普适设计

普适设计（共7篇）

普适设计 篇1

我国经济经历了近十几年的高速发展, 环境艺术专业也得到迅速发展与壮大。各大中专院校都相继开设了环境艺术设计专业, 培养了一大批专业技术人才。由于环境艺术设计专业的过快发展, 在教学过程中存在着各种各样的问题, 各院校也根据自身的情况, 提出了相应的改革措施, 但是在未来的教学改革中, 更应体现出教学改革的普适性。加强环境艺术设计的普适性教学改革, 有利于培养出更加符合时代的要求, 满足市场的需求的人才。

一、环境艺术设计的教学现状

1. 教学内容不适应社会发展需要

我国有着悠久的历史和深厚的文化底蕴, 但是我国的环境艺术设计高等教育是在19世纪末才兴起, 起步晚, 基础薄弱, 借鉴了当时欧洲及苏联先进的教学模式, 并逐步发展壮大, 但是这种模式始终无法体现我国的艺术文化内涵, 无法发展自身的艺术体系。另外, 我国是一个幅员辽阔的多民族国家, 各地的大中专院校的教育体系与本地区的情况相符合, 体现出了不同的民族特色。在全球化的大背景下, 我国经济高速发展, 社会发展日新月异, 新知识、新工艺、新技术和新材料不断涌现。但是现行的高等教育中, 教材的编写及应用周期过长, 课堂上讲授的内容大多是几年前甚至十几年前的知识与技术, 完全脱离了社会发展实际。

2. 教学过于注重理论知识

环境艺术专业具有很强的专业性与实践性, 要求相应的知识与技术密切联系社会发展, 要求大中专院校培养出理论与实践、技术与艺术相结合的复合型人才, 同时具备很强的实践能力与创造力。但是目前我国的环境艺术专业的人才培养仍沿袭着传统落后的教学模式, 过于注重理论知识的教授, 忽略实践能力的培养。产生这种现象的原因是多种多样的, 主要体现在师资与教学环境等方面。大中专院校的课程设置、教学内容与方法、技能的培养等教育教学体系落后, 集中于理论知识的学习, 忽略动手能力的培养, 也无法提供大量的案例与实践教学。

3. 学生学习主观能动性差

目前我国的环境艺术设计的教学往往采取传统的接受式的学习方法, 忽略了对学生主体性的体现。传统的教学模式使学生处于被动的学习环境中, 无法激发出学生的学习兴趣, 也无法吸引学生对课本知识的注意力, 更加无法对本专业的知识理论技术等方面进行深入探索, 久而久之, 学生就会对本专业失去主动学习的动力。而且大中专院校的学生的入校水平参差不齐, 有的学生是经过美术联考考入本专业, 具有一定的美术基础, 有的学生是未经过美术联考而直接填报本专业, 没有基本的美术功底。学校的教学并未考虑到学生之间的差距, 按照以往的教学大纲进行授课, 基础差的学生无法跟上进度, 最终失去对本专业的兴趣。长此以往, 大中专院校将无法培养出市场需要的环境艺术设计人才。

二、环境艺术设计的普适教学改革

1. 课程改革适应市场需求

我国有着丰富的文化底蕴, 如果能够将其与时代需求结合, 产生新的设计理念, 并运用到实际社会生活当中, 必然会形成我国特有的艺术设计风格。我国的多民族文化体现出个性化与多元化, 相应的艺术设计也应体现出多民族的特性。在国际化的背景下, 我国的环境艺术设计的课程应符合时代的特性, 体现出我国环境艺术独有的特性。我国有着广阔的土地, 拥有丰富独特的民族环境风格, 如丽江古城、苏州园林、皇家园林、平遥古城、湘西吊脚楼, 掌握着多种多样的民间技艺, 如陶瓷、印染、刺绣、雕刻。我国大中专院校的环境艺术设计的教育应结合本民族的特点, 充分利用现有的资源, 将这些元素加入到教学内容中, 使其贴近实际生活, 既能使学生从中获得创作灵感, 又能发扬民族传统文化。

2. 注重基础技能训练与创造性思维培养相结合

环境艺术设计专业应培养出具备扎实的专业知识与文化素养、良好的专业技能和创造性的思维的人才。该专业是技术与艺术相结合的学科, 要求学生具备较高的动手能力, 更要求学生在设计的作品中体现出创意与创新。对本专业的学生的培养应遵循以下两点, 在低年级注重基础技能的训练, 在高年级注重培养创造性思维。低年级的课程中应注重对学生的专业基础理论与知识及相关技能的培养, 同时多让学生接触新知识、新思想、新技术, 潜移默化地向学生灌输创新的思想。高年级的课程在提升学生的专业技能的基础上, 鼓励学生参与到社会实践中, 创作出具有新意的作品。由于创造力的培养是一个长期的过程, 需要学生不断地积累, 要求学生在低年级时尽早培养创新意识, 使其在今后的学习与创作中能够逐步地、独立地设计出具创造力的作品。

3. 采用多元化教学方法和手段, 激发学生学习主动性

大多数环境艺术设计的课程是枯燥乏味的, 大部分的教师在讲授相关知识时也仅仅是采用单一化的教学方法, 这不仅不能够达到良好的教学效果, 而且会使学生丧失对课程学习的兴趣。同时, 教师在讲授课程时仅讲授课本中出现的理论与知识, 不涉及其他相关的理论与知识, 不注重对学生的知识与思维的扩展。因此为了能够激发学生的学习兴趣, 提高学生学习主动性, 应采取多元化的教学方法和手段, 突出学习重点与难点, 提高学习效率与效果, 并发散学生思维。大中专院校教师可以利用现代教学设备与手段, 如网络、多媒体、投影仪, 展示课程有关的图片、影像、文字信息等, 培养学生的独立思考能力, 引导学生主动学习。教师还可以带领学生进行实地参观访问, 将理论知识运用到实际社会中。教师在采取多元化的教学手段时, 应考虑到环境艺术设计教育的特殊性, 综合运用多学科知识, 培养学生的艺术素养和设计能力, 让其更好地掌握相关的技术与技能。

三、结语

我国的环境艺术设计专业的教育才刚刚起步, 存在着很多的缺点与不足。相关的大中专院校也在积极探索一条适合本校的教学方法, 适应时代的要求, 符合市场的需求。针对环境艺术设计的普适教学改革, 各学校也在积极探索中, 只有大中专院校能够落实到实处, 并进一步改善, 一定能够培养出符合大众需求的环境艺术设计人才, 为我国社会主义事业发展贡献出自己的一份力量。

参考文献

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[2]薛红娜.高校设计课堂教学改革初探——以环境艺术设计教学为例[J].文教资料, 2011 (1) .

[3]宋一菁.环境艺术设计专业教学改革之我见[J].文教资料, 2009 (19) .

[4]陈芊宇, 王静.环境艺术设计专业实践教学改革路径探究[J].河南科技学院学报:社会科学版, 2012 (4) .

[5]王永强.浅议环境艺术设计教学改革[J].时代经贸:下旬, 2007 (11X) .

普适设计 篇2

关键词：老龄化建筑设计,养老设施,居住环境

1 普适性建筑设计七条原则

20世纪80年代美国建筑师罗纳德·梅斯教授提出了普适性设计, 提出为方便儿童、老人、残疾人等弱势群体的七条原则, 是传统无障碍设计的延伸和补充。是无障碍设计保证质量的同时, 希望品质有所提升。

1) 平等利用:方便任何人使用, 使老人无差别感和屈辱感 (见图1~2) 。比如养老设施卫生区域分盥洗区、便溺区和淋浴区, 盥洗区、洗手池单独分离出来, 在养老设施夫妻间卫生间门口设置 (见图3) 。单人居室设置在入口处 (见图4) 。

这样设置首先是考虑到老人每天洗漱、服药、饭前准备、饭后刷牙等需要大量使用洗手池, 如果洗手池设置在卫生间里, 必定会给坐轮椅的老人带来很多不便, 而流畅的路线会锻炼坐轮椅的老人的自主性。其次是考虑护理人员和清洁人员。在照顾行为不便易失禁的老人期间, 经常会清理老人的毛巾、饭兜等, 这样的洗手池会提高工作人员效率, 同时在照顾老人洗漱时, 比在封闭的卫生间宽敞, 更具有舒适度。

2) 广泛适用:能够适用于不同习惯和能力的使用者, 老人可以自由选择适合自己的使用方式。比如扶手设计, 扶手的位置、样式在无障碍设计中至关重要, 不合适的扶手设计会使其失去本来价值。楼梯选用双面扶手, 坐便器两边都要设置扶手 (见图5) , 方便人们根据自己的习惯选择左右, 特别是半身不遂的老人, 可根据自身的需要选择。有一些养老设施会采用可调节的扶手。

3) 简单而直观:简单操作, 易于理解。不同的老人经验知识、语言能力不同, 设备设施的使用方法要易于理解。比如说养老设施中的安全信息系统 (见图5) , 坐便器旁边会设置红色的警报器, 可拉可按。如果老人倒在卫生间的地上, 可以拉警报。

4) 标识醒目、方便传达:护理不能自行排便的老人, 需要呼叫护理人员, 为了减少人力, 提高工作人员效率, 在养老设施设置呼叫系统, 老人一旦出现状况或者有什么需求, 就会按护理床头的呼叫器 (见图6) , 护理站的护理人员通过电话给予答复, 电话会显示房间号 (见图7) , 同时, 如果工作人员不在护理站, 走廊也会鸣笛, 在走廊中间设置显示屏, 也会显示房间号 (见图8) , 工作人员也会快速赶到房间, 给老人和工作人员都带来很多便利。

5) 弥补疏忽:养老设施会存在一些疏忽, 即使有疏忽存在, 也要避免对老人的伤害。长春某建筑改造而成的老年公寓, 卫生间存在高差, 而养老院中多为轮椅老人, 高差会带来行动不便, 所以处理成小坡道 (见图9) 。

6) 减少身体的负担:在调研中, 长春怡康园养老公寓院长向我们介绍从日本引进的洗浴器 (见图10) , 对于失能老人, 直接放在如图11的轮椅上, 推入洗浴器中, 不同于传统的洗浴方式 (要用很多护理人员) 。简单轻便, 老人也相对舒服。目前, 这种洗浴器来自日本, 日本师傅来中国组装, 组装就需要几万元, 养老院的相关负责人表示希望有一天中国自己设计出这种高科技养老产品。

7) 容易接近和使用:不同老人的体格、身材也是完全不同, 移动能力不同, 在适老化设计中, 要满足轮椅老人方便接近使用的设施空间。见图12~13, 洗手池下方要留有一定空间, 方便轮椅老人使用。居室入口见图14, 把手侧留有45 cm宽度以上的空间, 方便轮椅老人开门。

2 小结

在建筑设计方面, 减少无效、低端供给, 保证养老设施的质量和品质则成为重中之重。而建筑如何包容适应这个老化的过程, 笔者通过对普适性七条原则的研究, 探讨适老龄化建筑设计, 希望在无障碍设计的基础上进行适老化延伸, 补充一些不易被关注的设计要点, 意图为养老设施带来更加方便的居住环境。普适性设计七条原则不但应该应用在养老机构中, 也应该应用在住宅、公共建筑中。

[ID:003457]

参考文献

[1][美]布拉福德·珀金斯, J·戴维·霍格伦, 道格拉斯·金, 埃里克·科恩.老年居住建筑[M].李菁, 译.北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[2]万嘉.浅谈建筑设计中的“普适性”问题研究[J].城市建筑, 2015, 13 (6) :137.

[3]杨慧.建筑设计中的“普适性”问题研究[D].西安:西安建筑科技大学, 2012.

普适设计 篇3

随着人们生活水平的提高, 车辆已经逐渐成为人们生活中的主要交通工具。越来越多的家庭开始拥有私家车, 人均车辆数也在上升。中华人民共和国国家统计局发布的《2010年国民经济和社会发展统计公报》显示, 2010年末全国民用汽车保有量达到9 086万辆 (包括三轮汽车和低速货车1 284万辆) , 比2009年末增长19.3%, 其中私人汽车保有量6 539万辆, 增长25.3%。民用轿车保有量4 029万辆, 增长28.4%, 其中私人轿车3 443万辆, 增长32.2%。生活水平提高的同时, 伴随着越来越多的人拥有车辆, 在许多城市可以看到大街小巷都是车辆, 于是出现了停车场供不应求的问题。据调查显示, 80%拥有车辆的人觉得在一个城市很难快速找到停车场停车, 这不仅影响了人们既定的行程, 也造成了交通混乱的问题。于是, 找到一个解决停车场停车的方法俨然成为了如今最迫切需要解决的问题。

基于这样一个社会问题, 文章通过对普适计算的研究和Dijkstra算法的应用, 提出一种基于普适计算和Dijkstra算法的设计, 用于辅助人们停车以解决如今停车困难的社会生活问题。

1 普适计算概述

1.1 普适计算概念

随着计算机技术和网络技术的不断发展, 计算模式经历了主机时代、个人计算机时代、因特网和分布计算时代, 今天迈向了普适计算时代。普适计算 (Pervasive computing或ubiquitous computing) 是由美国Xerox PAPC实验室的Weiser提出的一种被誉为第三代计算模式的全新概念。它强调以人为本, 强调信息空间与物理空间的融合。普适计算的目的在于使计算机在整个物理环境中都是可获取的, 而用户则觉察不到计算机的存在, 也就是说, 普适计算不是开发新的计算设备, 而是开发一种新的计算模式以及与之相适应的人机交互方式。在这种交互方式下计算设备和技术“消失”在用户日常生活和工作任务的背景中, 保证用户在得到计算服务的同时无需觉察计算机的存在, 并以致为此分心, 从而使其注意力回归到任务要身。

1.2 普适计算的特点

普适计算具有两个主要特征: (1) 随时随地访问信息的能力:普适计算突破了用户坐在计算机前的限制, 将计算机嵌入到生活中, 使人们能随时随地享受计算机带来的服务。 (2) 透明性:通过物理环境中存在的各种传感器、嵌入式设备、移动设备和其他任何有计算能力的设备, 在用户无察觉的情况下完成了计算、通信, 实现了人机交互服务, 并最大限度地减少用户的介入。简而言之就是使人能随时随地获得透明的服务, 这就需要通过简化移动设备, 把复杂计算通过网络迁移到周围强大的服务器上, 使简化的移动设备与服务器协同合作, 达到用户能随时随地方便接收服务的目的。

本文的设计方案就是利用了普适计算的两个主要特征使用户能随时随地寻找到适合的停车场进行停车。将普适计算“以人为本”的理念运用到生活中, 不仅改善了人们的生活, 更体现了普适计算的信息技术与人类生活的结合。

2 基于普适计算辅助泊车的设计

如图1, 该流程是本文所设计方案的详细过程。用户在驾驶车辆时若要停车, 通过开启车辆上停车场的搜寻服务, 服务器通过传感器感知用户所在位置并搜寻附近所有停车场以提供给用户。若用户需要快速找到最近距离的停车场路线, 只需返回给服务器是否需要提供服务, 服务器收到需要提供服务的回复后, 通过Dijkstra算法提供给用户最近距离的停车场路线。

在基于普适计算的环境下, 用户实际上没有察觉到计算机的存在, 也没有涉及到服务的过程。用户仅仅通过开启停车场的搜寻服务就得到了其附近所有停车场的位置, 并根据自己的需要就能得到最近距离的停车场路线。

如图2, 该流程是用户实际参与到的服务过程。用户在普适计算的环境下, 只需开启服务便能得到结果。该设计方案通过普适计算使计算设备和提供服务的具体步骤“消失”在用户生活中。简而言之, 对于用户只要得到结果而不用在乎怎么做如何做。这就体现除了普适计算“以人为本”的理念。

3 基于Dijkstra算法求最近停车场距离

Dijkstra算法是一种典型的单源最短路径算法, 用于计算图中一个节点到其它所有节点的最短路径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展, 直到扩展到终点为止。

Dijkstra算法的实现如下:

X→{1};Y→V-{1}

对每个v∈Y, 如果存在从1到v的边, 则令λ[v] (v的标记) 为边的长度;否则令λ[v]=∞, 并设λ[1]=0

while Y{}

令y∈Y, 使得λ[y]为最小

将y从Y移到X

更新那些在Y中与y相邻的顶点的标记

end while

我们都知道, 从一个地点到另一个地点往往有许多条路线可走, 但是在生活中, 人们无法快速知道究竟走那条路线是最短距离的。本文设计方案中服务器通过Dijkstra算法寻求出一条最近距离停车场路线。

如图3, 在这里通过一张含权有向图来简化生活中用户所在位置到停车场的全部路径。图3中, U是用户车辆所在位置, P是停车场位置, A、B、C为道路结点, 两个结点间的数字表示为两点间的距离即是该图中边的权值。在该图中, 用户若要从U到停车场P共有六条路径, 分别是U※A※P;U※A※B※P;U※A※B※C※P;U※B※P;U※B※A※P;U※B※C※P。Dijkstra算法就是通过其算法选择其中一条最短的路径。

以下详述Dijkstra算法如何选择其中最短一条路径:

(1) 用λ[v]=length[1, v]对每个顶点v进行标记, 如图4所示, 顶点U标为0, 顶点A和B分别标为1, 2, 其他标为∞, 此时X={U}, Y={A, B, C, P};

(2) 在Y中所有顶点的标记最小的是λ[A]=1,

将A移到X表示找到了顶点A的距离, 更新A邻点B、P的标记, 如图5所示;

(3) 此时X={U, A}, Y={B, C, P}, Y中顶点的标记最小的是λ[B]=2, 将B移到X表示找到了顶点B的距离, 更新B邻点C、P的标记, 如图6所示。4) 此时X={U, A,

Y={C, P}, Y中顶点的标记最小的是λ[P]=11, 将P移到X表示找到了顶点P的距离, 此时X={U, A, B, P}。由于P为目标地址, 所以此时算法结束。所得出的路径为X中元素的顶点即U※A※B※P为最短路径。

最后通过比较所有停车场到用户所在位置的最短路径选择一条最近的停车场路径反馈给用户。

4 设计的优缺点

4.1 设计的优越性

以上是一个简单的设计方案, 在很大程度上体现出了普适计算的优越性: (1) 普适性:它能让用户随时随地获得附近停车场的信息; (2) 透明性:不需要用户计算等直接操作就能获得服务; (3) 动态性:用户能处于移动状态中获得服务; (4) 自适应性:该辅助泊车系统能感知用户需求提供服务, 例如本文用户要得到最近停车场路径; (5) 永恒性:当服务器将结果反馈给用户后就离开了计算, 它是能根据用户的需求自动进行计算的服务。

4.2 设计的局限性或缺点

每一个设计方案都有其优缺点, 同样存在该基于普适计算和Dijkstra算法辅助泊车的设计中。由于Dijkstra算法遍历计算的节点很多, 特别是在生活中有时会出现很多条路径通往一个停车场, 所以效率低;其次是该设计中有一重要因素未考虑:停车场是否有停车位。该设计方案仅仅是反馈给用户停车场位置, 在技术不成熟的条件下并没有考虑到是否停车位。

5 结束语

普适计算是如今正在发展中的一个全新领域, 其“以人为本”的理念将信息技术与人类生活挂钩以改善人类生活质量。本文提出的基于普适计算和Dijkstra算法辅助泊车的设计关注到社会生活中停车难的问题, 以改善传统满大街找停车场的做法, 将普适计算的核心应用到生活中也是普适计算发展的本意。计算机的算法应用到实践中也打破了以往计算机算法的理论性, 通过理论与实践相结合, 使计算机无处不在地存在于人类生活中。

参考文献

[1]WEISER M, BROWNJ S.The Coming Age of Cal m Technology[C].Beyond Calculation:the Next Fifty Years of Computing.NewYork:Springer Verlag 1997.

[2]WEISER M.The computer for the 21st Century[J].Scientific A-merican, 1991 (3) .

[3]徐光佑, 史元春, 谢伟凯.普适计算[J].计算机学报, 2003 (9) .

[4]岳玮宁, 等.普适计算的人机交互框架研究[J].计算机学报, 2004 (12) .

[5]朱珍民, 史红周.网格终端与普适计算的发展趋势[J].信息技术快报, 2004 (4) .

[6][美]莱维丁.算法设计与分析基础[M].潘彦, 译.北京:清华大学出版社, 2007.

普适设计 篇4

关键词：普适计算,数字图书馆,检索,模型设计

1 概述

现在的数字图书馆技术只允许它的用户通过PC、笔记本与之交互,即使是简单的查找资源或者管理书签也需如此。所以在学术会议上或者其他场合,携带笔记本的用户比比皆是。可是,笔记本对于经常移动办公的用户来说,尺寸毕竟还是有些大,尤其是电池的续航能力只有数小时,常常不能满足人们的需要。而且,人们通常只是执行一些简单的操作,比如浏览一下数字图书馆,发送电子邮件,或者发送一些短信而已,并不需要笔记本那样强大的计算能力。建立了一个基于智能手机的检索模型,该模型依托于真实的数字图书馆,支持全文搜索和协同过滤技术,立足于用户设备,能够提供给用户高效、精确、低成本的个性化搜索结果。我们希望基于该模型在不远的未来能实现一个基于智能手机的普适数字图书馆检索系统,支持用户查找资源、管理自己的信息、管理朋友的信息、管理书签的信息[1,2,3]等。

在第二部分,我们介绍了信息管理的生命周期模型;第三部分,分析了基于普适计算的搜索模型将要面临的挑战;第四部分,给出了一个原型系统;第五部分对进行了总结。

2 信息管理生命周期

在过去的数十年间,为了满足广大用户充分利用互联网、快捷获取信息的需求,信息检索技术研究风生水起,吸引了许多研究人员,并产生了大量信息检索产品。Google搜索引擎的出现改变了大众使用网络的方式,其采用了最新的检索技术,为具有不同检索需求的网络用户提供了一个统一的检索入口。可是,正如我们所了解的,为了使用户能够精确地找到自己确实想要的东西,我们需要做得更进一步。语义网络能够使用户很好地了解信息处理的过程,社交网络拉近了专家和初学者之间的距离,使得后者有直接的渠道,从而能够更容易地理解和处理知识流,能更好地理解自己想要的东西。

建立一个信息获取和管理系统,首先需要回答的问题不是“怎样做”而是“为什么这样做”[4]。只有理解了用户搜索的目标,搜索引擎才能有针对性地予以响应,提供更符合用户个性化需求的检索结果。Roseand Levinson[5]把用户目标分成了三类:

a.查找收集资源(只关注资源本身,而不去发掘它的内在);

b.查找导航页(知道资源所在的网站,但不愿意去输入URL);

c.获取信息(通过阅读网页内容获取信息)。

这三类目标是与信息获取和管理的不同阶段相一致的。用户可以查找某个特定的资源(找某个电子地图),在某个导航页中查找相关信息,获取自己想要的信息等。信息管理生命周期映射到具体操作上,可以体现在三种行为上:用搜索引擎搜索信息,在搜索结果中找到想要的页面,阅读相关页面获取知识。

2.1 搜索信息

不包含查询优化技术的搜索引擎,在用户输入搜索关键字后,就采用模糊匹配技术从浩如烟海的数据集合中筛选出那些字面上相关的页面。然而世界是动态的,互联网上的服务器也是动态的,昨天它们还在提供服务,今天就可能已经下线休息了。再加上搜索服务器更新能力太慢,不能把下线的服务器中相关的信息清理掉,就使得搜索结果中有很多死链接。而且简单的模糊匹配功能,会使得本来风马牛不相及的内容也被搜罗到检索结果中。

查询优化是现代信息检索系统的一个重要特征,它通常采用基于语义增强的搜索技术实现。通过采用基于关键字的消歧技术,查询优化能够减小或扩大查询结果;通过采用排名方法,可以对查询结果进行排序;某些团体维护的分类方法标准能够提供丰富的语义信息,可被用于查询扩展和消歧[6]。

2.2 操作查询结果

早期的导航技术[7](faceted navigation)采用分面导航或者分面浏览技术。分面浏览是一种在图书馆学领域中常用的正交多维划分信息空间的分类体系,是一种基于分面理论的在结构化数据集上的探索性的搜索技术。分面导航的基本规则是从信息空间中抽象出实例数据的属性,利用逻辑运算符组合不同的属性面,查询满足逻辑表达式的实例数据。分面导航可分为3个过程:the opening(提供信息空间的全局视图)、the middle game(细化查询请求)和theend game(获取准确查询结果)。分面导航技术根据分类方法学,允许用户一步一步选择不同的搜索关键字,从大类到小类,逐步缩小导航范围,逼近用户真正需要的结果。

近年来,随着Google等搜索引擎技术的发展,直接搜索技术逐渐占据了主导地位,导航技术的市场份额越来越小。多层面搜索技术(MFB:Multifaceted browsing)允许用户根据分类标准输入多个关键字,这些关键字分属于资源的若干正交特征。搜索引擎根据用户输入的正交特征,操作检索结果,进行精炼处理,得到最终结果。

2.3 协同信息共享

社会语义协同过滤(SSCF:Social semantic collaborative filtering[8])是一种协同过滤方法,它借助于现存的用户维护的社交网络和语义标注技术。SSCF现如今已经发展成熟,在胖客户端机器上运行良好。用户可以离线存取书签和目录并浏览资源。但是对于智能手机来说却是存在较多问题。手机存储空间受限,处理速度慢,显示屏幕小,网络连接速度慢且网络资费昂贵,这些限制导致了为智能手机设计一个SSCF系统任重而道远。

3 面向普适计算的检索模型

正如前面所讨论的,下面三种用户行为体现了传统搜索和浏览的过程:

第一步:用户登录搜索引擎网站,在搜索栏输入关键字,点击搜索按钮搜索信息。这些信息他可能一无所知,想了解该领域;或者是他大致了解,想进一步了解;也可能是非常熟悉,但是一时想不起在哪一个网站上了。

第二步:点击搜索按钮后,搜索引擎返回搜索结果页面,通常这个结果会有数以万计的相关链接,有些链接是死链接(没有相应的页面),有些链接跟用户的要求大相径庭,毫无关联。所以当用户通过搜索引擎获取了初步的查询结果后,还需要进一步提炼筛选,去粗取精,去伪存真,用人工的方法选择自己最想要的资源。

第三步:经过了第二步的处理,用户找到了自己想要的资源,他们可以对自己喜爱图书的精彩章节加上书签,方便以后多次回顾;对自己喜爱的图书、页面可以保存下来,供以后多次查看;还可以把自己喜爱的资源分享给有相同爱好的朋友。

为满足用户随时随地访问图书馆、访问网络的需求,在目前的普适计算技术支持下,在流行的普适设备上,不仅不应该削弱对应的功能,还应该根据普适设备的不同,智能地调节各种参数,以满足人们在任何时间、任何地点、以任何方式获取信息和知识的需求。

构建基于普适计算技术的数字图书馆检索模型,需要多方面周密的考虑。依托于普适设备的客户端软件与依托于高性能计算机的服务器交互时,每次应该从服务器提取多少数据是第一个需要考虑的事情,提取得太多,用户会明显感觉到时间延迟,影响体验效果;提取得太少,需要与服务器多次交互,增加额外的系统开销。第二个需要考虑的是普适设备能够存储多少数据,普适设备的容量一般较小,若数据量太大,设备则容纳不了,会有数据溢出而导致丢失。因此很难在传输数据量和传输速度之间达到很好的折衷。一个可行的办法是:在数字图书馆服务器端为连接数据保持一个缓冲池,只有当用户需要的时候才发送少量数据过去。

4 原型系统

在基于普适计算技术的数字图书馆检索模型中共有三个模块,即验证模块,检索模块,书签管理模块,如图1所示。

4.1 验证模块

用户从智能手机等智能设备登录到数字图书馆,必须经过身份验证,才能进行相关数字图书馆操作。采用用户名+密码+验证码的方法来进行身份验证。仅采用用户名和密码的身份认证方法,是基于“what you know”的验证手段,每个用户的密码是由用户自己设定的,只有用户自己才知道。只要能够正确输入密码,计算机就认为操作者就是合法用户。实际上,由于密码是静态的数据,在验证过程中需要在计算机内存中和网络中传输,而每次验证使用的验证信息都是相同的,很容易被驻留在计算机内存中的木马程序或网络中的监听设备截获。此外,也比较容易被人采用暴力的破解手段去猜测用户密码(比如穷举法)。因此,从安全性上讲,用户名/密码方式是一种极不安全的身份认证方式。在用户名+密码的基础上,添加上动态验证码,这种技术,每次交互系统产生的验证码不同,防止了木马程序的恶意操作,具有较强的防攻击能力。用户的帐号密码信息被存放到专门的安全性很高的密钥服务器上,用户输入的用户名+密码+验证码信息被加密后发送到密钥服务器进行匹配,返回匹配结果。只有通过密钥验证的用户才允许进行下一步操作。

4.2 搜索引擎接口

该接口使得用户能够访问大型的数字图书馆。它允许用户在任何时间,任何地点,访问任何指定的资源,它还允许用户指定数字图书馆。用户也可以在分布式图书馆上查询资源。

它可以像传统的web接口一样,执行简单查找、高级查找。查找到初步结果后,用户还可以得到资源的相关信息,比如摘要。使用移动书签技术,用户可以向他的书签库中添加新的资源。由于通信费用的问题,手机版的搜索引擎必须严格控制传输数据的大小。因此在第一个搜索界面上,只有一个允许用户输入搜索条件的文本框。后台基于语义增强的搜索方法精确地查找到用户需要的结果,最大限度地减少通信费用。为使通信延迟尽可能的短,额外数据只有在需要的时候才被发送。系统最好能检测用户的智能手机所能阅读的媒体类型(txt,pdf,rtf,html),若用户的手机不能支持,则直接从结果中滤掉。对于图像,因其占据空间大,通信费用高,也可以过滤掉。搜索接口可以允许用户指定返回结果的类型。高级用户可以根据自己的需要,设备的能力,指定返回结果的类型。

4.3 移动书签技术

移动书签模块允许用户浏览个人书签。它可以增加、删除、修改已经存在的标签。也允许用户浏览其朋友的书签。用户的目录和书签组成了一个树形结构。用户可以任意操作自己的目录、书签树。但若想访问其好友的资源则需要一定的授权。授权包括用户之间的最大距离和他们之间的信任程度[9]。

5 结论和将来的工作

介绍了一种基于普适计算的新型电子图书馆检索方法,该方法能够验证用户的登录信息,能够基于用户的设备来传输合适的内容,能够允许用户管理自己的书签,用户能够通过书签构建自己的社会网络。该模型能够满足人们在任何时间、任何地点、以任何方式获取知识的需求,能够推进“以人为中心”的普适计算技术在电子图书馆的深入应用。

参考文献

[1]HyperCuP Lightweight Implementation project:http://www.hyper-cup.org/.

[2]Identity 2.0:http://www.identity20.com/.

[3]D-FOAF:http://d-foaf.foafrealm.org/.

[4]M.J.Bates.Information search tactics.Journal of the Ameri-can Society for Information Science,30(4):205-214,1979.

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[6]S.R.Kruk,S.Decker,and L.Zieborak.JeromeDL-Adding Semantic Web Technologies to Digital Libraries.InDEXA Conference,2005.

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[8]S.R.Kruk and S.Decker.Semantic Social CollaborativeFiltering with FOAFRealm.In Submitted to ISWC'2005,

普适设计 篇5

系统芯片(system-on-chip)设计在国内外得到了越来越多的重视。所谓系统芯片,即将尽可能多的集成电路知识产权(IP)模块集成到一片单硅片上。目前,系统芯片有向两个方面发展的趋势,一方面,继续遵循Moore's Law,即利用最新的集成电路加工工艺,在单位面积内集成更多的晶体管,不断地提高芯片的运算处理能力,其代表是INTEL公司研制的集成了千万门级以上晶体管的通用处理器芯片,这不是本研究的重点;另一方面,是利用比较成熟的加工工艺,将模拟采集与处理电路、数模及模数转换电路、微控制器及微处理器、编码/解码器、基带处理器、电源/电池管理电路、基准源等集成在一个硅片上,实现一个“片上系统”,并通过系统级封装技术将该片上系统和传感器、执行器及其它分立元件集成在一起,进而形成一个自治的微系统(autonomous microsystem),这被称作More Than Moore。

与前者相比,More Than Moore虽然不要求超强的运算处理能力,但强调多种功能在系统芯片上的复合和集成。由这样的片上系统构成的传感器结点,体积小、功耗低,可以在各种环境下长时间、不间断的工作,实现信息的采集/处理/传输的一体化。针对普适医疗(pervasive healthcare)的系统芯片设计是报告人做为中科院“百人计划”入选者的重点研究方向。

所谓普适医疗,即通过便携式、可穿戴或可吞咽式的医疗健康电子设备,在尽量不影响人的正常生活节奏和活动规律的情况下,对其重要的生理信息,如心率、血压、体温等,进行远程监控;并利用嵌入智能算法提供实时生物反馈,从而起到预防和保健的目的。我国在21世纪面临着如何有效改善人民健康水平的重大挑战。国务院新近颁布的《国家中长期科学技术发展规划纲要(2006~2020)》指出,重大疾病防治要战略前移,重点研究开发自主知识产权的心脑血管病和肿瘤等重大疾病的早期预警和诊断、疾病危险因素早期干预等医疗健康技术。普适医疗与我国正在推广的“全民健康科技行动”密切相关,是国家重点发展领域之一。

低功耗集成电路设计及系统级集成是实现普适医疗的关键技术。低功耗设计非常重要,因为普适医疗电子设备基本由电池供电,且要求有较长的连续工作时间。低功耗设计优化可以在不同的设计层次上实现,如,系统级、算法级、逻辑结构级、电路级、版图及工艺级。其中,在系统级、算法级和电路级上的优化设计需要建立在对生物医学信号深入理解的基础上。系统芯片设计在降低系统功耗的同时,可以减少设备的几何尺寸,从而增加其“普适型”,将其对日常起居和活动等的干扰减至最低。而这恰恰是目前限制这类设备普及的一个重要方面。对于可吞咽电子胶囊而言,系统芯片设计意味着更小的体积和更长的工作时间。推而广之,低功耗医学集成电路系统芯片在微型化、集成化、网络化、数字化、智能化(取开头的英文字母,即MINDS)的普适医疗电子设备中有着极大的应用前景。

我国是一个发展中国家,医疗卫生资源是有限的。如果拥有了自主知识产权的低功耗医学集成电路系统芯片的关键技术,就可以以点带面,带动一批国内相关的医疗器械和保健器具制造企业,开发出一系列低成本的医疗保健电子设备,从而满足我国广大人民群众日益提高的卫生保健需求。其结果是缓解了看病难、看病贵的现状,并缩短了我国医疗保健设备行业与国际领先水平的差距,具有一定的战略意义。有鉴于此,报告人瞄准国际前沿,在现代微电子技术、信息技术与生物医学工程学多学科交叉的基础上,开发自主知识产权的医学系统芯片(医芯)及完善相应的IP库。

近年来,国家通过科技部863超大规模集成电路重大专项等各种途径,大力扶持我国自主知识产权的通用和专用微处理器的研制和开发,成效显著。目前我国拥有龙芯、方舟、C*CORE、众志等一系列自主知识产权的CPU内核,同时也涌现出了中星微电子和炬力集成等一批进军国际市场的IC设计企业。但是,这些国产芯片的主要应用场合为多媒体和个人计算机,并不针对生物医学应用。国内对生物医学系统芯片的研制开发起步较晚,尚未有商业化的产品出现。在学术研究领域,目前主要有清华大学的王志华教授和东南大学的王志功教授等在从事相关领域的研究工作。

国际上,以PHILIPS和TI等公司为代表的大公司早已瞄准生物医学应用领域,开发出了一系列适用于医学信号采集和处理的系统芯片,如Cool Flux DSP芯片和OMAP极低功耗处理器芯片等。一些相对规模较小的公司则将产品设计集中在特定的生物医学应用,例如,ZARLINK公司推出了针对植入式医疗电子设备的无线收发器芯片,Aurelia Microelettronica推出了针对多导联ECG信号采集和处理的集成电路芯片,Toumaz正在研制适用于躯感网的极低功耗系统芯片,等。与国际工业界对生物医学系统芯片产品开发相对应,国际学术界对生物医学系统芯片的研究经常见诸报道,近三年来在IEEE各会刊上发表的关于生物医学集成电路设计的文章50余篇,涵盖了模拟,数字和射频等方面。

医芯应用方面,国际上正在进行的主要项目有美国佐治亚理工学院的智慧衫(Smart Shirt)项目;美国Vivo Metrics公司开发的生命衫;美国麻省理工学院的MIThril项目;欧盟IST FP5项目-ZMON;欧盟IST FP5项目-WEALTHY;欧盟IST FP6项目-My Heart;欧盟IST FP6-NMP-2项目-BIOTEX;法国的VTAMN项目;德国Fraunhofer IZM开发的具有传感功能的T恤衫,等。这些项目的一个共同点是注重产学研结合,以应用为导向,其中的有些研究成果已经成功的转化为产品。在中国,由香港中文大学的张元亭教授负责的“卫士”(WISSH)和保健衫(h-Shirt)项目,以及空军医学工程研究所的俞梦孙院士及其团队的研究成果代表了国内的领先水平。

市场需求方面,先以监护类医疗电子产品为例,国际上的发展趋势是利用系统芯片设计这一核心技术,实现产品的微型化、智能化、无线通信、可穿戴式和低功耗。然而,我国医疗器械企业由于技术条件限制,仍以台式监护仪为主打产品,产品中使用的核心集成电路芯片绝大部分为国外产品,企业缺乏自主知识产权,制约了其产品的更新换代和市场竞争力,在产品创新上与国际领先水平的差距正在拉大。另一方面,国内的集成电路设计企业更多的将资源投入到通用处理器、通信/移动多媒体及消费类电子产品中的专用处理器的开发,对适用于监护类医疗电子产品的专用集成电路芯片的开发投入极少。这就造成了产业链上游的IC设计企业和产业链下游的医疗电子整机企业的脱节。因此,开发自主知识产权的低功耗医学系统芯片和IP库,可以缩短我国医疗电子产品与国际水平的差距,祢补产业链脱节,提高我国医疗器械企业的国际竞争力。

同时,快速成长的家用医疗健康电子市场已经是半导体供货商最看好的商机。根据市场研究机构Databeans预测,到2011年,全球医疗器材市场将突破2000亿美元,在医疗电子方面将达900亿美元左右市场规模。家用医疗电子的市场规模将从2007年的146亿美元增长至2011年的200亿美元左右,与微电子相关的产值将增长至40亿美元左右。这类设备的代表是血糖仪和血压计,每年销量在3000万台左右,占据家用医疗电子60%以上市场份额。其整机平均售价在500元左右,成本约在200元左右,集成电路芯片组的价格占成本的50%左右。换言之,仅在血糖仪和血压计市场中,医芯潜在市场份额就有30亿元(成本价格),再加上在数字温度计/听诊器,心率/健身检测系统,便携式心电/脑电仪,脉搏血氧测定仪等其它普适医疗产品的应用,即可达到100亿元左右的市场规模,可谓前景看好。

2 技术方案——工作原理、性能指标、优缺点分析

医芯开发的总体技术方案是:在深入理解生物医学信号采集和处理的基础上,利用一系列先进的集成电路设计方法学,采用“医学应用驱动微电子设计”的设计思路,突破低功耗医学芯片设计的若干关键技术,研制出满足普适医疗需求的系统芯片组,初步建立医学集成电路核心IP库,实现在不少于二种典型的普适医疗电子仪器中的应用,并验证其带来的突破性的技术优势和市场价值。

工作原理方面,普适医疗电子产品对体积、功能、功耗和成本要求严格。系统芯片必须集成信号采集/数据处理/信道编码等功能,需要开发的IP包括生理信号采集、混模信号处理、基带处理等。同时需要提出适合于低功耗生物医学系统芯片设计的体系结构。芯片要完成对不同生理参数的实时采集和智能处理,要在对生物医学信号采集和处理深入理解的基础上,在系统级和算法级上创新。另外,要采用规范化的IP设计方法开发系统芯片。考虑到未来几年内的IP复用,流片工艺选择0.18µm,部分IP完成0.13µm和90nm工艺物理验证。

技术挑战来自微电子工程和生物医学工程两方面。总而言之,普适医疗设备由于其独特性,对芯片的要求要高于常规产品,主要集中在以下几点:低功耗。由于人体的生理周期长,有时需要几小时到几十小时的连续监测,因此需要超低功耗,工作模式必须优化,如带宽和电源管理的选择。低成本。采取的措施是尽量进行系统级集成,批量生产,设计上采用可配置的系统芯片方案。智能化。集成传感器、微处理器和能实时处理,context-aware的智能算法。小型化。采用系统芯片及高密度集成方案,需要针对多种干扰,如,物理参量、数字/模拟、发射/接收等实现最优化设计。无线通信。实现在体信号的实时双向无线传输。

在技术指标方面,芯片将集成模拟前端处理(Analog Front-end)的功能。开发适用于多种生理信号采集的增益可调的高精度低失调IP,其单通道-3d B带宽在50KHz,共模抑制比在100d B以上,输入失调电压在0.1m V以下,功耗在100u W以下。片上集成低功耗10-bit的SARtype多通道模数转换和相应的数模转换功能。

芯片将集成生物医学信号实时处理的功能。需要开发低功耗医学信号处理协处理器。算法协处理器至少应该集成:可变增益和中心频率的滤波功能;时域、频域联合分析的低功耗数字设计与实现;生理信号的形态学分析(如对心电信号波形的聚类分析)。协处理器功耗小于1m W/MHz,与嵌入实现的方案相比,采用协处理器方案的工作效率(完成指定运算的单位功耗)提升一个数量级(10X)以上。

芯片集成人体近端工作的基于人体通道(Biochannel)的无线射频收发器及相应的基带处理器,收发器整体功耗在5m W以下;通信速率在1Mbps;通信距离:在体内0.5m,体表2m以内;发射功率小于10u W。在基带方面需要考虑芯片间的时间校准和同步。

芯片集成通用微处理器ARM7TDMI和静态存储器(通过ARM及Foundry授权)功能模块。开发适合于系统芯片的,兼容AMBA总线的低功耗总线以及通用系统外设。建立规范的生物医学系统芯片设计IP库,采用0.18µm CMOS工艺流片。

图1所示是一个典型的心电监护仪器的硬件组成框图。这类设备一般采用一个或多个微控制器,再配以一些外围电路如放大电路,滤波器,传感器,触发器,LCD显示驱动及射频电路组成。这种方案采取分离元件,无论是从价格上,功耗上,面积上,还是性能上都无法和定制的医芯专用芯片相比较。目前市面上尚没有类似的专用系统芯片。还有,由于人体各种生理信号的幅值和频率集中在一个相对集中的范围之内,只需采用GPA(可调节增益放大器),该专用芯片即可以满足绝大多数人体生理信号的采集处理,从而真正意义上实现了该芯片面向普适医疗领域的通用型。

3 研制工作进展——已完成的实验、演示、样机(提供图片)、应用示范、产业化等工作

在芯片设计方面,课题组已经完成两次基于中芯国际0.18µm CMOS工艺的MPW流片。部分IP已经通过硅验证,基本达到设计指标的要求。图2所示为芯片的系统框图(左图)和第二次MPW的芯片microphotograph(右图,分模拟、数字两个芯片)。

同时,课题组采用‘医学应用驱动微电子设计’的思路,在芯片开发的同时,自行设计并完成了人体传感器网络开发套件(见图3)。

普适设计 篇6

1.1 普适计算

美国的马克·威瑟于1988年首次提出普适计算的思想。普适计算又称普存计算、普及计算, 从字面意义上理解, 普适计算是一种普遍适用的计算概念, 它具有普遍性, 也具有适用性。它的普遍性表现在人人、时时、处处都可以使用;它的适用性表现在对于任何群体都适用。普适计算的本质是计算机已完全融入人们的生活空间, 以至于人们根本无法察觉它的存在。普适计算技术主要有三大研究领域:上下文感知计算、可穿戴计算、智能空间。

1.2 泛在学习

广义的泛在学习是指在一个广阔的学习场域里, 学习者能够随时随地获得自己所需的任何学习资源。狭义的泛在学习是指在泛在技术支持下, 学习者根据自己的学习内容和学习目标, 积极主动地随时随地利用易获取的资源来进行的各种学习活动。一般认为, 泛在学习是指任何人 (Anyone) 在任何时间 (Anytime) 、任何地点 (Anywhere) , 通过任何设备 (Any device) , 就可以获得任何所需要信息 (Anything) 的5A学习方式。

1.3 泛在学习环境

泛在学习环境是这样一种学习环境:在这一环境中, 学习资源无处不在、学习工具无处不在, 学习行为无处不在。在泛在学习环境中, 学习资源触手可得, 人很自然地和计算机交互, 这意味着在泛在学习中, 学习者不用再花任何心思去寻找一些运算设备, 比如计算机、PDA、平板电脑、智能手机等 (这些设备广泛地存在于学习者周围) , 从而可以让学习者腾出更多的精力放在学习任务本身。

2 泛在学习特征

2.1 泛在性

泛在性是指学习行为、学习资源、学习服务的泛在化, 如同一双鞋子, 当它真正合脚的时候, 人们很难察觉出它的存在, 但又确实存在。在普适计算建立的融合空间中, 由于计算能力的泛在化, 信息空间将与人们生活的物理空间融为一体, 人们可以“随时随地”和“透明”地获得信息化的服务。

2.2 智能交互性

在普适技术的支持下, 人与人、人与运算设备、运算设备之间等三类交互主体进行日常交互, 且都是智能化的、自然的、和谐的。在泛在学习环境中, 计算机设备可以感知周围的环境变化, 从而根据环境的变化来为学习者提供最好的学习选择。

2.3 永久性

泛在学习的永久性体现在两个方面:第一, 在学习过程中, 学习者的每一次学习记录都会被完好无损地保存下来, 以便于学习者日后的回顾和复习;第二, 在学习行为上, 只要学习者愿意, 学习活动便可以永远持续下去。泛在学习的出现为实现终身学习提供了可能。

2.4 教学活动的情境性

计算机完全融入到人们的日常生活中, 使学习者感受不到它的存在。学习者所遇到的问题或所需的知识通过最有效、最自然的方式呈现出来, 有助于学习者关注问题情境的特征, 并作出与之相关的反应。整个学习进程是无缝变换的, 学习者甚至感受不到学习环境的存在。

3 普适计算技术支持下的泛在学习环境设计

3.1 学习需要分析

学习需要分析包括学习内容分析、学习者特征分析、学习任务分析。普适计算技术主要包括三大技术:上下文感知计算技术、可穿戴计算技术、智能空间技术。利用这三大技术可以为学习者设计最高效能的泛在学习环境。比如利用泛在学习环境具有上下文感知的特性, 可以自动感知学习者的地点、所处的环境信息、正在进行的学习活动、学习者与他人或环境的交互情况等信息, 并经过分析处理形成对学习者行为和需求的理解, 据此来分析学习内容、学习任务以及学习者的特性。

3.2 学习策略设计

根据学习策略覆盖的成分, 迈克卡等人将学习策略概括为认知策略、元认知策略、资源管理策略。学习者能不能很好地运用学习策略直接影响到学习效果的好坏且直接关系到有意义学习行为的发生。首先, 学习策略设计要以学生为主体, 从学生最根本的需求出发, 学生需要哪些策略, 就相应地设计这样一些策略;其次, 在制定学习策略时, 要做到因人而异, 针对不同的学习者采用不同的学习策略。比如, 针对小学低年级的学习者, 由于在他们的头脑中还未建立起完善的知识结构, 理解力相对较弱, 因此, 应该更多地使用认知策略中的复述策略。这有助于可穿戴计算技术为他们创设运用复述策略的泛在学习环境, 运用复述策略在大脑中重现刺激, 以便将注意力维持在学习材料上。

3.3 学习资源、认知工具设计

在有关泛在学习的研究中, 学习资源设计是众多研究者最为关注的问题。信息时代, 各种信息层出不穷, 几乎到了信息泛滥的地步, 但同时也为人们提供了丰富的学习资源。如此丰富的学习资源并不一定能产生相应的学习效果, 因此在学习资源的建设上, 首先要以学习者为中心, 要基于学习者的学习需求来建设资源;其次, 在资源的建设上必须遵循一定的原则, 比如多样化、智能化、微型化等原则;再次, 要处理好不同类型学习资源建设的关系, 例如非正式学习资源和正式的课程学习资源建设方式、承载的媒体、传送方式以及呈现方式都是有区别的, 最关键的问题是要使建设与应用不能出现脱节现象。为实现真正意义上的泛在学习, 各学习资源节点相互关联形成基于语义的可无限扩展的内容网络, 为泛在学习的发生提供资源保障。

认知工具是一种支持、指引、扩充学习者思维过程的心智模式和设备。认知工具设计是为学习者探索学习、协作学习等提供帮助, 建立学习的桥梁。如可利用智能空间技术来设计知识库、语义网络等认知工具。智能空间是嵌入了计算机设备、通信设备以及传感设备的物理空间和信息空间, 具有方便自然的交互接口, 以支持人们方便地获得所需的学习、工作、休闲、娱乐等服务。利用智能空间技术不仅可以建立一个相互融合的物理空间和信息空间, 使之成为一个庞大的知识库, 同时还可以建立一些恰当的语义网络, 来帮助学习者更好地进行关联学习, 有助于学习者知识结构的完善。

3.4 学习模式设计

学习模式是指一定的教育思想、教学理论和学习理论的指导下, 在某种环境中展开的学习活动进程的稳定结构形式。目前, 泛在学习的实现主要通过3种模式:信息设备模式、可穿戴计算模式、智能交互空间模式。

信息设备模式就是将计算、感知资源集成到人们熟悉的日常生活中的各种工具设备 (比如信息设备、智能电器等) 中, 使这些设备增强为人机交互的接口, 这是最初级也是最容易实现的一种泛在学习模式。可穿戴计算模式是将计算资源、感知设备嵌入到人们的衣物、手提包、腰带、手表、首饰或其它饰物中, 以保证自然、持续的人机交互, 是一种微观层面的泛在学习模式。智能交互空间模式将计算、信息设备和多模态的传感装备嵌入到人们的日常生活、学习、工作、休闲空间中去, 它是一种宏观层面的泛在学习模式。

3.5 学习情境设计

学习情境主要指在学习过程中通过想象、口述、手工、图形等手段使获知达到高效, 通常这种情景伴随时代的进步会有不同程度的创新。泛在学习更加注重学习活动的情境性, 在泛在学习环境中, 学习情境的创设要与当前的主题尽可能相关并且尽可能地真实自然。情境设计要依据不同的学习内容选择不同的表现手段。泛在学习环境最突出的特性就是利用上下文情境感知技术为学生提供个性化的、适宜的学习服务。建立在支持上下文交互基础上的系统平台, 通过对情境信息获取、分析和处理, 可以更详细、更准确地参照学生过往的学习历程、学习水平、学习习惯等, 更好地提供个性化的学习服务。学习环境中的情境设计必须有利用学习者对所学知识进行意义构建。

3.6 评价设计

教学评价是依据教学目标对教学过程及结果进行价值判断并为教学决策提供服务的活动。根据评价在教学活动中发挥作用的不同, 可把教学评价分为诊断性评价、形成性评价和总结性评价3种类型。泛在学习的评价设计与传统学习的评价设计既有区别也有联系。首先, 在泛在学习环境中, 教学评价是动态的、随时随地的;其次, 泛在学习的教学评价是多元的, 表现在评价方式、评价内容、评价标准的多元化;最后, 泛在学习的教学评价更多地倾向于学习者的自我评价, 在泛在学习环境中, 发生的是一种自主的、个性化的、探究的学习, 所以教学评价大多是一种自我评价。通过评价、反馈与修订, 使得学习环境趋向更健康、更合理。

4 结语

虽然目前的技术和环境还不能实现真正意义上的泛在学习, 但是不可否认, 泛在学习必将成为未来最主要的学习模式。本文首先界定了普适计算、泛在学习、泛在学习环境的概念, 然后简要分析了泛在学习的特征, 最后详细探析了普适计算技术支持下的泛在学习环境设计。期望笔者的这些探索, 能够为当下泛在学习环境的研究和建设提供一定的参考和借鉴。

参考文献

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[2]潘基鑫, 雷要曾, 程璐璐, 等.泛在学习理论研究综述[J].远程教育杂志, 2010 (2) .

[3]吴金红.基于普适计算的高校泛在学习环境研究[J].武汉纺织大学学报, 2011 (2) .

[4]亢春艳.终身学习理念下的U-learning环境设计[J].现代教育技术, 2011 (10) .

从普适计算、云计算到透明计算 篇7

当前, 云计算已经成为ICT领域最热门的话题, 但它并非是一种全新的技术, 更多的是创新的理念。在云计算概念出现之前, 学术界里也曾经有其他类似的技术思想, 如普适计算。在2011年国际云计算研讨会上, 中国工程院院士张尧学认为, 普适计算和云计算的目标都是服务的无处不在和不知不觉, 但是前者道路不具体, 后者是基于服务器的思路, 而我国提出的透明计算思想, 是从用户需求的角度出发, 有具体的发展道路, “先于云计算、包含云计算”。

普适计算是由后PC之父马克·维瑟提出的, 其核心是“无所不在”、“不知不觉”地把计算机深入到生活中。张尧学说, 普适计算的应用主要包括智能家居、电子看护、智能服务等, 在这种计算体系下, 一个小的钥匙扣能做很多计算机做的事情, 大家可以将其视为一种云计算终端。普适计算对产业界产生了很大影响, 许多系统是基于这一思维来形成的, 但是最后都很难形成大的产业, 关键问题在于普适计算始终没有找到与传统PC计算的区别, 换句话说, 提出了很好的理念, 但未找到实现的道路。

张尧学认为, 云计算的定义很多, 但综合起来看, 其目标是“通过对资源的集中使用和共享, 为用户提供不知不觉、无处不在的个性化服务”。终极目标就是说, 不管用户使用PC机也好, iPhone也好, 都能跨平台地获得“不知不觉”、“无所不在”个性化的服务。实现这一目标的方式, 就是通过网络、通过服务器把计算能力集中起来使用和共享。因此, 整个云计算产业的出发点是资源的共享和使用。张尧学说, 由此看来, 云计算的技术核心和出发点是从服务器和网管出发, 主要基于大规模海量数据存储, 以及大规模海量数据的搜索。后来, 技术人员根据发展需要实现大规模海量数据的分层或者跨平台服务, 所以它很少考虑用户怎样很好地获得服务, 因为其出发点还是服务器。

由此, 我们在发展云计算的过程中会遇到一系列问题, 张尧学提出, 例如:未从用户需求出发, 如何解决用户的跨平台需求?App Store、Ovi、MM等能运行在一部手机上吗?IBM的云和谷歌的云能共享吗?如能在一个硬件平台上共享, 该平台还能保持低功耗、低成本、高安全性和易操作性吗?如果用户不愿意把数据提供给云中心, 还能得到云中心提供的个性化服务吗?云计算让数据都放在一起, 莫洛佐夫曾说过:“互联网不是一股向善的力量。”云计算存储的海量数据会成为罪恶之源吗?

张尧学说, 透明计算是清华大学1998年开始研究、2004年提出的, 被日本玉大学程京德教授认为“先于云计算、包含云计算”。透明计算不是基于服务器, 而是“从用户服务选择透明的角度出发, 通过存储、运算、管理的物理和逻辑分离, 软硬件平台的跨平台选择, 用户端系统流式执行等方式, 实现计算机服务的无处不在和不知不觉”。

透明计算主要包括以下几方面:一是存储、管理、运算的分离;二是软硬件跨平台选择;三是用户端的流式执行。其关键技术有内核分布的OS;简单化的终端;一体化的网络存储、管理、运算方法与技术;软硬件平台选择的标准与虚拟技术;流式执行与调度。