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延边大学工学硕士学位论文 摘要 在当今社会，经济的全球化导致竞争全球化，终身学习教育是国家未来 发展的前提，也是个人发展的前途关键，在发达国家，终身学习、学习组织、 学习社会的思想已经得到广泛的接受。终身学习是当今社会发展的必然趋势， 而以远程教育网络为依托，形成覆盖全国城乡的开放教育系统，将为各类社 会成员提供多层次、多样化的教育服务”。远程教育的大众普及性、学习的 终身性、社会资源共享性等特点在人口众多的中国尤为重要。远程教育以开 放的、灵活的、终身的教育发展为目标，它是传统教育的延续发展，同时， 也是对传统教育的巨大变革，打破了传统教育的局限，具有传统教育所不可 比拟的优点。当前计算机支持的协作学习( c s c l ：c o m p u t e rs u p p o r t e d c 0 1 l a b o r a t i v el e a r n i n g ) 是计算机辅助教学最新的发展方向，结合协作学习 和远程教育各自的特点，为多人远程协作学习提供教育平台，可以有效促进 学生的自主动手能力和团队协作能力。所以在未来远程教育建设中需要着重 发展。 本文提出了基于a g e n t 技术的c s c l 协同知识建构系统的系统模型及执行 流程。c s c l 中的远程交互相比与面对面的交互缺失了一些社交线索，导致交 互效率低、通过协作产出的知识层次低、知识重复使用率低、难以形成固定 交互团体等问题。协同知识建构系统着重于知识建构的深度，以用户对知识 资源的偏好特征向量为尺度，由系统推荐最适合当前的知识建构阶段的用户 参加知识的建构，并帮助用户找到最适合自己的知识。 系统为协同知识建构过程建模，通过促进a g e n t 和用户a g e n t 的协作， 提取知识单元的特征向量及用户所偏好知识的特征向量。对输入的知识进行 特征分析，通过匹配来为用户提供适合的知识。知识建构阶段分成共享、论 证、协商、创作等四个阶段，根据知识特征判断并推荐给最适合参加当前知 识的建构阶段的用户，促进c s c l 交互。模拟实验表明协同知识建构系统可以 在知识建构过程中起到积极的作用。 关键词a g e n t ； c s c l ；协同知识建构； 特征向量；j a d e x 延边大学- 学硕士学位论文 a b s t r a c t n o w a d a y sg i o b a l i z a t i o no fe n o m i cc a u s e sg l o b a l i z a t i o no fc o m p e t i t i o n ， l i f e l o n gl e a m i n ge d u c a t i o ni sp 亿c o n d i t i o no fn a t i o n a ld e v e l o p m e n t 卸do f i n d i v i d u a ld c v e l 叩m 锄ta l s o mw e s t e ms o c i e t yt h o u g h t so fl i f c l o n ge d u c a t i o n ， s t u d yo r g a n i z a t i o n ，l e a m i n gs o c i e t yh 弱b e e na c c c p t c db yc o 姗o np c o p l e u f c l o n gl e a r n i n gi sn e c c s s 盯yf o r d a ld c v e l o p m t ，孤de d u c a t i o n a ls y s t e m b 硒e d0 n m o t ee d u c a t i o nw h i c hc o v c 塔c v e r yt o w n 蚰dv i l l a g ew i l ls u p p l y m u i t i l a y e r 肌dd i v e r s i f i c a t i o nc d u c a t i v es e r v i c ef o re v e r ys o c i a lm e m b e r t h e s p e c i a l t yo fp o p u l a r i t y a n dl i f c l o n gs t y l ea n ds o c i a ls h a r i n gi si m p o n 缸tf o r c h i n c s es o d e t y r e m o t ee d u c a t i o nt r e a to p e n 姐dn e x i b l ea n dl i f c l o n ge d u c a t i 伽 a si t sg o a l ，i td e v e l o p e d 自0 mt r a d i t i o n a le d u c a t i o nt y p e 锄dm a d eag r e a t d e v e l o p m e n t c 0 m p u t e rs u p p o n e d ( b l l a b o r a t i v el e a m i n gi s an e wa s p e c to f m o t ec d l l c a t i o n ，i tc o m b i n e sr e m o t ee d u c a t i o nf o 皿a n dc o l l a b o 髓t i v el e a m i n g f b 册w h i c hw i l li m p r o v ep e o p l e si n d i v i d u a lw 0 喇n ga b i l i t ya n da b i l i t yf o r t e 锄w o r k s o c o m p u t e rs u p p o r c d c o l l a b o r a t i v el e a m i n g 、i l l s t 啪g l yb e d e v c l o p e di nr e m o t ee d u c a t i o ni nf l l t l l r e ht h i sp a p c rac o n s t m c t i v em o d e l 锄d w o r k i n gp m c e s so fc s c lk n o w l e d g c c b n s t i u c t i n gs y s t e mb a s e d0 na g e n tt e c h o l o g yh a v eb e e np r o p o s e d c o m p u t e r m e d i a t e dc 0 姗u n i c a t i o ni sn o t 弱p e 哦斌嬲f a c c t o f a c e m m u n i c a t i o n ，w h i c h 伽s e ss 锄ep r o b l e m ，s u c h 髂i t 啪tm a d ead e e p l c v dk w l e d g e ，l o w u s e q u o t i c t y a n dd i f f i c i l l t y0 fm a l 【i n gs t e a d yc o m m u n i c a t i 伊叫p t 1 1 i ss y s t e mu s e s l m o w l c d g ef c a t u r ev e c t o ra sam e 弱u r e0 fc o o p e r a t i v ec 孤d i d a t e s ，卸dh c l pt h e u s e r 细d st h em o s tu s e f l l ll 【n o w l e d g e k 曲w l e d g eb u i l d i n gs y s t e mm o d e l e dc o o p e m t i v el 【n o w l e d g cc o n s t m c t i n g t h ea g e n ts y s t e mw h i c hm a d eu po ff a c i l i t a t o ra g e n t s 孤du s e ra g e m sp i c k su p 粕da n a l y z e st h ec h a 翰c t e r i s t i co fk n o w l e d g e t h ec o n s t n l c t i n g p r o c e s sw a s d i v i d c di n t 0f o u rp a n s n e y 盯es h 耐n g ，r e a n i n g ，n e g o t i a t i n g c r c a t i o n f a c i l i t a t o fa g c n tg c t sl h el 【i l o w l e d g el i n k 厅0 mt h eu s e ra g e n t ，a n dd e c i d e c a n d i d a t ea g ts u i t a b l ef o rn e x tl e v e ll 【i l o w l c d g e n s t m c t i n g t h er c s u l to f s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sh a v es h o w e dt h a tt h es y s t e mc 卸s e sp o s i t i v ce f f c c ti nt h e p r o c c s so fh l o w l e d g e n s t n j c t i o n 一一 延边大学工学硕士学位论文 l 【e yw o r d sa g e n t ；c o l l a b o r a t i v ek w l e d g ec o 璐t r u c t i n g ；c s c l ；f c a t u r ev e c t o f ； j a d 旺 一h l 延边大学工学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 近年来远程教育在我国发展迅速，各种远程教育网站如雨后春笋般在各 地积极发展，各高校也根据自身的教学实践，结合已有的教育资源积极开展 远程教育。 远程教育与普通课堂式教育的区别的最突出特点是教学的异步及异地 性。这在很大程度上弥补了我国教育中缺少教师和教育资源分布不均的不足， 因此近几年国家投入了大量资源，在不少地区实现了远程教育，更有大量有 关远程教育的计划和项目正在实施当中。 高校教育注重学生自主性学习，配合远程教育中教与学的可分离性，学 生可以自己选择时间和课程。虽然远程教育在高校教育中可以提高学生自主 性，但是高校教育不应该只是被动的“填塞式”教育，而应该提倡学生在实 践中积累知识。社会交流和生产中更是需要多人之间的信息交流和配合。 1 2 研究内容、目的及意义 计算机支持的协作学习( c s c l c o m p u t e rs u p p o n e dc o l l a b o r a t i v e k a m i n g ) 主要研究共同活动背景下的意义和意义建构过程以及通过设计工 具支持这一过程的实现【】。在协作学习的过程中，学习者进行积极的交互激 发和产生共同认知，相互提供有效的帮助和支持，分享或共享所需要的信息 和物质资源。交流会话是协作产生的基础。 常见的交流工具组合，如：“线索化( t h r d e dd i s c i l s s i o n ) 的b b s 讨论区”、 “在线聊天”、“公告系统”、“内置e m a i l ”等大致可以满足学生在线协 作学习的基本需要。一些大型的远程教学平台，对协作的支持即体现在这些 交流工具的组合上。也有很多系统从模拟面对面交互情境的角度出发设计了 协作交互的功能。协作学习是通过交互积累知识的过程。但是通过交流产生 或链接的信息数量庞大，学习者经常会产生“迷向”现象。本文提出了基于 a g e n t 技术的协同知识建构系统来解决这一问题。在c s c l 系统中应用a g e n t 概念，以激发和促进用户和用户之间的交互及用户和系统之间的交互。 延边大学工学硕士学位论文 在协作学习过程中，个人学习的成功与他人的成功密不可分，学习者之 间以融洽的关系，以相互合作的态度，共享信息和资源，共同担负学习责任， 荣辱同当。与个别化学习相比，协同学习有利于促进学生高级认知能力的发 展，有利于学生健康及情感的形成。 通过计算机网络进行有效的交互，可以解决协同学习无法远距离进行协 作的问题，但由于远程交互相比与面对面的交互缺了一些社交线索，导致交 互效率低、通过协作产出的知识层次低、知识重复使用率低、难以形成固定 交互团体等问题。本文的目的就在于解决这些问题，以促进c s c l 的学习效 果。 a g e n t 是一种代替用户执行部分工作的软件。a g e n t 应用在电子商务、制 造、工控、交通管理、信息搜索、病患看护、游戏等各种行业，实践证明a g e n t 可以起到积极的作用1 5 - n 。 本文提出的基于a g c n t 的协同知识建构系统重点放在知识的建构上。把 握住所有交流工具的交流内容都可以加工为规范化知识的特点，提取知识特 征，通过知识特征匹配用户和知识。系统运行过程中，用户a g e n t 在客户端 接收用户的输入信息，分析用户所输入材料的特征提供给服务器端的促进 a g e n t 促进a g e n t 则位于服务器端，接收到用户a g e n t 的通知时，则根据用 户a g e n t 提供的输入材料及材料的特征，寻找适合的用户并推荐给此用户。 协同知识建构系统中用户通过共享、论证、协商、创作等四个阶段来建 构知识，最后可以产生层次较高的知识。不同阶段根据知识特征判断并推荐 最适合当前知识的建构阶段的用户，形成特定知识建构为团队目标的协作团 体。通过以上举措促进c s c l 交互，达到提高c s c l 学习效率的目标。 1 3 国内外相关领域的研究现状 1 3 1a g e n t 在计算机支持的教育方式中的应用 计算机支持的教育中，a g e n t 的应用一直没有停止。在计算机支持教育 理论发展过程中，人们提出过如下教育模式。 ( 1 ) 计算机辅助教学：c o m p u t c r 加d e dm s t r u c t i o n ( a 屿。 ( 2 ) 智能教育系统：i n t e l l i g e n tt u t o r i n gs y s t c m s ( i t s ) 。 ( 3 ) 微观世界：m i 啪w o r l d s ( m w ) 。 延边丈学工学硕上学位论文 ( 4 ) 指导发现和评论：g u i d c dd i s c o v c r y 髓dc r i t i q u i n g ( g d c ) ( 5 ) 知识建构环境：k n o w i c d g cb u i l d i n ge n v i r o 姗e n t s ( c s c l ) c s c l 之前的计算机支持教育系统中，a g e m 的应用着重于指导者的角 色，a g c n t 代替教师对学生进行指导。虽然取得了部分成果，但目前的人工 智能的发展并未达到能完全替代教师的作用。c s c l 模式提出后，a g c n t 的功 能更多地定位于提供充分的辅助，这个辅助不仅是对个入学习的辅助，更重 要的是对用户与用户之间协作的辅助。 1 3 2a g e n t 在远程教育中的应用 计算机支持的协同学习( c s c l ) 是计算机支持的协作工作( c s c w ： c o m p u t e r s u p p o n e d c o l l a b o r a t i v ew b r k ) 与协作学习( c l c o l l a b o r a t i v e k a m i n g ) 的理论与方法相结合的产物，它的提出和实现将从根本上改变人们 传统的工作学习方式。在c s c l 平台的支持下，教师、学生可突破地域和时间 上的限制，进行同步远程教学、异步协同学习、讨论等合作性学习活动，从 而调动学习者的学习积极性，提高学习效率。可以说c s c l 是建立在网络上的 学习辅助系统。 在协同学习支撑系统的研究上，国内外已推出若干远程教育系统，如英 国哥伦比亚大学的w e bc t 、美国伊利诺大学h a b e n e r o 、加拿大s i m o nf r a s e r 大学的基于w e b 的教学工具v i r t u a 卜u 等1 8 1 2 】。这些系统都在不同程度上解 决了网络环境中协同学习者的交互问题，但是在具体应用中仍然存在着一些 问题。例如，基于超文本的材料组织混乱，容易产生学习者“迷向”问题， 在完成具体的学习任务中无法协调和控制学习者学习过程等。一个好的协同 学习环境要将学习材料及学习工具与学习任务有机地整合在一起，有效地解 决学习者的“迷向”问题；提供必要的感知信息，促进学习者之间的信息交 流，同时更好地支持知识共享。 c s c l 研究者提出了一些协作学习环境模型，其主要思想可以归纳为建立 学习空间模型，为学习内容及学习过程建立符合c s c l 思想的模型，使其可以 促进协作，并方便收集和分析协作结果【1 3 】【1 4 1 。这些协作学习模型或系统虽然 可以支持一部分协作功能，但是它们的缺点在于系统与学习内容结合在一起， 需要为整个学习内容进行建模。在实际应用中，不能有效适应应用环境的变 化，对课件的依赖性强。 协同学习中协作的分析和评估较好的方法是应用a g e n t 技术。事实上， 延边大学工学硕士学位论文 多a g e n t 技术已经在不少远程教育系统及计算机支持的教学系统中使用。综 合其特点就是直接连接用户的代理多是起收集用户学习信息的作用，而靠近 系统核心的代理则是起着分析及总结所收集来的信息并派发下一步工作的作 用【1 5 j 【1 6 】。前者多a g e n t 系统由采集a g e n t 、分析a g e n t 、报告生成a g e n t 组 成，其中采集a g e n t 收集用户学习信息，分析和报告生成a g e n t 分析和分配 工作。后者虽然并没有明确指出是否是a g e n t 结构，但也是有着协同学习评 估模块和控制模块，运用协同学习策略控制学习进度。收集和分析分离的结 构的优点在于，用户输入的知识在收集过程中转换成规范化的知识体，分析 过程中只需要知识体的特征值，为下一步工作提供依据。收集和分析过程分 离的结构的另外一项好处，就是收集代理可以作为接收各种信息的中转站， 而输送信息到这个中转站的用户输入端，并不局限于教学系统的客户端。 在一些远程教育系统中采用了e bs e r v i c e s 机制1 1 刀。协同工具服务、 信息传递服务、协作感知服务、知识测评服务、知识管理服务、同步协作服 务、异步协作服务可以实现知识问答形式的协作，及丰富交互对象之间的连 接方式，但其交互方式却还是简单的问答形式，没有把握到c s c l 交互的特点， 无法保证交互的质量及对交互做出评价。 1 4 本章小结 本文中首先在第2 章分析了c s c l 交互的特点，根据这些特点提出了解决 远程教育中社交信息缺失所带来问题的方法，然后在第3 章介绍了在j a d e x 平台上建立协同知识建构系统的过程，第4 章介绍了对系统进行的模拟实验。 延边大学工学硕士学位论文 第2 章c s c l 协同知识建构系统相关内容 2 1 构建主义学习理论 构建主义认为，学习是获取知识的过程，知识不是通过教师传授得到， 而是学习者在一定的情境和社会文化背景下，借助其他人( 包括教师和学习 伙伴) 的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得，并且认为 “情境”、“协作”、“会话”、“意义建构”是学习环境的四大要素或四 大属性。其中情景部分要求学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的 意义建构；协作发生在学习过程的始终，对学习资料的搜集和分析，假设的 提出和验证，学习成果的评价直到意义的最终建构均有重要作用；而会话是 协作过程中不可缺少的环节，学习小组成员问必须通过会话商讨如何完成规 定的学习任务的计划；意义建构则是完成对事物的性质、规律及事物之间的 联系的掌握i l ”。 构建主义学习的理论比较适合于作为协同式网络学习系统的理论基础。 因为这种学习理论强调以学习者为中心，不仅要求由过去的外部刺激的被动 接受者和知识的灌输对象转变成为信息加工的主题，知识意义的主动建构者。 此时的学习是通过学习者与他人，与外部世界的相互作用产生的。学习者在 协同学习的过程中，不仅能获取知识，更重要的是，在这个过程中，通过与 他人的相互合作，培养自己的协同工作能力，探索知识、获取知识的能力。 2 2 c s c l 的交互 协作学习是学生以小组形式参与、为达到共同的学习目标、在一定的激 励机制下最大化和他人习得成果而合作互助的一切相关行为i l j 。计算机支持 的协作学习( c o m p u t e rs u p p o s e dc o l l a b o r a t i v el e a r n i n g 简称c s c l ) 可以 看成是协作学习等相关教学理论、教育心理学理论与计算机支持的协同工作 ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v ew o r k 简称c s c w ) 的交叉研究领域。 c s c l 的重要代表人物k o s c h i i l a n n ( 1 9 9 6 ) 认为，c s c l 的研究内容是共同活动 背景下的意义和意义建构过程以及通过设计工具支持这一过程的实现。 在协作学习的过程中，交互是激发和产生共同知识的基本活动单元，交 延边大学工学硕士学位论文 流会话是协作产生的基础。协作学习的五大要素之一就是“面对面的促进性 交互”，学习者通过交互相互提供有效且高效的帮助和支持，分享或共享所 需要的信息和物质资源对小组中其他成员的结论见解、观点和推理等提出 疑问相互提供语言和非语言的反馈，相互鼓励和敦促。协调小组的压力和 焦虑水平。因此，明确c s c l 中交互的本质、把握交互的内在规律，是c s c l 系统设计的基础和核心 2 2 1c s c l 交互的特点 首先，c s c l 中的交互是以计算机为媒介的交流( c o m p u t e rm e d i a t e d c o 姗u n i c a t i o n ，简称c m c ) 。与面对面的交流( f a c e t o f a c e c o 哪u n i c a t i o n 简称f t f ) 相比，c m c 的一个重要特点是一些社交线索的缺失。 迈阿密大学心理学系的l h c 0 1 e i i l a n 就曾研究过c m c 和f t f 下人们行为的 区别，并提出了“线索滤出( c u e sf i l t e r e do u t ) ”模型。正是由于存在某些 视觉、听觉、触觉信息的缺失直接导致了交互的间接性和片面性。因此，许 多研究者希望填补c m c 与f t f 的这一差距，努力创造“你见即我见”、“我 见即我想”的公共交互环境，让学习者自由开展各类交互活动，自如表达和 传递各类观点、想法和感情。 其次，c s c l 中的交互是为协作服务的。是实现“知识的共同建构”和“协 作参与者相互依赖”的基础1 1 9 l 。因此，c s c l 系统对“交互”的支持不能仅仅 局限在通信交流层面上，而更要强调协作小组信息流的有效管理、交互中的 知识产出和知识的共同理解。即要解决“小组学生是通过什么样的交互实现 知识的共同建构的”。 g s t a h l 基于社会建构主义对学习的解释。提出了知识建构过程模型： 当个人理念( p e r s o n a lb e l i e f ) 用言语表达出来( 即个人知识的外化) 时，便形 成了社会情境下的公众陈述( p u b l i cs t a t e m e n t ) ，来自不同个体的公众陈述 经过讨论会变得更为精炼或更为宽泛。这样的讨论将产生不同的观点及其论 证。通过进一步阐明各论点、论据之间的异同。个体相互之间会逐渐形成共 享的理解，如果不同的观点通过协商达成了一致，那么一致的结果便是协作 建构的知识( c 0 1 1 a b o r a t i v ek n 佣l e d g e ) 。 依据s t a h l 模型，可以将c s c l 中复杂多样的认知交互活动按照交互目的 划分为共享、论证、协商、创作，s t a h l 模型中知识建构阶段如表2 1 所示。 尽管s t a h l 模型描述了协作学习的重要阶段，但是该模型只涉及知识生 延边大学工学硕士学位论文 成。没有考虑认知和情感类交互，所以有必要在上述交互目的集合里增添一 类“维持”，即为维持并促进协作学习得以持续推进而进行的交互。 表2 一ls t a h l 模型中知识建构阶段 t a b 2 1 勋o w l e d g cc o n s t 兀l c t i n gp h a si ns t a h lm o d e l 交互目的知识的协作建构阶段解释 用语言表征个人理念 共享形成公众陈述共享个人观点及个人对他人观点的理解 其他人的公众陈述 论证和意义查看、比较小组内成员的观点，讨论问题 论证 阐明意义解决或任务完成的方案 通过协商不一致的观点形成共同的小组观 协商观点协商 点 创建共同知识提出新观点，形成问题解决方案或小组作 创作 物化协作建构的知识 品 从上述交互特点出发，c s c l 领域里有不同的交互研究内容。 2 2 2 支持交互的技术环境 “线索化( t h r e a d c dd i s c i l s s i ) 的b b s 讨论区”、“在线聊天”、“公告 系统”、“内置e m a i l ”等都是常见的交流工具，这些交流工具的组合大致 可以满足学生在线协作学习的基本需要。一些大型的( 主要指用户量大、覆盖 面广) 远程教学平台如w 曲c t 、b l a c k b o a r d 和t o p a a s s ，对协作的支持即体现 在这些交流工具的组合上。也有很多系统从模拟面对面交互情境的角度出发 设计了协作交互的功能，比如k a m u n c 在线教室，c e n t m 、c l i c k 2 1 e a m 、a s p e n 等教学平台支持多点音视频会议，会议参与者可以实施电子举手、投票，而 且可以共享他人浏览器和其他相关工具，因此能实现实时交互的虚拟教室活 动。但是如前所述，c s c l 中的交互是为协作建构知识服务的，因此如何在 信息交流的基础上“合作互助，实现个人和他人成果的最大化”是c s c l 系 统设计的关键。依据交互的目的：共享、论证、协商、创作，再加上维持， 可以认为有效的c s c l 交互工具应具备以下四个特点： ( 1 ) 营造共享活动空间 协作小组的成员在共享活动空问里可以分享文件、便条、u r l 地址、日 历、任务项目等，如b s c w 平台；可以感知到其他成员的状态，m i t 媒体实 验室( m i tm e d i 8l a b ) 开发了一个c h a tc i r c l e s 的图形化的会话系统。该系 延边大学工学硕十学位论文 统用可伸缩的彩色圆圈标志某个成员的在线活动状态。圆圈的颜色代表特定 的成员。圆圈的大小表示成员的活动指数，圆圈之间的距离表示成员之间的 交互关系；可以利用共享活动空间里的元素( 如白板) 辅助会话和交流。 ( 2 ) 提供论证和协商的支架 在线讨论区、聊天室或会议室仅仅是讨论和协商的场所。要支持并保障 论证和协商的顺利开展，需要有相应的指导机制。“支架教学”的理论认为， 应该为学习者自己建构对知识的理解提供一种概念框架。而这种框架中的概 念是为发展学习者对问题的进一步理解所需要的，支架的作用就是引导学习 者在未知的知识空间里逐步攀升。基于此理论，有效的c s c l 系统应该在交流 工具基础上进一步明确论证和协商的机制，以引导学习者进行有效交互。 s e n c e m a k e r 是由美国伯克利加利福尼亚大学开发的论证过程的支持工具，其 主要特征就是从空间和类别两个维度来支持学习者观点和论据的表述。学习 者借助s e n c e m a k e r ，用嵌套的方框来组织论点和论据，用颜色标志不同论据 或事实对论证某一论点的重要级别。 ( 3 ) 支持协作生成物化作品 物化作品大多表现为文档、图片、模型和概念图等内容。目前已经有很 多系统支持面向协作作品的交互活动，例如c o n o t e 支持基本文档注释和编辑 的协作交互；b e l v e d e r e 系统支持协作生成图形化产品( 画用例图、概念图、 用例表格等) ，允许对象的拖放、连接和重新布置；德国9 0 4 t ea i i i s 公司开发 的d y c ei n s t a n tm e s s e n g e r 、加拿大c a l g a r y 大学的知识科学学院( k n o w l e d g e s c i e n c ei n s t i t u t e ) 开发的k m a p 等都是典型的概念图工具软件；希腊佩特雷 大学开发的m o d e l s c r e a t o r 支持协作建模，通过控制权申请机制协调建模过 程；法国d es a v o i e 大学的c h r i s t i n ef e r r a r i e s 等人合作设计了面向5 6 岁儿童的协作绘画工具软件。 ( 4 ) 促进对交互过程和效果的反思 为了让学生超越信息沟通，对自身的学习和与他人的交互有清醒的认识， 帮助学生积极主动地进行协作，需要让学生深入思考小组是如何通过系列交 互活动完成学习任务的、自己和他人的参与程度如何、当前存在的问题等。 英国伯明翰大学的教育技术研究组( e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g yr e s e a r c h g r o u p ) 从支持学生自我监控和反思的角度设计了i c s c l 系统( i n t e l l i g e n t c s c l ) ，该系统支持反思的方法是：要求学生在协作学习开始之前考虑成功协 作的标准，系统依据该准在协作学习的过程中监控学生的行为。但是从目前 延边大学工学硕士学位论文 国内外研究情况来看，支持反思以促进协作学习的顺利开展的关键问题是如 何依据系统所记录的交互过程信息分析交互的有效性，并在价值判断的基础 之上深入分析造成目前交互效果的原因，提供适宜的反馈机制，而这一点却 是当前c s c l 较少涉及的课题之一。 2 2 3c s c l 交互研究的关键内容 交互过程建模的根本目的是认识交互的本质，分析交互的内在规律。现 实情景下的交互活动是灵活多样的。从任务来看，有非常结构化的、具有确 切答案的协作任务。也有非结构化的、成果开放的协作任务；从整个协作过 程的人员互动关系来看，有全通道式的网络型关系，有轮式的沟通关系，有 两两配对交互的沟通关系等等。这些互动关系在协作学习的过程中还是不断 变换的；从交互过程中的角色来看，有“建议者”( 提出任务或问题解决的思 路或新观点) ，有“质疑者”( 对他人的建议或观点提出疑问) ，有“学习者” ( 接受小组其他人的观点或建议) 。目前还没有一种统一的语言或机制来描述 技术支持环境下以及传统面对面环境下发生的交互。因此在建构交互过程模 型之前，首先需要确定交互的描述方法。 已有一些研究者对交互过程的描述提出了自己的看法。b a k e r 用四个要 素描述：协商的初始状态、协商内容、协商策略的应用及协商最终状态【2 0 1 。 a v o u r i s 等人用参与协作的个人围绕某一协作作品的交互行为序列来描述。 比如a p b i i l a i ( s t o r e h o u s e ) 表示学生a 提出了一个关于构建s t o r e h o u s e 概念 的提议( a p ，p 表示一p r o p o s a l ) ，然后学生b 对学生a 的提议进行了修改( b m ， m 表示m o d i f y ) ，最后学生a 在共享工作区里插入了概念s t o r e h o u s e ( a i ，i 表示i n s e r t ) 。但是这些研究都不全面，b a k e r 的协商模型只关注一致观点的 生成过程，而a v o u r i s 等人的方法只关注协作物化产品的生成过程。 对应交互的目的：共享、论证、协商、创作以及维持，系统的交互过程 模型应能够描述交互过程的重要阶段，即能解释小组学生是在什么时候进行 什么形式的、什么目标的协作交互。基于该模型，有利于分析影响各阶段交 互的因素、协作小组成员的参与程度及相互关系、个体认知水平和协作小组 整体的认知水平。 有效交互的表征 c s c l 领域的代表人物d i l l e n b o u r g ( 1 9 9 9 ) 曾经建议不要仅仅泛泛地谈论 协作学习的一般性效果，而要非常具体地针对特定类型的交互探讨其有效性。 廷边大学工学硕士学位论文 不同的交互会有不同的学习效果，需要研究的问题是：什么样的交互会产生 什么样的协作学习效果。这个问题其实又蕴含了另外一个问题：应该从哪些 方面考察交互的效果? 当前c s c l 领域的研究者主要关注以下五个方面的交互 效果： ( 1 ) 交互的积极性 反映交互积极性的参数有：交互言论数、平均每人发布的信息数( 方差、 最大值、最小值) 、每个成员阅读信息的次数( 平均每条信息的阅读次数、最 大值、最小值、方差) 等。 ( 2 ) 交互关系 协作学习过程中产生和发展起来的组员关系是协作成员间心理联系状况 的总体反映，这种关系反映着成员之问信息传递的频率、效率和内容。反映 成员之间交互关系的主要参数有交流密度、中心度。其中，交流密度= 成员之 间的所有联结数目理论上最大的联结数目。值的范围大小为o 1 0 0 ： 中心度由交流密度分布情况确定。中心度的分析有利于确定社交网络的中心 者、边缘者和协作小组内部的“小集团”。 ( 3 ) 交互的认知水平 交互的质量在认知方面有深浅层次之分。对于判断什么是深层次的交互 活动。不同的研究者有不同的结论。英国的n e 蜘a n 等人认为可以从1 0 个维 度来评价交互过程中认知加工的水平。这1 0 个维度分别是与学习主题相关、 对任务解决很重要、新颖、引入与问题相关的知识或经验、内容明确、观点 和论据关联性强、论证或依据事实判断、批判性评价、注重观点的实用性、 较全面看待问题。荷兰乌得勒支大学( u t r e c h tu n i v e r s i t y ) 的v e e r m a n 等人 通过分析认为，高认知水平的交互应该是批判性讨论或争论。而批判性讨论 具体表现为：言论是反对、检验或者向他人言论提出挑战的，言论是新增添 的、且性质与其他言论不同的。或者言论是解释观点型的。或者是总结性质 的、迁移性质的、评价性质的等等l z 2 1 。 ( 4 ) 共享效果 个人资源和信息的共享效果可以作为检验交互质量的重要指标。美国斯 坦福大学( s t a n f o r du n i v e r s i t y ) 的b a r r o n 与他的同事把共享信息解释为“提 出对问题解决有意义的建议”以及“协作组内其他成员对该建议予以接受或 质疑”。因此通过分析组内成员平均建议数以及成员同伴对建议的响应类型 是否接受或质疑可以大致推断出知识共享的质量。美国匹兹堡大学 延边大学工学硕，上学位论文 ( u n i v e r s i t yo fp i t t s b u r g h ) 学习研究和开发中心的a m ys 0 1 l e r 等人非常关 注协作组内某位或某些成员所提出的新知识是否能被其他成员所理解。并且 把那些新知识被成功共享的交互活动称为有效交互【2 3 1 。德国国家信息技术研 究中心的h a n s 等人关注共享的焦点是多个学习者在某个主题领域内所持观 点的一致程度1 2 4 1 。 ( 5 ) 交互的实效 反映交互实效的参数有：学习任务完成的质量和时间，备成员角色的职 责承担情况、交互时间占协作学习总时间的比率( 交互效率) 、交互言论与协 作目标的关系等。 2 2 4c s c l 中交互分析的方法 传统的交互研究方法有三类：内容分析法( c o n t e n ta n a l y s i s ) 、事例研 究法( c a s es t u d y ) 和社交网络分析法( s o c i a ln e t w o r ka n a l y s i s ) 。 内容分析原为社会科学家借用自然科学的定量分析的科学方法，对历史 文献进行内容分析而发展起来的。后来又逐渐发展为传播学的一种重要的研 究手段。内容分析法就是对明显的传播内容作客观而有系统的量化。并加以 描述的一种研究方法。c s c l 研究者常运用内容分析法分析某次协作交互的质 量和规律特征，如认知加工深度( d r w l i i a n ，1 9 9 6 ) 、个人对协作任务的 贡献量( s i m e o nj s i m o f f ，1 9 9 9 ；n m a v o u r i se ta 1 2 0 0 2 ) 、交互类型等。 运用内容分析法的基本过程是：首先从被试的交互信息中选取一定样本，然 后标记出特定类型会话( 比如解释型会话或寻求帮助型会话) 发生的频率，再 分析所得到的频率数与学习结果之间的关联程度。这种方法对于辨识和分析 协作交互过程中的一般特征是有用的，但是运用这种方法无法解释某一类型 的交互是如何产生的。比如，运用上述内容分析法就无法说明样本中的解释 型会话是如何提出来的，如何被某一成员接受的，又是为什么被另一成员忽 视的。 要探讨有意义交互的本质就必须对交互过程进行详细的分析。事例研究 方法可以提供协作交互过程更详细的特征信息，可以捕捉动态交互过程r | 的 每一细节，包括协作组成员的会话内容、可利用的信息资源、共享资源的应 用选择、协作活动的贡献类型、某一特定会话情节中的参与程度。 社交网络分析法是一种旨在揭示人们交互模式的方法，与一般的分析方 法不同，社交网络分析法研究的基本单位是主体与主体之间的关系，而不是 延边大学工学硕士学位论文 主体的个别属性。因此，在协作学习评价中运用社交网络分析法有利于评价 协作学习者之间的关系并促进各种关系对成员个人和整个协作组影响的研 究。在社交网络分析中，最基本的概念是节点和联结，节点代表社交网络中 的某位成员，联结代表两位成员之间信息传递的发生。描述网络中成员之间 的关系有两种方式；节点网络和交互矩阵。 0 c a f 方法 0 0 师方法( 0 b j e c t 0 r i e n t e dc o i l a b o r a t i o na m a l y s i sf 髓m e w o r k ，面向对象 的协作分析) 关注协作小组的问题解决方案是如何协作生成的，并认为该方案 通常由一些具有一定历史的组成对象( 实体) 组成，这些对象之间是有关联的， 且具有特定的属性。那么，实体、关系、属性便构成了一个协作产品的三个 基本要素。 问题x 的解决方案是s ，定义为s ( x ) ： e i ，r j ，a 。，。其中e 表示解决 方案s 中的节点实体，r 表示这些节点实体之间的关系，a 表示节点实体的属 性。那么解决方案s 的计算模型是： e j t i p 冯，p 幽，r j t j p i 岛，p k f l ，a m t i p i 岛，p k f i ； - e i x t i p i 岛，p k f l ，i j p i 岛，p k f l ，a m t i p i 岛，p k f l ； 其中一e 、一r 、一a 表示在问题解决过程中讨论过，但是没有在最终方案中 体现出来的实体、实体关系和实体属性。p 。f j 表示用户p i 以直接或间接的方 式参与问题解决过程，且操作角色( f u n c t i o n a lr o l e ) 为f j 。实体e 通过各 个用户对实体e 的操作角色序列来描述如实体e ( s t o r e h o u s e ) ：a p b m a i ， 表示实体s t o r e h o u s e 是在a 与b 的交互中产生的，首先a 提出了一个提议 ( a p ) ，然后b 进行了修改( b m ) ，最后a 在共享工作区里插入了实体 s t o r e h o u s e ( a i ) 。 总的来看，虽然该方法仅限于分析能导致结构化协作作品的交互过程， 但是应用0 c a f 可以分析： 协作的程度。 协作小组是如何建立和运用协作问题解决策略的。 小组成员参与程度。 小组成员对问题解决的贡献 成员言论行为是否符合成员既定角色。 交流密度。 每个问题解决环节的交互模式。 延边大学工学硕士学位论文 问题解决过程中特定术语出现的顺序。 系统建模法 模型是用来描述现实系统的。而模型研究方法是一种重要的分析、简化 和解决问题的方法。系统建模能抛开系统中次要、非本质的部分，抽出主要 的、有特色的部分进行研究，能将事物的重要因素、关系、状态、过程，突 出地显露出来，便于分析和认识。 活动理论是指导交互活动系统建模的重要指导理论。活动理论中分析的 基本单位是活动。活动系统包括三个核心成分( 主体、团体和客体) 和三个次 要成分( 工具、规则和分工) ，可以用两个嵌套的三角形来描述这个活动系统。 主体是执行活动的个人。人类的行为活动是通过工具作为媒介来完成的，任 何行为活动都指向一定的目标对象即客体，这是主体作用的结果：仅仅具有 个人意义的行为活动是极少见的，人类的行为活动都是具有群体意义的行为 活动。因此个体行为活动发生的环境成分包括工具、团体、规则、分工、客 体等。 交互