教學(xué)系統(tǒng)分析IIS圖方法研究摘要教學(xué)分析是提高課堂教學(xué)質(zhì)量的重要途徑，有助于教師進(jìn)行自我反思，對(duì)更加客觀進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)有重要意義。人們對(duì)教育和學(xué)習(xí)內(nèi)涵認(rèn)識(shí)日益深入，教學(xué)分析受到廣泛地關(guān)注。各國(guó)教育研究者，從各個(gè)不同方面，用不同的視角對(duì)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析。至少能從兩個(gè)視角對(duì)教學(xué)進(jìn)行細(xì)致的分析，一種視角是將教學(xué)看作人類行為系統(tǒng)，分析行為及其之間的關(guān)系；另一種將教學(xué)看作是具有特定功能的信息系統(tǒng)，分析信息流與功能之間的關(guān)系?；谛袨橄到y(tǒng)的要素分析是出現(xiàn)最早的教學(xué)分析的思路，反映了最初系統(tǒng)論對(duì)教學(xué)研究的影響。但是要素分析作為人們定性分析教學(xué)的方法，還停留在理念上，操作性較低。交互分析開(kāi)啟了從行為系統(tǒng)的角度對(duì)教學(xué)進(jìn)行的細(xì)致分析的研究，其主要關(guān)注兩個(gè)方面一個(gè)方面是研究特定行為或者交互的教學(xué)價(jià)值；另一個(gè)方面是對(duì)交互進(jìn)行細(xì)致解釋學(xué)分析。然而，交互分析編碼體系的任意性，以及其對(duì)言語(yǔ)信息歸類和切分帶來(lái)的主觀性，還有在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分采用的規(guī)則存在問(wèn)題，最終導(dǎo)致結(jié)論的低可靠性。教學(xué)系統(tǒng)分析IIS圖方法是一種從信息系統(tǒng)角度分析教學(xué)系統(tǒng)的新方法，它著眼系統(tǒng)整體，關(guān)注系統(tǒng)功能，為教學(xué)分析研究提供新的思考角度，做出了教育技術(shù)領(lǐng)域中把系統(tǒng)論思想向方法論轉(zhuǎn)變的嘗試。本研究在綜合應(yīng)用文獻(xiàn)分析法、內(nèi)容分析法、準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法等研究方法的基礎(chǔ)上，綜合考慮信息熵理論、復(fù)雜度理論，并且結(jié)合實(shí)踐操作完成了以下幾方面的工作。建立起教學(xué)系統(tǒng)中信息流的表征形式；總結(jié)出信息流的切分技術(shù)；構(gòu)造了用于反映IIS屬性的激活量算法。3有了信息流的表征形式，相當(dāng)于獲得了編碼系統(tǒng)，明確了信息流的各個(gè)屬性；有了切分技術(shù)，能把連貫的信息流進(jìn)行分割，相當(dāng)于明確了數(shù)據(jù)采集規(guī)則；構(gòu)造出了激活量算法，相當(dāng)于明確了以哪種方法對(duì)信息流進(jìn)行定量分析。我們還選擇了學(xué)科結(jié)構(gòu)差異較大的兩門學(xué)科（理工科數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；文科教學(xué)設(shè)計(jì)）用于實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明知識(shí)點(diǎn)激活量與學(xué)習(xí)效果之間具有正相關(guān)關(guān)系。關(guān)鍵詞教學(xué)分析，信息系統(tǒng)，IIS圖方法，激活熵RESEARCHONIISMAPININSTRUCTIONALSYSTEMANALYSISABSTRACTINSTRUCTIONALANALYSISISANIMPORTANTWAYTOIMPROVETHEQUALITYOFTEACHINGANDHELPTEACHERSREFLECTONTEACHINGITISOFGREATSIGNIFICANCETOMAKEMOREOBJECTIVEEVALUATIONOFTEACHINGWITHPEOPLEUNDERSTANDTHEMEANINGOFEDUCATIONANDLEARNINGISINCREASINGLYDEEPENING,INSTRUCTIONALANALYSISAREWIDELYCONCERNEDABOUTTHEEDUCATIONRESEARCHERSFOCUSONDIFFERENTASPECTSANDHAVEDIFFERENTPERSPECTIVESONTHEINSTRCTIONALSYSTEMANALYSISATLEASTTWOPERSPECTIVESONTHEDETAILEDINSTRUCTIONALANALYSIS,ONEPERSPECTIVEISTHEINSTRUCTIONALSYSTEMASHUMANBEHAVIOR,WECANANALYSEBEHAVIORSANDTHERELATIONSHIPSBETWEENTHEMANOTHERPERSPECTIVEISTHEINSTRUCTIONALSYSTEMASINFORMATIONSYSTEMSWITHASPECIFICFUNCTION,ANALYSISOFTHERELATIONSHIPBETWEENINFORMATIONFLOWANDFUNCTIONOFINFORMATIONSYSTEMSELEMENTSANALYSISOFBEHAVIORBASEDSYSTEMSISTHEEARLISTEMERGENCEOFINSTRUCTIONALANALYSISIDEAS,REFLECTINGTHEINITIALIMPACTONTEACHINGANDRESEARCHOFSYSTEMTHEORYHOWEVER,ELEMENTSANALYSISASAQUALITATIVEANALYSISOFTEACHINGWAY,REMAININTHECONCEPT,LOWEROPERATIONALANALYSISOFINTERACTIONANALYSISCARRIEDOUTADETAILEDANALYSISOFINSTRUCTIONRESEARCHFROMTHEPERSPECTIVEOFBEHAVIORSYSTEMITCONCERNTWOASPECTSONEASPECTISTOEXAMINETHETEACHINGVALUEOFTHEPARTICULARACTORINTERACTIONTHEOTHERASPECTISTHEDETAILEDEXPLANATIONANALYSISOFTHEINTERACTIONHOWEVER,THERANDOMICITYOFTHEANALYSISOFINTERACTIONCODINGSYSTEM,THESUBJECTIVITYOFVERBALINFORMATIONCLASSIFICATIONANDSEGMENTATION,ASWELLASTHEDATASEGMENTATIONRULESADOPTEDEXISTPROBLEMS,WHICHEVENTUALLYLEDTOTHELOWRELIABILITYOFTHECONCLUSIONSIISMAPBASEDINSTRUCTIONALSYSTEMANALYSISISANEWWAYFROMTHEPERSPECTIVEOFINFORMATIONSYSTEMITSEETHESYSTEMASAWHOLE,CONCERNABOUTTHESYSTEMFUNCTIONANDPROVIDEANEWPOINTOFVIEWABOUTINSTRUCTIOANLSYSTEMANALYSIS,HASMADEAATTEMPTTOTRANSFORMTHESYSTEMTHOUGHTTOMETHODOLOGICALINTHEFIELDOFEDUCATIONALTECHNOLOGYONTHEBASISOFINFORMATIONENTROPYTHEORY,COMPLEXITYTHEORY,WEAPPLIEDQUASIEXPERIMENTAL,LITERATUREANALYSIS,CONTENTANALYSISRESEARCHMETHODSINTHISSTUDYANDCOMPLETEDTHEWORKASFOLLOWESTABLISHTHECHARACTERIZATIONOFINFORMATIONFLOWSUMMARIZEDINFORMATIONFLOWSEGMENTATIONTECHNOLOGYSTRUCTURETHEACTIVATIONVOLUMEALGORITHMREFLECTINGTHEIISPROPERTIESFORTHECHARACTERIZATIONFORMOFTHEINFORMATIONFLOW,ISEQUIVALENTTOACCESSTOTHECODINGSYSTEMANDUNDERSTANDTHEVARIOUSPROPERTIESOFTHEINFORMATIONFLOWWITHSEGMENTATIONTECHNIQUES,COHERENTINFORMATIONFLOWCANBEPARTITIONED,WHICHISEQUIVALENTTOCLEARTHEDATACOLLECTIONRULESCONSTRUCTINGVOLUMEACTIVATEDALGORITHMISEQUIVALENTTOACLEARMETHODFORQUANTITATIVEANALYSISOFINFORMATIONFLOWWECHOSETWODISCIPLINESWITHDIFFERENTACADEMICSTRUCTURESCIENCEANDENGINEERINGDATASTRUCTUREARTSINSTRUCTIONALDESIGNFORTHETARGETKNOWLEDGEPOINTTAKENTHECONCLUSIONSISTHATACTIVATIONVOLUMEPOSITIVELYRELATEDTOLEARNINGOUTCOMESKEYWORDSINSTRUCTIONALANALYSIS,INFORMATIONSYSTEM,IISMAP,ENTROPYOFACTIVATION目錄1研究背景及意義111研究背景112教學(xué)分析研究的發(fā)展與現(xiàn)狀1121基于行為系統(tǒng)的教學(xué)分析交互分析2122基于信息系統(tǒng)的教學(xué)分析4123基于信息系統(tǒng)的教學(xué)分析教學(xué)系統(tǒng)分析IIS圖方法52研究的目的、內(nèi)容、意義與研究設(shè)計(jì)721研究目的與內(nèi)容722研究意義723研究設(shè)計(jì)8231文獻(xiàn)調(diào)查階段8232實(shí)證前試分析階段8233實(shí)證階段93操作規(guī)范和激活量算法的確立1031信息流的表征形式與切分技術(shù)10311信息流的表征形式與屬性定義10312信息流切分技術(shù)1132構(gòu)造激活量算法12321由信息熵理論得到啟發(fā)構(gòu)造激活熵12322激活的擴(kuò)散規(guī)則13323學(xué)習(xí)復(fù)雜度系數(shù)14324算法綜述154IIS方法操作過(guò)程以本科“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”為例195實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析256研究結(jié)論及展望27參考文獻(xiàn)1致謝3圖目錄圖1行為交互的概念模型3圖2IIS模型II5圖3IIS輸入信息項(xiàng)序列示意圖6圖4整體研究流程9圖5第一層擴(kuò)散規(guī)則輔助圖14圖6第二層擴(kuò)散規(guī)則輔助圖14圖7“激活量”算法邏輯流程圖16圖8以目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)為中心的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖17圖9“拓?fù)渑判颉苯虒W(xué)前知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖19圖10“拓?fù)渑判颉敝R(shí)網(wǎng)絡(luò)圖中選取的目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)20圖11實(shí)際教學(xué)后修正過(guò)的“拓?fù)渑判颉敝R(shí)網(wǎng)絡(luò)圖21圖12“拓?fù)渑判颉盜IS輸入信息項(xiàng)序列表征22圖13“拓?fù)渑判颉睅в屑せ畲螖?shù)的IIS圖22圖14“拓?fù)渑判颉睅в斜碚餍螒B(tài)的IIS圖23圖15“拓?fù)渑判颉睅в屑せ盍康腎IS圖231研究背景及意義11研究背景當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)人才需求多元化，對(duì)教學(xué)質(zhì)量要求日益增高，給教育工作者提出了新的挑戰(zhàn)。人們對(duì)教育和學(xué)習(xí)內(nèi)涵認(rèn)識(shí)日益深入，教學(xué)分析受到廣泛地關(guān)注。教學(xué)分析是提高課堂教學(xué)質(zhì)量的重要途徑，有助于教師進(jìn)行自我反思，對(duì)更加客觀進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)有重要意義，大部分學(xué)者在這些教學(xué)分析的重要意義上達(dá)成了共識(shí)。各國(guó)教育研究者，從各個(gè)不同方面，用不同的視角對(duì)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析，有的研究者關(guān)注師生交互行為的教學(xué)價(jià)值，有的關(guān)注如何解釋師生的行為，有的關(guān)注教學(xué)系統(tǒng)的模型的建立，有的關(guān)注分析過(guò)程中使用媒體情況，有的關(guān)注教學(xué)分析適用的環(huán)境，還有的關(guān)注教師教學(xué)方法進(jìn)行反思的方法，逐步深化了人們對(duì)教學(xué)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。112教學(xué)分析研究的發(fā)展與現(xiàn)狀對(duì)教學(xué)系統(tǒng)的概念層次的分析研究已經(jīng)有很久的歷史。根據(jù)參照系不同，對(duì)教學(xué)系統(tǒng)要素的劃分可謂眾說(shuō)紛紜。有經(jīng)典的“三要素”說(shuō)教師、學(xué)生、教材；還有另一種“三要素”說(shuō)人員，物質(zhì)，信息；還有所謂的“四要素”說(shuō)教師，學(xué)生，教學(xué)內(nèi)部和教學(xué)手段。2巴班斯基把教學(xué)看成是一個(gè)由人、物、教學(xué)過(guò)程組成的系統(tǒng)，認(rèn)為人所包括的教師、學(xué)生，物所包括的物質(zhì)條件、學(xué)校衛(wèi)生條件、道德心理氣氛，教學(xué)過(guò)程所包括的教學(xué)結(jié)構(gòu)、教學(xué)環(huán)節(jié)等都是構(gòu)成教學(xué)過(guò)程的要素，其中每一個(gè)要素都會(huì)影響教學(xué)的進(jìn)程和質(zhì)量，并在這一前提下提出教學(xué)最優(yōu)化理論，促使教學(xué)效果達(dá)到最優(yōu)。3李秉德、李定仁教授在其所編著的教學(xué)論中明確提出，在各級(jí)各類學(xué)校所進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)中都包含有學(xué)生、教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)反饋、教師這七大要素。這七要素之間的關(guān)系是相互影響、相互聯(lián)系的。張楚廷著的教學(xué)論綱中，把教學(xué)要素分為平凡要素和特征要素，再往下細(xì)分，最終形成一個(gè)教學(xué)要素層次系統(tǒng)。4要素分析是出現(xiàn)最早的教學(xué)分析的思路，反映了最初系統(tǒng)論對(duì)教學(xué)研究的影響。研究者從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方法入手，試圖通過(guò)悉數(shù)所有出現(xiàn)在教學(xué)中的要素，然后對(duì)這些要素逐個(gè)分析來(lái)認(rèn)識(shí)教學(xué)。要素分析對(duì)教學(xué)分析的發(fā)展，特別是對(duì)人們定性分析教學(xué)做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，是人們初步探索教學(xué)系統(tǒng)必然經(jīng)過(guò)的階段。然而要素分析作為人們定性分析教學(xué)的方法，還停留在理念上，操作性較低。要素分析中，教學(xué)要素的劃分是較為直觀的，劃分的依據(jù)是含糊的（比如，并非教師和學(xué)生的全部屬性都是教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成要素）；其次，盡管在理念上提出了要素之間的相互聯(lián)系和相互影響，然而在進(jìn)行具體分析的過(guò)程中，往往是割裂地對(duì)單個(gè)要素進(jìn)行分析，對(duì)要素之間的關(guān)系無(wú)法進(jìn)行深入的研究。當(dāng)前教學(xué)系統(tǒng)分析的研究已經(jīng)進(jìn)入細(xì)致分析的階段。通過(guò)對(duì)已有教學(xué)分析研究的梳理，至少能從兩個(gè)視角對(duì)教學(xué)進(jìn)行細(xì)致的分析，一種視角是將教學(xué)看作人類行為系統(tǒng)，分析行為及其之間的關(guān)系；另一種將教學(xué)看作是具有特定功能的信息系統(tǒng)，分析信息流與功能之間的關(guān)系。5121基于行為系統(tǒng)的教學(xué)分析交互分析從行為系統(tǒng)的角度對(duì)教學(xué)進(jìn)行的細(xì)致分析研究，主要關(guān)注兩個(gè)方面一個(gè)方面是研究特定行為或者交互的教學(xué)價(jià)值。比如，有研究者在考察在線課程的成人學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)持久性與教學(xué)交互之間的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)占26比例的學(xué)習(xí)者認(rèn)為，異步討論區(qū)所使用的異步討論對(duì)他們堅(jiān)持學(xué)習(xí)有促進(jìn)作用6。有研究者考察了非母語(yǔ)英語(yǔ)課堂中教師反饋與學(xué)生舉手發(fā)言之間的交互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)（1）重做可能會(huì)引發(fā)其他類型的反饋；（2）盡管重做和明確修改對(duì)于拼寫錯(cuò)有作用，討論協(xié)商更有利于語(yǔ)法錯(cuò)的糾正7。還有的研究者關(guān)注不同類型的交互（不使用計(jì)算機(jī)的面對(duì)面交流、基于計(jì)算機(jī)的協(xié)作（異步交流）和在計(jì)算輔助下的面對(duì)面交流）與學(xué)習(xí)效果的關(guān)系。研究表明，計(jì)算機(jī)介入的交互更加規(guī)則。與計(jì)算機(jī)介入的交互相比，面對(duì)面的交互能發(fā)生更多的學(xué)習(xí)8。第二方面是對(duì)交互進(jìn)行細(xì)致解釋學(xué)分析。這種研究近期成為焦點(diǎn)，人們關(guān)注的主題有確定對(duì)話結(jié)構(gòu)和特征的有效可靠的方法、通過(guò)對(duì)話交互分析確認(rèn)對(duì)話角色、智能教育系統(tǒng)（IES）中對(duì)話的運(yùn)算模型以及對(duì)話交互分析在CMC和CSCL中的應(yīng)用9。人們希望通過(guò)有效的交互分析，能夠判定知識(shí)協(xié)同建構(gòu)的質(zhì)量。比如，GUNAWARDENA等人建立協(xié)同知識(shí)建構(gòu)的等級(jí)性過(guò)程模型。研究者認(rèn)為，質(zhì)量越好的交互所達(dá)到的層次越高10。交互分析的具體操作是相對(duì)成熟的，不論其具體使用的情景如何它都有一系列相似的具體操作步驟。我們對(duì)影響較大的交互分析方法和在CSCL中應(yīng)用的交互分析方法進(jìn)行分析。通過(guò)分析我們發(fā)現(xiàn)不論哪種形式的交互分析方法首先建立一個(gè)行為交互的概念模型，然后把具體操作分為三個(gè)部分（1）建立編碼系統(tǒng)來(lái)準(zhǔn)確表征交互過(guò)程；（2）規(guī)定一套采集數(shù)據(jù)的規(guī)范；（3）進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析。任何交互分析都基于特定的交互過(guò)程概念模型。交互的概念模型反映了交互的各種角色在行為上的交互關(guān)系。圖1是BEATRIZBARROR等人構(gòu)建的兩個(gè)言語(yǔ)討論的交互模型。基于這個(gè)交互模型開(kāi)發(fā)的討論區(qū)限定了學(xué)習(xí)者的討論空間11。縱觀各種交互分析方法，我們選取了以下三種典型的分析方法，對(duì)它們的具體操作分析結(jié)果如表1，其中CSCL交互分析以黃榮懷博士的知識(shí)工程研究所的研究為例表1交互分析法的三個(gè)具體操作部分弗蘭德互動(dòng)分析系統(tǒng)（FIAS）分析法ST分析法CSCL交互分析編碼體系把課堂中師生言語(yǔ)互動(dòng)情況分為教師語(yǔ)言、學(xué)生語(yǔ)言和沉默（無(wú)有效語(yǔ)言活動(dòng)）3大類共10個(gè)類別。把課堂中師生教學(xué)行為僅分為T行為（教師行為）和S行為（學(xué)生行為）兩類。T行為是指教師視覺(jué)的、聽(tīng)覺(jué)的信息傳遞行為，此外的所有行為都是S行為。把師生的交互行為分為認(rèn)知活動(dòng)、情感活動(dòng)、元認(rèn)知活動(dòng)、其他四大類。采集數(shù)據(jù)的規(guī)則采用時(shí)間抽樣的辦法，一般每間隔3秒鐘進(jìn)行采樣，觀察者就依照上述分類記錄下相應(yīng)的編碼。編碼反映了課堂中按時(shí)間順序發(fā)生的一系列事件，而這些事件按時(shí)間順序連接成一個(gè)序列。采用時(shí)間抽樣的辦法，通常以30秒作為時(shí)間間隔進(jìn)行采樣。由觀察者記錄下相應(yīng)編碼。將選定的樣本分為若干分析單元，如句子、段落、消息、意義單元等。把“意義單元”作為最小的編碼統(tǒng)計(jì)工具對(duì)原始資料進(jìn)行劃分?jǐn)?shù)據(jù)挖掘與分析把序列存進(jìn)一個(gè)矩陣中，形成弗蘭德遷移矩陣分析。還可以使用曲線分析，縱坐標(biāo)代表師生語(yǔ)言行為，橫坐標(biāo)代表時(shí)間，構(gòu)成一個(gè)坐標(biāo)系，將行為與時(shí)間的交點(diǎn)用線段連接起來(lái)，就形成了語(yǔ)言比率動(dòng)態(tài)特性曲線。描繪ST圖進(jìn)行分析。以原點(diǎn)為教學(xué)的起始時(shí)刻，將測(cè)得的S、T數(shù)據(jù)順序地在S軸、T軸上予以表示，直到教學(xué)結(jié)束，就得到ST圖。ST分析法最終通過(guò)計(jì)算RT和CH值判斷教學(xué)模式。（RT表示教師行為與總采樣行為的比率，CH表示學(xué)生行為與總采樣行為的比率。）統(tǒng)計(jì)分析帖子的數(shù)量，得出概括性了解。分析四大類活動(dòng)“意義單元”的頻次，分析每個(gè)緯度“意義單元”的時(shí)間序列，最終獲得結(jié)論。不可否認(rèn)，把系統(tǒng)論作為方法論的角度來(lái)講，交互分析比概念層次的要素分析已經(jīng)進(jìn)了一大步。它不是對(duì)各個(gè)要素進(jìn)行割裂的分析，而是從系統(tǒng)整體地把握上尋求關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，開(kāi)始關(guān)注要素之間的某些聯(lián)系。交互分析還能夠幫助教師看到教學(xué)的一些細(xì)節(jié)，對(duì)改進(jìn)教學(xué)具有一定的輔助作用。對(duì)角色及其行為的編碼是整個(gè)交互研究的核心部分。不同研究者會(huì)提出不同的編碼PROPOSALAGREEMENTCOMMENTCONTRAPROPOSALQUESTIONCLARIFICATIONINITIALQUESTIONCOMMENTANSWERQUESTION圖1行為交互的概念模型體系。由于交互的復(fù)雜性，使得各研究者用于相似定性分析任務(wù)的詞匯卻各不相同，在一定程度上造成了混亂，而不同的編碼體系又會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)論，所以交互分析需要一定的術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)化。另外，編碼體系對(duì)數(shù)據(jù)源也有依賴性，同樣的言語(yǔ)行為（文本上的），加上語(yǔ)氣、肢體語(yǔ)言（錄像中的），就可能歸于不同的類型12。在采集數(shù)據(jù)方面，最初數(shù)據(jù)采集多使用時(shí)間為單位進(jìn)行采集，越來(lái)越多的研究者意識(shí)到對(duì)時(shí)間序列的機(jī)械切分造成的問(wèn)題，進(jìn)而采用多種例如“意義單元”這樣的切分單位。然而“意義單元”的劃分標(biāo)準(zhǔn)是模糊的，產(chǎn)生“意義單元”中意義沒(méi)有具體的依附體使產(chǎn)生意義組合很容易出現(xiàn)任意性?？傊?，編碼體系的任意性，以及其對(duì)言語(yǔ)信息歸類和切分帶來(lái)的主觀性，還有在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分采用的規(guī)則存在問(wèn)題，最終導(dǎo)致結(jié)論的低可靠性。122基于信息系統(tǒng)的教學(xué)分析隨著從信息角度研究教育的工作逐步展開(kāi)，研究?jī)?nèi)容日益廣泛，并取得了不少進(jìn)展。從香農(nóng)四十年代開(kāi)啟了信息論的時(shí)代后，信息論被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，教育行業(yè)也不例外。杜威是較早地明確使用“信息”概念的教育學(xué)家，而在杜威先前的學(xué)者們雖然沒(méi)有明確使用“信息”概念，卻由于教育與信息有著實(shí)質(zhì)的不可分的聯(lián)系，大都朦朧的感覺(jué)到一些具體的信息加工與接受信息的活動(dòng)在教育中的重要地位，并提出了很多有深遠(yuǎn)影響的見(jiàn)解。20世紀(jì)80年代以來(lái)，在我國(guó)社會(huì)科學(xué)界掀起了一股推廣和學(xué)習(xí)三論的熱潮。所謂三論，即“系統(tǒng)論”“控制論”和“信息論”。在教學(xué)分析領(lǐng)域中，國(guó)內(nèi)有些學(xué)者認(rèn)為教學(xué)是任類最常見(jiàn)的一種認(rèn)知活動(dòng)，它在實(shí)質(zhì)上是一個(gè)信息流動(dòng)的過(guò)程。并從橫向和縱向兩個(gè)維度對(duì)課堂中的信息流進(jìn)行劃分輸人信息、固有信息、輸出信息組成了教學(xué)過(guò)程的三列縱向信息，知識(shí)信息、結(jié)構(gòu)信息、方法信息，則構(gòu)成了教學(xué)過(guò)程中的三列橫向信息。這些縱橫交錯(cuò)的信息，構(gòu)成了一個(gè)完整的課堂教學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)，而信息流就在這張網(wǎng)上不停地流動(dòng)著13。李克東教授在系統(tǒng)科學(xué)方法在教學(xué)系統(tǒng)研究中的應(yīng)用一文中對(duì)教學(xué)系統(tǒng)中認(rèn)知學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行了信息流向分析，并采用功能模擬的系統(tǒng)科學(xué)研究方法來(lái)分析教學(xué)系統(tǒng)14。國(guó)外出現(xiàn)了把教學(xué)系統(tǒng)看作信息系統(tǒng)進(jìn)行研究的觀點(diǎn)，比如豪恩斯坦教學(xué)系統(tǒng)觀。美國(guó)佛羅里達(dá)國(guó)際大學(xué)教授豪恩斯坦（ADEANHAUENSTEIN）在其所著的教育目標(biāo)的一種概念架構(gòu)對(duì)傳統(tǒng)分類學(xué)的整合15書著眼于教學(xué)系統(tǒng)功能機(jī)制。他把系統(tǒng)的觀點(diǎn)引入教學(xué)，并明確提出教學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)信息系統(tǒng)。在教學(xué)系統(tǒng)中，信息或內(nèi)容（即他人的知識(shí)）有四種，分別是符號(hào)性信息、描述性信息、處方性信息和技術(shù)性信息。經(jīng)過(guò)了學(xué)習(xí)體驗(yàn)之后，這些信息有可能被領(lǐng)會(huì)，轉(zhuǎn)化為學(xué)生自身的內(nèi)在的知識(shí)。從信息系統(tǒng)的角度來(lái)研究教學(xué)系統(tǒng)，可以克服在教學(xué)研究中存在的孤立、靜止、簡(jiǎn)單化的毛病，并且可使教學(xué)研究從定性分析、概率統(tǒng)計(jì)描述的水平提高到系統(tǒng)科學(xué)分析的高度，使教學(xué)規(guī)律的描述更為深刻?？v觀相關(guān)文獻(xiàn)資料我們可以發(fā)現(xiàn)許多學(xué)者以信息傳遞與加工的觀點(diǎn)來(lái)看待教育過(guò)程，構(gòu)造了許多教學(xué)過(guò)程的信息流程圖或者教育系統(tǒng)信息流程圖，也有人稱之為教育信息系統(tǒng)中的信息傳遞模型；另外有學(xué)者利用信息論中的現(xiàn)成的概念來(lái)描述或表達(dá)教育活動(dòng)中的某些現(xiàn)象。促進(jìn)了教育理論的發(fā)展，但是也無(wú)需諱言，現(xiàn)在大部分的研究只是把現(xiàn)成的信息論概念原封不動(dòng)用來(lái)描述教育現(xiàn)象，沒(méi)有把信息觀點(diǎn)和信息論的成果有機(jī)地融化于教育領(lǐng)域的研究之中16。123基于信息系統(tǒng)的教學(xué)分析教學(xué)系統(tǒng)分析IIS圖方法教學(xué)系統(tǒng)分析技術(shù)的初步研究17一文把教學(xué)分析建立在信息系統(tǒng)視角之上，從教學(xué)系統(tǒng)整體功能機(jī)制出發(fā)，以信息系統(tǒng)為視角的教學(xué)分析的觀點(diǎn)引入實(shí)際的分析操作。1建立教學(xué)系統(tǒng)模型該文認(rèn)為教學(xué)系統(tǒng)總體功能就是通過(guò)教師的有效干預(yù)來(lái)幫助學(xué)生完成對(duì)知識(shí)、技能和價(jià)值觀的自我建構(gòu)。教學(xué)系統(tǒng)是一種教師、學(xué)生和具有信息處理能力的媒體這三個(gè)信息處理主體之間信息流動(dòng)的系統(tǒng)，本質(zhì)上是一種信息系統(tǒng)?；趯?duì)教學(xué)系統(tǒng)功能的認(rèn)識(shí)，并充分考慮知識(shí)的共享和社會(huì)性建構(gòu)的特征，建模如圖2。圖中用IPL、IPT、IPM分別代表參與教學(xué)系統(tǒng)功能耦合的學(xué)生、教師和信息媒體對(duì)信息的處理。這種內(nèi)部的信息處理是透明，不可見(jiàn)的，但它的輸入和輸出是可見(jiàn)的表達(dá)為X和Y。IPL、IPT、IPM的Y集中起來(lái)，抽象出一個(gè)信息的共享集IIS（INSTRUCTIONALINFORMATIONSET）。2分析操作的基本內(nèi)容系統(tǒng)分析即用一種編碼體系代替另一種編碼體系，用于表征那個(gè)系統(tǒng)，而那個(gè)新的編碼體系能夠清晰的反映系統(tǒng)的某些特征。IIS圖分析法的操作內(nèi)容包括三個(gè)部分。IIS的輸入信息項(xiàng)Y的表征。IIS的輸入信息項(xiàng)即是各個(gè)IP的Y。其中IPT的Y是指教師在教學(xué)過(guò)程中臨時(shí)創(chuàng)生的信息（包括用特定媒體工具表達(dá)的信息），比如言語(yǔ)陳述、表演、板書等。IPM的Y是指教師或?qū)W生操作媒體時(shí)，從媒體中提取出來(lái)的信息。IPL的Y是指學(xué)生在教學(xué)學(xué)生對(duì)信息的處理IPL學(xué)生對(duì)信息的處理IPL媒體對(duì)信息的處理IPM教師對(duì)信息的處理IPT教學(xué)信息集IISX1X2X3X4Y2Y3Y4Y1環(huán)境環(huán)境環(huán)境環(huán)境圖2教學(xué)系統(tǒng)概念模型過(guò)程中創(chuàng)生的信息，比如言語(yǔ)陳述、回答問(wèn)題、記錄筆記等。IIS輸入信息項(xiàng)Y的序列表征。輸入信息項(xiàng)的序列并不一定是線性序列，可能包含有并發(fā)特性?？梢允褂每梢暤姆绞奖磉_(dá)出來(lái)。如圖3IIS的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖表征IIS圖。作者認(rèn)為如果僅僅從線性序列或者集合的角度，看不到這些知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系及其教學(xué)意義。需要采用一種能表達(dá)這種關(guān)系和意義的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)就是帶有標(biāo)記的知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖，即IIS圖。這里所謂的標(biāo)記是指輸入信息項(xiàng)的屬性值（比如，表征形態(tài)等）及其從該集合中反映出來(lái)的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的特征（比如，被激活的次數(shù)等）。我們把以上教學(xué)分析方法稱為教學(xué)系統(tǒng)分析IIS圖方法。與其他教學(xué)系統(tǒng)分析的方法相比，IIS圖方法能夠反映教學(xué)系統(tǒng)知識(shí)建構(gòu)的總體水平。這是進(jìn)一步研究教學(xué)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。IIS圖分析法也是教學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)的有機(jī)組成部分，并可以廣泛應(yīng)用到教學(xué)資源、網(wǎng)絡(luò)課程的缺陷分析、質(zhì)量評(píng)估等方面。IPTIPLIPMIPT時(shí)間圖3IIS輸入信息項(xiàng)序列示意圖2研究的目的、內(nèi)容、意義與研究設(shè)計(jì)21研究目的與內(nèi)容對(duì)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行IIS圖分析有一個(gè)假定，即知識(shí)點(diǎn)的某種屬性比如，激活量與知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)效果存在著相關(guān)關(guān)系。如果這個(gè)假設(shè)是成立的，IIS圖分析才可能是有效的。本研究的目的是驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)的正確性，并探索教學(xué)系統(tǒng)分析IIS圖方法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，即創(chuàng)立適合IIS圖法的操作規(guī)范。通過(guò)上文的討論，我們知道教學(xué)系統(tǒng)分析IIS圖方法是在進(jìn)行教學(xué)系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析抽象出的教學(xué)信息集合IIS來(lái)理解教學(xué)系統(tǒng)。為了驗(yàn)證IIS圖方法的有效性，我們需要規(guī)范其具體的操作細(xì)節(jié)，才能保證收集到的數(shù)據(jù)真實(shí)。IIS圖分析方法主要包含了三個(gè)部分第一部分，如何確定IIS的輸入信息項(xiàng)Y輸入信息項(xiàng)，我們也稱之為信息流，是三個(gè)教學(xué)主體進(jìn)行教學(xué)時(shí)創(chuàng)生出的信息，這些信息的屬性決定著進(jìn)行教學(xué)分析時(shí)需要關(guān)注的要素，那么信息流應(yīng)該包含哪些屬性，各個(gè)屬性代表什么含義，哪些屬性是必需的哪些是可選擇的都是需要進(jìn)一步進(jìn)行研究的。第二部分，如何切分連貫的信息流，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集事實(shí)上真實(shí)的教學(xué)系統(tǒng)中產(chǎn)生的信息流是連貫的，并沒(méi)有明確分割界限，而要進(jìn)行分析就需要對(duì)這個(gè)連貫的信息流進(jìn)行切分。那么切分的原則什么呢信息流采樣的規(guī)范是什么呢第三部分，如何分析代標(biāo)志的IIS的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖表征IIS圖教學(xué)系統(tǒng)分析技術(shù)的初步研究文中提到帶有標(biāo)記的知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖，即IIS圖。所謂的標(biāo)記是指知識(shí)點(diǎn)的屬性值（比如，表征形態(tài)、激活量等，來(lái)源于輸入信息項(xiàng)）。然而我們并不清楚每一種標(biāo)記與學(xué)習(xí)效果之間的相關(guān)關(guān)系。在本研究中，主要致力于研究激活量這種標(biāo)記與學(xué)習(xí)效果之間的相關(guān)關(guān)系，用于驗(yàn)證IIS圖方法的有效性。22研究意義本研究驗(yàn)證“激活量”這個(gè)系統(tǒng)屬性值與系統(tǒng)功能的一致性，這對(duì)于評(píng)價(jià)教學(xué)可能成為一種新的方式，不需要通過(guò)測(cè)驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)教學(xué)，而直接考察教學(xué)過(guò)程本身來(lái)評(píng)價(jià)教學(xué)，而且這種方法客觀性很強(qiáng)、操作性很強(qiáng)。隨著網(wǎng)絡(luò)課程的推廣，越來(lái)越多的人接受網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。然而網(wǎng)絡(luò)課程質(zhì)量參差不齊，把好網(wǎng)絡(luò)課程的質(zhì)量關(guān)越來(lái)越重要。我們嘗試采用這種新的教學(xué)分析的方法，自動(dòng)化之后用于達(dá)到自動(dòng)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)課程。23研究設(shè)計(jì)研究問(wèn)題陳述學(xué)科教學(xué)中單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的激活量與學(xué)生針對(duì)單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的總體學(xué)習(xí)效果的相關(guān)性研究。整個(gè)研究分為三個(gè)階段，如圖4所示。231文獻(xiàn)調(diào)查階段采用文獻(xiàn)分析法，掌握現(xiàn)有教學(xué)分析方法的現(xiàn)狀，對(duì)比現(xiàn)有分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)。閱讀大量系統(tǒng)方法的文獻(xiàn)，力圖深刻的理解系統(tǒng)的意義，在研究中始終把系統(tǒng)論作為方法論指導(dǎo)。232實(shí)證前試分析階段在實(shí)證之前需要讓技術(shù)更加成熟，具有可操作性。我們?cè)O(shè)計(jì)在實(shí)證研究之前作試分析，用于完善分析的各個(gè)步驟的具體操作技術(shù)。根據(jù)這個(gè)目的，擬先對(duì)文本教學(xué)實(shí)例分析，再進(jìn)入課堂分析教學(xué)實(shí)例。1、選擇實(shí)例，試分析盡可能選擇了多種學(xué)科的課堂；2、畫知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖，知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖的畫法是按照以學(xué)習(xí)活動(dòng)為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖規(guī)范來(lái)畫；3、切分信息流，通過(guò)實(shí)踐切分信息流，總結(jié)數(shù)據(jù)收集的經(jīng)驗(yàn)，規(guī)范信息流屬性及其值的取得；4、標(biāo)志知識(shí)點(diǎn)的激活次數(shù)，進(jìn)一步揣摩IIS圖中激活擴(kuò)散的規(guī)則；5、標(biāo)志目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)一步揣摩IIS圖中知識(shí)點(diǎn)類型和層次的規(guī)則；6、計(jì)算激活量，構(gòu)造激活量的算法，并進(jìn)行多次微調(diào)。233實(shí)證階段本階段旨在收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)激活量和學(xué)習(xí)效果做相關(guān)性分析。1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)為定量的實(shí)驗(yàn)研究，采用“前測(cè)后測(cè)”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。被試在集體授課的情文獻(xiàn)調(diào)查文獻(xiàn)分析法第二階段1選擇文本教學(xué)實(shí)例2畫教學(xué)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖3切分信息流4標(biāo)志知識(shí)點(diǎn)的激活次數(shù)5標(biāo)志目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)6計(jì)算相同層次類型目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的激活量第一階段1選擇試點(diǎn)學(xué)科與課堂2畫教學(xué)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖3切分信息流4標(biāo)志知識(shí)點(diǎn)的激活次數(shù)5標(biāo)志目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)6計(jì)算相同層次類型目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的激活量1錄制實(shí)況教學(xué)視頻文本實(shí)例分析視頻實(shí)例分析實(shí)證前試分析內(nèi)容分析法1選擇試點(diǎn)科目與課堂4相關(guān)分析3目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的測(cè)試題分?jǐn)?shù)2IIS圖目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的激活量實(shí)證準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法圖4整體研究流程景下由一個(gè)教師授課（學(xué)生因素與教師因素都不能發(fā)生改變），在教學(xué)過(guò)程中由研究人員按照理論假設(shè)計(jì)算知識(shí)點(diǎn)的激活量。在教學(xué)前，對(duì)學(xué)生進(jìn)行前測(cè)。為了避免課后學(xué)生努力程度不同帶來(lái)的影響，在教學(xué)結(jié)束時(shí)馬上進(jìn)行后測(cè)。實(shí)驗(yàn)中變量是學(xué)科單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的激活量，因變量是前測(cè)與后測(cè)得分之差。2抽樣設(shè)計(jì)考慮到實(shí)驗(yàn)效度，試驗(yàn)學(xué)科分別選擇了差異較大理工科課程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和文科課程教學(xué)設(shè)計(jì)。對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程，考慮到知識(shí)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)性典型性，我們選擇“圖”這章內(nèi)容作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，其中涉及19個(gè)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)。選擇了42名本科學(xué)生自然班，在集體授課的情景下接受同一名教師的教學(xué)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)需要?dú)v時(shí)8個(gè)課時(shí)（每個(gè)課時(shí)45分鐘），由于學(xué)校排課的現(xiàn)實(shí)性，我們只能把實(shí)驗(yàn)分為四個(gè)時(shí)段進(jìn)行，每個(gè)時(shí)段包含一部分知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)。對(duì)于教學(xué)設(shè)計(jì)課程，考慮到知識(shí)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)性典型性，選擇“需求分析”這部分內(nèi)容作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，其中涉及15個(gè)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)。隨機(jī)選擇了45名本科學(xué)生，在集體授課的情景下接受同一名教師的教學(xué)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)需要?dú)v時(shí)8個(gè)課時(shí)（每個(gè)課時(shí)45分鐘），由于學(xué)校排課的現(xiàn)實(shí)性，我們只能把實(shí)驗(yàn)分為四個(gè)時(shí)段進(jìn)行，每個(gè)時(shí)段包含一部分知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)。3操作規(guī)范和激活量算法的確立31信息流的表征形式與切分技術(shù)311信息流的表征形式與屬性定義進(jìn)行教學(xué)系統(tǒng)分析時(shí)，信息流是進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的數(shù)據(jù)對(duì)象，數(shù)據(jù)對(duì)象都應(yīng)該有其相應(yīng)的屬性。在IIS圖方法中，我們必然要關(guān)注IIS輸入項(xiàng)的各個(gè)屬性，這些屬性與學(xué)習(xí)結(jié)果有著直接或者間接的聯(lián)系。教學(xué)系統(tǒng)信息流具有多個(gè)屬性，比如時(shí)間、貢獻(xiàn)者、操作、信息類型、表征形態(tài)、語(yǔ)義、對(duì)應(yīng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)、信息質(zhì)量等。根據(jù)不同的研究目的我們關(guān)注的屬性不盡相同，在現(xiàn)階段研究中為了驗(yàn)證研究方法的有效性，我們暫時(shí)考慮的屬性有信息貢獻(xiàn)者、操作、信息類型、表征形態(tài)、對(duì)應(yīng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖五個(gè)屬性。顯然時(shí)間屬性、信息質(zhì)量屬性等與學(xué)習(xí)效果也有一定相關(guān)性，在今后的深入研究中會(huì)進(jìn)一部探討。為了方便研究，我們規(guī)定信息流的表征形式為IPX_N內(nèi)容注釋1IPX_N是指某個(gè)IP。IPX取值范圍是（IPT、IPL，IPM）。N代表某個(gè)IP輸出的序號(hào)，使自然數(shù)。2是指IPX輸出項(xiàng)的行為操作水平。根據(jù)以學(xué)習(xí)活動(dòng)為中心的教學(xué)設(shè)計(jì)理論一書中提出的目標(biāo)分類理論，操作水平的取值范圍為（辨別、回憶、理解接受、理解發(fā)現(xiàn)、運(yùn)用分析、運(yùn)用綜合、運(yùn)用評(píng)價(jià)）。其中“辨別”、“理解”、“記憶”位于同一個(gè)層級(jí)，是比較低的層級(jí)；“運(yùn)用”位于更高的層級(jí)。3的取值范圍包括（目標(biāo)描述、情境、知識(shí)語(yǔ)義、事實(shí)和范例（包括現(xiàn)象、問(wèn)題和任務(wù)）、答案、管理指令、其他相關(guān)信息、不相關(guān)信息）。4的取值范圍為（文本、聲音、圖形、圖形、圖表、視頻、動(dòng)畫、實(shí)物、肢體語(yǔ)言）。5是指Y所反映的知識(shí)子集，可以用知識(shí)點(diǎn)和關(guān)系序列來(lái)表示。只有當(dāng)信息類型是“知識(shí)語(yǔ)義”“事實(shí)和范例”和“答案”時(shí)，才存在知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖。如果信息項(xiàng)是答案，此處可以是表征問(wèn)題的那個(gè)IPX_N。6內(nèi)容注釋用于簡(jiǎn)要介紹該項(xiàng)信息的具體內(nèi)容。為備注選項(xiàng)，是可以選擇的。312信息流切分技術(shù)通過(guò)對(duì)教學(xué)系統(tǒng)的建模的討論我們知道IIS的輸入項(xiàng)，即教學(xué)信息流是由信息流貢獻(xiàn)者通過(guò)媒介傳遞到抽象的教學(xué)信息集合IIS一個(gè)連貫的過(guò)程，如何劃分這些連貫的信息流，如何采集這些數(shù)據(jù)對(duì)象以便對(duì)其進(jìn)行分析呢回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們回顧一下如今研究較為深入的交互分析中數(shù)據(jù)采集方法。早期的弗蘭德互動(dòng)分析系統(tǒng)（FIAS）分析法，ST分析法都是采用時(shí)間抽樣方法，每間隔一個(gè)時(shí)間段就進(jìn)行一次采樣，觀察者按照分類記錄下相應(yīng)的編碼。隨著研究的深入，越來(lái)越多的研究者認(rèn)識(shí)到對(duì)時(shí)間序列的機(jī)械切分造成的問(wèn)題，進(jìn)而用多種例如“意義單元”這樣的切分單位。將選定的樣本分為若干分析單元，如句子、段落、消息、意義單元等。把“意義單元”作為最小的編碼統(tǒng)計(jì)工具對(duì)原始資料進(jìn)行劃分。然而所謂的“意義單元”的劃分標(biāo)準(zhǔn)是模糊的，產(chǎn)生“意義單元”中的意義沒(méi)有具體的依附體使產(chǎn)生意義組合很容易出現(xiàn)任意性。教學(xué)系統(tǒng)分析IIS圖方法中，首先我們規(guī)范了信息流的表征形態(tài)，定義了其屬性。在數(shù)據(jù)采樣時(shí)，與交互分析不同的是，我們根據(jù)信息流屬性的取值變化作為信息流切分契機(jī)，特別是屬性的變化很大程度上引起信息流的切割。使用屬性作為切分原則和交互分析中使用“意義單元”的區(qū)別在于，知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖制作與教學(xué)之前更新與教學(xué)之后，是教學(xué)內(nèi)容對(duì)應(yīng)知識(shí)的客觀反映。數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，把知識(shí)子圖當(dāng)作信息流映射的客觀依附物，很大程度上減小了數(shù)據(jù)采集的任意性，使得切分更客觀。切分的具體規(guī)則如下。1IPX_N取值一旦發(fā)生變化，即當(dāng)信息的貢獻(xiàn)者變化時(shí)，信息流發(fā)生切分。比如IPX_N的取值由IPT變成IPL時(shí)，信息流發(fā)生切分。2的取值的層次發(fā)生改變時(shí)，信息流發(fā)生切分。也就是說(shuō)“辨別”、“理解”、“記憶”是可以復(fù)選的，而當(dāng)操作取值變?yōu)椤斑\(yùn)用”時(shí)，信息流發(fā)生切分。由于操作屬性的定義來(lái)自于教學(xué)設(shè)計(jì)理論的目標(biāo)分類理論，所以可以通過(guò)確定信息流對(duì)應(yīng)知識(shí)的目標(biāo)層次來(lái)確定操作取值。3的取值一旦發(fā)生變化，信息流發(fā)生切分。由于只有“知識(shí)語(yǔ)義”“事實(shí)和范例”和“答案”這三個(gè)取值才會(huì)有對(duì)應(yīng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖，從后文我們會(huì)了解到后期分析是把信息流映射的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖上進(jìn)行分析的，所以當(dāng)信息類型是其他不存在對(duì)應(yīng)知識(shí)子圖的取值時(shí)，并不會(huì)影響我們現(xiàn)階段的研究結(jié)果。4的取值并不影響信息流的切分，即一條信息流中可以復(fù)選所有表征形態(tài)，因?yàn)楹芏啾碚餍螒B(tài)都是并發(fā)的。在現(xiàn)階段我們并不研究表征形態(tài)與學(xué)習(xí)效果的相關(guān)性，有待進(jìn)一步深入研究。5取值一旦變化，信息流發(fā)生切分。識(shí)別信息流對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)子圖時(shí)要注意，任何一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)的激活都伴隨著一個(gè)關(guān)系的激活，也就是說(shuō)一旦教學(xué)信息流中產(chǎn)生了新的知識(shí)點(diǎn)，它必然要與其他知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生關(guān)系之后才能被激活，一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)是不能被單獨(dú)激活的。32構(gòu)造激活量算法教學(xué)系統(tǒng)分析IIS圖方法中首先把連貫的教學(xué)信息流經(jīng)過(guò)編碼切分之后，接著映射到知識(shí)網(wǎng)絡(luò)IIS圖上，再生成帶有標(biāo)記的IIS圖。帶有不同標(biāo)記IIS圖反映了不同的IIS屬性，這些屬性與教學(xué)效果有著直接或者間接的聯(lián)系。我們將來(lái)要研究IIS的各種整體特征，整體特征是由單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的特征經(jīng)過(guò)運(yùn)算獲得。因此，我們必須為單個(gè)知識(shí)點(diǎn)確定一種客觀屬性，這個(gè)屬性與系統(tǒng)的功能學(xué)習(xí)效果有著一致性。但是這個(gè)系統(tǒng)是建模的結(jié)果，建模是抽象概括的結(jié)果，它的屬性不可能是一種直觀的、可直接測(cè)量的量，而是一種被計(jì)算的量。激活量是我們的一個(gè)嘗試，但是這個(gè)量的計(jì)算必然是構(gòu)造的。它是由激活熵、擴(kuò)散衰減、學(xué)習(xí)復(fù)雜系數(shù)三部分構(gòu)成得動(dòng)態(tài)變化的量。321由信息熵理論得到啟發(fā)構(gòu)造激活熵19411944年，香農(nóng)在對(duì)信息和密碼的研究之中，運(yùn)用了概率論的方法研究通信系統(tǒng)，提出通信系統(tǒng)傳遞的對(duì)象就是信息，并對(duì)信息提出了科學(xué)的定量描述，提出信息熵的概念。1957年由ETJAYNES提出最大熵原理，其主要思想是，在只掌握關(guān)于未知分布的部分知識(shí)時(shí)，應(yīng)該選取符合這些知識(shí)但熵值最大的概率分布。按最大信息熵原理，我們從全部相容的分布中挑選這樣的分布，它是在某些約束條件下使信息熵達(dá)到極大值的分布。這是因?yàn)樾畔㈧厝〉脴O大值時(shí)對(duì)應(yīng)的一組概率分布出現(xiàn)的概率占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。在我們把熵看作是計(jì)量不確定程度的最合適的標(biāo)尺時(shí)，我們就基本已經(jīng)認(rèn)可在給定約束下選擇不確定程度最大的那種分布作為隨機(jī)變量的分布。因?yàn)檫@種隨機(jī)分布是最為隨機(jī)的，是主觀成分最少，把不確定的東西作最大估計(jì)的分布。最大離散熵定理RIRRRHPH1210LOGL,1,它表明在所有符號(hào)種類數(shù)相同，而符號(hào)概率的分布不同的離散信源中，以先驗(yàn)等概的離散信源的信息熵值最大，其最大值等于信源符號(hào)種數(shù)R的對(duì)數(shù)。這說(shuō)明，離散信源信息熵的最大值，只取決于信源的符號(hào)種數(shù)R，符號(hào)種數(shù)R越大，其信息熵的最大值亦越大。18由教學(xué)系統(tǒng)分析技術(shù)的初步研究一文得知，IIS是一個(gè)抽象出來(lái)的信息共享集合。信息流在教學(xué)系統(tǒng)中的傳遞過(guò)程如圖2所示，由IPL、IPM、IPT流向IIS。而知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖正是信息流負(fù)載的主要內(nèi)容，通過(guò)信息流（IPL、IPM、IPT的輸入項(xiàng)Y）的不斷輸入，IIS從開(kāi)始的空逐漸變成一個(gè)穩(wěn)定的集合。就單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)，通過(guò)信息流的輸入，逐漸被學(xué)生認(rèn)識(shí)。學(xué)生的學(xué)習(xí)是一種意義建構(gòu)的過(guò)程，而意義就是指知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系。所以當(dāng)某個(gè)信息流的流動(dòng)影響到IIS集時(shí)，我們認(rèn)為某些知識(shí)點(diǎn)被“激活”了，激活量越大學(xué)習(xí)效果應(yīng)該越好。激活的是信息，所以激活量應(yīng)該與信息量保持一致。受到最大熵原理的啟發(fā)，本研究使用最大熵來(lái)度量知識(shí)點(diǎn)激活量。這里的熵由知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系數(shù)決定。每一條信息流的傳遞都會(huì)引起IIS熵的變化，而這個(gè)變化是不確定，我們使用熵的最大值來(lái)計(jì)量每一條信息流引起的的負(fù)熵變化，這樣使主觀成分最少。通過(guò)前文討論，知道IIS是帶標(biāo)記的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖，信息流負(fù)載的主要內(nèi)容也是知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖，我們將利用這個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)計(jì)算激活熵。知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖反映了知識(shí)點(diǎn)之間的客觀關(guān)系（目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)相鄰邊是確定的）是相對(duì)固定的（信源的概率空間確定），通過(guò)信息流傳遞到IIS時(shí)，通過(guò)哪個(gè)關(guān)系（相鄰邊）激活目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)是不確定的（信源發(fā)符號(hào)是不確定的）。在這個(gè)不確定過(guò)程中，已經(jīng)激活的關(guān)系是確定的，在這個(gè)情況下當(dāng)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)被激活時(shí)其激活熵相應(yīng)做一次積累運(yùn)算。根據(jù)最大信息熵原理，激活熵的單次積累表示為2LOGIIDVH其中表示目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)被激活的關(guān)系（相鄰邊）數(shù)，也被稱為已知度?？梢訧DI看出，激活熵單次積累并不是一個(gè)與相關(guān)的常量，而是伴隨的信息流激活而改變的IIV變量。本研究認(rèn)為，激活熵的累積只與已知關(guān)系相關(guān)，當(dāng)關(guān)系還未被激活時(shí)是無(wú)法預(yù)知目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)可能性空間的。322激活的擴(kuò)散規(guī)則研究發(fā)現(xiàn)，信息流負(fù)載著知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖傳遞到IIS的過(guò)程中，不僅僅激活了負(fù)載的知識(shí)子圖，還對(duì)與子圖相鄰知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生影響。由于每個(gè)子圖是整個(gè)系統(tǒng)的一部分，它與其他子圖之間存在各種聯(lián)系，自身被激活時(shí)對(duì)其他知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生的影響我們稱之為“擴(kuò)散”。1擴(kuò)散總體規(guī)則擴(kuò)散分為兩層擴(kuò)散，第二層的擴(kuò)散規(guī)則比第一層的規(guī)則要更加嚴(yán)謹(jǐn)。其中第一層指直接鄰接關(guān)系，第二層指鄰接知識(shí)點(diǎn)的鄰接關(guān)系。如果是擴(kuò)散激活的知識(shí)點(diǎn)，累積激活熵要作擴(kuò)散衰減操作。第一層擴(kuò)散激活的知識(shí)點(diǎn)，激活熵乘以；第二層擴(kuò)散激活的知D1識(shí)點(diǎn)，激活熵乘以，其中為知識(shí)子圖已知關(guān)系（邊）的數(shù)量。21D2第一層擴(kuò)散條件語(yǔ)義描述知識(shí)點(diǎn)A與知識(shí)點(diǎn)B直接鄰接，并且知識(shí)點(diǎn)A知識(shí)點(diǎn)B之間存在以下圖5關(guān)系R。若B已經(jīng)被直接激活后，當(dāng)A被直接激活時(shí)，B也相應(yīng)地被擴(kuò)散激活，A的按原公式累積激活熵，B激活熵乘以再累加。D1CNCN是一種CNCN具有屬性CNCN組成PFCN是一種PFPFFCFMCNPFSMPSCS包含PSCNPSPS是一種PSPSPS包含PFFMCNFMFM是一種FMCN包含內(nèi)容包含步驟包含內(nèi)容包含包含PSCN包含ABAB圖5第一層擴(kuò)散規(guī)則輔助圖3第二層擴(kuò)散條件語(yǔ)義描述知識(shí)點(diǎn)A與知識(shí)點(diǎn)B直接鄰接，并且知識(shí)點(diǎn)A知識(shí)點(diǎn)B之間存在以下圖6關(guān)系R。若B已經(jīng)被直接激活后，當(dāng)A被擴(kuò)散激活時(shí)，B也相應(yīng)地被擴(kuò)散激活，A的按原公式累積激活熵，B激活熵乘以再累加。21DCNCN是一種CNCN具有屬性CNCN組成PFCN是一種PFPF內(nèi)容包含PSPSPSPS步驟包含內(nèi)容包含F(xiàn)MFM包含PS包含PFFMCN是一種ABAB圖6第二層擴(kuò)散規(guī)則輔助圖323學(xué)習(xí)復(fù)雜度系數(shù)激活熵反映了信息流激活知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖對(duì)IIS產(chǎn)生的影響，擴(kuò)散衰減則表達(dá)了信息流激活知識(shí)子圖后對(duì)相鄰知識(shí)點(diǎn)的影響程度，學(xué)習(xí)復(fù)雜度系數(shù)表示了知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖的固有屬性，也是激活量算法的一個(gè)組成成分。對(duì)復(fù)雜度的研究有很多，有人試圖用子程序的水平級(jí)數(shù)或目標(biāo)等級(jí)來(lái)量化任務(wù)的復(fù)雜度，那么復(fù)雜度較高的任務(wù)，就是那些達(dá)到最后目標(biāo)之前需要完成較多子目標(biāo)的任務(wù)。認(rèn)知發(fā)展心理學(xué)家CASE提出，任務(wù)蘊(yùn)含的水平級(jí)數(shù)決定了加工負(fù)荷，負(fù)荷水平的變化在03S（SCHEMES）之間19。這種計(jì)量方法的困難在于子程序的等級(jí)并非有固定限制的，它依賴于對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行程序化或模型化的方式。HALFORD等人則提出了另一種定義復(fù)雜度的方法，即用概念所包含的關(guān)系的復(fù)雜度來(lái)界定復(fù)雜度，關(guān)系的復(fù)雜度取決于與之相關(guān)的實(shí)體數(shù)量。概念中所涉及的相關(guān)實(shí)體數(shù)量，或關(guān)系中變量的數(shù)目，稱為概念的維度。更抽象地說(shuō)，一種關(guān)系是在N維空間的一個(gè)區(qū)域，所以一元關(guān)系是一維空間的一個(gè)域，二元關(guān)系是二維空間的一個(gè)域所以，變量數(shù)目等于維度20。維度類似于自由度的概念，即在一個(gè)特定系統(tǒng)中獨(dú)立變量源的數(shù)目。本研究對(duì)復(fù)雜度的表示更加接近于HALFORD的定義，一般復(fù)雜度是描述意義上的，用于解釋已經(jīng)確定的狀態(tài)，是知識(shí)點(diǎn)的固有屬性不能改變。IIS的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，隨著信息流的傳遞知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖被逐步激活，知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖的狀態(tài)隨著信息流傳遞發(fā)生變化。那么再使用固定不變的復(fù)雜度來(lái)計(jì)量IIS復(fù)雜度是不合適的，雖然IIS對(duì)應(yīng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖狀態(tài)是一個(gè)變化的過(guò)程，但每個(gè)即時(shí)狀態(tài)時(shí)確定的，所以在即時(shí)狀態(tài)可以采用描述意義上的復(fù)雜度來(lái)計(jì)量，就整個(gè)過(guò)程來(lái)說(shuō)狀態(tài)不同對(duì)應(yīng)的復(fù)雜度也不同，我們把隨著知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖狀態(tài)變化而生成的復(fù)雜度序列稱為學(xué)習(xí)復(fù)雜度?；谥R(shí)網(wǎng)絡(luò)圖結(jié)構(gòu)和以上對(duì)復(fù)雜度的理解，我們構(gòu)造出復(fù)雜度系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式2LOGIIIDDNVF其中是目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的總度邊的總數(shù)，由于意義是聯(lián)系的集合，結(jié)點(diǎn)的度決定了IDI聯(lián)系的可能性空間。表示目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)當(dāng)下激活狀態(tài)下已知邊的數(shù)量，是目標(biāo)知識(shí)IDIIN點(diǎn)未知邊（）的種類。表現(xiàn)了當(dāng)下?tīng)顟B(tài)的復(fù)雜度。IVII2IIDDN324算法綜述根據(jù)上文論述，激活量計(jì)算邏輯流程圖如圖7D目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)V的總度D目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)V已知邊的數(shù)量N目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)V未知邊的種類遍歷信息項(xiàng)序列判讀該信息項(xiàng)是否符合規(guī)則結(jié)束把該信息項(xiàng)所包含的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖的所有知識(shí)結(jié)點(diǎn)及邊標(biāo)注為已知遍歷該信息項(xiàng)所包含的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖計(jì)算該結(jié)點(diǎn)一次擴(kuò)散激活的結(jié)點(diǎn)的激活量計(jì)算該結(jié)點(diǎn)二次擴(kuò)散激活的結(jié)點(diǎn)的激活量開(kāi)始是計(jì)算該結(jié)點(diǎn)的激活量否第一次出現(xiàn)的知識(shí)點(diǎn)未在關(guān)系中結(jié)束結(jié)束開(kāi)始獲取該結(jié)點(diǎn)的已知度D，并計(jì)算激活熵LOG（D2）獲取該結(jié)點(diǎn)的總度D、已知度D、未知邊的種類數(shù)N，并計(jì)算復(fù)雜度LOG（N（DD2）遍歷信息項(xiàng)序列，獲取K，并計(jì)算遺忘衰減系數(shù)F由于是直接激活，擴(kuò)散衰減系數(shù)R1計(jì)算激活量FLOGD2/LOGNDD2R，并累加到該結(jié)點(diǎn)的激活量中結(jié)束開(kāi)始獲取該結(jié)點(diǎn)的已知度D，并計(jì)算激活熵LOG（D2）獲取該結(jié)點(diǎn)的總度D、已知度D、未知邊的種類數(shù)N，并計(jì)算復(fù)雜度LOG（N（DD2）遍歷信息項(xiàng)序列，獲取K，并計(jì)算遺忘衰減系數(shù)F獲取該結(jié)點(diǎn)的已知度D，由于是一次擴(kuò)散激活，擴(kuò)散衰減系數(shù)R1/D計(jì)算激活量FLOGD2/LOGNDD2R，并累加到該結(jié)點(diǎn)的激活量中結(jié)束開(kāi)始獲取該結(jié)點(diǎn)的已知度D，并計(jì)算激活熵LOG（D2）獲取該結(jié)點(diǎn)的總度D、已知度D、未知邊的種類數(shù)N，并計(jì)算復(fù)雜度LOG（N（DD2）遍歷信息項(xiàng)序列，獲取K，并計(jì)算遺忘衰減系數(shù)F獲取該結(jié)點(diǎn)的已知度D，由于是二次擴(kuò)散激活，擴(kuò)散衰減系數(shù)R1/D2計(jì)算激活量FLOGD2/LOGNDD2R，并累加到該結(jié)點(diǎn)的激活量中結(jié)束一個(gè)信息項(xiàng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的直接激活量計(jì)算一個(gè)信息項(xiàng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的一次擴(kuò)散激活量計(jì)算一個(gè)信息項(xiàng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的二次擴(kuò)散激活量計(jì)算計(jì)算激活量流程圖圖7“激活量”算法邏輯流程圖附例如圖8是以一個(gè)單個(gè)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)位中心的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖，這只是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)圖的一部分。其中灰色知識(shí)點(diǎn)為目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)，虛線代表未知邊，實(shí)線代表已知邊。IV論證ID必要性步驟包含獲取既定目標(biāo)確定現(xiàn)狀步驟包含步驟包含步驟包含包含可采用分析差距產(chǎn)生的原因包含步驟包含包含可采用內(nèi)部參照需求分析方法內(nèi)外結(jié)合需求分析方法可采用包含既定目標(biāo)學(xué)習(xí)現(xiàn)狀差距包含可采用高校與社會(huì)脫節(jié)包含ABVIAB圖8以目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)為中心的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)子圖假設(shè)此時(shí)2，D26，D22，N23。這時(shí)VI第三次被激活，那么它的激活量如何變I化呢情況1信息流只激活目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)V，并且沒(méi)有任何相鄰邊被激活。首先I213，由于沒(méi)有任何相鄰邊被激活所以D、D、N均不變6，2，3，激活量33D3N。26LOG2