教學設計自動化

下面內容來自期刊文獻：何克抗的教學設計理論與方法研究評論；黃榮懷的關於教育技術學領域中的若干關鍵技術；魏順平的教學設計自動化語義模型及其實現方法。

[1]何克抗.教學設計理論與方法研究評論(下)[J].電化教育研究,1998(04):29-32.

國際上率先提出教學設計自動化 ( Automated Instructional Design,簡稱 AID)思想的學者是梅瑞爾 ,他於1984年發表的《計算機指導的教學設計》一文是對這一領域的最早探索。[1 4]一般認為 ,之所以對AID有需求是基於以下理由: · 教學設計過程要求具有多方面的專門 知識 (如學習理論、教學理論、教學設計等 ) , 這對於普通教師來說是很困難的; · 教學設計過程要花費大量時間和精 力; · 教學設計過程既是一種高度創造性的 活動 ,同時又包含許多重複性工作 ,這類工作對於人是不勝其煩的 ,而對計算機卻輕而易舉。但是要真正實現AID卻不是一件容易的事情 ,因為這是一個涉及多種因素交互作用的複雜過程。這些因素包括: 學習者的特徵、教學媒體、學科性質、所要傳授的知識和技能的類型以及所用的教學策略、教學方法等等 ,所以古德耶 ( P. Goodyear)認為AID涉及的是一個複雜的問題空間 ( Space of issue) ,並且具體給出該問題空間如表2所示。[13 ](Marcelo Fernandes, Using Digital Technology to Automate Instructional Design, Educational Media International, Vol. 32, No . 4, 1995.)

（1）活動的性質設計 (規劃) :

· 學習事件設計、學習環境設計和學習資源設計。 

· 從訓練分析到細節要求的設計。

活動的性質開發 (製作) :

· 把設計過程的輸出變換為有效信息傳遞所需的適當輸入。

活動的性質傳遞 (實施教學)

· 進行教學、 培訓和面對面的指導

· 運用課件進行教學。

（2）自動化的含義設計 (規劃) :

· 把一組教學目標變換為對一系列教學事件的具體規定。 

· 基於計算機的教學設計顧問。

· 提供更有效和更令人感興趣的教學設計工具。

自動化的含義開發 (製作) 

·把教學的具體要求自動變換為代碼。 

· 提供寫作工具包 (課件開發環境)。

自動化的含義傳遞(實施教學)

· 用課件體現自動化教學。

（3）自動化的動機設計(規劃) :

· ID是經常性的工作。 

· 高水平的ID既困難又不經濟。

自動化的動機開發(製作) 

· 教學資料開發是經 常性工作。

自動化的動機傳遞(實施教學)

· 教學 (教學信息傳遞)是經常性工作。 

· 優秀教師很缺乏而優秀課件容易大面積推廣,且成本合算。

（4）ID自動化所涉及的理論問題設計(規劃) :

· 應充分理解ID的實際過程。

· 應掌握如何設計智能指導系統( ITS)。

ID自動化所涉及的理論問題開發(製作) 

· 應充分理解不同類型課件開發的特點與要求。

ID自動化所涉及的理論問題傳遞(實施教學)

· 應充分理解交互式學習過程及交互式學習環境的特點。

（5）ID自動化實現過程中所涉及的問題設計(規劃) :

· 如何獲取教學設計專家的經驗與知識。 

· 如何將各種教學設計現象形式化。

ID自動化實現過程中所涉及的問題開發(製作) :

· 代碼自動生成技術。 

· 後繼模塊與先行模塊之間的接口技術。 

· 學習資源集成技術。

ID自動化實現過程中所涉及的問題傳遞(實施教學):

· 課件的有效適用範圍。 

· 學科內容的表徵、 學習者特徵的表徵和教學策略的表徵。

（6）評價ID自動化所涉及的問題設計(規劃) :

· 性能-價格比的測量。 

· 更可靠、更完善和更少二義性的設計。 

· 可復用技術的設計。

· 用戶的滿意程度。

評價ID自動化所涉及的問題開發(製作) :

· 設計意圖與實際教學效果之間是否匹配。 

· 開發效率的高低。 

· 用戶的滿意程度。

評價ID自動化所涉及的問題傳遞(實施教學):

· 對學習的改進情況。 

· 性能價格比的測量。 

· 學習者滿意度的測量。

前三種實際上屬於「計算機輔助教學設計」 (Computer Aided Instructonal Design, 簡稱CAID) ,後面三種才是真正意義上的教 學設計自動化。從目前已實現的CAID來看 , 大多是在多媒體寫作工具或寫作系統的基礎上擴充部分教學設計的功能 (例如提供教學策略、教學設計實例或教學設計模塊的支持) ,因而這類系統只能部分取代教學設計人員的工作,在教學設計過程中只起著輔助作用。具有後面三種功能之一的AID系統也稱「教學設計專家系統」 ( ID Expert System) , 這是因為這類系統能完全取代教學設計人員 的所有工作 ,真正起人類教學設計專家的作用。目前這類系統雖然還是鳳毛鱗角 ,但是確實已有相當出色的成果問世 ,並已開始商品化。下面我們就對這兩種不同類型的教學設計自動化,擷其有代表性的成果加以介紹。

( 1) Electro nic Trainer(電子教練 ) [14 ] 

這是1996年2月才推出的一個商品化軟體包 ,主要部件有學生演播器 ( Student Player)和教學開發工具 ( Instructional Development Builder) ,軟體在 Windows3.1或 Windows95下運行,硬體要求滿足MPC-2標準即: 486 /66處理器、2M 內存、二倍速光碟機、 16位音效卡和支持24位顏色的顯示卡,若在M PC-3標準下系統將運行更快。該系統要求有Toolbook 寫作系統的實時支持 ,並要求有Aysmetrix Multimedia Toolbook4. 0 的使用權以進行多媒體的編輯創作。 

( 2) GAIDA(教學設計諮詢指導) [3 ]

這是一個典型的帶有ID模板和ID實例的聯機幫助系統 ,它是在著名的教育心理學家加涅(R. M. Gagne)的領導下實現的。該系統完全基於加涅的「九段教學模式」 ,或者說是加涅的九個教學環節的具體體現。使用對象是沒有經驗的課件開發者,用戶可以很方便地由當前屏幕轉向右下角1/4屏所顯示的教學內容—— 只需按下「 GO TO SAMPLE LESSON」按鈕即可 ,這樣做的結果實際上是使用戶進入指定的課文; ICW按鈕 (在右上角 )提供和多媒體運用有關的補充指導; NOTES按鈕使用戶可以加入註解和制訂一個初始的上課計劃;九個數字鍵按鈕使用戶可以根據自己的要求隨時進入九個教學環節中的任一環節,這樣,用戶就可按非線性方式通過超文本系統,並進行基於實例的個別化教學設計指導。

( 3) JBM T(基於教學策略的課件開發平臺)

該系統由我國北京大學計算機系的汪瓊博士開發。[15 ]她提出一種新的教學軟體開發模型—— 課堂寫作模型,該模型將教學軟體的開發分為課件寫作、堂件寫作、教學過程支持三個階段。在此模型支持下,教學人員在用計算機進行教材編寫、教案編寫和課堂講授的同時完成教學軟體原型的生成和逐步求精。由於該模型將較穩定的教學內容設計和較多變化的教學過程設計予以分離,使個別化教學能較靈活地進行,從而實現了一個既有較強的多媒體寫作功能,又能提供多種教學策略支持的計算機輔助教學設計系統。這也是國內第一個較完善的 CAID系統。

4.典型教學設計專家系統介紹 

下面以梅瑞爾等人研製的 ID Ex pertTM 為例具體介紹教學設計專家系統的結構與功能 ,該系統是目前所能看到的最為成功的一個ID專家系統 ,並且已有正式產品推出。

ID ExpertTM是基於規則的專家系統 ,它可以根據教學設計人員提供的信息 ,提出關於課程組織、內容結構、教學處方等方面的建議 (推薦意見 )。

圖 5 ID Ex pert的基本結構和教學事件處理殼

ID Ex pertTM是在教學事件處理殼 ( in- structio nal transactio n shell)基礎上實現的。在系統級 ,一個教學事件處理殼是一組用於顯示知識元素 (或資源 )和對學生輸入進行翻譯的規則。一個教學事件處理殼由下列部件組成:

· 一簇事務處理 ,其中每一個均由幾種交互方式組成 (交互方式有呈現、練習、訪問 ) 並有一位交互方式管理員; 

· 一個知識庫 ,包含所要教的知識或技能; 

· 一組教學策略 ,這是為給定的學習任務、學習者和學習環境而制定的教學處方; 

· 用戶接口模塊 ,它包括一個知識獲取系統、一個多媒體資源編輯器和一個教學事 件構建系統;

功能: 

· 用戶可以將單個知識庫同時用於幾種不同的課程; 

· 由於內置教學策略 ,所以用戶只需提供要教的知識; 

· 用戶只需按一下按鈕就可方便地修改內置的教學策略; 

· 用戶可以根據不同學習者的特徵(動機、經驗等 )來構建課程。

優點:

①只需按一下按鈕就可方便地修改內置的教學策略 ,這種靈活性可能帶來的好處有: 

· 快速生成課程原型; 

· 對同一課程內容進行不同的教學策略分析及探索; 

②為自動化的教學設計與開發提供綜合參考和一系列的指導方針,這方面可能帶來的好處是: 

用於教ISD原理和作為把ISD理論與計算機輔助教學的實際開發聯繫起來的直觀演示。

【】[1]黃榮懷.關於教育技術學領域中的若干關鍵技術[J].中國電化教育,2005(04):5-9.)

教學設計自動化，簡稱AID,是指有效利用計算機技術為教學設計人員和 其他教學產品開發人員在教學設計和教學產品開發過程中提供輔助、指導、諮詢、幫助或決策的過程(馬寧, 餘勝泉(2002).簡述教學設計自動化研究[ A] .第六屆全 球華人計算機教育應用大會(GCCCE2002)論文集[ C] .)。教學設計自動化更為貼切的提法應該是計算機輔助的教學設計，簡稱CAID.

從1984年梅瑞爾首次提出教學設計自動化開始,教學設計自動化吸引了很多教育技術專家、心理學家、人工智慧專家和計算機專家的參與，如Tennyson、Spector等，並取得了相當多的成果。從1984年到90年代中期，教學設計自動化發展十分迅速，並產生了大量著作和產品原型，從90年代後期開始，教學設計自動化大多以別的面貌出現，其研究也越來越深入。

目前教學設計自動化的研究主要集中在5個方面：（1）提供集成寫作工具。如WebCT、WebCL等各大網絡教學支撐平臺都集成了寫作工具，充分利用網絡的優勢，簡化了過程。（2）提供教學設計專家系統。例如，梅瑞爾等人研究與開發的ID Expert就是基於規則的專家系統，它可以根據教學設計人員提供的信息，提出關於課程組織、內容結構、教學策略等方面的建議。（3）提供教學設計諮詢服務.專家系統開闢了教學設計的新領域，但是卻抑制了教學設計開發人員創造性的發揮，諮詢系統更注重發揮教學設計人員的主觀能動性。Duchastel提出的教學設計諮詢系統原型 IDAW-Instructional Design Advanced Workbench是一個基於計算機的基礎開發平臺，支持不限制設計者情況下的認知任務的教學設計。（4）提供教學設計的信息管理系統。如學習研究協會（Institute for Research on Learning）開發的IDE(Instructional Design Environment)系統。（5）提供電子績效支持系統EPSS。如Paquette et al (1994) 在Duchastel的Workbench基礎上推出的名為AGD的績效支持系統，Designer's Edge (Chapman,1995) 和Instructional Design Ware等。另外，教學設計自動化技術一個最直接的應用是為教師提供教學設計模板。Web Quest就是一個很好的例子，它提供了多套方便適用的教學設計模板，教學設計人員和教師只需填入相應的內容，就可生成Web Quest教學網站，大大降低了教學設計的難度。

教學設計自動化的更進一步發展要求它具備更高的自動化,這需要積極藉助自然語言理解和信息檢索領域的成果。

【】[1]魏順平,路秋麗,何克抗,李宇翔.教學設計自動化語義模型及其實現方法[J].開放教育研究,2009,15(06):52-60+87.

【摘要】 教學設計自動化屬於教學設計研究領域的一個重要課題, 國內外多位學者曾提出教學設計自動 化理論, 並設計開發了多種教學設計自動化工具。本研究通過對國內外教學設計自動化理論研究成果的系統梳 理, 揭示出已有理論存在教學處方粒度偏大或偏小的不足, 並從實際需求出發, 構建了基於教學設計模板、教學模式、優秀教學設計方案、課程標準、教學設計學科本體等多個知識庫的教學設計自動化語義模型。為實現這一 模型, 作者給出了基於文本挖掘的教學設計學科知識庫半自動建構的理論與方法, 以及相應工具開發的技術路線。該模型可用於支持中小學多學科教學設計, 以及理論知識學習的教學設計自動化工具的開發, 能夠為當前 正在開展的教師教育技術能力培訓提供智力支持。

目前國際上關於 AID的研究進展緩慢, 國內研究 也比較匱 乏。通過 在 ISIWEBOFSCIENCE、 SPRINGER、 ERIC等文獻檢索系統中以關鍵詞 「 AutomatedInstructional Design」和「AutomatingInstructionalDesign」檢索(檢索時間是 2008年 3月 8日), 共獲得三篇論文, 其中最新的一篇介紹了AID工具過程中的差異, 指出教學設計新手在使用 AID工具時獲益最大 (Uduma＆ Morrison, 2007)Uduma, L., ＆Morrison, G.R.(2007).How do instructional designers use automated instructional design tool? [ J] Computers in Human Behavior, 23(1):536-553.)。此外, 筆者還在 CNKI的中國期刊網和博碩論文庫以及萬方公司的博碩論文庫中檢索 「教學設計自動化 」 (檢索時間為 2008 年 3 月 8 日), 其中期刊網上有四篇論文主要介紹國外AID的研究成果(謝小川, 2007;張媛媛等 , 2007;李慧桂等, 2005;黃榮懷, 2005), 一篇論文則介紹了自主開發的網絡課程集成環境(梁志華等, 2007);從博碩論文庫搜索到一篇博士論文, 三篇碩士論文。 

本研究通過對國內外教學設計自動化理論研究成果的系統梳理, 採用面向對象的方法, 構建一個能為計算機所理解的教學設計自動化語義模型, 並給出實現該模型的關鍵方法, 開發用於中小學多學科教學設計方案編寫以及教學設計理論知識學習的教學設計自動化工具, 旨在為推廣教學設計方法 、提升中 小學教師的教育技術能力水平提供更好的技術支持, 從而進 一步推動教學設計自動化研究向前發展。

綜觀上述教學設計自動化理論方面的研究成果, 一個突出的問題是如何恰當規定教學處方的粒度。對教學處方的過細規定, 如梅瑞爾和瑞格魯斯等人的工作只注重教學方法變量的橫向分析, 將對最後教學設計方案的形成造成困難; 對教學處方的過大規定如大到一個教學模式 , 則會造成所開出的處方難以精確解決教學中存在的問題;而加涅的9-5矩陣返回的處方則不具有學科針對性, 不利於學科教師的使用。因此, 筆者將採用面向對象的方法來構建一個新的教學設計自動化語義模型, 並通過這一語義模型實現對教學處方的粒度的一個折中處理, 即在依據教學結果和教學條件推送教學處方時, 既注重教學處方在縱向上的整體性, 即給用戶一個完整的教學設計方案樣例或教學模式, 又注重教學處方在橫向上的原子性, 即給用戶提供各個環節教學設計的具體建議, 並允許只選用一個完整教學設計方案樣例或教學模式中的一部分作為最終採用的教學處方, 此外, 還要實現對教學處方的學科化處理。為了實現教學處方粒度方面的靈活處理, 需要對教學結果、教學條件以及教學處方做出更為合理的語義建模, 崔光佐(2008)的教學設計語義模型提供了一個範例, 但仍需根據本研究所想實現的中小學多學科教學設計方案編寫以及教學設計理論知識學習的教學設計自動化工具的獨特性予以重構。

教學設計自動化語義模型是教學設計自動化理論的一種表徵方式, 主要為計算機理解教學設計自動化理論而建立。教學設計自動化具有輔助、指導、諮詢、幫助或決策等功能, 其核心應該是決策功能。計算機的決策功能建立在內容豐富的知識庫基礎上。因此, 教學設計自動化模型應該包含 若干個知識庫 , 並對這些知識庫的建模方法予以規定, 以使該模型蘊含一定的推理功能, 從而能夠完成一定的教學決策。由於本研究所要研製的模型將用於支持中小學多學科教學設計方案編寫以及教學設計理論知識學習的教學設計自動化工具(其核心功能模塊是智能化教學設計方案編寫工 具)的開發, 因此, 該模型應該包含教學設計模板庫、教學模式庫、優秀教學設計方案庫、教學設計規則庫(以中小學各學科課程標準為主)、教學設計學科領域本體等。其中, 教學設計模板庫、教學模式庫、優秀教學設計方案庫、教學設計規則庫等主要用於教師編寫教學設計方案時的各種推理和決策, 教學設計學科領域本體則用於教師學習相關理論知識。

圖 5 教學設計自動化實現的一般過程框圖

本研究仍然存在三個方面的不足:一是對教學設計推理時各項輸入的描述不夠精確, 例如教學目標只能停留在已有教學目標分類體系中的各項目標的基礎上, 教學內容也只能 以課程標準中的粒度較大的學科內容來描述 , 這些描述方法將導致條件描述粗糙, 難以做到精確匹配;二是教學設計推 理的輸出部分仍欠豐富, 還需提供更多的學科教學設計方案和已有的學科教學模式和教學策略;三是教學設計學科知識 只能以文本形式表徵, 不夠直觀。今後, 教學設計方案編寫工具還需針對上述三個方面的不足做出進一步的完善, 後續研究包括:建立更為細化的教學設計初始化條件的描述模 型, 用於標註這些條件的內容體系將具體到各個學科;在應用過程中, 不斷回收產生的教學設計方案, 用以繼續豐富、優化知識庫, 不斷增強教學設計方案編寫工具的相關推送功 能;採用 FLASH動畫技術, 以概念圖的形式直觀呈現教學設計學科領域本體中概念及概念間的關係, 並能實現概念關係的動態展開。