基于結構分析法的學習活動序列重組研究

數字學習管理系統的功能側重點已由注重對學習資源的管理及應用，轉至設計、分析學習者學習活動。文章基于結構分析法，通過分析學習者在不同學習階段的測試數據，獲得符合學習者學習特點的知識點層級關系，并以此為依據來制定和改進教學目標和教學策略，進而對整個學習活動序列進行優化重組。通過一系列的教學實驗驗證，可以實現以學習者為核心的教學活動設計思想，滿足學習者的情感以及認知需求，為設計優質、高效的學習活動提供參考。

學習活動 活動序列 結構分析法 項目關聯結構分析

隨著網絡和信息技術的不斷發展，計算機在教育中的應用范圍越來越廣，數字化學習的普及和研究得到進一步的深入。網絡的在線學習系統平臺的功能側重點已由注重對學習資源的管理及應用共享，轉而注重強化管理學習者學習活動過程[1]。這種趨勢也反映在遠程教學、移動學習等基于網絡的學習模式中，在這些學習模式中，教師將課程實施的重點從內容建設轉向應用分析，逐步形成以學習者為中心的學習活動設計導向，強調學習者學習過程的優化和良好的師、生、學習資源的交互方式。

具體到課程實施環節，如何在數字化學習環境中實現信息技術與教學活動的深度融合以促進學習效果的提升？本研究探索將結構分析方法運用到學習者的學習活動中，通過對學生概念形成過程的分析，針對學生的個性化特征，制定符合個性化學習的最優化路徑，動態調整學習活動序列，提升優質教學資源的利用水平。

一、相關概念的分析及問題的提出

1.結構分析法的介紹

結構分析法是一種對復雜系統中各要素間的關系，以視覺的幾何學結構對系統的結構進行分析的方法[2]。在教學研究中的應用主要集中在分析教育系統中獲取的數據，并將其結果用于教學實踐。結構分析法可分為圖表法和圖示法兩種不同類型的方法。從運用數學方法的角度分類來看，圖表法主要使用矩陣運算處理，而圖示法則是利用圖論，特別是利用有向圖進行處理。

用于教育信息的結構分析法主要有：

（1）教材結構分析法

教材結構分析法是一種將教材分解為許多知識要素，并將要素間的順序關系以圖論的方法進行表示和分析的結構分析法。

（2）S-P表分析法

通過教學測試，可以得到學生與測試得分（1表示正答，0表示誤答）組成的得分矩陣。S-P表法將學生序號按得分的正答率順序排成一覽表，對變換后的得分矩陣進行結構分析。

（3）項目結構關聯分析法（Item Relational Structure Analysis）

項目結構關聯結構分析是一種基于測試得分，以圖論的方法表示項目間的順序結構，對項目的結構進行分析、表示的方法。

（4）意義結構分析法

這種分析方法分析以一定評價尺度構成的問卷獲得的數據，用圖結構表示各個項目間的順序關系，并對這種關系進行結構分析。

（5）社會調查分析法

社會調查分析法是基于描述人際關系的心理測試數據，將人們直接的聯系、排斥等關系，以圖論的方法進行分析和表達的結構分析方法。

（6）尺度分析法

這種方法將基于某種評價尺度得到的表示態度的數據組成數據序列，在此基礎上構成態度測定的尺度，據此進行系統的結構分析。

2.學習活動序列在數字化學習中的應用分析

數字學習環境下主要利用網絡教學平臺或學習管理系統開展教學活動，影響較大的如Blackboard、Sakai、Moodle、LAMS平臺等，這些學習管理系統或平臺大致經歷了從內容管理系統（CMS，Content Management System）到學習管理系統LMS（Learning Management System），再到學習活動管理系統（LAMS，learning active management system）的發展歷程，平臺的發展重點從注重學習內容、資源的管理轉變到對學習活動的分析和管理[3]。

以澳大利亞Macquarie大學開發的學習活動管理系統（lams）為例，它是一個設計、管理和實施在線協作學習活動的網絡學習平臺。教師從創建者界面中選擇活動單元，將活動單元連接起來就產生了學習序列。由于其強調“活動”和“序列”，而“活動”又處于“內容”的上一個層次，因此，學習管理系統的架構和運行機制必然要發生改變，學習活動序列將替代學習內容成為教和學的中介。

在學習活動序列中，包含的要素主要有以下幾點：活動要素、角色要素、資源要素、規則要素。活動要素是學習活動序列中的基本要素，單個活動要素要按照一定的邏輯性和事件性組成學習活動序列；角色要素是指參與學習活動的個體或小組，包括教師、學生；資源要素是在學習活動中每個活動要素中所包含的學習資源和環境；規則要素則約束管理學習活動的邏輯性和保證其實施的準確性。其中規則要素因其面對不同學習者表現的動態性、多角色變換的復雜性和制約因素的多維度性成為學習活動序列能否實現個性化學習、實現自適應路徑重組、提高學習活動的針對性和智能化的關鍵。

本文探索使用結構分析法，基于學習者不同階段的測試得分，以圖論的方法表示項目間的順序結構，對項目的結構進行分析、表示，輔助教師進行學習活動動態調整。

二、項目結構分析法的應用研究

學習活動序列的設置一般基于教材結構和教學設計方案，而教師對于學生的需求和能力進行深入的了解后，才可能做出合適的課程計劃和決策。本研究使用IRS分析法對學生的知識能力水平進行測評分析。

IRS分析（Item Relational Structure Analysis）是一種用于教育信息處理的結構分析方法，它基于學生對測試問題的掌握程度排序，對問題間的關聯層次結構進行分析。通常是以有向圖來表示測試項目之間的關聯結構。順序系數是IRS分析法在判定項目間的順序程度時制定的表示問題間順序程度的標度，通常依據問題的實際情景，為標度設置一定的閥值，當達到這個閥值時就認定問題間的順序關系成立。

以某次學習者測試得分數據表（見表1）和反映問題之間關系的四分表（如表2）來說明公式中的各個參數。在表2問題間關系的四分表中，N為參加測試的學生樣本個數；a為問題Pi和Pj都答對的學生數量；b為答對Pi而答錯Pj的學生數量；c為答對Pj而答錯Pi的學生數量；d為問題Pi和Pj都答錯的學生數量。

在順序系數的表達式中，其分子表示測試中對問題Pi的誤答，同時又是問題Pj的正答者在所有被測學生中所占的比例；當分子部分非常小時，rij趨于1，表示從項目Pi到項目Pj的順序關系成立。其分母表示在問題Pi與問題Pj相互獨立的情況下，問題Pi的誤答者同時又是問題Pj的正答者所占的比例，這個比例數值表示了與從Pi到Pj順序關系的相反方向；從順序系數的定義公式可以看出，若順序完全成立，rij將為最大值1。如果問題Pi與問題Pj之間相互獨立，沒有順序關系，rij很小，順序系數趨近于0。

IRS分析法中的閥值是判斷順序關系是否成立的一個重要參數，當順序系數大于確定的閥值時，認為問題間的順序關系成立；當順序系數小于閥值時，就可以判定問題間的順序關系不能夠成立[4]。在IRS圖的制作過程中，可以根據實際教學問題的情景需要，讓閥值在一定取值范圍內上下浮動。當閥值設置較高時，問題間的順序關聯關系成立較少，這樣可以把問題間關聯程度較大的問題分析出來。當閥值設置較低時，可以更全面地分析問題間的關聯與層級特性。

通過計算得分數據的項目順序系數表（如表3），這里取閥值為0.5后得到IRS矩陣（如表4），依據IRS矩陣就得到表示問題間層級結構的IRS圖（如圖1）。根據圖示可知，問題5和6之間呈正相關性，處在同一層級，它們與問題4和1成層級單調性。同樣，問題3、2、1依次也成層級單調性。通過獲取學生信息、制定學習目標、進行活動設計、制定學生評估的過程，可以充分理解學生對于學習目標和內容的理解程度，通過教學實驗的結果來看，依據學生測試的測試結果得到的問題層級關于往往與課程的知識點關系結構存在一定的差異，例如有學者進行過學習者英語語法學習的研究：“動詞的時態一直被認為是英語語法教學的重點，但經過診斷測試，發現學生對動詞時態的規則掌握扎實，卻在不同語境中語言表達的應用情況不令人滿意，這為教學活動中動詞時態知識學習的調整提供了依據。”[5]基于本研究的結論，教師可以通過不斷調整活動的結構和元素來實現最優的學習效果，過程示意圖見圖2。

綜上所述，教師在進行學習活動設計過程時，通過使用IRS分析法分析學生各個階段的測試數據，基于學習者的學習行為特點來制定教學目標和教學策略，可以實現以學習者為核心的教學活動設計思想，滿足了學習者的情感以及認知的需求，依據這種學生測試結果的客觀評價方式為設計高效、優質的學習活動系統提供了參考。

本研究基于結構分析法，從微觀層面分析學生的學習數據，通過形象直觀的分析結果指導教師設計學習活動序列，這為個別化教學的實施提供了參考和借鑒。下一步的工作將通過計算機程序的設計，實現學習活動序列的自適應調整，實現數字化學習環境中教學活動調整的智能化和自動化。

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參考文獻

[1] 余勝泉，楊現民.辨析“積件”“學習對象”與“學習活動”——教育資源共享的新方向.中國電化教育，2007（12）.

[2] 傅德榮，章慧敏，劉清堂.教育信息處理.北京：北京師范大學出版社，2011.

[3] 王秀榮，劉敏斯，孫良林.四款開源學習管理系統的對比與探究.現代教育技術，2010（7）.

[4] 秦偉，莫永華，洪雪瓊.IRS分析法中項目順序系數的計算機優化算法及實現.銅仁學院學報，2010（5）.

[5] 劉秀梅.自適應測試方法在英語專業語法教學中的應用探索.考試周刊，2011（1）.

[作者：朱珂（1982-），男，河南新鄉人，河南師范大學教育技術系講師，在讀博士。]

【責任編輯 孫曉雯】

以某次學習者測試得分數據表（見表1）和反映問題之間關系的四分表（如表2）來說明公式中的各個參數。在表2問題間關系的四分表中，N為參加測試的學生樣本個數；a為問題Pi和Pj都答對的學生數量；b為答對Pi而答錯Pj的學生數量；c為答對Pj而答錯Pi的學生數量；d為問題Pi和Pj都答錯的學生數量。

在順序系數的表達式中，其分子表示測試中對問題Pi的誤答，同時又是問題Pj的正答者在所有被測學生中所占的比例；當分子部分非常小時，rij趨于1，表示從項目Pi到項目Pj的順序關系成立。其分母表示在問題Pi與問題Pj相互獨立的情況下，問題Pi的誤答者同時又是問題Pj的正答者所占的比例，這個比例數值表示了與從Pi到Pj順序關系的相反方向；從順序系數的定義公式可以看出，若順序完全成立，rij將為最大值1。如果問題Pi與問題Pj之間相互獨立，沒有順序關系，rij很小，順序系數趨近于0。

IRS分析法中的閥值是判斷順序關系是否成立的一個重要參數，當順序系數大于確定的閥值時，認為問題間的順序關系成立；當順序系數小于閥值時，就可以判定問題間的順序關系不能夠成立[4]。在IRS圖的制作過程中，可以根據實際教學問題的情景需要，讓閥值在一定取值范圍內上下浮動。當閥值設置較高時，問題間的順序關聯關系成立較少，這樣可以把問題間關聯程度較大的問題分析出來。當閥值設置較低時，可以更全面地分析問題間的關聯與層級特性。

通過計算得分數據的項目順序系數表（如表3），這里取閥值為0.5后得到IRS矩陣（如表4），依據IRS矩陣就得到表示問題間層級結構的IRS圖（如圖1）。根據圖示可知，問題5和6之間呈正相關性，處在同一層級，它們與問題4和1成層級單調性。同樣，問題3、2、1依次也成層級單調性。通過獲取學生信息、制定學習目標、進行活動設計、制定學生評估的過程，可以充分理解學生對于學習目標和內容的理解程度，通過教學實驗的結果來看，依據學生測試的測試結果得到的問題層級關于往往與課程的知識點關系結構存在一定的差異，例如有學者進行過學習者英語語法學習的研究：“動詞的時態一直被認為是英語語法教學的重點，但經過診斷測試，發現學生對動詞時態的規則掌握扎實，卻在不同語境中語言表達的應用情況不令人滿意，這為教學活動中動詞時態知識學習的調整提供了依據。”[5]基于本研究的結論，教師可以通過不斷調整活動的結構和元素來實現最優的學習效果，過程示意圖見圖2。

綜上所述，教師在進行學習活動設計過程時，通過使用IRS分析法分析學生各個階段的測試數據，基于學習者的學習行為特點來制定教學目標和教學策略，可以實現以學習者為核心的教學活動設計思想，滿足了學習者的情感以及認知的需求，依據這種學生測試結果的客觀評價方式為設計高效、優質的學習活動系統提供了參考。

本研究基于結構分析法，從微觀層面分析學生的學習數據，通過形象直觀的分析結果指導教師設計學習活動序列，這為個別化教學的實施提供了參考和借鑒。下一步的工作將通過計算機程序的設計，實現學習活動序列的自適應調整，實現數字化學習環境中教學活動調整的智能化和自動化。

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參考文獻

[1] 余勝泉，楊現民.辨析“積件”“學習對象”與“學習活動”——教育資源共享的新方向.中國電化教育，2007（12）.

[2] 傅德榮，章慧敏，劉清堂.教育信息處理.北京：北京師范大學出版社，2011.

[3] 王秀榮，劉敏斯，孫良林.四款開源學習管理系統的對比與探究.現代教育技術，2010（7）.

[4] 秦偉，莫永華，洪雪瓊.IRS分析法中項目順序系數的計算機優化算法及實現.銅仁學院學報，2010（5）.

[5] 劉秀梅.自適應測試方法在英語專業語法教學中的應用探索.考試周刊，2011（1）.

[作者：朱珂（1982-），男，河南新鄉人，河南師范大學教育技術系講師，在讀博士。]

【責任編輯 孫曉雯】

以某次學習者測試得分數據表（見表1）和反映問題之間關系的四分表（如表2）來說明公式中的各個參數。在表2問題間關系的四分表中，N為參加測試的學生樣本個數；a為問題Pi和Pj都答對的學生數量；b為答對Pi而答錯Pj的學生數量；c為答對Pj而答錯Pi的學生數量；d為問題Pi和Pj都答錯的學生數量。

在順序系數的表達式中，其分子表示測試中對問題Pi的誤答，同時又是問題Pj的正答者在所有被測學生中所占的比例；當分子部分非常小時，rij趨于1，表示從項目Pi到項目Pj的順序關系成立。其分母表示在問題Pi與問題Pj相互獨立的情況下，問題Pi的誤答者同時又是問題Pj的正答者所占的比例，這個比例數值表示了與從Pi到Pj順序關系的相反方向；從順序系數的定義公式可以看出，若順序完全成立，rij將為最大值1。如果問題Pi與問題Pj之間相互獨立，沒有順序關系，rij很小，順序系數趨近于0。

IRS分析法中的閥值是判斷順序關系是否成立的一個重要參數，當順序系數大于確定的閥值時，認為問題間的順序關系成立；當順序系數小于閥值時，就可以判定問題間的順序關系不能夠成立[4]。在IRS圖的制作過程中，可以根據實際教學問題的情景需要，讓閥值在一定取值范圍內上下浮動。當閥值設置較高時，問題間的順序關聯關系成立較少，這樣可以把問題間關聯程度較大的問題分析出來。當閥值設置較低時，可以更全面地分析問題間的關聯與層級特性。

通過計算得分數據的項目順序系數表（如表3），這里取閥值為0.5后得到IRS矩陣（如表4），依據IRS矩陣就得到表示問題間層級結構的IRS圖（如圖1）。根據圖示可知，問題5和6之間呈正相關性，處在同一層級，它們與問題4和1成層級單調性。同樣，問題3、2、1依次也成層級單調性。通過獲取學生信息、制定學習目標、進行活動設計、制定學生評估的過程，可以充分理解學生對于學習目標和內容的理解程度，通過教學實驗的結果來看，依據學生測試的測試結果得到的問題層級關于往往與課程的知識點關系結構存在一定的差異，例如有學者進行過學習者英語語法學習的研究：“動詞的時態一直被認為是英語語法教學的重點，但經過診斷測試，發現學生對動詞時態的規則掌握扎實，卻在不同語境中語言表達的應用情況不令人滿意，這為教學活動中動詞時態知識學習的調整提供了依據。”[5]基于本研究的結論，教師可以通過不斷調整活動的結構和元素來實現最優的學習效果，過程示意圖見圖2。

綜上所述，教師在進行學習活動設計過程時，通過使用IRS分析法分析學生各個階段的測試數據，基于學習者的學習行為特點來制定教學目標和教學策略，可以實現以學習者為核心的教學活動設計思想，滿足了學習者的情感以及認知的需求，依據這種學生測試結果的客觀評價方式為設計高效、優質的學習活動系統提供了參考。

本研究基于結構分析法，從微觀層面分析學生的學習數據，通過形象直觀的分析結果指導教師設計學習活動序列，這為個別化教學的實施提供了參考和借鑒。下一步的工作將通過計算機程序的設計，實現學習活動序列的自適應調整，實現數字化學習環境中教學活動調整的智能化和自動化。

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參考文獻

[1] 余勝泉，楊現民.辨析“積件”“學習對象”與“學習活動”——教育資源共享的新方向.中國電化教育，2007（12）.

[2] 傅德榮，章慧敏，劉清堂.教育信息處理.北京：北京師范大學出版社，2011.

[3] 王秀榮，劉敏斯，孫良林.四款開源學習管理系統的對比與探究.現代教育技術，2010（7）.

[4] 秦偉，莫永華，洪雪瓊.IRS分析法中項目順序系數的計算機優化算法及實現.銅仁學院學報，2010（5）.

[5] 劉秀梅.自適應測試方法在英語專業語法教學中的應用探索.考試周刊，2011（1）.

[作者：朱珂（1982-），男，河南新鄉人，河南師范大學教育技術系講師，在讀博士。]

【責任編輯 孫曉雯】