基于IIS图分析的教学不确定性研究

陈洁 何文涛 杨开城

【摘 要】

教学的不确定性是指师生或生生交互过程中发生的妨碍教学目标达成的教学偏移。已有研究虽肯定了教学不确定的客观存在，但因缺少合适的分析方法，对于教学不确定性的研究仍然停留在关注少、回避多、深思少、描述多的水平。IIS图分析法是一种较为成熟的信息流分析方法。基于IIS图分析的教学不确定性研究，聚焦教学过程的信息流与其对应知识内容之间的关系，客观呈现教学中发生的不确定性的真相，是教学不确定性研究的新思路。基于IIS图分析的教学不确定性研究的基本操作流程是：①关注内容，绘制教学活动的知识建模图；②解析过程，切分课堂教学的信息流；③还原课堂，对照信息流与源文本的内容分析教学不确定的发生及其特征。本研究通过个案分析发现：学习过程的不确定主要表现为主题跳跃；教师及时指导是小组学习纠偏的重要力量；教师与学生思维方式的差异决定了教学不确定性是内生的，无法完全避免。

【关键词】 教学不确定性；教学目标；知识建模图；IIS图分析法；信息流；教学系统；协作学习；个案研究

【中图分类号】 G434 【文献标识码】 A 【文章编号】 1009-458x（2018）1-0045-09

一、缘起

面对教学的不确定性，人们略显尴尬。一方面，人们需承认教学的不确定性，教师对于教材与知识的个人解读、师生言语表述的含混性、学生个体建构的不可控以及学生的个体差异，都是常见的引发教学不确定性的原因。课堂教学是生成的、开放的，教学现场情况复杂多变，课堂教学中充满各种不确定。多数研究者认为课堂教学中的不确定是客观存在的（陈丽萍， 2003； 唐建国， 2006； Helsing， 2007； 林静， 2010），是教学的固有特征（Helsing， 2007）。另一方面，教育实践需要确定性，教育工作者需要与不确定性做斗争。如今，课堂反应良好、学生人人达到教学目标、结构严谨、条理清晰似乎已经成为一节好课的标准（陈丽萍， 2003）。此外，理论家们还引导教师相信，可以通过处理好预设与生成的关系，提高教学机智（唐建国， 2006； 林静， 2010），消除不确定或达到不确定与确定的某种平衡，控制教学不确定性。但实际上，这方面的研究还停留在关注的少、回避的多、深思的少、描述的多的水平，相关建议犹如对感冒建议“多喝水”，普遍适用，却不够深入。这是因为目前对于课堂教学不确定性的研究除了基于自身教学经验的直观反思外（秦伟伟， 2005； 许金德， 2007），多数研究普遍采用观察法和访谈法，缺乏基于数据的对教学过程的细致分析，研究者并不知晓一次教学活动中具体发生了哪些不确定的情况。要想彻底摸清在一次教学活动中发生了哪些不确定以及这些不确定的性质与特征，需要超越直观，用更加客观、科学的方法进行教学分析。

二、基于IIS图分析的教学

不确定性的研究方法

（一）IIS图分析法

IIS图分析法，关注教学信息系统中教师、学生和信息媒体这三类信息处理主体输出的教学信息集合IIS（Instructional Information Set）的标注信息与教学之间功能的联系（杨开城等， 2010）。教学信息集合 IIS 可以用按照特定规范绘制的带有标记的知识点网络图来表征，这个图被称为 IIS 图。本文后面给出的IIS图是参考以学习活动为中心的教学设计理论中的知识建模规范绘制的，可理解为IIS初始图，即知识建模图。

通过对教学视频进行IIS图分析，林凡（林凡， 2009）、张宁（张宁， 2012）、丁莹（丁莹， 2013）等逐渐形成了教学系统IIS图分析的理论体系与相关的分析技术并成功应用于教学方案、课堂教学和面对面协作学习活动分析。基于IIS图分析的教学不确定性研究，聚焦于教学过程的信息流序列，采用的编码系统表征为：IPx_n（信息贡献者）<时间><操作><信息类型><表征形态><知识网络子图>[{内容注释}]。当信息流的信息类型为“知识语义”“事实范例”或“答案”时，该信息流才有<知识网络子图>属性，即用相应的IIS知识子图表示该信息流蕴含的知识内容。

基于IIS图分析的教学不确定性研究，用知识子图的变化表征课堂中以客观知识内容为参照的教学走向，关注教学过程的信息流序列与其对应知识内容之间的关系，客观呈现教学不确定的真相，是教学不确定性研究的新思路、新方法。

（二）運用IIS图分析教学不确定性的操作过程

1. 关注内容，绘制知识建模图

以知识图为基础数据研究教学已是一种通行的做法，因为知识图代表着教学活动内容。目前，流行的知识图如思维导图和概念图等，在性质上属于知识语义图，图中两个邻接结点之间要么没有关系名称，要么名称只表达了两个结点的语义关系。由于知识自身内涵的丰富性，在知识网络中任何两个结点之间的语义联系都不是唯一的，而是开放的。再加上知识图都是由人绘制的，选择知识语义联系时取决于绘制者对知识的个性化理解。所以，无论是思维导图还是概念图，在性质上都属于主观图。我们没有办法针对这种语义关系图制定任何可行的绘制规范。由于没有规范约束，甚至针对什么是知识结点的问题都难以达成统一意见。这种语义图虽然能体现知识的网络特性，但不适合作为科学研究的基础数据。

本研究放弃上述语义关系图作为教学活动的知识表征，而是将知识建模图作为研究的基础数据。知识建模，是指按照特定的规范，将不同类型的知识点用不同的图形表示，并画出它们之间关系的过程，知识建模的结果是一张知识点网络图，又称为知识建模图（杨开城， 2010， p67）。知识建模规范将知识区分为符号与名称、概念、原理与公式、格式、过程步骤、认知策略及事实与范例共7种类型，不同类型知识结点用不同形状表示，比如：概念用 表示，原理和公式用 表示，事实和范例用 表示。建模规范还规定了不同类型之间的关系名称，如“是一种”“步骤包含”“结论包含”等。这些关系是知识结点之间的隶属关系，表示两个知识结点在语义上的内在联系，并且表示具体存在何种联系。这样，针对同一内容，不同绘制者所绘制的知识建模图的差异性大大减小，再辅以背对背绘制以及讨论协商，最终生成的知识建模图是相对客观的。这些相对客观的知识建模图是科学研究的数据基础。

IIS知识子图是知识建模图中的部分知识网络图，是信息流的一种重要属性，用来表示信息流蕴含的知识内容。具有客观性的IIS知识子图在信息流与学习活动的知识内容之间建立直接联系，能帮助我们用客观知识内容感知教学的不确定。

2. 解析过程，切分课堂教学信息流

教学过程中包含的信息复杂多样，要想深入理解教学，必须通过特定的编码将无结构的教学过程结构化。常规做法是将教学过程简化为师生行为序列。但师生行为序列只保留了教学活动中的师生言语行为动词，而行为所蕴含的知识内容被过滤掉了，得出的结论也都只是行为层次的而非教学层次的。因此，行为编码分析天然地与教学本质无关。孤立地使用行为编码进行教学分析，过于简化，是行为分析方法在教学研究中的误用，至今仍未见到通过师生行为分析得到与教学直接相关的可被检验的结论。

教学系统的本质是一个结构封闭的信息系统，理解教学的关键在于如何将教学过程解析为信息流序列，理解教学过程中的信息流动。所以，对教学系统的深入分析不应该采用行为编码，而应该采用信息流编码。利用IIS图分析法依次将教学过程中的信息片段（往往是教学视频片段）转化为信息流序列，IPx_n（信息贡献者）<时间><操作><信息类型> <表征形态><知识网络子图>[{内容注释}]，其中IIS知识子图代表着该教学片段所蕴含的主要知识内容。这样的信息流序列便是结构化了的教学过程表征，而教学过程的不确定性与教学过程中的信息流及其所蕴含的知识内容密切相关。

另外，研究中的信息流切分需借助专业软件IISexpress①辅助进行处理。

3. 还原课堂，对照信息流与源文本的内容，分析教学不确定的发生及其特征

信息流序列虽舍弃了很多教学信息，但其所蕴含的IIS知識子图，代表着这个教学片段所蕴含的核心知识内容，能凸显教学过程的内隐变化，帮助我们深入考察教学过程的很多细节，呈现主观经验难以直观的东西。但另一方面，信息流序列并不是教学的全部，只能部分表征教学的“抽象”真相，无法表征“具体”真相。因此，当发现感兴趣的点时，只有回溯到该信息流所对应的源文本（或教学视频）才能搞清楚具体发生了什么。这就需要将信息流与源文本进行对照分析。

通过对照源文本与信息流序列及相应的知识子图，可判定信息流是否偏离学习目标，进而可将发生偏移或带来不确定性的信息标出来，分析该信息流所蕴含IIS知识子图的变化，挖掘这种不确定性发生的根由，探索这种不确定性对于教学设计（备课）和日后教学行动的启发意义。如果回归源文本依然不能清晰解析教学真相，可借助教学视频加以辅助。

三、基于IIS图分析的教学

不确定性研究个案

（一）样本选择

样本选自一次真实的常规教室下“教师讲授+小组学习”常态化教学。本次教学由北京通州区某某学校1名专职教师执教，学生共分5组，每组5名同学。教学内容是基于人民教育出版社小学数学六年级上册第五单元第三节“圆的面积”设计的协作学习活动（活动内容见图 1）。在整个研究过程中，研究者不干预课堂教学，只拍摄记录教学过程。

（二）数据处理

基于IIS图分析教学不确定性需对样本进行以下处理：

（1）对“圆的面积”教学视频进行知识建模，得到样本教学的知识建模图。

（2）转录“圆的面积”全局教学视频和五个小组的协作学习视频，并按照IIS图分析法操作规范对转录文本进行信息流切分，得到由信息流序列组成的结构化教学过程。

（3）基于信息流所蕴含的知识子图，挖掘教学不确定性分析的兴趣点。通过对照信息流与源文本的内容，分析教学是否偏离教学目标，并判断这种教学不确定性产生的原因。

（三）研究结果

按照以上步骤对“圆的面积”教学视频进行处理，得到以下几方面的数据：

1.“圆的面积”知识建模图

对“圆的面积”教学视频进行知识建模，得到“圆的面积”知识建模图，如图 2所示。其中，灰色结点为本次教学的目标知识点。

2.“圆的面积”教学过程的信息流序列

对“圆的面积”教学视频进行信息流切分，将教学过程中的信息片段（往往是教学视频片段）转化为包含主体（信息贡献者）、信息流类型、媒体类型等属性的信息流。获得“圆的面积”教学过程的信息流序列和由信息流序列组成的结构化教学过程，如表 1所示。

3. “圆的面积”交互文本与信息流属性的对照

为便于通过对照源文本与信息流的内容分析教学中的不确定性，本文将“圆的面积”源交互文本、信息流序列及其与信息流相关属性进一步整合，整合方式如表2所示。表2第一列是转录真实教学视频得到的源文本，第二列是调整后的源文本（这里需保证在一段对话中每个人话语的语义完整）。其中，T表示教师，S表示学生，数字表示学生编号。第三列是对调整文本进行切分得到的信息流，第四列是信息流的重要属性。如果信息流的信息类型为知识语义、事实范例或答案，则用IIS知识子图来表示，并呈现在第五列当中。这样，信息流与学习活动的知识内容之间的联系便可直观地呈现出来。通过对照源文本与信息流序列及相应的知识子图便可判定信息流序列有无偏离学习目标，便于我们准确感知和标出发生教学偏移的信息，通过回归信息流对应的源文本来分析该教学不确定性产生的原因。

通过对照“圆的面积”交互文本与信息流属性，分析师生交互或生生交互过程中发生的妨碍教学目标达成的教学内容偏移及其对应信息流的知识子图特征，本文主要关注以下三个兴趣点：

（1）知识子图呈现主题跳跃

所谓主题跳跃，是指在教学的社会性交互中所围绕的主题内容并非连续向目标知识点推进，而是出现知识点间断跳跃的情况。由主题跳跃所导致的整体偏离学习总体目标或任务的现象，俗称跑题。在小组学习过程中，讨论的焦点一开始是恰当的，但随着讨论的深入，小组成员可能会因为某个疑惑而转移讨论焦点（发生主题跳跃），如果疑惑没有迅速有效地解决，讨论极有可能停滞在该点或越来越偏离最初的学习任务。个案中，某个教学环节的主题用这个教学环节的信息流所蕴含的知识子图来表示。

如表3 （数据来源于个案研究中某小组活动，任务是“试着将圆形转化成其他的平面图形”）所示，主题图的设计思考顺序为1-2-3，真实课堂小组活动主题变化跳过2，主题从1至3。

从主题图的变化可以看出，学生从主题“转化的思想”到“利用三角形面积求圆的面积”中间遇到疑惑“三角形的边是直线，圆的边是曲线”，该疑惑没有迅速得到解决。学生跳过IIS知识子图结点“拼成其他图形”，话语转为“把它剪成正方形”由此带来跑偏且越来越偏离学习目标，学生的讨论重心集中在“将圆剪成其他图形”，偏离“转化拼成其他图形”的设计意图。

表4（数据来源于个案研究中某小组活动，任务是“利用所转化的图形推导圆的面积公式”）中，主题图的设计思考顺序为1-2-3，真实课堂中小组活动直接从主题1的部分知识点“圆的面积”跳至主题3的部分知识点“S=πr2”。

不同于表3由疑惑引发主题跳跃，表4主题跳跃是由讨论临近结尾学生拒绝再思考引起的。小组学习者IPL5提出问题：拼成图形各部分和圆有什么关系？IPL4继而提出问题：推导出圆的面积公式并用字母表示。IPL1、IPL2及IPL5均跳过了第一个问题直接思考圆的面积公式，背出圆的面积公式，发生了整体偏离，致使整个讨论未达到设计意图。

（2）知识子图变化受教师指导影响

在小组学习中，通常会划分角色。引入角色虽然似乎增加了学生小组互动和协作的意识（Strijbos & Martens et al， 2004），但并不一定能增加学生知识建构水平（De Wever & Van Keer et al， 2007）。小组学习的交互质量决定协作学习的效果（Barron， 2003）。小组学习过程可促使学习者个人的知识建构得到社会性建构的调整，使学习者内化生成的知识更清晰优化。而每个小组成员对社会性建构都有贡献，小组成员在表达上的语义含混自然会带来知识社会性建构的不确定，这种教学不确定的克服需要教师引导。在小组学习中，教师的指导不可缺，且教师指导的时机也很重要。本个案中某小组活动主题变化过程与教师指导时机的对应关系如图 3所示。图 3中箭头数字表示主题变化的时间顺序。序号1-3学生从“转化思想”入手思考“将圆形转化为平行四边形，平行四边形边是直线，圆的边是曲线”引发的认知冲突待解决，序号4-5学生思考“转化为其他图形（三角形）”，依然遇到“化曲为直”的认知冲突，序号6-7讨论回归最初的“转化思想”，依然不能避开知识点“化曲为直”。从图中可以看出，小组讨论在“转化思想”与“化曲为直”之间往复，其中“化曲为直”知识点是关键卡点。当教师引导“这比较像平行四边形了对吧，那怎样能更像？”，学生思考很快给出“把圆分的越密越像”，此时目标知識点“化曲为直”才被激活，讨论继续。在下一个卡点处，教师引导“先求什么图形的面积”，将学生思路带到“将圆转化为其他图形求出面积”的核心问题，推动了讨论的进行，而且在小组合作中教师指导的时机很重要。本个案中有一个小组，教师巡视到该小组时，讨论已近尾声，发现该小组讨论完全跑偏，属于一次失败的小组活动。可见，教师引导可推动学生讨论，增强小组学习的确定性。教师指导影响合作学习的学习效果（霍淑婷等， 2010），对于把控课堂和减少教学中的不确定具有关键的指导作用。

（3）知识子图变化存在明显差异

分析表5可以发现，在教师主导的课堂中，教师从回顾“圆的周长”，提出“圆面积的定义”，到类比回顾学习“平行四边形面积公式”时所用到的“转化思想”，无论是言语信息还是行为都围绕目标知识点一步步推进，知识子图层层递进，有规律地遍历整个IIS知识图。在小组学习中，学生明显滞留在任务表面“将圆转化为其他平面图形”，主题基本没有推进，陷入“化曲为直”的困境，知识子图的变化呈现出不同程度的阻滞。教师是课堂的设计者，教师将学习目标转化蕴含在活动任务中，学生受教师设计的任务驱动。此时，信息的复杂度变高，产生与教师设计全然不同的知识子图变化也是在所难免。

四、总结与反思

通过本个案分析可以看出，将课堂教学切分为信息流序列，信息流与学习活动的知识内容通过知识子图建立直接联系。通过分析信息流所对应的知识子图变化，有助于感知教学中妨碍教学目标达成的知识内容偏移，为教学中的不确定性分析提供证据。因此，IIS图分析法应用于研究教学的不确定性以及整个教学机制是可行的。

基于个案分析结果，作者深入反思了教学不确定性的一些问题，得到以下认识：

（1）学习过程中的不确定主要表现为主题跳跃

在小组学习过程中，成员可能会因为某个疑惑而转移讨论焦点。如果疑惑没有得到迅速有效解决，讨论极有可能停滞在该点或越来越偏离最初的学习任务。而当讨论临近尾声时，学生拒绝再思考也可能引发主题跳跃，从而带来偏离。怎样有效设计教学活动任务，启发学生思维，减少此类主题跳跃引发的教学不确定，有待进一步探索。

（2）教师及时指导是小组学习纠偏的重要力量

通过个案分析可以看出，知识子图的变化受教师指导的影响，教师指导的时机在合作学习中也非常关键。在自学情况下，学习者不得不花很多时间“悟”，这个时间成本本身就是学习的一部分。但是，教学不同于自学，教学是有明确目标的师生交互、生生交互，需要重视教师对信息有效传递所起的作用。放任学生自主学习的做法不仅费时费力，而且效果欠佳。

（3）教师与学生思维方式的差异决定了教学不确定性是内生的

教师的思维方式与学生完全不同，这种思维方式的差异所带来的师生不同“心”是最基本的不确定来源。教师受目标指引，学生受任务驱动，由于目标与任务不存在一一对应关系，教师即使能够做到目标清晰明确、任务与目标紧密相连，但当学习目标从教师那里转化蕴含在活动任务中时，增加了各种情境信息，目标就淡入背景，信息的复杂度也会变高。学生受任务驱动行动时，在信息海洋中可能跑偏，引发不确定。由此看来教学不仅需要精确的设计，也需要更多的思索，需要宽容的心态对待教学不确定性本身。

本文所介绍的分析方法以及应用该方法进行的个案研究，有助于在数据层面还原教学不确定性发生的细节和真相，理解教学的不确定性。关于处理不确定性的建议，不是个案研究所能支持的，不在本文讨论范围内。IIS图分析方法具有很强的跨领域特征，适用于任意一种教学活动分析，限于研究者特定的条件，未采用远程教学取样，仅是应用于常规教学不确定分析，关注教学过程的信息流序列与其对应知识内容，理解其确定性与不确定之间的辩证关系。该方法，若辅以相应的技术实现自动化分析，也可用于在线教学，分析了解该方面的特征，敦促教学评价逐渐摆脱价值判断的主观性和任意性。我们通过本个案研究体会到，教学的不确定性是内生的、涌现的、无法完全避免的。每次不确定的发生时机都是不同的，不可事先预知。所以，我们常常看到一次不错的教学活动往往包含着某些失败的学习，这让人感到无奈且无助。由此，作为教学的研究者，作为教学的局外人，我们在对教学提出一些貌似合理要求时，是否需多思量？

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（下转第62页）

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收稿日期：2017-07-05

定稿日期：2017-09-10

作者简介：陈洁，硕士研究生；杨开城，教授，博士生导师。北京师范大学教育学部教育技术学院（100875）。

何文涛，博士，浙江师范大学教师教育学院教育技术学系（321004）。

责任编辑 刘 莉