有效教學的實現(xiàn)

有效教學的實現(xiàn)

一、有效教學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、如何實現(xiàn)有效教學、怎樣評價教學的有效性等問題仍懸而未決。近年來,關于“有效教學”研究的熱點問題主要包括有效教學的本質(zhì)、有效教學的特征與方法、影響有效教學的因素、有效教學的行為判斷、有效教學的策略以及有效教學的評價標準等。研究已經(jīng)涉及到了“有效教學”的方方面面,有學者甚至提出“有效教學”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,在我國近十年關于“有效教學”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,關于“有效教學”的具體教學策略以及具備可操作性的有效教學途徑的出現(xiàn)。所謂“有效教學”(EffectiveTeaching)是指教師通過一段時間的教學之后,使學生獲得了具體的進步或發(fā)展,也就是說,學生有無進步或發(fā)展是教學有沒有效益的唯一指標。通常所說的“有效教學”特指課堂教學的有效性,是一種狹義的概念。已有學者提出“有效教學”可以充分開拓“教師研究共同體”的實踐空間。這是因為,承擔起學生學習與發(fā)展的,從根本上來說,不是每一位教師,而是整個教師團隊;不是每一間教室,而是整個學校。其實,“教師研究共同體”是一種超越了學科、超越了教室、超越了學校的同整個社會、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”指導之下的任何一個進行學習的地方。在有效教學中,“教師”也不僅可以是超越了個體的團隊,而且可以是超越了人類本身的“聰明”的“計算機”——教學專家系統(tǒng)。二、個別化教學的構(gòu)建教學專家系統(tǒng)是一種借助人工智能技術(shù),通過提供“怎樣按學生的信息進行教學”的教學策略實現(xiàn)系統(tǒng)的“智能”,讓計算機扮演教師的角色實施個別化教學,即根據(jù)學習者的不同認知特點和知識水平而作出智能化響應的適應性教學系統(tǒng)。通常教學專家系統(tǒng)由領域知識、學生模型和教學策略三個部分組成。目前,已有研究多為如何設計教學策略,而未涉及構(gòu)成教學策略本體的教學素材的研究。為了使得教學專家系統(tǒng)在“移動學習”時代更具有時代性和普適性,本研究將微型學習理論中的“微課程”概念引入到教學策略的設計中?；谖⒄n程的教學專家系統(tǒng)具備如下三個特點:(一)教學策略的對接基于微課程的教學專家系統(tǒng)以知識點為核心,通過對學生學習風格和相關專題問題的測試建立學生模型,獲得每位學生不同學習風格傾向及相關專題的認知結(jié)構(gòu)?；诖?教學專家系統(tǒng)應根據(jù)一定的教學策略,自動調(diào)用或讓學生自主選擇相應的“微課程”教學素材。基于不同教學策略設計的“微課程”是學生開展個別化學習的優(yōu)化資源,同時,教學專家系統(tǒng)也具備“知識和策略的可生長性、可修正性及可建構(gòu)性”,人機之間互為師生關系。這種基于學習起點的判斷使得學生的學習目標明確,能夠有效擴展和完善學生的認知結(jié)構(gòu),突顯學習的效果。(二)“微課程”—微型化利用顯效率傳統(tǒng)的教學專家系統(tǒng)的教學策略庫素材若要借助教學專家的支持作用,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)的有聲教學錄像。這種“原生態(tài)”的教學素材極為寶貴,但因其過于注重課堂的完整性而缺失普適性,且讓學生堅持學習完如此之長的內(nèi)容也確實為一項無比艱巨的任務。針對不同學生對學習內(nèi)容的不同需求,教學專家系統(tǒng)利用“微型學習”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,且對應若干個不同特色的“微課程”(通常為1-3分鐘),以滿足不同學生的認知特點和學習風格。這種基于“微課程”的教學專家系統(tǒng)可以真正做到以一對多,提高教學效率。同時,利用“碎片”與學生的認知缺陷進行“無縫對接”,能夠提高學生學習的效率。(三)實時對話與交流移動式學習不但昭示著一種嶄新的學習模式的誕生,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”的教學專家系統(tǒng)就像一位經(jīng)驗豐富的教師即時排解學生學習過程中所產(chǎn)生的困惑,人機之間也可進行實時對話與交流,學生可以獲得適切的幫助,從而真正做到以學生為中心、以計算機為媒介形成的開放式的交互教學過程。微課程“小而?！钡奶攸c尤為適合復雜環(huán)境中的移動學習,能突顯“教育即生活、學習即對話與通信交流”。這種與現(xiàn)代生活方式極為接近的新型學習資源與學習環(huán)境會讓學生感到更具親和力,更易激發(fā)其學習興趣和學習的自主性,從而提高學習效益。三、基于本體的教學專家系統(tǒng)的構(gòu)成為了使所設計的教學專家系統(tǒng)能夠有效利用微課程資源并彰顯個別化學習的效果,本文提出了一種基于本體的教學專家系統(tǒng)?；诒倔w的教學專家系統(tǒng)(簡稱“ITS系統(tǒng))由ITS本體庫、學生模塊和教師模塊構(gòu)成(如圖1所示)。其于本體的教學專家系統(tǒng)的有效性通過精確的本體語義描述、定量的學生模型分析、高效的教學策略定制和靈活的學習進程管理四個方面得以體現(xiàn)與實現(xiàn)。(一)領域知識本體教學專家系統(tǒng)完成“有效教學”的前提是必須準確地描述學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科領域知識的深度把握。因此,建立一個能夠精確描述學科領域知識、教學素材、試題及其內(nèi)在關聯(lián)的基礎信息庫是該系統(tǒng)成敗的關鍵。這個基礎信息庫中蘊含了復雜的語義信息,而這些語義信息必須使用規(guī)范的方式進行形式化描述,便于計算機進行分析和處理,以輔助學習者完成自主的學習過程,實現(xiàn)智能的有效學習目標。面對復雜的語義信息,簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和實體關系模型在描述能力方面遠不能勝任。隨著智能技術(shù)的發(fā)展,語義的表達方式也越來越重要。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,其描述能力遠遠超出了其他的現(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的教學專家系統(tǒng)采用Protégé軟件作為“教師團隊”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系為核心建構(gòu)的學科領域本體,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)的教學素材本體。其中,領域知識本體以知識點為單位進行構(gòu)建,除了知識點本身的描述之外,重點構(gòu)建知識點之間的關聯(lián)關系。系統(tǒng)建立了六種基本類型:組成關系、依賴關系、難度遞進關系、特例關系、相似關系和相關關系等;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知識點等;而教學素材本體描述的語義信息則包括素材的類型、學習時長、教學風格,以及教學目標所對應的知識點等。(二)基于知識空間理論的學習風格量化分析個別化學習依賴于對學習者個體特征的準確把握和定量分析。針對每一個學習者的學習習慣和認知結(jié)構(gòu)進行定量分析,并建立專有的學生模型,是ITS系統(tǒng)提供個別化學習的基礎。ITS系統(tǒng)從學習風格分析和認知結(jié)構(gòu)分析兩個方面入手,建立了定量的學生模型,以提高教學效率、優(yōu)化教學效果。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”四個維度描述學習者的學習風格。ITS系統(tǒng)采用該模型的兩個方面確定學習者的學習習慣。首先,在初始階段采用標準的Felder-Silverman方法,用44道學習風格測試項對學生的思維特征進行定量的分析,獲得學生的學習風格初始量化模型。其次,在ITS系統(tǒng)運行的過程中,通過對學生利用系統(tǒng)進行學習和測試所保留下來的歷史學習軌跡進行分析,不斷修正其學習風格量化模型,分析的過程采用分類算法來完成。為了定量地分析學習者的認知結(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)的心理學理論,該理論以嚴格的數(shù)學分析為基礎,為領域內(nèi)的知識空間分析和主體知識狀態(tài)分析提供一種精細的定量方法。在KST理論的指導下,ITS系統(tǒng)能夠充分挖掘?qū)W科領域本體和試題本體之間的內(nèi)在關聯(lián),構(gòu)造出學科領域的知識空間。在KST理論所建立的知識空間上,通過對學習者進行認知結(jié)構(gòu)測定,就能夠建立以知識狀態(tài)為表現(xiàn)形式的學習者認知結(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域知識、試題和微課程為基礎,針對個別化定量描述的包含了學習風格和認知結(jié)構(gòu)信息的學生模型,ITS系統(tǒng)中教師模塊的教學策略推理機能夠采用微課程選編算法,為每一個學習者定制最優(yōu)的教學策略。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,也為學習主體指明了微課程素材的學習次序。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習者個體的適應性,是影響選編算法選擇教學策略的核心指標。系統(tǒng)以本體庫中微課程的各項語義特征和學習者的個別化學生模型為基礎,進行綜合評估來獲得微課程與學習者的適應性度量。在評估的指標體系中,包含了微課程的教學時長、微課程教學知識點與學習者認知結(jié)構(gòu)的匹配度、微課程教學方法與學習者認知風格之間的匹配度等。這些指標經(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生個別化模型為基礎獲得的該度量值,能有效提高系統(tǒng)為學習者制定的個別化高效教學策略的能力。(四)確定學習目標,實現(xiàn)學習自我管理與調(diào)控在ITS系統(tǒng)的幫助下,學習者從認知結(jié)構(gòu)測定到教學策略選擇和交互學習,再到認知結(jié)構(gòu)測定構(gòu)成了學習循環(huán)中一個完整的學習周期。在啟動一個學習周期時,學習者可以根據(jù)當時學習的特定環(huán)境與條件自定學習步調(diào),制定學習目標與學習計劃,實現(xiàn)學習進程的自我管理與調(diào)控。IST系統(tǒng)根據(jù)所記錄的每一位學習者的“學生模型”,確定學習者的“學習起點”,然后提供可供選擇的多元學習目標。對于每一個學習周期,IST系統(tǒng)可以圖形化的形式展示學習者知識狀態(tài)的變遷過程。通過ITS提供的這些學習進程管理功能,能夠真正實現(xiàn)學習過程的自主管理,使每一個學習者成為學習的主人,促使其更加主動地學習。四、“教”向“學”的轉(zhuǎn)變,推進“學科教學論”的發(fā)展微課程觀下的教學專家系統(tǒng)以本體為基礎,以知識點及其邏輯關系為核心,以碎片化的移動微型學習為模式,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”,可為實現(xiàn)有效教學另辟蹊徑,同