基于模式知識庫和EPSS的教學(xué)設(shè)計自動化系統(tǒng)-教育技術(shù)通

1、基于模式知識庫和基于模式知識庫和EPSSEPSS的教學(xué)設(shè)計的教學(xué)設(shè)計自動化系統(tǒng)自動化系統(tǒng)馬 寧 計算機教育應(yīng)用方向?qū)煟汉慰丝菇淌?基于模式知識庫和基于模式知識庫和EPSSEPSS的教學(xué)設(shè)計的教學(xué)設(shè)計自動化系統(tǒng)自動化系統(tǒng)一、問題的提出一、問題的提出 二、理論基礎(chǔ)二、理論基礎(chǔ) 三、研究內(nèi)容三、研究內(nèi)容3.1 3.1 功能分析功能分析3.2 3.2 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計3.3 3.3 關(guān)鍵技術(shù)與實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)與實現(xiàn)四、研究方法四、研究方法 五、研究計劃及研究成果五、研究計劃及研究成果一、問題的提出一、問題的提出1.1 1.1 研究意義研究意義教學(xué)設(shè)計要求設(shè)計人員掌握多方面的專門知識；教學(xué)設(shè)計要求設(shè)計人員

2、掌握多方面的專門知識；很多教師對教學(xué)設(shè)計的理解存在偏差，導(dǎo)致設(shè)計的教學(xué)很多教師對教學(xué)設(shè)計的理解存在偏差，導(dǎo)致設(shè)計的教學(xué)方案的不合理；方案的不合理；教學(xué)設(shè)計過程包含許多重復(fù)性工作，增加了教師和教學(xué)教學(xué)設(shè)計過程包含許多重復(fù)性工作，增加了教師和教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)；系統(tǒng)開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)；信息技術(shù)環(huán)境下的教學(xué)設(shè)計需要專門的理論支持和實踐信息技術(shù)環(huán)境下的教學(xué)設(shè)計需要專門的理論支持和實踐探索；探索；目前已有的一些輔助教學(xué)開發(fā)工具（如目前已有的一些輔助教學(xué)開發(fā)工具（如Authorware等）等）僅僅支持開發(fā)和集成，不支持教學(xué)設(shè)計。僅僅支持開發(fā)和集成，不支持教學(xué)設(shè)計。 教學(xué)設(shè)計自動化教學(xué)設(shè)計自動化國外研究現(xiàn)狀

3、：國外研究現(xiàn)狀：（1）內(nèi)容分析）內(nèi)容分析 部分教學(xué)模式的綜合，不夠系統(tǒng)和綜合，也部分教學(xué)模式的綜合，不夠系統(tǒng)和綜合，也沒有針對特定的領(lǐng)域進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)，如：沒有針對特定的領(lǐng)域進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)，如：ID ExpertID Expert。針對企業(yè)內(nèi)部培訓(xùn)而進(jìn)行的課件開發(fā)工具，針對企業(yè)內(nèi)部培訓(xùn)而進(jìn)行的課件開發(fā)工具，與學(xué)校教學(xué)沒有太大的關(guān)系，如：為了空軍與學(xué)校教學(xué)沒有太大的關(guān)系，如：為了空軍培訓(xùn)進(jìn)行的培訓(xùn)進(jìn)行的XAIDAXAIDA項目。項目。針對整個教學(xué)設(shè)計領(lǐng)域，重點不突出，如：針對整個教學(xué)設(shè)計領(lǐng)域，重點不突出，如：AGDAGD系統(tǒng)。系統(tǒng)。1.2 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1 1） （2）

4、功能分析）功能分析 專家系統(tǒng)，如：專家系統(tǒng)，如：ID Expert系統(tǒng)、系統(tǒng)、XAIDA系統(tǒng)系統(tǒng)等；等；咨詢系統(tǒng)，如：咨詢系統(tǒng)，如：IDAW-Instructional Design Advanced Workbench系統(tǒng)；系統(tǒng)；信息管理系統(tǒng)，如：信息管理系統(tǒng)，如：IDE（Instructional Design Environment）系統(tǒng)；系統(tǒng)；EPSS系統(tǒng)，如：系統(tǒng)，如：AGD、Designers Edge、Instructional DesignWare等。等。1.2 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（2 2） 教學(xué)模式工具包（教學(xué)模式工具包（Teaching Models T

5、oolkit，TMT），），由華東師范大學(xué)張際平博士開發(fā)由華東師范大學(xué)張際平博士開發(fā)（1996），主要進(jìn)行的是多媒體資源的可移），主要進(jìn)行的是多媒體資源的可移植性研究；植性研究；JBMT系統(tǒng)由北京大學(xué)汪瓊博士開發(fā)（系統(tǒng)由北京大學(xué)汪瓊博士開發(fā)（19971997），），她提出了一種新的教學(xué)軟件開發(fā)模型課她提出了一種新的教學(xué)軟件開發(fā)模型課堂件寫作模型；堂件寫作模型；鄭永柏博士總結(jié)了國內(nèi)外的鄭永柏博士總結(jié)了國內(nèi)外的100多種教學(xué)模式，多種教學(xué)模式，提出了基于教學(xué)處方理論的提出了基于教學(xué)處方理論的ISD-EPSS系統(tǒng)的系統(tǒng)的設(shè)計原型（設(shè)計原型（1998年）年） 1.2 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（國內(nèi)外研究

6、現(xiàn)狀（3 3） 1.3 1.3 技術(shù)定位技術(shù)定位專家系統(tǒng)試圖控制教學(xué)設(shè)計過程，略去了大專家系統(tǒng)試圖控制教學(xué)設(shè)計過程，略去了大量的包含復(fù)雜聯(lián)系和變化元素的過程，抑制量的包含復(fù)雜聯(lián)系和變化元素的過程，抑制了教師創(chuàng)造性的發(fā)揮；了教師創(chuàng)造性的發(fā)揮；咨詢系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)功能過于單一；咨詢系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)功能過于單一；EPSS目的在于用各種手段來提高設(shè)計者的績目的在于用各種手段來提高設(shè)計者的績效，仍然強調(diào)把創(chuàng)造性的工作由設(shè)計者來完效，仍然強調(diào)把創(chuàng)造性的工作由設(shè)計者來完成；除了有指導(dǎo)或多種查詢、輸出功能外，成；除了有指導(dǎo)或多種查詢、輸出功能外，還強調(diào)全方位地提高教學(xué)設(shè)計者的績效。還強調(diào)全方位地提高教學(xué)設(shè)

7、計者的績效。 1.41.4 現(xiàn)有教學(xué)設(shè)計現(xiàn)有教學(xué)設(shè)計EPSSEPSS系統(tǒng)的不足系統(tǒng)的不足 生成的產(chǎn)品僅僅停留在課件層次，不支持多生成的產(chǎn)品僅僅停留在課件層次，不支持多種產(chǎn)品的輸出；種產(chǎn)品的輸出；沒有對教學(xué)設(shè)計的評價環(huán)節(jié)給予足夠的重視沒有對教學(xué)設(shè)計的評價環(huán)節(jié)給予足夠的重視大多數(shù)產(chǎn)品都沒有對產(chǎn)品的評價；大多數(shù)產(chǎn)品都沒有對產(chǎn)品的評價；大多只是提供模板，在復(fù)雜環(huán)節(jié)，如：教學(xué)大多只是提供模板，在復(fù)雜環(huán)節(jié)，如：教學(xué)模式的選擇，沒有提供類似專家的診斷和建模式的選擇，沒有提供類似專家的診斷和建議。議。 二、理論基礎(chǔ)二、理論基礎(chǔ)建建構(gòu)構(gòu)主主義義學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)理理論論 建立建立教學(xué)教學(xué)模式模式知識知識庫的庫的主要主要指

8、導(dǎo)指導(dǎo)思想思想 “主導(dǎo)主導(dǎo)主體主體”教學(xué)設(shè)計理論教學(xué)設(shè)計理論 系統(tǒng)框架設(shè)計、知識庫建立系統(tǒng)框架設(shè)計、知識庫建立的重要理論基礎(chǔ)的重要理論基礎(chǔ) 績效技術(shù)和績效技術(shù)和EPSSEPSS通過必要的有限訓(xùn)練通過必要的有限訓(xùn)練和最低程度的外部支持來和最低程度的外部支持來提高績效提高績效 目標(biāo)和指導(dǎo)思想目標(biāo)和指導(dǎo)思想三、研究內(nèi)容三、研究內(nèi)容3.1 3.1 目標(biāo)目標(biāo)建構(gòu)信息技術(shù)環(huán)境下的教學(xué)模式知識庫建構(gòu)信息技術(shù)環(huán)境下的教學(xué)模式知識庫,每種教學(xué)模式都從七個方面對其進(jìn)行標(biāo)每種教學(xué)模式都從七個方面對其進(jìn)行標(biāo)識：指導(dǎo)思想、核心概念、應(yīng)用領(lǐng)域、識：指導(dǎo)思想、核心概念、應(yīng)用領(lǐng)域、教學(xué)案例、模式詳述、教學(xué)模板和學(xué)習(xí)教學(xué)案例、

9、模式詳述、教學(xué)模板和學(xué)習(xí)工具。工具。研發(fā)信息技術(shù)環(huán)境下教學(xué)設(shè)計研發(fā)信息技術(shù)環(huán)境下教學(xué)設(shè)計EPSS知識知識系統(tǒng)（系統(tǒng)（ID-EPSS系統(tǒng)）。系統(tǒng)）。3.2 3.2 功能分析功能分析1.可行性分析功能可行性分析功能2.提供建議和參考提供建議和參考 3.教學(xué)設(shè)計模板及其編輯功能教學(xué)設(shè)計模板及其編輯功能 4.有實施案例的在線幫助功能有實施案例的在線幫助功能 5.方便、豐富的寫作環(huán)境方便、豐富的寫作環(huán)境 6.編輯、生成新的教學(xué)模式編輯、生成新的教學(xué)模式 7.圖形界面圖形界面8.成果輸出功能成果輸出功能 9.后期評價功能后期評價功能 3.33.3系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計計需求分析教師特征分析學(xué)習(xí)者特征分析教學(xué)內(nèi)容分

10、析教學(xué)目標(biāo)分析整體實現(xiàn)與優(yōu)化成果輸出是否適合進(jìn)行信息技術(shù)環(huán)境下的教學(xué)不適合結(jié)束適合教學(xué)模式生成與選擇后期評價學(xué)習(xí)工具選擇與設(shè)計教學(xué)模式設(shè)計知識庫管理分析決策知識庫教學(xué)模式知識庫設(shè)計成果知識庫決策需求分析教師特征分析學(xué)習(xí)者特征分析教學(xué)目標(biāo)分析教學(xué)內(nèi)容分析分析模塊模式生成與編輯模塊教學(xué)模式選擇學(xué)習(xí)工具選擇設(shè)計成果輸出模塊教學(xué)設(shè)計方案腳本課件添加刪除修改查詢統(tǒng)計教學(xué)模式設(shè)計3.3.1 3.3.1 分析模塊（分析模塊（1 1）需求分析需求分析模塊模塊i. 對學(xué)校的硬件情況進(jìn)行分析，判斷在信息對學(xué)校的硬件情況進(jìn)行分析，判斷在信息技術(shù)環(huán)境下開展教學(xué)的可行性，主要測試內(nèi)技術(shù)環(huán)境下開展教學(xué)的可行性，主要測試內(nèi)

11、容有：計算機數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、維護人員情容有：計算機數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、維護人員情況、計算機配置、上機條件等如果合格，則況、計算機配置、上機條件等如果合格，則允許教師進(jìn)入系統(tǒng)的后續(xù)環(huán)節(jié)；如果不合格允許教師進(jìn)入系統(tǒng)的后續(xù)環(huán)節(jié)；如果不合格則退出該系統(tǒng)。此外，對相應(yīng)的分析結(jié)果進(jìn)則退出該系統(tǒng)。此外，對相應(yīng)的分析結(jié)果進(jìn)行保存。行保存。 3.3.1 3.3.1 分析模塊（分析模塊（2 2）教師特征教師特征分析模塊分析模塊判斷教師是否具備在信息技術(shù)環(huán)境下開展教學(xué)的能力，判斷教師是否具備在信息技術(shù)環(huán)境下開展教學(xué)的能力，測試內(nèi)容包括：教師的計算機使用水平、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)測試內(nèi)容包括：教師的計算機使用水平、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的情況

12、、是否開展過信息技術(shù)環(huán)境下的教學(xué)、技術(shù)的情況、是否開展過信息技術(shù)環(huán)境下的教學(xué)、對信息技術(shù)環(huán)境下教學(xué)的看法和思想、對教師角色對信息技術(shù)環(huán)境下教學(xué)的看法和思想、對教師角色的認(rèn)識等。如果合格，則允許教師進(jìn)入系統(tǒng)的后續(xù)的認(rèn)識等。如果合格，則允許教師進(jìn)入系統(tǒng)的后續(xù)環(huán)節(jié)；如果不合格則退出該系統(tǒng)。環(huán)節(jié)；如果不合格則退出該系統(tǒng)。將教師的特征分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，在教師下次登錄時，將教師的特征分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，在教師下次登錄時，可直接從數(shù)據(jù)庫中讀取結(jié)果。但每隔一個月，應(yīng)對可直接從數(shù)據(jù)庫中讀取結(jié)果。但每隔一個月，應(yīng)對教師進(jìn)行重新測試，并刷新數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)。教師進(jìn)行重新測試，并刷新數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)。 3.3.

13、1 3.3.1 分析模塊（分析模塊（3 3）學(xué)習(xí)者特征學(xué)習(xí)者特征分析模塊分析模塊對學(xué)習(xí)者特征進(jìn)行測試，測試內(nèi)容包括：學(xué)生的計算機對學(xué)習(xí)者特征進(jìn)行測試，測試內(nèi)容包括：學(xué)生的計算機使用水平、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的情況、對計算機的感情使用水平、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的情況、對計算機的感情和認(rèn)識、是否喜歡這樣的學(xué)習(xí)方式、是否在信息技和認(rèn)識、是否喜歡這樣的學(xué)習(xí)方式、是否在信息技術(shù)環(huán)境下學(xué)習(xí)過、學(xué)生的年齡、男女比例等，并分術(shù)環(huán)境下學(xué)習(xí)過、學(xué)生的年齡、男女比例等，并分出等級：出等級：0級級不適合進(jìn)行相關(guān)學(xué)習(xí)，退出該系統(tǒng)；不適合進(jìn)行相關(guān)學(xué)習(xí)，退出該系統(tǒng)；1級級可以展開教學(xué)，但要放慢速度，采取較簡單可以展開教學(xué)，但要放慢速度，采

14、取較簡單的計算機技術(shù)；的計算機技術(shù)；2級級可以展開教學(xué)，采用所需的任何計算機技術(shù)?？梢哉归_教學(xué)，采用所需的任何計算機技術(shù)。3.3.1 3.3.1 分析模塊（分析模塊（4 4）教學(xué)目標(biāo)分教學(xué)目標(biāo)分析模塊和教學(xué)內(nèi)容分析模塊析模塊和教學(xué)內(nèi)容分析模塊 一個文本編輯環(huán)境一個文本編輯環(huán)境 在試題輸入環(huán)節(jié)，還應(yīng)該在試題輸入環(huán)節(jié)，還應(yīng)該提供填空題、單選提供填空題、單選題、多選題、判斷題、簡答題的生成環(huán)境，題、多選題、判斷題、簡答題的生成環(huán)境，在生成每種類型的試題時，提供相關(guān)答案的在生成每種類型的試題時，提供相關(guān)答案的生成環(huán)境生成環(huán)境 3.3.2 3.3.2 決策模塊決策模塊學(xué)習(xí)者特征分析教學(xué)內(nèi)容分析教學(xué)模式編

15、輯與選擇模塊教學(xué)目標(biāo)分析教學(xué)模式生成教學(xué)模式知識庫決決策策模模塊塊分析決策知識庫3.3.3 3.3.3 模式生成與編輯模塊模式生成與編輯模塊i.教學(xué)模式選擇模塊教學(xué)模式選擇模塊 ii.學(xué)習(xí)工具選擇與設(shè)計模塊學(xué)習(xí)工具選擇與設(shè)計模塊iii.教學(xué)模式設(shè)計模塊教學(xué)模式設(shè)計模塊填寫模板的方式填寫模板的方式對案例進(jìn)行修改的方式對案例進(jìn)行修改的方式 模板式寫作環(huán)境模板式寫作環(huán)境可增加或刪除模板的某個環(huán)節(jié)；可增加或刪除模板的某個環(huán)節(jié)；能以網(wǎng)頁形式對相關(guān)結(jié)果進(jìn)行保存；能以網(wǎng)頁形式對相關(guān)結(jié)果進(jìn)行保存；可進(jìn)行文字的基本處理：增加、刪除、字體、可進(jìn)行文字的基本處理：增加、刪除、字體、段落編輯等；段落編輯等；可進(jìn)行表格

16、的相關(guān)編輯；可進(jìn)行表格的相關(guān)編輯；可進(jìn)行超鏈接編輯；可進(jìn)行超鏈接編輯；可插入圖形、視頻、音頻等多媒體信息可插入圖形、視頻、音頻等多媒體信息可發(fā)布課件等可發(fā)布課件等 案例修改式寫作環(huán)境案例修改式寫作環(huán)境簡單的文本編輯環(huán)境簡單的文本編輯環(huán)境將生成的教學(xué)設(shè)計方案入庫將生成的教學(xué)設(shè)計方案入庫3.3.4 3.3.4 整體優(yōu)化模塊整體優(yōu)化模塊 用戶人工操作完成，也可請有經(jīng)驗的教師用戶人工操作完成，也可請有經(jīng)驗的教師或教學(xué)設(shè)計專家?；蚪虒W(xué)設(shè)計專家。主要內(nèi)容有：教學(xué)目標(biāo)的審定、教學(xué)內(nèi)容主要內(nèi)容有：教學(xué)目標(biāo)的審定、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計、媒體的選擇、教學(xué)模式的設(shè)計、的設(shè)計、媒體的選擇、教學(xué)模式的設(shè)計、測試題的設(shè)計等。測

17、試題的設(shè)計等。3.3.5 3.3.5 成果輸出模塊成果輸出模塊 何種方式輸出生成獨立網(wǎng)頁網(wǎng)頁鏈接選擇頁面風(fēng)格發(fā)布生成文檔結(jié)束網(wǎng)頁課件形式文檔形式3.3.6 3.3.6 后期評價模塊后期評價模塊 教學(xué)實施之后教學(xué)實施之后四個寫作空間四個寫作空間優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點改進(jìn)之處改進(jìn)之處心得心得3.4 3.4 關(guān)鍵技術(shù)與實現(xiàn)（關(guān)鍵技術(shù)與實現(xiàn)（1 1）i.教學(xué)模式知識庫和分析決策知識庫的建立教學(xué)模式知識庫和分析決策知識庫的建立對國內(nèi)外成功的教學(xué)模式進(jìn)行收集、整理，確定其對國內(nèi)外成功的教學(xué)模式進(jìn)行收集、整理，確定其指導(dǎo)思想、核心概念。指導(dǎo)思想、核心概念。在中小學(xué)中開展教學(xué)實驗，修訂、設(shè)計合理的教學(xué)在中小學(xué)中開展

18、教學(xué)實驗，修訂、設(shè)計合理的教學(xué)模式，確定每種模式的應(yīng)用領(lǐng)域。主要通過實驗、模式，確定每種模式的應(yīng)用領(lǐng)域。主要通過實驗、總結(jié)的方式獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。設(shè)計、制作、收集教學(xué)總結(jié)的方式獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。設(shè)計、制作、收集教學(xué)模式所對應(yīng)的成功的教學(xué)案例及學(xué)習(xí)工具等內(nèi)容。模式所對應(yīng)的成功的教學(xué)案例及學(xué)習(xí)工具等內(nèi)容。根據(jù)各種教學(xué)模式的思想和步驟，設(shè)計、開發(fā)教學(xué)根據(jù)各種教學(xué)模式的思想和步驟，設(shè)計、開發(fā)教學(xué)模式模板。模式模板。設(shè)計合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，在包容所有七類屬性的同設(shè)計合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，在包容所有七類屬性的同時，方便對數(shù)據(jù)庫的查詢、修改和添加。時，方便對數(shù)據(jù)庫的查詢、修改和添加。 3.4 3.4 關(guān)鍵技術(shù)與實現(xiàn)（關(guān)鍵

19、技術(shù)與實現(xiàn)（2 2）ii.ii.教學(xué)模式的決策教學(xué)模式的決策ii.一定范圍內(nèi)的模糊查詢一定范圍內(nèi)的模糊查詢 iii.iii.教學(xué)模式編輯的寫作環(huán)境教學(xué)模式編輯的寫作環(huán)境四、研究方法四、研究方法對國內(nèi)外現(xiàn)有此類技術(shù)進(jìn)行深入調(diào)研和分析；對國內(nèi)外現(xiàn)有此類技術(shù)進(jìn)行深入調(diào)研和分析；對教學(xué)模式的相關(guān)內(nèi)容采取實驗研究法；對教學(xué)模式的相關(guān)內(nèi)容采取實驗研究法；關(guān)鍵技術(shù)的突破采用先建立理論模型，然后關(guān)鍵技術(shù)的突破采用先建立理論模型，然后通過實驗去證實、改進(jìn)與完善；通過實驗去證實、改進(jìn)與完善；對有些關(guān)鍵技術(shù)也可采用先引進(jìn)，然后消化、對有些關(guān)鍵技術(shù)也可采用先引進(jìn)，然后消化、仿制、改進(jìn)，最后創(chuàng)新的路子；仿制、改進(jìn)，最后創(chuàng)新的路子；整個研發(fā)項目的管理，將嚴(yán)格按照軟件工程整個研發(fā)項目的管理，將嚴(yán)格按照軟件工程的要求進(jìn)行實施的要求進(jìn)行實施 五、五、研究計劃及研究成果研究計劃及研究成果 時間時間計劃計劃20022002年年4 4月月20022002年年6 6月月總體方案設(shè)計階段、詳細(xì)技術(shù)方案設(shè)計階總體方案設(shè)計階段、詳細(xì)技術(shù)方案設(shè)計階段段20022002年年7 7月月20022002年年1010月月系統(tǒng)原型開發(fā)階段系統(tǒng)原型開發(fā)階段20022002年年7 7月月20022002年年1111月月收集收集3030種屬性齊備的信息技術(shù)環(huán)境下開種屬性