教育心理學視角下的科技館展品研發協同設計系統

趙志敏

[摘 要]科技館展品研發協同設計系統利用信息化手段促進科技館展品研發工作效率和水平的提升，本文從教育心理學中知識學習理論和建構主義學習理論的視角出發，探討了科技館展品研發協同設計系統的功能設計與教育心理學理論的結合，以此為指導，改進系統的功能設計，提升用戶學習效果。

[關鍵詞]科技館 展品研發 知識學習 建構主義

隨著互聯網的發展，國家、社會、公眾對科普的需求日益提高，科技館展品設計研發方式、效率發展的不平衡不充分與科技館觀眾日益增長的科普需求的矛盾日益突出。基于現代信息技術，如云計算、大數據、實時通訊、遠程會議、圖形圖像、三維仿真等，科技館研發了一套展品研發協同設計系統。該系統是一個互聯網平臺，科技館參觀者、展品設計人員、展品管理人員等均可以使用，集設計、研發、管理等功能于一體，該平臺無論從設計、應用等均包含了教育心理學的理念，本文試從教育心理學中的知識學習理論、建構主義學習理論的角度進行分析。

一、知識學習理論視角下的科技館展品研發協同設計系統

1958年，英國科學家、哲學家波蘭尼提出了“顯性知識”（明確知識）和“隱性知識”（緘默知識）的知識形態。所謂顯性知識（explicit knowledge）是指用“書面文字、圖表和數學表達的知識”，通常是用言語等人為方式，通過表述來實現的。隱性知識（implicit knowledge）是指尚未被言語或其他形式表述的知識，是“尚未言明的”或者“難以言傳的”知識[1]。

中國工程院院士謝友柏教授認為，現代產品的設計是基于知識的設計，有別于過去基于經驗的設計。在知識表達的研究中，依然存在著對于很難準確完整表達的知識中存在的模糊性和不確定性問題，這些知識包括非正式的、難以表達的，如經驗、技巧、技能以及個人的靈感、直覺、洞察力、價值觀和心智模式等[2-5]。科技館展品的設計在某種程度上也是一種現代產品設計，同樣也是基于知識的設計，這類知識既有顯性的知識，又有隱性的知識，帶有模糊性、主觀性、隨意性，知識建模的難點和關鍵就是將這類知識概念化地表示出來。

展品研發一般包括策劃、藝術、機械、電控、軟件等專業設計及制作人員共同設計的幾個環節。在展品研發過程中，策劃人員提出一個展品創意，提出展品互動形式設計和展示效果、展覽安全設計等一系列要求，在設計和制作期間需要與各專業設計人員頻繁地溝通交流，盡量避免展品的制作環節中出現設計缺陷。由于展品研發具有前瞻性、創新實驗等特性，簡單的語言和文字交流很難明確表達全部的設計細節，因此由于需求不明確而造成的設計過程中頻繁返工的情況屢屢出現。

結合知識學習理論及展品研發過程中的種種弊端，中國科技館展品研發協同設計系統探索了一種將設計各方及各個環節的顯性知識和隱性知識概念化地表示出來的知識建模方式。

（一）通過最新計算機技術手段，最大程度實現顯性知識、隱性知識概念化

科技館展品研發協同設計系統具有展品構件編輯、展品拼裝、仿真演示等功能。選取通用素材庫中的構件，設計三維場景，借助虛擬場景中的光、電、磁，以及各種機械運動效果的仿真演示，模擬用戶與展品的互動實驗等。這種展品設計的方式已經融入了最新的計算機仿真技術，不僅將展品設計所需要的顯性知識，例如展品尺寸、顏色、原理等快速表現出來，而且還試圖將隱性知識，例如成品是否美觀、觀眾與展品交互是否和諧流暢等純靠文字、語言難以表達的內容表現出來。

（二）通過在線實時溝通交流，最大程度提升隱性知識的表達效率

科技館展品研發協同設計系統還具有在線協作設計、在線展示和展品資料管理等功能。在線協作設計是多人組成的工作群組，通過互聯網觀看同一個三維虛擬場景，在這個場景下每個人都可以同步觀看展品的拼裝和演示過程，并可以實時進行交流討論，這種實時、頻繁的在線交流，遠超過以往定時、定期的面對面交流討論，有利于激發諸如難以表達的如經驗、技巧、喜好以及個人的靈感、直覺、洞察力等想法的快速交換，最大程度地提升隱性知識表達的可能性和效率。

二、建構主義學習理論視角下的科技館展品研發協同設計系統

20世紀80年代，教育心理學領域發生了一場革命，產生了建構主義的學習理論。建構主義反對對學習者灌輸知識，認為學習是學習者在一定的情境，即社會文化背景下借助學習共同體（包括學習者及其助學者，例如教師、專家等）的幫助，利用一定的工具，通過意義建構的方式獲得。建構主義學習理論強調了社會文化背景、人際間的協作活動、意義建構等內容，因此建構主義學習理論認為學習環境的四大要素分別是“情境”“協作”“會話”及“意義建構”。“情境”指學習環境中的情境必須有利于學習者的意義建構，“協作”是學習過程中人與人之間的交流與合作，“會話”是協作過程中的不可缺少的交流環節，是達到意義建構的重要手段之一。“意義建構”是整個學習過程的最終目標，其中的意義是指事物的性質、規律和事物之間的內在聯系[6]。

在展品研發過程中，科技館展品研發協同設計系統通過設定三維虛擬場景、搭建多方溝通交流和設計在線平臺等手段實現了知識的意義建構。

（一）搭建虛擬情境，實現知識的有意義建構

建構主義學習理論認為，知識是存在于具體的、情境性的、可感知的活動中的，它不是一套獨立于情境的知識符號，不可能脫離活動情境而抽象地存在。

基于云計算、大數據、實時通訊、遠程會議、圖形圖像、三維仿真等現代信息技術的發展，科技館展品研發協同設計系統設計了展品拼裝、仿真演示等功能，三維設計場景、光、電、磁，以及各種機械運動效果的仿真演示等都在模擬一種真實的情境，力爭將抽象的概念和創意變成現實中的模擬展品，設計各方可以通過與虛擬情境的互動，得到更多的反饋，發現更多的問題，實現知識的有意義建構。

（二）通過在線協作平臺，增強展品設計使用各方的協作和會話

建構主義學習理論認為，學習是一種社會性的活動，重視學習過程中的人際間的協作和會話，因此學習者同他人的交往是影響學習結果的重要因素。該系統不僅強調人與虛擬情境之間的互動，而且重視設計各方之間的互動。以在線協作設計為例，首先，不同工種的工作人員，例如創意、原理解析、互動形式設計、外觀造型設計、機械結構設計、電控系統設計、軟件多媒體設計及展覽安全設計等，他們無法獨立研發一個創新性展品，通過在線協作平臺，相互影響、相互促進，時時在線溝通交流，進而不斷改進、學習。其次，展品的設計者、管理者、使用者（觀眾）等人群也可以通過在線協作平臺，充分表達對展品的意見和需求，實現互相協作，為后續產品研發提供用戶反饋。

三、結論

從教育心理學中知識學習理論和建構主義學習理論的要素分析來看，科技館研發的展品研發協同設計系統能夠最大程度實現展品設計過程中顯性知識、隱性知識概念化，并且最大程度提升隱性知識的表達效率。通過該平臺搭建虛擬情境，可以實現知識的有意義建構，增強展品設計使用各方的協作和會話，最終實現多方協作創新展品的目的。以教育心理學的理論為依據，結合實際需求，改善展品研發協同設計系統的功能設計，才能更有效地實現用戶利用計算機平臺學習的效果。

參考文獻

[1]陳琦.當代教育心理學[M].北京：北京師范大學出版社，2019.

[2]Liu Xiaobing，Yang Chunli，Gao Tianyi，et al.Knowledge Management Methodologies Supporting Product Agile Customization Design[C].Proceedings of the Third International Conferenceon Electronic Commerce Engineering（Ice CE2003）.Hangzhou，China，2003：535-539.

[3]羅仕鑒，朱上上.用戶和設計師的產品造型感知意象[J].機械工程學報，2005，41（10）：28-34.

[4]孫謙誠.基于WEBAPP和B/S的媒體生產調度系統[J].視聽界（廣播電視技術），2017（1）：20-23.

[5]David B.Developing dialogical concept mapping as e-learning technology[J].British Journal of Educational Technology，2008，39（6）：1057-1060.

[6]何克抗.建構主義——革新傳統教學的理論基礎（上）[J].電化教育研究，1997（3）：3-9.