基于信息流分析的媒體技術教學應用的研究理路*

楊開城，何文濤，王亞萍

(北京師范大學 教育學部 教育技術學院，北京 100875)

基于信息流分析的媒體技術教學應用的研究理路*

楊開城，何文濤，王亞萍

(北京師范大學 教育學部 教育技術學院，北京 100875)

教學的對比實驗研究存在研究問題定位失誤、對比項界定不清、無效的有效性證據、實驗設計存在缺陷、把準結論當成定論等問題，無法證明媒體技術的教學有效性，不能幫助人們在細節上理解媒體技術的教學意義。而基于信息流分析的教學研究，以可重現的教學系統為研究對象，根據實際發生的教學信息流數據推算教學系統質量的整體特征，以此考察媒體技術在教學中的實際作用，這將是媒體技術教學應用研究的新理路。IIS圖分析法是相對成熟的基于信息流分析的研究方法。該文提出，利用IIS圖分析法可擬定技術產品的知識激活量、激活貢獻度、媒體多元性貢獻度和功能利用率四個特征指標來表征特定技術產品對教學的實質貢獻及教學對它的依賴程度，并通過信息流呈現媒體技術對教學支持的細節，能真實地反映技術產品的教學價值。IIS圖分析法所帶來的“技術—產品—功能—應用”的思考框架將大大有助于智慧教室等高端產品的設計、開發、試用、推廣、升級以及學校的選購等實踐工作。

信息流分析；媒體技術；有效性；教學系統；IIS圖分析法

在教育技術領域，每逢新媒體技術的出現，總有些研究者迫不及待地把這些新媒體技術引入到教學中來，期望利用新媒體技術的優勢改良教學或解決教學中的問題。但隨著對現代媒體崇拜的降溫，人們逐漸從對媒體技術的盲目追捧轉向對媒體技術教學應用的有效性研究，卻又總是陷入“引進新技術—實驗成功—推廣失敗”的尷尬模式之中。媒體技術教學應用的有效性研究到底哪里出了問題，為什么研究成果不能推廣為普遍的實踐行動呢？而如今，融合了多種高端媒體技術的智慧教室走入了教育技術研究者的視野，我們又該如何理智對待智慧教室中各種技術的配置，將智慧教室務實地引入教學生活呢？這迫切需要為媒體技術的教學應用找到科學的研究理路。

一、媒體技術教學應用有效性研究存在的問題

媒體技術教學應用(簡稱技術應用)的有效性研究常采用簡單的兩個班對比實驗的方式，但這種對比實驗難以證明媒體技術(簡稱技術)的教學有效性，因為這種方式的實證研究存在諸多漏洞。

(一)研究問題定位失誤

技術應用的對比實驗一般探究有無特定技術參與的教學之間或不同媒體技術參與的教學之間孰優孰劣的問題，并將優勢歸結為某種特定技術的應用。但在教學實踐中，首要的任務是應用技術改進教學(實踐目標)，而不是證明某種技術的優勢(理論目標)。是技術就會有特定的功能，這些客觀的功能不需要在教學研究中進行重復檢驗。在現實中，不同的人使用同一項技術時，技術功能的運用程度上肯定會存在差異，但這個差異不是技術本身造成的，而是技術之外的多重因素引起的。對于一項新興技術，更不能以性能優劣來決定對它的接受或摒棄[1]。所以，技術應用研究的基本問題不是證明某種技術的優勢，而是探究特定媒體技術最適用于什么，它們如何與其他教學要素相結合，以取得最佳結果[2]。相對于技術的優勢功能研究，與其相關的教學系統的研究才更重要[3]。

(二)對比項界定不清

對比實驗研究常常通過教學效果好壞來判斷技術的優劣，無形中誤把技術整體(有或無、此或彼)當成了對比項來研究。但技術及其產品往往包含多個屬性和功能，并且它們對教學效果有著完全不同的影響，以技術整體作為對比項很難說清楚對比的是什么。試想，視覺媒體和聽覺媒體在內容呈現的直觀性方面有對比的必要嗎？再如，計算機+投影機與黑板有直接可比性嗎？籠統地對比技術，所獲得結論很難說明問題。也就是說，技術產品只有在相同的信息類型和教學功能上進行的對比才有意義。此外，同一技術產品在不同教學情境中作用的對比也很有趣，可惜少有人做。

(三)無效的有效性證據

技術教學應用的有效性檢驗的一般思路是將實驗班和對照班的教學效果進行對比，并把教學效果的提高歸功于技術的應用。這里面存在兩個漏洞。首先，這里的有效性通常是指教育干預在特定情境下的教學效果，它實際上只是以“令當事人滿意”為判據，如學習成績的提高、學習動機的增強、學習態度的端正以及對某技術產品的良好體驗等[4]。但“當事人滿意”并不是“客觀”效果。其次，教學效果是教學活動各要素之間經過復雜的臨場相互作用而產生的，反映的是教學活動的整體運行情況，不能把它簡單歸因到教學的任何局部要素。因此，我們無法從教學效果出發，斷定技術應用的有效性。退一步說，即使技術有效，那也只是在特定教學情境下的有效，不具有脫離情境的普適性。由于教學活動的不可重現性，在學理上，我們根本無法證明技術的教學有效性。其實，所有的檢驗都只是檢驗了特定情境下的可行性罷了。

(四)實驗設計存在缺陷

從實驗設計來看，媒體對比研究中普遍存在實驗設計缺陷。D.W.Strickell用5條標準檢驗了250項媒體對比研究的實驗設計[5]：⑴實驗組和控制組人數都不少于25人；⑵從同一學生群中隨機取樣；⑶實驗對象由同一教師執教；⑷測試試題具有信效度；⑸使用可接受的數據分析軟件進行評價。對于任何一項單因素等組實驗來說，這些是最基本的要求。然而D.W.Strickell卻發現：250項研究中，僅有10項研究符合5條標準，23項研究尚可接受，其他大部分研究存在嚴重的實驗設計缺陷。這一現象可以認為是國內外普遍存在的。單一因素等組實驗是最簡單的媒體對比研究實驗，這些實驗設計尚且如此，其他多因素的媒體對比實驗在設計上的缺陷更加嚴重。

這一現象雖與設計者素養直接有關，但本質上并不是由實驗設計者引起的，而是由媒體對比實驗的錯誤理路導致的。與其他科學實驗不同，以教學效果為證據的教學實驗不得不把個體人看作變量，因為個體人整體參與實驗過程。可是個體人處于開放的自我創造過程之中，無法客體化、概念化，因此我們不能把教學實驗中的個體人作為一個變量來看待(從操作角度說，即不可控)，而教學效果又的確離不開學生個體的獨特貢獻，所以以教學效果為抓手，對比實驗無論如何嚴格控制實驗環境，都難以說明教學效果的取得和技術的使用直接相關。因此，對比實驗無論如何設計都會存在學理上的缺陷，在此研究理路下，任何研究者都無力回天。正因為如此，教育領域才將此類教學實驗稱為“準實驗”。這種準實驗具有一些探索性研究的價值，但所能檢驗的只是局部方法性要素的可行性。當然，這種可行性并不需要這類實證研究，它們常常是顯而易見的。

(五)把準結論當成定論

教學準實驗得出的結論理應是“準結論”。然而，無論是研究者還是實踐者，卻“無意間”把準結論當成普適的定論進行推廣，這除了在教學實踐中引入教條并引發混亂之外，其他方面一無所獲。人們在進行技術應用實驗時，一般都會深入鉆研特定技術的功能特點，為該技術定制教學內容，也會在資源、資金和政策等各方面提供盡量多的支持，該技術的功能會得到較高甚至超高水平的發揮，最終取得了令人滿意的效果。可想而知，這種教學實驗的成本有多高。其實，這種教學實驗雖說是“真實情境”下的教學實驗，但卻不是“自然情境”下的教學實驗，因為這種教學實驗是非常態的教學實踐活動。媒術的教學應用最終都要回到常規成本的日常工作狀態中去，實驗時所配備的大部分支持也多會撤離。那么，在常態教學中，是否真的需要該技術的特定功能？如果需要，它的實際效用是否還會像實驗時表現的那樣優秀？這些都是不確定的。如果我們不能用實驗的準結論解決常態教學中的這些問題，準結論自然無用。它充其量告訴我們，有人曾經“成功”過。

由于上述膚淺的準實證研究無法確立技術應用的普適有效性，人們才不得不關注它在推廣過程中各種影響因素的研究。而且人們也只能在思辨水平上羅列影響技術有效應用的因素[6-8]。這導致我們在理解媒體技術這一要素對于教學的真實意義上不甚了了。這倒不是說，我們反對技術的教學應用。其實，現代技術的潛在教學價值是顯而易見的，最起碼它成功地降低了教育實踐的總成本，提高了某些行動的效率，已經成為現代教育活動中不可替代的要素，從教者甚至也越來越依賴技術的支持。比如，有了多媒體課件以后，教師無需付出太多精力，只需把備課內容放到課件中，在課件的提示下就能輕松保證自己的教學與設計方案大體一致，否則教師需花費大量時間去備課，稍有疏漏，教學就可能跑偏。我們只是反對無用的“準實驗研究”。但憑常識和粗淺的媒體技術知識，我們就知道它們“可用”。

我們可以換一個角度思考這個問題：技術的教學應用可能是因為在特定條件下增加了教學系統的“目標—手段”的一致性、學生的參與度或教學系統的適應性來間接影響教學效果。因此，技術應用的研究應該更多地考察技術產品在常規教學中的實際角色和貢獻，而不是孤立地證明它的教學有效性。這種實證研究，雖然不會陷入到準實驗的泥潭中，但為了探究技術產品在教學中的角色作用的細節，需要基于信息流的教學系統分析方法。

第五，醫療旅游公共服務體系。政府加大基礎設施建設力度，提供便捷、安全、快速的旅游交通服務；確保旅游目的地的安全，提高當地旅游公共服務的便利化、國際化水平等。

二、基于信息流分析的媒體技術教學應用的研究理路

技術的教學應用研究必須跳出上述毫無收益的對比實驗研究的舊思路，從教學系統分析入手，在常態教學中研究技術產品的教學功能。目前，教學系統分析主要有兩種視角：一種是將教學系統看作是人類行為系統，分析師生行為及其之間的關系；另一種是將教學系統看作是具有特定功能的信息系統，由信息流的局部特征推斷教學的整體屬性，揭示信息流與教學功能之間的關系[9]。從行為系統的角度對教學系統進行分析的方法存在編碼體系紛繁混亂、切分機械隨意、結果解釋乏力等缺陷[10]，而且多分析師生外顯行為，很少涉及技術要素，即使在改進的量表中涉及技術維度，也只是在操作層面上判斷是否使用了某媒體，但該媒體對教學起了何種具體作用仍無從得知。另外，從師生外顯的言語行為來認識或描述教學系統，忽略了行為背后所承載的知識信息流，無法在教學行為與教學效果之間建立聯系，所得研究結論既無依托又無真實的教學指導意義。

隨著信息論應用的擴散，研究者開始意識到教育教學與信息之間存有實質性的聯系，并認為教學系統是一個信息系統[11-13]，信息流分析開始受到關注。要在細節上探究技術產品的教學功能，需要依賴基于信息流分析的教學分析方法。目前具有可操作的信息流分析方法并不多，教學系統的IIS圖分析法是其中一個發展相對成熟的分析方法。

(一)IIS圖分析法的基本框架

IIS圖分析法關注的是教學系統中教師、學生和信息媒體這三類信息處理主體輸出的教學信息集合IIS(Instructional Information Set)的標記信息與教學功能之間的關系，由這些教學過程中的信息流的局部特征推斷教學的整體屬性[14]。這里，教學系統是指一種教師、學生和信息媒體這三類信息處理主體之間信息流動的系統，本質上是一個由學生、信息媒體和教師以及它們的輸入信息和輸出信息再加上表達社會性共享知識集合 IIS 所構成的信息系統，教學系統的概念模型如圖1所示[15]。

圖1 教學系統的概念模型

其中IPT、IPL和IPM分別代表教師、學生和信息媒體對信息的加工處理，{X}和{Y}表示他們信息處理過程的輸入和輸出。在概念模型中，由三個信息處理主體的信息輸出{Y}被提取出來，結構化為“輸入信息項”，表征格式為“〈貢獻者〉〈操作〉〈信息類型〉〈表征形態〉〈IIS子圖〉[〈信息質量〉][〈內容注釋〉]”[16](如下頁圖2所示)，信息輸出{Y}的集合被抽象概括為教學信息集IIS，用來表征知識的共享性。與信息處理無直接聯系的其他要素則歸為教學系統的環境要素，例如學生的先決知識技能、師生關系以及學生的動力水平等。環境因素對教學系統是有影響的，但這些影響最終都會通過外顯化的信息輸出表現出來。教學系統的概念模型不僅反映了教師、學生和信息媒體這三類主體之間信息流動的關系，還反映了這種多主體之間的信息流動對于社會性知識建構的貢獻，這種貢獻體現在信息流對知識點的激活量上。存在多種類型的信息流。IIS圖分析法規定只有“答案”“知識語義”和“事實范例”類的信息流才對應IIS知識子圖，只有蘊含了IIS知識子圖才能對知識點的激活有貢獻[17][18]。這樣，我們就可以通過鑒別信息媒體(IPM)貢獻的信息流是否有蘊含IIS知識子圖來判斷該信息流對教學系統功能實現是否有價值，還可以通過信息流的表征形態和信息類型屬性挖掘特定技術產品支持包含哪種知識類型的信息流動，為教學中的技術產品選擇提供參考。雖然教學過程中教師和學生特定的外化行為或言語信息不能重現，但特定行為或信息流背后蘊含的IIS知識子圖是客觀圖，而且只有蘊含了IIS知識子圖的信息流才有價值，信息流的具體表現形式對教學系統的運行結果沒有本質上的影響，所以這種信息流意義上的教學系統是可重現的。這種研究對象的可重現性確保了整個實證研究的可重復性和科學性。

圖2 信息流表征結構

(二)基于IIS圖分析的媒體技術教學應用研究的基本過程

基于信息流分析的媒體技術應用研究反對通過對比實驗驗證技術的教學有效性，提倡在常態教學中分析具體的技術產品的實際教學功能。所以，在教學過程中，研究者不會干預教師和學生去刻意使用某種技術，而是提供多種媒體技術的選擇，讓他們根據需要進行自主取舍，然后對教學活動過程進行信息流分析，在細節上確定所選技術產品在教學過程中的真實作用以及教學對它的實際依賴關系。以IIS圖分析法為例，這種媒體技術教學應用研究過程大概如下：

1.在設計階段，提供多種媒體技術及其產品以供選擇；在實施階段，錄制正常開展教學活動的完整過程；

2.對教學視頻進行信息流切分，在此過程中，篩選出教學所用技術產品貢獻的信息流及其表征形態，并標出它們是由技術產品的哪個功能模塊貢獻的。

(三)基于IIS圖分析法的媒體技術教學應用研究的關注點

1.技術產品提供的知識激活量

對教學視頻進行信息流切分所得到的只是包含多個屬性的信息流序列，這些信息流序列仍然無法直觀地表達知識的社會性建構的總體情況及其蘊含的教學意義。為此，我們需要遍歷這些信息流，從信息流的屬性出發推算教學系統的某個整體特征值。目前，我們把知識激活量看作是一個重要的基礎性指標。激活量是指由信息流到知識組塊的映射所生成的知識點信息熵的累加和，它反映的是信息流對某知識點的激活水平。已有研究表明，知識點的激活量與該知識點的學習效果呈正相關[19]。也就是說，知識點的激活量是它的學習效果的有效預測源之一。因此，當考察某技術產品在教學系統中對某特定知識點學習的貢獻量時，我們可以用該技術產品輸出的信息流所產生的該知識點激活量來判定；當考察某技術產品對于整個教學的貢獻量時，我們可以用該技術產品輸出的信息流所產生的全部知識點激活量來判定。技術產品提供的知識激活量越大，說明該技術產品對教學的信息流動的支持程度越高，教學對它的依賴也就越強。

2.技術產品對教學的激活貢獻度

技術產品的知識激活量只能反映該技術產品對教學是否有貢獻以及有多大貢獻，但無法表征該技術產品對教學的貢獻比例(因為教學中有其他信息源)。這個貢獻比例用激活貢獻度來表征。本文構建了兩個激活貢獻度的指標：(1)單知識點的激活貢獻度，用技術產品對某知識點激活量與該知識點所得總激活量的比值表示；(2)教學系統的激活貢獻度，用技術產品輸出的知識點總激活量和教學系統所產生的總激活量的比值表示。這兩個指標越高，相對于其他信息源，技術產品的貢獻就越大，教學系統對它的依賴就越強。

3.技術產品的媒體多元性貢獻度

信息呈現的媒體形態多樣性不僅能為學生帶來豐富的感官刺激，利于各種知識和技能的學習掌握，還能為教學環境多元化創造更高的可選擇性，提高教學系統的適應性。媒體多元性是教學質量的重要特征，用目標知識點的表征形態種類數和目標知識點的表征形態均值兩個指標表征[20]。技術產品是媒體多元性的主要來源。因此，技術產品對教學系統的媒體多元性貢獻了多少可以作為現代媒體技術教學應用特征的一個判定指標，即媒體多元性貢獻度，用該技術產品貢獻的目標知識點表征形態的總數與目標知識點表征形態的總數的比值表示。

4.技術產品的功能利用率

現代技術產品和傳統媒體不同，它往往是一個大而全的教學產品，擁有多個不同的功能模塊。理論上講，產品的功能模塊越豐富，教學價值也就越高。但在真實的教學中，技術產品的各個功能模塊的使用次數并不相同。更有甚者，有的看似高大上的功能卻極少被使用。被使用的功能模塊也并不總能對教學核心知識點的有激活作用。總的來說，技術產品的功能模塊越多，各功能模塊被使用的頻次越高，該技術產品的真實教學價值就越高。我們為此設置了功能利用率的指標：(1)技術產品的實際使用功能的模塊數量與總功能模塊數量的比值；(2)上述其他三類指標在不同功能模塊中的分布。從此，我們不再說某某技術如何如何，而是說某個產品的功能如何如何，并且有理有據。

三、總結

對于技術產品的設計開發而言，明晰的功能需求至關重要。但對于教學來說，這個產品需求誰能說清楚呢？是學生、教師，還是教學管理者或大學的教學研究者？沒有人可以清晰地說清楚這個需求。只能走原型開發、實踐檢驗、產品塑身與功能升級的技術路線。這就需要我們能夠在技術產品使用過程中清晰地、完整地、細節豐富地認識技術產品的各個功能及其教學貢獻。但這個任務絕不是所謂的準實驗能勝任的，必須使用類似于IIS圖分析法的基于信息流分析的研究方法。

IIS圖分析法引導我們建立“技術—產品—功能—應用”的思考框架來考察媒體技術的教學應用。通過IIS圖分析，我們可以利用上述指標考察特定技術產品的功能模塊是否對教學有實質貢獻、在哪方面有貢獻以及教學對它的依賴程度。如果已知特定功能模塊對教學沒有不可替代的低成本高收益的貢獻，新一代的技術產品就可以取消相應的功能，而保留和改善真正需要的其他功能模塊，從而降低產品升級維護的成本。IIS圖分析若應用于智慧教室的教學研究，將會對于智慧教室的設計開發、試用、推廣、升級以及學校的選購具有重要的實踐價值。

本文反對以學生成績為證據的準實驗研究，認為基于信息流的教學分析是一種構建或還原教學真相的分析方法，是科學地從事教學研究的基本分析方法。信息流分析雖然不是教學分析的全部，而且IIS圖分析法所擬定的指標具有相對性，但信息流分析自身的科學性是教學分析研究的基礎。信息流分析如果與教學行為分析、社會網絡分析相結合，必定能全方位地解析教學活動。

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A Research Approach on Instructional Application of Media Technology Based on Analysis of Information Flows

Yang Kaicheng, He Wentao, Wang Yaping
(School of Educational Technology, Faculty of Education, Beijing Normal University, Beijing 100875)

There are such defects as wrong research focuses, ambiguous comparative items, invalid evidence of the instructional effectiveness, defective experiment design, and regarding quasi-conclusions as real conclusions in instructional comparative experiments. It can’t demonstrate the instructional effectiveness of media technology and help people understand the instructional value of media technology on details. As a new research approach on instructional application of media technology, analysis of instructional information flows takes repeatable instructional system as the research object reckons the overall characteristics of instructional system from obtained instructional information flows. In this way, it can evaluate the instructional function of media technology. AMBI (Analytical Method Based on IIS-map) is a mature analytical method of instructional information flows. In this article, four characteristic indicators of a media technology product are propounded by AMBI: quantity of activation, contribution of activation, contribution of media diversity and ratio of function utilization. These four indicators can characterize the contribution and dependency of media technology for instruction, and provide the evidence of contribution to instruction by information flows.Thus, the instructional value of media technology product is revealed. AMBI provides a thinking framework of "technology-productfunction-application", which will significantly improve the design, development, trial, extension, upgrading and help school purchase such advanced product as a smart classroom.

Analysis of Information Flows; Media Technology; Effectiveness; Instructional System; Analytical Method Based on IIS-Map

G434

：A

楊開城：教授，博士，研究方向為教育技術學基本理論(yangkc_beijing@bnu.edu.cn)。

何文濤：在讀博士，研究方向為教學設計、協作學習分析(budai2008@126.com)。

王亞萍：在讀碩士，研究方向為教學設計、電子教材分析及其數據庫設計(etwyp1992@163.com) 。

2016年3月10日

責任編輯：李馨 趙云建

1006—9860(2016)05—0001—05

* 本文系北京市教育科學“十二五”規劃重點課題“智慧教室環境下的協作學習的學習行為分析研究”(項目編號：AJA15232)的階段性成果。