教育心理学视角下的科技馆展品研发协同设计系统
赵志敏
[摘 要]科技馆展品研发协同设计系统利用信息化手段促进科技馆展品研发工作效率和水平的提升，本文从教育心理学中知识学习理论和建构主义学习理论的视角出发，探讨了科技馆展品研发协同设计系统的功能设计与教育心理学理论的结合，以此为指导，改进系统的功能设计，提升用户学习效果。
[关键词]科技馆 展品研发 知识学习 建构主义
随着互联网的发展，国家、社会、公众对科普的需求日益提高，科技馆展品设计研发方式、效率发展的不平衡不充分与科技馆观众日益增长的科普需求的矛盾日益突出。基于现代信息技术，如云计算、大数据、实时通讯、远程会议、图形图像、三维仿真等，科技馆研发了一套展品研发协同设计系统。该系统是一个互联网平台，科技馆参观者、展品设计人员、展品管理人员等均可以使用，集设计、研发、管理等功能于一体，该平台无论从设计、应用等均包含了教育心理学的理念，本文试从教育心理学中的知识学习理论、建构主义学习理论的角度进行分析。
一、知识学习理论视角下的科技馆展品研发协同设计系统
1958年，英国科学家、哲学家波兰尼提出了“显性知识”（明确知识）和“隐性知识”（缄默知识）的知识形态。所谓显性知识（explicit knowledge）是指用“书面文字、图表和数学表达的知识”，通常是用言语等人为方式，通过表述来实现的。隐性知识（implicit knowledge）是指尚未被言语或其他形式表述的知识，是“尚未言明的”或者“难以言传的”知识[1]。
中国工程院院士谢友柏教授认为，现代产品的设计是基于知识的设计，有别于过去基于经验的设计。在知识表达的研究中，依然存在着对于很难准确完整表达的知识中存在的模糊性和不确定性问题，这些知识包括非正式的、难以表达的，如经验、技巧、技能以及个人的灵感、直觉、洞察力、价值观和心智模式等[2-5]。科技馆展品的设计在某种程度上也是一种现代产品设计，同样也是基于知识的设计，这类知识既有显性的知识，又有隐性的知识，带有模糊性、主观性、随意性，知识建模的难点和关键就是将这类知识概念化地表示出来。
展品研发一般包括策划、艺术、机械、电控、软件等专业设计及制作人员共同设计的几个环节。在展品研发过程中，策划人员提出一个展品创意，提出展品互动形式设计和展示效果、展览安全设计等一系列要求，在设计和制作期间需要与各专业设计人员频繁地沟通交流，尽量避免展品的制作环节中出现设计缺陷。由于展品研发具有前瞻性、创新实验等特性，简单的语言和文字交流很难明确表达全部的设计细节，因此由于需求不明确而造成的设计过程中频繁返工的情况屡屡出现。
结合知识学习理论及展品研发过程中的种种弊端，中国科技馆展品研发协同设计系统探索了一种将设计各方及各个环节的显性知识和隐性知识概念化地表示出来的知识建模方式。
（一）通过最新计算机技术手段，最大程度实现显性知识、隐性知识概念化
科技馆展品研发协同设计系统具有展品构件编辑、展品拼装、仿真演示等功能。选取通用素材库中的构件，设计三维场景，借助虚拟场景中的光、电、磁，以及各种机械运动效果的仿真演示，模拟用户与展品的互动实验等。这种展品设计的方式已经融入了最新的计算机仿真技术，不仅将展品设计所需要的显性知识，例如展品尺寸、颜色、原理等快速表现出来，而且还试图将隐性知识，例如成品是否美观、观众与展品交互是否和谐流畅等纯靠文字、语言难以表达的内容表现出来。
（二）通过在线实时沟通交流，最大程度提升隐性知识的表达效率
科技馆展品研发协同设计系统还具有在线协作设计、在线展示和展品资料管理等功能。在线协作设计是多人组成的工作群组，通过互联网观看同一个三维虚拟场景，在这个场景下每个人都可以同步观看展品的拼装和演示过程，并可以实时进行交流讨论，这种实时、频繁的在線交流，远超过以往定时、定期的面对面交流讨论，有利于激发诸如难以表达的如经验、技巧、喜好以及个人的灵感、直觉、洞察力等想法的快速交换，最大程度地提升隐性知识表达的可能性和效率。
二、建构主义学习理论视角下的科技馆展品研发协同设计系统
20世纪80年代，教育心理学领域发生了一场革命，产生了建构主义的学习理论。建构主义反对对学习者灌输知识，认为学习是学习者在一定的情境，即社会文化背景下借助学习共同体（包括学习者及其助学者，例如教师、专家等）的帮助，利用一定的工具，通过意义建构的方式获得。建构主义学习理论强调了社会文化背景、人际间的协作活动、意义建构等内容，因此建构主义学习理论认为学习环境的四大要素分别是“情境”“协作”“会话”及“意义建构”。“情境”指学习环境中的情境必须有利于学习者的意义建构，“协作”是学习过程中人与人之间的交流与合作，“会话”是协作过程中的不可缺少的交流环节，是达到意义建构的重要手段之一。“意义建构”是整个学习过程的最终目标，其中的意义是指事物的性质、规律和事物之间的内在联系[6]。
在展品研发过程中，科技馆展品研发协同设计系统通过设定三维虚拟场景、搭建多方沟通交流和设计在线平台等手段实现了知识的意义建构。
（一）搭建虚拟情境，实现知识的有意义建构
建构主义学习理论认为，知识是存在于具体的、情境性的、可感知的活动中的，它不是一套独立于情境的知识符号，不可能脱离活动情境而抽象地存在。
基于云计算、大数据、实时通讯、远程会议、图形图像、三维仿真等现代信息技术的发展，科技馆展品研发协同设计系统设计了展品拼装、仿真演示等功能，三维设计场景、光、电、磁，以及各种机械运动效果的仿真演示等都在模拟一种真实的情境，力争将抽象的概念和创意变成现实中的模拟展品，设计各方可以通过与虚拟情境的互动，得到更多的反馈，发现更多的问题，实现知识的有意义建构。
（二）通过在线协作平台，增强展品设计使用各方的协作和会话
建构主义学习理论认為，学习是一种社会性的活动，重视学习过程中的人际间的协作和会话，因此学习者同他人的交往是影响学习结果的重要因素。该系统不仅强调人与虚拟情境之间的互动，而且重视设计各方之间的互动。以在线协作设计为例，首先，不同工种的工作人员，例如创意、原理解析、互动形式设计、外观造型设计、机械结构设计、电控系统设计、软件多媒体设计及展览安全设计等，他们无法独立研发一个创新性展品，通过在线协作平台，相互影响、相互促进，时时在线沟通交流，进而不断改进、学习。其次，展品的设计者、管理者、使用者（观众）等人群也可以通过在线协作平台，充分表达对展品的意见和需求，实现互相协作，为后续产品研发提供用户反馈。
三、结论
从教育心理学中知识学习理论和建构主义学习理论的要素分析来看，科技馆研发的展品研发协同设计系统能够最大程度实现展品设计过程中显性知识、隐性知识概念化，并且最大程度提升隐性知识的表达效率。通过该平台搭建虚拟情境，可以实现知识的有意义建构，增强展品设计使用各方的协作和会话，最终实现多方协作创新展品的目的。以教育心理学的理论为依据，结合实际需求，改善展品研发协同设计系统的功能设计，才能更有效地实现用户利用计算机平台学习的效果。
参考文献
[1]陈琦.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社，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]罗仕鉴，朱上上.用户和设计师的产品造型感知意象[J].机械工程学报，2005，41（10）：28-34.
[4]孙谦诚.基于WEBAPP和B/S的媒体生产调度系统[J].视听界（广播电视技术），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.建构主义——革新传统教学的理论基础（上）[J].电化教育研究，1997（3）：3-9.
[摘 要]科技馆展品研发协同设计系统利用信息化手段促进科技馆展品研发工作效率和水平的提升，本文从教育心理学中知识学习理论和建构主义学习理论的视角出发，探讨了科技馆展品研发协同设计系统的功能设计与教育心理学理论的结合，以此为指导，改进系统的功能设计，提升用户学习效果。
[关键词]科技馆 展品研发 知识学习 建构主义
随着互联网的发展，国家、社会、公众对科普的需求日益提高，科技馆展品设计研发方式、效率发展的不平衡不充分与科技馆观众日益增长的科普需求的矛盾日益突出。基于现代信息技术，如云计算、大数据、实时通讯、远程会议、图形图像、三维仿真等，科技馆研发了一套展品研发协同设计系统。该系统是一个互联网平台，科技馆参观者、展品设计人员、展品管理人员等均可以使用，集设计、研发、管理等功能于一体，该平台无论从设计、应用等均包含了教育心理学的理念，本文试从教育心理学中的知识学习理论、建构主义学习理论的角度进行分析。
一、知识学习理论视角下的科技馆展品研发协同设计系统
1958年，英国科学家、哲学家波兰尼提出了“显性知识”（明确知识）和“隐性知识”（缄默知识）的知识形态。所谓显性知识（explicit knowledge）是指用“书面文字、图表和数学表达的知识”，通常是用言语等人为方式，通过表述来实现的。隐性知识（implicit knowledge）是指尚未被言语或其他形式表述的知识，是“尚未言明的”或者“难以言传的”知识[1]。
中国工程院院士谢友柏教授认为，现代产品的设计是基于知识的设计，有别于过去基于经验的设计。在知识表达的研究中，依然存在着对于很难准确完整表达的知识中存在的模糊性和不确定性问题，这些知识包括非正式的、难以表达的，如经验、技巧、技能以及个人的灵感、直觉、洞察力、价值观和心智模式等[2-5]。科技馆展品的设计在某种程度上也是一种现代产品设计，同样也是基于知识的设计，这类知识既有显性的知识，又有隐性的知识，带有模糊性、主观性、随意性，知识建模的难点和关键就是将这类知识概念化地表示出来。
展品研发一般包括策划、艺术、机械、电控、软件等专业设计及制作人员共同设计的几个环节。在展品研发过程中，策划人员提出一个展品创意，提出展品互动形式设计和展示效果、展览安全设计等一系列要求，在设计和制作期间需要与各专业设计人员频繁地沟通交流，尽量避免展品的制作环节中出现设计缺陷。由于展品研发具有前瞻性、创新实验等特性，简单的语言和文字交流很难明确表达全部的设计细节，因此由于需求不明确而造成的设计过程中频繁返工的情况屡屡出现。
结合知识学习理论及展品研发过程中的种种弊端，中国科技馆展品研发协同设计系统探索了一种将设计各方及各个环节的显性知识和隐性知识概念化地表示出来的知识建模方式。
（一）通过最新计算机技术手段，最大程度实现显性知识、隐性知识概念化
科技馆展品研发协同设计系统具有展品构件编辑、展品拼装、仿真演示等功能。选取通用素材库中的构件，设计三维场景，借助虚拟场景中的光、电、磁，以及各种机械运动效果的仿真演示，模拟用户与展品的互动实验等。这种展品设计的方式已经融入了最新的计算机仿真技术，不仅将展品设计所需要的显性知识，例如展品尺寸、颜色、原理等快速表现出来，而且还试图将隐性知识，例如成品是否美观、观众与展品交互是否和谐流畅等纯靠文字、语言难以表达的内容表现出来。
（二）通过在线实时沟通交流，最大程度提升隐性知识的表达效率
科技馆展品研发协同设计系统还具有在线协作设计、在线展示和展品资料管理等功能。在线协作设计是多人组成的工作群组，通过互联网观看同一个三维虚拟场景，在这个场景下每个人都可以同步观看展品的拼装和演示过程，并可以实时进行交流讨论，这种实时、频繁的在線交流，远超过以往定时、定期的面对面交流讨论，有利于激发诸如难以表达的如经验、技巧、喜好以及个人的灵感、直觉、洞察力等想法的快速交换，最大程度地提升隐性知识表达的可能性和效率。
二、建构主义学习理论视角下的科技馆展品研发协同设计系统
20世纪80年代，教育心理学领域发生了一场革命，产生了建构主义的学习理论。建构主义反对对学习者灌输知识，认为学习是学习者在一定的情境，即社会文化背景下借助学习共同体（包括学习者及其助学者，例如教师、专家等）的帮助，利用一定的工具，通过意义建构的方式获得。建构主义学习理论强调了社会文化背景、人际间的协作活动、意义建构等内容，因此建构主义学习理论认为学习环境的四大要素分别是“情境”“协作”“会话”及“意义建构”。“情境”指学习环境中的情境必须有利于学习者的意义建构，“协作”是学习过程中人与人之间的交流与合作，“会话”是协作过程中的不可缺少的交流环节，是达到意义建构的重要手段之一。“意义建构”是整个学习过程的最终目标，其中的意义是指事物的性质、规律和事物之间的内在联系[6]。
在展品研发过程中，科技馆展品研发协同设计系统通过设定三维虚拟场景、搭建多方沟通交流和设计在线平台等手段实现了知识的意义建构。
（一）搭建虚拟情境，实现知识的有意义建构
建构主义学习理论认为，知识是存在于具体的、情境性的、可感知的活动中的，它不是一套独立于情境的知识符号，不可能脱离活动情境而抽象地存在。
基于云计算、大数据、实时通讯、远程会议、图形图像、三维仿真等现代信息技术的发展，科技馆展品研发协同设计系统设计了展品拼装、仿真演示等功能，三维设计场景、光、电、磁，以及各种机械运动效果的仿真演示等都在模拟一种真实的情境，力争将抽象的概念和创意变成现实中的模拟展品，设计各方可以通过与虚拟情境的互动，得到更多的反馈，发现更多的问题，实现知识的有意义建构。
（二）通过在线协作平台，增强展品设计使用各方的协作和会话
建构主义学习理论认為，学习是一种社会性的活动，重视学习过程中的人际间的协作和会话，因此学习者同他人的交往是影响学习结果的重要因素。该系统不仅强调人与虚拟情境之间的互动，而且重视设计各方之间的互动。以在线协作设计为例，首先，不同工种的工作人员，例如创意、原理解析、互动形式设计、外观造型设计、机械结构设计、电控系统设计、软件多媒体设计及展览安全设计等，他们无法独立研发一个创新性展品，通过在线协作平台，相互影响、相互促进，时时在线沟通交流，进而不断改进、学习。其次，展品的设计者、管理者、使用者（观众）等人群也可以通过在线协作平台，充分表达对展品的意见和需求，实现互相协作，为后续产品研发提供用户反馈。
三、结论
从教育心理学中知识学习理论和建构主义学习理论的要素分析来看，科技馆研发的展品研发协同设计系统能够最大程度实现展品设计过程中显性知识、隐性知识概念化，并且最大程度提升隐性知识的表达效率。通过该平台搭建虚拟情境，可以实现知识的有意义建构，增强展品设计使用各方的协作和会话，最终实现多方协作创新展品的目的。以教育心理学的理论为依据，结合实际需求，改善展品研发协同设计系统的功能设计，才能更有效地实现用户利用计算机平台学习的效果。
参考文献
[1]陈琦.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社，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]罗仕鉴，朱上上.用户和设计师的产品造型感知意象[J].机械工程学报，2005，41（10）：28-34.
[4]孙谦诚.基于WEBAPP和B/S的媒体生产调度系统[J].视听界（广播电视技术），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.建构主义——革新传统教学的理论基础（上）[J].电化教育研究，1997（3）：3-9.
