謝尚賢臺灣大學：土木工程學研究所楊峻武Yang, Jiun-WuJiun-WuYang2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50625計算題為熟練工科力學課程經常採用的評量方式，也是學習者熟悉課程知識的方法之一，但卻很少有以大專工程教育課程計算題為教學主題的輔助教學系統。由於派翠西網路是一種很好的流程控制、模擬、診斷的工具，過去也有學者將其應用在數學解題知識的表達，藉由網路模型來偵測診斷學習者的觀念錯誤或學習障礙。因此，本研究之目的乃在於利用派翠西網路建構鋼筋混凝土設計學單筋矩形梁分析與設計單元的計算題解題知識流程，並利用派翠西網路的模擬與推理性為基礎，發展一套適當的即時解題障礙診斷策略，以提昇傳統計算解題輔助教學系統之教學互動性與解題彈性。Calculation exercises are usually used in engineering courses to help students understand the problem-solving procedures. Also, engineering students are familiar with this kind of learning methodology. However, there are few computer aided systems to support students learning through calculation exercises. This research models the solving-procedures of Reinforced Concrete Design exercises using Petri-nets which are powerful tool for workflow control, simulation, and diagnosis. A diagnosis strategy is proposed based on the comparison between two networks of Petri-nets which are established to model both teacher’s and learner’s solving-procedures. A prototype of Petri-nets based computer aided system is presented to evaluate and demonstrate the diagnosis strategy and exercise tutoring process. The scope of exercises provided by the prototype system focuses on analysis and design of rectangular beams with tension reinforcement. An application example has been provided to demonstrate that proposed strategy can efficiently diagnose learner’s trouble via monitoring learner’s solving-procedures for a goal-oriented exercise.目錄 i 表目錄 iv 圖目錄 v 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.1.1 鋼筋混凝土設計學計算題之練習 3 1.1.2 知識表達之工具 5 1.2 研究目的 6 1.3 研究範圍 7 1.4 論文架構 7 第二章 派翠西網路與智慧型教學系統 9 2.1 派翠西網路理論 9 2.1.1 派翠西網路的基本定義 10 2.1.2 派翠西網路之運作模式 11 2.1.3 高階派翠西網路 12 2.1.4 派翠西網路之特性分析 13 2.2 以派翠西網路為基底的輔助教學系統 15 2.2.1 MathCAL 16 2.2.2 RC部份給分評量系統 21 第三章 系統需求分析與設計 27 3.1 解題知識派翠西網路分析與設計 27 3.1.1 問題解決式的學習策略 27 3.1.2 解題知識分析 28 3.1.3 解題知識派翠西網路之模擬 29 3.2 解題知識派翠西網路之應用 32 3.2.1 題目設計 33 3.2.2 解題障礙之即時診斷 35 3.2.3 引導解題策略 41 3.3 系統架構 43 3.3.1 專家解題知識派翠西網路 45 3.3.2 引導解題模組 46 3.3.3 使用者介面 47 第四章 雛形系統實作與展示 49 4.1 雛形系統實作 49 4.2 系統使用流程 52 4.2.1 教學者子系統使用流程 52 4.2.2 學習者子系統使用流程 55 4.3 解題障礙診斷實例 56 第五章 結論與展望 62 5.1 結論 62 5.2 未來展望 63 附錄A RC常用參數符號對照表 65 附錄B UCalc內建邏輯運算子與函數表 66 參考文獻 68en-US計算題練習派翠西網路電腦輔助學習Calculation ExercisePetri-NetsComputer Aided Instructionthesis