基于IIS圖分析的教學不確定性研究

陳潔 何文濤 楊開城

【摘 要】

教學的不確定性是指師生或生生交互過程中發生的妨礙教學目標達成的教學偏移。已有研究雖肯定了教學不確定的客觀存在，但因缺少合適的分析方法，對于教學不確定性的研究仍然停留在關注少、回避多、深思少、描述多的水平。IIS圖分析法是一種較為成熟的信息流分析方法。基于IIS圖分析的教學不確定性研究，聚焦教學過程的信息流與其對應知識內容之間的關系，客觀呈現教學中發生的不確定性的真相，是教學不確定性研究的新思路。基于IIS圖分析的教學不確定性研究的基本操作流程是：①關注內容，繪制教學活動的知識建模圖；②解析過程，切分課堂教學的信息流；③還原課堂，對照信息流與源文本的內容分析教學不確定的發生及其特征。本研究通過個案分析發現：學習過程的不確定主要表現為主題跳躍；教師及時指導是小組學習糾偏的重要力量；教師與學生思維方式的差異決定了教學不確定性是內生的，無法完全避免。

【關鍵詞】 教學不確定性；教學目標；知識建模圖；IIS圖分析法；信息流；教學系統；協作學習；個案研究

【中圖分類號】 G434 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1009-458x（2018）1-0045-09

一、緣起

面對教學的不確定性，人們略顯尷尬。一方面，人們需承認教學的不確定性，教師對于教材與知識的個人解讀、師生言語表述的含混性、學生個體建構的不可控以及學生的個體差異，都是常見的引發教學不確定性的原因。課堂教學是生成的、開放的，教學現場情況復雜多變，課堂教學中充滿各種不確定。多數研究者認為課堂教學中的不確定是客觀存在的（陳麗萍， 2003； 唐建國， 2006； Helsing， 2007； 林靜， 2010），是教學的固有特征（Helsing， 2007）。另一方面，教育實踐需要確定性，教育工作者需要與不確定性做斗爭。如今，課堂反應良好、學生人人達到教學目標、結構嚴謹、條理清晰似乎已經成為一節好課的標準（陳麗萍， 2003）。此外，理論家們還引導教師相信，可以通過處理好預設與生成的關系，提高教學機智（唐建國， 2006； 林靜， 2010），消除不確定或達到不確定與確定的某種平衡，控制教學不確定性。但實際上，這方面的研究還停留在關注的少、回避的多、深思的少、描述的多的水平，相關建議猶如對感冒建議“多喝水”，普遍適用，卻不夠深入。這是因為目前對于課堂教學不確定性的研究除了基于自身教學經驗的直觀反思外（秦偉偉， 2005； 許金德， 2007），多數研究普遍采用觀察法和訪談法，缺乏基于數據的對教學過程的細致分析，研究者并不知曉一次教學活動中具體發生了哪些不確定的情況。要想徹底摸清在一次教學活動中發生了哪些不確定以及這些不確定的性質與特征，需要超越直觀，用更加客觀、科學的方法進行教學分析。

二、基于IIS圖分析的教學

不確定性的研究方法

（一）IIS圖分析法

IIS圖分析法，關注教學信息系統中教師、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）的標注信息與教學之間功能的聯系（楊開城等， 2010）。教學信息集合 IIS 可以用按照特定規范繪制的帶有標記的知識點網絡圖來表征，這個圖被稱為 IIS 圖。本文后面給出的IIS圖是參考以學習活動為中心的教學設計理論中的知識建模規范繪制的，可理解為IIS初始圖，即知識建模圖。

通過對教學視頻進行IIS圖分析，林凡（林凡， 2009）、張寧（張寧， 2012）、丁瑩（丁瑩， 2013）等逐漸形成了教學系統IIS圖分析的理論體系與相關的分析技術并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。基于IIS圖分析的教學不確定性研究，聚焦于教學過程的信息流序列，采用的編碼系統表征為：IPx_n（信息貢獻者）<時間><操作><信息類型><表征形態><知識網絡子圖>[{內容注釋}]。當信息流的信息類型為“知識語義”“事實范例”或“答案”時，該信息流才有<知識網絡子圖>屬性，即用相應的IIS知識子圖表示該信息流蘊含的知識內容。

基于IIS圖分析的教學不確定性研究，用知識子圖的變化表征課堂中以客觀知識內容為參照的教學走向，關注教學過程的信息流序列與其對應知識內容之間的關系，客觀呈現教學不確定的真相，是教學不確定性研究的新思路、新方法。

（二）運用IIS圖分析教學不確定性的操作過程

1. 關注內容，繪制知識建模圖

以知識圖為基礎數據研究教學已是一種通行的做法，因為知識圖代表著教學活動內容。目前，流行的知識圖如思維導圖和概念圖等，在性質上屬于知識語義圖，圖中兩個鄰接結點之間要么沒有關系名稱，要么名稱只表達了兩個結點的語義關系。由于知識自身內涵的豐富性，在知識網絡中任何兩個結點之間的語義聯系都不是唯一的，而是開放的。再加上知識圖都是由人繪制的，選擇知識語義聯系時取決于繪制者對知識的個性化理解。所以，無論是思維導圖還是概念圖，在性質上都屬于主觀圖。我們沒有辦法針對這種語義關系圖制定任何可行的繪制規范。由于沒有規范約束，甚至針對什么是知識結點的問題都難以達成統一意見。這種語義圖雖然能體現知識的網絡特性，但不適合作為科學研究的基礎數據。

本研究放棄上述語義關系圖作為教學活動的知識表征，而是將知識建模圖作為研究的基礎數據。知識建模，是指按照特定的規范，將不同類型的知識點用不同的圖形表示，并畫出它們之間關系的過程，知識建模的結果是一張知識點網絡圖，又稱為知識建模圖（楊開城， 2010， p67）。知識建模規范將知識區分為符號與名稱、概念、原理與公式、格式、過程步驟、認知策略及事實與范例共7種類型，不同類型知識結點用不同形狀表示，比如：概念用 表示，原理和公式用 表示，事實和范例用 表示。建模規范還規定了不同類型之間的關系名稱，如“是一種”“步驟包含”“結論包含”等。這些關系是知識結點之間的隸屬關系，表示兩個知識結點在語義上的內在聯系，并且表示具體存在何種聯系。這樣，針對同一內容，不同繪制者所繪制的知識建模圖的差異性大大減小，再輔以背對背繪制以及討論協商，最終生成的知識建模圖是相對客觀的。這些相對客觀的知識建模圖是科學研究的數據基礎。

IIS知識子圖是知識建模圖中的部分知識網絡圖，是信息流的一種重要屬性，用來表示信息流蘊含的知識內容。具有客觀性的IIS知識子圖在信息流與學習活動的知識內容之間建立直接聯系，能幫助我們用客觀知識內容感知教學的不確定。

2. 解析過程，切分課堂教學信息流

教學過程中包含的信息復雜多樣，要想深入理解教學，必須通過特定的編碼將無結構的教學過程結構化。常規做法是將教學過程簡化為師生行為序列。但師生行為序列只保留了教學活動中的師生言語行為動詞，而行為所蘊含的知識內容被過濾掉了，得出的結論也都只是行為層次的而非教學層次的。因此，行為編碼分析天然地與教學本質無關。孤立地使用行為編碼進行教學分析，過于簡化，是行為分析方法在教學研究中的誤用，至今仍未見到通過師生行為分析得到與教學直接相關的可被檢驗的結論。

教學系統的本質是一個結構封閉的信息系統，理解教學的關鍵在于如何將教學過程解析為信息流序列，理解教學過程中的信息流動。所以，對教學系統的深入分析不應該采用行為編碼，而應該采用信息流編碼。利用IIS圖分析法依次將教學過程中的信息片段（往往是教學視頻片段）轉化為信息流序列，IPx_n（信息貢獻者）<時間><操作><信息類型> <表征形態><知識網絡子圖>[{內容注釋}]，其中IIS知識子圖代表著該教學片段所蘊含的主要知識內容。這樣的信息流序列便是結構化了的教學過程表征，而教學過程的不確定性與教學過程中的信息流及其所蘊含的知識內容密切相關。

另外，研究中的信息流切分需借助專業軟件IISexpress①輔助進行處理。

3. 還原課堂，對照信息流與源文本的內容，分析教學不確定的發生及其特征

信息流序列雖舍棄了很多教學信息，但其所蘊含的IIS知識子圖，代表著這個教學片段所蘊含的核心知識內容，能凸顯教學過程的內隱變化，幫助我們深入考察教學過程的很多細節，呈現主觀經驗難以直觀的東西。但另一方面，信息流序列并不是教學的全部，只能部分表征教學的“抽象”真相，無法表征“具體”真相。因此，當發現感興趣的點時，只有回溯到該信息流所對應的源文本（或教學視頻）才能搞清楚具體發生了什么。這就需要將信息流與源文本進行對照分析。

通過對照源文本與信息流序列及相應的知識子圖，可判定信息流是否偏離學習目標，進而可將發生偏移或帶來不確定性的信息標出來，分析該信息流所蘊含IIS知識子圖的變化，挖掘這種不確定性發生的根由，探索這種不確定性對于教學設計（備課）和日后教學行動的啟發意義。如果回歸源文本依然不能清晰解析教學真相，可借助教學視頻加以輔助。

三、基于IIS圖分析的教學

不確定性研究個案

（一）樣本選擇

樣本選自一次真實的常規教室下“教師講授+小組學習”常態化教學。本次教學由北京通州區某某學校1名專職教師執教，學生共分5組，每組5名同學。教學內容是基于人民教育出版社小學數學六年級上冊第五單元第三節“圓的面積”設計的協作學習活動（活動內容見圖 1）。在整個研究過程中，研究者不干預課堂教學，只拍攝記錄教學過程。

（二）數據處理

基于IIS圖分析教學不確定性需對樣本進行以下處理：

（1）對“圓的面積”教學視頻進行知識建模，得到樣本教學的知識建模圖。

（2）轉錄“圓的面積”全局教學視頻和五個小組的協作學習視頻，并按照IIS圖分析法操作規范對轉錄文本進行信息流切分，得到由信息流序列組成的結構化教學過程。

（3）基于信息流所蘊含的知識子圖，挖掘教學不確定性分析的興趣點。通過對照信息流與源文本的內容，分析教學是否偏離教學目標，并判斷這種教學不確定性產生的原因。

（三）研究結果

按照以上步驟對“圓的面積”教學視頻進行處理，得到以下幾方面的數據：

1.“圓的面積”知識建模圖

對“圓的面積”教學視頻進行知識建模，得到“圓的面積”知識建模圖，如圖 2所示。其中，灰色結點為本次教學的目標知識點。

2.“圓的面積”教學過程的信息流序列

對“圓的面積”教學視頻進行信息流切分，將教學過程中的信息片段（往往是教學視頻片段）轉化為包含主體（信息貢獻者）、信息流類型、媒體類型等屬性的信息流。獲得“圓的面積”教學過程的信息流序列和由信息流序列組成的結構化教學過程，如表 1所示。

3. “圓的面積”交互文本與信息流屬性的對照

為便于通過對照源文本與信息流的內容分析教學中的不確定性，本文將“圓的面積”源交互文本、信息流序列及其與信息流相關屬性進一步整合，整合方式如表2所示。表2第一列是轉錄真實教學視頻得到的源文本，第二列是調整后的源文本（這里需保證在一段對話中每個人話語的語義完整）。其中，T表示教師，S表示學生，數字表示學生編號。第三列是對調整文本進行切分得到的信息流，第四列是信息流的重要屬性。如果信息流的信息類型為知識語義、事實范例或答案，則用IIS知識子圖來表示，并呈現在第五列當中。這樣，信息流與學習活動的知識內容之間的聯系便可直觀地呈現出來。通過對照源文本與信息流序列及相應的知識子圖便可判定信息流序列有無偏離學習目標，便于我們準確感知和標出發生教學偏移的信息，通過回歸信息流對應的源文本來分析該教學不確定性產生的原因。

通過對照“圓的面積”交互文本與信息流屬性，分析師生交互或生生交互過程中發生的妨礙教學目標達成的教學內容偏移及其對應信息流的知識子圖特征，本文主要關注以下三個興趣點：

（1）知識子圖呈現主題跳躍

所謂主題跳躍，是指在教學的社會性交互中所圍繞的主題內容并非連續向目標知識點推進，而是出現知識點間斷跳躍的情況。由主題跳躍所導致的整體偏離學習總體目標或任務的現象，俗稱跑題。在小組學習過程中，討論的焦點一開始是恰當的，但隨著討論的深入，小組成員可能會因為某個疑惑而轉移討論焦點（發生主題跳躍），如果疑惑沒有迅速有效地解決，討論極有可能停滯在該點或越來越偏離最初的學習任務。個案中，某個教學環節的主題用這個教學環節的信息流所蘊含的知識子圖來表示。

如表3 （數據來源于個案研究中某小組活動，任務是“試著將圓形轉化成其他的平面圖形”）所示，主題圖的設計思考順序為1-2-3，真實課堂小組活動主題變化跳過2，主題從1至3。

從主題圖的變化可以看出，學生從主題“轉化的思想”到“利用三角形面積求圓的面積”中間遇到疑惑“三角形的邊是直線，圓的邊是曲線”，該疑惑沒有迅速得到解決。學生跳過IIS知識子圖結點“拼成其他圖形”，話語轉為“把它剪成正方形”由此帶來跑偏且越來越偏離學習目標，學生的討論重心集中在“將圓剪成其他圖形”，偏離“轉化拼成其他圖形”的設計意圖。

表4（數據來源于個案研究中某小組活動，任務是“利用所轉化的圖形推導圓的面積公式”）中，主題圖的設計思考順序為1-2-3，真實課堂中小組活動直接從主題1的部分知識點“圓的面積”跳至主題3的部分知識點“S=πr2”。

不同于表3由疑惑引發主題跳躍，表4主題跳躍是由討論臨近結尾學生拒絕再思考引起的。小組學習者IPL5提出問題：拼成圖形各部分和圓有什么關系？IPL4繼而提出問題：推導出圓的面積公式并用字母表示。IPL1、IPL2及IPL5均跳過了第一個問題直接思考圓的面積公式，背出圓的面積公式，發生了整體偏離，致使整個討論未達到設計意圖。

（2）知識子圖變化受教師指導影響

在小組學習中，通常會劃分角色。引入角色雖然似乎增加了學生小組互動和協作的意識（Strijbos & Martens et al， 2004），但并不一定能增加學生知識建構水平（De Wever & Van Keer et al， 2007）。小組學習的交互質量決定協作學習的效果（Barron， 2003）。小組學習過程可促使學習者個人的知識建構得到社會性建構的調整，使學習者內化生成的知識更清晰優化。而每個小組成員對社會性建構都有貢獻，小組成員在表達上的語義含混自然會帶來知識社會性建構的不確定，這種教學不確定的克服需要教師引導。在小組學習中，教師的指導不可缺，且教師指導的時機也很重要。本個案中某小組活動主題變化過程與教師指導時機的對應關系如圖 3所示。圖 3中箭頭數字表示主題變化的時間順序。序號1-3學生從“轉化思想”入手思考“將圓形轉化為平行四邊形，平行四邊形邊是直線，圓的邊是曲線”引發的認知沖突待解決，序號4-5學生思考“轉化為其他圖形（三角形）”，依然遇到“化曲為直”的認知沖突，序號6-7討論回歸最初的“轉化思想”，依然不能避開知識點“化曲為直”。從圖中可以看出，小組討論在“轉化思想”與“化曲為直”之間往復，其中“化曲為直”知識點是關鍵卡點。當教師引導“這比較像平行四邊形了對吧，那怎樣能更像？”，學生思考很快給出“把圓分的越密越像”，此時目標知識點“化曲為直”才被激活，討論繼續。在下一個卡點處，教師引導“先求什么圖形的面積”，將學生思路帶到“將圓轉化為其他圖形求出面積”的核心問題，推動了討論的進行，而且在小組合作中教師指導的時機很重要。本個案中有一個小組，教師巡視到該小組時，討論已近尾聲，發現該小組討論完全跑偏，屬于一次失敗的小組活動。可見，教師引導可推動學生討論，增強小組學習的確定性。教師指導影響合作學習的學習效果（霍淑婷等， 2010），對于把控課堂和減少教學中的不確定具有關鍵的指導作用。

（3）知識子圖變化存在明顯差異

分析表5可以發現，在教師主導的課堂中，教師從回顧“圓的周長”，提出“圓面積的定義”，到類比回顧學習“平行四邊形面積公式”時所用到的“轉化思想”，無論是言語信息還是行為都圍繞目標知識點一步步推進，知識子圖層層遞進，有規律地遍歷整個IIS知識圖。在小組學習中，學生明顯滯留在任務表面“將圓轉化為其他平面圖形”，主題基本沒有推進，陷入“化曲為直”的困境，知識子圖的變化呈現出不同程度的阻滯。教師是課堂的設計者，教師將學習目標轉化蘊含在活動任務中，學生受教師設計的任務驅動。此時，信息的復雜度變高，產生與教師設計全然不同的知識子圖變化也是在所難免。

四、總結與反思

通過本個案分析可以看出，將課堂教學切分為信息流序列，信息流與學習活動的知識內容通過知識子圖建立直接聯系。通過分析信息流所對應的知識子圖變化，有助于感知教學中妨礙教學目標達成的知識內容偏移，為教學中的不確定性分析提供證據。因此，IIS圖分析法應用于研究教學的不確定性以及整個教學機制是可行的。

基于個案分析結果，作者深入反思了教學不確定性的一些問題，得到以下認識：

（1）學習過程中的不確定主要表現為主題跳躍

在小組學習過程中，成員可能會因為某個疑惑而轉移討論焦點。如果疑惑沒有得到迅速有效解決，討論極有可能停滯在該點或越來越偏離最初的學習任務。而當討論臨近尾聲時，學生拒絕再思考也可能引發主題跳躍，從而帶來偏離。怎樣有效設計教學活動任務，啟發學生思維，減少此類主題跳躍引發的教學不確定，有待進一步探索。

（2）教師及時指導是小組學習糾偏的重要力量

通過個案分析可以看出，知識子圖的變化受教師指導的影響，教師指導的時機在合作學習中也非常關鍵。在自學情況下，學習者不得不花很多時間“悟”，這個時間成本本身就是學習的一部分。但是，教學不同于自學，教學是有明確目標的師生交互、生生交互，需要重視教師對信息有效傳遞所起的作用。放任學生自主學習的做法不僅費時費力，而且效果欠佳。

（3）教師與學生思維方式的差異決定了教學不確定性是內生的

教師的思維方式與學生完全不同，這種思維方式的差異所帶來的師生不同“心”是最基本的不確定來源。教師受目標指引，學生受任務驅動，由于目標與任務不存在一一對應關系，教師即使能夠做到目標清晰明確、任務與目標緊密相連，但當學習目標從教師那里轉化蘊含在活動任務中時，增加了各種情境信息，目標就淡入背景，信息的復雜度也會變高。學生受任務驅動行動時，在信息海洋中可能跑偏，引發不確定。由此看來教學不僅需要精確的設計，也需要更多的思索，需要寬容的心態對待教學不確定性本身。

本文所介紹的分析方法以及應用該方法進行的個案研究，有助于在數據層面還原教學不確定性發生的細節和真相，理解教學的不確定性。關于處理不確定性的建議，不是個案研究所能支持的，不在本文討論范圍內。IIS圖分析方法具有很強的跨領域特征，適用于任意一種教學活動分析，限于研究者特定的條件，未采用遠程教學取樣，僅是應用于常規教學不確定分析，關注教學過程的信息流序列與其對應知識內容，理解其確定性與不確定之間的辯證關系。該方法，若輔以相應的技術實現自動化分析，也可用于在線教學，分析了解該方面的特征，敦促教學評價逐漸擺脫價值判斷的主觀性和任意性。我們通過本個案研究體會到，教學的不確定性是內生的、涌現的、無法完全避免的。每次不確定的發生時機都是不同的，不可事先預知。所以，我們常常看到一次不錯的教學活動往往包含著某些失敗的學習，這讓人感到無奈且無助。由此，作為教學的研究者，作為教學的局外人，我們在對教學提出一些貌似合理要求時，是否需多思量？

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（下轉第62頁）

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收稿日期：2017-07-05

定稿日期：2017-09-10

作者簡介：陳潔，碩士研究生；楊開城，教授，博士生導師。北京師范大學教育學部教育技術學院（100875）。

何文濤，博士，浙江師范大學教師教育學院教育技術學系（321004）。

責任編輯 劉 莉