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论随机化算法的原理与设计

论随机化算法的原理与设计
论随机化算法的原理与设计

论随机化算法的原理与设计

上海市控江中学周咏基

[关键字]

随机化算法,稳定性

[摘要]

本文提出了一种新的解决信息学问题的算法——随机化算法,并讨论了其原理与设计方法。论文首先给出随机化算法的定义,说明了由于“运气”的影响,必须对随机化算法的稳定性进行分析。然后分“随机不影响算法的执行结果”,“随机影响执行结果的正确性”,“随机影响执行结果的优劣”三种情况,以从基本算法到竞赛试题中用随机化算法有效解决问题的例子,详细分析了三种情况的随机化算法的原理与设计方法。最后总结出随机化算法的基本原理和共同性质,提出设计随机化算法的一般方法,并指出随机化算法的适用范围和一个有效的随机化算法应具备的特点。

[正文]

1.引论

在这篇论文中,我们将研究一种新概念的算法——随机化算法。顾名思义,随机化就是指使用了随机函数。这里的随机函数不妨是Borland Pascal(或Turbo Pascal)中的RANDOM(N),其返回值为[0,N-1]中的某个整数,且返回每个整数都是等概率的[1]。

一个含有随机函数的算法很可能[2]受到不确定因素的支配。人们通常认为,一个受到不确定因素支配的算法肯定不是一个有效的算法——正是在这种思维方式的支配下,随机化算法一直被冷落——但是,在接下来的讨论中,我们将看到完全相反的事情发生:对于一些特定的问题,随机化算法恰恰成了十分有效的解题工具,有时甚至比一般的非随机化算法做得更好。

随机化算法的定义

随机化算法是这样一种算法,在算法中使用了随机函数,且随机函数的返回值直接或间接地影响了算法的执行流程或执行结果。

根据这个定义,并不是所有的用了随机函数的算法都可称为随机化算法。例如,某个算法包含

i RANDOM(N),

但变量i除了在这里被赋予一个随机值之外,在其它地方从未出现过。显然,如果这个算法没有在其它地方用过随机函数,上面这条语句就无法影响执行的流程或结果,这个算法就不能称为随机化算法。

另一方面,若一个算法是随机化算法,则它执行的流程或结果就会受其中使用的随机函数的影响。我们按影响的性质和程度分三种情况:

1.随机不影响执行结果。这时,随机必然影响了执行的流程,其效应多表现为算法的时间效率的波动。

2.随机影响执行结果的正确性。在这种情况中,原问题要求我们求出某个可行解,或者原问题为判定性问题[3],随机的效应表现为执行得到正确解的概率。

3.随机影响执行结果的优劣。这时,随机的效应表现为实际执行结果与理论上的最优解或期望结果的差异。

第2,3种情况中,随机的影响还可能伴随有对执行流程的影响。

我们后面的讨论就分这三种情况进行。在讨论之前,我们还要澄清一个问题。

随机化和“运气”

由于随机化算法的执行情况受到不确定因素的支配,因此即使同一个算法在多次执行中用同样的输入,其执行情况也会不同,至少略有差异。差异表现为出解速度快慢,解正确与否,解的优劣等等。例如:一个随机化算法可能在两次执行中,前一次得到的解较优,后一次的较劣。现在的问题是:在大多情况中,尤其是竞赛时,对于同样的输入,只允许程序运行一次,根据运行结果判定算法的好坏。如此一来,我们就会把出劣解的一次运行归咎于运气不佳,反之亦然。然而,比赛比的是谁的算法更有效,而不是谁的运气更好。

既然我们使用了随机函数,我们就无法摆脱运气的影响,所以我们的目标是尽量将运气的影响降到最低。也就是说,我们必须使算法的执行情况较为稳定。因此,在接下来的对算法的分析中,我们将从以下四方面分析算法的性能。

1.时间效率;

2.解的正确性;

3.解的优劣程度(解与最优解的接近程度);

4.稳定性,即算法对同样的输入的执行情况的变化。变化越小则越稳定。非随机化算法的稳定性为100%,随机化算法的稳定性属于区间(0%,100%)。

通常,只要算法的程序实现所用的空间不超过内存限制,我们就不必刻意提高算法的空间效率,所以我们省去了空间效率这项分析。上面第4项的“稳定性”可以是算法的平均时间复杂度,也可以是执行算法得到正确解的概率,还可以是实际解达到某一优劣程度的概率。“稳定性”这一项是评判随机化算法好坏的一个重要指标。

2.执行结果确定的随机化算法

在这一节中,我们以快速排序和它的随机化版本为例,讨论执行结果确定的随机化算法。根据引言中的分析,一个随机化算法的执行结果确定,则它的执行流程必会受随机的影响,影响多表现在算法的时间效率上。所以在下面的讨论中,我们省去了对算法执行结果正确性和优劣的分析。

快速排序算法

快速排序是一种我们常用的排序方法,它的基本思想是递归式的:将待排序的一组数划分为两部分,前一部分的每个数不大于后一部分的每个数,然后继续分别对这两部分作划分,直到待划分的那部分数只含一个数为止。算法可由以下伪代码描述。

QUICKSORT(A,lo,hi)

1 if lo < hi

2 p←PARTITION(A,lo,hi)

3 QUICKSORT(A,lo,p)

4 QUICKSORT(A,p+1,hi)

如果待排序的n个数存入了数组A,则调用QUICKSORT(A,1,n)就可获得升序排列的n个数。以上的快速排序的算法依赖于PARTITION(A,lo,hi)划分过程。该过程在Θ(n)的时间内,把A[lo..hi]划分成不大于x=A[lo],和不小于x=A[lo]的两部分。这两部分分别存入A[lo..p]和A[p+1,hi]。而在QUICKSORT(A,lo,hi)过程中递归调用QUICKSORT(),对A[lo..p]和A[p+1..hi]继续划分。

可以证明[4],快速排序在最坏情况下(如每次划分都使p=lo)的时间复杂度为Θ(n2),在最坏情况下的时间复杂度为Θ(nlog2n)。如果假设输入中出现各种排列都是等概率的(但实际情况往往不是这样),则算法的平均时间复杂度为O(nlog2n)。

随机化的快速排序

经分析我们看到,快速排序是十分有效的排序法,其平均时间复杂度为O(nlog2n)。但是在最坏情况下,它的时间复杂度为Θ(n2),当n较大时,速度就很慢(见本节后部的算法性能对照表)。其实,如果照前面的假设,输入中出现各种排列都是等概率的,那么出现最坏情况的概率小到只有Θ(1/n!),且在Θ()中隐含的常数是很小的。这样看来,快速排序还是相当有价值的。

但是实际情况往往不符合该假设,可能对某个问题来说,我们遇到的输入大部分都是最坏情况或次坏情况。一种解决的办法是不用x=A[lo]划分A[lo..hi],而用x=A[hi]或x=A[(lo+hi) div 2]或其它的A[lo..hi]中的数来划分A[lo..hi],这要看具体情况而定。但这并没有解决问题,因为我们可能遇到的这样的输入:有三类,每一类出现的概率为1/3,且每一类分别对于x=A[lo],x=A[hi],x=A[(lo+hi) div 2]为它们的最坏情况,这时快速排序就会十分低效。

我们将快速排序随机化后可克服这类问题。随机化快速排序的思想是:每次划分时从A[lo..hi]中随机地选一个数作为x对A[lo..hi]划分。只需对原算法稍作修改就行了。我们只是增加了PARTITION_R函数,它调用原来的PARTITION()过程。QUICKSORT_R()中斜体部分为我们对QUICKSORT的修改。

PARTITION_R(A,lo,hi)

1 r←RANDOM(hi-lo+1)+lo

2 交换A[lo]和A[r]

3 return PARTITION(A,lo,hi)

QUICKSORT_R(A,lo,hi)

1 if lo < hi

2 p←P ARTITION_R(A,lo,hi)

3 QUICKSORT_R(A,lo,p)

4 QUICKSORT_R(A,p+1,hi)

分析随机化快速排序算法

随机化没有改动原来快速排序的划分过程,故随机化快速排序的时间效率依然依赖于每次划分选取的数在排好序的数组中的位置,其最坏,平均,最佳时间复杂度依然分别为Θ(n2),O(nlog2n),Θ(nlog2n),只不过最坏情况,最佳情况变了。最坏,最佳情况不再由输入所决定,而是由随机函数所决定。也就是说,我们无法通过给出一个最坏的输入来使执行时出现最坏情况(除非我们运气不佳)。

正如引论中所提到的,我们现在来分析随机化快速排序的稳定性。按各种排列的出现等概率的假设(该假设不一定成立),快速排序遇到最坏情况的可能性为Θ(1/n!)。假设RANDOM(n)产生n个数的概率都相同(该假设几乎一定成立),则随机化快速排序遇到最坏情况的可能性也为Θ(1/n!)。如果n足够大,我们就有多于99%的可能性会“交好运”。也就是说,随机化的快速排序算法有很高的稳定性。

下面是原来的快速排序和随机化后的快速排序的性能对照表。

对以上表格有几点说明:

1.程序运行环境为Pentium 100MHz,BP7.0编译。

2.随机化算法的相应程序的运行时间均为1000次运行的平均值。

3.测试随机化算法的稳定性时,相应程序对不同输入各运行了1000次。

4.程序代码见QSORT.PAS。

小结

从以上分析看出,执行结果确定的随机化算法原理是:用随机函数全部或部分地抵消最坏输入的作用,使算法的时间效率不完全依赖于输入的好坏。

通过对输入的适当控制,使得执行结果相对稳定,这是设计这一类随机化算法的常用方法。例如,在随机化快速排序算法中,我们每次随机地选取x来划分A[lo..hi]。这一方法的效应等价于在排序前先随机地将A中的数打乱。又如在建立查找二叉树时,可先随机地将待插入的关键字的顺序打乱,然后依次插入树中,以获得较平衡的查找二叉树,提高以后查找关键字的效率。

3.执行结果可能偏离正确解的随机化算法在这一节中我们讨论第2种情况的随机化算法。这种随机化算法甚至会输出

错误的结果,但它依然是很有效的。我们以判定素数的算法为例。

朴素的素数判定算法

对于较小的n,我们可以用“筛数法”判定n是否为素数。对于稍大一点的n,我们可以先求出[2,?sqrt(n)?]内的所有素数,再用这些素数试除n。这两种方法都要借助于大数组,如果n足够大,就不再适用了。这时,我们只能用2,3,..., ?sqrt(n)?试除n,一旦除尽,n必然是合数,否则为素数。算法描述如下:ISPRIME_NAIVE(n)

1 for a←

2 to ?sqrt(n)?

2 if a|n

3 return FALSE

4 return TRUE

实现时,我们可以先判断n是否为偶数,然后用3,5,7,9,...试除n,以加快程序运行速度。经管如此,当遇到较大的素数n时,这一算法还是会显得十分慢的。其最坏情况时间复杂度为Θ(n?)。

随机化的素数判定算法

换一个角度,由Fermat定理我们知道:若n是素数,a不能整除n,则

a n-1≡1 (mod n)

必然成立。我们将它改成:若n是素数,对于a=1,2,...,n-1,有a n-1≡1 (mod n)。所以,若存在整数a∈[1,n-1],使得a n-1≠1 (mod n),则a必为合数。我们考虑以下算法:

ISPRIME_R(n, s)

1 for i←1 to s

2 a ←RANDOM(n-1)+1

3 if a n-1≠1 (mod n)

4 return FALSE

5 return TRUE

该算法随机地选取s个a值,检查a n-1≡1 (mod n)是否成立。若发现某个a,使得该式不成立,则算法肯定地判决“n是合数”;若选取的a都使a n-1≡1 (mod n)成立,则算法提出假设“n是素数”。

这个算法只产生一种错误,即选取的s个a值均满足a n-1≡1 (mod n),而n是合数时,算法会认为n是合数的证据不足,判其为素数。

该算法伪代码第3行中得求a n-1 mod n。我们只要?log2(n-1)?次循环就可以求出该值。设n-1=b k2k+b k-12k-1+……+b020,b k b k-1…b0为n-1的二进制表示,则k=?log2(n-1)?。这样

a n-1 mod n=a(…(((bk)?2+bk-1) ?2+bk-2) ?2+……b1) ?2+b0 mod n

=a mod n,则上式可改写为

<<<…<<<<<2>>2>>2>……>2>>

用k次循环即可求出该值。因此随机化的素数判定算法的最坏情况时间复杂度为Θ(slog2n)。如果视s为常数,则其时间复杂度为

Θ(log2n)。

比较两种算法

随机化素数判定算法的稳定性取决于,对合数

n,在[1,n-1]内满足a n-1≡1 (mod n)的a值的个数。

记该个数为H(n),则算法判定n的稳定性为(1-H(n)/n)s。事实上,大多数n的H(n)/n 都可达到98%,几乎所有n的H(n)/n都不小于50%,在10000内,H(n)/n小于50%的不超过10个。我们有理由相信,只要s取适当的值,就能使算法有很高的稳定性。如取s=50,则算法对几乎所有n的稳定性至少为1-2-50>99%。即使取较小的s(如s=5),算法也未必会得到错误的结果。

随机化素数判定算法的时间效率比朴素的素数判定算法高许多,这可从它们各自的时间复杂度看出。实际运用中,取s=50,n=761838257287(是素数),将两种算法对应程序各运行100次,前者需20秒,后者需102秒[5]。其实素数判定通常只是作为一个子程序被调用,其实际使用次数可能还不止100次。可见这两种算法的差距是明显的。

小结

执行结果可能偏离正确解的随机化算法基于这样的原理:一个近似正确的算法的近似程度受某个参数的影响。当该参数取某个特点值时,算法能得到正确解。因此,只要将算法执行多次,每次参数取指定范围内的随机值,算法就可能得到正确结果。

通常我们可以这样设计此类随机化算法:先选一个近似算法(这里用了以Fermat定理为基础的判定算法),然后在算法中加入随机化控制(这里用了a),最后加外循环控制,多次执行近似算法(这里用了s),如此构成随机化算法。可通过重复执行近似算法来控制算法的稳定性,使之达到期望的水平。

4.执行结果有优劣变化的随机化算法

最后我们讨论第3种情况的随机化算法。这种随机化算法大多针对要求较优解的问题,例如NOI’98中的问题《并行计算》。

若干贪心算法

《并行计算》问题的描述大意为:输入一个由+,-,?,÷,(,),变量(大写字母)组成的四则运算表达式,输出一段指令,控制有两个运算器的并行计算机在尽量短的时间内正确计算表达式的值。程序的得分将取决于其所能找到的最优解与标准答案(未必是最优解)相比较的优劣程度。

如果用搜索算法来解决这个问题,则每次扩展搜索树必须确定当前的操作数、运算符和运算器,搜索量大得惊人。由于问题并未要求我们求最优解,我们可以用贪心算法求较优解。贪心标准有多种选择,如每次先选取耗时长的运算符,又如每次选取最早空闲的运算器。我们目前尚未找到一种普遍适用的贪心标准,而且找到这种标准的可能性不大。另一方面,现在的每种标准都只可在一定程度上对某些输入取得较好的结果,我们完全可以对各种标准分别设计出不符合其贪心方式的输入,使它输出不理想的结果。囿于上述限制,用纯粹的贪心算法无法有效地解决《并行计算》问题。

一种解决的方法是:由于贪心算法有很高的时间效率,我们可在同一个程序中将各种贪心标准全都试一次,但这样无疑极大地增加了“编程复杂度”。下面的随机化贪心算法给出了一个较好的解决方式。

随机化的贪心算法

随机化贪心算法的基本思想是:设置贪心程度rate%(rate∈[0,100]),选一种较好的贪心标准为基础,每次求局部最优解的过程改为每次求在该贪心标准下贪心程度不小于rate%的某个局部较优解。这一修改可由以下伪代码描述:PARTOPTIMIZE(rate)

1 for A←局部最优解to 局部最差解

2 if RANDOM(101) <= rate

3 return A

4 return 局部最差解

对于目前任一种贪心标准,都存在不符合它的输入,也就是说,存在输入使算法在不是每次都选局部最优解的情况下,得到的解比每次都选局部最优解所得到的解更优,而上述随机化贪心算法能覆盖这种情况。同时上述随机化贪心算法在rate=100时得到的结果就是原来未加修改的贪心算法的结果,所以上述随机化的算法至少不比非随机化的差。

上述思想较简单,所以实现起来不困难。而且贪心算法都有很高的时间效率,多次贪心消耗的时间也不会很长。程序代码见PARALLEL.PAS。在实现中,我们还加了些其它的优化,如对重复项只计算一次。

随机化贪心算法的性能

由于问题对解的约束不多,解的种类和个数就可能很多,因此要从理论上分析随机化贪心算法的性能较为困难。不过我们可以用当时比赛的测试数据对算法进行测试。这样做还是有一定说服力的。下表为各种贪心算法对应程序的运行结果与标准答案的对照表。

对以上表格有几点说明:

1.程序运行环境为Pentium 100MHz,BP7.0。

2.“一般贪心算法”一列中的数为各种贪心标准下的算法所得到的较优解。

3.随机化算法的相应程序运行100次后确定其运行结果。上表“随机化贪心算法”这一列中,数旁的括号内有得到该结果的概率。若无括号,则

表示100次运行均为此结果。

4.随机化贪心算法与标准答案的差距= 随机化贪心算法得到的较优解-标准答案。

5.程序代码见PARALLEL.PAS。

我们从上表看出,随机化贪心算法对大部分输入都能得到与标准答案同样优的结果,甚至对某几个输入(INPUT.014,INPUT.015)能得到比标准答案更优的结果。同时,该算法也有较高的稳定性(注意,这里的稳定性是指获得某一范围内的解的概率,如得到与标准答案同样优的结果的概率,又如得到比标准答案稍好一点的结果的概率)。另外,其时间效率自然不会差。可见,这里的随机化贪心算法是解决《并行计算》问题的一个有效算法。

小结

执行结果有优劣变化的随机化算法的原理与上节中的基本相同:一个近似算法的近似程度受某个参数的影响,当参数变化时,算法的执行结果会有优劣变化。只要将该算法执行多次,每次参数取指定范围内的随机值,并在执行后及时更新当前最优解,当前解就能不断逼近理论最优解。

设计这样的算法通常以贪心算法为基础,进行像PARTOPTIMIZE()函数这样的改造。其实PARTOPTIMIZE()完全可以作为算法框架来套用,该过程外部的算法可以用以下伪代码表述:

GREEDY_R()

1 bA←最差解

2 for rate←0 to 100

3 A←{}

4 while 未得到全局解do

5 a←PARTOPTIMIZE(rate)

6 A←A?{a}

7 if A优于bA

8 bA←A

9 return bA

我们从《并行算法》问题的例子中看出,在解决只需求较优解的问题中(如IOI’97中的《有害的千足虫》、《在地图上标地名》等问题,CTSC’98中的《设置站牌》),执行结果有优劣变化的随机化算法不失为一种有效算法。

5.总结

经过以上对三种情况的随机化算法的分析,我们作如下总结。

随机化算法的原理与设计

随机化算法的基本原理是:当某个决策中有多个选择,但又无法确定哪个是好的选择,或确定好的选择需要付出较大的代价时,如果大多数选择是好的,那么随机地选一个往往是一种有效的策略。通常当一个算法需要作出多个决策,或需要多次执行一个算法时,这一点表现得尤为明显。

这个原理使得随机化算法有一个共同的性质:没有一个特别的输入会使算法执行出现最坏情况。最坏情况可以表现在执行流程中(主要是时间效率),也可以表现在执行结果中。

根据这个原理,我们设计随机化算法时,通常一某个算法为母板,加入随机因素,使得算法在难以作出决策时随机地选择。在设计执行结果受随机影响的算法时,我们还可以多次执行算法,使算法不断逼近正确解或最优解[6]。

以上只是设计随机化算法的基本方式。实践中,随机化算法的设计没有公式可套。我们必须具体问题具体分析,深入研究,设计出好的随机化算法。同时在设计中,我们还需特别注意一个问题——

随机化算法的适用范围和有效性

最后我们考虑对于随机化算法的一个至关重要的问题——随机化算法的适用范围和有效性。

一个问题对算法的所有要求除了问题本身的描述之外,还有诸如内存空间限制,时间限制,稳定性限制等要求。如果一个问题对算法不强求100%的稳定,即对于同样的输入,不必每次运行的情况都相同(当然这种不稳定性不能太大),同时作为补偿的,又要求算法在其它某些方面有较好的性能(如出解迅速),而这些性能是一般非随机化算法无法达到的,那么此时,随机化算法可能就是能有效解决问题的候选算法之一。否则,随机化算法便不适用。

当一个随机化算法适用于解决某个问题,且该算法有较高的稳定性,同时它在其它某些方面有突出表现(如速度快,代码短等),能比一般非随机化算法做得更出色,那么这个随机化算法就是一个行之有效的算法。

[附录]

[1] 严格地说,RANDOM(N)返回的数是混沌数,而不是随机数。

[2] 这里不能说“一定”。《随机算法的定义》一目中解释了这一点。

[3] 判定性问题是这样的问题,它要求判定输入数据(问题无输入的话,可把问题中的已知条件看作输入)是否满足某一特定的条件。

[4] 证明过程如下:

记T(n)为QUICKSORT(A,lo,hi=lo+n-1)的时间复杂度。显然T(n)依赖于划分时用的x=A[lo]在排序后的A[lo..hi]中的位置。若PARTITION(A,lo,hi)的返回值为p ,则T(n)=T(p-lo+1)+T(hi-p)+Θ(n),其中Θ(n)是PARTITION(A,lo,hi)的时间复杂度。

在最坏情况下,

)(q)}-T(n T(q){max )(1,...,2,1n n T n q Θ++=-= 可以证明T(n)<=cn 2,其中c 为常数,而且当每次划分都使q=1时,T(n)=Θ(n 2),

所以在最坏情况下,快速排序的时间复杂度为Θ(n 2)。

证明T(n)<=cn 2可以用数学归纳法。以下为简要过程。

简证:)(q)}-T(n T(q){max )(1,...,2,1n n T n q Θ++=-=

由归纳假设,

)

(})({max )(})({max )(221,...,2,1221

,...,2,1n q n q c n q n c cq n T n q n q Θ+-+?=Θ+-+<=-=-= 而max{}中的关于q 的函数在q=1,n-1时取得最大值,故

T(n)<=cn 2-2c(n-1)+Θ(n)<=cn 2

其中选择适当的c ,可消去-2c(n-1)+Θ(n)。

证毕。

在最佳情况下,每一次划分都将A 分成相同大小的两部分。这时,

T(n)=2T(n/2)+Θ(n)

由于排序过程中形成的递归树有Θ(log 2n)层,每层的时间代价均为Θ(n),因此有T(n)=Θ(nlog 2n)。上面的分析中忽略了n/2不是整数的情况,但这对分析结果没有影响。

我们已经假设输入中出现各种排列都是等概率的。对于平均情况,

)()(2)())()((1)(1

11

1n q T n n q n T q T n n T n q n q Θ+=Θ+-+=∑∑-=-= 可以证明T(n)<=anlog 2n+b ,其中a,b 为常数,所以快速排序的平均时间复杂度为

O(nlog 2n)。

证明T(n)<=anlog 2n+b 可以用数学归纳法。以下为简要过程。

简证:)()(2)(1

1n q T n n T n q Θ+=∑-=

由归纳假设,

)()1(2log 2)()log (2)(1121

1

2n n n b q q n a n b q aq n n T n q n q Θ+-+=Θ++<=∑∑-=-= 第一项中的

????∑∑∑-=-=-=+=12/212/12112log log log

n n q n q n q q q q q q q 等号右边的第一个和式中的log 2q<=log 2(n/2)=log 2n-1,第二个和式中的

log 2q<=log 2n 。这样, ??????8log 2)12

(221log 2)1(log log )

1(log log 2

2221

2/111212/212/121

12n n n n n n n n q

q n q n q n q q n q n q n n q n q n q -<=-?--<=

-=+-<=∑∑∑∑∑-=-=-=-=-= 由此可得,

T(n)<=anlog 2n+b+(Θ(n)+b-an/4)

<=anlog 2n+b

其中选择适当的a,b ,可消去Θ(n)+b-an/4。

证毕。

[5] 运行环境为Pentium 100MHz ,BP7.0编译。

[6] 如果将执行结果确定的随机化算法执行多次,时间效率可能很低,所以这类随机化算法一般只执行一次。

[参考书目]

1.《实用算法与程序设计》 吴文虎等著 电子工业出版社

2.《计算机数据结构和实用算法大全》 北京希望电脑公司 谋仁主编

3.《组合数学》 吴文虎等著 电子工业出版社

4.《组合数学》 卢开澄著 清华大学出版社

5.《数据结构》 施伯乐等编 复旦大学出版社

6.《中学数学竞赛导引》 上海教育出版社

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教学设计原理与方法

教学设计原理与方法 一、教学设计概述 1、教学设计的定义是什么?谈谈你是如何理解的。 对教学结果作出评价的一种计划过程与操作程序。 确定并解决教学问题,实现教学最优化的现代教学技术。 (教学设计不再是简单的设计之后加以实施的问题,而是一个在学—教的具体境脉中、在互动中发展演化的过程。) 教学设计属于教育科学领域的方法论学科,是教学论的重要组成部分。 教学设计的基本原理与方法适用于不同类型和层次的教学系统的设计,具有很强的实践性、操作性。 2、教学设计的理论基础是什么? a)系统科学理论 b)学习理论 c)教学理论 d)教育传播理论 3、教学设计的内容包括哪些? 1、分析教学目标 2、确定教学策略 3、进行教学评价 4、教学设计应用在哪些领域?试举例说明。 (一)教学类型(过程)的设计 1、多媒体组合课堂教学 2、基于局域网的网络教学 3、广播电视远程教学 4、基于Internet的远程教学 (二)教学资源的设计 1、电视教材 2、多媒体(网络)课件 3、专题学习网站 4、网络课程 5、专业资源库 二、学习者特征与教学目标分析 1、学习者特征分析的内涵是什么?教学中通常需要分析学习者的哪些特征?(学生的认知结构和认知发展水平、学习者的起点能力分析、学习风格、自我效能感、学习动机) 教学中通常需要分析学习者的: 一、认知发展特征分析 二、起点能力分析 三、学习风格分析 四、学习动机分析 五、学习自我效能感分析 2、教学目标分类的代表性理论有哪些?

(一)布卢姆等的教学目标分类理论 1、认知领域 2、动作技能领域 3、情感领域 (二)加涅的学习结果分类理论 (三)国内对教学目标的研究 3、教学目标分析方法有哪些?举例说明如何表述教学目标? 依据知识点的内容属性确定具体的教学目标,采用教学内容与教学目标二维层次模型 行为目标的ABCD表述方法 A即Audience,意指“学习者”,要求有明确的学习者,他们是目标表述句中的主语。 B即Behavior,意为“行为”,要求说明通过学习后,学习者应能做什么,是目标表述句中的谓语和宾语。 C即Conditions,意为“条件”,要求说明上述行为在什么条件下产生,是目标表述句中的状语。 D即Degree,意为“程度”,要求明确上述行为的标准。 三、学习环境设计 1、学习环境的内涵是什么? 谈谈你是如何理解的 /场所说 /工具说 /条件说 广义的学习环境,是指一切影响学习的环境条件和各种因素。 狭义的学习环境,是指在正规课程中影响课堂学习的各种情况和条件。(专指课堂学习环境) 全面认识学习环境概念,需要结合学习环境的空间和时间两个存在形式来考察,学习环境既是一种静态的系统结构,也是一种动态的发展过程。 2、建构主义学习环境的基本构成要素是什么?举例说明。 3、试述学习环境的设计方法。 ——真实情境 ——问题情境 ——模拟真实情境 四、学习资源设计 1、学习资源的主要类型有哪些?

《教学设计原理与方法》课程复习提纲-

《教学设计原理与方法》复习提纲 (20XX年6月) | 一、教学设计概述 1、教学设计的定义是什么 教学设计是应用系统方法分析研究教学的问题和需求,确定解决它们的教学策略、教学方法和教学步骤,并对教学结果作出评价的一种计划过程与操作程序。 2、教学设计的理论基础是什么 系统科学理论、学习理论、教学理论、教育传播理论 3、教学设计的内容包括哪些 1、分析教学目标 2、确定教学策略 3、进行教学评价 4、教学设计应用在哪些领域试举例说明。 ? 教学类型(过程)的设计教学资源的设计 1、多媒体组合课堂教学 1、多媒体(网络)课件 2、基于局域网的网络教学 2、专题学习网站 3、广播电视远程教学3、网络课程 4、基于Internet的远程教学 4、专业资源库 二、教学目标与教学内容分析 1、教学目标的定义是什么 教学目标是对学习者通过教学后应该表现出来的可见行为的具体明确的表述,是教学设计和课程设计的基础,是学习者在教学活动实施中应达到的学习结果。 | 2、教学目标分类的代表性理论有哪些

3、教学目标分析方法有哪些教学目标的表述方法有哪些试举例说明。 教学目标的分析方法: (1)分析教学内容 (2)分解目标层次 (3)表述教学目标教学目标的表述方法: ` (一)行为目标的ABCD表述法 对象(audition)、行为(behavior)、条件(conditions)、标准(degree) Ex:(“给予20个要填写形容词的未完成的句子,学生能在15分钟内分别写出形容词以完成句子”) (二)内部过程与外显行为相结合的表述法(三)表现性目标的表述法 4、教学内容可以分为哪几类 事实、概念、技能、原理、问题解决 5、教学内容分析方法有哪些教学内容分析的关键在什么地方 归类分析法图解分析法层级分析法信息加工分析法 教学内容分析的关键: "

交互设计概述·全

交互设计概述 1. 探索思想 如果我们问,交互设计是什么??家从 IxDC 的定义中能很快知道答案。 交互设计,又称互动设计(Interaction Design, 缩写 IxD 或者 IaD),是定义、设计?造系统的?为的设计领域。在于定义?造物的?为?式(the “Interaction”,即??制品在特定场景下的反应?式)相关的界?。[]1 很显然,如果根据定义去看,我们应该是云?雾?,根本看不懂它的定义,也?法理解交互设计是什么,又为何如此去定义的。?然,这种?法就不可取。?当?法理解?个东西是什么的时候,不妨问问??,为什么这个东西不是其他什么。 所以与其从正?去理解交互设计是什么,不如进?对它进?质疑与攻讦。当然,我们进?质疑与攻讦的?的,不是为了搞个?新闻,去否定交互设计的价值,?是通过这种质疑,去理解交互设计的合理性,存在的意义,从?加深对于交互设计的理解,在宏观层?去触及交互设计为什么是这样的。毕竟,?个合理的东西,从任何?度进?攻击都不应该会有破绽。 所以,第?件事,我们应该问问,交互设计是不是应该必须存在在世界上的?它的存在是有什么必然性吗?世界上没有交互设计,还能不能正常运作? 交互设计是如何诞?的?交互设计有什么??我们为什么需要去研究交互设计? 只有我们肯定了交互设计存在的合理性,我们才能更好地去理解,什么是交互设计。 2.交互设计存在的合理理性 2.1.界定交互设计的标准是什什么? 既然我们质疑交互设计存在的合理性,我们?先要做的,应该是界定,什么能够称得上是交互设计?能被称为交互设计的界定标准是什么?因为如果没有这个标准,?切皆可以被称为「交互设计」,那么我们所有讨论的案例、理论、设计都将会是没有意义的。我们出?个问题?问?下: ??瓶?的包装设计能不能被称为交互设计? ??个栏杆的指?设计设计能不能被称为交互设计? ?飞机的控制系统仪表盘设计能不能被称为交互设计?

教学设计原理 加涅 完整笔记

教学设计原理 R.M.加涅

相关书籍: 《学习的条件和教学论》R.M.加涅 《学习心理学:一种面向教学的观点》P.M.德里斯科尔 《学习与教学》R.E.梅耶 《教学设计原理》R.M.加涅 《学习、教学与评估的分类学:布卢姆教育目标分类的修订》布卢姆《系统化教学设计》W.迪克 《教学设计》P.L.史密斯

一教学系统导论 1 教学设计导论 教学设计的主体内容:教师用来使学生参与到学习活动中去的完整的活动范围,如: ?如何将学生进行分组,以有助于学生学习和交流 ?什么时候练习与反馈最有效 ?技能知识学习的前置知识有哪些 掌握教学设计原理的目的: 按照一定的理论,对教学设计过程进行设计,促进学生参与到学习事件和活动中去,使教学更有效。 1.1 教学设计的基本假设 没有哪一种教学设计模型是最佳的,基本假设: ?教学设计是帮助学习过程,而不是教学过程(目的是达到教学效果) ?学习效果受多种因素的影响(毅力、时间、教学质量、学生能力、原有知识、学习能力等) ?教学设计模型可运用到多种教学场景下(学生个体、小组、大组),原理保持不变 ?利用学习者对教学设计进行检验,反复设计与验证,使教学趋于完善 ?教学设计本身是一个过程,包含相关子过程(原子过程是:将学生置于学习过程中的预习、评价、 反馈等) ?不同的学习目标需要不同的教学形式 1.2 学习原理 学习情境 人在清醒的时刻,都在观察和处理信息,一些信息被记忆,一些被摒弃。 是什么让人记忆: ?学习者内部(来源于学习者,想获知) ?学习者外部(提供一个事件,包括学习内容、目的、方法等环境)

?学习者、学习发生的情境、学习的内容、学习过程等存在着相互作用 教学原则 从学习原理中,指导教学设计的一些原则: ?接近:教学环境与学习目的相接近 教学情境的设计接近学习的目的,或学习预期。教学设计以达到教学目标为纲,而不应以方便学习或教学为目的。如,学习目的是“在没有帮助的情况下,装配一支枪”,教学中要尽量避免给学生图纸。 ?重复:教学环境与学习者的反应需要重复,以使学习得到进步 重复的教学环境和学习者反应,只是一种练习形式,而非基本条件,也不是必须的。 ?强化:使学习变得有期望,以便学习者能“自我激励” 学习过程中,如果能让学习者看到预期的结果,并相信能达到,将使学习得到强化。预期的结果可以分为两种 ?短期,如学习习得了,就有奖励等 ?长期,如社会期望、人生追求、家庭厚望等 ?合作协商:学生与其他学生或知识丰富的人一起学习,以确认信息的意义,即合作学习环境可以 促进学习 ?广泛认知:学生广泛的获取相关惰性知识(初步接触,并不注重应用,在需要时能回忆起来,并 通过进一步学习掌握的知识),是教学环境设计的一部分 ?组织活动:通过参加活动来促进学习发生 要明确学习是活动的结果和目的。

09235设计原理-2016年1月自考真题及答案

09235设计原理-2016年1月自考真题及答案

09235设计原理-自考真题 2015年1月广东省高等教育自学考试 重要提示: 1. 本试卷共4页,满分100分;考试时间150分钟。 2. 应考者必须在“答题卡”上要求作答,答在试卷上无效。 一、单项选择题(本大题共10小题,每小题2分,共20分)在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,请将其选择并将“答题卡”的相对应代码涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。 1. 第二次世界大战后,商业设计在获得极大地发展。 A.英国 B. 德国 C. 美国 D. 意大利 2.目前,美国、英国、日本等国标定颜色依据的

基础是的色彩理论。 A.孟塞尔 B. 艾维斯 C. 埃舍尔 D. 乌特松 3.人的视觉倾向于连接与聚合具有相似的物体,这种常见的视觉归类方法是基于人的()心理。 A.认知 B. 行为 C. 视觉 D. 完形 4.最早提出头脑风暴法的是现代创造学创始人 A.中村吉郎 B. 奥斯本 C. 鲁尔巴赫 D. 乌特松 5.设计活动表现出一定的程序性特点,在阶段,将想象带回符合逻辑的现

实世界。 A.界定 B. 创新 C. 分析 D. 整合 6.世界上第一位专职的汽车设计师创造了汽车设计的模式——“有计划的商业废止制。A.贝伦斯 B. 厄尔 C. 提格 D. 罗维 7.在设计管理营销策略中,企业开发和设计不同的类型的产品,或在同类产品中开发系列产品的策划略是 A.率先进入市场策略 B. 多元化策略 C. 集中策略 D. 通用化策略 8.产品的功能包括物质和精神两个方面,其中产

品本身所具备的机构性能是产品的 A. 技术功能 B. 使用功能 C. 审美功能 D. 象征功能 9.将美国首都华盛顿规划成方格网加放射性道路的城市格局的是 A. 乔治·华盛顿 B. 托马斯·杰弗逊 C. 皮埃尔·朗法皮埃尔·查尔斯·郎方 D. 约翰·亚当斯 10.汉字发展史的转折点是的出现,它是古今文字的分水岭。 A. 大篆 B. 小篆 C. 隶书 D. 楷书 11.在染织图案造型中,花果草木、鸟兽虫鱼、田园风光等传统图案属于造型。

《教学设计原理与方法》考核方式

《教学设计原理与方法》考评方式与标准 一、考核的形式 本课程考核的形式主要有三种,分别是日常考查、项目实践评定与期末考试评定。 日常考查是一种伴随日常教学而进行的经常性检查和了解学生学习情况的方法。本课程采用的日常考查形式主要是习题作业。 项目实践评定是一种针对项目或任务的实践成果而进行考核评价的方法。本课程综合采用电子作品(e-work)和评价量规(rubric)对每一项目实践的成果加以评定。 ?电子作品是学习者根据所学的知识,针对某一主题独立完成任务并以成果的 形式如电子作品、解决方案、研究报告、网页等方式展示自己的学习所得。 ?评价量规是一个评分工具,它为一个作品或其他成果表现列出标准,并且从 优到差明确描述每个标准的水平。 期末考试是依据课程目标和内容,选择一系列有代表性的问题,按照一定的程序与方式,对学生所学知识的掌握程度及综合运用知识的能力进行测量与评价的方法。 二、考核的内容 针对不同的考核形式,相应地,有不同的考核内容。 日常考查的内容主要是各教学专题的习题作业,请参见习题作业。 项目实践评定的内容主要是三个电子作品,并依据三个评价量规进行评价(如表1所示)。 项目实践内容电子作品评价量规 项目实践1:网络教学资源 的设计选择某一个学科的某一个内容,基 于一定的教学策略与设计方法,参 照资源技术规范,设计与开发一个 网络教学资源。 参见“附录1:网络教学资源 评价量规” 项目实践2:教学过程(模 式)的设计依据已开发的学习资源,选择合适 的教学模式(策略)进行教学过程 设计,撰写一份教学设计方案。 参见“附录2:教学设计方案 评价量规” 项目实践3:教学(培训)绩效改进方案的设计结合具体的问题,运用以绩效为导 向的教学设计方法,设计一份教学 (培训)绩效改进方案。 参见“附录3:教学(培训) 绩效改进方案评价量规”

跟我学人机交互界面设计理论与技术及应用——Web前端开发工程师

1.1跟我学人机交互界面理论与技术及应用——Web前端开发工程师 1、Web前端开发相关技术简介 (1)Web前端开发工程师是一个很新的职业 在国内乃至国际上真正开始受到重视的时间不超过5年,Web前端开发是从网页制作演变而来的,名称上有很明显的时代特征。 在互联网的演化进程中,网页制作是Web 1.0时代的产物,那时网站的主要内容都是静态的,用户使用网站的行为也以浏览为主。2005年以后,互联网进入Web 2.0时代,各种类似桌面软件的Web应用大量涌现,网站的前端由此发生了翻天覆地的变化。 网页不再只是承载单一的文字和图片,各种富媒体让网页的内容更加生动,网页上软件化的交互形式为用户提供了更好的使用体验,这些都是基于前端技术实现的。 (2)RIA技术不断地深入和普及 随着Web 2.0概念的普及和W3C组织的推广,网站重构的影响力正以惊人的速度增长。XHTML+CSS布局、DHTML和Ajax像一阵旋风,铺天盖地席卷而来,包括新浪、搜狐、网易、腾讯、淘宝网等在内的各种规模的IT企业都对自己的网站进行了重构。 为什么它们会对自己的网站进行重构呢?有两个方面的原因: 第一,根据W3C标准进行重构后,可以让前端的代码组织更有序,显著改善网站的性能,还能提高可维护性,对搜索引擎也更友好; 第二,重构后的网站能带来更好的用户体验,用XHTML+CSS重新布局后的页面,文件更小,下载速度更快。 2、了解网站重构的基本目的 网站重构的目的仅仅是为了让网页更符合Web标准吗?不是!重构的本质是构建一个前端灵活的MVC框架,即HTML作为信息模型(Model),CSS控制样式(View),JavaScript 负责调度数据和实现某种展现逻辑(Controller)。同时,代码需要具有很好的复用性和可维护性。这是高效率、高质量开发以及协作开发的基础。 3、Web前端开发工程师 DHTML可以让用户的操作更炫、更吸引眼球;Ajax可以实现无刷新的数据交换,让用户的操作更流畅。对于普通用户来说,一个网站是否专业、功能是否强大,服务器端是用J2EE+Oracle的强大组合,还是用ASP+Access的简单组合,并没有太明显的区别。 但是,前端的用户体验却给了用户直观的印象。随着人们对用户体验的要求越来越高,

读加涅的《教学设计原理》

读加涅的《教学设计原理》 很多讲师经常和我谈论,甚至很谦虚地向我“请教”:如何提高讲课技巧,诸如要安排啥游戏?怎么调动学生气氛等等。虽然培训是面对成年人,更注重体验和交流,但本质来说,一个课程就是一个教学过程,核心还是内容的设计。近日读了《教学设计原理》,让我对教学设计和教育技术有了更加系统的理解。 加涅认为教学设计具有系统性,因为在教学设计的每一个决策点上都要注意技术知识的一致性和相容性,他认为每一阶段的输出都是下一阶段的输入,这具有明显的控制论的特点,反映出信息加工理论受到计算机科学影响的特征。加涅用尽其毕生的精力总结出了学习结果的五种类别:智慧技能、认知策略、言语信息、动作技能、态度,并从教学设计的观点对学生心理结构做了详细分类。加涅认为,学生的这些素质和特征有些是先天的,有些是后天习得的,有些是在发展中形成的。学生的先天素质是由遗传决定的与学习相关的个体的某些素质,学生在发展中形成的素质包括能力和人格特质,学生后天习得的素质就是加涅总结出的五类学习结果。因为学生的先天素质不能被教学所改变,教学只能避免超越它们。 而市场许多的培训师,几乎从不考虑去设定具体的学习结果类别,唯一考量的是现场气氛,或者美其名曰的偶尔“顿悟”,也难怪有些讲师会在课后长嘘一口气:今天又混过了。 加涅通过对学习发生的过程及学习发生所需要的内、外部条件来研究教学的,他认为教学是通过安排一系列符合学习者内部条件和外部条件(事件)来促使学习的发生,他的理论是建立在坚实的心理学研究基础上,具有更强的可靠性和更具体的指导性。加涅认为学习的行为是千差万别的,千差万别的学习行为都可以归入五类习得的学习结果中。每类学习的行为表现不同,所需的内部条件和外部条件也不同。因此,我们应针对不同类型的学习进行教学设计,包括确定目标、任务分析、教学过程及结果测评。 书引用John Keller 教授创立的ARCS动机模型,很值得培训师分析学员需求和设计培训内容的出发点: John Keller 教授创立的ARCS动机模型主要包括四个方面的动机策略:注意(attention)、相关(relevance)、信心(confidence)和满意(satisfication)。他们取其每个英文单词的第一字母,因此简称为ARCS动机模型。该模型主旨是为了激发学生的学习动机。他认为学生学

产品设计原理与方法学习报告

产品设计原理与方法学习报告 虽然仍有许多人将设计视为一种艺术形式,由设计师决定产品的模式,但事实上绝大部分设计师是在商业环境中工作,他们的设计作品是否成功,取决于产品能否满足顾客和用户。因此设计师必须具备理解民众需要的能力,除了已知的需要,还包括隐含的、尚未浮面的需要。过去人们普遍认为设计师的工作就是为产品提供吸引人的外壳包装,无须考虑产品对人、对社会与环境的影响。如今设计师要改变自己的角色——不仅需要满足人们目前的愿望,还必须为人们提供他们并不知道自己是否想要的产品,或者从未想过他们能够拥有的产品。 然而现在的设计师存在偏颇的观念与实践:1、平均化,在处理不同的事物和变量时采用平均值。2、在设计中寻找共通点,然后将共通点夸张。3、创造所谓的标准。这其中一个重要原因是设计师对未知、意想不到和未能预决事物的恐惧。设计师总想要预先决定结果,排除无法确定的事物,而标准化的方式让他们可以将变量变为常数。标准化方式大多数时候欠缺从其他角度来考虑设计的品质,如不同使用者的自由与不同选择。因此,设计师要考虑细节,根据实际的项目对相关参数进行仔细修改,如果一成不变的照搬设计,就不会有好的设计品质,很容易陷入一种偏颇的观念:一个地方的民众(使用者)与其他地方的民众是一样的或相似的。改变对设计的品质有极大的、多重的影响,因此设计要满足不断改变的需要和希望。面对改变时,设计师倾向采取三种方法解决问题:(1)寻找替代产品或新的设计来克服问题。(2)在设计中设定许多法规与控制,无论任何时候使用者都需要遵循,从而将使用者固定在一个预先决定的范围中,控制他们的行为,确保设计产品能够达到预期结果。(3)提醒或教育。但其重要缺陷就是使用者的行为未必会符合期望。 综上,只有不断发掘使用者需要和希望,追寻社会和文化的改变,才能够提出新的解决问题方法和设计方案,以服务公众。设计师应当重视和尝试采用“共同决策”和“自我决策”方式,才能令作品具有高度的使用者适用性。应给予使用者更多机会:①认识自己的需要和喜好②建立目标③发表意见④参与决策⑤评估结果⑥建立机制跟进使用设计成品后的情况。除了参考文献和使用者对话外,设计师还需深入观察和分析使用者在某一特定公共环境中的各种行为,才能真实了解使用者的反应,应建立一套与使用者双向沟通的方式与实践模式。

产品设计原理

产品设计的程序产品设计中的工作内容设计大纲的内容产品设计的原则产品设计的原则是指在产品设计过程中的四大基本原则,它包括:易用性原则、求适性原则、致美性原则和创新性原则四个方面;其中求适性原则是其核心内容,它又包括适宜、适合、适当、适应和适度五个方面。应该说,掌握了“四则”,也就掌握了产品设计的核心和精髓,它是整门课提纲携领的内容。产品设计的系统性方法指什么?系统论的思想、方法及任务?产品设计系统的特性?产品设计的系统性方法指什么?系统论的思想、方法及任务?产品设计系统的特性?产品系统设计思路?系统设计思路?系统概念在现代设计中的三层含义第一,系统概念被用于工业设计后,人们不再把设计对象看成是孤立的个体,而是将其置身系统之中,使功能设计不再局限于单一的设计对象,而是考虑它与其它环境因素之间的关系,考虑在系统环境中人的整体需要,这样的设计更符合实际的使用情况,在这样的大前提下产品系统概念应运而生。设计开始既考虑设计对象自身各组成元素所构成的基础系统,即材料、结构、色彩、功能、造型之间的相互关系以及它们各自与它们所组成的统一体的关系,同时有又将设计对象整体作为子元素放在经济、社会、技术这样大的宏观系统中去考虑,从而更好的实施设计本身。第二,从系统概念出发,单件家具和工具也被看成是一个系统,把它们设计成组合部件,容易安装,容易拆卸。从系统的角度出发,从三维立体系统扩展到四维持续的发展系统,既要从整体与局部的关系考虑问题,又要用发展的思维去把握整体。第三,考虑物体之间的位置关系。从系统的角度考虑感性工程因素对设计对象的影响,把握系统结构。产品的生命周期?理想的产品生命周期形态的特征?产品的生命周期?理想的产品生命周期形态的特征?产品形态形态是传达信息的第一要素。所谓形态,是指由内在的质、组织、结构、内涵等本质因素延伸到外在表象因素,通过视觉而产生的一种生理、心理过程。它与感觉、构成、结构、材质、色彩、空间、功能等要素紧密联系。产品设计的美学规律美学规律?产品设计的美学规律产品设计思维思维一般由四个方面组成:思维的主体、思维的客体、思维的工具、思维的协调等。思维的主体即人;思维的客体即思维的对象;思维工具即思维过程中所借助的概念和形象;思维的协调是指在思维过程中,多种思维方式的整合,也就是说,在思维的过程中,有时单一的思维方式是不能解决问题的。 产品设计方法的具体原则1、功能性要求:物理功能——产品的性能、结构的方便性、安全性、易用性等;心理功能——产品的造型、色彩、肌理和装饰诸要素予人愉悦等;社会功能——产品象征或显示个人的价值、兴趣爱好或社会地位等。2、审美性要求:产品的审美不是设计师个人主观的审美,只有具备大众普遍的审美情调才能实现其审美性。产品的审美,往往是通过新颖性和简洁性来体现,而不是依靠过多的装饰才成为美的东西,它必须是满足功能基础上的美好的形体本身。 3 经济性要求产品设计师必须从消费者的利益出发,在保证质量的前提下,研究材料的选择和构造的简单化,尽量减少成本,提高功能,这样才能为用户带来实惠,最终也为企业创造效益。4、创造性要求:设计的内涵就是创造。产品设计必须是创造出更新更便利的功能,或是唤起新鲜造型感觉的新的设计。5、适应性要求:产品总是为特定的使用者在特定的使用环境中使用而设计的。因此,产品设计必须考虑产品与人和环境的关系,要处理好“产品——人——环境”三者之间的关系,真正达到“设计以人为本”的要求。此外产品设计还应该是易于认知、理解和使用的设计,并且在环境保护、社会伦理、专利保护、安全性和标准化诸方面,也必须符合相应的要求。辐散思维与辐合思维辐散思维是创造性思维的主要成分,所以,有的心理学家认为,创造性思维就是辐散思维。辐散思维又称发散思维、求异思维,它是根据一定的条件,对问题寻求各种不同的、独特的解决方法的思维,具有开放性和开拓性.所以,美国心理学家巴特利特曾称其为“探险思维”,可见,广泛的开拓性,是辐散思维的主要特征。辐散思维的优势在于能够提供尽可能多的新设想。辐合思维是单向展开的思维,又称求同思维、集中思维,是针对问题探求一个正确答案的思维方式。辐散思维的发散所产生的各种设想,是辐合思维的基础,集中、选择是对正确答案的求证。这个过程不能一

“交互设计”教学设计

课堂教学设计表 学科机械类授课班级 17工业设计 第 1 页

教学媒体的选择 知识点 编号 学习 目标 媒体 类型 媒体内容要点 教学 作用 使用 方式 所得结论 占用 时间 媒体 来源15.1-1 知识 理解 模型 课件 理解交互设计 概念 C举例验 证,建立 概念 B设疑— 播放—讨 论 模型分析的预期结果是学 生认识到:交互设计是“人 类交流和交互空间的设 计”,交互设计成为信息化 社会重点研究方向。 3分钟自制15.1-2 技能 方法 照片 投影 课件 1.交互设计使用情 境 B创设情 境,引发 动机 F播放— 讨论—总 结 案例展示的预期结果是学 生归纳出:交互设计方法 1.目标分析 2.任务分析 3. 界面设计4.技术架构 6分钟 自制 网络 下载 2.交互设计方法实 际应用 G设难置 疑,引起 思辨 B设疑— 播放—讨 论 分组讨论的预期结果是学 生运用设计方法提出新设 计方案,提高学生思维能 力。 4分钟 网络 下载15.1-3 情感图片学科前景展望 J归纳总 结,复习 巩固 F播放— 讨论—总 结 图片分析的预期结果是学 生了解学科发展趋势,培 养学生学习兴趣,激发学 生学习动机。 2分钟自制 ①媒体在教学中的作用分为:A.提供事实,建立经验;B.创设情境,引发动机;C.举例验证,建立概念;D.提供示范,正确操作;E.呈现过程,形成表象;F.演绎原理,启发思维;G.设难置疑,引起思辨;H.展示事例,开阔视野;I.欣赏审美,陶冶情操;J.归纳总结,复习巩固;K.其它。 ②媒体的使用方式包括:A.设疑—播放—讲解;B.设疑—播放—讨论;C.讲解—播放—概括;D.讲解—播放—举例;E.播放—提问—讲解;F.播放—讨论—总结;G.边播放、边讲解;H.其它. 板 书 设 计 第 2 页

小学数学教学设计原理与里方法

小学数学教学设计原理与里方法 一、数学教学设计概述 (一)什么是教学设计 教学设计,就是对教学的过程进行事前的思考,之后做出供下一步进行教学的一个行动方案,做出行动方案的过程,就是教学设计。 就其本质而言,教学设计是一个分析教学问题,设计、评价、修改解决方案的系统计划过程。一些专家所提出教学设计概念的观点 大体一致,即他们都强调教学设计是一个系统化的过程,包括如何 编写目标、如何进行任务分析、如何选择教学策略与教学媒体、如 何编制标准参照测试等。这些操作是必要的,也是最基本的。 (二)教学设计要做什么 1、分析教学目标 分析教学目标是为了确定学生学习的主题,即与基本概念、基本原理、基本方法或基本过程有关的知识内容。分析教学目标时要考 虑以下四个方面:1、学习者的主体特征;2、教学目标只定义所有学 习者都要达到的基本要求;3、教学目标应有一定的弹性和可变化 性;4、注意能力与素质培养目标的提炼。 2、设计教学情境 创设情境的方法有很多,例如用计算、比喻、演示教具、设疑、对比、类比等等来创设情境。建构主义强调要在真实情境下进行学习,其好处就是能减少知识与解决问题之间的差距,强调了知识迁 移能力的培养。我们教师应为学生提供一个完整的、真实的问题情境,以此为支撑物启动教学,使学生产生学习需求。例如:加减混 合运算可以设计为乘公交车的上下车。 3、设计教学形式与方法

现在教学形式与方法是多种多样的,有合作探究的、动手实践的、观察比较、开放型的,等等。我们都是根据教学目标、学生特点来 设计最适合的教学形式与方法。 4、设计学习方式 小学数学学习应该是儿童自主的数学活动,要让儿童在动手操作中探究、发现、解决问题。我们在设计学习方式时要让学生自主地 参与,并关注学生学习过程的亲历与体验。 二、新课程下的教学设计理念 (一)数学化设计理念 人们运用数学的方法观察现实世界,分析研究各种具体现象,并加以组织整理,发现其规律,这个过程就是数学化。数学的组织现 实世界的过程,就是数学化的过程。因而我们在进行教学设计的时候,要将现实的以及现实之上抽象出来的各种层次的“数学现实” 世界,进行数学地处理,用数学化的意识去进行教学的设计,这种 设计理念就是数学化设计理念。 (二)问题化设计理念 在教学设计的时候,如果始终将数学的教与学置于各种奇妙的富于思考问题情境之中,这种设计就是很好地贯穿了问题化设计理念。我们的教学设计,要处处体现问题化理念,问题化理念的根本目的,就是让学生想学数学。要将教学形式尽量设计成引导式启发式。具 体体现在:一要创设思考数学的情景。二是教师在课堂上的教学用 语要设计成多用问句、用巧妙的问句形式问出来。 例:五年级第一学期《循环小数》,教师先出示:56÷37,比赛:2分钟内谁最快计算出答案;请学生把答案写在黑板上,有的写 1.513513513……、1.513……、1.513513……;讨论:有的除到了小 数点后面的第6位,有的是第3位,最多的是第19位。那么到底谁 赢了?提问:关于循环小数你还想知道什么?学生质疑:1、循环小数 是否指出现在除法里?2、循环部分是否只出现在十分位、百分位、 千分位?3、什么情况下会产生循环小数?4、是否每次都要除到第3

加涅教学设计原理

教学设计原理 r.m.加涅 相关书籍: 《学习的条件和教学论》 r.m.加涅 《学习心理学:一种面向教学的观点》 p.m.德里斯科尔 《学习与教学》 r.e.梅耶 《教学设计原理》 r.m.加涅 《学习、教学与评估的分类学:布卢姆教育目标分类的修订》布卢姆 《系统化教学设计》 w.迪克 《教学设计》 p.l.史密斯 一教学系统导论 1 教学设计导论 教学设计的主体内容:教师用来使学生参与到学习活动中去的完整的活动范围,如: ? 如何将学生进行分组,以有助于学生学习和交流 ? 什么时候练习与反馈最有效 ? 技能知识学习的前置知识有哪些 掌握教学设计原理的目的: 按照一定的理论,对教学设计过程进行设计,促进学生参与到学习事件和活动中去,使教学更有效。 1.1 教学设计的基本假设 没有哪一种教学设计模型是最佳的,基本假设: ? 教学设计是帮助学习过程,而不是教学过程(目的是达到教学效果) ? 学习效果受多种因素的影响(毅力、时间、教学质量、学生能力、原有知识、学习能力等) ? 教学设计模型可运用到多种教学场景下(学生个体、小组、大组),原理保持不变 ? 利用学习者对教学设计进行检验,反复设计与验证,使教学趋于完善 ? 教学设计本身是一个过程,包含相关子过程(原子过程是:将学生置于学习过程中的预习、评价、 反馈等) ? 不同的学习目标需要不同的教学形式 1.2 学习原理 学习情境 人在清醒的时刻,都在观察和处理信息,一些信息被记忆,一些被摒弃。 是什么让人记忆: ? 学习者内部(来源于学习者,想获知) ? 学习者外部(提供一个事件,包括学习内容、目的、方法等环境) ? 学习者、学习发生的情境、学习的内容、学习过程等存在着相互作用教学原则 从学习原理中,指导教学设计的一些原则: ? 接近:教学环境与学习目的相接近 教学情境的设计接近学习的目的,或学习预期。教学设计以达到教学目标为纲,而不应以方便学习或教学为目的。如,学习目的是“在没有帮助的情况下,装配一支枪”,教学中要尽量避免给学生图纸。 ? 重复:教学环境与学习者的反应需要重复,以使学习得到进步 重复的教学环境和学习者反应,只是一种练习形式,而非基本条件,也不是必须的。

产品设计原理与方法 作业说明及评分标准

probl ems that ca nnot be ig nore d. Some lea ders unwilli ng to do masse s work, ma sses conce pt weak, on masses feeling s not dee p, pe ndulum not are with masses of relationship, think ma sses w ork is revol utionary war era of thi ngs, now obsolete has, burie d busine ss w ork, ignored masses work of situation compared General; some lea ders not do masse s work, old met hod regardless of with, new not wit h, not understand masse s psy chologi cal, not understa nd masses wishes, not said masses lang uage, w ork method simple stiff, cause d masse s of conflict and anti pathy; some lea ders ca n't do masses work, Faced wit h a lot of contra dicti ons am ong the pe ople w orry about fear, pani c set i n encounter group eve nts, and some are even misma naged, inflame, so work has suffered heavy losses, and so on. T hese problems we ar e soberly aware, e nhancing the party's ruli ng ca pability, the maintenance a nd development of the party's adva nce d nat ure and purity, a nd t o enhance the a bility of party committees and leading ca dres are good people. Attach great importance to a nd i s good at doi ng mass w ork, ha s be come the new urgent sit uation strengtheni ng the party's governi ng ca pacity-buildi ng tasks. Combi ned practi ce of maintaini ng flesh-and-bl ood ties with t he masse s, urged t he br oad masses of party members and ca dres, espe cially all levels ... Pr oce ssing t o improve as a g uide to the country. "" What I di d is summed up these new t hings, be pr omoted. "This is a vivi d manifestation of the Deng Xiaoping's mass. De ng also put people "support does not support", "agreed not to agree", "ha ppy ha ppy", "promi se not to promi se" as a starting point a nd destinati on of developing g uide lines, policie s, and as the only sta ndar d for measuri ng complia nce wit h the wi she s of the masses of the people. Under the gui dance of De ng Xi aoping the ory, Central Governme nt adopted a series of important measures t o strengt hen l inks with t he masses. In Decem ber 1989, the CPC Central Committee made on adhering to a nd perfecti ng the system of multi-party cooperation a nd politi cal consultati on under the leadershi p of t he Chine se Communist Party, cl osely for CPC a nd t he democrati c partie and he relati onship betwe en t he part of the ma sses t hat they contact, effectively carryi ng out the ma ss li ne, played a positive rol e. In Mar ch 1990, the 13 pl enary sessi on adopted t he deci sion on stre ngthe ning contacts with the masse s of the Party noted that "create d and developed in t he long struggle of t he party's mass l ine, is to realize t he party's ide ologi cal li ne, t he fundame ntal political and organizational w ork route", ca n always mai ntain flesh-and-blood tie s and development of t he masses, i s dire ctly related to the rise and fall of the rise a nd fall of the party and State. In Se ptember 1994, 14 adopted by the pl enary sessi on of the Party on strengthe ning decision on several major issues of party buildi ng. The requirements of the deci sion of the party's l eadi ng bodies a nd lea ding cadres shoul d devel op a democrati c style of work, come from the masses, to t he masse s, togethe r, stick t o the mass li ne. Party of 13 session four in t he plenary yi hou, to Jiang comrade for core of party 产品设计原理与方法作业说明及评分标准 设计题目:生活中的新产品/新设计/新创意 设计选题要求: 产品设计原理与方法是工业设计专业的专业主干必修课程;课程包括理论教学和设计实践两部分;通过课程学习掌握产品设计的概念、程序与产品创新方法,通过设计实践培养开展产品创新设计的初步能力。 产品设计原理与方法课程要求学生通过小型生活产品的设计实践反映其对课程内容的理解与掌握;设计内容可以是: 1、关于产品造型、材料的新设计; 2、关于产品在应用、功能、使用方面的新设想; 3、关于产品系统、平台、方式方法的新方案。 设计评价标准: 1、创新程度:突出技术与艺术、科学与文化的结合,具有前瞻性及代表未来趋势,具有独特创新价值; 2、实现可能:现有技术及其发展趋势可以将设计方案实现成产品; 3、美感质量:外观造型设计适度,风格特色突出,色彩设计协调; 4、使用功效:功能结构合理,以人为本,考虑人机工程关系,安全耐用; 5、能源环保:对环保有益,产品使用寿命长,使用回收材料或选择的材料可回收; 6、制造成本:设计方案可在合理的范围内制造; 7、设计表现:草图、效果图表现清晰,版面布局合理,三视图规范,报告完善。设计报告要求: 打印稿、A4幅面、左侧装订成册;设计报告装订顺序为:封面、设计任务书、设计调研分析、设计定位、设计草图、优化方案、效果图、三视图、版面、设计体会及课程总结等。 f third generati on Central led coll ective, banner De n g Xia o-ping's the ory great flag, insiste d liberation t hought, a nd facts, a nd times, in bot h at home a nd a broad polit i cal storm, a nd e conomi c risk, severe test before, reli es on party a nd people, defende d China feature s Soci alist, create d socialist market new system, created f ull open new sit uation, adva nce party of construction ne w of great engi neering, founde d "three a repre sentative" importa nt thought, Conti nue to steer the shi p of reform and openi ng up forward on the rig ht. Comrade Jiang Zemi n said: "strengthe ning and im proving the party's mass work i n the new sit uation, it is of de cisive significa nce to consoli dating the r uling Foundation of the party. "T hroug h our party and some of the w orld's major lessons lear ned from the success of the old party of the party, C omrade Jiang Zemi n pointed out:" the biggest politi cal adv antage of our party is in close conta ct with the masses, the most dangerous after the r uling party was div orce d from the masse s. "He sai d:" our reform and construction, only the understanding, support and partici pation of the people, people's e nthusiasm a nd cre ativity into full play in or der to a dvance; the l eadership of the par y, only the tie a nd wi n the ma sses embrace d, ca n be consolidate d and strengthene d. "He pointe d out that strengtheni ng and im provi ng the party's work style construction, maintai ning the party's flesh-a nd-bl ood ties wit h the masses is the core problem, the key is to do solid w ork, impleme nt, resol utely oppose a nd overcome f ormalism. Comrade Jiang Zemin stresse d that all the work a nd p oli cies of the party, ar e in complia nce with the fundamental intere sts of the overwhelming majority of the pe ople t o the highest degree, to t he majority of people are not satisfie d with t he fundamental g uideli nes, strive to make our workers, farmers, intelle ctual s and other pe ople enjoy ... Si ngle, everyone seemed t o know. But well k nown does not mea n perfect. Some party members and leadi ng ca dres, consi der conta cting their small department s, withi n a small circl e of people, or contact i ndivi dual ow ners, th e entre preneur, is the masse s, thi s idea i s obviously not correct. The Communist Party of Chi na, people should have three characteristi cs. First, the people should be t he most social, is a De partment within the scope of the ma jority. Specific to the party a nd Governme nt de partments, especially t he ca dres w orking in the Ce ntral and State organs, mass i s the 1.3 bill ion Chinese people, w ork for the party member s and ca dres, masses are t he la nd within the jurisdicti on of t he common pe ople. The second c haracteri stic of t he masse s, is t hat we have common i nterests. Masses are manifestations of each specific people, but t he cr owd is a compre he nsiv e politi cal concept, refers to people with comm on political and economic i nterests in t he peri od of social transformation, social differentiation betwee n the i nterests of the masses is large, if you do not find the intere st in doing mass work, the party members a nd cadres, will be i n a passive positi on. T he thir d characteristi c of the masse

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