1、硕 士 学 位 论 文论文题目：教学系统 IIS 图分析法实证研究作 者：导 师： 系别年级：教育技术学院 学科专业：教育技术学完成日期： 年 月北京师范大学研究生院I教学系统分析IIS 图法实证研究摘 要教学系统分析作为提高教学质量的一种教学评价和教学研究方法，一直受到各时期国内外研究者的广泛重视。从最开始的基于静态要素的教学分析到现在基于信息系统的教学分析，我们经历了对教学系统外观表象的模糊的要素分析到对教学系统内在属性的精确的整体把握的思维方式的变化。基于信息系统的教学分析方法刚刚起步，该方面研究比较有限。国内比较典型是北京师范大学知识工程研究中心的教授提出的教学系统 IIS图分析法。通
2、过两年多的理论探索和实证研究，取得了令人满意的阶段性成果：初步建立了 IIS 图分析法的操作规范；基于信息熵理论，构造了激活量的计算算法；初步验证了教学效果和激活量的正相关关系，进而验证了 IIS 图方法的有效性。该方法从教学系统整体功能出发，构造出教学系统的概念模型，并以信息系统为视角引入实际的分析操作步骤。客观有效性是对教学系统建模的首要要求，只有教学系统中本质核心的特征信息在模型中表露出来，我们才能利用模型把握真实复杂的教学系统。本文在借鉴前期研究成果的基础上，尝试着把教学系统 IIS 图分析法应用到更多的学科领域中，力图进一步改进完善该方法的具体操作流程规范，进一步提高该方法的信、效度
3、。本研究主要完成了以下几方面的工作：(1) IIS 图分析法映射知识网络图的规范完善网络图的绘制规范知识网络图是信息流映射及 IIS 图特征属性的客观载体，是整个教学分析流程的基础。IIS 图分析法中的知识网络图需严格按照知识建模技术进行绘制，保证知识点尽可能详细具体，并与具体真实的教学过程相一致。(2) IIS 图分析法输入信息流划分的技术完善数据采样的规范本论文根据信息流激活特征，引入信息流切分的信度公式，进一步规范了信息流切分操作。(3) IIS 图分析法输出信息的规范完善测试题的编制和教学效果计算 公式经过实证研究的探索和尝试，引入知识推理路径法，实现了测试题编制的技术化，大大提高了测
4、试题与目标知识点的匹配度；另外完善了教学效果公式，增强了教学效果之间的可比性。本研究共选取五门抽象程度比较高的原理类科目（第一期：线性代数 、 基于遗传和逻辑学 ；第二期：博弈论和项目管理学 ） ，进行了两期实证研究，实验结果进一步表明知识点激活量与学习效果之间成正相关，进一步验证了 IIS 图法是有效的。II关键词：教学系统分析，IIS 图分析方法，激活量，教学效果Research on IIS Map in Instructional System AnalysisABSTRACTTeaching system analysis is to improve the teaching qua
5、lity as a necessary teaching evaluation method and teaching research tool, attracting extensive attention. From the beginning of teaching analysis based on static element to that based on information system, we have experienced the changes to the way of thinking from teaching system of fuzzy element
6、s appearance representation to analyzing the intrinsic attributes of accurate overall understanding. Teaching analysis method based on the information system is just starting, both domestic and foreign research are extremely limited. Domestic comparatively typical is R Being inspired and influenced
7、by the information entropy theory to construct the rule of Quantity of Activation; Preliminary validated the positive correlation between Teaching Effect and Quantity of Activation, and then verified the effectiveness of this method. This method is from teaching system function mechanism to construc
8、t teaching system, and introduced the practical analysis operation from the perspective of information system. The validity of the teaching system modeling is the first requirement, we can not use model grasp the true complex teaching system, unless teaching systems essential information features is
9、 shown in the model.On the basis of previous research achievements and System theory method, through literature analysis, experimental research and so on many kinds of research methods to apply teaching system IIS chart analysis method to more teaching practice to further improve the specific operat
10、ion process standards, and then further improve the reliability and validity of the method .Main completed work as follows:(1) IIS chart analysis mapping knowledge network diagram codes - perfect network chart drawing specificationKnowledge network is objective carrier of information flow being mapp
11、ed and IIS figure IIIspecial feature, as foundation of the whole teaching analysis process. When drawing IIS figure analysiss knowledge network diagram should strictly according to knowledge modeling technology to guarantee the knowledge match detailed specific teaching video as far as possible. (2)
12、 IIS chart analysis an input Information segmentation technology - perfect data sample standardThis paper according to the flow activation attribute put forward reliability formula of segmentation technology to further standardized segmentation technology.(3) IIS chart analysis output information co
13、des - perfect compilation of tests and re-designed the calculation formula of teaching effects Through empirical research of exploration and try, introducing Knowledge reasoning path method to perfect the design method of tests, which greatly improved the matching degree of re-designed tests with Ta
14、rget knowledge; In additional，this study have perfect teaching effect formula, strengthening the comparability between teaching effects.This study selected five high abstract degree subjects (first issue: the linear algebra “, “genetic“ and “logic“; second: “the game theory “and“ project management
15、“), the two issues empirical research, experimental results further indicated that Quantity of Activation with Learning Effect has positive correlation and further verified IIS graph method is effective.KEY WORDS：Instructional System Analysis，IIS Map，Quantity of Activation, Learning Effect1目 录1 研究背景
16、与意义 11.1 研究背景 11.2 教学系统分析的发展历程 11.2.1 基于静态要素的教学分析 21.2.2 基于行为系统的教学分析 31.2.3 基于信息系统的教学分析 41.2.4 教学系统分析现状总结 51.3 教学系统分析 IIS 图法 61.3.1 教学系统建模 71.3.2 编码系统及切分技术 81.3.3 激活量公式 91.4 研究意义 .102 教学系统分析 IIS 图法实证研究 .132.1 研究目标 .132.2 研究内容 .132.2.1 各项具体分析步骤的进一步完善 .132.2.2 分析方法有效性的进一步验证 .132.3 实证研究过程 .132.3.1 研究设计
17、 .132.3.2 文献调查阶段 .132.3.3 实证验证阶段 .142.3.4 获取知识点的激活量 .152.3.5 获取学习效果 .152.3.6 计算相关系数 .162.3.7 可行性分析 .163 教学系统 IIS 图分析法改进完善策略 .173.1 知识网络图绘制规范 .173.2 数据采样规范 .183.3 测试题编制规范 知识推理路径法 .203.4 知识点学习效果的计算方法 .223.5 教学系统 IIS 图分析法的自检框架 .2524 教学系统 IIS 图分析法操作过程 以线性代数为例 .344.1 知识网路图的绘制 .344.2 目标知识点的选取 .354.3 测试题的编
18、制 .364.4 信息流的切分 .364.5 激活量的计算 .384.6 学习效果的计算 .384.7 激活量与学习效果的相关性分析 .395 研究数据与分析 .406 总结与展望 .47参考文献 .49附 录 .50附录 1 各学科信息流切分一致性检验表格 50附录 2 基因表达缺陷分析后的带有激活量标识的 IIS 图 50附录 3 各学科带有激活量标识的 IIS 图 52附录 4 各学科知识点激活量与学习效果散点图 62致 谢 .653正文图表目录表 1 教学分析方法变化趋势 .6表 2 基因遗传信息流切分信度表格 20表 3 项目管理部分知识点测试题结果 24表 4 项目管理部分知识点测
19、试题变量值 24表 5 项目管理部分知识点测试题最终学习效果表 24表 6 各科目修改学习效果后相关系数表 .24表 7 修改后基因遗传相关系数表 .28表 8 基因知识网络的信息流切分 .30表 9 基于遗传样本知识点 32表 10 基因遗传缺陷分析过程 .33表 11 矩阵的性质目标知识点的学习效果 39表 12 线性代数数据表格 .40表 13 逻辑学 数据表格 .41表 14 基于遗传 数据表格 .41表 15 项目管理 数据表格 .42表 16 博弈论 数据表格 .42图 1 教学系统结构 .7图 2 IIS 图实证研究流程 .14图 3 线性代数中“方阵的行列式”知识推理路径 21
20、图 4 各科目相关系数差值统计描述 .25图 5 原始“基因突变”知识网络图 .26图 6 修改后“基因突变”知识网络图 .27图 7 修改后激活量与学习效果散点图 .29图 8 “基因”知识点的网络图 29图 9 “基因”知识点对应测试题 30图 10 自检分析后知识点激活量与学习效果的相关关系 .31图 11 基因遗传知识点激活量与学习效果散点图 .31图 12 矩阵的性质知识网络图 .34图 13 标记目标知识点的知识网络图 .354图 14 矩阵的性质信息流序列 .37图 15 带有激活量标记的 IIS 图 38图 16 线性代数 知识点激活量与学习效果相关系数 .43图 17 逻辑学
21、 知识点激活量与学习效果相关系数 .43图 18 基因遗传 知识点激活量与学习效果相关系数 .44图 19 项目管理 知识点激活量与学习效果相关关系 .44图 20 博弈论 知识点激活量与学习效果相关关系 .455附录图表目录附录表 1 各学科信息流切分一致性检验表格 50附录图 1基因的表达知识网络激活量标记图 .50附录图 2基因的结构和复制知识网络激活量标记图 .51附录图 3基因的遗传定律知识网络激活量标记图 .51附录图 4 基因遗传 基因的表达带有激活量的 IIS 图 .52附录图 5 基因遗传 基因的结构和复制带有激活量的 IIS 图 .53附录图 6 基因遗传 基因遗传规律带有
22、激活量的 IIS 图 .53附录图 7 线性代数 行列式基本认识带有激活量标识的 IIS 图 .54附录图 8 线性代数 矩阵的性质带有激活量 IIS 图 .54附录图 9 线性代数 逆矩阵带有激活量标识的 IIS 图 .55附录图 10 逻辑学 概念带有激活量标识的 IIS 图 .56附录图 11 逻辑学 判断 1 带有激活量标识的 IIS 图 .57附录图 12 逻辑学 判断 2 带有激活量标识的 IIS 图 .57附录图 13 博弈论 完全信息动态博弈带有激活量标识的 IIS 图 .58附录图 14 博弈论 博弈论基础知识带有激活量标识的 IIS 图 .58附录图 15 博弈论 博弈论入
23、门带有激活量标识的 IIS 图 .59附录图 16 项目管理 项目成本管理带有激活量标识的 IIS 图 .60附录图 17 项目管理 项目时间管理带有激活量标识的 IIS 图 .61附录图 18 项目管理 项目管理基础带有激活量标识的 IIS 图 .61附录图 19 基因遗传学科 知识点激活量与学习效果散点图 62附录图 20 线性代数学科 知识点激活量与学习效果散点图 62附录图 21 逻辑学 知识点激活量与学习效果散点图 63附录图 22 项目管理 知识点激活量与学习效果散点图 63附录图 23 博弈论 知识点激活量与学习效果散点图 6411 研究背景与意义1.1 研究背景随着人们对教育教
24、学规律认识的不断深入，教学分析受到各国研究者的广泛重视。对教学过程进行全面的分析，不仅可以评价教师的专业能力、教学水平以及课堂教学的质量，亦能不断地给教师和学生提供教学反馈信息，从而促进教学水平的提高。纵观众多的教学分析理论，人们对教学分析的理解已经初步达成共识，即系统地收集教学过程中的各种信息，根据教学目标和要求对教学的相关因素进行衡量和价值判断的分析过程。鉴于人们认识水平的限制，前期的教学系统分析侧重于静态要素分析，试图通过分析教学系统的构成要素来窥探整个教学系统的本质和规律。早期这类研究对要素的划分过于直观含糊，但是作为教学分析产生和发展的必经阶段，其为后期研究奠定了良好的基础。随着人们
25、认识水平的提高，教学系统分析逐渐转向动态系统的研究，主要在以下两个方面展开：基于行为系统的分析和基于信息系统的分析。前者更侧重于教学中师生外显行为的分析，试图寻找行为与教学效果之间直接或间接的联系；后者则开始关注教学过程中的信息流动情况，力图借助信息系统论来探求教学系统的某些特征和规律。较为典型的基于信息系统教学分析方法是教学系统 IIS 图分析法，该方法已经初步建立了相应的教学分析操作规范，初步验证了该方法的有效性。但 IIS 图分析法还需要在更广泛的学科教学范围内进行进一步的检验，特别是以抽象程度较高的原理类知识为主的科目。同时，检验过程中对 IIS 图分析法的具体操作流程规范的改进和完善
26、也是非常有必要的。1.2 教学系统分析的发展历程教学分析的基本对象为教学过程，是采用分析方法对教学实践中的问题进行描述、解释及价值衡量判断的过程。同时，教学分析是一种认识活动，作为一个历史的产物，其带有不同时期的烙印。教学系统分析也经历了循序渐进的产生和发展过程，根据各时期思维认识水平和研究视角的不同，大体分为以下三个阶段：基于静态要素的教学分析、基于行为系统的教学分析和基于信息系统的教学分析。其中，静态要素分析作为教学分析的起源，为后期教学分析提供了良好的认识基础，基于动态系统的教学分析则是在此2基础上的深入和升华。另外，基于行为系统的教学分析和基于信息系统的教学分析目前处于并行发展状态。1
27、.2.1 基于静态要素的教学分析自古以来，研究者一直在试图理解纷繁复杂的教学现象和规律。当面对这些复杂事物时，人们首先遇到的问题是：教学是什么？为了得到答案，人们对教育教学现象的内在联系尚未在细节方面搞清楚并得到证明的情况下把教育教学看作一个整体，从总体上进行观察。作为人们认识过程的必经阶段，这种朴素的整体思维帮助人们从宏观上获得一些对教学现象的模糊认识，但认识结果往往是直观的、朴素的，停留在哲学思辨的水平，难于对教育进行深入全面的分析研究。于是，人们开始尝试利用还原分析的方法来认识教育教学，开始深入到教学的内部，从教学的组成部分上了解教学整体的性质，比如将教学系统分解为教师、学生、媒体、教学
28、内容等要素；把教育教学分成若干子问题，试图通过搞清楚一个子问题或部分问题来解决总问题。研究者立足不同的角度，从教学要素内涵的分析入手，形成了众多经典的要素说。比较有代表性的为 “三要素”说，比如，认为教学系统是由教师、学生、教材组成。另一种“三要素”说认为教学系统是由“人员、信息、物质”这三个主体要素构成。另外，还有 “四要素”说，即认为教学系统的基本构成要素包括教师、学生、教学内部及教学手段。在众多的要素说中，李秉德先生提出的七要素说具有特殊的意义，给人以许多启示。他所提出的七要素分别为“学生、教学目的、教学内容、教学方法、教学环境、教学反馈和教师。 ”1要素分析是结构分析的基本方法之一，通
29、过要素分析，我们不仅可以认识教学的基本构成，而且还可以优化和改造教学结构。另外，要素分析不仅重视相互独立的要素的分析，还强调要素之间的相互联系和相互影响。然而，教学系统的静态要素分析天生继承了机械还原论思维方式的一些缺陷。首先，要素的划分标准较含糊。不同研究者从不同视角出发，可以得出不同的要素构成，使得要素划分有些混乱。比如，要素分析笼统的把教师和学生的所有属性归为构成要素，我们知道并非教师和学生的全部属性都是教学系统的构成要素。其次，要素分析开始关注要素之间的关系对教学的影响，但只是停留在理念层面，操作性不强，导致要素分析无法准确全面的把握教学。最后，也是最关键的一点，静态要素分析忽略从功能
30、的角度分析系统，只是直观地分析构成系统的静态要素是无法解释系统的整体功能的。当然，基于行为系统的教学分析也具有这个缺点。31.2.2 基于行为系统的教学分析人们逐渐意识到静态要素分析法对于理解复杂动态的教学系统显得有些力不从心，随即开始关注教学系统的外显属性，试图从教学过程中教师和学生的交互行为中捕获教学的某些本质特征和规律。比较典型的教学分析方法有 S-T 教学分析法 2、Flanders 互动交互法 3、内容分析法和社会网络分析法 4。很显然这些教学分析方法均摆脱了静态要素分析的束缚，逐渐尝试关注动态的教学过程中师生交互的外显行为。但在如何有效获取教学交互行为这一关键问题上存在一些不同看法
31、，形成了不同的行为编码系统。总的来说基于行为系统的教学分析具有如下特征：(1) 具有相应的行为编码体系。这种教学分析需将师生行为进行归类编码，所以行为编码体系的构建是这种教学分析的核心。研究者通常根据自己的研究目的制定各相应的编码体系，需求不同，分析方法的编码体系的侧重点会有所差异，即使是同一个研究问题，研究角度不同，编码方案也会千差万别 5。(2) 以时间或意义单位为标准切分数据流。最初数据采集多使用时间为单位进行采集，比如 ST 分析法、Flanders 互动分析法都是以固定时间为单位进行采集。内容分析法和社会网络法一般采用 “意义单元”这样的切分单位。(3) 侧重于描述和预测教学整体特征
32、。基于行为系统的教学分析，数据编码分析的落脚点一般为教学系统的特征描述和预测。比如，Flanders 互动交互分析法通过形成弗兰德斯迁移矩阵来定量分析所收集的数据信息，并根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对课堂教学模式做出判断和预测。内容分析法和社会网络法则是关注教学要素之间的关系水平，并把最终结果与已有的模型进行比对，试图检查教学过程中的缺陷 6。与静态要素分析，基于行为系统的教学分析更侧重于教学要素关系的细致量化分析，并初步形成一个较为规范的操作流程，具体操作包括：制定编码体系、数据的采集和数据分析。通过对教学行为的定量处理和分析，来判断教学的某些特征，有助于我
33、们深入的理解教学过程和客观有效的探究教学规律。但是我们可以看到基于行为系统的教学分析仍存在许多令人不太满意的情况，主要表现在以下三个方面：(1) 行为编码体系编码的任意性导致了分析结果的多样性，进而使得不同分析方案之间的比较变得异常困难。其中，S-T 分析法的编码系统将教学行为分为教师行为和学生行为两类，过于粗糙模糊，不能准确的获取有效教学行为，反映教学本质和规律。Flanders 互动交互分析法4也并不完善，许多语言行为还没有细分，比如“沉默”中就大有文章，提问没有区分问题的性质，学生主动说话是学生对其他学生的主动说话还是学生对教师的主动说话等。另外，内容分析法和网络分析法的编码方案对信息的
34、归类和切分带有很大的主观性，最终导致结论的低可靠性。(2) 数据采集基于行为系统的教学分析实施数据采集的方法主要为时间间隔和“意义单元” 。时间间隔作为切分标准，导致人们机械的把教学过程切分为若干个四分五裂的时间段，无法保证教学过程信息流的完整性。后来研究者意识到时间切分技术的缺点，转而采用“意义单元”为单位来采集信息流数据。可是“意义单元”的划分标准过于主观模糊，很容易出现切分任意性。(3) 数据挖掘分析数据的挖掘和分析是基于以上两个方面的工作而展开的，我们可以看出基于行为系统的分析方法侧重于从外显的行为来认识教育教学过程，忽略了行为背后所依附的知识信息流。把连接外显行为和教学效果之间的学习
35、建构过程作为黑箱，试图透过可视化的行为来推测教学效果输出的可能性，而教学外显行为与教学效果的低相关度，使得先前分析的可靠性让人堪忧。1.2.3 基于信息系统的教学分析受复杂性系统理论的影响，人们逐渐意识到教育是以系统形式存在的有机体，是按照一定的结构组成的具有相应教育功能的动态的开放系统，由不同层次的等级结构组成，处于永不停息的自组织的运动中。教育系统的复杂性，使研究者很快意识到先前分析方法的不足。不可否认的是它们为人类认识教育教学规律也做出了不可磨灭的贡献。比如，在静态要素分析方法中已涉及到“信息”这一结构要素，开始探究信息要素的某些特征，也是教学系统中信息流动情况的初步探索。教育系统的分析
36、研究并不是要完全抛弃原有的方法，而是要在原有方法基础上综合贯通。1948 年美国数学家香农（Shannon）发表的奠基性的论文“通信的数学理论” ，掀开了狭义信息论的研究序幕，极大的促进了信息科学的发展。随着不断深入的研究和探讨，信息论的发展得到了进一步的提高，人们逐渐尝试着把其概念和方法推广应用到生物学、神经科学和教育学等领域。实践表明，信息论对这些学科领域的发展产生了重大而深刻的影响。随着从信息角度研究教育的工作逐步展开，基于信息系统的教学分析研究内容日益广泛，并取得了一系列具有实质意义的进展。华南师范大学的李克东教授在系统科学方法在教学系统研究中的应用一文中对教学系统中认知加工过程运用信
37、息论的理5论进行了信息流向分析，并采用功能模拟的系统科学方法来研究分析教学系统 7。西北师范大学的俞树煜在教育信息学构想与构建一文中详细的阐述了构建教育信息学的原则，论述了教学信息学的学科性质及研究对象，并在此基础上提出了教育信息学的理论框架。他认为教学信息学的出现是人们试图采用信息科学的基本思想、原理和方法研究教育系统的信息流动现象，以达到把握教育规律，提高教育效益的目的。 8纵观相关文献资料我们可以发现许多学者通过构造信息流程图来表征教学过程的信息流动过程，形成了众多教育信息系统传递模型，对于认识理解教育教学过程中知识的传播开辟了新的视角。但是，基于信息系统的教学分析刚刚展开，研究者往往是
38、利用信息论中的已有的概念原封不动的直接拿来描述教育教学活动中的某些现象，或是根据信息论里面的基本原理演绎出教学信息模型。这些应用仅仅停留在形式模仿层面，无法进一步的深入理解教学中信息的加工处理过程，并没有把信息论的成果有机地融于教育领域的研究之中，没有形成基于信息论的教学系统分析的具体操作流程及方法。1.2.4 教学系统分析现状总结通过对教学系统分析发展历程的回顾，可以发现其主要经历了从静态要素分析到基于行为的教学分析，再到基于信息系统的教学分析的发展过程，各分析时期难免有部分的交叉，但其整个发展脉络还是非常清晰的。从最初把教学当作一个整体，尝试着通过了解教学的各种特性和表现来回答教学是什么。
39、当人们对教学的整体特性有一定的了解之后，就开始深入到教学的内部，试图从教学的构成要素及各要素关系上了解教学的特征。这种了解积累到一定的程度，人们就开始把他们综合起来，超越教学形式，转向关注形式背后的内容，从而获得对教学过程、机制的深入和精确的理解。我们可以从研究思想、研究目的、研究对象和具体研究方法这四个方面总体把握教学分析方法的发展变化趋势，具体可见 Error! Reference source not found.：6表 1 教学分析方法变化趋势 变化趋势研究思想 从静态还原到动态整体 研究目的 从构成要素到系统功能 要素：教师、学生、教材、媒体等 关系：教学模式、教学方法、教学组织形式
40、等 功能：教学效果 研究对象 从外显行为到内部信息 具体研究方法 从主观臆断到构建模型 教学由教师、学生和教学内容三要素组成的 简单的编码系统 复杂的编码系统 我们对教学系统的认识更加深入准确，在理论研究领域和教学实践领域均已经取得了一定的成果，但是我们可以看到教学分析领域中仍存在许多令人不太满意的情况：前期的教学分析理论和方法，大多数只着眼于要素分析，用静止、割裂的观点来分析研究教学系统，忽视了教学系统的整体功能，导致我们无法全面的了解教学过程；另外，侧重于教学过程的外显行为分析，试图通过可视化的行为来评定和预测课堂教学效果，这是值得怀疑的。这些可视化行为分析的最终结果只能与某些教学模型或心
41、理模型进行比对，判断教学行为存在的缺陷。其对行为背后依附的知识内容及其建构过程很少涉及，而这恰恰是教学系统中最核心的部分，由此，基于行为系统的教学分析是无法准确把握教学过程中信息流动情况。基于信息系统的教学分析，大部分停留在信息论和系统论的概念应用阶段，并没有形成具体的可操作的规范。为了能全面、准确地了解到教学过程中究竟发生了什么，为了能客观公正的评价教师的教与学生的学，为了能促使教师本身有效的通过对教学过程的观察和深入分析来反思和改进自身的教学行为，客观有效的教学系统分析理论和方法是必不可少的。1.3 教学系统分析 IIS 图法相比其他教学分析方法，教学系统 IIS 图分析法处于初创时期，国
42、内外基于信息系统的教学分析方法的研究较为有限，国内比较有代表性的是北京师范大学的教授提出的教学系统分析 IIS 图法，经过近几年的持续研究，取得了满意的阶段性进展。教学系统分析IIS 图法以系统论为方法论，从整体功能上对教学系统进行分析。作为一种新的视角，教学系统 IIS 图分析法有着自己的特色，未来可以作为一种新型的教学评价和研究的方法。71.3.1 教学系统建模随着教育教学的发展，研究者逐渐意识到教育教学是一个复杂巨系统，无法通过简单的要素或是行为分析来深入的理解教学系统。建模方法应运而生，它是人类在认识世界和改造世界的实践过程中的一大创造，同时也是分析教育教学等复杂系统的最常用方法。建模
43、方法是建立在对教学系统深入认识的基础之上的。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。 ” 9并把除了信息处理和信息流动之外的其他要素均划入教学系统的环境要素，比如学生的先决知识技能、师生关系、学生的动力水平等。教学系统的建模如 图 1 所示：学生对信息的处理 I P L学生对信息的处理 I P L媒体对信息的处理 I P M教师对信息的处理 I P T教学信息集 I I SX 1X 2X 3X 4Y 2Y 3Y 4Y 1环境环境环境环境图 1 教学系统结构通过 图 1 我们可以看出教学系统建模完成了两个任务：一
44、是划定教学系统与环境的界线。我们是从教学的整体功能出发来确定系统与环境的界限的。二是确定系统功能的耦合结构。图中用 IPL（学生对信息的处理） 、IPT（教师对信息的处理）和 IPM（媒体对信息的处理）来表示信息处理主体对信息的加工情况；X和Y分别表示各信息处理主体的信息输入和输出。另外还把 IPL、IPT 和 IPM 的信息输出Y集中起来，进一步抽象概括出一个信息的共享集 IIS（Instructional Information Set） 。IIS 充分的体现了知识的共享和社会建构的特征属性。这一教学系统模型的建立为后续的研究奠定了坚实的理论基础。81.3.2 编码系统及切分技术把自然语言
45、表征的信息系统转换成易于处理操作的另一种编码体系，并使新编码体系可以更清晰地反映教育教学系统的某些功能特征，这是编码系统所要完成的任务。前文介绍的众多基于行为系统的教学分析方法，它们的编码系统往往过于粗糙模糊，切分技术比较呆板单一，一般是根据时间间隔或是主观性过强的“意义单位”来切分信息流。虽然新编码体系也反映了教学系统的某些特征，如教学模式、教学交互关系等结构特征，但无法深入涉及教学系统的功能特征。信息流编码的核心任务就是确定信息流的属性，通过研究我们发现信息流属性有很多，例如时间、贡献者、操作、信息类型、表征形态、语义、对应的知识网络、信息质量等。根据这些属性我们可以得出信息流的表征格式：
46、IPx_n。研究视角的不同会导致各属性关注度的差异性，比如，S-T 分析法侧重于对教师和学生行为在课堂中的比例关系，因此“贡献者”这一属性是信息流的本质属性。而 IIS 图分析法关注的是信息流对某个知识点激活水平，因此知识网络子图是信息流的本质属性。本质属性的确定为后面的切分技术奠定了良好的规范基础。前期研究已初步制定了信息流的划分规则如下。 10(1) IPx_n 取值一旦发生变化，即当信息流的贡献者发生改变时，信息流需要进行切分。例如 IPx_n 的取值由 IPT（IPL）变成 IPL（IPT）时，信息流发生切分。(2) 属性发生改变时，信息流发生切分。这一属性来自于教学设计理论的目标分类
47、理论，因此通过确定信息流对应知识的目标层次即可确定操作取值。(3) 属性一旦发生变化，信息流发生切分。可以根据信息流所依附的载体来确定信息类型的取值。比如，教师通过讲解某个知识点概念的定义，那么这时信息流的信息类型就为“知识语义” 。当然信息还可以通过“目标描述” “情境” “事实和范例” “答案” “管理指令” “其他相关信息” “其他不相关信息”来传达。其中仅有“事实和范例” “知识语义” “答案”三个信息类型具有对应的知识网络子图，其他的信息类型是没有的。(4) 属性并不影响信息流的切分，且每个表征形态是可以复选多样的。现阶段的研究侧重于信息内容的分析，对其表征形态没有深入讨论。(5)
48、属性一旦变化，信息流发生切分。作为 IIS 图法信息流的本质属性，它在信息流切分技术中的举足轻重地位是显而易见的。很显然知识网络图会影响到信息流切分的效度。其中最为关键的问题就是如何绘制知识网络图以便于进行信息流的切分映射，这部分将会下文（第 3 章的第 1 节）进行详细的论述。9(6) 属性并未列入前期研究。信息质量会对教学效果具有不可忽视的影响，后续研究可以从定性和定量的角度进一步探讨如何保证信息流外部特征和内部有效性这两者间的一致性，进而获得信息质量的对教学效果的影响水平。根据以上切分规则，把信息流序列映射到知识网络图上，实现编码体系的转化，下一步我们就需要构造出能反映教学系统功能的特征
49、属性。1.3.3 激活量公式我们依据信息流属性值的变化把教学视频或教学方案切分成由众多信息项组成的信息序列，然而通过这种序列结构我们无法看到知识的共享建构过程及其蕴含的教学意义。为此，我们需要借助一种能清晰地表达这一过程和意义的结构来探求教学系统的本质和规律，这一结构就是带某种特征属性标识的知识点网络图。通过前期实证研究，已经构造出激活量这一特征属性来衡量信息流对某个知识点的激活水平。作为量化的教学系统功能表征属性，激活量可以帮助我们客观有效的预测和评价教学过程。教学系统 IIS 图分析法是以单个知识点为样本，通过把信息流映射到知识网络图，再根据激活扩散规则获得知识点的激活量水平，这些知识点的激活量属性对于揭示教学过程中存在的问题具有简洁明快的特点。本研究关注的是单个知识点的激活量水平与学习效果的关系，知识网络图的总体激活量与学习效果的关系后续研究会涉及。前期研究，根据信息熵理论构造出了单个知识点的激活量计算公式如下 11：rdDndF*)2(*log/)2l(*遗忘系数：F ，心理学相关研究表明人类的记忆组块为 7 2
