基于自适应学习理论的产品创新设计教学实践

王灵玲 俞岳平 陈宇晓

摘 要： 产品创新设计课程探索运用自适应产生式学习理论，构建了利于不同类型的学生获得知识和能力的教学方式，开发了一系列具体生动的示例和演练项目，使学生能够通过自适应的方式，通过对条件的学习，直接获取产生式。同时通过实践辨别出了那些忽视了情境特征与个性化表现的伪产生式的示例。构建了课程项目各个阶段的评审体系，来调控学生的解决问题的思路，使学生能够根据评审结果，不断调整解决问题的方法，生成解决问题的最佳方案。

关键词： 自适应学习； 产品创新设计； 示例； 评审体系

中图分类号： G710 文献标志码： A 文章编号： 1671-2153（2016）05-0011-03

产品创新设计一般分为需求发现与分析、产品概念设计、方案设计、产品样机制作和正样设计几个阶段，每个阶段有特定的工作内容及其必须遵守的关键点。“产品创新设计”课程采用教学做一体的CDIO教学模式，学生通过小组合作，在教师的指导下采用相应的工程方法和技术手段完成各个阶段的工作内容，最后产生自己的成果。创新设计教学过程中除了启发创新意识，培养创新能力外，教学的重要目标之一是培养学生在各个环节的问题解决能力。由于环节多样，涉及不同领域的各种问题，如何培养学生解决各种问题的能力是决定该课成功与否的重要因素。

“产品创新设计”课程的教学探索基于自适应产生式学习理论的教学方式，为学生创造良好的学习条件，通过项目驱动，引导和辅助学生通过考察实例和解决问题，自主地归纳和发现所学的知识，培养解决问题的能力和学习能力。

一、自适应产生式学习理论

有很多专家，如朱新明等，将自适应学习理论应用到数学、物理等文化基础课程教学中，给予学习者特定的任务，让他们通过考察具体实例和解决具体问题的操作过程，自主发现新的方法和程序，通过在完成任务的过程中获得有关知识和技能。实践证明了自适应学习理论的可行性和有效性，朱新明等建立了基于产生式系统的人类自适应学习模型和“条件建构—优化理论”，具体如下[1][2][3]。

（一）知识可以统一地表示为产生式

当人在脑海中存储了大量的概念、事实、原则和程序的产生式，在情境中出现产生式的条件，就会激活人的相应动作。

（二）“条件建构”和“条件优化”代表学习的两个阶段

人类通过考察示例和解决问题来寻找线索，称为“条件建构”，即实现学习者由“不会”到“会”。在解决问题的过程中，通过对条件的精细加工、逐步完善，称为“条件优化”， 即实现学习者由“会”到“熟练”。

（三）产生式条件的学习是关键

对产生式条件的再认能力是决定技能水平的一个关键因素。这就意味着学生不仅要掌握产生式的动作部分，而且更重要的是掌握这些动作执行的条件。值得注意的是，引导学习者对条件部分进行自我解释是有效地促进认知技能获得的重要手段。

二、基于自适应产生式学习理论的产品创新设计教学实践

产品创新设计课程面向全校学生开设，学生在学习目标、知识结构、学习能力以及学习兴趣等方面具有较大差异。为了给学生提供个性化的学习支持，本课程实践自适应产生式学习理论，构建了有利于不同类型的学生获得知识和能力的教学方式，并且建立了有利于师生之间、学生之间形成互动关系的教学组织形式。

课程的实施关键环节如图1所示。开课初期，

不同学习风格的学生组成创新小组（5人左右），成立模拟公司，分别担任产品经理、市场代表、设计师、品质代表以及制造和采购代表。公司成员自适应学习后，每人发现一个需求，通过交流评审产生一个公司的需求，接着对该需求做市场求证即设计调查表并实施调查，将收集到的调查表做统计分析，随后公司发布需求并进行评审。评审通过就可以进入产品概念设计阶段，否则重复本阶段的任务。项目后续中的产品概念设计、方案设计、产品样机制作等均经历自适应学习、资料查询、协作交流、阶段评审等环节。以下重点介绍自适应诊断、教学内容自适应性呈现和项目阶段评审的具体内容。

（一）自适应诊断

为了识别学习者特征，了解他们的动机、感知觉、情感等与学习风格相关的内部心理特征，以问题库为基础编制了调查问卷和学习风格测量表。其中，问卷用于了解学生当前学业水平、认知能力；学习风格模型采用了荣格的心理类型理论，参照迈尔斯—布里格斯个性分析指标[4][5]，从四个角度即精力支配、判断事物、生活态度、认识世界，八个类型即外倾与内倾、感觉与直觉、思维与情感、判断与知觉来编制测量表。通过测量，分析学生的学习风格与知识能力，一方面提供相适应的产品设计示例。另一方面，合理安排各种学习风格的学习者组成项目小组，使学习者通过团队学习项目所涉及的知识，培养相应的技能。

（二）教学内容自适应性呈现

首先将知识表示为产生式，然后为学生创造学习的条件，使学生能够通过自适应的方式，通过对条件的学习，直接获取产生式。课程开发了一系列具体生动的示例和演练，引导学生进行由浅入深的学习，直至获得抽象的概念和相关技能，然后布置实际任务与要求让学生去解决。如“清洁地面的需求演化”、“AVM系统的广角需求”等，把“需求”表示为产生式；用“开水烧制工具的演化”、“衣架的演化”等示例把“产品概念设计”表示为产生式等。同时，在教学中不断引导学习者对条件部分进行自我解释，从而加强了对产生式条件的学习，让学生在学习中自主发现，有效地促进学生认知技能的获得。通过设置不同的情境[6]，实际任务的演练，项目小组又产生了各自寻找的需求、产品的概念设计、方案设计等。课程通过项目的阶段评审等环节，将学生演练的成果发布出来进行相互学习，又形成新的产生式。

课程通过实践辨别出那些忽视了情境特征的伪产生式的示例，即在解决学生实践性问题时常常是无效的那些示例，并将这些作为反面教材。如“黑板上下滑移过程中把黑板字擦掉”、“低功率加热器”等，曲解了需求，没有把需求真实地表达出来的示例。

（三）项目阶段评审

研究并实践了产品创新设计课程项目各个环节的测评体系，来调控学生的解决问题的思路，使学生能够根据测评结果，不断调整解决问题的方法，生成解决问题的最佳方案。如在概念创意阶段，要根据调查得到的用户对需求的想法，讨论提出解决本需求的方案即完成产品概念描述，并进行外观线条构思和素描、制作电脑二维效果图和三维数模表达产品概念，这个过程要开数次评审会议及商业测试，反复讨论提出解决方案并修改产品创意。项目后续的方案设计、产品样机制作环节，各个阶段结束前进行评审及测试，通过了才能转入下一阶段。通过此环节的设定，保证了教学目标的达成。

三、结语

产品创新设计课程建立了基于产生式系统的自适应学习模型，探索了促进自适应学习的方法，并介绍这一理论在教学实践中的应用。这是一种自主的、个性化的学习，但它不是一种完全独立的学习，小组的交流与讨论也是必不可少的。实践中突出了“以人为本”的教学观，不仅强调了学习者对知识的获得，还培养了学习者的创新、解决问题等多方面能力。通过几年的课程教学实践，取得的成效明显：本创新小组成功申报实用新型等专利二十多项并多次在各类创新创业竞赛中获奖。其中，便携式短途代步车、山地水稻脱谷收割一体机项目分别获得浙江省第四、第五届高职高专“挑战杯”特等奖。

参考文献：

[1] 李亦菲. 自适应学习的理论与实践[J]. 天津师范大学学报（基础教育版），2004（04）：55-58.

[2] 芮玎玎. 自适应学习系统中适应模型的构建[J]. 高等继续教育学报，2013（03）：41-44.

[3] Martin V. Butz，Olivier Sigaud，Pierre Gérard. Anticipatory Behavior in Adaptive Learning Systems：Foundations，Theories，and Systems[M]. berlin：Springer，2003.

[4] （美）哈苏克苏（Huszczo，G.E.）发现你的职业性格[M]. 北京：电子工业出版社，2011.

[5] 高虎子，周东岱. 自适应学习系统学习者学习风格模型的研究现状与展望[J]. 电化教育研究，2012（02）：32-38.

[6] （美）杰拉尔迪·S·汉纳，（美）佩姬·A·德特默. 课程的情境适应性评价[M]. 杭州：浙江教育出版社，2008.

Abstract： It developed a series of specific and vivid examples and exercises for product innovation design course by practicing adaptive generative learning theory. It constructed teaching methods for different types of students to acquire knowledge and ability. Students can acquire production-rule by Adaptive learning. And identify those who ignore the situational characteristics and personalized performance of the pseudo generative example through practice. it structured the evaluation system of each stage of the course project to help students to find problems. Students can continue to adjust the solution to the problem according to the results of the review.

Keywords： adaptive learning； product innovation design； example； evaluation system

（责任编辑：程勇）