有效教學(xué)的實現(xiàn)

有效教學(xué)的實現(xiàn)

一、有效教學(xué)的提出古今教育工作者從未停止過對有效教育的追求。但是,何謂有效教學(xué)、如何實現(xiàn)有效教學(xué)、怎樣評價教學(xué)的有效性等問題仍懸而未決。近年來,關(guān)于“有效教學(xué)”研究的熱點問題主要包括有效教學(xué)的本質(zhì)、有效教學(xué)的特征與方法、影響有效教學(xué)的因素、有效教學(xué)的行為判斷、有效教學(xué)的策略以及有效教學(xué)的評價標(biāo)準(zhǔn)等。研究已經(jīng)涉及到了“有效教學(xué)”的方方面面,有學(xué)者甚至提出“有效教學(xué)”的研究將會帶動乃至沖擊教育的宏觀、中觀、微觀層面的理論研究和改革實踐。但是,在我國近十年關(guān)于“有效教學(xué)”的研究中,思辨性研究的文章占文章總數(shù)的87.0%,而實踐性研究的文章只占文章總數(shù)的13.0%。廣大師生更為期盼的是,關(guān)于“有效教學(xué)”的具體教學(xué)策略以及具備可操作性的有效教學(xué)途徑的出現(xiàn)。所謂“有效教學(xué)”(EffectiveTeaching)是指教師通過一段時間的教學(xué)之后,使學(xué)生獲得了具體的進(jìn)步或發(fā)展,也就是說,學(xué)生有無進(jìn)步或發(fā)展是教學(xué)有沒有效益的唯一指標(biāo)。通常所說的“有效教學(xué)”特指課堂教學(xué)的有效性,是一種狹義的概念。已有學(xué)者提出“有效教學(xué)”可以充分開拓“教師研究共同體”的實踐空間。這是因為,承擔(dān)起學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展的,從根本上來說,不是每一位教師,而是整個教師團(tuán)隊;不是每一間教室,而是整個學(xué)校。其實,“教師研究共同體”是一種超越了學(xué)科、超越了教室、超越了學(xué)校的同整個社會、整個世界息息相通的共同體。換言之,有效教學(xué)的實現(xiàn)并非僅僅局限于某個課堂或教室中,而是在“教師”指導(dǎo)之下的任何一個進(jìn)行學(xué)習(xí)的地方。在有效教學(xué)中,“教師”也不僅可以是超越了個體的團(tuán)隊,而且可以是超越了人類本身的“聰明”的“計算機(jī)”——教學(xué)專家系統(tǒng)。二、個別化教學(xué)的構(gòu)建教學(xué)專家系統(tǒng)是一種借助人工智能技術(shù),通過提供“怎樣按學(xué)生的信息進(jìn)行教學(xué)”的教學(xué)策略實現(xiàn)系統(tǒng)的“智能”,讓計算機(jī)扮演教師的角色實施個別化教學(xué),即根據(jù)學(xué)習(xí)者的不同認(rèn)知特點和知識水平而作出智能化響應(yīng)的適應(yīng)性教學(xué)系統(tǒng)。通常教學(xué)專家系統(tǒng)由領(lǐng)域知識、學(xué)生模型和教學(xué)策略三個部分組成。目前,已有研究多為如何設(shè)計教學(xué)策略,而未涉及構(gòu)成教學(xué)策略本體的教學(xué)素材的研究。為了使得教學(xué)專家系統(tǒng)在“移動學(xué)習(xí)”時代更具有時代性和普適性,本研究將微型學(xué)習(xí)理論中的“微課程”概念引入到教學(xué)策略的設(shè)計中?；谖⒄n程的教學(xué)專家系統(tǒng)具備如下三個特點:(一)教學(xué)策略的對接基于微課程的教學(xué)專家系統(tǒng)以知識點為核心,通過對學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格和相關(guān)專題問題的測試建立學(xué)生模型,獲得每位學(xué)生不同學(xué)習(xí)風(fēng)格傾向及相關(guān)專題的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。基于此,教學(xué)專家系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)一定的教學(xué)策略,自動調(diào)用或讓學(xué)生自主選擇相應(yīng)的“微課程”教學(xué)素材。基于不同教學(xué)策略設(shè)計的“微課程”是學(xué)生開展個別化學(xué)習(xí)的優(yōu)化資源,同時,教學(xué)專家系統(tǒng)也具備“知識和策略的可生長性、可修正性及可建構(gòu)性”,人機(jī)之間互為師生關(guān)系。這種基于學(xué)習(xí)起點的判斷使得學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)明確,能夠有效擴(kuò)展和完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu),突顯學(xué)習(xí)的效果。(二)“微課程”—微型化利用顯效率傳統(tǒng)的教學(xué)專家系統(tǒng)的教學(xué)策略庫素材若要借助教學(xué)專家的支持作用,則通常是以一節(jié)課(45或者50分鐘)為一個單位時間組織呈現(xiàn)的有聲教學(xué)錄像。這種“原生態(tài)”的教學(xué)素材極為寶貴,但因其過于注重課堂的完整性而缺失普適性,且讓學(xué)生堅持學(xué)習(xí)完如此之長的內(nèi)容也確實為一項無比艱巨的任務(wù)。針對不同學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的不同需求,教學(xué)專家系統(tǒng)利用“微型學(xué)習(xí)”理論將“完整的知識碎片化”,每一個被刨解了的“知識碎片”相對獨立,且對應(yīng)若干個不同特色的“微課程”(通常為1-3分鐘),以滿足不同學(xué)生的認(rèn)知特點和學(xué)習(xí)風(fēng)格。這種基于“微課程”的教學(xué)專家系統(tǒng)可以真正做到以一對多,提高教學(xué)效率。同時,利用“碎片”與學(xué)生的認(rèn)知缺陷進(jìn)行“無縫對接”,能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。(三)實時對話與交流移動式學(xué)習(xí)不但昭示著一種嶄新的學(xué)習(xí)模式的誕生,更意味著信息時代人們一種新的生存方式的興起?；凇拔⒄n程”的教學(xué)專家系統(tǒng)就像一位經(jīng)驗豐富的教師即時排解學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所產(chǎn)生的困惑,人機(jī)之間也可進(jìn)行實時對話與交流,學(xué)生可以獲得適切的幫助,從而真正做到以學(xué)生為中心、以計算機(jī)為媒介形成的開放式的交互教學(xué)過程。微課程“小而?！钡奶攸c尤為適合復(fù)雜環(huán)境中的移動學(xué)習(xí),能突顯“教育即生活、學(xué)習(xí)即對話與通信交流”。這種與現(xiàn)代生活方式極為接近的新型學(xué)習(xí)資源與學(xué)習(xí)環(huán)境會讓學(xué)生感到更具親和力,更易激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的自主性,從而提高學(xué)習(xí)效益。三、基于本體的教學(xué)專家系統(tǒng)的構(gòu)成為了使所設(shè)計的教學(xué)專家系統(tǒng)能夠有效利用微課程資源并彰顯個別化學(xué)習(xí)的效果,本文提出了一種基于本體的教學(xué)專家系統(tǒng)?；诒倔w的教學(xué)專家系統(tǒng)(簡稱“ITS系統(tǒng))由ITS本體庫、學(xué)生模塊和教師模塊構(gòu)成(如圖1所示)。其于本體的教學(xué)專家系統(tǒng)的有效性通過精確的本體語義描述、定量的學(xué)生模型分析、高效的教學(xué)策略定制和靈活的學(xué)習(xí)進(jìn)程管理四個方面得以體現(xiàn)與實現(xiàn)。(一)領(lǐng)域知識本體教學(xué)專家系統(tǒng)完成“有效教學(xué)”的前提是必須準(zhǔn)確地描述學(xué)生的個別化模型和微課程素材的語義信息,而兩者均離不開對學(xué)科領(lǐng)域知識的深度把握。因此,建立一個能夠精確描述學(xué)科領(lǐng)域知識、教學(xué)素材、試題及其內(nèi)在關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)信息庫是該系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。這個基礎(chǔ)信息庫中蘊含了復(fù)雜的語義信息,而這些語義信息必須使用規(guī)范的方式進(jìn)行形式化描述,便于計算機(jī)進(jìn)行分析和處理,以輔助學(xué)習(xí)者完成自主的學(xué)習(xí)過程,實現(xiàn)智能的有效學(xué)習(xí)目標(biāo)。面對復(fù)雜的語義信息,簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和實體關(guān)系模型在描述能力方面遠(yuǎn)不能勝任。隨著智能技術(shù)的發(fā)展,語義的表達(dá)方式也越來越重要。目前,本體技術(shù)已逐漸成熟,并成為主流的語義描述語言,其應(yīng)用也越來越廣泛。本體作為一種規(guī)范的形式化描述,其描述能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其他的現(xiàn)有語言,成為ITS系統(tǒng)語義描述工具的唯一必選語言?；诒倔w的教學(xué)專家系統(tǒng)采用Protégé軟件作為“教師團(tuán)隊”創(chuàng)建和修訂ITS本體庫的工具,并通過OWLAPI為各軟件模塊提供對本體庫的查詢和訪問功能?；诒倔w的教學(xué)專家系統(tǒng)的ITS本體庫由三個方面內(nèi)容構(gòu)成:以知識點及其相互間邏輯關(guān)系為核心建構(gòu)的學(xué)科領(lǐng)域本體,以試題、解題過程為核心建構(gòu)的試題本體以及以微課程為核心建構(gòu)的教學(xué)素材本體。其中,領(lǐng)域知識本體以知識點為單位進(jìn)行構(gòu)建,除了知識點本身的描述之外,重點構(gòu)建知識點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。系統(tǒng)建立了六種基本類型:組成關(guān)系、依賴關(guān)系、難度遞進(jìn)關(guān)系、特例關(guān)系、相似關(guān)系和相關(guān)關(guān)系等;試題本體語義信息除了試題內(nèi)容、解題過程、難度系數(shù)等屬性之外,還包括試題間的相似性及其相關(guān)知識點等;而教學(xué)素材本體描述的語義信息則包括素材的類型、學(xué)習(xí)時長、教學(xué)風(fēng)格,以及教學(xué)目標(biāo)所對應(yīng)的知識點等。(二)基于知識空間理論的學(xué)習(xí)風(fēng)格量化分析個別化學(xué)習(xí)依賴于對學(xué)習(xí)者個體特征的準(zhǔn)確把握和定量分析。針對每一個學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣和認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析,并建立專有的學(xué)生模型,是ITS系統(tǒng)提供個別化學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。ITS系統(tǒng)從學(xué)習(xí)風(fēng)格分析和認(rèn)知結(jié)構(gòu)分析兩個方面入手,建立了定量的學(xué)生模型,以提高教學(xué)效率、優(yōu)化教學(xué)效果。Felder-Silverman模型從“感覺與直覺”、“視覺與文字”、“主動與反思”和“順序與全局”四個維度描述學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格。ITS系統(tǒng)采用該模型的兩個方面確定學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣。首先,在初始階段采用標(biāo)準(zhǔn)的Felder-Silverman方法,用44道學(xué)習(xí)風(fēng)格測試項對學(xué)生的思維特征進(jìn)行定量的分析,獲得學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格初始量化模型。其次,在ITS系統(tǒng)運行的過程中,通過對學(xué)生利用系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)和測試所保留下來的歷史學(xué)習(xí)軌跡進(jìn)行分析,不斷修正其學(xué)習(xí)風(fēng)格量化模型,分析的過程采用分類算法來完成。為了定量地分析學(xué)習(xí)者的認(rèn)知結(jié)構(gòu),ITS系統(tǒng)引入了知識空間理論(KnowledgeSpaceTheory,KST)。Doignon和Falmagne提出的知識空間理論是一種通過試題和測試來構(gòu)造領(lǐng)域內(nèi)的知識結(jié)構(gòu),并用以衡量主體知識狀態(tài)的心理學(xué)理論,該理論以嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析為基礎(chǔ),為領(lǐng)域內(nèi)的知識空間分析和主體知識狀態(tài)分析提供一種精細(xì)的定量方法。在KST理論的指導(dǎo)下,ITS系統(tǒng)能夠充分挖掘?qū)W科領(lǐng)域本體和試題本體之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),構(gòu)造出學(xué)科領(lǐng)域的知識空間。在KST理論所建立的知識空間上,通過對學(xué)習(xí)者進(jìn)行認(rèn)知結(jié)構(gòu)測定,就能夠建立以知識狀態(tài)為表現(xiàn)形式的學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)模型。(三)構(gòu)建有向圖和評估體系以具有精確語義描述的領(lǐng)域知識、試題和微課程為基礎(chǔ),針對個別化定量描述的包含了學(xué)習(xí)風(fēng)格和認(rèn)知結(jié)構(gòu)信息的學(xué)生模型,ITS系統(tǒng)中教師模塊的教學(xué)策略推理機(jī)能夠采用微課程選編算法,為每一個學(xué)習(xí)者定制最優(yōu)的教學(xué)策略。在KST理論框架之下,以知識狀態(tài)空間為依據(jù),可以構(gòu)建一個由微課程和知識狀態(tài)組成的有向圖,并參照Djistra算法框架來完成個性化微課程的選編。算法返回的最優(yōu)路徑既包含了系統(tǒng)所選擇的最優(yōu)微課程素材,也為學(xué)習(xí)主體指明了微課程素材的學(xué)習(xí)次序。在這一過程中,最重要的問題是如何確定該有向圖中邊的度量。該度量用于衡量微課程對學(xué)習(xí)者個體的適應(yīng)性,是影響選編算法選擇教學(xué)策略的核心指標(biāo)。系統(tǒng)以本體庫中微課程的各項語義特征和學(xué)習(xí)者的個別化學(xué)生模型為基礎(chǔ),進(jìn)行綜合評估來獲得微課程與學(xué)習(xí)者的適應(yīng)性度量。在評估的指標(biāo)體系中,包含了微課程的教學(xué)時長、微課程教學(xué)知識點與學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的匹配度、微課程教學(xué)方法與學(xué)習(xí)者認(rèn)知風(fēng)格之間的匹配度等。這些指標(biāo)經(jīng)歸一化處理后,采用層次分析的方法即可獲得綜合評定的度量值。以微課程語義信息和學(xué)生個別化模型為基礎(chǔ)獲得的該度量值,能有效提高系統(tǒng)為學(xué)習(xí)者制定的個別化高效教學(xué)策略的能力。(四)確定學(xué)習(xí)目標(biāo),實現(xiàn)學(xué)習(xí)自我管理與調(diào)控在ITS系統(tǒng)的幫助下,學(xué)習(xí)者從認(rèn)知結(jié)構(gòu)測定到教學(xué)策略選擇和交互學(xué)習(xí),再到認(rèn)知結(jié)構(gòu)測定構(gòu)成了學(xué)習(xí)循環(huán)中一個完整的學(xué)習(xí)周期。在啟動一個學(xué)習(xí)周期時,學(xué)習(xí)者可以根據(jù)當(dāng)時學(xué)習(xí)的特定環(huán)境與條件自定學(xué)習(xí)步調(diào),制定學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)計劃,實現(xiàn)學(xué)習(xí)進(jìn)程的自我管理與調(diào)控。IST系統(tǒng)根據(jù)所記錄的每一位學(xué)習(xí)者的“學(xué)生模型”,確定學(xué)習(xí)者的“學(xué)習(xí)起點”,然后提供可供選擇的多元學(xué)習(xí)目標(biāo)。對于每一個學(xué)習(xí)周期,IST系統(tǒng)可以圖形化的形式展示學(xué)習(xí)者知識狀態(tài)的變遷過程。通過ITS提供的這些學(xué)習(xí)進(jìn)程管理功能,能夠真正實現(xiàn)學(xué)習(xí)過程的自主管理,使每一個學(xué)習(xí)者成為學(xué)習(xí)的主人,促使其更加主動地學(xué)習(xí)。四、“教”向“學(xué)”的轉(zhuǎn)變,推進(jìn)“學(xué)科教學(xué)論”的發(fā)展微課程觀下的教學(xué)專家系統(tǒng)以本體為基礎(chǔ),以知識點及其邏輯關(guān)系為核心,以碎片化的移動微型學(xué)習(xí)為模式,超越了“實體技術(shù)”和“工具理性”的單向度思維方式,以“價值理性”為本,從“教”轉(zhuǎn)向“學(xué)”,可為實現(xiàn)有效教學(xué)另辟蹊徑,同