基于模式知识库和EPSS的教学设计自动化系统-教育技术通

基于模式知识库和EPSS的教学设计自动化系统马宁计算机教育应用方向导师：何克抗教授基于模式知识库和EPSS的教学设计自动化系统一、问题的提出二、理论基础三、研究内容3.1功能分析3.2系统设计3.3关键技术与实现四、研究方法五、研究计划及研究成果一、问题的提出1.1研究意义教学设计要求设计人员掌握多方面的专门知识；很多教师对教学设计的理解存在偏差，导致设计的教学方案的不合理；教学设计过程包含许多重复性工作，增加了教师和教学系统开发人员的负担；信息技术环境下的教学设计需要专门的理论支持和实践探索；目前已有的一些辅助教学开发工具（如Authorware等）仅仅支持开发和集成，不支持教学设计。教学设计自动化国外研究现状：（1）内容分析部分教学模式的综合，不够系统和综合，也没有针对特定的领域进行系统的开发，如：IDExpert。针对企业内部培训而进行的课件开发工具，与学校教学没有太大的关系，如：为了空军培训进行的XAIDA项目。针对整个教学设计领域，重点不突出，如：AGD系统。1.2国内外研究现状（1）（2）功能分析专家系统，如：IDExpert系统、XAIDA系统等；咨询系统，如：IDAW-InstructionalDesignAdvancedWorkbench系统；信息管理系统，如：IDE（InstructionalDesignEnvironment）系统；EPSS系统，如：AGD、Designer’sEdge、InstructionalDesignWare等。1.2国内外研究现状（2）教学模式工具包（TeachingModelsToolkit，TMT），由华东师范大学张际平博士开发（1996），主要进行的是多媒体资源的可移植性研究；JBMT系统由北京大学汪琼博士开发（1997），她提出了一种新的教学软件开发模型－－课堂件写作模型；郑永柏博士总结了国内外的100多种教学模式，提出了基于教学处方理论的ISD-EPSS系统的设计原型（1998年）1.2国内外研究现状（3）1.3技术定位专家系统试图控制教学设计过程，略去了大量的包含复杂联系和变化元素的过程，抑制了教师创造性的发挥；咨询系统和信息管理系统功能过于单一；EPSS目的在于用各种手段来提高设计者的绩效，仍然强调把创造性的工作由设计者来完成；除了有指导或多种查询、输出功能外，还强调全方位地提高教学设计者的绩效。1.4现有教学设计EPSS系统的不足生成的产品仅仅停留在课件层次，不支持多种产品的输出；没有对教学设计的评价环节给予足够的重视大多数产品都没有对产品的评价；大多只是提供模板，在复杂环节，如：教学模式的选择，没有提供类似专家的诊断和建议。二、理论基础建构主义学习理论建立教学模式知识库的主要指导思想“主导——主体”教学设计理论系统框架设计、知识库建立的重要理论基础绩效技术和EPSS——通过必要的有限训练和最低程度的外部支持来提高绩效目标和指导思想三、研究内容3.1目标建构信息技术环境下的教学模式知识库,每种教学模式都从七个方面对其进行标识：指导思想、核心概念、应用领域、教学案例、模式详述、教学模板和学习工具。研发信息技术环境下教学设计EPSS知识系统（ID-EPSS系统）。3.2功能分析1.可行性分析功能2.提供建议和参考3.教学设计模板及其编辑功能4.有实施案例的在线帮助功能5.方便、丰富的写作环境6.编辑、生成新的教学模式7.图形界面8.成果输出功能9.后期评价功能3.3系统设计需求分析教师特征分析学习者特征分析教学内容分析教学目标分析整体实现与优化成果输出是否适合进行信息技术环境下的教学不适合结束适合教学模式生成与选择后期评价学习工具选择与设计教学模式设计知识库管理分析决策知识库教学模式知识库设计成果知识库决策需求分析教师特征分析学习者特征分析教学目标分析教学内容分析分析模块模式生成与编辑模块教学模式选择学习工具选择设计成果输出模块教学设计方案脚本课件添加删除修改查询统计教学模式设计3.3.1分析模块（1）——需求分析模块对学校的硬件情况进行分析，判断在信息技术环境下开展教学的可行性，主要测试内容有：计算机数量、网络环境、维护人员情况、计算机配置、上机条件等如果合格，则允许教师进入系统的后续环节；如果不合格则退出该系统。此外，对相应的分析结果进行保存。3.3.1分析模块（2）——教师特征分析模块判断教师是否具备在信息技术环境下开展教学的能力，测试内容包括：教师的计算机使用水平、应用网络技术的情况、是否开展过信息技术环境下的教学、对信息技术环境下教学的看法和思想、对教师角色的认识等。如果合格，则允许教师进入系统的后续环节；如果不合格则退出该系统。将教师的特征分析结果存入数据库，在教师下次登录时，可直接从数据库中读取结果。但每隔一个月，应对教师进行重新测试，并刷新数据库中的相关数据。3.3.1分析模块（3）——学习者特征分析模块对学习者特征进行测试，测试内容包括：学生的计算机使用水平、应用网络技术的情况、对计算机的感情和认识、是否喜欢这样的学习方式、是否在信息技术环境下学习过、学生的年龄、男女比例等，并分出等级：0级——不适合进行相关学习，退出该系统；1级——可以展开教学，但要放慢速度，采取较简单的计算机技术；2级——可以展开教学，采用所需的任何计算机技术。3.3.1分析模块（4）——教学目标分析模块和教学内容分析模块一个文本编辑环境在试题输入环节，还应该提供填空题、单选题、多选题、判断题、简答题的生成环境，在生成每种类型的试题时，提供相关答案的生成环境3.3.2决策模块学习者特征分析教学内容分析教学模式编辑与选择模块教学目标分析教学模式生成教学模式知识库决策模块分析决策知识库3.3.3模式生成与编辑模块i.教学模式选择模块ii.学习工具选择与设计模块iii.教学模式设计模块填写模板的方式对案例进行修改的方式模板式写作环境可增加或删除模板的某个环节；能以网页形式对相关结果进行保存；可进行文字的基本处理：增加、删除、字体、段落编辑等；可进行表格的相关编辑；可进行超链接编辑；可插入图形、视频、音频等多媒体信息可发布课件等案例修改式写作环境简单的文本编辑环境将生成的教学设计方案入库3.3.4整体优化模块用户人工操作完成，也可请有经验的教师或教学设计专家。主要内容有：教学目标的审定、教学内容的设计、媒体的选择、教学模式的设计、测试题的设计等。3.3.5成果输出模块何种方式输出生成独立网页网页链接选择页面风格发布生成文档结束网页课件形式文档形式3.3.6后期评价模块教学实施之后四个写作空间优点缺点改进之处心得3.4关键技术与实现（1）i.教学模式知识库和分析决策知识库的建立对国内外成功的教学模式进行收集、整理，确定其指导思想、核心概念。在中小学中开展教学实验，修订、设计合理的教学模式，确定每种模式的应用领域。主要通过实验、总结的方式获得相关数据。设计、制作、收集教学模式所对应的成功的教学案例及学习工具等内容。根据各种教学模式的思想和步骤，设计、开发教学模式模板。设计合理的数据库结构，在包容所有七类属性的同时，方便对数据库的查询、修改和添加。3.4关键技术与实现（2）ii.教学模式的决策一定范围内的模糊查询iii.教学模式编辑的写作环境四、研究方法对国内外现有此类技术进行深入调研和分析；对教学模式的相关内容采取实验研究法；关键技术的突破采用先建立理论模型，然后通过实验去证实、改进与完善；对有些关键技术也可采用先引进，然后消化、仿制、改进，最后创新的路子；整个研发项目的管理，将严格按照软件工程的要求进行实施五、研究计划及研究成果时间计划2002年4月——2002年6月总体方案设计阶段、详细技术方案设计阶段2002年7月——2002年10月系统原型开发阶段2002年7月——2002年11月收集30种属性齐备的信息技术环境下开展教学的教学模式2002年12月——2003年2月写作环境开发阶段2003年3月——2003年4月系统的试运行及测试阶段、系统修订阶段、系统在实际教学运行阶段2003年5月相关技术手册的编写2003年6月项目验收阶段项目的最终成果：（1）能够在中小学教学中实际运行的教学设计EPSS知识系统（ID-EPSS）；（2）结构健全的信息技术环境下的教学模式知识库。谢谢大家请多提宝贵意见！教学设计自动化（AID：AutomatedInstructionalDesign）是有效发挥计算机技术的优势，为教学设计人员和其他教学产品开发人员在教学设计过程和教学开发过程中提供辅助、指导、咨询、帮助或决策的过程。教学设计自动化工具并不专指高度智能的开发工具，也不强调用机器代替教师、学科专家的所有职责。