基于IIS圖分析的媒體技術教學應用研究的個案分析

何文濤　楊開城　王亞萍

摘要：教學系統本質上是信息系統，對它的分析更適合采用基于信息流的分析方法。IIS圖分析法是一個較為成熟的信息流分析方法。基于IIS圖分析的媒體技術教學應用研究不是通過對比實驗驗證媒體技術的教學有效性，而是通過實際發生的教學信息流數據說明媒體技術教學作用的具體細節，借助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類指標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，進而佐證教學中的技術應用對達成學習目標的可行性，是媒體技術教學應用研究的新理路。該文所介紹的個案研究，不但初步表明了該研究理路的可行性及上述指標的可用性，而且還說明，分析教學對技術產品的依賴不能僅考慮技術產品對教學系統的貢獻，還要考慮技術產品所帶來的教學便利和教學效率的提高。此外，該個案研究給了我們以下啟示：技術產品的功能設計應立足教學實踐，而非置身事外者的意圖；技術產品開發需“寄生”于學習活動，在學習活動框架下展開功能設計；技術產品的功能升級需要教學實踐的過濾。該研究理路有助于人們理性看待技術的教學作用，破除對技術的教學崇拜心理。

關鍵詞：IIS圖分析；媒體技術；未來教室；教學系統

一、研究背景

隨著計算機和網絡技術的高速發展，人們開始利用傳感技術、人工智能技術、富媒體技術等來改善教學環境（如智慧教室、電子書包教室等），現代技術媒體逐漸成為日常教學的重要組成部分，在教學中發揮著其獨特的作用。然而，并不是所有的媒體技術產品（后簡稱為技術產品）都能對教學產生不可或缺的重要作用，有些功能配置是多余的。而合理取舍技術產品的前提是客觀準確地知曉技術產品的真實教學功能。以往，媒體技術的有效性研究常采用對比實驗的方式，以教學效果為證據來證明媒體技術的教學應用有效性。但這種對比研究存在研究問題定位失誤、對比項界定不清、有效性證據無效、實驗設計存在缺陷、把準結論當成定論等漏洞，不足以證明媒體技術的教學有效性，也難以說明媒體技術對教學是否起作用、如何起作用、在哪方面起作用、起了多大作用等問題，更不能在細節上幫助我們理解媒體技術的教學意義。因此，我們需要跳出這種對比實驗研究的舊思路，尋找更具科學性的媒體技術教學應用研究的新思路。

教學系統是一種教師、學生和具有信息處理能力的媒體（后統稱為技術產品）三個信息處理主體之間信息流動的系統。因此，信息處理主體在教學系統中的具體表現可通過其貢獻的教學信息來判斷，而具體表現為何種教學特征則需借助基于信息流的教學分析方法來分析。IIS圖分析法是一種較為成熟的基于信息流的教學分析方法。基于IIS圖分析的教學研究關注教學系統中信息處理主體所輸出信息的流動與教學系統功能之間的關系，由教學過程中信息流的局部特征推斷教學的整體屬性，并用激活量等指標反映這種整體特征。IIS圖分析法規定只有蘊含了IIS知識子圖的信息流才對知識點的激活有貢獻。這樣，我們便可通過技術媒體貢獻的信息流是否蘊含IIS知識子圖以及對知識點的激活量大小來判斷其對教學系統的貢獻，通過信息流的表征形態和信息類型挖掘特定技術產品所支持信息流動的類型。這為技術產品教學作用的判斷與測量提供了客觀抓手。具體來說，我們初步擬定了知識激活量、激活貢獻度、媒體多元性貢獻度和功能利用率四類指標來表征技術產品的教學特性，并主張利用信息流所提供的教學細節來分析技術產品在學習目標達成過程中的實際角色、具體貢獻及教學對它的依賴程度。這種研究的新思路可以引導我們建立一種“技術-產品-功能-應用”的分析框架來理解媒體技術的教學應用，它有助于我們識別技術產品的核心功能并不斷深入地改善它。

為驗證該研究理路的可行性和上述特征指標的可用性，本文嘗試在該研究理路的指導下進行一次協作學習方式的教學個案分析，以期為媒體技術教學應用研究提供借鑒。

二、研究設計

（一）樣本選擇

樣本選自一次真實的以微格教學方式展開的協作學習活動。該協作學習是基于人民教育出版社高中地理必修I中“第三節地球運動”開展的有關晨昏線的綜合應用活動，共招募了6名北京師范大學在校生參加，其中1名地理專業的碩士生充當教師，2名本科生和3名碩士生充當學生。協作學習活動在北京師范大學教七樓的503未來教室環境下展開，學生可使用紙質學習材料，也可借助IPAD平板電腦（裝有“天脈”教學系統，學習材料已在課前發布在該平臺上）。

在整個過程中，研究者不干預媒體技術的選擇與使用，僅提供媒體技術的多種可能性選擇，由教師和學生自由取舍。

（二）研究過程

具體研究過程如下：

第一，針對主題“晨昏線的綜合應用”設計協作學習活動，并準備相應的學習資料；

第二，組織師生開展協作學習，并拍攝協作學習的整個交互過程；

第三，對教學視頻進行IIS圖分析，計算選定的指標數據；

第四，基于指標數據，分析媒體技術對教學功能實現的貢獻及教學對它的依賴。本個案中，媒體技術產品是IPAD環境中的“天脈”教學系統（后文簡稱為IPAD）；

第五，結合研究結果，對上述新思路的可行性、擬定特征指標的可用性和媒體技術教學應用的相關問題進行反思。

（三）IIS圖分析法

教學系統本質上是一個信息系統，對它的分析應采用基于信息流的教學分析方法。IIS圖分析法是一種成熟的基于信息流的教學分析方法，它已經成功應用于教學方案、課堂教學和面對面協作學習活動分析。因此，本研究采用IIS圖分析法。

（四）與技術產品教學應用有關的四類指標

為了更好地表征技術產品的教學應用特征，需借助已擬定的四類指標。

1.技術產品提供的知識激活量

當考察某技術產品對教學系統中特定知識點學習效果的貢獻量時，可用該技術產品的知識點激活量反映，它等于教師使用媒體產生的激活量與學生使用媒體產生的激活量之和；當考察某技術產品對教學系統的貢獻量時，可用該技術產品的知識點總激活量來判定。技術產品提供的知識點總激活量越大，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

表征技術產品對教學的貢獻比例時，可用知識點的激活貢獻度（即技術產品的知識點激活量與該知識點總激活量的比值）和教學系統的激活貢獻度（即技術產品的知識點總激活量和教學系統所產生的總激活量的比值）。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

考察技術產品對教學系統的媒體多元性貢獻了多少，可用媒體多元性貢獻度衡量（即該技術產品貢獻的知識點表征形態總數與知識點表征形態總數的比值）。

4.技術產品的功能利用率

技術產品的功能利用率是指技術產品在教學中使用功能的模塊數與總功能模塊數的比值。每當需要有理有據地說明技術產品各功能模塊的具體使用情況時，可借助功能利用率和上述其他三類指標在不同功能模塊中的分布來分析。

三、研究結果

本研究中的信息流切分工作采用背對背的方式展開，通過計算不同切分者所提供的信息流切分所產生的激活量數據的組間相關系數ICC（Intra-class Correlation Coefficients）來檢驗切分信度，如果ICC大于0.75，切分可以接受。未來教室協作學習視頻的切分信度為0.979，大于0.75，數據可用。為探究技術應用的教學和常規的教學在整體特征上的不同，本研究設計了一個與未來教室中同質的有關晨昏線綜合應用的協作學習活動（相同的知識范圍、相同的協作形式、相同的題目難度但非相同的題目內容），讓同批志愿者在常規教室中展開。背對背對常規教室下協作學習視頻的進行信息流切分，信度為1.000，大于0.75，數據可用。

未來教室中，裝有“天脈”教學系統的IPAD平板是教七503未來教室所配備的主要媒體技術產品，其中天脈系統的功能模塊豐富，包括在線搜索、拍照上傳、資源下載、支持投影、統計、采集、分析等，教師和學生可根據需要自行選擇使用天脈系統的功能模塊。本研究主要分析IPAD平板這一技術產品在教學應用中的特征。通過對樣本進行IIS圖分析，得到以下幾方面的數據。

（一）IPAD的知識點激活量與知識點激活貢獻度

對未來教室的教學視頻進行IIS圖分析后，統計協作學習視頻中的所有的知識點激活量及技術媒體的知識點激活量數據，計算技術媒體的各知識點激活量及激活貢獻度，計算結果如表1所示。IPAD的知識點激活量多大于零，說明IPAD提供了包含這些知識點的信息流，對這些知識點的學習有實質性的貢獻，具體貢獻的相對大小則通過知識點激活貢獻度來表示，比值越大，IPAD的使用相對其他信息源來說，對知識點的學習貢獻越大。其中，“自西向東”“北逆南順”“晨昏圈與經線圈的夾角……”“晨線”“昏線”知識點的激活貢獻度在20%以上，其他知識點的激活貢獻度多低于10%，說明IPAD的使用對這些知識點的學習支持比對其他知識點的學習支持大。

（二）IPAD的知識點總激活量和教學系統激活貢獻度

通過對未來教室協作學習視頻的IIS圖分析得知，協作學習的總激活量為1093.24，IPAD及其功能貢獻的信息流對教學系統所產生的激活量為91.67。計算得知，IPAD的教學激活貢獻度為8.39%。單從教學的激活貢獻度來看，平板相對于其他信息處理主體來說，對教學系統的實際貢獻并不大，說明教學系統對它的依賴不強。考察教學對技術的依賴僅考慮知識點激活是不準確的，還需要借助平板的具體使用情況、功能特性及其所貢獻的信息流來說明。

（三）IPAD的功能利用率

觀察未來教室的協作學習視頻，統計IPAD的各功能模塊在協作學習中的使用頻次，借助IIS圖分析，計算每個功能模塊貢獻的信息流所產生的知識點總激活量，具體數據如表2所示，計算得知平板的功能利用率為44%，整體來說平板的功能使用率并不高，一些功能未被使用。

（四）教學對IPAD功能模塊的依賴性分析

表2顯示，“搜索功能（網絡資源）”在討論的過程中使用較多。從搜索功能所貢獻的信息流（如右圖1所示），如“[s]54-KJ：提供所搜到的題，但是與任務不一樣，是相反的；[s]351-KJ：不用那么麻煩，它（互聯網上的題）說太陽直射點的維度是20度，所以270度出現極夜現象……；[s]364-KJ：現在A是切點，然后太陽直射，它就推算出那個維度了……”等，可以看出平板搜索功能所提供的網絡資源（與本題解題思路非常相似的綜合運用題，里面包含詳細的解題分析過程）為“問題1、此時，太陽直射點的地理坐標是多少”的解決提供了解題思路，激活了該題所蘊含的知識點，即“晨昏圈與經線圈的夾角與太陽直射點的緯度值互余，與發生極晝或極夜的最低緯度數相等。”，它的知識點激活貢獻度為11.9%（該知識點的激活量為50.13，搜索功能貢獻的激活量為5.97）。雖說它的知識點激活貢獻度不高，但從該網絡資源在整個交互過程中持續的時間來看（從第54條信息流持續到第364條信息流），這段時間內的小組學習對該網絡資源比較依賴。如教師在備課時知道并為學生提供這樣的紙質學習素材，對該網絡資源的依賴關系就難以成立，因為能為其找到教學功能相同且更為低廉有效的替代物。單純從本案例來看，教師并未提供這樣的紙質素材，而且在相對開放的協作學習討論中，教師不可能完全預知或提供學生需要的所有學習素材，而學生通過搜索功能則可隨時便捷地獲取討論所需的網絡資源。所以通過提供封閉的紙質素材或電子資源是不能完全應對開放性學習需要的，是無法替代在線搜索網絡資源的開放性，因此這種依賴關系是成立的。

從搜索到的另外一個網絡資源（東西半球分界線）的信息流（如圖2所示），如“[s]424-WYP，KJ（搜到）：東半球的范圍是西經20度到東經160度……；[s]434-WYP：不是，東半球就是西經20度……[s]435-WYP，XC：到東經160度。”等，可以看出該網絡資源對小組解決“問題4、此時，赤道上既是白晝又是東半球的范圍是多少”是有幫助的，它激活了該問題所蘊含的知識點“東西半球分界線：20°w到160°E為東半球，其他為西半球”，知識點激活度為15.34%（知識點激活量為19.67，搜索功能貢獻的激活量為3.02）。單從知識點激活度來看，問題4的解決確實依賴該網絡資源。但當回到其貢獻的信息流中去時，發現該網絡資源的呈現后，學生仍在“東西半球分界線是20°W與160°E還是0°E與180°W”上存在意見分歧，說明該網絡資源的呈現并未立馬引發學生朝著正確的方向討論。而且這個知識點是一個較為基礎的先決知識點，如果教師能及時出現并給予指導，這個搜索網絡資源行為就不會發生，而教師指導的成本更低，所以，學生在討論“問題4”時對該網絡資源的依賴不成立。另外，訪談得知，兩次搜索失敗是由網絡連接異常所致。

成果匯報時使用了“書寫圈畫”“拍照功能”和“投影呈現功能”，但只有“投影呈現功能”對知識點的激活有貢獻。投影呈現功能用到了2次，第一次是學習活動的投放，因為小組成員每人都有一份紙質的學習活動單，投放出來的學習單無人觀看；第二次是通過拍照投放學習成果，其中一名組員進行匯報，其他組員和教師觀看學習成果并聽取匯報，投影呈現的總激活量為70.87，主要激活了“地球公轉”“地球自轉方向”“晨昏線”“區時”“時區”等知識點，教學系統貢獻度是6.5%，從整體來看包含這些知識點的信息流的流動需要“投影呈現功能”的支持。在本案例中，投影呈現功能對知識點的激活是有貢獻的，回到其貢獻的信息流（如圖3所示）發現，投影呈現式的匯報是可以被學生的板書匯報或口頭匯報替代，在整個協作學習過程中對投影呈現功能并不依賴，但投影呈現一定程度上提高了教學效率，這是不可否認的。

在討論開始之初，使用了“資源的上傳和下載功能”，但具有討論功能的“討論板”和“互動應答”模塊沒有被用到，這可能與課堂協作學習的學習形式有關，在課堂上面對面討論相對于在線討論而言，學生面對面討論的投入成本較低，所以學生更傾向于選擇面對面討論。

僅此從本案例來看，在課堂協作學習中，媒體產品（平板）的通用的工具性功能使用頻率較高，而一些高級功能（如“采集”“分析”等）卻未被使用。

（五）IPAD的媒體多元性貢獻度

對未來教室協作學習視頻進行信息流切分時，通過技術媒體貢獻的信息流統計IPAD及其功能模塊為每個知識點的信息表征提供的表征形態類型數，通過學習視頻的IIS圖統計每個知識點的信息表征形態總數，計算得知媒體多元性貢獻度為0.49，其中未來教室中的技術產品為“自西向東”“北逆南順”“晨昏線”“昏線”“順著地球自轉的方向，進入白晝的是晨線……”等知識點提供多達5種不同知識表征形態。可見，集成了多種媒體技術的平板為知識點的學習提供了多種呈現方式，為教學環境多元化創造了更多的選擇可能性，提高了教學系統的適應性。

（六）IPAD應用的協作學習與常規教室下協作學習的整體特征差異

教學系統總激活量反映的是教學系統中教師、學生和技術媒體這三類主體之間的信息流動對知識點的總體激活水平，是判定教學系統整體特征的重要指標。未來教室環境下應用IPAD的協作學習的總激活量為1093.24，低于常規教室下協作學習的總激活量1103.28。可見，IPAD的應用并未提高協作學習中知識點的總體激活水平。另外，教學過程中學生的參與情況也是反映教學系統整體特征的一個方面，可用學生參與度（學生對目標知識點的激活總量）指標衡量。本個案中，未來教室下協作學習的學生參與度為282.53，低于常規教室下協作學習的學生參與度362.35。可見，未來教室中各種媒體技術的使用并不總能增加教學中學生的參與度。通過視頻分析得知，與常規教室下的協作學習相比，未來教室中教師給予學生更多的學習指導，這是導致其學生參與度有所下降的主要原因。

四、總結與反思

通過個案分析可看出，技術產品的各知識點激活量與激活貢獻度可以反映未來教室中的技術產品（IPAD）支持包含哪些知識點的信息流動及其支持程度，技術產品的總激活量與系統貢獻度可清晰表征技術產品對教學信息流動的整體支持水平，技術產品的功能利用率和功能模塊貢獻的信息流能為教學與功能模塊依賴關系的分析提供證據，說明這些指標在表征媒體技術應用特征方面是可行的。

另外，教學對技術的依賴性分析，不能僅考慮技術對知識點的激活，還要考慮技術對教學效率的提高和它所帶來教學便利性。如個案中拍照功能雖沒有激活知識點，但有利于匯報內容的呈現，沒有拍照功能，無法順利實現學習結果的投影呈現，從這方面來看，教學對拍照功能的依賴是成立的。再如，教學中常用的PPT課件可能僅展示幾個簡短的詞語，它所貢獻的信息流不足以激活相應的知識點，但它可節省教師的備課時間，方便教師教學，保證教學的一致性，這種情況下教學對PPT的依賴也是成立的。但上述指標無法解釋媒體技術這方面的屬性，需要通過質性分析加以補充。

基于個案分析結果，作者深入反思了媒體技術教學應用的一些問題，具體如下：

（一）技術產品的功能設計應立足教學實踐，而非置身事外者的意圖

“討論板”和“互動應答”是為互動討論而設計的功能，但在未來教室的面對面的協作學習個案中，學習者并未使用這兩項功能進行互動，而是選擇面對面討論，產品設計者所設計的互動討論功能并不能滿足面對面討論的實踐需求。在教室中，為在線討論而設置的技術產品功能會被實踐冷落，成為擺設。

（二）技術產品的開發需“寄生”于學習活動，在學習活動框架下展開功能設計

媒體功能的適應性和實用性在特定的學習活動中才能成立，不按照真實潛在需求開發出來的技術產品，即使偶爾能用，也不會順手，泛泛的媒體功能難以適應實踐需求。如未來教室中的“采集”“分析”“討論板”和“互動應答”等功能多是為在線學習活動設計的，脫離了在線學習情境，它們在面對面的課堂學習中就喪失了用武之地。個案中，學習者只選擇一些有利于課堂協作學習的通用功能，并不能代表那些高級功能無用，只是超出了它們的適用環境。為適應學習環境的多樣性變化，技術產品要根據學習需求做到功能模塊化，實現產品自身功能的組裝定制，以此提高技術產品的教學適應性。

（三）技術產品的功能升級需要教學實踐的過濾

任何產品都會更新換代，教學中的媒體產品也是如此。媒體產品服務于教學，它的功能可行與否理應由教學實踐決定。而判定技術產品的功能是否滿足教學實踐的需求，需要還原技術產品的各功能在教學應用中的具體細節，如對教學的實際貢獻、哪方面有貢獻和教學對它依賴程度等信息。在產品升級時，便可根據這些細節取消一些可替代的功能，升級教學真正需要的功能，使技術產品的功能性能更優、功能配置更合理。如個案中，教學對搜索功能依賴比較大，但在學習過程經常出現網絡不穩定等問題，影響該功能的發揮，在未來教室產品升級時可在這方面加以改進。而還原真實的教學細節，準實驗無法勝任，需要使用像IIS圖分析之類的信息流分析方法。

可見，通過IIS圖分析還原媒體技術教學應用的教學細節，關注媒體技術本身，借助上述判定指標和功能模塊貢獻的信息流能為媒體技術的教學作用找到真實可靠的證據，有助于技術產品的設計、開發、試用、推廣與升級，說明基于IIS圖分析的媒體技術教學應用研究理路是可行的。從此，我們不是再以學生成績為證據的準實驗研究來間接言說媒體技術的教學效果，而是在技術應用的真實教學中，通過IIS圖分析為技術產品對教學系統的貢獻及教學與功能模塊之間的依賴關系找到確切證據，來佐證媒體技術教學功能在達成學習目標過程中的可行性。

在我們的這個個案中，技術的使用對提高知識點的整體激活水平上并未做出明顯貢獻，對增加學生參與度方面也沒有突出表現。這與Clark的“媒體學習無關論”和Barbara的“不同媒體形式呈現相同教學內容，它們的教學效果不存在顯著差異”的觀點保持了一致。可見，媒體技術并不總是什么教學神器。通過IIS圖分析，我們確實看到了媒體技術獨特的教學作用，但這種作用對學習者來說仍可能是有限的，因為媒體技術的根本作用在于支持教學，無論媒體技術多么智能，都無法代替學習者思考。因此，我們不應對媒體技術抱有崇拜心理（或許數字土著們根本不存在這種心理），只需根據學習需求合理選用媒體工具即可。