知识媒体同时涉及数据和过程:可以通过自己的计算，计算出新的事实，根据媒体自身的规则和不同户的操作来配置和显示不同的信息。

(2)知识媒体可以跨越时间和空间来传播，它尤其适合协作:时空己经不是障碍，通过新的知识媒体，信息都可以传播。尤其对公司而言，可以广采众家之长，让所有人畅所欲言，协同完成既定目标。

(3)知识媒体包含任务空间和人际空间:任务空间是指我们完成工作(写作、绘图和计算等)的环境，而人际空间是指我们和其他人交流的环境。新的知识媒体可以使在计算机上工作的合作者共享一个虚拟的工作空间(即任务空间)，但是他们可以通过一种设备(人际空间)看到对方。这就是新型知识媒体的作用。

(4)知识媒体是可扩展的，而且它的行为是可以由用户来控制的:媒体本身能被修改和加强以适应用户的感觉、认知和任务的需要。我们可以设置一些现代的工具软件比如word，我们可以把最常用的功能放在最方便使用的地方。

(5)知识媒体具有一定的智能性，可以有效地减轻人们的认知负荷:知识媒体的构建基础是对人的认知与思维过程的建模，通过对认知与决策过程的某些需要大信息量的认知加工过程的模拟，可以有效地减轻人们的认知负荷，提高知识管理与决策效率。知识媒体不是让软件完全取代人的思考，而是增强人的思考。

总之，知识媒体的核心在于促进人类的学习，促进知识的共享。

二、建构主义学习环境

建构主义教学理论特别强调学习环境的设计。关于建构主义学习环境的界定，较有影响的观点是学习环境的场所观和资源与关系说。场所观认为学习环境是一种学习场所。资源与关系说则认为学习环境不是简单物理意义上的场所，而是学习资源和人际关系的组合，其中既有丰富的学习资源，又有人际互动的因素。这两种观点未能反映建构主义学习环境的核心内容。我们将建构主义学习环境概括为是一种支持学习者进行建构性学习的各种学习资源的组合。这里的学习资源包括信息资源、认知工具、人类教师等物理资源，以及任务情境等软资源，其中任务情境是建构主义学习环境的核心，任务情境是在学习环境中起着集成其他各种学习资源的作用。一种学习环境是否是建构主义的，关键看任务情境的性质。

建构主义学习环境的设计是以学为主的教学设计的主要内容之一。而我们理解知识媒体是一种以学习者为中心，将各种媒体优化组合以促进学习者更好地学习的新技术。这一思想对于建构主义学习环境设计是很有益处的，我们可以认为知识媒体更适合进行建构主义学习环境设计。

建构主义代表人物乔纳森在1997年提出了建构主义学习环境模型(Constructivist LearningEnvironment，简称CLE)，见下图。

CLE模型由问题、相关的实例、信息资源、认知工具、会话与协作、社会背景支持六部分组成。

问题:它处于建构主义学习环境设计的中心，是学习者要尝试解决或决心要解决的各类问题。它包括疑问、项目、个案等。

相关的个案或事例:通过这些相关个案或事例为初学者提供相关经验，这对于帮助他们解决问题是非常关键的。

信息资源:为学习者提供有关问题的详细背景，学习必须的预备知识等。 认知工具:常用的认知工具有六类:问题/任务表征工具、静态/动态知识建模工具、绩效支持工具、信息搜索工具。

会话与协作工具:计算机网络的发展可以为合作学习提供技术上的支持，使学习者之间进行讨论，通过与他人的讨论，使学习者重新建构知识，进而扩大其认知结构。

社会背景支持:CLE模型所设计的建构主义学习环境可以为学生的自主学习提供三种教学策略:建模策略、教练策略和支架策略。

三、知识媒体支持的建构主义学习环境设计

从黑板、粉笔等传统媒体到形象直观、声形兼备的多媒体，再到计算机网络，虽然弥补了传统媒体中的一些不足，但在培养学生的素养和创新能力，以及发挥学生的主体地位等方面仍然存在不足。知识媒体则可以将网络与其他各种媒体恰当结合，它比过去的多媒体教学又有了一定的改善。因此，以CLE模型为基础，我们利用知识媒体来进行建构主义学习环境的设计，可以达到比传统媒体或多媒体进行的学习环境设计更好的效果。

从知识媒体的特点，我们可以看出它对于设计学习环境具有很多优势，首先它考虑到了学习规律和认知科学，其次知识媒体以学习者为中心，有利于学生的知识建构，再次知识媒体具有一定的智能性，可减轻人们的认知负担，增强人们的思考。

从建构主义学习环境设计的模型出发，结合知识媒体的特点，我们总结出以下几点知识媒体在学习环境设计中的应用:

1知识媒体呈现教学信息

传统的各种媒体向学生呈现信息时，只是简单地显示事实以及对事实的解释说明，所有学生接受到的是相同的信息，缺乏学习的自主性，不利于学生对知识的建构。知识媒体则可以同时设计数据和过程，学生可以根据这些数据或过程计算出新的事实，比较有利于学生的

发现式学习。知识媒体可以根据自身的规则和不同的操作为不同类型的学生配置和显示不同的信息，实现对学生的因材施教，满足学生的个性需要，体现学生的学习主体性。

2.利用知识媒体，构造仿真情境，创设真实的任务情境

学习活动的真实性被认为是建构主义学习环境的重要特征。真实的任务情境有利于学生的知识迁移，任务情境与将来实际应用的情境相似，有助于学生获取高度概括的理解。

通过知识媒体，如虚拟现实技术可以为学生创设与当前主题相关的、尽可能真实的情境，模拟现实，使学生产生身临其境的感觉，激发学习者的学习积极性，在这种仿真情境中完成问题的理解、知识的应用和意义的建构。

3.通过知识媒体为学生创建虚拟的学习空间，实现学生的协作、交流

设计协作学习环境的目的是为了在个人自主学习的基础上，通过小组讨论、协商，以进一步完善和深化对主题的意义建构。

我们可以通过诸如视频会议、网络会议、LotusNotes软件等，以及各种论坛、聊天室等实现学生之间、学生与教师间的实时或非实时的对话，以进行协作学习，最终学生们共同完成学习目标。知识媒体可以使计算机上工作的合作者共享一个虚拟的任务空间，在这个任务空间中实现与他人的交流，从而实现了人际空间。

4.通过知识媒体，为学生提供丰富的信息资源环境

学习者在进行学习时，不论是进行自主学习还是协作学习，都需要大量的与学习主题相关的信息，并且需要有一些学习工具的支持，知识媒体则可以满足这些需要。

互联网是信息的海洋，学生通过互联网可以获得大量的信息资源。知识媒体还为学习者提供了认知工具，如word等一些现代工具软件可以对获得的信息资源进行处理，并且知识媒体将这些软件中常用的功能都放在方便学习者使用的地方。由于知识媒体考虑到了学习中的认知科学，所以这些工具软件在使用时要比作为普通软件使用对学生的学习更有效。

5.知识媒体可以更好地对学生进行评估学习环境的设计与使用是一个动态的过程。评价、反馈与修订使学习环境趋向更合理。

通过知识媒体，学生可以很方便地实现小组对个人的评价和学生的自我评价，比如学生可以通过网络递交作业，把作业到网上或Blog里，这样便于教师和其他同学对个人进行评价，还可以利用电子档案袋进行教师对学生的评价和学生自评，并且通过它既可以评价学习结果，还可以评价过程。另外，学生还可以利用各种展示软件将自己的学习成果展示出来，以便于学生间的互评。

第2篇：人工智能与环境设计范文

关键词 人机工程学 Web课件 设计

The Research of Ergonomics in Web-based Courseware Design

Abstract In the last years， we have seen a proliferation of network education. How to construct the resources of network education effectively has been an important and imminency problem. In this article， the author presents the ergonomic problems in web-based courseware design. Web-based courseware design should be based on learner’s needs in physiology and psychology as possible as we can.

Key Words Ergonomics Web-based courseware Design

近年来，随着网络教育的蓬勃发展，如何更有效地建设网络资源日益成为重要而迫切的问题，对于网络资源的一个重要组成部分--网络课件的设计，人们进行了大量的研究和工作，取得了阶段性的成果。但目前网上运行的课件还存在很多不尽人意的地方，比如形式单一、内容枯燥、操作不便、界面设计不合理等等，那么Web课件的设计应该遵循怎样的思路和方向才能近可能地满足学习者的生理和心理的需要，以使学习者操作更便捷，学习更高效呢？很显然，在当前形势下研究这个问题具有重要的意义。

1什么是人机工程学？

1.1概念

人机工程学又称人机工效学(Ergonomics)，是一门让技术人性化的科学，一门关于技术和人的协调关系的科学。即如何让技术的发展围绕人的需求来展开，把人作为产品和环境设计的出发点，使其性能、色彩等更好地适应和满足人类的生理和心理的需要，从而使人们在工作中更安全、便捷和舒适，工作效率更高。其研究方法和评价手段涉及心理学、生理学、医学、人体测量学、美学和工程技术等多个领域。

1.2 两个熟悉的例子

牙刷是我们生活中最普通不过的用品，而它的设计中反映出许多人机工程学问题。我们可能都见过普通宾馆里的一次性牙刷，这些牙刷大都设计得比较简易，杆身很直，使用时手握起来不便用力，手腕的曲度不合适容易造成手腕酸痛；另外，有的牙刷的毛刷过硬，容易损伤牙龈，这些都不能很好地满足人的生理需要。而设计比较好的牙刷则较多地考虑了人的生理和心理的需要，牙刷的毛刷软硬适度、材料适当有利于保护牙龈；牙刷的杆身曲度合理且其上有些凸凹槽，使用时便于手腕用力。以上这些考虑是人的生理上的满足，不仅如此，其清晰、淡雅的色彩和杆身的合理曲度给人带来视觉上的美感，这些是人的心理上的满足。这是一个生活方面的例子，下面让我们看一个人与计算机交互方式演变的例子，看一下它是怎样体现人机工程学问题的。

回顾人与计算机交互方式的演变，从利用穿孔纸带输入计算机程序，到面对终端机上的字符操作界面，再到个人计算机上的图形界面和多媒体，继而是网络和虚拟现实，界面的日益"友好"或者说计算机技术的日益"人性化"，其实质也就是人机工程特性的不断提高。具体说来，字符界面对用户的要求是一种回忆加工，用户必须记忆大量的计算机命令才能与计算机进行交互，而图形用户界面对用户的要求则是一种再认加工，用户只要能够再认出菜单、按钮、滚动条的意义就能够与计算机交互，再认加工与回忆加工相比对用户的认知负荷的要求要低的多，这样就大大降低了用户的认知负担，这样有利于用户工作更快、更舒适、更高效，不容易有挫折感和疲劳感，更易于自学和探究，学习到更多的能力。让我们再看一下虚拟现实技术是怎样体现"以人为本的"。从人机工程学的角度来说，虚拟现实技术把人类的空间感、行走等感觉和行为功能纳入到人机交互之中，使得人与信息的交流变得更加自然和没有障碍。

2 Web课件设计中人机工程学问题

从以上人机工程学的概念和例子中，我们能够看出为了让作业中的人工作更高效、更舒适，我们产品的设计应该以满足人的生理和心理的需求为出发点。那么，Web课件设计主要应注意哪些方面的问题才能使学习者操作更便捷、更舒适，学习更高效呢？笔者认为我们在Web课件设计中应当注意以下几个主要的方面。

2.1 Web课件的设计应建立在脑科学和教育心理科学的理论基础之上。

无论课件的组织(选取的哪些内容，通过规则学习还是示例学习、通过超级链接形成怎样的结构、课件中小单元的容量等)还是界面上色彩的搭配、界面的布局，声音、图象等多媒体的组合等所有的工作都要有科学的理论所依，而不是凭着感觉走，这个道理看起来很简单，但事实上目前网络上运行的很多课件在设计时在这方面考虑的不多，很多工作只是凭着感觉走，结果，要么色彩搭配不合理，就是声音和图象搭配不合理，最终影响学习效果。下面举一个小的例子来进一步说明这个问题。

比如说，心理学家Rayner和Pollatsek通过图画知觉过程中的眼动研究表明：人眼对信息区的及时注意是受物体之间差异的大小影响的，人眼总会及时把眼光移动到与周围环境不协调的物体上，并且画面中不协调的物体比协调的物体注视时间要长。根据这一理论，我们在设计界面时就可以通过或动静或大小或色彩的区别来突出重点内容。然而，由于有些设计者对有关理论了解不多，在设计时只凭着感觉走，把画面设计得很花哨，结果适得其反，不仅没有突出重点内容，一些非重点内容反而牵扯了很多注意力。

总之，课件设计的一切工作都要有据可循，课件的结构、单元的容量、声音和图象的匹配等等要符合大脑和心理的认知过程和认知规律。很显然，如果我们的设计符合人类脑生理和心理的特点，学习者的学习效率将会得到大大提高。尽管，目前能够用于教育的脑科学成果还没有一个清晰的表单，心理的认知规律还有待进一步发展，但了解脑科学和教育心理科学的有关理论，并把我们的设计工作建立在其上，这应该是课件设计者引以注意的问题。在这一方面，Learning这个网站做得比较好，尤其把脑科学的一些成果用于指导课件的设计，有些知识的学习通过一个问题解决的认知情境来实现，有助于创造能力的培养。

2.2 Web课件的设计应当具有一定的智能性

2.2.1 为了让学习者尤其初学者不在课件的畅游中（尤其在比较复杂的网状结构的课件中）迷航，课件应当具有"帮助"系统，就像Office中的小助手一样，帮助学习者熟悉课件的结构（本知识点与其他相关知识点之间的联系，知识点之间的全局关系图），帮助使用课件的交互功能等等。

2.2.2 课件中应当有能够记录学习者的学习路径的系统，这样学习者一旦中断学习进程，就不必重新开始进入，并且，教师根据学习者与系统的交互问答历史可以在一定程度上了解学习者的学习情况。

2.2.3 学习者应当可以把自己的学习心得或对课件设计的建议或对其中问题的处理方法提交进课件中。我们可以通过下面的方式让学习者提交其想法：

这样知识的学习模式由：

变为：

这样的好处是，首先，加强了教师和学习者彼此之间的沟通，增强了学习的反馈和评价功能，通过学习者的主动参与调动学习积极性。其次，充分发挥大家的智慧使得课件质量不断改善，而不像以前那样仅仅依靠编制?quot;个人"的力量，最终学习者也从中受益，共享资源，不过此时的专家要加强其管理职责。

当然，随着人工智能技术的进一步发展，课件的智能性也会相应地逐步完善，比如，机器可以根据学生的学习情况判断其认知水平，从而实行因材施教；机器允许学生用自然语言与计算机进行人机对话，并能对带有学生个性特点的问题作出解答，从而具备更好的交互能力等等。

2.3 Web课件的设计应当加强人人交互环境的创设。

人机界面交互技术经历了命令界面到目前的图形用户界面、多媒体用户界面，正朝着虚拟现实和多通道用户界面的方向发展，随着这种发展，人机交互趋向自然、和谐、高效，在目前图形用户界面和多媒体用户界面的情况下，我们在设计课件时除了考虑运用良好的导航图标设计等来增强人机交互外，设计者还应当加强人人交互环境的创设。在网络环境中，老师和学习者、学习者与学习者面对面交流的机会减少，因此，在课件设计、开发时必须考虑师生、生生之间同步和异步的交互，让学习者感到自己的学习活动并不是孤立的，并非只有计算机在和自己说话，而是始终有人在一起参与的，是人性化的。目前，异步的双向交流方式主要有电子邮件、电子公告栏、网上练习等；同步的双向交流方式重要有网上交谈室、电话会议、视频会议等。

2.4 Web课件在必要时应有一定的实拍的或虚拟的真实情境。

人类大多数活动领域具有三维和直接操纵特点，也许数学和逻辑的活动例外，人生活在三维空间，习惯于看、听和操纵三维的客观对象，并希望及时看到这种控制的结果。心理学已经证明更多地借助物理、空间或形象的表示比单纯的文字或数字表示更有利于"问题解决"和"学习"。因此，课件中的有些内容不能仅仅用文字来呈现；建构主义也认为，知识不是通过教师传授得到的，而是，学习者在一定的情景即社会文化背景下，借助其他人例如教师和伙伴的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式来获得的。并且，教育的一个重要职责就是培养学生解决现实生活问题的能力，因此，课件不能仅仅是简单的知识介绍、操作练习、单元测验、资料查询，而应创设一个问题求解的认知情境，并且学习内容要选择起初性任务，不能过于简单，以免远离现实情境。总之，在网络环境下，创建多媒体化的真实自主的协作情境使学习发生趋于自然，这样对学习者知识和能力的获取是非常重要的，否则，不能很好地满足人自然的生理和心理认知需求。

2.5 Web课件的界面设计要尤其注意。

课件最终要通过界面和学习者进行交互，因此，不管课件的其他工作做的如何，如果界面设计得很糟糕，那是很影响学习效果的。比如，有些网页或课件的界面设计是：墨绿色的底色上面是黑色的字体，字体又小，学习者在看界面时需刻意瞪大眼睛、向前探身才能看清屏幕上的信息，屏幕上的信息不是自然、悦目地映入学习者的眼帘，学习者观看这种界面不仅很快会感到视觉疲劳，而且不能全部精力放在思考问题上（需一部分精力放在看清信息上）。因此，学习者与这种界面交互不仅会影响学习效率，而且造成视力下降，影响身体健康，更谈不上舒适。这里只是举了一个小例子，其实，目前，网上运行的课件界面还存在其它种种问题，有的动静处理不当，有的界面布局不合理，有的主次不清等等，这些问题都不同程度地使学习者感到视觉疲劳、学习注意力分散、心理不舒适，最终影响健康和学习效果。一般来说，界面的设计应主要注意以下几个方面的问题。

1 同样的界面对象是否具有一致性、连续性的行为？

2 各种提示信息是否简单、清晰？

3 色彩是否统一、协调？是否避免了同时使用太多的颜色？

4 文字内容是否简洁、重点突出？字体、字号、字型是否合适？

5 界面对象的动静处理是否得当？

6 布局是否合理、简洁、协调、美观，画面是否均衡等等？

一般来说，好的用户界面应当使用户把所有注意力集中于完成任务上而无需为界面分心，例如，用户的视线自然地落在所感兴趣的对象之上。

网络技术、多媒体技术的发展对教育的发展产生了极大的推动作用，如在信息的传播、呈现、获取、存储、共享等方面，网络教育给人类带来了极大的便捷，但是网络教育也有其自身的一些缺陷，如缺乏真实情境、机器的呆板、缺乏人性化等等。人本主义认为教育应以人的需要为本，最终使人得到全面发展，因此，教育技术的发展应以人为本，只有如此，才能最大限度地提高教育的质量。我们在设计网络资源时应尽可能地从人机工程学的角度出发，使其满足学习者生理、心理的需要，使学习者感到健康、便捷，舒适、和谐、高效。这样，我们能够充分发挥网络的优势，尽量弥补其不足。

参考文献：

[1]、吴小勇，让技术人性化的科学--人机工程学，

Http://smartpacker.net/ergodesk/papers/aritcle1.htm

[2]、课件设计的理论基础--脑科学研究，学术报告，Http://learning.com

[3]、James Z. Li， Knowledge System Design，学术报告， Http://leadingway.com

[4]、刘颖，菜单界面设计的认知工效学研究方法[J]，应用心理学，2000年第2期

[5]、陶云，图形知觉过程的眼动研究[J]，心理科学，2001年第2期

[6]、王忠华，多媒体CAI课件的人机界面设计[J]，现代教育技术，2001年第1期

[7]、杨凯，基于Client/Server的浏览式网络课件的设计[J]，现代教育技术，2001年2期