教学系统分析技术的初步研究

1APilotStudyonAnalysisTechnologyofInstructionSystem教学系统分析技术的初步研究杨开城北京师范大学教育技术学院100875摘要：对教学系统分析技术的研究能引导研究者更加深入地理解教学系统。教学系统的分析实际上就是用另外一种编码体系来表征自然语言表征的教学系统。我们把教学系统理解为由IPL、IPM和IPT以及它们的{X}和{Y}再加上表达社会性共享知识集合IIS所构成的功能耦合系统。按照这个教学系统结构图式，教学系统分析的操作分三步走：⑴IIS初始图;⑵确定IIS的输入信息项的过程序列；⑶根据实际需要将IIS输入信息项中的数据转化为IIS图的标注信息。教学系统分析的最终结果之一是IIS图，它所提供的标注数据反映了教学系统的某些整体特征，与教学效果存在着某种直接或间接的联系。关键词：教学系统；系统分析；系统建模；IIS图一、引言教学系统分析之所以能广泛引起研究者的兴趣，是因为这种研究可以避开逻辑思辨和简单的实证研究，引导人们逐渐深入地理解教学系统。长期以来，人们满足于对教学系统的直观认识，认为教学系统是由教师、学生、媒体以及教学内容组成。那些对此种认识不满意的研究者，还会向教学系统中增加其他一些可见的成分。然而这种直观认识不但是含糊的(比如，众所周知，并非教师和学生的全部属性都是教学系统的构成要素)，而且也不可能引导研究者深入了解教学系统。它至多只能揭示出来一些概念和静态的关系而已。这也说明了，系统论的思想在教学研究领域只是一种观念而没有成为方法论工具。而教学系统的建模与分析是把系统论的思想转化为方法论的好的开端。国外在教学系统的建模与系统分析方面的研究也刚刚起步，目前主要集中在协作学习的交互分析上[1][2][3][4]。对教学系统做整体分析的还没有出现。国外研究者通常相信交互方式具有某种内在价值，他们通常研究协作过程中的角色、信息归类(言语行为类型)、职责与期望之间的关系，试图建构更加细致的协作学习过程模型或者概念模型。他们也为此开发了一些辅助分析的软件系统。我们认为，由于某种类型的言语行为的缺失的确会妨碍到协作学习，但是交互方式本身并不具有什么内在的价值，因为它对教学目标并没有实际的贡献。国外研究者对交互方式的研究对于某种日常交流，特别是开放主题的交流，似乎是有效的；但是对于具有明确教学目标的教学系统而言，他们的结论是令人怀疑的。这类交互分析最终的分析结果也只能与心理学模型进行比对，检查交互方式方面的缺陷。我们无法指望这类分析对于教学效果进行合理预测。国内在教学系统的建模与整体系统分析方面目前还没有先例。与这个方向有关的研究主要集中在对目标的抽象价值判断、对教学过程的宏观概括、对教学方法和教学策略的取舍以及对教学模式的判定等方面。对于被称为“教学系统”的媒体产品的分析，也主要集中在2系统的功能设置以及说明这些功能设置如何符合先进的教学理念方面，而且很多功能设置及其优势还停留在设想水平上。与国外相比，国内CSCL的交互分析研究文献非常稀少，只有黄荣怀博士的知识工程所在关注[5][6]。二、教学系统的建模与分析㈠教学系统的建模系统分析的前提是系统建模，否则就不能称为系统．．分析。系统建模需要解决两个问题：一是划定系统与环境的界线；二是确定系统功能的耦合结构。任何系统都生存在特定环境中，与环境保持着某种物质、能量或信息的交换，同时也经受着环境的干扰。任何稳定的系统也正是因为具有稳定的、自我闭合的功能耦合结构，才能经受得住环境的不确定性干扰。对教学系统与其环境的划界是困难的。这是因为实际的教学实践是多个不同类型的系统相互耦合的结果，主体同时活动在多个系统当中。这就需要我们从教学系统的总体功能出发确定教学系统的边界。我们认为，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。教学系统采用的是可观察、可控制的信息手段。因此，我们认为，教学系统是一种教师、学生和具有信息处理能力的媒体①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。除了信息处理和信息流动之外，其他要素便被划入教学系统的环境要素。对于一个具体的、活动着的系统而言，系统结构并不表现为某种物理时空意义上的概念之间的静态关系，而是表现为功能模块之间动态的功能耦合关系。根据教学系统的功能，教学系统的结构必然可以表达为教师、学生和信息媒体这三类主体之间的信息流动的关系(这种关系的初步表达见图1)。在图1所示的教学系统的结构图式中，IPT、IPL(我们用2个IPL表达多个学生的参与)和IPM②分别代表参与教学系统功能耦合的教师、学生和信息媒体对信息的处理。这种内部的信息处理是透明的、不可见的。但是它们的输入和输出是可见的，表达为{X}和{Y}。教学系统实际上是在学生自身学习系统的基础上，构建的另一个更大规模的系统。但是教学系统与学习系统之间却不是包含关系。因为学生自身的学习系统只有某些局部功能参与了教学系统的功能耦合，这些局部功能是教学系统和学习系统之间联系的纽带。教学系统的所有的努力都是为了学生学习系统的良好运转，也就是成功的知识内外化。这种知识的内外化离不开信息的共享和社会性建构。然而图1所示的教学系统结构却不能很好地反映知识的共享和社会性建构的特征。而这个特征恰恰是教学系统成功运行的最本质特征。为了表达这个特征，我们将教学系统结构转变为另一种更抽象一些的表达。我们将IPT、IPL和IPM的{Y}集中起来用一个信息集合(称为教学信息集合，InstructionalInformationSet,IIS)来表示，这个集合就是信息的共享集合。{Y}作为IIS的输入信息项，只是与这个教学信息集合的某项信息或某个子集有关。图2所示的教学系统结构体现了这种意图。这种教学系统的结构图式，似乎更适合于教学系统分析。因为，根据学习理论，教学系统最终需要关注各个IP③的{Y}与社会性共享信息之间的关系。①后文称为信息媒体。②IPT即InformationProcessingofTeacher的缩写；IPL即InformationProcessingofLearner的缩写；IPM即InformationProcessingofMedia的缩写。③我们将IPL、IPT和IPM统称为IP3媒体对信息的处理IPM(InformationProcessinginMedia){Y1}{X1}{X2}{X3}{Y2}{Y3}{Y4}{X4}{Y5}{X5}{X6}{Y6}学生对信息的处理IPL(InformationProcessingofLearner)教师对信息的处理IPT(InformationProcessingofTeacher)学生对信息的处理IPL(InformationProcessingofLearner)媒体对信息的处理IPM(InformationProcessinginMedia)学生对信息的处理IPL(InformationProcessingofLearner)教师对信息的处理IPT(InformationProcessingofTeacher)学生对信息的处理IPL(InformationProcessingofLearner){Y1}{X1}{X2}{X4}教学信息集IIS{X3}{Y2}{Y3}{Y4}环境环境环境环境图1教学系统结构(I)图2教学系统结构(II)按照图2所示的教学系统的结构图式，我们必然将师生人际关系、学生的主体性水平、学生的学习准备、学习态度、设备工作状态等等都归入教学系统的环境要素。这种划分是与教学设计的理论研究相吻合的。㈡教学系统分析操作的基本内容系统分析也就是用一种编码体系代替另一种编码体系表征那个系统，而新的编码体系能清晰地反映系统的某些特征。按照图2所示的教学系统结构图式，我们知道，教学系统分析所需要的操作内容至少包括三个方面：⑴IIS的输入信息项{Y}④的表征IIS的输入信息项即是各个IP的{Y}。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。为了进行教学系统分析，我们必须关注IIS的输入信息项的这些属性：贡献者、操作、信息类型、表征形态、对应的知识网络、信息质量等。这些属性与教学效果之间有着直接或间接的联系。具体来说，输入项的表征格式可以是：IPx_n操作信息类型表征形态知识网络子图[{内容注释}][信息质量]⑤。IPx_n是指某个IP。IPx可以是IPT、IPLi、IPM(T)和IPM(L)。n代表某个IP输出的序号，是自然数。IPLi中的i用来区分不同的学生。不区分时可省略i。IPM(T)是指媒体的操作者是教师；IPM(L)是指媒体的操作者是学生。操作是指IPx输出的外部操作，比如陈述、复述、表演等。从中我们可以推知操作者的内部“思维”。信息类型分类2大类：事实类信息和价值类信息。事实类信息继续细分为：①目标描述；②情境；③知识语义；④事实和范例(包括现象、问题和任务)；⑤答案；⑥管理指令(反馈、评价、指导、惩罚、训斥等)；⑦方法描述；⑧其他相关信息；⑨不相关信息。知识网络子图是指{Y}所反映的知识子集⑥，可以用知识点和关系序列来表④{X}最终是某个{Y}，所以对{X}是不需要分析的⑤用[]括起来的项目是可选项⑥后面称之为：{Y}激活了某个IIS子图4示。只有当信息类型是“知识语义”、“事实和范例”和“答案”时，才存在知识网络子图。如果信息项是答案，此处可以是表征问题的那个IPx_n。表征形态可以区分①为文本T；②声音S；③图形G；④图像P；⑤图表Tb；⑥视频V；⑦动画A；⑧实物R；⑨肢体语言B。{内容注释}用于简要介绍该项信息的具体内容信息质量是指信息的正确性、完整性、教学性(可理解性、趣味性、相关性、认知冲突、挑战性等)，默认为良好⑵IIS输入信息项{Y}的序列表征IIS输入信息项的序列并不一定是线性序列，可能包含有并发特征。我们可以用图3所示的可视化方式表达它。我们把IPT系列放到时间轴的上方，其他的放在时间轴的下方。而且在时间轴上也可以标识出{Y}所用的时间比例。IPTIPMIPLIPT时间图3IIS输入信息项序列示意⑶IIS的知识网络图表征——IIS图IIS只是信息的抽象表征，并不代表着信息的实际存储载体。信息实际存储在人的头脑和媒体当中。IIS不是输入信息项的集合，而是输入信息项所反映的知识集合。一开始IIS为空，某些信息因为外化或被访问而成为IIS的一部分。随着教学活动的进行，IIS逐渐扩大为稳定的知识集合。但是如果仅仅从线性序列或者集合的角度，我们看不到这些知识点之间的关系及其教学意义。我们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，我们以后称之为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)。本文后面给出的IIS图，是参考“以学习活动为中心的教学设计理论”中的知识建模规范绘制的。当然，我们可以使用任何一种公认的概念图绘制规范，只要绘制出来的图可以进行各种指标数据的推算。这样教学系统分析的实质就很清楚了，就是将自然语言表征的信息流映射到IIS图上。这个IIS图所表征的数据，对于揭示教学系统某方面的特征具有简洁明快的特点。㈢教学系统分析的操作过程下面我们以山东省济宁市第一中学一级教师郑爱文老师提供的《认识“信息”》⑦一节课的教学方案为例，来说明教学系统分析的操作过程。⑴通过阅读教学方案(或者观看教学录像或者其他考察教学系统的方式)，绘制该教学单元的IIS初始图。我们通过阅读《认识“信息”》这节课的教学方案，按照“知识建模”的操作规范绘制的IIS初始图如图4所示。⑦限于篇幅，本文省略了该教学方案的详细信息5信息信息的载体依附性信息的价值性信息的共