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摘要 基于网络的智能计算机辅助教学设计系统是一个复杂系统。提出应用钱学森等人提出的综合集成方法论作为设计思想，设计出辅助教师教学和学生自主学习的系统，并以教育技术学专业硕士研究生的教育技术学研究方法课程的设计为例加以说明。
关键词 综合集成方法论；网络辅助教学设计系统；教育技术学研究方法
中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1671-489X(2011)33-0108-03
Research of Web Assisted Instruction Design System based on Meta-synthesis Methodology: Take Research Method of Education Technology for Example//Ouyang Ming1, Tao Yanping2
Abstract Based on the network intelligent computer aided instruction design system is a complex system. This paper proposes to use such as Qian Xuesen raised by the Meta-synthesis Methodology as design thought, Assisted design of teaching and student self-learning system, and with education technology professional master graduate student of Research Method of Education Technology of the course of design as an example to illustrate.
Key words meta-synthesis methodology; network-assisted instructional design system; research method of education technology
Author’s address
1 Vocational and Further Education College, Yunnan University, Kunming, China 650091
2 Network and Information Center, Yunnan University, Kunming, China 650091
网络环境下的智能计算机辅助教学设计系统，是以认知心理学理论为基础，将网络技术与人工智能技术用来解决教学设计这一问题的计算机系统。它既能辅助教师的教学设计工作，又能对学生进行个别化的学习指导,具有根据各个学生对知识掌握和理解的程度自动选择教学策略、调整教学速度等特点。
它是由“学生模块”“领域知识模块”“教学决策模型”“评价模块”组成的一个复杂系统，而综合集成方法论具有适用于处理开放复杂巨系统问题的特点，因此引用综合集成方法论作为指导思想对该系统进行设计有一定必要性和意义。
教育技术学研究方法是教育技术专业硕士研究生必修的重要基础课程和核心课程之一[1]，无论是在国内，还是在国外，人们都给予高度重视，它对教育技术学的应用和发展具有重要意义。以综合集成方法论为指导，将教育技术学研究方法课程开发成基于网络的智能计算机辅助系统，不但有利于指导学生的自主学习，因材施教，因风格施教，因需要施教，还能帮助教师进行教学设计，在一定程度上减轻教师的智力劳动，提高教学系统设计的质量和效率，可为经验较欠缺的青年教师的教和经验不足的学习者的学提供良好借鉴。
1 网络辅助教学设计系统的理论依据
1.1 综合集成方法论[2]
1990年，钱学森、于景元、戴汝为等首次把从定性到定量处理开放复杂巨系统的方法定名为的综合集成法。综合集成法的实质是专家经验、统计数据和信息资料、计算机技术三者的有机结合，构成一个以人为主高度智能化的人-机结合系统，发挥这个系统的整体优势去解决问题。它具有综合集成人的经验、知识、智慧和人的思维、思维的成果以及各种情报、资料和信息，实现从局部定性的知识到整体定量的认识的功能。在哲学上，就是把经验与理论、定性与定量、人与机、微观与宏观、还原论与整体论辩证地统一起来。
综合集成方法的理论基础是思维科学，方法基础是系统科学与数学，技术基础是以计算机为主的现代信息技术，哲学基础是马克思主义的实践论和认识论。它的主要特点[3]：1）定性研究与定量研究有机结合，贯穿全过程；2）科学理论与经验相结合，把人们对客观事物的点滴知识综合集成解决问题；3）应用系统思想把多种学科结合起来进行综合研究；4）根据复杂巨系统的层次结构，把宏观研究与微观研究统一起来；5）必须有大型计算机系统支持，不仅有管理信息系统、决策支持系统等功能，而且要有综合集成的功能。
教学系统设计是一个复杂的系统，它是由教育系统的复杂性决定的。教育系统在结构与功能上表现为规模大、相关因素多且相关方式复杂、目标多样等；在运动上表现为随机性、非线性等，用一般的理论方法无法全面合理地解决这一不良结构的问题。因此，运用综合集成理论的方法来研究教学设计智能化过程，构建科学合理的教学设计系统，具有重要的理论和实践价值。
1.2 心理学基础[4]
认知心理学（Cognitive Psychology）是以信息加工观点为核心的心理学，它兴起于20世纪50年代中期，其后得到迅速发展。认知心理学是智能计算机辅助教学重要的心理学理论依据。它运用信息加工的观点来研究人的认知活动，其研究范围主要包括感知觉、注意、表象、学习记忆、思维和语言等心理过程和认知过程，以及儿童的认知发展和人工智能。其中，感知觉、注意和记忆等是认知心理学研究的基础层次，这些理论对于进一步认识人的认知结构和认知过程，研究学习者的心理特征与认知规律，从而促进学习者的学习具有很大的现实意义。它注重的是由学习者来控制学习过程，让学习者选择对自己有意义的学习活动；它积极地为学习者创设学习情境，帮助学习者用他们已有的知识去建构、生成、整合新的知识。
1.3 建构主义学习理论
基于建构主义学习理论的个别化教学模式，强调以学习者为中心，满足每个学习者的学习需要。个别化教学可以根据每个学习者的特点为其选择教学方法、内容和媒体，允许学习者自己选择其想要达到的目标。这种教学模式不仅能够提高学习者的学习效率、保持学习者高昂的学习动机，而且可以培养学习者的创新能力和自主决策的能力，挖掘学习者的发展潜力，十分适合目前倡导的素质教育。
1.4 教学处方理论[5]
教学处方理论是郑永柏博士于1998年提出一种新型的适合于信息化教学设计的理论，它主要包括6个基本概念、一个理论框架、3条基本原理和2个关于教学设计的知识库[6]。该理论指出教学处方可以看做教学设计者依据系统分析后使用的各种教学模式、教学方法和教学内容处理模式的组合，说明在特定教学条件下对特定教学结果的教学，以不同的学习理论和教学理论为指导将会采用不同的教学方法，即教学处方。
2 网络辅助教学设计系统的设计
在网络辅助教学设计系统的设计中，教学过程是多因素、多层次的过程。系统的设计要对教学系统中各要素进行整体的、综合的考虑，以分析教学的问题和需求为起点，通过要素分析、策略设计、决策优选、系统综合来解决教学问题，从而确立最优化解决问题的方案。
通过以往的文献资料查阅和分析，笔者发现过去的智能计算机教学辅助系统限于辅助学生的学习，而同时又能辅助教师的教的相关文献很少，引用综合集成方法论指导该系统设计的文章尚未见报道。
在总结6年来云南大学教育技术学硕士研究生教育技术研究方法课程教学实践的基础上，引用综合集成方法论作为指导思想，利用多种智能方法对该课程的网络辅助教学设计系统进行初步的设计。
1）学生模块。在学生模块中，存储了学习者认知特征的数据结构，主要记录学生的基本信息、学习风格、认知水平、学习动机等，为教师模块的教学决策模块提供依据。系统面对的是众多的个性千变万化的学习者，系统真正要想做到因材施教的个性化教学，就必须了解当前的学习对象，对学生进行学前数字化分析（学前评价）。
该模块的数据来源为云南大学09届和10届教育技术学专业研究生，共36人。按照常模，把他们分为本科初步学过该课程和本科没有学过该课程的两个大类。对每一类的学生进行学习者认知能力量表、学习者学习动机量表、所罗门学习风格量表的测量。在对学生进行学前评价所获得的大量数据的基础上，采用人工神经网络方法来进行数据挖掘，对学习需求、学习风格、认知能力、学习动机等学习者特征进行分类，为教师模型的内容和策略的选择提供依据。
2）教学决策模块。该模块用于组织、管理和实施整个教学活动，职责是根据学生模型反映的情况采取有效的行动来指导学习过程。学生也可根据自身学习情况，通过智能系统的搜索与推理，得出智能化的教学策略与学习方法和内容。它不仅能够较科学地评估学生的学习水平，还可以激发学生的学习热情，为教师教学和学生的学习提供客观的依据和科学的方法，辅助教学，提高教学质量和效率。
该模块的设计主要体现了系统的开放性和可扩充性。一方面，它根据学生模型的信息来评价该学生的学习程度和学习方式，为学习者提供相应教学内容、学习策略，有利于学生更好地掌握知识。其中，教学内容根据教育技术学研究方法课程具体目标，结合学习者前端数据分析的结果进行选择和确定。学习和教学策略依据前端数据分析的学习者风格、动机、教学目标数据种类进行排列组合，给出处方。另一方面，教师能够修改、更新领域知识库的内容，如修改相关的知识点，添加练习题和测试题。
3）领域知识模块。领域知识模块主要包括教学内容等资源，如要教给学生的课程知识、教材重点、各部分的联系、参考资料等。可以把它分成两部分，一部分是领域基本知识库（事实性知识），另一部分是经验知识库。领域基本知识指教学领域中基本概念等常识性知识，如课程中的基本原理、知识、方法、步骤和各种研究工具的使用；经验知识库主要包括学生学习过程中总结的内容和获取的经验。知识库不同于一般的数据库，它主要是对知识进行存储与管理，是一个动态数据库，更有利于搜索和调用这些多媒体资源。
4）评价模块。评价模块的主要作用是根据学习者的反馈信息对教师模块和领域知识模块做出调整，以适合学习者学习或教师的教学。该模块通过对学习者关于教师对教学设计方案和教学方案实施结果的满意度的信息数据和学习者对教学过程、教学策略的适应性的信息数据，与其他方法相比较。通过比较分析发现智能辅助教学系统的不足，及时对系统各个环节的工作进行相应的修改。
对系统的设计的基本结构如图1所示。最后，按照前面所述的原理、方法和技术，具体针对学生的学习内容、学习策略、学习目标和教师的教学策略等对该系统进行初步设计、开发，期待进一步验证补充提高。
3 结束语
网络环境下的教育技术研究方法辅助教学设计系统，利用网络作为载体，进行教学工作，具备很多优点和功能。
1）结合数字化方法和数据挖掘技术，对前端数据进行分析，如学生的认知能力、学习风格、学习动机等，通过定性和定量相结合建立学生模型。
2）针对教学设计的复杂性和不良结构问题，把教学设计理论、方法与教育技术研究方法课程相结合进行教学设计。
3）给出的学习者学习建议方案，方便学生自由选择学习的内容和时间，有利于学习者自主学习。这样不但增强学生学习的主动性与灵活性，而且提高学生的学习兴趣。
4）给出的教学设计方案可为青年教师提供良好借鉴，有利于教师因材施教、因风格施教、因需要施教。教师能根据学生的不同特点选择最适当的教学内容和教学方法，并可以对学生进行有针对性的个别指导。
系统利用网络可以接受多个用户访问，使资源利用率大大提高。在这种教育网络中，教学不受时间、空间和地域的限制，有利于教师教和学生学，也能为其他课程设计提供参考。
参考文献
[1]李克东.教育技术学研究方法[M].北京:北京师范大学出版社,2003.
[2]沈小平,马士华.基于人-机-网络一体化的综合集成管理支持系统研究[J].系统工程理论与实践,2006(8):86-90.
[3]顾基发,唐锡晋.综合集成方法的理论及应用[J].系统辩证学报,2005,13(4):1-7.
[4]田冰雪.ICAI系统学生模型的设计与系统评价[D].天津:天津大学,2003.
[5]杨世伟.“教学处方理论”应用研究与实践[D].武汉:华中师范大学,2006.
[6]郑永柏.教学系统设计理论和方法研究:教学处方理论和ISD-EPSSS的设计与开发[D].北京:北京师范大学,1998.
关键词 综合集成方法论；网络辅助教学设计系统；教育技术学研究方法
中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1671-489X(2011)33-0108-03
Research of Web Assisted Instruction Design System based on Meta-synthesis Methodology: Take Research Method of Education Technology for Example//Ouyang Ming1, Tao Yanping2
Abstract Based on the network intelligent computer aided instruction design system is a complex system. This paper proposes to use such as Qian Xuesen raised by the Meta-synthesis Methodology as design thought, Assisted design of teaching and student self-learning system, and with education technology professional master graduate student of Research Method of Education Technology of the course of design as an example to illustrate.
Key words meta-synthesis methodology; network-assisted instructional design system; research method of education technology
Author’s address
1 Vocational and Further Education College, Yunnan University, Kunming, China 650091
2 Network and Information Center, Yunnan University, Kunming, China 650091
网络环境下的智能计算机辅助教学设计系统，是以认知心理学理论为基础，将网络技术与人工智能技术用来解决教学设计这一问题的计算机系统。它既能辅助教师的教学设计工作，又能对学生进行个别化的学习指导,具有根据各个学生对知识掌握和理解的程度自动选择教学策略、调整教学速度等特点。
它是由“学生模块”“领域知识模块”“教学决策模型”“评价模块”组成的一个复杂系统，而综合集成方法论具有适用于处理开放复杂巨系统问题的特点，因此引用综合集成方法论作为指导思想对该系统进行设计有一定必要性和意义。
教育技术学研究方法是教育技术专业硕士研究生必修的重要基础课程和核心课程之一[1]，无论是在国内，还是在国外，人们都给予高度重视，它对教育技术学的应用和发展具有重要意义。以综合集成方法论为指导，将教育技术学研究方法课程开发成基于网络的智能计算机辅助系统，不但有利于指导学生的自主学习，因材施教，因风格施教，因需要施教，还能帮助教师进行教学设计，在一定程度上减轻教师的智力劳动，提高教学系统设计的质量和效率，可为经验较欠缺的青年教师的教和经验不足的学习者的学提供良好借鉴。
1 网络辅助教学设计系统的理论依据
1.1 综合集成方法论[2]
1990年，钱学森、于景元、戴汝为等首次把从定性到定量处理开放复杂巨系统的方法定名为的综合集成法。综合集成法的实质是专家经验、统计数据和信息资料、计算机技术三者的有机结合，构成一个以人为主高度智能化的人-机结合系统，发挥这个系统的整体优势去解决问题。它具有综合集成人的经验、知识、智慧和人的思维、思维的成果以及各种情报、资料和信息，实现从局部定性的知识到整体定量的认识的功能。在哲学上，就是把经验与理论、定性与定量、人与机、微观与宏观、还原论与整体论辩证地统一起来。
综合集成方法的理论基础是思维科学，方法基础是系统科学与数学，技术基础是以计算机为主的现代信息技术，哲学基础是马克思主义的实践论和认识论。它的主要特点[3]：1）定性研究与定量研究有机结合，贯穿全过程；2）科学理论与经验相结合，把人们对客观事物的点滴知识综合集成解决问题；3）应用系统思想把多种学科结合起来进行综合研究；4）根据复杂巨系统的层次结构，把宏观研究与微观研究统一起来；5）必须有大型计算机系统支持，不仅有管理信息系统、决策支持系统等功能，而且要有综合集成的功能。
教学系统设计是一个复杂的系统，它是由教育系统的复杂性决定的。教育系统在结构与功能上表现为规模大、相关因素多且相关方式复杂、目标多样等；在运动上表现为随机性、非线性等，用一般的理论方法无法全面合理地解决这一不良结构的问题。因此，运用综合集成理论的方法来研究教学设计智能化过程，构建科学合理的教学设计系统，具有重要的理论和实践价值。
1.2 心理学基础[4]
认知心理学（Cognitive Psychology）是以信息加工观点为核心的心理学，它兴起于20世纪50年代中期，其后得到迅速发展。认知心理学是智能计算机辅助教学重要的心理学理论依据。它运用信息加工的观点来研究人的认知活动，其研究范围主要包括感知觉、注意、表象、学习记忆、思维和语言等心理过程和认知过程，以及儿童的认知发展和人工智能。其中，感知觉、注意和记忆等是认知心理学研究的基础层次，这些理论对于进一步认识人的认知结构和认知过程，研究学习者的心理特征与认知规律，从而促进学习者的学习具有很大的现实意义。它注重的是由学习者来控制学习过程，让学习者选择对自己有意义的学习活动；它积极地为学习者创设学习情境，帮助学习者用他们已有的知识去建构、生成、整合新的知识。
1.3 建构主义学习理论
基于建构主义学习理论的个别化教学模式，强调以学习者为中心，满足每个学习者的学习需要。个别化教学可以根据每个学习者的特点为其选择教学方法、内容和媒体，允许学习者自己选择其想要达到的目标。这种教学模式不仅能够提高学习者的学习效率、保持学习者高昂的学习动机，而且可以培养学习者的创新能力和自主决策的能力，挖掘学习者的发展潜力，十分适合目前倡导的素质教育。
1.4 教学处方理论[5]
教学处方理论是郑永柏博士于1998年提出一种新型的适合于信息化教学设计的理论，它主要包括6个基本概念、一个理论框架、3条基本原理和2个关于教学设计的知识库[6]。该理论指出教学处方可以看做教学设计者依据系统分析后使用的各种教学模式、教学方法和教学内容处理模式的组合，说明在特定教学条件下对特定教学结果的教学，以不同的学习理论和教学理论为指导将会采用不同的教学方法，即教学处方。
2 网络辅助教学设计系统的设计
在网络辅助教学设计系统的设计中，教学过程是多因素、多层次的过程。系统的设计要对教学系统中各要素进行整体的、综合的考虑，以分析教学的问题和需求为起点，通过要素分析、策略设计、决策优选、系统综合来解决教学问题，从而确立最优化解决问题的方案。
通过以往的文献资料查阅和分析，笔者发现过去的智能计算机教学辅助系统限于辅助学生的学习，而同时又能辅助教师的教的相关文献很少，引用综合集成方法论指导该系统设计的文章尚未见报道。
在总结6年来云南大学教育技术学硕士研究生教育技术研究方法课程教学实践的基础上，引用综合集成方法论作为指导思想，利用多种智能方法对该课程的网络辅助教学设计系统进行初步的设计。
1）学生模块。在学生模块中，存储了学习者认知特征的数据结构，主要记录学生的基本信息、学习风格、认知水平、学习动机等，为教师模块的教学决策模块提供依据。系统面对的是众多的个性千变万化的学习者，系统真正要想做到因材施教的个性化教学，就必须了解当前的学习对象，对学生进行学前数字化分析（学前评价）。
该模块的数据来源为云南大学09届和10届教育技术学专业研究生，共36人。按照常模，把他们分为本科初步学过该课程和本科没有学过该课程的两个大类。对每一类的学生进行学习者认知能力量表、学习者学习动机量表、所罗门学习风格量表的测量。在对学生进行学前评价所获得的大量数据的基础上，采用人工神经网络方法来进行数据挖掘，对学习需求、学习风格、认知能力、学习动机等学习者特征进行分类，为教师模型的内容和策略的选择提供依据。
2）教学决策模块。该模块用于组织、管理和实施整个教学活动，职责是根据学生模型反映的情况采取有效的行动来指导学习过程。学生也可根据自身学习情况，通过智能系统的搜索与推理，得出智能化的教学策略与学习方法和内容。它不仅能够较科学地评估学生的学习水平，还可以激发学生的学习热情，为教师教学和学生的学习提供客观的依据和科学的方法，辅助教学，提高教学质量和效率。
该模块的设计主要体现了系统的开放性和可扩充性。一方面，它根据学生模型的信息来评价该学生的学习程度和学习方式，为学习者提供相应教学内容、学习策略，有利于学生更好地掌握知识。其中，教学内容根据教育技术学研究方法课程具体目标，结合学习者前端数据分析的结果进行选择和确定。学习和教学策略依据前端数据分析的学习者风格、动机、教学目标数据种类进行排列组合，给出处方。另一方面，教师能够修改、更新领域知识库的内容，如修改相关的知识点，添加练习题和测试题。
3）领域知识模块。领域知识模块主要包括教学内容等资源，如要教给学生的课程知识、教材重点、各部分的联系、参考资料等。可以把它分成两部分，一部分是领域基本知识库（事实性知识），另一部分是经验知识库。领域基本知识指教学领域中基本概念等常识性知识，如课程中的基本原理、知识、方法、步骤和各种研究工具的使用；经验知识库主要包括学生学习过程中总结的内容和获取的经验。知识库不同于一般的数据库，它主要是对知识进行存储与管理，是一个动态数据库，更有利于搜索和调用这些多媒体资源。
4）评价模块。评价模块的主要作用是根据学习者的反馈信息对教师模块和领域知识模块做出调整，以适合学习者学习或教师的教学。该模块通过对学习者关于教师对教学设计方案和教学方案实施结果的满意度的信息数据和学习者对教学过程、教学策略的适应性的信息数据，与其他方法相比较。通过比较分析发现智能辅助教学系统的不足，及时对系统各个环节的工作进行相应的修改。
对系统的设计的基本结构如图1所示。最后，按照前面所述的原理、方法和技术，具体针对学生的学习内容、学习策略、学习目标和教师的教学策略等对该系统进行初步设计、开发，期待进一步验证补充提高。
3 结束语
网络环境下的教育技术研究方法辅助教学设计系统，利用网络作为载体，进行教学工作，具备很多优点和功能。
1）结合数字化方法和数据挖掘技术，对前端数据进行分析，如学生的认知能力、学习风格、学习动机等，通过定性和定量相结合建立学生模型。
2）针对教学设计的复杂性和不良结构问题，把教学设计理论、方法与教育技术研究方法课程相结合进行教学设计。
3）给出的学习者学习建议方案，方便学生自由选择学习的内容和时间，有利于学习者自主学习。这样不但增强学生学习的主动性与灵活性，而且提高学生的学习兴趣。
4）给出的教学设计方案可为青年教师提供良好借鉴，有利于教师因材施教、因风格施教、因需要施教。教师能根据学生的不同特点选择最适当的教学内容和教学方法，并可以对学生进行有针对性的个别指导。
系统利用网络可以接受多个用户访问，使资源利用率大大提高。在这种教育网络中，教学不受时间、空间和地域的限制，有利于教师教和学生学，也能为其他课程设计提供参考。
参考文献
[1]李克东.教育技术学研究方法[M].北京:北京师范大学出版社,2003.
[2]沈小平,马士华.基于人-机-网络一体化的综合集成管理支持系统研究[J].系统工程理论与实践,2006(8):86-90.
[3]顾基发,唐锡晋.综合集成方法的理论及应用[J].系统辩证学报,2005,13(4):1-7.
[4]田冰雪.ICAI系统学生模型的设计与系统评价[D].天津:天津大学,2003.
[5]杨世伟.“教学处方理论”应用研究与实践[D].武汉:华中师范大学,2006.
[6]郑永柏.教学系统设计理论和方法研究:教学处方理论和ISD-EPSSS的设计与开发[D].北京:北京师范大学,1998.