1、I中学学科教学的教学系统 IIS 图分析法的实证研究摘 要本研究以系统论为方法论，以教学系统 IIS 图分析法前期研究的成果为基础，将 IIS图引入中学真实课堂。研究经过提出假设、进行实验、获取样本、分析数据、得出结论的实证过程，发现问题、分析问题、解决问题，提升了教学系统 IIS 图分析方法的可用性、有效性和客观性，并为该方法在中学情境下实践研究和运用打下基础。本研究的假设是“中学课堂目标知识点激活量与学习效果呈正相关”和“中学课堂目标知识点与邻接结点形成组块的组合激活量与目标知识点学习效果呈正相关” 。主要研究内容是完善 IIS 图分析方法规范及操作规则、验证分析方法的有效性、分析和处理中
2、学条件下实验遇到的实际问题。完成的具体工作包括：（一） 界定信息流格式中的，完善切分规范。为明确切分粒度，降低切分人员的主观性和随意性，使不同切分人员在分解和分析同一信息时按同一粒度进行，使同一切分人员在切分不同信息时按同样粒度进行，结合中学课堂教师授课和学生反馈的状况，进一步界定和完善信息流切分规范。（二） 对中学教学信息流进行分析和分类，总结数据的切分规律。中学课堂中，为提高信息传递效果，教师经常运用特殊信息传递策略；学生反馈信息时，也会生成各种类型的信息。这给切分人员理解激活映射和进行信息流切分带来困扰。研究通过对采样信息流进行分析归类，规范师生输出信息流的切分方法。（三） 改造激活量计
3、算公式，验证激活量与学习效果的相关关系。学习者参与系数用于衡量学习者反馈信息与教师输入信息的关系。考虑到学生的输入信息流可能与知识点学习效果有更强的相关，在原有激活量公式中加入学习者参与系数。此外，知识网络图中，目标知识点的邻接结点的激活可能促进先决知识点与新知识点建立联系，因此建立组块激活量计算公式。研究中分别尝试验证各种激活量与学习效果的相关关系。经过实证检验， “中学课堂目标知识点激活量与学习效果呈正相关”的假设在原理和逻辑性较强的学科中成立， “中学课堂目标知识点与邻接结点形成组块的组合激活量与目标知识点学习效果呈正相关”的假设暂不成立。此外，加入学习者参与系数的目标知识点激活量对学习
4、效果的预测力与原激活量相当；组块激活量与学习效果的相关性不强；以原理和逻辑为主的科目验证效果优于以记忆为主的科目。关键词：教学系统 IIS 图分析方法，中学课堂，信息流切分，激活量IIResearch on IIS Map in Instructional System Analysis单击此处，再揿Backspace键以生成一空行单击此处，再揿Backspace键以生成一空行ABSTRACT单击此处，再揿Backspace键以生成一空行单击此处，再揿Backspace键以生成一空行在此处输入英文摘要内容 单击此处，再揿Backspace键以生成一空行 单击此处，再揿Backspace键以生成
5、一空行 KEY WORDS：键入 3-8 个英文关键词，之间用半角逗号和空格隔开 1目 录1 研究背景与意义 .11.1 研究背景 .11.2 教学系统分析发展概况 .11.2.1 国外研究发展及现状 .21.2.2 国内研究发展及现状 .31.2.3 典型教学分析方法对比 .41.3 教学系统分析 IIS 图研究现状 .51.3.1 分析对象和编码体系 .51.3.2 操作逻辑 .61.3.3 前期结论 .71.4 研究意义 .82 中学学科教学的教学系统 IIS 图分析法的实证研究 .92.1 研究目标 .92.2 研究内容 .92.2.1 信息流切分规范的进一步完善 .92.2.2 分析
6、方法有效性的进一步验证 .92.2.3 分析和解决真实情境取样遇到的问题 .102.3 研究设计 .102.3.1 文献调研阶段 .102.3.2 实证验证阶段 .102.4 可行性分析 .133 中学课堂教学信息流切分的特殊性或新情况 .143.1 界定 .143.1.1 目标描述 .143.1.2 情境 .143.1.3 事实和范例 .153.1.4 知识语义 .153.1.5 答案 .153.1.6 管理指令 .163.1.7 其他相关信息 .1623.1.8 不相关信息 .163.2 师生输出信息流的切分 .163.2.1 提问 .163.2.2 重复讲述 .183.2.3 特殊句法
7、.193.3 信息流切分举例 .203.3.1 组织型提问切分举例 .203.3.2 重复讲述切分举例 .263.3.3 组块信息流切分举例 .304 实证研究过程 以正切函数的图像和性质为例 .354.1 绘制知识网络图 .354.2 选取目标知识点 .364.3 编制审核测试题 .364.4 学习效果测评 .374.4.1 评分规则 .374.4.2 计算公式 .384.5 信息流切分 .384.6 激活量计算 .404.6.1 目标知识点激活量 .404.6.2 知识点组块激活量 .404.7 正切函数的图像和性质数据分析 .414.7.1 目标知识点激活量与学习效果相关分析 .424.
8、7.2 组块知识点激活量与学习效果相关分析 .434.7.3 数据分析结果 .495 实证研究结果 .495.1 统计方法说明 .505.2 相关分析结论 .516 总结与展望 .54参考文献 .56附 录 .59附录 1 激活量与学习效果数据表 .59附录 2 各取样课程知识网络图 .65附录 3 教学信息流切分规范 .713附录 4 切分信度表格 .72致 谢 .734图目录图 1 教学系统模型 .8图 2 整体研究流程 .11图 3 正切函数的图像和性质知识网络图 .35图 4 正切函数的图像和性质的信息项序列 .39图 5 实数指数幂带有标记的知识网络图 .65图 6 对数函数带有标记
9、的知识网络图 .66图 7 两条直线的位置关系带有标记的知识网络图 .67图 8 动能定理带有标记的知识网络图 .68图 9 盐的水解带有标记的知识网络图 .69图 10 有丝分裂带有标记的知识网络图 .69图 11 大规模的海水运动带有标记的知识网络图 .701表目录表 1 教学分析方法对比表 .4表 2 教学系统 IIS 分析法实证研究结论 .7表 3 盐的水解课堂教学片断 .20表 4 盐的水解课堂教学片断切分序列 .21表 5 有丝分裂课堂教学片断 1 .26表 6 有丝分裂课堂教学片断切分序列 1 .26表 7 有丝分裂课堂教学片断 2 .30表 8 有丝分裂课堂教学片断切分序列 2
10、 .31表 9 正切函数图像和性质激活量与学习效果数据统计表 .41表 10 正切函数的图像和性质A 与 R 相关分析 .42表 11 正切函数的图像和性质A_stu 与 R 相关分析 .42表 12 正切函数的图像和性质A 与 R*相关分析 .43表 13 正切函数的图像和性质A_stu 与 R*相关分析 .43表 14 正切函数的图像和性质A_sum 与 R 相关分析 .44表 15 正切函数的图像和性质A_av_sum 与 R 相关分析 .44表 16 正切函数的图像和性质A_ave 与 R 相关分析 .44表 17 正切函数的图像和性质A_ln 与 R 相关分析 .45表 18 正切函
11、数的图像和性质A_sum 与 R*相关分析 .45表 19 正切函数的图像和性质A_av_sum 与 R*相关分析 .45表 20 正切函数的图像和性质A_ave 与 R*相关分析 .46表 21 正切函数的图像和性质A_ln 与 R*相关分析 .46表 22 正切函数的图像和性质A_stu_sum 与 R 相关分析 .46表 23 正切函数的图像和性质A_stu_av_sum 与 R 相关分析 .47表 24 正切函数的图像和性质A_stu_ave 与 R 相关分析 .47表 25 正切函数的图像和性质A_stu_ln 与 R 相关分析 .47表 26 正切函数的图像和性质A_stu_sum
12、 与 R*相关分析 .48表 27 正切函数的图像和性质A_stu_av_sum 与 R*相关分析 .48表 28 正切函数的图像和性质A_stu_ave 与 R*相关分析 .48表 29 正切函数的图像和性质A_stu_ln 与 R*相关分析 .49表 30 数学大样本学习效果 1(R)正态分布检验 .51表 31 数学大样本学习效果 2(R*)正态分布检验 .512表 32 目标知识点激活量与学习效果相关系数及显著性水平数据统计表 .52表 33 组块知识点激活量与学习效果相关系数及显著性水平数据统计表 .53表 34 实数指数幂激活量与学习效果数据统计表 .59表 35 对数函数激活量与
13、学习效果数据统计表 .60表 36 两条直线的位置关系激活量与学习效果数据统计表 .61表 37 动能定理激活量与学习效果数据统计表 .61表 38 盐的水解激活量与学习效果数据统计表 .62表 39 大规模的海水运动激活量与学习效果数据统计表 .63表 40 有丝分裂激活量与学习效果数据统计表 .64表 41 切分信度表格 .7211 研究背景与意义1.1 研究背景教学系统分析一直是教学研究的前沿领域。教学分析是系统地收集与教学相关的各种信息，并基于所获得的信息，根据培养目标和要求对教学活动的相关因素进行衡量和价值判断，避开逻辑思辨和简单的实证研究来探索教育教学活动本质和规律的过程 1。广义
14、的教学分析是指对教学的各个组成要素以及与教学相关的因素加以考察的认识活动。 2实际中，教学分析呈现多样的形态。由于分析对象的差别、研究者主观经验各异、研究人员关注的侧重点不同，教学分析在教学要素分析的基础上派生出多种分支，包括对教学现象和教学结构的进一步剖析、对教学过程的分析和研究、对教师行为和学生学习结果关系的研究等。此外，教学分析中，有关定性分析、定量分析、系统化分析、要素化分析的讨论一直存在。但是，教学分析的整体的趋势是从直观、定性的概念分析、要素分析，向客观、定量的系统分析、交互分析转变。为了解决要素分析和行为分析无法解决的学习中“知识建构”的问题，也为进一步发展信息论下的教学分析，杨
15、开城教授等人创建了教学系统 IIS 图分析法。IIS 图分析法认为“教学系统是一个信息系统，是一个教师、学生及具有信息处理能力的媒体这三个信息处理主体之间信息流动的系统” 3，由此构建了教学分析概念模型，并从信息流的属性出发考察信息流的某种特征与知识点学习效果的联系 4。该方法已经初步建立教学分析操作规范，并在教师集体授课、学生自主协作等情境下进行研究，初步验证了方法的有效性。本选题以教学系统 IIS 图分析法为依托，在中学学科中进一步验证IIS 图分析方法所产生的结论，并发掘 IIS 图分析法在中学真实教学中的使用条件、存在问题，以此修正指标、制定细致的信息流切分规范。1.2 教学系统分析发
16、展概况由于思维方式的不同，国内外对教学现象和教学分析的研究有所区别。国内研究者注重听课、评课，以此方式对教学过程进行分析；教师注重教学经验的总结，力求在教学反思中发现问题。国外研究的最大不同在于思辨成分较少，其教学分析的研究发展过程体现在研究方法、研究设计以及研究变量控制的科学性发展上，主要运用定量教学分析方法开展研究。21.2.1 国外研究发展及现状定量的教学分析是指“把教学过程切分为更细的片段、并对片段进行编码、进而从片段的编码数据出发推断教学某种整体特征的过程” 5。国外教学效果研究是由 19 世纪 30 年代的“心理测量”和 19 世纪 20、30 年代的社会管理运动发起的，由心理学家
17、和心理测量师编制智力和智能测验，评估教师的教学效果和学生是否真正学会了课堂上教师传授的知识。标准化测试是国外课堂教学分析研究的起点和最初形式。 6但是，行为科学家和心理学家发现，测试只能得出学生的学习效果，并不能改善课堂。即，结果测量无法发现教学中哪个应该教哪个不应该教，无法测得重要的却无形的教育经验。为了提高教学质量，更需要观察课堂、研究教师行为。于是，国外于 1940 年萌发起教师行为与学习效果关系的研究，更科学的、现代的课堂研究则起始于 1957 年，以弗兰德斯交互分析法（Flanders） 、Medley 分析法、Mitzel 分析法的诞生为标志 7。因为初始的研究规模小，研究设计不够
18、合理，变量控制不够严格，所以复杂问题的实验结果会出现局部缺失，这种缺失使许多研究者困惑，使得他们重新思考研究方法和研究工具的科学性和有效性，S-T 分析法和弗兰德斯交互分析法由此受到关注，并得以快速发展和广泛运用。19 世纪 80 年代之后，随着网络和计算机的兴起，网络学习出现，远程教育、协作学习、网络课程开始分流课堂教学。为了分析网上学习，教育研究者引入社会网络分析法、内容分析法等分析工具。目前，教学和学习分析的重点集中在运用社会网络分析方法和内容分析法进行角色分析和交互分析上，交互分析的内容包括：学习者与学习内容、学习者与教师、学习者与学习者之间的交互 8；学生与学习环境之间的交互 9；文
19、字聊天、语音聊天、电子论坛进行交互、桌面视频会议等技术对学生网络同步学习中交互的支持 10；基于“做中学”的问题解决式学习中交互分析的理论和实践 11；使用序列分析，表面凝聚力分析，词汇链接分析方法对交互中讨论的持续时间、交互参与率、交互程度等进行研究 12。社会网络分析的内容包括：异步课堂中教师与学生话语的产生的研究以及对教师与学生在教学存在、社会存在和认知存在数量和等级上的模式与关系的辨别 13；组织型的学习网络与学习社区中学生的角色和社会关系对学习效果的影响 14；网络课程的评价分析；网络协作学习的分析；教育博客分析等。除去从外显行为的角度进行教学分析，把教学过程及其他因素看作系统，进而看作信息系统的视角也逐渐受到人们的关注。这种思路源起于“旧三论” 。 “旧三论”包括信息论、系统论和控制论，总体来说，这是把事物看作整体进行研究，用定量方法研究系统信息的获取、加工、处理等过程，并关注系统及子系统的功能、变化趋势的整体哲学方法论。把“旧三论”引入教学分析，有学者认为，教学系统就是一个信息系统，功能
