本發(fā)明屬于互動(dòng)式教育，具體地說(shuō)是一種基于netlogo開(kāi)展的復(fù)雜系統(tǒng)通識(shí)教育教學(xué)方法。

背景技術(shù)：

1、復(fù)雜系統(tǒng)是指由眾多相互作用的組成部分(主體)構(gòu)成的整體，各主體之間的互動(dòng)會(huì)產(chǎn)生宏觀層面非線性動(dòng)態(tài)變化的集體行為。此類行為往往難以僅憑分析單一主體的行為來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，并且通常展現(xiàn)出涌現(xiàn)特性、自組織以及非線性的特點(diǎn)。開(kāi)展復(fù)雜系統(tǒng)的通識(shí)教育具有重要意義，復(fù)雜系統(tǒng)理論在自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、工程技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)實(shí)世界中如氣候變化、疾病傳播、金融危機(jī)、ai等許多問(wèn)題，實(shí)際都是復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題。

2、在公開(kāi)號(hào)為cn110807959a的中國(guó)專利中，提到了一種便于靈活教學(xué)的交互式教學(xué)方法，通過(guò)在教學(xué)過(guò)程中,使教師和學(xué)生可以進(jìn)行直播提問(wèn)和解答,易于學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的吸收，降低了教學(xué)成本,優(yōu)化了教學(xué)的資源配置,服務(wù)器生成試題后,獲取學(xué)生終端的答題信息并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理,實(shí)現(xiàn)師生間的互動(dòng)；

3、然而，直播形式的教學(xué)方式無(wú)法動(dòng)態(tài)調(diào)整課程的難易程度，不適用于不同年齡段、學(xué)習(xí)能力的學(xué)生教學(xué)，對(duì)于教學(xué)者和學(xué)習(xí)者而言，針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的講授和掌握復(fù)雜系統(tǒng)知識(shí)都面臨巨大的挑戰(zhàn)，包括：(1)概念理解的挑戰(zhàn)。復(fù)雜系統(tǒng)中的一些核心概念，如涌現(xiàn)現(xiàn)象、自組織和隨機(jī)現(xiàn)象等，與人們?nèi)粘＝?jīng)驗(yàn)中的直觀理解相悖，由于人類的工作記憶容量有限，學(xué)習(xí)者難以在大腦中模擬大量個(gè)體層面的復(fù)雜互動(dòng)，因此很難理解單個(gè)個(gè)體(汽車、鳥類、人等)的層面--個(gè)體行為，以及群體層面(羊群、交通堵塞等)--聚合模式的互動(dòng)和聯(lián)系。(2)知識(shí)轉(zhuǎn)移的困難。本質(zhì)類似的復(fù)雜系統(tǒng)不同實(shí)例往往在表面特征上很少有相似之處，這使得學(xué)習(xí)者難以注意到它們之間潛在的結(jié)構(gòu)相似性，將知識(shí)從一個(gè)情境轉(zhuǎn)移到另一個(gè)情境需要學(xué)習(xí)者能夠意識(shí)到先前知識(shí)的適用性，這在復(fù)雜系統(tǒng)學(xué)習(xí)中尤其困難。(3)教學(xué)方法的局限性。傳統(tǒng)的教學(xué)方法往往傾向于專注于具體知識(shí)點(diǎn)與理論概念的傳遞，缺乏對(duì)復(fù)雜體系全局視角的構(gòu)建，也往往無(wú)法提供足夠的實(shí)踐機(jī)會(huì)和互動(dòng)體驗(yàn)，這使得學(xué)習(xí)者難以將抽象的復(fù)雜系統(tǒng)概念與具體的實(shí)例相結(jié)合，從而影響知識(shí)的理解。(4)教育體系中對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)原理的忽視。近年來(lái)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的研究成果在多個(gè)領(lǐng)域與復(fù)雜系統(tǒng)理論密切相關(guān)，這些研究不僅推動(dòng)了各自學(xué)科的發(fā)展，也為理解復(fù)雜系統(tǒng)提供了新的視角和方法。但社會(huì)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)原理的認(rèn)知和重視程度較低，傳統(tǒng)教育體系往往更關(guān)注傳統(tǒng)學(xué)科的教育質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)，而忽視了復(fù)雜系統(tǒng)原理在培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科思維、創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力方面的重要作用。

4、為此，本領(lǐng)域技術(shù)人員提出了一種基于netlogo開(kāi)展的復(fù)雜系統(tǒng)通識(shí)教育教學(xué)方法，旨在通過(guò)編程建模、模型的直觀呈現(xiàn)與互動(dòng)作為教學(xué)媒介，開(kāi)展復(fù)雜系統(tǒng)的通識(shí)教育，有效克服傳統(tǒng)教學(xué)手段下學(xué)生難以掌握復(fù)雜系統(tǒng)核心原理以及難以將這些原理跨領(lǐng)域遷移應(yīng)用的問(wèn)題，提升學(xué)生對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的理解與應(yīng)用能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于netlogo開(kāi)展的復(fù)雜系統(tǒng)通識(shí)教育教學(xué)方法，以解決背景技術(shù)中所提出的問(wèn)題。

2、一種基于netlogo開(kāi)展的復(fù)雜系統(tǒng)通識(shí)教育教學(xué)方法，包括以下步驟：

3、s1、安裝netlogo這一多主體可編程建模環(huán)境，并準(zhǔn)備一套測(cè)試試卷，試卷中包含該復(fù)雜系統(tǒng)核心概念，用于測(cè)試學(xué)生在學(xué)習(xí)前后對(duì)核心概念的認(rèn)知變化；

4、s2、在教學(xué)開(kāi)始前，通過(guò)測(cè)試試卷評(píng)估學(xué)生對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)核心概念的了解程度，用于收集學(xué)生的初始認(rèn)知狀態(tài)；

5、s3、通過(guò)介紹復(fù)雜系統(tǒng)的概念和特征，為學(xué)生構(gòu)建一個(gè)整體的知識(shí)框架，逐步引導(dǎo)學(xué)生理解復(fù)雜系統(tǒng)的研究方法和思路；

6、s4、在掌握netlogo基本功能、模型和原語(yǔ)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生熟悉netlogo的界面、菜單和工具欄功能，并通過(guò)實(shí)例教學(xué)，使學(xué)生掌握基本建模和編程技能；

7、s5、針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中的核心概念，通過(guò)親自建模和經(jīng)典模型探索，進(jìn)行模型間復(fù)雜系統(tǒng)知識(shí)的遷移，深入學(xué)習(xí)概念、特征和作用，逐步細(xì)化對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)整體框架的理解，使學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系；

8、s6、通過(guò)再次測(cè)試同一套測(cè)試試卷，引導(dǎo)學(xué)生從模型到不同實(shí)例間知識(shí)的遷移，對(duì)比學(xué)生學(xué)習(xí)前后對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)例的認(rèn)識(shí)和理解的不同，根據(jù)測(cè)試結(jié)果和學(xué)生成績(jī)的前后對(duì)比分析，形成反饋并評(píng)估學(xué)生對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)核心概念的掌握情況。

9、優(yōu)選的，所述復(fù)雜系統(tǒng)中的核心概念包括隨機(jī)現(xiàn)象、涌現(xiàn)現(xiàn)象、臨界現(xiàn)象和非線性。

10、優(yōu)選的，所述步驟s2在測(cè)試時(shí)，不要求回答正確，也不給出正確答案，每個(gè)問(wèn)題均作為開(kāi)放性問(wèn)題。

11、優(yōu)選的，所述步驟s3通過(guò)和學(xué)生共同研究探尋螞蟻如何尋找食物這一科學(xué)問(wèn)題，逐步引導(dǎo)學(xué)生理解復(fù)雜系統(tǒng)的研究方法和思路，通過(guò)梳理和回顧該科學(xué)問(wèn)題的研究歷史，過(guò)渡到個(gè)體簡(jiǎn)單規(guī)則的假設(shè)，并利用netlogo模型庫(kù)中的螞蟻模型進(jìn)行演示和驗(yàn)證，使學(xué)生形成對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)整體框架的初步理解。

12、優(yōu)選的，所述步驟s4通過(guò)實(shí)例教學(xué)，讓學(xué)生掌握如何創(chuàng)建主體、設(shè)置主體的行為規(guī)則，并通過(guò)實(shí)踐操作理解原語(yǔ)的功能和使用，引導(dǎo)學(xué)生探索netlogo模型庫(kù)，演示和修改現(xiàn)有模型，學(xué)習(xí)代碼。

13、優(yōu)選的，所述步驟s5的核心概念學(xué)習(xí)還包括：學(xué)生利用netlogo提供的界面元素，在模型運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)整參數(shù)，觀察系統(tǒng)行為的變化，進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)；

14、通過(guò)設(shè)計(jì)不同領(lǐng)域的教學(xué)案例，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的復(fù)雜系統(tǒng)知識(shí)遷移到不同的領(lǐng)域和情境中；

15、netlogo通過(guò)直觀動(dòng)態(tài)圖像將復(fù)雜系統(tǒng)的演化過(guò)程和個(gè)體行為直觀展示給學(xué)生。

16、優(yōu)選的，所述步驟s6還根據(jù)學(xué)生年齡段、投入時(shí)間、學(xué)習(xí)能力動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)的難易程度，進(jìn)行適應(yīng)性教學(xué)，表示為：

17、d＝f(a,t,l)

18、其中，d表示教學(xué)的難易程度，a表示學(xué)生年齡段，t表示學(xué)生投入時(shí)間，l表示學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，f表示加權(quán)和模型，表示為：

19、f＝ω1·a+ω2·t+ω3·l

20、其中，ω1、ω2、ω3表示對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，根據(jù)不同因素對(duì)教學(xué)難易程度的影響程度進(jìn)行調(diào)整。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

22、1、本發(fā)明通過(guò)netlogo的可視化和互動(dòng)性讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中感受到樂(lè)趣，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。引導(dǎo)學(xué)生探索演示經(jīng)典模型，互動(dòng)調(diào)整參數(shù)實(shí)時(shí)、直觀可視化演示，并動(dòng)手構(gòu)建和修改模型，學(xué)生通過(guò)代碼和算法能夠更深入地理解復(fù)雜系統(tǒng)原理，提高學(xué)習(xí)效果。

23、2、本發(fā)明通過(guò)基于代碼和算法思想的相似性，學(xué)習(xí)者很容易將算法在表面特征沒(méi)有相似性的不同模型之間遷移和復(fù)用。通過(guò)代碼和算法的相似性，忽略復(fù)雜系統(tǒng)現(xiàn)象表面的差異性，培養(yǎng)跨學(xué)科能力，使學(xué)生能夠在不同學(xué)科之間建立聯(lián)系，培養(yǎng)他們的跨學(xué)科思維，有助于學(xué)生在未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作中，更好地應(yīng)對(duì)跨學(xué)科的挑戰(zhàn)。

24、3、本發(fā)明通過(guò)與模型實(shí)時(shí)互動(dòng)和參數(shù)調(diào)整的過(guò)程，為學(xué)生提供了自由探索的空間，引導(dǎo)學(xué)生們嘗試不同的模型設(shè)置和參數(shù)組合，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新思維和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑW(xué)生在探索過(guò)程中，能夠提出新的問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律。

25、4、本發(fā)明的教學(xué)方法通過(guò)復(fù)雜系統(tǒng)現(xiàn)象實(shí)例測(cè)試和反饋機(jī)制，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整課程的難易程度，適用于不同年齡段、學(xué)習(xí)能力的學(xué)生教學(xué)，因此，也適用于從中小學(xué)到大學(xué)生的復(fù)雜系統(tǒng)原理通識(shí)教育教學(xué)。