高校教师教学设计支持系统的设计

赵立影　邱飞岳

摘 要：教学并不是一个自然发生的行为，而是通过系统的设计而形成的有序过程，因此要求教师掌握一定的学习理论、教学理论和教学设计的基本知识与技能。本文提出一个针对高等学校教师“教学设计支持系统”的概念模型。这一系统主要实现两个目的：一是为高校教师提供一个获取教学设计知识的环境，二是辅助教师快速而有效地完成教学设计过程。这一系统包括四个相互关联的子系统：知识库子系统、案例库子系统、自动化设计子系统和虚拟社区子系统。

关键词：教学设计 快速原型 对象 知识管理

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1673-8454（2009）03-0077-03

一、背景

在社会飞速发展的21世纪，信息技术作为现代教育手段，正广泛应用于高等教育领域，并对其产生全面影响，引发教育理念的深刻变革。在这场变革中，信息化教学设计，作为教育理念与实践之间的桥梁，其重要性日益凸显。但是一直以来，大部分高校的教师来自非师范类院校的博士、硕士，他们虽具有前沿的专业知识和较强的科研能力，但往往缺乏对教育理论的研究，缺少教学方法的实践，更缺少教学设计的系统知识。因此，如何解决对高校教师教学设计能力日益增长的需求和其自身知识不足之间的矛盾，成为亟待解决的重要问题。教学设计需要教师具有教学理论、学习理论等专业知识且要花费大量的时间和精力，为快速引导教师进入教学设计领域并减轻其教学设计负担，可以为其提供一定的教学设计支持工具来帮助他们完成教学设计。本文将提出一个教学设计支持系统（Instructional Design Supporting System，简称IDSS）的概念模型，这一系统试图实现帮助教师快速掌握教学设计知识和辅助其完成教学设计工作两大目的。

二、教学设计支持系统的理论基础

1.软件工程

教学设计支持系统作为一个软件系统，首先应该遵循软件工程的基本思想与原则。Merrill等人认为，教学设计是一个工程学科 (Engineering Discipline)，因此教学系统与支持工具的开发应该与一般的软件系统和支持工具的开发相类似。[1] 在本系统的设计中，主要利用软件工程的两种思想：（1）快速原型。在快速原型开发过程中，在设计的早期阶段，首先建立一个小规模的原型来展示目标系统的关键特征。用户或客户对这一原型进行评价，进一步细化对于软件系统的要求。通过逐步改进和完善原型使其更好地满足用户需求，可以开发出用户满意的软件产品。原型进化模型将线性序列模型的原理与原型的可重复思想结合在一起，允许在系统设计与开发的早期阶段对系统的关键性特征进行试用性开发，因此更容易及早发现问题并做出调整。[2] 将快速原型思想应用到教学设计支持系统的设计与开发中，可以允许该系统具有更大的灵活性，这一点对于实现动态的教学系统设计来说至关重要。（2）对象。学习对象是基于一定标准的具有可重用特性的数字化教学资源构件。一般而言，学习对象实体具有一定的功能可以实现重用，因此可避免大量的重复劳动。学习对象背后隐含的思想是期望在新的教学系统开发中提高资源的可重用性。[3] 面向对象的软件工程为自动化教学设计提供了一种新的思考方式，例如，教学设计规律可以以一定的形式构建成一系列可重用的预设的模型，在不同的教学情况下，可以根据需要选用某些预设模型。

2.知识管理系统

教学设计本身是一个巨大的研究领域，其过程涉及从需求分析到教学解决方案的设计与实施。随着将近50年的发展，教学设计的知识正在迅速成倍增长，因此管理大量的信息与知识成为教学设计领域的核心问题之一，这一问题的解决得益于知识管理系统。同时，教学设计通常是复杂的任务或活动的集合，需要多人在不同的时间甚至是不同的地点来协作完成，知识管理系统在支持交流与协作方面的关键特征对于开发教学设计支持系统同样具有重要的意义。因此，将知识管理系统应用到教学设计系统的设计与开发中，可以使这一系统提供灵活的、易获取的信息与知识，并且提供给来自不同高校的教师参与持续合作的环境，从而增加提高教学设计与开发项目质量的可能性。[4]

3.认知学徒

认知学徒既是一种教学过程，又可以说是一种教学方法，旨在传授专家用来处理复杂问题的过程。教学设计支持系统的设计体现出认知学徒的一些核心思想。（1）情境学习，即在真实的应用情境中传授知识和技能，反映出真实问题的解决方式。在教学设计支持系统中，教师面临的任何教学设计问题都是真实的教学设计问题，而且其中的一些问题就来自于他们的日常教学。（2）示范。示范用来展示专家执行一项任务时的过程，新手通过观察执行过程，可以构建一个与这一任务相关的概念模型。在模拟示范的过程中，对于操作步骤的相应解释也要包含在内，学习者在观看演示的细节过程时可以查看相应的解释。[5] 在教学设计支持系统中提供的教学设计案例均要同时伴有详细的解释，教学设计新手在模拟设计过程的同时即可将相应的知识内化到自身的知识系统之中。（3）反思。反思可以促进学习者将自己的问题解决过程与专家或者其他人的问题解决过程进行对比。教学设计支持系统中提供的虚拟社区工具将促进新手教师就自己的设计项目与其他教师进行交流，促进其反思与成长。

三、教学设计支持系统（IDSS）的设计

教学设计支持系统是一种教学设计支持工具，用来支持教师学习教学设计知识，同时辅助教师完成基于计算机的教学系统的设计与开发。本研究设计的教学设计支持系统的基本结构包括：知识库子系统、案例库子系统、自动化设计子系统与虚拟社区子系统。知识库子系统存储关于学习、教学和教学设计的领域知识。案例库子系统提供真实的设计实例来创建一个广泛的信息环境。自动化设计子系统可以根据学科教师输入的信息，利用知识库子系统、案例库子系统和推理机来生成一定的教学设计原型。虚拟社区子系统是一个虚拟的环境，教师可以就他们的设计思想与设计项目进行交流，甚至可以合作共同完成一个复杂的设计项目。在IDSS中，知识库子系统、案例库子系统和自动化设计子系统分别处于三个层次，具有不同的功能并分别面向不同的用户。IDSS的基本结构如图1所示。

1.层次1：针对教学设计入门者的知识库系统

教学系统设计主要是运用系统方法，利用学习理论与教学理论等基本原理指导各个教学环节的具体计划，创设有效的学与教系统的过程或程序。因此，学习和教学理论对于教学设计来说是基础，不了解他们，教学设计就无从谈起。同时，教学设计也是依据一定的设计模型来完成的系统工程，教学设计模型有助于设计者将问题可视化，分割成具体的可以控制的小问题单元，使设计者可以以系统的、清晰的过程来完成设计任务。因此，在入门阶段，为使学科教师对教学设计与开发的基本知识有一个初步的了解，知识库子系统主要存储来自于心理学和哲学研究领域的关于学习与教学的基本理论与观点，以及基于不同的教学设计理论形成的一系列教学设计模型。所有这些知识以学习对象的形式加以组织，可以方便地进行添加、删除、修改和提取。对于教师而言，知识库子系统只是一个弱的教学设计支持系统和弱的教学设计学习系统。

2.层次2：针对教学设计新手的案例库子系统

专家与新手的差异比较研究发现，在问题解决过程中区别专家与新手的主要因素并不是因为专家拥有更多的一般问题解决策略，而是其拥有大量的关于特定问题状态及其相应解决方案的知识。[6] 因此，案例库子系统主要针对教学设计新手。为尽快实现新手向专家的转变，该子系统中提供了大量已经完成的设计实例。在这一子系统中，学科教师允许查看已经完成的大学课程设计实例，其中既包括成功的案例，又包括不成功的案例。每一案例将详细阐释一个设计过程如何展开，为什么设计这样的学习活动等内容，其中示范并解释设计过程与潜在的教学设计规律之间的关系是案例分析中的一个核心问题。通过案例分析，学科教师置身于大量的案例情境中并可以从多个角度来分析案例。已完成案例也存在一个主要的缺陷，即他们并不能强迫学科教师仔细地分析他们。出于这一原因，除提供已完成的案例之外，在案例库中也提供了一些部分完成的实例。这些部分完成的实例一般提供一个初始状态和目标状态，并且提供部分解决方案，而教师必须自己完成剩下的部分以完全解决问题，通过此种方式可以推动教师深刻地分析与加工设计案例。总之，在第二层次，对于学科教师来说，整个的案例设计计划清晰透明，可以使他们透彻地掌握设计过程，从而顺利地进入到第三层次。案例库子系统是一个强大的学习系统，但却是一个弱的教学设计支持系统。

3.层次3：针对教学设计专家的自动化设计子系统

学科教师作为一名教学设计者，不可避免会遇到重复的需求，这些需求可被看作是可重用的对象。例如，在入门课程中教授一个基本的概念，是每一个教师经常会遇到的教学事件。对于这类教学事件有一个已经成熟的教学方法：呈现定义、正例、反例，提供练习的机会、利用新的正例与反例对概念的应用进行测试。[7] 因此IDSS系统的第三层结构整合知识库、案例库与数据库三个子系统。知识库与案例库中的数据以学习对象的形式进行存储，并使用if-then-else 的条件规则表达形式。数据库中则存储与特定设计任务相关的具体信息，主要包括学生的基本信息（如年龄、预备知识、学习态度等）、学习材料和内容、学习环境、多媒体资源等。教师提出具体的设计任务，并加以详细描述，系统从知识库、案例库和数据库子系统中搜索相关信息，并利用推理机产生基于这些描述的设计方案。然而，这里需要强调几点：首先，教学不是一门精确的科学，在一定意义上说，教学活动是个性化的艺术活动，因此，当面对某一设计问题时，可以产生多种设计方案，而不仅是一种方案，教师可以从中选择对他来说最合适的一种；第二，在教学过程中，随着学生学习表现的变化对设计方案做出一些调整是不可避免的。因此，教学设计方案应该允许设计活动过程具有更大的灵活性，以实现适应性教学。自动化教学设计子系统是一个强大的支持系统，但却是一个弱学习系统，它可以帮助教师完成教学设计方案但是却不能使他们了解为什么要这样做。

4.虚拟社区子系统

只有当个体充分融入到教学设计过程时，IDSS系统中的可重用性与自动化的价值才能真正体现出来。因此，除提供动态的教学设计环境之外，IDSS系统中利用虚拟社区系统用来实现信息的共享与交流。实现虚拟社区的工具如下：（1）交流工具（communication），BBS、E-mail、聊天室等，帮助教师实现同步与异步的交流；（2）分享与交换工作文档与作品的合作工具（collaboration）；（3）协调工具（coordination）用来在教师之间分配设计项目、快速而有效地安排会议、发布通知和会议议程等；（4）管理工具（control），便于社区管理员对成员进行审核管理，也便于各成员针对所发表的知识文件进行知识分享的权限管理。

四、结论

本文提出一个教学设计支持系统的框架结构。这一系统并不像其它的智能自动化教学系统，虽然它整合了部分自动化功能，但是它的主要目标是创建一个环境来帮助教师尽快地掌握教学设计知识，在此基础上，再通过自动化教学设计子系统来辅助教师完成教学设计过程。我们提出这样一种结构基于两点原因。首先，从技术的视角来看，目前人工智能的发展仍有局限，在专家知识与基于规则的系统表征之间仍有差距。因此，实现完全的自动化教学设计系统目前来说还是不可能的。第二，也是更重要的原因，是从教育的角度来看。我们认为教学设计或是教学是高度复杂与灵活的活动，因此产生一个固定不变的教学设计项目是不可能的，也是不正确的。同时，只有教师充分了解关于教学的知识，他们才能把握教学的本质，并灵活而有效地应对它。基于知识库的教学设计支持系统的最合适的结构应该是一个混合的系统，既为专家提供开放式的工具，为新手提供建议系统和问题解决案例库。[8]

参考文献：

[1]J. Michael Spector, Celestia Ohrazda (2004). Automating instructional design: Approaches and limitations, Handbook of research on educational communication and technology: second edition, 685-700.

[2]Timothy J. Ellis, William Hafner, Frank Mitropoulos (2004). Automating Instructional Design with eCAD 34th ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference.

[3]Ian Douglas (2001), Instructional design based on reusable learning objects: applying lessons of object-oriented software engineering to learning systems design, 31st ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference.

[4]J. Michael Spector (2002), Knowledge Management Tools for Instructional Design, ETR&D, Vol. 50, No. 4, 37–46.

[5]Brent G. Wilson (1996). Cognitive teaching models, Handbook of research in instructional technology.

[6]John Sweller, Jeroen J. G. van Merrienboer, Fred G. W. C. Paas (1998). Cognitive Architecture and Instructional Design, Educational Psychology Review, Vol. 10, No. 3.

[7]Merrill, M. D. (1993). An integrated model for automating instructional design and delivery Automating instructional design: Concepts and issues (pp. 147–190).

[8]J. Michael Spector, Celestia Ohrazda (2004). Automating instructional design: Approaches and limitations, Handbook of research on educational communication and technology: second edition, 685-700.