教学方案IIS图分析研究——硕士论文

I 硕 士 学 位 论 文 论文题目：论文题目：教学方案教学方案 IISIIS 图分析研究图分析研究 作 者： 导 师： 系别年级：教育技术学院教育技术学院 学科专业：教育技术学教育技术学 完成日期： 年年 月月 北京师范大学研究生院 II 教学方案的教学方案的 IISIIS 图分析研究图分析研究 摘摘 要要 教学方案作为教学设计的产物，是对教学过程的预期计划。对教学方案进行分析， 可促进教师深层反思，发现教案可改进之处，提高教案的质量水平。 教学方案是设计态的教学系统，教学系统分析的发展也带动了教案分析的发展。早 期对教学系统进行分析，主要是对其构成要素进行解析，即分解教学系统以了解其本质 与规律。后来人们意识到分解所形成的结构并不能解释系统功能，因而转向分析影响教 学功能的关键因素教学系统的外显行为。然而基于行为系统的教学系统分析却存在 难以克服的困难，即在教学行为与教学效果之间无法建立联系。因此，在信息论的影响 下，人们开始以信息系统为视角分析教学系统，认为教学过程实际上是一个信息流动的 过程，可分析信息流与教学效果的关系。基于信息系统的教学系统分析尚处于起步阶段， 大多数研究只提供了理念观点，并无具体操作规范。北京师范大学教授提出的教学系统 IIS 图分析法，从整体功能出发构建了教学系统概念模型，从而将教学系统中的信息流动 过程表征出来。基于此概念模型，制定了具体的表征形式与操作规范，并且已用系列实 证研究验证了该方法的可行性与有效性。 本研究基于教学系统 IIS 图分析法，将其运用于分析教学方案，进一步验证该方法的 有效性。教学方案 IIS 图分析法是一种创新型教案形成性评价方法。对教案进行 IIS 图分 析，生成带有标记的 IIS 图。基于所构建的特征指标对这些标记进行数据层面分析，可获 得客观的指标数值，从而对教学方案的质量得到一定程度了解。基于前期研究成果，本 研究通过对教学方案进行 IIS 图分析，主要完成了以下几方面的工作： (1) 完善教学方案 IIS 图分析的操作规范 教案是对教学系统中信息流动过程的预期计划，与真实课堂（或视频）相比具有不 确定性和不完整性，因此要求教学方案撰写完整、详细。在教学方案 IIS 图分析中，信息 流切分是数据采集分析的关键操作，因此应保证教案中信息流的属性取值明晰化。 (2) 构建标志教学方案质量的特征指标 通过对教学系统的功能进行内涵分析，找到教学系统的本质属性及相关属性，从而 构建了包含总激活量、目标达成一致性、任务类型多元性以及动力水平的特征指标。它 们共同反映了教学方案的期望教学效果。 (3) 验证总激活量的有效性 根据关注点的不同，我们构建了四个与总激活量有关的子指标，包含 IIS 整图激活量 （TQA1） 、目标知识点总激活量（TQA2） 、IIS 整图平均激活量（MTQA1）和目标知识 点平均激活量（MTQA2） 。 通过开展实证研究，获得多份可用教学方案样本。对这些教案样本进行 IIS 图分析得 出：作为关键特征指标，教学方案 II 中总激活量的各个子指标值都大于教学方案 I，且具 III 有显著性差异。 关键词：关键词：教学方案，IIS 图分析法，特征指标，总激活量 IV Research on IIS Map in Teaching Plan Analysis ABSTRACT As the product of instructional design, teaching plan is prepared for teaching process. Teachers can improve their ability of instructional design by analysis of teaching plans. And they make teaching plans better to raise up teaching effects. Teaching plan is the design of instructional system. The development of instructional systems analysis also led to the development of teaching plans analysis. At first, instructional systems analysis was based on static elements. People understood the essence and laws of instructional system by resolving it to several parts. But later people realized that the structure of system formed by decomposition cannot explain the function of system, they started to analysis the visible behavior which can produce an effect on instructional system. However, this kind of instructional systems analysis which is based on behavior has an insurmountable difficulty, which is we unable to establish contact between teaching behavior and teaching effect. Under the influence of the information theory, people started to analysis instructional system based on information system. They believed that teaching process is actually a process of information flow. There is a contact between information flow and teaching effect. Instructional systems analysis based on information system is just starting. Most studies provide only concepts but not operating standards. BNU. professor Yang Kaicheng proposed IIS Map in instructional systems analysis method. From the whole function of instructional system, he constructed the conceptual model of system. Based on this conceptual model, he established an IIS figure analysis operating specifications. And through empirical researches, they have verified the feasibility and validity of this method. We analysis the teaching plans based on IIS Map in instructional systems analysis method, further verify the effectiveness of this method. IIS Map in teaching plans analysis is an innovative and formative evaluation method. Use IIS Map to analysis teaching plan can generate an IIS map with marks. We construct some characteristic indices which are based on these marks, and understand the quality of the teaching plan from data level. On the basis of previous research achievements, We analysis the teaching plan based on IIS Map in instructional systems analysis method .Main completed work as follows: (1) Improve and perfect the operating specifications of IIS Map in teaching plan analysis V method Teaching plan is a plan for the information flow process of instructional system. Compared with the real class (or video), it is uncertain and incomplete. Therefore we demand that the teaching plan is complete and detailed. (2)Construct characteristic indices which indicate the quality of teaching plan Through analysis of the function of instructional system, we found the essential attributes of instructional system. Then we construct characteristic indices which indicate the quality of teaching plan. The characteristic indices include the Total Quantity of Activation, the Goal Consistency, the Plurality of Task Types and the Study Power Level. (3)Verify the validity of the Total Quantity of Activation According to different focus, we constructed four sub-indicators related to the Total Quantity of Activation. That contains the IIS Figure Total Quantity of Activation (TQA1), the Target Points Total Quantity of Activation (TQA2), the Mean of Total Quantity of Activation (MTQA1) and the Mean of Target Points Activation (MTQA2). By empirical research, we got a number of teaching plan samples. Then we used IIS Map in instructional systems analysis method to analysis these samples. And the analysis results indicated that as a key characteristic index, the Total Quantity of Activation of teaching plan II is higher than that of teaching plan I, and the difference is significant. KEY WORDS：Teaching Plan, IIS Map, Characteristic Index, Total Quantity of Activation 1 目目 录录 1 研究背景与意义研究背景与意义1 1.1 研究背景 1 1.2 教学系统分析的发展 2 1.2.1 基于构成要素的教学系统分析2 1.2.2 基于行为系统的教学系统分析3 1.2.3 基于信息系统的教学系统分析6 1.2.4 教学方案分析的现状分析6 1.3 教学系统 IIS 图分析法 9 1.3.1 教学系统的概念模型9 1.3.2 IIS 图分析法的操作规范 .10 1.4 研究意义 .12 2 教学方案 IIS 图分析的实证研究.12 2.1 研究目标 .12 2.2 研究内容 .13 2.2.1 制定并完善教学方案 IIS 图分析的操作规范.13 2.2.2 构建标志教学方案质量的特征指标并验证其有效性.13 2.3 研究过程设计 .13 3 教学方案 IIS 图分析的特征指标.15 3.1 总激活量 .15 3.2 目标达成一致性 .18 3.3 任务类型多元性 .18 3.4 动力水平 .19 4 教学方案 IIS 图分析的操作过程及规范以圆与圆的位置关系教学方案 II 为例.22 5 总激活量有效性的验证.31 5.1 教案改进的依据 .31 5.2 总激活量有效性检验的数据分析 .32 6 总结与展望.37 参考文献.40 2 附 录.42 附录 1圆与圆的位置关系教学方案 I42 附录 2圆与圆的位置关系教学方案 II.43 致 谢.46 1 1 研究背景与意义研究背景与意义 1.1 研究背景 教学方案，即教案，是指教师以教学理论为基础，依据教学对象的特点和教师自己 的教学观念、教学经验、教学风格，运用系统的观点与方法，分析教学中的问题和需要， 确定教学目标，建立解决问题的步骤，合理组合和安排各种教学要素，为优化教学效果 而制定的实施方案1。教学方案作为教学设计的相应产物，是对教学过程的预期计划，它 的呈现往往（但不是必然）反映了教师对教学过程掌握的能力。对教学方案进行分析， 并不是对教师教学设计能力的肯定与否，更多地是为了促进教师反思，帮助他们发现教 学方案中尚存的改进空间，从而提高教学的质量与效率。 教学方案作为设计态的教学系统，教学系统分析的发展也带动了教学方案分析的发 展。早期对教学系统进行分析，主要是对其构成要素进行解析，即分解教学系统来了解 其本质与规律。后来人们意识到分解所形成的结构并不能解释系统功能，因而转向分析 影响教学功能的关键因素教学系统的外显行为。然而，基于行为系统的教学系统分 析却存在难以克服的困难，即在教学行为与教学效果之间无法建立联系。因此，在信息 论的影响下，人们开始以信息系统为视角分析教学系统，认为教学过程实际上是一个信 息流动的过程，可分析信息流与教学效果的关系。不过当前基于信息系统的教学系统分 析尚处于起步阶段，大多数研究只提供了理念观点，并无具体操作规范。北京师范大学 教授提出的教学系统 IIS（Instructional Information Set，教学信息集）图分析法，从整体 功能出发构建了教学系统概念模型，从而将教学系统中的信息流动过程表征出来。基于 此概念模型，等人制定了具体的表征形式与操作规范，并且已用系列实证研究初步验证 了该方法的可行性与有效性。相对于其他方法，IIS 图分析法在科学性、应用性方面具有 明显的优势。 上述三种教学系统分析视角还没有具体用于分析教学方案。虽然早有研究者提出过 其他专门针对教学方案的分析方法，例如教学方案的三段分析法和教学方案优化的层次 分析法，但是这些方法对于教学方案分析的有效性和可行性存在一定局限。教学方案的 分析研究需要相对成熟和有效的分析方法。因此，基于教学系统 IIS 图分析法，本研究尝 试提出教学方案 IIS 图分析法,从而展开对教学方案的定量分析研究。 2 1.2 教学系统分析的发展 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，引导人们逐渐深入地理解教学系统2。教学系统分析以系统论为方法论， 通过对教学系统的特征要素或属性进行分析，实现对教学系统的深入理解，因此对教学 实践具有明显的使用价值。 作为具有历史特性的认识活动，由于理论水平和研究视角的不同，教学系统分析主 要存在三种观点：（1）对教学系统的构成要素进行分析，认为教学系统是由教师、学生、 媒体、教学内容等要素组成，而分析的目的是找到实现最佳教学效果的要素关系；（2） 从行为系统角度对教学系统进行分析，主要是关注交互过程对教学的影响或者某特定行 为如何产生；（3）从信息系统角度分析教学系统，认为教学这一活动实质上是一个信息 流动的过程，分析信息流与教学效果的关系。 1.2.1 基于构成要素的教学系统分析 由于理论的缺乏以及认识水平的不足，早期人们对教育教学的认识是含糊、直观的， 主要是将其看作一个整体，对一些教育教学现象得出概括性观点。然而，这种宏观认识 难以对教育教学系统进行深入分析，人们不再满足于哲学的思辨，而采用将教学系统分 解来认识其规律，认为教学系统是由教师、学生、媒体、教学内容等要素组成，其中有 经典的“三要素”说教学可分为教师、学生、教材三个部分（还有另一种“三要素” 说人员，物质，信息）以及“四要素”说教师，学生，教学内容和教学手段3。 相比于哲学思辨，对教学系统的要素进行分析，可更深层地了解教学系统。也正因 此，造成了要素分析对后续研究影响的深远，这一点可从当前教学方案的格式要求和评 价指标看出。 通常教案的结构要素分为教学目的或目标、学生情况分析、教学重点难点 分析、教学条件准备、教学过程或程序、教学时间设计、教学方法选择和教学板书设计 等4。根据教案的结构要素形成了教案的评价指标，据此判定教案结构是否完整、内容是 否全面以及运用的教学方法是否恰当新颖等。 要素分析为人们定性地分析教学系统提供了理论依据，不过存在着一些不足。首先， 这种直观的认识是含糊的，例如，并非教师和学生的全部属性都是教学系统的构成要素； 再则，虽然理念上提出了要素之间具有相互联系，但是具体进行分析时，往往是割裂地 对单个要素进行分析，无法深入地探究要素之间的关系5。总之，按照原子论“分解”的 方式来认识教学系统过于直观、武断，分解所形成的系统结构无法解释系统的功能6。 3 1.2.2 基于行为系统的教学系统分析 正是意识到构成要素分析的局限性，人们转而关注教学系统的外显行为，从行为系 统视角开展教学系统分析研究。教育工作的最基本最具体的体现，乃在于师生之间的交 互行为。因此，师生互动关系的研究，应成为教育研究的重心之一7。 最初对交互行为的研究主要是分析真实的课堂情境，其中典型的分析方法有 S-T 分 析法和 Flanders 互动交互分析法。随着网络教育的蓬勃发展，关于网络学习中的交互分析 研究也开展起来。国外教育工作者的研究表明，在网络协作学习中，高层次的交互是与 高层次的学习成果和更积极的学习态度密切相关8。与传统教学不同，网络学习中缺乏师 生、生生面对面的交互，主要是在虚拟学习环境中进行讨论。因此网络学习中交互分析 方法主要是内容分析法和社会网络法。下面对这几个典型的交互分析方法进行简要阐述。 1.S-T 分析法分析法 S-T 分析法，即 Student-Teacher 分析法，主要用于对教学过程的定量分析。它规定的 课堂教学行为类别只有 T 行为（教师行为）和 S 行为（学生行为）两类，其中 T 行为是 指教师视觉的、听觉的信息传递行为，此外所有行为都是 S 行为。 具体分析过程：首先，进行数据采样。以 30 秒作为时间间隔进行采样，将每次观察 的行为记入 S-T 数据记录卡片中。接着，绘制 S-T 图。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 轴上表示。通过图可以看出在教学过程中教师行为、学 生行为随时间的变化情况。最后，进行数据分析，计算出 Rt 和 Ch 值来判定教学过程的 类型，其中 Rt 和 Ch 值分别表示教师行为占有率和行为转换率，而教学可分为四种不同 的类型：练习型、讲授型、对话型和混合型9。 2.Flanders 互动交互分析法互动交互分析法 弗兰德互动分析系统（Flanders interaction analysis system ,FIAS）作为应用最广泛的 课堂互动分析法，主要研究互动的模式和互动的有效性。它认为语言行为是课堂中主要 的教学行为，因此对课堂中师生语言行为进行互动分析就能够把握课堂教学的规律和实 质。该系统包括三部分：描述课堂互动行为的编码系统，观察和记录数据的规范标准以 及进行数据分析的迁移矩阵。 具体分析过程：首先，将师生在教学情境中的语言分为十类，并对每类语言行为规 定了操作性定义，从而得到描述课堂互动行为的编码系统（表 1 所示） ，便于观察者记录 和归类。 4 表 1 弗兰德互动分析系统分类类别 教师语言 间接影响 1表达情感 2鼓励或表扬 3接受并采纳学生的主张 4提问 直接影响 5讲授 6指令 7批评 学生语言8学生应答 9学生主动说话 沉默10 沉默或混乱 接着，在课堂观察中，进行数据采样。每间隔 3 秒钟观察者就根据上述编码系统记 录下相应的行为。用代码客观地记录下课堂内所发生的事件及其序列，能够基本地反映 课堂教学的原貌，为随后进行的评价奠定扎实的基础，克服传统课堂教学评价的主观性10。 最后，建立弗兰德迁移矩阵进行数据分析。通过先前的采样数据形成序列对，从而 构造出迁移矩阵，依据矩阵中各种课堂行为频次之间的比例关系以及它们在矩阵中的分 布可以对课堂教学状况做出有意义的分析11。 3.内容分析法内容分析法 内容分析法是社会科学领域里一种经典的研究方法，它是对明显的传播内容，做客 观、系统的量化并加以描述的一种研究方法12。教育教学研究者站在社会学习理论的立 场上，将学习看成是学习者在特定环境中进行意义协商和共同构建的过程。他们认为对 异步论坛中（例如 BBS、计算机会议、课程论坛等）学生的讨论脚本进行内容分析，可 测量出学生的实际交互水平与质量情况13。 根据内容分析法对交互文本进行量的分析这种视角，国外研究者构建了不同的分析 模型以研究学生在异步论坛中的社会交互质量，并且取得了一定成果。不过，这些研究 大多仅停留在对交互质量的分析和评价水平上，很少提出帮助提高交互质量水平有参考 性的策略14。国内关于网络学习交互的内容分析研究还处于起步阶段，其中北京师范大 学的王晶、黄荣怀等关于交互分析研究已得出一定结论。他们将学生在某一门网络课程 的异步讨论区中的言论记录作为研究对象，对其进行恰当的分类及编码，并从中提取、 解析相应线索信息。 具体分析过程：首先，确定交互分析的样本，即可提取有用线索信息的原始资料； 5 接着，将选定的样本分成若干分析单元，如句子、段落、消息、意义单元等（在该研究 中以“意义单元”作为最小的编码统计工具） ；接下来，选择一个恰当的编码体系对样本 进行编码；最后，通过数据分析得到的结果，从小组参与度的角度讨论了学生参与协作 学习过程的积极性。还可从认知活动、情感活动、元认知活动三类小组活动的角度探讨 了协作学习过程的构成和变化趋势15。 4.社会网络分析社会网络分析 在网络学习中，学习者之间需要建立正式的协作关系，相互间通过帖子进行学术性 对话，以促进群体知识和个体知识的建构。因此，分析网络学习交互情况，还应该考虑 帖子间的交互关系，以分析其背后所体现的学习者之间的互动关系16。社会网络分析 （Social Network Analysis，SNA）以社会行动者及其相互关系为研究内容，通过描述行 动者之间的关系模型，分析这些模型所蕴含的结构以及它们对行动者和整个群体的影响， 因而也适合分析学习者之间的参与特征17。 具体分析过程：首先，根据学习者之间发布与响应帖子的数量和流向构建社会关系 网络，其中节点代表学习者，节点的出度表示学习者响应其他学习者的帖数，入度则为 接受他人的帖数。如果节点数较多，一般使用矩阵（常用邻接矩阵）来表示社会关系网 络进行分析。接着，通过社会网络分析中的凝聚子群分析、角色分析和中心性分析了解 群体互动特点，其中凝聚子群分析是为了找出有较密切联系的子群体，中心性分析则是 为了分析不同学习者的影响力，角色分析主要是把相似的行动者分派到互斥的集合之中。 通过中心性分析和角色分析可发现网络中核心参与者，他们是联系整个网络的纽带18。 基于行为系统的教学系统分析视角的出现，表明人们认识到分析教学系统的构成要 素并不能透彻地了解教学、促进教学，而是应从系统的功能出发，分析影响教学功能的 关键因素交互行为。不过当前的交互分析也存在问题。 首先，编码体系的制定具有任意性。通过上述四种交互分析法可知，对教学行为进 行分析通常要制定编码系统便于归类和分析。然而由于研究角度和目的不同，研究者会 提出不同的编码体系，导致对相似行为进行分析时采用的编码不同，得出的结论也不同， 在一定程度上造成了研究的混乱和重复。且这些编码体系的有效性与可行性也有待验证。 其次，数据采集具有任意性。例如，在 S-T 分析和 Flanders 互动交互分析法中，以时 间间隔为单位进行数据采集。这种对时间序列的机械切分导致了研究结论的低可靠性。 有研究者意识到这个问题，进而采用如“意义单元”这样的切分单位。然而“意义单元” 的划分标准模糊，产生的“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19。 最后也是最根本的一点，无法在教学行为与教学效果之间建立联系。研究者对交互 6 行为的分析，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20。外显的行为本身并不直 接指向教学目标，而是其附带的知识内容与教学目标直接相关。 1.2.3 基于信息系统的教学系统分析 教学系统总体功能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21。随着信息论的广泛应用，研究者意识到教育教学这个认知活动与信息存在 着实质性联系。因此，若要实现期望的教学效果，基于信息系统对教学系统作分析是十 分有必要的。美国佛罗里达国际大学豪恩斯坦教授（A. Dean Hauenstein）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22。华南师范大学的李克东教授也提出 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23。 从信息系统角度分析教学系统，为认识教育教学系统开辟了新的视角，并且关注到 与教学功能直接相关的因子信息流。然而，当前基于信息系统的教学分析研究大多 处于理念阶段，没有提出具体的操作规范，且往往是直接原封不动地用信息论中的概念 描述教育教学活动，或是根据信息论的基本原理演绎教学信息模型。这种将一个领域的 理论“照搬”到另一个领域的模仿形式，必然无法深入理解教学系统中信息流动过程。 北京师范大学教授提出的教学系统分析 IIS 图法，也是基于信息系统的思路，从整体 功能上对教学系统中信息流动进行分析。他们通过建模构建了教学系统概念模型，基于 此模型制定了具体的操作规范，且已用系列实证研究初步验证了此方法的有效性与可行 性。 1.2.4 教学方案分析的现状分析 通过现状分析可知，教师在设计教案时，更多的只是关注教案的结构形式而忽略了 与教学效果直接相关的信息流动过程。且教案成为常规管理，也带来了一些问题，例如 教案格式、内容的千篇一律。很多教师往往在设计好教案后不再作修改，致使“原来合 理的教学方案，遇到另一群学生时，可能会变得不合理起来” 24。随着以学生为本的观 念被倡导以及教师专业意识的提高，这个现象正逐渐发生改变面对不同的学习者、 学习情境，教师会对教案进行修改。然而， “需要改进哪些方面” 、 “如何确信改进后的教 案比原教案更合理”等问题并没有得到有针对性地回答。 作为设计态的教学系统，教学方案与真实课堂存在一定区别，因此分析方法应更具 针对性。教学系统分析理论的发展已取得一定成果，然而对教案的分析还停留在定性直 观的水平上，仅从“教案是否突出重点难点” 、 “是否具有针对性”等25来判定一个教案 7 的好坏，或是在教学实施后通过学习效果来间接地推断。由于这些分析评价方式的主观 性、随意性和间接性，导致教案不能很好地为教师职业发展服务，反而成了他们的负担。 因此，除了从质性角度制定指标体系外，有研究者开始关注专门针对教案的分析方法。 1.教学方案三段评价法教学方案三段评价法 教学方案三段评价法将评价方案的过程分为三个阶段26： 第一阶段是对试验开发水平方案的评价。此时方案仅是一个草案，还没有正式投入 教学过程中，主要是试图找到那些方案编制者清楚但学生却不容易掌握的地方。需要考 虑的问题是：正式执行之前方案需作什么重要修正？解决方法是标准测验、班级观察、 盘问详情和教程评论。 第二阶段是对全面执行方案进行分段检验，立足于观察方案和学生二者的满足程度。 这时要考虑的问题是：学生是否达成方案目标以及方案是否符合学生的要求？可通过测 验、教程评论以及与学生协商讨论来回答。 第三阶段是评价从方案到现实世界中学生所学技能、知识或态度的迁移情况。这个 阶段的评价是根据方案是否具有现实能力，如何修正方案以满足变化需要等相关问题出 发寻找答案。采集数据通过在真实环境中观察学生、协商讨论以及问卷调查等。 教学方案三段评价法将形成性总结性评价运用到方案评价的三个阶段中，策略 地采用形成性评价以适合过程要求，总结性评价以明确效果达成。将教学方案先在小范 围上试行初稿，进行可行性研究及补充修正，再全面实行并分段进行检验以观察教学方 案与使用者之间的满足度，最后实行方案后了解其运用效果，这一思路也符合当前方案 设计分析过程。然而，由于这个方法只提供了理念观点和总体思路，在设计和操作上没 有提供具体指导，且耗费时间和精力很大，导致现实生活中大多数人不会切实执行。 2.教学方案优化的层次分析法教学方案优化的层次分析法 层次分析法（Analysis Hierarchy Process，简称 AHP 法）是处理一些难以完全用定量 方法分析的复杂问题的有效手段。通过将复杂问题分解成若干层次，在比原问题简单得 多的层次上逐步分析，可将人主观判断用数量形式进行表达和处理，也可以在人们对某 类问题前后相矛盾的主观判断上给予及时的纠正或调整。随着层次分析法的广泛应用， 有教育研究者也将这个方法运用于分析教学方案27。 该研究者认为，同一堂课的不同教学方案由于它们的侧重面不同，培养学生的各种 能力也不尽相同。教学的最终目的是培养学生的综合能力，因此可对各教学方案所培养 学生的综合能力进行量化，从而达到比较各教学方案优劣的目的。这个方法大体思路如 下： 首先，建立问题的层次结构模型。将问题中所包含的因素划分为不同层次，如目标 层、准则层、方案层等。层次数与问题的复杂程度和需分析的详尽程度有关，如图 1 所 示。 8 图 1 教学方案优化的层次结构模型 其中 A：选择教学方案 C1：创造能力；C2：思维能力；C3：解决问题能力；C4：接受知识能力 F1：方案 I ；F2：方案 II ；F3：方案 III 接着，构造两两比较的判断矩阵。判断矩阵元素的值反映了人们对各因素相对重要 性的认识，一般采用 19 及其倒数的标度方法，如表 2 所示。 表 2 教学方案优化的判断矩阵值标度 标度含义 1表示两个因素相比，具有同样重要性 3表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要 5表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要 7表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要 9表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要 2，4上述两相邻判断的中值 6，8 倒数因素 i 与 j 比较得判断 bij，则因素 j 与 i 比较的判断 bji=1/bij 该方法认为，教学方案的优劣由所能带来的教学效果衡量，而教学效果则由教师根 据教学方案所培养学生的能力来决定。由于各种能力的培养在教学目的中的重要性不同， 因此可以按照表中标度进行两两比较，确定比例标度，从而构造判断矩阵。 再则，进行层次单排序及其一致性检验。通过计算各个判断矩阵的特征根和权向量， 得到同一层次某一因素对于上一层次相应因素的相对重要性的排序权值。而排序结果是 否具有符合条件的一致性，则需要进行一致性检验。 最后，进行层次总排序及一致性检验。层次总排序就是计算同一层次所有因素对于 最高层（总目标）相对重要性的排序权值，从而得到相对于总目标各个方案的相对优先 排序。 9 层次分析法是一种定量与定性相结合的方法，用其分析教学方案，可从另一个角度 对复杂的教学系统得到一定了解。然而，这个方法却存在重大缺陷。它认为教学的最终 目的是培养学生的综合能力，不同教学方案由于侧重面不同，培养学生的各种能力也不 尽相同，因此可根据能力培养在教学目标中的重要性进行比较。然而，能力是什么？它 如何在教案设计中体现？能力之间具有可比性吗？这几个问题的提出使该方法在优化教 学方案时显得有些无力。能力，以知识的意义为基础，与意义的获取和运用过程相关， 因此，分析能力应从知识着手。单凭主观判断能力的类型，对其进行比较分析的有效性 尚待验证。 1.3 教学系统 IIS 图分析法 通过对教学系统分析发展历程的了解以及教学方案分析方法的现状分析可知，提出 一个具备有效性和可操作性的教学方案分析方法是有必要的。本研究基于教学系统 IIS 图 分析法，对教学方案进行 IIS 图分析，客观且有效地改进了教案。下面对教学系统 IIS 图 分析法的原理和操作规范进行详细说明。 教学系统分析 IIS 图法以信息系统的视角，从整体功能上分析了教学系统中教学效果 与信息流的关系，构建了教学系统的概念模型。基于教学系统的建模，对信息流的表征 以及信息输出所形成的信息共享集 IIS 的表征作了相关规定，从而制定了教学系统 IIS 图 分析法的具体操作规范，并已用系列实证研究验证了此方法的有效性与可行性。 1.3.1 教学系统的概念模型 教育教学系统是一个复杂巨系统。人们逐渐意识到，仅仅通过简单的要素或行为分 析是无法深入地了解教学系统。随着建模方法在系统分析中广泛运用，它也成为分析教 育教学这个复杂系统最常用的方法。 从教学系统总体功能出发，即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，杨教授认为，教学系统是一种教师、学生和具有信息处理能力的媒 体三个信息处理主体之间信息流动的系统。因此，表征教学系统的概念模型必须能反映 教师、学生和信息媒体这三类主体之间信息流动的关系，且还要反映这种多主体之间的 信息流动对于社会性知识建构的贡献，因此可用如图 2 所示的概念模型对教学系统进行 建模28。 10 学生对信息的处 理IPL 学生对信息的处 理IPL 媒体对信息的处 理IPM 教师对信息的处 理IPT 教学信 息集IIS X1 X2 X3 X4 Y2 Y3 Y4 Y1 环境 环境 环境 环境 图 2 教学系统的概念模型 其中 IPT、IPL 和 IPM 分别代表教师、学生和信息媒体对信息的加工处理，X和Y表 示他们信息处理过程的输入和输出。 由三个信息处理主体的信息输出Y的集合，可抽象概括出一个教学信息集 IIS（Instructional Information Set） ，表征了知识的共享性。与信息处理无直接联系的其他 要素则归为教学系统的环境要素，例如学生的先决知识技能、师生关系以及学生的动力 水平等。教学系统概念模型的建立，为教学系统 IIS 图分析法的操作规范奠定了坚实的理 论依据。 1.3.2 IIS 图分析法的操作规范 基于教学系统的概念模型，若要对教学系统进行深入分析，还需提出与这个模型契 合的编码体系，便于数据采集与处理。并且数据分析的结果还应能反映教学系统的功能 特征。 在 IIS 图分析法中，首先对 IIS 的输入信息项Y进行表征并构建教学信息集 IIS 的表 征知识网络图。这个网络图是教学内容所包含知识点之间的关系网络图，被称为 IIS 图。 为了对信息流进行分析，应关注输入信息项的主要属性，例如贡献者、信息类型、 对应的知识网络、操作等，从而建立信息流的表征格式：内容注释（其中用 括起来的项目是可 选项） 。这样整个教学过程就可用 IIS 输入信息项序列的形式来表示。 由三个信息处理主体之间信息的流动共同构建的信息集 IIS，可看作输入信息项所反 映的知识集合。随着教学活动的进行，IIS 逐渐稳定为应然的知识集合。由于这个知识集 是不可见的，因此采用知识点网络图来表征，它表明了教学过程中所包含的知识点及知 11 识点之间的关系。知识网络图遵循一定的绘制规范，对知识点类型和知识点间的隶属关 系类型做了明确规定，体现了知识点之间的客观关系。这个建图技术的一致性已在前期 研究中得到了完善和验证29。 接着，切分信息流得到输入信息项序列，将其映射到知识网络图，形成带有标记的 IIS 图。 IIS 图分析法的实质就是将自然语言表征的信息流映射到 IIS 图上，再通过构建得来 的指标数据来反映教学系统的特征与功能，其中标记是指 IIS 图中各个知识点的属性值 （例如表征形态）和指标数据值（例如激活次数） 。 信息流切分以信息流的相关属性为切分点，当信息流表征中、发生变化时，则切分信息流。目前用来表征教学系统特征与功 能的定量指标是激活量（Quantity of Activation） 。激活是指信息流向 IIS 图的一次映射， 激活量则是指这种映射所导致的知识点信息量总和。IIS 图分析法构造了激活量的计算公 式如下30： 激活量 QA= （公式 1-1） r dDn dF * )2(*log( )2log(* F 表示遗忘系数。心理学研究表明人类的短时记忆容量为 72。我们规定当某一知识 点与激活这个知识点的前一个信息项之间相隔 7 个信息项以内时，F=1；当相隔 7 个以上 时，F=(k+1)/(2k+1)，其中 k 为这两个信息项之间信息项个数减去 7。 log（d+2）表示激活熵，其中 d 是该知识结点的已知度，即当前已知边的条数。激活 熵的得来是受信息论的最大熵原理启发。对于某些知识点，d 会随着教学的进行而变大， 因此激活熵也会随之增长。 log（n*（D-d+2） ）表示复杂度，其中 n 是该知识结点未知边的种类数，D 则为结点 的总度，即边的总数。一个知识结点未知边的条数或种类数越多，该知识点的复杂度则 越大。 r 表示扩散衰减系数。IIS 图是一个有机整体。当图中某个知识点被直接激活时，其 邻接知识点也被间接激活，这被称为激活量的扩散。扩散的激活量不如直接激活量大， 因此需要一个衰减系数。若此信息项是直接激活，则 r=1；若该结点是经过一次扩散激活， 则 r=1/d；若该结点是经过二次扩散激活，则 r=1/d2。目前只考虑 2 层扩散。 表示一个知识点的激活量是所有信息项对该知识点的激活量的总和。 目前已有实证研究表明，知识点的激活量与其学习效果成正相关，即激活量越大， 学习效果越好。学习效果反映了学生通过学习后对该知识点的掌握程度，即同一个知识 点的前后测平均成绩的差值。 12 1.4 研究意义 对教学方案进行 IIS 图分析，可得到客观的特征指标值，从而摒除了人的主观判定， 对丰富和完善教学方案分析评价方法具有重要意义。且对教学方案进行 IIS 图分析，为教 学系统的缺陷分析打下客观的基础，是教学设计理论的必要延展。教学设计是教育技术 的核心技术之一，可通过分析该技术所生成的产物设计态的教学系统（即教学方案） 的缺陷来分析和反思所运用技术的缺陷，从而使之得到改进31。 在实践意义上，教学方案 IIS 图分析法不仅是分析教学方案的创新型方法，而且有助 于教师自我反思，提高教学能力。 1. 对教学方案进行 IIS 图分析，可成为一种新型的教案形成性评价方法 对教案进行分析评价，首先要建立反映教案质量的特征指标。当前的评价指标往往 不够客观，其准确性与评价者个人判断有关，例如，好教案的评价新标准中，好教案要 有针对性、创新性等32。虽然这些标准确实是优秀教案应具有的特征，但是这些特征并 不能真正地反映教案的教学效果，并且评价者对于特征的判断没有经过客观分析，仅仅 依据于其个人经验。为了最大限度地避免以往教学方案分析评价方法的主观性和随意性， 本研究探索对教学方案进行 IIS 图分析，通过分析预期教学过程中的信息流动，统计计算 出反映教案质量的特征指标值，可使教师在教学实施前大致了解教案的质量水平，发现 教案的不足并进行改进。该方法确保了教学方案的缺陷分析以及评价的客观性和可靠性。 2. 运用 IIS 图法对教学方案进行分析，有助于教师能力的提高 对教案进行 IIS 图分析，首先要建立 IIS 图。建图的过程有助于加深教师对知识结构 的掌握，了解所授知识的难点及重点，从而提高学科知识能力。其次，教师在分析教学 方案时，不断进行反思，根据当前的学习者及学习情境来修改知识网络图，进行学习活 动设计，实现切实、有依据的创新。最后，通过教学方案 IIS 图法分析形成的分析过程， 有助于教师之间进行分享沟通，从而帮助教师改进教学，共同成长。 13 2 教学方案 IIS 图分析的实证研究 2.1 研究目标 由前一章分析可知，开展教学方案 IIS 图分析的研究是有必要的。本研究的研究目标 是，基于教学系统 IIS 图分析法，展开教学方案的 IIS 图分析研究，制定并完善教学方案 IIS 图分析的操作规范，构建适用于教学方案 IIS 图分析的特征指标，并验证其有效性， 从而为教学设计的缺陷分析与改进提供一个外部参照。 2.2 研究内容 2.2.1 制定并完善教学方案 IIS 图分析的操作规范 开展教学设计实训，得到多个教学方案实例样本。基于教学系统分析 IIS 图法，对这 些教案样本进行 IIS 图分析，制定并完善教学方案 IIS 图分析的操作规范，总结教学方案 IIS 图分析的技巧和经验。 2.2.2 构建标志教学方案质量的特征指标并验证其有效性 不同于以往从质