教育技術學領域技術研究

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[摘要]:在過去幾十年中，計算機與人工智能技術在教育中的應用主要關注如何用機器來幫助學習者學習，并部分地“代替”教師的教學工作；隨著信息技術的發展與教育教學理念的改變，教師的地位依然沒有變化，而角色發生了重要的改變，用新技術支持教學(過程)的設計、互動分析與評價，進而支持教師及其教學，在一定程度上“解放”教師的生產力，這已經成為一個重要趨勢；教育乃復雜巨系統是眾所周知的，但從復雜系統角度對教育系統進行的研究依然匱乏，因此，從宏觀層面引入數量分析與建模思想，從復雜系統的角度研究教育教學系統的演化規律，也是教育技術領域的一個重要研究方向。本文闡述了教學設計自動化技術、教學互動分析技術、教學自動測評技術和教育系統仿真技術等的概念、重點關注的問題、研究現狀及發展趨勢，以期為廣大教育技術工作者提供一點借鑒。

[關鍵詞]:教育技術;教學設計自動化;教學互動分析;教學自動測評;教育系統仿真

中圖分類號：G40-057文獻標識碼：A

一、引言

關于教育技術，在不同時期不同學科背景的學者有著不同的理解，其典型的定義來自于美國教育傳播與技術協會(AssociationforEducationalCommunicationsandTechnology，簡稱AECT)，包括：媒體—工具論(AECT’70)、手段—方法論(AECT’72)、理論—實踐論(AECT’94)、績效—創新論(AECT’05)等。雖然教育技術的內涵與外延均在不斷變化，但是從各種定義可以看出：(1)教育技術支持和優化教學，最終促進學習者的學習；(2)教育技術圍繞教學過程和教學資源展開理論研究和實踐；(3)教育技術的基本要素包括方法、工具和技能[1]。因此，有一點是無可爭議的：教育技術要研究“技術”在教育中的應用問題，即如何運用“技術”來支持和優化(教育)教學過程。這里的“技術”主要是指狹義的技術(物化的技術)，尤其包括計算機與人工智能中的新技術。

從認識論的角度看，教學過程是教師的教與學生的學相結合的雙邊活動過程[2]，包括“教師的教”、“學生的學”和“學與教的互動”等三個方面。從“技術”支持教學過程的角度來看，近一個世紀以來，人們或多或少存在這樣一種取向：用“技術”來（部分地）“代替”教師進行教學。從20世紀20年代的教學機開始，到50年代美國教育心理學家斯金納發明程序教學機器，教育界出現了一場場轟轟烈烈的改革運動[3]。盡管現在這股浪潮早已平息下去，但“教學機器”卻大大影響了教育界，并成為CAI/CAL(計算機輔助教學/學習)的雛形。直到20世紀90年代中期以前，CAI/CAL軟件開發一直被計算機界與教育技術界認為是“技術含量”較高的、比較“有水平”的一類研究工作。這對教育教學的改革與發展起到了積極的作用，豐富了人類知識的寶庫。

但是，早在20世紀80年代中期，就有研究表明：一項技術（或者一種工具）應用于教學的效果取決于使用者如何使用，而不是技術本身。從學習理論的發展來看，也經歷了行為主義、認知主義和人本主義等學習理論的發展，特別是由認知主義學習理論發展起來的建構主義學習理論，曾經在20世紀90年代風靡于全球。直到20世紀末，人們發現風靡于全球的e-Learning并不如想象的那樣有效，人們開始反思學習理論與技術應用方式，試圖用B-Learning來實行“回歸”，即綜合運用不同的學習理論、不同的技術和手段、以及不同的應用方式來實施“教學”。“混合學習”（BlendedLearning）就是面對面的課堂學習（FacetoFace）和在線學習（OnlineLearning，或E-Learning）兩種方式的有機整合。混合學習的核心思想是根據不同問題、要求，采用不同的方式解決問題，在教學上就是要采用不同的媒體與信息傳遞方式進行學習，而且這種解決問題的方式要求付出的代價最小，取得的效益最大[4]。

學與教的觀念在變，學與教的環境與方式也在變，教師從為課堂教學“備課”，到為學生“自學”而“備資源”，再到運用多種方式來實施“教學”，這雖然不是一種必然變化路徑，但也是一種普遍發展趨勢。隨著教學理念的變化，教學的設計、教學(過程)互動的分析與教學評價方式變革的重要性日益凸顯出來。顯然，這對教師的要求越來越高，教師的“額外工作”也變得越來越繁雜。那么，能否利用新技術來(部分)支持教師的“額外工作”呢？更進一步說，新技術應用于教育教學能否(顯著)提高其效果、效益或效率呢？

本文將介紹與此相關的四個關鍵技術：教學設計自動化技術、教學互動分析技術、教學自動測評技術與教育系統仿真技術。前三種技術主要關注教育的微觀層面，即教學的三個關鍵環節：“前期準備”(教學設計）、“教學實施”(互動過程)、“教學效果”(教學評價)；后者關注教育的宏觀層面：把教育看成一個復雜的巨系統進行研究，從數量與模型角度研究和發現一些普遍的規律。隨著知識科學領域的興起與知識工程等的進一步發展，這四項關鍵技術可望在未來不長的時間內，為廣大教師與教育研究者提供支持和服務。

二、教學設計自動化技術

眾所周知，教學設計是教育技術學最核心的內容之一，也是教育技術學區別于教育學領域中其它學科的最重要特征之一，教學設計理論的發展為教育技術學的發展奠定了堅實的基礎。但是，教學設計仍然是少數教學設計專家的“專利”，在廣大教師中普及應用仍然有一定的距離。究其原因，首先教學設計方法需要進一步完善和發展，包括教學設計的過程模式比較復雜、“通用”模式在各種教學情況下的不適應等；其次“設計”的工作量過于繁雜(如內容分析階段的ABCD方法就是一項復雜的“機械”勞動)，尤其是在新的知識觀背景下，知識管理越來越重要。因此，若能讓計算機幫助教師完成一些“機械勞動”，讓教師把更多的精力關注于學與教的過程和行為，具有非常重要的理論意義和現實意義。

“教學設計自動化”（AutomatedInstructionalDesign或AutomatingInstructionalDesign，簡稱AID）是指有效利用計算機技術，為教學設計人員和其他教學產品開發人員在教學設計和教學產品開發過程中提供輔助、指導、咨詢、幫助或決策的過程[5]。“教學設計自動化”更為貼切的提法應該是“計算機輔助的教學設計”（ComputerAidedInstructionalDesign，簡稱CAID）。

從1984年梅瑞爾首次提出“教學設計自動化”開始，教學設計自動化吸引了很多教育技術專家、心理學家、人工智能專家和計算機專家的參與[5]，如：Tennyson、Spector等，并取得了相當多的成果。從1984年到90年代中期，教學設計自動化發展十分迅速，并產生了大量著作和產品原型，從90年代后期開始，教學設計自動化大多以別的面貌出現，其研究也越來越深入。

目前教學設計自動化的研究主要集中在5個方面[5][6][7][8][9]：(1)提供集成寫作工具。如WebCT、WebCL等各大網絡教學支撐平臺都集成了寫作工具，充分利用網絡的優勢，簡化了過程。(2)提供教學設計專家系統。例如，梅瑞爾等人研究與開發的IDExpert就是基于規則的專家系統，它可以根據教學設計人員提供的信息，提出關于課程組織、內容結構、教學策略等方面的建議。(3)提供教學設計咨詢服務。專家系統開辟了教學設計的新領域，但是卻抑制了教學設計開發人員創造性的發揮，咨詢系統更注重發揮教學設計人員的主觀能動性。Duchastel提出的教學設計咨詢系統原型IDAW-InstructionalDesignAdvancedWorkbench是一個基于計算機的基礎開發平臺，支持不限制設計者情況下的認知任務的教學設計。(4)提供教學設計的信息管理系統。如學習研究協會（InstituteforResearchonLearning）開發的IDE（InstructionalDesignEnvironment）系統。(5)提供電子績效支持系統（EPSS）。如Paquetteetal(1994)在Duchastel的Workbench基礎上推出的名為AGD的績校支持系統，DesignersEdge(Chapman,1995)和InstructionalDesignWare等。另外，教學設計自動化技術一個最直接的應用是為教師提供教學設計模板。WebQuest就是一個很好的例子，它提供了多套方便適用的教學設計模板，教學設計人員和教師只需填入相應的內容，就可生成WebQuest教學網站，大大降低了教學設計的難度。

教學設計自動化的更進一步發展要求它具備更高的“自動化”，這需要積極借助自然語言理解和信息檢索領域的成果。例如，我們有理由要求教學設計自動化系統能夠幫助我們抽取文章中的概念以及概念之間的關系，生成一定的可視化圖表，如概念圖、思維導圖等，并在人工校對后，生成可用的演示文稿。達成這一目標的核心技術包括信息抽取領域的實體抽取技術和關系抽取技術。

三、教學互動分析技術

教學的互動本質說認為，師生之間的互動反映了教學過程的本質。教育心理學界很早就關注到：應從師生之間的互動行為入手解析教育教學現象，探討互動與學生發展及學習效果之間的關系。比如對課堂情境中師生互動的特點及主要影響因素進行微觀研究[11]，研究的主要方法就是分析課堂情境中的師生互動行為。

教學互動分析技術是一種適合從微觀上探索行為規律和性質，綜合運用結構性觀察、描述性觀察、訪談、內容分析、話語分析、定量數據處理等多種方法的研究技術，通常用于互動過程規律、互動特征、教學結構的發現以及教與學現象的評估。

課堂師生互動行為研究以弗蘭德互動分析技術(Flander’sInteractionAnalysisSystem，FIAS)為代表[12]。該分析技術大致由三個部分構成：(1)一套描述課堂師生互動行為（僅用于言語交互，不包括非言語交互）的編碼系統；(2)一套關于觀察和記錄編碼的規定標準；(3)一個用于顯示數據，進行分析，實現研究目的的矩陣表格。弗蘭德編碼系統把課堂上的語言交互行為分為教師語言、學生語言和沉寂或混亂(無有效語言活動)三類共10種情況。按照弗蘭德分析技術的規定，在課堂觀察中，每3秒鐘取樣一次，對每個3秒鐘的課堂語言活動都按編碼系統規定的意義賦予一個編碼碼號，作為觀察記錄。這樣，一堂課大約記錄800—1000個編碼，它們表達著課堂上按時間順序發生的一系列事件，每個事件占有一個小的時間片斷，這些事件先后接續，連接成一個時間序列，表現出課堂教學的結構、教學行為模式和教師的教學風格。對記錄數據的顯示和分析是通過分析矩陣來實現的。從弗蘭德的課堂教學互動分析技術可以看出，教學互動分析強調結構化、定量化，有利于從大量微觀的信息中挖掘意義。

在遠程教育領域，由于教學互動的媒介環境發生了根本變化，以媒體為中介的交互成為遠程環境下學與教再度整合的關鍵，因此教學互動的問題得到了更多研究者的關注。應用互動分析的相關技術，可以深入探討不同技術環境的交互性、不同教師的教學策略如何影響學生的互動行為、社會性互動對遠程學習的影響等系列研究問題，從而為遠程環境下的學習支持服務提供更多的思路和方法。

源于社會建構主義理論對互動的重視，計算機支持協作學習（ComputerSupportedCollaborativeLearning，簡稱CSCL）強調學生與學生之間的互動，并認為互動是協同建構意義的形式，尤其注重言語所扮演的“社會情境角色”[13]。目前在CSCL領域中，互動分析技術主要集中在探討以下四個方面的問題：（1）成員個體和小組整體的知識結構變化；(2)小組內社交關系網絡（SocialNetwork）的形成；(3)協同知識建構過程的互動結構；(4)互動過程中的情感水平和認知加工水平。這些問題的解決有助于智能交互支持系統的設計與開發，以保證高質量的意義協商、相互教導和小組協作。

目前教學互動分析技術主要是基于交互言語的分析，即會話分析（conversationanalysis或discourseanalysis）。許多與語言相關的理論成為互動分析的基礎，其中尤以言語行為理論（SpeechActTheory）的作用最為顯著。

雖然會話分析技術并不是一種新技術，但是應用現代信息技術輔助會話分析，并在以計算機為媒介的交互情境中應用會話分析，卻是一類較新的研究領域。面對面的互動活動中，參與者的行為表現（包括身體姿勢、語調、表情等）均可被錄像保存供分析者作反復而細致的分析。以計算機為媒介的交互記錄（包括文本信息、語音信息、與系統軟件的交互行為序列）也可被保存。這些交互數據的分析可借助一些工具軟件來實現，包括德國Altasti公司產品(支持文本、聲音、視頻格式的定性內容分析)、澳大利亞QSR公司產品NUD*IST、CATPAC(應用神經網絡算法確定文本中詞句的關聯性)、Transana(方便標注視頻錄像信息，建立解釋信息和視頻信息的關聯)、希臘的Agna(社交網絡分析軟件)等。

針對不同研究問題，編碼后的交互信息的處理方法不一樣，因此就出現了針對特定研究問題的互動分析工具。如：日本OsakaUniversity的AkikoInaba等人開發了專門支持CSCL中互動模式（比如認知學徒模式）辨識的分析工具；美國匹茲堡大學AmySoller等人利用結構化的句首自動識別聊天室內的互動文本，并利用互動模型的匹配來判斷互動的有效性。

四、教學自動測評技術

計算機輔助評價(Computer-AssistedAssessment，簡稱CAA)是一個應用面比較普及的領域。教學自動測評是CAA的核心內容和研究前沿之一，其基本流程是：把問題和任務通過計算機終端傳給學生，學生通過計算機輸入設備將問題的答案輸入給計算機，計算機自動或半自動判斷答案并記錄分數。CAA可在診斷性、形成性和總結性等三類評價中均可得到有效應用；既可以用于學生的自我評價，也可以用于教師對學生的評價[14]。CAA系統的構成主要包括三個方面：(1)題庫與組卷；(2)測試環境與自動閱卷；(3)測評數據的統計分析：負責管理測評結果，按要求生成各種報表以及對題目進行分析。

目前，CAA應用研究主要集中在三個方面[15]：(1)客觀測試：測試題的答案從預先定義好的有限個問題答案中選擇或比較，計算機對考題答案的評分不需要任何的主觀因素參與，客觀測試主要用于評估知識覆蓋型和事實記憶型為主的課程；(2)計算機自適應測試(CAT)：指在具有一定規模的精選試題組成的題庫支持下，按照一定的規則并根據被試的反應選取試題，直到滿足停止條件為止；(3)基于Internet的遠程考試與評價。客觀測試和計算機化自適應測試的相關的理論、方法與技術已相當成熟，能比較好地解決了知識層面的評價問題。其熱點及前沿課題主要有兩方面：(1)主觀題的測評問題及其自動化,例如，對自由文本答案的計算機測評的研究目前已經取得很大的進展；(2)技能性非客觀題的測評。

五、教育系統仿真技術

建模與仿真，是繼理論研究和實驗研究之后的第三種認識和改造客觀世界的方法，已經成為對人類社會發展進步具有重要影響的一門綜合性技術學科[16]。仿真技術有各類不同的方向和分支，如虛擬仿真技術、全過程動態仿真技術、三維仿真技術、三維實體仿真技術、虛擬現實等。在人文社會領域，仿真技術同樣有其用武之地，如生產系統、物流系統、港口工程、制造過程管理、物資供應等系統中已經開始應用仿真技術。經濟、交通、地理信息等不同的行業領域也紛紛應用仿真技術來促進本領域的研究。

近年來，復雜系統、復雜自適應系統（ComplexAdaptiveSystem,CAS）成為系統建模與仿真理論研究的熱點。仿真模型的正確性和可信度是建模與仿真科學發展的決定因素，目前學術界正試圖發展出一套完整的校驗、驗證和確認（VerificationValidation&Accreditation,VV&A）技術理論體系。復雜系統可以定義為是具有多樣性、不確定性的系統。復雜系統涉及到耗散結構、漲落、熵、灰箱、混沌、自組織、非平衡、非線性、開放、有序等許多概念，它們對研究復雜系統都具有很重要的意義。

教育系統是一個獨特的復雜系統，具有開放性、松散結合性、非線性與非均衡性等特征。從微觀層面上看，學校甚至是一個課堂也可視作復雜系統，另外，也存在多種維度和多種粒度上的教育復雜系統，比如，有人就討論過信息技術與課程整合的復雜性[17]。從復雜系統視野對教育系統的研究目前才剛剛開始，也僅只停留在理論研究的層面上；而使用建模與仿真的方法進行探索的幾乎還是空白。

運用復雜科學的管理熵與耗散結構理論，可以揭示復雜的教育組織結構演化以及管理決策臨界點的內在矛盾運動和規律；運用建模與仿真的方法，可以指導教育組織系統的科學組織與決策，建立科學的教育組織結構，進行組織再造和提高教育組織效能[18]。

六、結語

目前是教育技術學科發展最快的時期。首先，除師范院校外，大批的理工類院校也開始開設教育技術的本科和碩士專業；其次，一大批來自不同學科背景的中青年學者在不同程度的加盟到教育技術學研究領域，從不同視角開展相關研究；第三，本領域的理論研究成果日益得到教育類學科與信息類學科同行的認同，實踐領域在日益拓廣，應用效果明顯提高。

但是，教育技術作為一門應用性交叉學科，依然面臨一系列挑戰。首先，教育技術學科面臨教育類學科與信息類學科的雙重壓力，需要有更多的研究成果得到兩類學科同行們的認同；其次，教育技術學科的學者因為各自背景的差異，對于學科及相關理論的理解存在較大差異，還沒有很好地形成“科學共同體”，尤其缺乏研究方法的相對一致性與共同理解；第三，近幾年內新增了大量教育技術學本科專業，在全國本科生大面積擴招和激勵的就業競爭壓力下，加上畢業生質量的良莠不齊，其學術與專業聲譽將受到極大的挑戰。

本文談到的四大關鍵技術，并不是教育技術學領域中關鍵技術的全部。比如智能教學系統、遠程教育支撐平臺等一直是本領域最活躍的研究熱點，而且依然是本領域的研究前沿。這四項關鍵技術的研究與開發，依賴于多學科領域知識的綜合發展，包括來自哲學領域的本體論、計算機領域的協同計算與知識庫系統、認知心理學領域的問題表征與知識表征、計算語言學領域的語言理解、以及數學建模與復雜系統研究等，尤其跟計算機與人工智能（知識工程）密切相關。上述四大關鍵技術，都需要應用知識科學與工程的方法，從某種意義上說，正是知識工程的方法為教育技術的研究和發展注入新的活力。當然，這些關鍵技術的研究與開發只是教育技術學科中眾多研究方向之一，并不提倡大批的教育技術工作者轉向從事計算機及相關學科的研究，即使有一批學者對此感興趣，也建議把這四大關鍵技術當作問題的起點，應用其它學科最新的研究成果來解決問題。

致謝：本文的撰寫得到了我的幾個博士生的大力支持，特別感謝張燕、劉黃玲子、趙國慶、江新、程志等同學的研究工作。

參考文獻:

[1]黃榮懷，曾蘭芳，余冠仕.我國教育技術的發展趨勢簡析[J].中國電化教育，2002,(9):13—16.

[2]李秉德.教學論[M].北京：人民教育出版社，1999.24.

[3]師書恩.從計算機輔助教學的發展看學習理論在CAI軟件中的作用[DB/OL].

[4]李克東，趙建華.混合學習的原理與應用模式[DB/OL].

[5]馬寧,余勝泉.簡述教學設計自動化研究[DB/OL].

[6]Merrill,M.David.AnIntegratedModelforAutomatingInstructionalDesignandDelivery[A].MichaelSpector,MarthaC.Polson&DanielJ.Muraida.AutomatingInstructionalDesign:ConceptsandIssues[C].EnglewoodCliffs,NJ:EducationalTechnologyPublications,1993.147-190.

[7]Kasowitz,Abby.ToolsforAutomatingInstructionalDesign[DB/OL].

[8]Ellis,T.J.,Hafner,W.,&Mitropoulos,F.AutomatinginstructionaldesignwithEcad[A].Proceedings:FrontiersinEducationConference2004,Savannah,GA[C].Piscataway,NJ:IEEE,2004.T1H1–T1H6.

[9]SpectorJ.M.&Song,D.Automatedinstructionaldesignadvising[A].R.D.Tennyson&A.Barron(Eds.).Automatinginstructionaldesign:Computer-baseddevelopmentanddeliverytools[C].Brussels:Springer-Verlag,1995.377-402.

[10]MarceloFernandes&SJosedosCampos.UsingDigitalTechnologiestoAutomateInstructionalDesign[DB/OL].

[11]佐斌.師生互動論：課堂情境中師生互動的心理學研究[M].上海：華中師范大學出版社，2002.

[12]寧虹，武金紅.建立數量結構與意義理解的聯系——弗蘭德互動分析技術的改進運用[J].教育研究，2003,(5):23-27.

[13]Rogoff,B.Apprenticeshipinthinking[M].NewYork:OxfordUniversityPress,1990.

[14]黃榮懷，劉黃玲子，李向榮.計算機輔助評價的發展趨勢[J].電化教育研究，2002,(5):15-21.

[15]puter-assistedAssessment(CAA)[DB/OL].application.asp?app=resources.asp&process=full_record§ion=generic&id=350.

[16]王行仁.建模與仿真技術的若干問題探討[J].系統仿真學報，2004，16(9):1896-1897.

[17]陳衛東,李芒.論信息技術與課程整合的復雜性[J].教育理論與實踐，2003,(22):59-61.

[18]范國睿.復雜科學與教育組織管理研究[J].教育研究,2004,25(2):52-58.