ISM(解释结构模型)

第十二章第十二章解释结构模型法解释结构模型法本章学习要点本章学习要点解释结构模型法是用于分析教育技术研究中复杂要素间关联结构的一种专门研究方法，作用解释结构模型法是用于分析教育技术研究中复杂要素间关联结构的一种专门研究方法，作用是能够利用系统要素之间已知的零乱关系，揭示出系统的内部结构。解释结构模型法的具体操作是能够利用系统要素之间已知的零乱关系，揭示出系统的内部结构。解释结构模型法的具体操作是用图形和矩阵描述出各种已知的关系是用图形和矩阵描述出各种已知的关系,,通过矩阵做进一步运算，并推导出结论来解释系统结构通过矩阵做进一步运算，并推导出结论来解释系统结构的关系的关系..本章介绍了解释结构模型的基本概念；论述了解释结构模型法应用的具体步骤；以本章介绍了解释结构模型的基本概念；论述了解释结构模型法应用的具体步骤；以““网络网络化学习与传统学习的差异分析化学习与传统学习的差异分析””为案例说明解释结构模型法在教育技术研究中的具体应用。为案例说明解释结构模型法在教育技术研究中的具体应用。通过本章的学习通过本章的学习,,应了解解释结构模型的基本概念应了解解释结构模型的基本概念,,明确有向图、邻接矩阵和可达明确有向图、邻接矩阵和可达矩阵的含义，掌握解释结构模型法应用的步骤，熟练运用解释结构模型法分析解决教育技术研究矩阵的含义，掌握解释结构模型法应用的步骤，熟练运用解释结构模型法分析解决教育技术研究中的具体问题。中的具体问题。本章内容结构本章内容结构系统结构的有向图示法系统结构的有向图示法有向图的矩阵描述有向图的矩阵描述邻接矩阵的性质邻接矩阵的性质可达矩阵可达矩阵系统要素分析系统要素分析建立邻接矩阵建立邻接矩阵进行矩阵运算，求出可达矩阵进行矩阵运算，求出可达矩阵对可达矩阵进行分解对可达矩阵进行分解差异特征要素分析差异特征要素分析要素强弱分析要素强弱分析解释结构模型分析解释结构模型分析WBTWBT的层级模型与因果关系分析的层级模型与因果关系分析解释结构模型法的基本概念案例-网络化学习与传统学习的差异分析解释结构模型法应用步骤第一节第一节解释结构模型法的基本概念解释结构模型法的基本概念定义：定义：解释结构模型法（解释结构模型法（InterpretativeStructuralInterpretativeStructuralModellingModellingMethod,Method,简称简称ISMISM方法）方法）ISMISM方法是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法，它在揭示系方法是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法，它在揭示系统结构，尤其是分析教学资源内容结构和进行学习资源设计与开发研究、教统结构，尤其是分析教学资源内容结构和进行学习资源设计与开发研究、教学过程模式的探索等方面具有十分重要作用，它也是教育技术学研究中的一学过程模式的探索等方面具有十分重要作用，它也是教育技术学研究中的一种专门研究方法。种专门研究方法。一、系统结构的有向图示法一、系统结构的有向图示法有向图形有向图形————是系统中各要素之间的联系情况的一种模型是系统中各要素之间的联系情况的一种模型化描述方法。它由节点和边两部分组成化描述方法。它由节点和边两部分组成节点节点————利用一个圆圈代表系统中的一个要素，圆圈利用一个圆圈代表系统中的一个要素，圆圈标有该要素的符号；标有该要素的符号；边边————用带有箭头的线段表示要素之间的影响。箭用带有箭头的线段表示要素之间的影响。箭头代表影响的方向。头代表影响的方向。例例11：：在教育技术应用中的计算机辅助教学（在教育技术应用中的计算机辅助教学（CAICAI））其过程可以简单表示为：教师其过程可以简单表示为：教师设计设计CAICAI课件提供给学生自主学习，课件提供给学生自主学习，CAICAI课件通过计算机向学生显示教学内容，并对课件通过计算机向学生显示教学内容，并对学生提问，学生根据计算机的提问作出反应回答。这样一类学生提问，学生根据计算机的提问作出反应回答。这样一类CAICAI活动过程，我们可以用活动过程，我们可以用图图--11表示。表示。教师教师计算机多媒体计算机多媒体学生学生图图11CAICAI系统结构模型系统结构模型二、有向图的矩阵描述二、有向图的矩阵描述对于一个有向图，我们可以用一个对于一个有向图，我们可以用一个mm××mm方形矩阵来表示。方形矩阵来表示。mm为系统要素的个数。为系统要素的个数。矩阵的每一行和每一列对应图中一个节点（系统要素）。规定，要素矩阵的每一行和每一列对应图中一个节点（系统要素）。规定，要素SiSi对对SjSj有影响有影响时，矩阵元素时，矩阵元素aaijij为为11，要素，要素SSii对对SSjj无影响时，矩阵元素无影响时，矩阵元素aaijij为为00。即。即（（11））对于图对于图11中，中，m=3m=3即可构成一个即可构成一个33××33的方形矩阵，表示为：的方形矩阵，表示为：,0,1无影响时对当有影响时对当jijiijSSSSaTMS333231232221131211aaaaaaaaaA根据式（根据式（11）则用矩阵表示为：）则用矩阵表示为：上述这种与有向图形对应的，并用1和0表现元素的矩阵称为邻接矩阵三、邻接矩阵的性质三、邻接矩阵的性质实验过程本身就是一个系统，它包含有实验者（实验过程本身就是一个系统，它包含有实验者（SS11）、）、实验对实验对象（象（SS22）、）、实验因素（自变量）（实验因素（自变量）（SS33）、）、干扰因素（干扰因素（SS44））和实验和实验反应（因变量）（反应（因变量）（SS55）等）等55个基本要素。这个基本要素。这55个因素之间的联系关个因素之间的联系关系可以用表系可以用表1212--11表示，表示，根据此表，也可以用有向图（图根据此表，也可以用有向图（图1212--22））和邻接矩阵表示。和邻接矩阵表示。010100010SMTASMT表表1212--11因素之间的联系因素之间的联系实验者（实验者（S1S1））实验者（实验者（S2S2））实验者（实验者（S3S3））干扰因素干扰因素（（S4S4））实验反应实验反应（（S5S5））实验者实验者SS11○控制变量○控制变量○排除干扰○排除干扰○测量反应○测量反应实验对象实验对象SS22○作出反应○作出反应实验因素实验因素SS33○刺激对象○刺激对象干扰因素干扰因素SS44○干扰对象○干扰对象实验反应实验反应SS55S1S4S2S3S5000000001000010100001110054321sssssAS1S2S3S4S5图12-2有向图邻接矩阵描述了系统各要素之间直接关系，它具有如下性质：邻接矩阵描述了系统各要素之间直接关系，它具有如下性质：⒈⒈邻接矩阵和有向图是同一系统结构的两种不同表达形式。邻接矩阵和有向图是同一系统结构的两种不同表达形式。矩阵与图一一对应，有向图形确定，邻接矩阵也就唯一确矩阵与图一一对应，有向图形确定，邻接矩阵也就唯一确定。反之，邻接矩阵确定，有向图形也就唯一确定。定。反之，邻接矩阵确定，有向图形也就唯一确定。⒉⒉邻接矩阵的矩阵元素只能是邻接矩阵的矩阵元素只能是11和和00，它属于布尔矩阵。布尔矩阵的运算，它属于布尔矩阵。布尔矩阵的运算主要有逻辑和运算以及逻辑乘运算，即：主要有逻辑和运算以及逻辑乘运算，即：0+0=00+1=11+1=10+0=00+1=11+1=111××0=000=00××1=011=01××1=11=1⒊⒊在邻接矩阵中，如果第在邻接矩阵中，如果第jj列元素全部都为列元素全部都为00，则这一列所对，则这一列所对应的要素应的要素SSjj可确定为该系统的输入端。例如，上述矩阵可确定为该系统的输入端。例如，上述矩阵AA中，对应中，对应SS11列全部为列全部为00，要素，要素SS11可确定为系统的输入端。可确定为系统的输入端。⒋⒋在邻接矩阵中，如果第在邻接矩阵中，如果第ii行元素全部都为行元素全部都为00，则这一行所对应的要素，则这一行所对应的要素SSii可确定可确定为该系统的输出端。例如，上述矩阵为该系统的输出端。例如，上述矩阵AA中，对应中，对应SS55行全部为行全部为00，要素，要素SS55可确可确定为系统的输出端。定为系统的输出端。⒌⒌计算计算AAKK，，如果如果AA矩阵元素中出现矩阵元素中出现aaijij=1=1，，则表明从系统则表明从系统要素要素SSii出发，经过出发，经过kk条边可达到系统要素条边可达到系统要素SSjj。。这时我们说这时我们说系统要素系统要素SSii与与SSjj之间存在长度为之间存在长度为kk的通道。如上述矩阵的通道。如上述矩阵矩阵矩阵AA22表明，从系统要素表明，从系统要素SS11出发经过长度为出发经过长度为22的通道分别到达系统要素的通道分别到达系统要素SS22和和SS55。。同同是，系统要素是，系统要素SS33和和SS44也分别有长度为也分别有长度为22的通道到达系统要素的通道到达系统要素SS55。。它们分别为：它们分别为：①①→④④→②②;;①①→③③→⑤⑤;;③③→④④→⑤⑤;;④④→③③→⑤⑤00000100001000000000000102A计算出矩阵计算出矩阵得到：得到：3A00000000000000000000100003A00000000000000000000000004A矩阵A3表明，从系统要素S1出发经过长度为3的通道到达系统要素S5。它就是①→③→④→⑤。四、可达矩阵四、可达矩阵如果一个矩阵，仅其对角线元素为如果一个矩阵，仅其对角线元素为11，其他，其他元素均为元素均为00，这样的矩阵称为单位矩阵，用，这样的矩阵称为单位矩阵，用II表示。表示。根据布尔矩阵运算法则，可以证明：根据布尔矩阵运算法则，可以证明：22)(AAIIA同理可以证明：kkAAAIIA2)(如果系统A满足条件MIAIAIAkkk11)()()(则称M为系统A的可达矩阵。可达矩阵表示从一个要素到另一个要素是否存在连接的路径。第二节第二节解释结构模型法应用的步骤解释结构模型法应用的步骤一、一、ISMISM方法的基本步骤方法的基本步骤ISMISM方法的作用是把任意包含许多离散的，无序的静态的系统，利用系统方法的作用是把任意包含许多离散的，无序的静态的系统，利用系统要素之间已知的、但凌乱的的关系，要素之间已知的、但凌乱的的关系，揭示出系统的内部结构。其基本方法是揭示出系统的内部结构。其基本方法是先用图形和矩阵描述各种已知的关系，在先用图形和矩阵描述各种已知的关系，在矩阵的基础上再进一步运算、推导矩阵的基础上再进一步运算、推导来解释系统结构的特点。其基本步骤如下：来解释系统结构的特点。其基本步骤如下：（（11）建立系统要素关系表）建立系统要素关系表（（22）根据系统要素关系表，作出相应的有向图形，并建）根据系统要素关系表，作出相应的有向图形，并建立邻接矩阵；立邻接矩阵；（（33）通过矩阵运算求出该系统的可达矩阵）通过矩阵运算求出该系统的可达矩阵MM；；（（44））对可达矩阵对可达矩阵MM进行区域分解和级间分解；进行区域分解和级间分解；（（55）建立系统结构模型。）建立系统结构模型。二、以任务驱动式教学过程模式为例，说明如何用二、以任务驱动式教学过程模式为例，说明如何用ISMISM方法对系统方法对系统进行系统结构进行系统结构分析：分析：（一）系统要素分析（一）系统要素分析任务驱动式教学过程是指教师根据教学目标和学生实际向学生提出学习任务，同任务驱动式教学过程是指教师根据教学目标和学生实际向学生提出学习任务，同时提供完成任务所需要的学习资源和相关材料，要求学生利用资源完成一个作品，教时提供完成任务所需要的学习资源和相关材料，要求学生利用资源完成一个作品，教师还提供对作品的评价指标体系并对学生作品作出评价，要求