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教学系统分析IIS图方法研究
教学系统分析IIS图方法研究
摘 要
教学分析是提高课堂教学质量的重要途径,有助于教师进行自我反思,对更加客观进行教学评价有重要意义。
人们对教育和学习内涵认识日益深入,教学分析受到广泛地关注。
各国教育研究者,从各个不同方面,用不同的视角对教学系统进行分析。
至少能从两个视角对教学进行细致的分析,一种视角是将教学看作人类行为系统,分析行为及其之间的关系;另一种将教学看作是具有特定功能的信息系统,分析信息流与功能之间的关系。
基于行为系统的要素分析是出现最早的教学分析的思路,反映了最初系统论对教学研究的影响。
但是要素分析作为人们定性分析教学的方法,还停留在理念上,操作性较低。
交互分析开启了从行为系统的角度对教学进行的细致分析的研究,其主要关注两个方面:
一个方面是研究特定行为或者交互的教学价值;另一个方面是对交互进行细致解释学分析。
然而,交互分析编码体系的任意性,以及其对言语信息归类和切分带来的主观性,还有在对数据进行划分采用的规则存在问题,最终导致结论的低可靠性。
教学系统分析IIS图方法是一种从信息系统角度分析教学系统的新方法,它着眼系统整体,关注系统功能,为教学分析研究提供新的思考角度,做出了教育技术领域中把系统论思想向方法论转变的尝试。
本研究在综合应用文献分析法、内容分析法、准实验研究法等研究方法的基础上,综合考虑信息熵理论、复杂度理论,并且结合实践操作完成了以下几方面的工作。
①建立起教学系统中信息流的表征形式;
②总结出信息流的切分技术;
构造了用于反映IIS属性的激活量算法。
有了信息流的表征形式,相当于获得了编码系统,明确了信息流的各个属性;有了切分技术,能把连贯的信息流进行分割,相当于明确了数据采集规则;构造出了激活量算法,相当于明确了以哪种方法对信息流进行定量分析。
我们还选择了学科结构差异较大的两门学科(理工科:
数据结构;文科:
教学设计)用于实验。
实验表明知识点激活量与学习效果之间具有正相关关系。
关键词:
教学分析,信息系统,IIS图方法,激活熵
ResearchonIISMapinInstructionalSystemAnalysis
Abstract
Instructionalanalysisisanimportantwaytoimprovethequalityofteachingandhelpteachersreflectonteaching.Itisofgreatsignificancetomakemoreobjectiveevaluationofteaching.WithPeopleunderstandthemeaningofeducationandlearningisincreasinglydeepening,instructionalanalysisarewidelyconcernedabout.Theeducationresearchersfocusondifferentaspectsandhavedifferentperspectivesontheinstrctionalsystemanalysis.Atleasttwoperspectivesonthedetailedinstructionalanalysis,oneperspectiveistheinstructionalsystemashumanbehavior,wecananalysebehaviorsandtherelationshipsbetweenthem;anotherperspectiveistheinstructionalsystemasinformationsystemswithaspecificfunction,analysisoftherelationshipbetween.informationflowandfunctionofinformationsystems.Elementsanalysisofbehavior-basedsystemsistheearlistemergenceofinstructionalanalysisideas,reflectingtheinitialimpactonteachingandresearchofsystemtheory.However,elementsanalysisasaqualitativeanalysisofteachingway,remainintheconcept,loweroperational.Analysisofinteractionanalysiscarriedoutadetailedanalysisofinstructionresearchfromtheperspectiveofbehaviorsystem.Itconcerntwoaspects:
oneaspectistoexaminetheteachingvalueoftheparticularactorinteraction;theotheraspectisthedetailedexplanationanalysisoftheinteraction.However,therandomicityoftheanalysisofinteractioncodingsystem,thesubjectivityofverbalinformationclassificationandsegmentation,aswellasthedatasegmentationrulesadoptedexistproblems,whicheventuallyledtothelowreliabilityoftheconclusions.IIS-map-basedinstructionalsystemanalysisisanewwayfromtheperspectiveofInformationSystem.Itseethesystemasawhole,concernaboutthesystemfunctionandprovideanewpointofviewaboutinstructioanlsystemanalysis,hasmadeaattempttotransformthesystemthoughttomethodologicalinthefieldofeducationaltechnology.Onthebasisofinformationentropytheory,complexitytheory,weappliedquasi-experimental,literatureanalysis,contentanalysisresearchmethodsinthisstudyandcompletedtheworkasfollow.
1establishthecharacterizationofinformationflow;
2summarizedinformationflowsegmentationtechnology;
3structuretheactivationvolumealgorithmreflectingtheIISpropertiesfor.
Thecharacterizationformoftheinformationflow,isequivalenttoaccesstothecodingsystemandunderstandthevariouspropertiesoftheinformationflow;Withsegmentationtechniques,coherentinformationflowcanbepartitioned,whichisequivalenttoclearthedatacollectionrules;constructingvolume-activatedalgorithmisequivalenttoaclearmethodforquantitativeanalysisofinformationflow.wechosetwodisciplineswithdifferentacademicstructure(scienceandengineering:
datastructure;Arts:
InstructionalDesign)forthetargetknowledgepointtaken.Theconclusionsisthatactivationvolumepositivelyrelatedtolearningoutcomes.
KEYWORDS:
instructionalanalysis,informationsystem,IISmap,entropyofactivation
目 录
图目录
1研究背景及意义
1.1研究背景
当今社会人们对人才需求多元化,对教学质量要求日益增高,给教育工作者提出了新的挑战。
人们对教育和学习内涵认识日益深入,教学分析受到广泛地关注。
教学分析是提高课堂教学质量的重要途径,有助于教师进行自我反思,对更加客观进行教学评价有重要意义,大部分学者在这些教学分析的重要意义上达成了共识。
各国教育研究者,从各个不同方面,用不同的视角对教学系统进行分析,有的研究者关注师生交互行为的教学价值,有的关注如何解释师生的行为,有的关注教学系统的模型的建立,有的关注分析过程中使用媒体情况,有的关注教学分析适用的环境,还有的关注教师教学方法进行反思的方法,逐步深化了人们对教学系统的认识。
[]
1.2教学分析研究的发展与现状
对教学系统的概念层次的分析研究已经有很久的历史。
根据参照系不同,对教学系统要素的划分可谓众说纷纭。
有经典的“三要素”说:
教师、学生、教材;还有另一种“三要素”说:
人员,物质,信息;还有所谓的“四要素”说:
教师,学生,教学内部和教学手段。
[]巴班斯基把教学看成是一个由人、物、教学过程组成的系统,认为人所包括的教师、学生,物所包括的物质条件、学校卫生条件、道德心理气氛,教学过程所包括的教学结构、教学环节等都是构成教学过程的要素,其中每一个要素都会影响教学的进程和质量,并在这一前提下提出教学最优化理论,促使教学效果达到最优。
[]李秉德、李定仁教授在其所编著的《教学论》中明确提出,在各级各类学校所进行的教学活动中都包含有学生、教学目的、教学内容、教学方法、教学环境、教学反馈、教师这七大要素。
这七要素之间的关系是相互影响、相互联系的。
张楚廷著的《教学论纲》中,把教学要素分为平凡要素和特征要素,再往下细分,最终形成一个教学要素层次系统。
[]
要素分析是出现最早的教学分析的思路,反映了最初系统论对教学研究的影响。
研究者从系统的结构方法入手,试图通过悉数所有出现在教学中的要素,然后对这些要素逐个分析来认识教学。
要素分析对教学分析的发展,特别是对人们定性分析教学做出了不可磨灭的贡献,是人们初步探索教学系统必然经过的阶段。
然而要素分析作为人们定性分析教学的方法,还停留在理念上,操作性较低。
要素分析中,教学要素的划分是较为直观的,划分的依据是含糊的(比如,并非教师和学生的全部属性都是教学系统的构成要素);其次,尽管在理念上提出了要素之间的相互联系和相互影响,然而在进行具体分析的过程中,往往是割裂地对单个要素进行分析,对要素之间的关系无法进行深入的研究。
当前教学系统分析的研究已经进入细致分析的阶段。
通过对已有教学分析研究的梳理,至少能从两个视角对教学进行细致的分析,一种视角是将教学看作人类行为系统,分析行为及其之间的关系;另一种将教学看作是具有特定功能的信息系统,分析信息流与功能之间的关系。
[]
1.2.1基于行为系统的教学分析——交互分析
从行为系统的角度对教学进行的细致分析研究,主要关注两个方面:
一个方面是研究特定行为或者交互的教学价值。
比如,有研究者在考察在线课程的成人学习者的学习持久性与教学交互之间的关系时,发现占26%比例的学习者认为,异步讨论区所使用的异步讨论对他们坚持学习有促进作用[]。
有研究者考察了非母语英语课堂中教师反馈与学生举手发言之间的交互关系,发现:
(1)重做可能会引发其他类型的反馈;
(2)尽管重做和明确修改对于拼写错有作用,讨论协商更有利于语法错的纠正[]。
还有的研究者关注不同类型的交互(不使用计算机的面对面交流、基于计算机的协作(异步交流)和在计算辅助下的面对面交流)与学习效果的关系。
研究表明,计算机介入的交互更加规则。
与计算机介入的交互相比,面对面的交互能发生更多的学习[]。
第二方面是对交互进行细致解释学分析。
这种研究近期成为焦点,人们关注的主题有:
确定对话结构和特征的有效可靠的方法、通过对话交互分析确认对话角色、智能教育系统(IES)中对话的运算模型以及对话交互分析在CMC和CSCL中的应用[]。
人们希望通过有效的交互分析,能够判定知识协同建构的质量。
比如,Gunawardena等人建立协同知识建构的等级性过程模型。
研究者认为,质量越好的交互所达到的层次越高[]。
交互分析的具体操作是相对成熟的,不论其具体使用的情景如何它都有一系列相似的具体操作步骤。
我们对影响较大的交互分析方法和在CSCL中应用的交互分析方法进行分析。
通过分析我们发现不论哪种形式的交互分析方法首先建立一个行为交互的概念模型,然后把具体操作分为三个部分:
(1)建立编码系统来准确表征交互过程;
(2)规定一套采集数据的规范;(3)进行数据挖掘和分析。
任何交互分析都基于特定的交互过程概念模型。
交互的概念模型反映了交互的各种角色在行为上的交互关系。
图1是BeatrizBarror等人构建的两个言语讨论的交互模型。
基于这个交互模型开发的讨论区限定了学习者的讨论空间[]。
图1行为交互的概念模型
纵观各种交互分析方法,我们选取了以下三种典型的分析方法,对它们的具体操作分析结果如表1,其中CSCL交互分析以黄荣怀博士的知识工程研究所的研究为例:
表1交互分析法的三个具体操作部分
弗兰德互动分析系统(FIAS)分析法
S-T分析法
CSCL交互分析
编码体系
把课堂中师生言语互动情况分为教师语言、学生语言和沉默(无有效语言活动)3大类共10个类别。
把课堂中师生教学行为仅分为T行为(教师行为)和S行为(学生行为)两类。
T行为是指教师视觉的、听觉的信息传递行为,此外的所有行为都是S行为。
把师生的交互行为分为认知活动、情感活动、元认知活动、其他四大类。
采集数据的规则
采用时间抽样的办法,一般每间隔3秒钟进行采样,观察者就依照上述分类记录下相应的编码。
编码反映了课堂中按时间顺序发生的一系列事件,而这些事件按时间顺序连接成一个序列。
采用时间抽样的办法,通常以30秒作为时间间隔进行采样。
由观察者记录下相应编码。
将选定的样本分为若干分析单元,如:
句子、段落、消息、意义单元等。
把“意义单元”作为最小的编码统计工具对原始资料进行划分
数据挖掘与分析
把序列存进一个矩阵中,形成弗兰德迁移矩阵分析。
还可以使用曲线分析,纵坐标代表师生语言行为,横坐标代表时间,构成一个坐标系,将行为与时间的交点用线段连接起来,就形成了语言比率动态特性曲线。
描绘S-T图进行分析。
以原点为教学的起始时刻,将测得的S、T数据顺序地在S轴、T轴上予以表示,直到教学结束,就得到S-T图。
S-T分析法最终通过计算Rt和Ch值判断教学模式。
(Rt表示教师行为与总采样行为的比率,Ch表示学生行为与总采样行为的比率。
)
统计分析帖子的数量,得出概括性了解。
分析四大类活动“意义单元”的频次,分析每个纬度“意义单元”的时间序列,最终获得结论。
不可否认,把系统论作为方法论的角度来讲,交互分析比概念层次的要素分析已经进了一大步。
它不是对各个要素进行割裂的分析,而是从系统整体地把握上寻求关键因素进行分析,开始关注要素之间的某些联系。
交互分析还能够帮助教师看到教学的一些细节,对改进教学具有一定的辅助作用。
对角色及其行为的编码是整个交互研究的核心部分。
不同研究者会提出不同的编码体系。
由于交互的复杂性,使得各研究者用于相似定性分析任务的词汇却各不相同,在一定程度上造成了混乱,而不同的编码体系又会导致不同的结论,所以交互分析需要一定的术语标准化。
另外,编码体系对数据源也有依赖性,同样的言语行为(文本上的),加上语气、肢体语言(录像中的),就可能归于不同的类型[]。
在采集数据方面,最初数据采集多使用时间为单位进行采集,越来越多的研究者意识到对时间序列的机械切分造成的问题,进而采用多种例如“意义单元”这样的切分单位。
然而“意义单元”的划分标准是模糊的,产生“意义单元”中意义没有具体的依附体使产生意义组合很容易出现任意性。
总之,编码体系的任意性,以及其对言语信息归类和切分带来的主观性,还有在对数据进行划分采用的规则存在问题,最终导致结论的低可靠性。
1.2.2基于信息系统的教学分析
随着从信息角度研究教育的工作逐步展开,研究内容日益广泛,并取得了不少进展。
从香农四十年代开启了信息论的时代后,信息论被广泛应用到各个领域,教育行业也不例外。
杜威是较早地明确使用“信息”概念的教育学家,而在杜威先前的学者们虽然没有明确使用“信息”概念,却由于教育与信息有着实质的不可分的联系,大都朦胧的感觉到一些具体的信息加工与接受信息的活动在教育中的重要地位,并提出了很多有深远影响的见解。
20世纪80年代以来,在我国社会科学界掀起了一股推广和学习三论的热潮。
所谓三论,即“系统论”“控制论”和“信息论”。
在教学分析领域中,国内有些学者认为教学是任类最常见的一种认知活动,它在实质上是一个信息流动的过程。
并从横向和纵向两个维度对课堂中的信息流进行划分:
输人信息、固有信息、输出信息组成了教学过程的三列纵向信息,知识信息、结构信息、方法信息,则构成了教学过程中的三列横向信息。
这些纵横交错的信息,构成了一个完整的课堂教学信息网络,而信息流就在这张网上不停地流动着[]。
李克东教授在《系统科学方法在教学系统研究中的应用》一文中对教学系统中认知学习过程进行了信息流向分析,并采用功能模拟的系统科学研究方法来分析教学系统[]。
国外出现了把教学系统看作信息系统进行研究的观点,比如豪恩斯坦教学系统观。
美国佛罗里达国际大学教授豪恩斯坦(A.DeanHauenstein)在其所著的《教育目标的一种概念架构——对传统分类学的整合》[]书着眼于教学系统功能机制。
他把系统的观点引入教学,并明确提出教学系统是一个信息系统。
在教学系统中,信息或内容(即他人的知识)有四种,分别是符号性信息、描述性信息、处方性信息和技术性信息。
经过了学习体验之后,这些信息有可能被领会,转化为学生自身的内在的知识。
图2教学系统概念模型
从信息系统的角度来研究教学系统,可以克服在教学研究中存在的孤立、静止、简单化的毛病,并且可使教学研究从定性分析、概率统计描述的水平提高到系统科学分析的高度,使教学规律的描述更为深刻。
纵观相关文献资料我们可以发现许多学者以信息传递与加工的观点来看待教育过程,构造了许多教学过程的信息流程图或者教育系统信息流程图,也有人称之为教育信息系统中的信息传递模型;另外有学者利用信息论中的现成的概念来描述或表达教育活动中的某些现象。
促进了教育理论的发展,但是也无需讳言,现在大部分的研究只是把现成的信息论概念原封不动用来描述教育现象,没有把信息观点和信息论的成果有机地融化于教育领域的研究之中[]。
1.2.3基于信息系统的教学分析——教学系统分析IIS图方法
《教学系统分析技术的初步研究》[]一文把教学分析建立在信息系统视角之上,从教学系统整体功能机制出发,以信息系统为视角的教学分析的观点引入实际的分析操作。
(1)建立教学系统模型
该文认为教学系统总体功能就是通过教师的有效干预来帮助学生完成对知识、技能和价值观的自我建构。
教学系统是一种教师、学生和具有信息处理能力的媒体这三个信息处理主体之间信息流动的系统,本质上是一种信息系统。
基于对教学系统功能的认识,并充分考虑知识的共享和社会性建构的特征,建模如图2。
图中用IPL、IPT、IPM分别代表参与教学系统功能耦合的学生、教师和信息媒体对信息的处理。
这种内部的信息处理是透明,不可见的,但它的输入和输出是可见的表达为{X}和{Y}。
IPL、IPT、IPM的{Y}集中起来,抽象出一个信息的共享集IIS(InstructionalInformationSet)。
(2)分析操作的基本内容
系统分析即用一种编码体系代替另一种编码体系,用于表征那个系统,而那个新的编码体系能够清晰的反映系统的某些特征。
IIS图分析法的操作内容包括三个部分。
①IIS的输入信息项{Y}的表征。
IIS的输入信息项即是各个IP的{Y}。
其中IPT的{Y}是指教师在教学过程中临时创生的信息(包括用特定媒体工具表达的信息),比如言语陈述、表演、板书等。
IPM的{Y}是指教师或学生操作媒体时,从媒体中提取出来的信息。
IPL的{Y}是指学生在教学过程中创生的信息,比如言语陈述、回答问题、记录笔记等。
②IIS输入信息项{Y}的序列表征。
输入信息项的序列并不一定是线性序列,可能包含有并发特性。
可以使用可视的方式表达出来。
如图3
图3IIS输入信息项序列示意图
③IIS的知识网络图表征——IIS图。
作者认为如果仅仅从线性序列或者集合的角度,看不到这些知识点之间的关系及其教学意义。
需要采用一种能表达这种关系和意义的结构,这种结构就是带有标记的知识点网络图,即IIS图。
这里所谓的标记是指输入信息项的属性值(比如,表征形态等)及其从该集合中反映出来的各个知识点的特征(比如,被激活的次数等)。
我们把以上教学分析方法称为:
教学系统分析IIS图方法。
与其他教学系统分析的方法相比,IIS图方法能够反映教学系统知识建构的总体水平。
这是进一步研究教学评价的基础。
IIS图分析法也是教学设计技术的有机组成部分,并可以广泛应用到教学资源、网络课程的缺陷分析、质量评估等方面。
2研究的目的、内容、意义与研究设计
2.1研究目的与内容
对教学系统进行IIS图分析有一个假定,即知识点的某种属性(比如,激活量)与知识点的学习效果存在着相关关系。
如果这个假设是成立的,IIS图分析才可能是有效的。
本研究的目的是验证这个假设的正确性,并探索教学系统分析IIS图方法的实现细节,即创立适合IIS图法的操作规范。
通过上文的讨论,我们知道教学系统分析IIS图方法是在进行教学系统建模的基础上,通过分析抽象出的教学信息集合——IIS来理解教学系统。
为了验证IIS图方法的有效性,我们需要规范其具体的操作细节,才能保证收集到的数据真实。
IIS图分析方法主要包含了三个部分:
第一部分,如何确定IIS的输入信息项{Y}?
输入信息项,我们也称之为信息流,是三个教学
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