基于IIS图分析的媒体技术教学应用研究的个案分析

何文涛　杨开城　王亚萍

摘要：教学系统本质上是信息系统，对它的分析更适合采用基于信息流的分析方法。IIS图分析法是一个较为成熟的信息流分析方法。基于IIS图分析的媒体技术教学应用研究不是通过对比实验验证媒体技术的教学有效性，而是通过实际发生的教学信息流数据说明媒体技术教学作用的具体细节，借助技术产品的知识激活量、激活贡献度、媒体多元性贡献度和功能利用率四类指标表征特定技术产品对教学的实质贡献及教学对它的依赖程度，进而佐证教学中的技术应用对达成学习目标的可行性，是媒体技术教学应用研究的新理路。该文所介绍的个案研究，不但初步表明了该研究理路的可行性及上述指标的可用性，而且还说明，分析教学对技术产品的依赖不能仅考虑技术产品对教学系统的贡献，还要考虑技术产品所带来的教学便利和教学效率的提高。此外，该个案研究给了我们以下启示：技术产品的功能设计应立足教学实践，而非置身事外者的意图；技术产品开发需“寄生”于学习活动，在学习活动框架下展开功能设计；技术产品的功能升级需要教学实践的过滤。该研究理路有助于人们理性看待技术的教学作用，破除对技术的教学崇拜心理。

关键词：IIS图分析；媒体技术；未来教室；教学系统

一、研究背景

随着计算机和网络技术的高速发展，人们开始利用传感技术、人工智能技术、富媒体技术等来改善教学环境（如智慧教室、电子书包教室等），现代技术媒体逐渐成为日常教学的重要组成部分，在教学中发挥着其独特的作用。然而，并不是所有的媒体技术产品（后简称为技术产品）都能对教学产生不可或缺的重要作用，有些功能配置是多余的。而合理取舍技术产品的前提是客观准确地知晓技术产品的真实教学功能。以往，媒体技术的有效性研究常采用对比实验的方式，以教学效果为证据来证明媒体技术的教学应用有效性。但这种对比研究存在研究问题定位失误、对比项界定不清、有效性证据无效、实验设计存在缺陷、把准结论当成定论等漏洞，不足以證明媒体技术的教学有效性，也难以说明媒体技术对教学是否起作用、如何起作用、在哪方面起作用、起了多大作用等问题，更不能在细节上帮助我们理解媒体技术的教学意义。因此，我们需要跳出这种对比实验研究的旧思路，寻找更具科学性的媒体技术教学应用研究的新思路。

教学系统是一种教师、学生和具有信息处理能力的媒体（后统称为技术产品）三个信息处理主体之间信息流动的系统。因此，信息处理主体在教学系统中的具体表现可通过其贡献的教学信息来判断，而具体表现为何种教学特征则需借助基于信息流的教学分析方法来分析。IIS图分析法是一种较为成熟的基于信息流的教学分析方法。基于IIS图分析的教学研究关注教学系统中信息处理主体所输出信息的流动与教学系统功能之间的关系，由教学过程中信息流的局部特征推断教学的整体属性，并用激活量等指标反映这种整体特征。IIS图分析法规定只有蕴含了IIS知识子图的信息流才对知识点的激活有贡献。这样，我们便可通过技术媒体贡献的信息流是否蕴含IIS知识子图以及对知识点的激活量大小来判断其对教学系统的贡献，通过信息流的表征形态和信息类型挖掘特定技术产品所支持信息流动的类型。这为技术产品教学作用的判断与测量提供了客观抓手。具体来说，我们初步拟定了知识激活量、激活贡献度、媒体多元性贡献度和功能利用率四类指标来表征技术产品的教学特性，并主张利用信息流所提供的教学细节来分析技术产品在学习目标达成过程中的实际角色、具体贡献及教学对它的依赖程度。这种研究的新思路可以引导我们建立一种“技术-产品-功能-应用”的分析框架来理解媒体技术的教学应用，它有助于我们识别技术产品的核心功能并不断深入地改善它。

为验证该研究理路的可行性和上述特征指标的可用性，本文尝试在该研究理路的指导下进行一次协作学习方式的教学个案分析，以期为媒体技术教学应用研究提供借鉴。

二、研究设计

（一）样本选择

样本选自一次真实的以微格教学方式展开的协作学习活动。该协作学习是基于人民教育出版社高中地理必修I中“第三节地球运动”开展的有关晨昏线的综合应用活动，共招募了6名北京师范大学在校生参加，其中1名地理专业的硕士生充当教师，2名本科生和3名硕士生充当学生。协作学习活动在北京师范大学教七楼的503未来教室环境下展开，学生可使用纸质学习材料，也可借助IPAD平板电脑（装有“天脉”教学系统，学习材料已在课前发布在该平台上）。

在整个过程中，研究者不干预媒体技术的选择与使用，仅提供媒体技术的多种可能性选择，由教师和学生自由取舍。

（二）研究过程

具体研究过程如下：

第一，针对主题“晨昏线的综合应用”设计协作学习活动，并准备相应的学习资料；

第二，组织师生开展协作学习，并拍摄协作学习的整个交互过程；

第三，对教学视频进行IIS图分析，计算选定的指标数据；

第四，基于指标数据，分析媒体技术对教学功能实现的贡献及教学对它的依赖。本个案中，媒体技术产品是IPAD环境中的“天脉”教学系统（后文简称为IPAD）；

第五，结合研究结果，对上述新思路的可行性、拟定特征指标的可用性和媒体技术教学应用的相关问题进行反思。

（三）IIS图分析法

教学系统本质上是一个信息系统，对它的分析应采用基于信息流的教学分析方法。IIS图分析法是一种成熟的基于信息流的教学分析方法，它已经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。因此，本研究采用IIS图分析法。

（四）与技术产品教学应用有关的四类指标

为了更好地表征技术产品的教学应用特征，需借助已拟定的四类指标。

1.技术产品提供的知识激活量

当考察某技术产品对教学系统中特定知识点学习效果的贡献量时，可用该技术产品的知识点激活量反映，它等于教师使用媒体产生的激活量与学生使用媒体产生的激活量之和；当考察某技术产品对教学系统的贡献量时，可用该技术产品的知识点总激活量来判定。技术产品提供的知识点总激活量越大，说明该技术产品对教学的信息流动的支持程度越高，教学对它的依赖也就越强。

2.技术产品对教学的激活贡献度

表征技术产品对教学的贡献比例时，可用知识点的激活贡献度（即技术产品的知识点激活量与该知识点总激活量的比值）和教学系统的激活贡献度（即技术产品的知识点总激活量和教学系统所产生的总激活量的比值）。这两个指标越高，相对于其他信息源，技术产品的贡献就越大，教学系统对它的依赖就越强。

3.技术产品的媒体多元性贡献度

考察技术产品对教学系统的媒体多元性贡献了多少，可用媒体多元性贡献度衡量（即该技术产品贡献的知识点表征形态总数与知识点表征形态总数的比值）。

4.技术产品的功能利用率

技术产品的功能利用率是指技术产品在教学中使用功能的模块数与总功能模块数的比值。每当需要有理有据地说明技术产品各功能模块的具体使用情况时，可借助功能利用率和上述其他三类指标在不同功能模块中的分布来分析。

三、研究结果

本研究中的信息流切分工作采用背對背的方式展开，通过计算不同切分者所提供的信息流切分所产生的激活量数据的组间相关系数ICC（Intra-class Correlation Coefficients）来检验切分信度，如果ICC大于0.75，切分可以接受。未来教室协作学习视频的切分信度为0.979，大于0.75，数据可用。为探究技术应用的教学和常规的教学在整体特征上的不同，本研究设计了一个与未来教室中同质的有关晨昏线综合应用的协作学习活动（相同的知识范围、相同的协作形式、相同的题目难度但非相同的题目内容），让同批志愿者在常规教室中展开。背对背对常规教室下协作学习视频的进行信息流切分，信度为1.000，大于0.75，数据可用。

未来教室中，装有“天脉”教学系统的IPAD平板是教七503未来教室所配备的主要媒体技术产品，其中天脉系统的功能模块丰富，包括在线搜索、拍照上传、资源下载、支持投影、统计、采集、分析等，教师和学生可根据需要自行选择使用天脉系统的功能模块。本研究主要分析IPAD平板这一技术产品在教学应用中的特征。通过对样本进行IIS图分析，得到以下几方面的数据。

（一）IPAD的知识点激活量与知识点激活贡献度

对未来教室的教学视频进行IIS图分析后，统计协作学习视频中的所有的知识点激活量及技术媒体的知识点激活量数据，计算技术媒体的各知识点激活量及激活贡献度，计算结果如表1所示。IPAD的知识点激活量多大于零，说明IPAD提供了包含这些知识点的信息流，对这些知识点的学习有实质性的贡献，具体贡献的相对大小则通过知识点激活贡献度来表示，比值越大，IPAD的使用相对其他信息源来说，对知识点的学习贡献越大。其中，“自西向东”“北逆南顺”“晨昏圈与经线圈的夹角……”“晨线”“昏线”知识点的激活贡献度在20%以上，其他知识点的激活贡献度多低于10%，说明IPAD的使用对这些知识点的学习支持比对其他知识点的学习支持大。

（二）IPAD的知识点总激活量和教学系统激活贡献度

通过对未来教室协作学习视频的IIS图分析得知，协作学习的总激活量为1093.24，IPAD及其功能贡献的信息流对教学系统所产生的激活量为91.67。计算得知，IPAD的教学激活贡献度为8.39%。单从教学的激活贡献度来看，平板相对于其他信息处理主体来说，对教学系统的实际贡献并不大，说明教学系统对它的依赖不强。考察教学对技术的依赖仅考虑知识点激活是不准确的，还需要借助平板的具体使用情况、功能特性及其所贡献的信息流来说明。

（三）IPAD的功能利用率

观察未来教室的协作学习视频，统计IPAD的各功能模块在协作学习中的使用频次，借助IIS图分析，计算每个功能模块贡献的信息流所产生的知识点总激活量，具体数据如表2所示，计算得知平板的功能利用率为44%，整体来说平板的功能使用率并不高，一些功能未被使用。

（四）教学对IPAD功能模块的依赖性分析

表2显示，“搜索功能（网络资源）”在讨论的过程中使用较多。从搜索功能所贡献的信息流（如右图1所示），如“[s]54-KJ：提供所搜到的题，但是与任务不一样，是相反的；[s]351-KJ：不用那么麻烦，它（互联网上的题）说太阳直射点的维度是20度，所以270度出现极夜现象……；[s]364-KJ：现在A是切点，然后太阳直射，它就推算出那个维度了……”等，可以看出平板搜索功能所提供的网络资源（与本题解题思路非常相似的综合运用题，里面包含详细的解题分析过程）为“问题1、此时，太阳直射点的地理坐标是多少”的解决提供了解题思路，激活了该题所蕴含的知识点，即“晨昏圈与经线圈的夹角与太阳直射点的纬度值互余，与发生极昼或极夜的最低纬度数相等。”，它的知识点激活贡献度为11.9%（该知识点的激活量为50.13，搜索功能贡献的激活量为5.97）。虽说它的知识点激活贡献度不高，但从该网络资源在整个交互过程中持续的时间来看（从第54条信息流持续到第364条信息流），这段时间内的小组学习对该网络资源比较依赖。如教师在备课时知道并为学生提供这样的纸质学习素材，对该网络资源的依赖关系就难以成立，因为能为其找到教学功能相同且更为低廉有效的替代物。单纯从本案例来看，教师并未提供这样的纸质素材，而且在相对开放的协作学习讨论中，教师不可能完全预知或提供学生需要的所有学习素材，而学生通过搜索功能则可随时便捷地获取讨论所需的网络资源。所以通过提供封闭的纸质素材或电子资源是不能完全应对开放性学习需要的，是无法替代在线搜索网络资源的开放性，因此这种依赖关系是成立的。

从搜索到的另外一个网络资源（东西半球分界线）的信息流（如图2所示），如“[s]424-WYP，KJ（搜到）：东半球的范围是西经20度到东经160度……；[s]434-WYP：不是，东半球就是西经20度……[s]435-WYP，XC：到东经160度。”等，可以看出该网络资源对小组解决“问题4、此时，赤道上既是白昼又是东半球的范围是多少”是有帮助的，它激活了该问题所蕴含的知识点“东西半球分界线：20°w到160°E为东半球，其他为西半球”，知识点激活度为15.34%（知识点激活量为19.67，搜索功能贡献的激活量为3.02）。单从知识点激活度来看，问题4的解决确实依赖该网络资源。但当回到其贡献的信息流中去时，发现该网络资源的呈现后，学生仍在“东西半球分界线是20°W与160°E还是0°E与180°W”上存在意见分歧，说明该网络资源的呈现并未立马引发学生朝着正确的方向讨论。而且这个知识点是一个较为基础的先决知识点，如果教师能及时出现并给予指导，这个搜索网络资源行为就不会发生，而教师指导的成本更低，所以，学生在讨论“问题4”时对该网络资源的依赖不成立。另外，访谈得知，两次搜索失败是由网络连接异常所致。

成果汇报时使用了“书写圈画”“拍照功能”和“投影呈现功能”，但只有“投影呈现功能”对知识点的激活有贡献。投影呈现功能用到了2次，第一次是学习活动的投放，因为小组成员每人都有一份纸质的学习活动单，投放出来的学习单无人观看；第二次是通过拍照投放学习成果，其中一名组员进行汇报，其他组员和教师观看学习成果并听取汇报，投影呈现的总激活量为70.87，主要激活了“地球公转”“地球自转方向”“晨昏线”“区时”“时区”等知识点，教学系统贡献度是6.5%，从整体来看包含这些知识点的信息流的流动需要“投影呈现功能”的支持。在本案例中，投影呈现功能对知识点的激活是有贡献的，回到其贡献的信息流（如图3所示）发现，投影呈现式的汇报是可以被学生的板书汇报或口头汇报替代，在整个协作学习过程中对投影呈现功能并不依赖，但投影呈现一定程度上提高了教学效率，这是不可否认的。

在讨论开始之初，使用了“资源的上传和下载功能”，但具有讨论功能的“讨论板”和“互动应答”模块没有被用到，这可能与课堂协作学习的学习形式有关，在课堂上面对面讨论相对于在线讨论而言，学生面对面讨论的投入成本较低，所以学生更倾向于选择面对面讨论。

仅此从本案例来看，在课堂协作学习中，媒体产品（平板）的通用的工具性功能使用频率较高，而一些高级功能（如“采集”“分析”等）却未被使用。

（五）IPAD的媒体多元性贡献度

对未来教室协作学习视频进行信息流切分时，通过技术媒体贡献的信息流统计IPAD及其功能模块为每个知识点的信息表征提供的表征形态类型数，通过学习视频的IIS图统计每个知识点的信息表征形态总数，计算得知媒体多元性贡献度为0.49，其中未来教室中的技术产品为“自西向东”“北逆南顺”“晨昏线”“昏线”“顺着地球自转的方向，进入白昼的是晨线……”等知识点提供多达5种不同知识表征形态。可见，集成了多种媒体技术的平板为知识点的学习提供了多种呈现方式，为教学环境多元化创造了更多的选择可能性，提高了教学系统的适应性。

（六）IPAD应用的协作学习与常规教室下协作学习的整体特征差异

教学系统总激活量反映的是教学系统中教师、学生和技术媒体这三类主体之间的信息流动对知识点的总体激活水平，是判定教学系统整体特征的重要指标。未来教室环境下应用IPAD的协作学习的总激活量为1093.24，低于常规教室下协作学习的总激活量1103.28。可见，IPAD的应用并未提高协作学习中知识点的总体激活水平。另外，教学过程中学生的参与情况也是反映教学系统整体特征的一个方面，可用学生参与度（学生对目标知识点的激活总量）指标衡量。本个案中，未来教室下协作学习的学生参与度为282.53，低于常规教室下协作学习的学生参与度362.35。可见，未来教室中各种媒体技术的使用并不总能增加教学中学生的参与度。通过视频分析得知，与常规教室下的协作学习相比，未来教室中教师给予学生更多的学习指导，这是导致其学生参与度有所下降的主要原因。

四、总结与反思

通过个案分析可看出，技术产品的各知识点激活量与激活贡献度可以反映未来教室中的技术产品（IPAD）支持包含哪些知识点的信息流动及其支持程度，技术产品的总激活量与系统贡献度可清晰表征技术产品对教学信息流动的整体支持水平，技术产品的功能利用率和功能模块贡献的信息流能为教学与功能模块依赖关系的分析提供证据，说明这些指标在表征媒体技术应用特征方面是可行的。

另外，教学对技术的依赖性分析，不能仅考虑技术对知识点的激活，还要考虑技术对教学效率的提高和它所带来教学便利性。如个案中拍照功能虽没有激活知识点，但有利于汇报内容的呈现，没有拍照功能，无法顺利实现学习结果的投影呈现，从这方面来看，教学对拍照功能的依賴是成立的。再如，教学中常用的PPT课件可能仅展示几个简短的词语，它所贡献的信息流不足以激活相应的知识点，但它可节省教师的备课时间，方便教师教学，保证教学的一致性，这种情况下教学对PPT的依赖也是成立的。但上述指标无法解释媒体技术这方面的属性，需要通过质性分析加以补充。

基于个案分析结果，作者深入反思了媒体技术教学应用的一些问题，具体如下：

（一）技术产品的功能设计应立足教学实践，而非置身事外者的意图

“讨论板”和“互动应答”是为互动讨论而设计的功能，但在未来教室的面对面的协作学习个案中，学习者并未使用这两项功能进行互动，而是选择面对面讨论，产品设计者所设计的互动讨论功能并不能满足面对面讨论的实践需求。在教室中，为在线讨论而设置的技术产品功能会被实践冷落，成为摆设。

（二）技术产品的开发需“寄生”于学习活动，在学习活动框架下展开功能设计

媒体功能的适应性和实用性在特定的学习活动中才能成立，不按照真实潜在需求开发出来的技术产品，即使偶尔能用，也不会顺手，泛泛的媒体功能难以适应实践需求。如未来教室中的“采集”“分析”“讨论板”和“互动应答”等功能多是为在线学习活动设计的，脱离了在线学习情境，它们在面对面的课堂学习中就丧失了用武之地。个案中，学习者只选择一些有利于课堂协作学习的通用功能，并不能代表那些高级功能无用，只是超出了它们的适用环境。为适应学习环境的多样性变化，技术产品要根据学习需求做到功能模块化，实现产品自身功能的组装定制，以此提高技术产品的教学适应性。

（三）技术产品的功能升级需要教学实践的过滤

任何产品都会更新换代，教学中的媒体产品也是如此。媒体产品服务于教学，它的功能可行与否理应由教学实践决定。而判定技术产品的功能是否满足教学实践的需求，需要还原技术产品的各功能在教学应用中的具体细节，如对教学的实际贡献、哪方面有贡献和教学对它依赖程度等信息。在产品升级时，便可根据这些细节取消一些可替代的功能，升级教学真正需要的功能，使技术产品的功能性能更优、功能配置更合理。如个案中，教学对搜索功能依赖比较大，但在学习过程经常出现网络不稳定等问题，影响该功能的发挥，在未来教室产品升级时可在这方面加以改进。而还原真实的教学细节，准实验无法胜任，需要使用像IIS图分析之类的信息流分析方法。

可见，通过IIS图分析还原媒体技术教学应用的教学细节，关注媒体技术本身，借助上述判定指标和功能模块贡献的信息流能为媒体技术的教学作用找到真实可靠的证据，有助于技术产品的设计、开发、试用、推广与升级，说明基于IIS图分析的媒体技术教学应用研究理路是可行的。从此，我们不是再以学生成绩为证据的准实验研究来间接言说媒体技术的教学效果，而是在技术应用的真实教学中，通过IIS图分析为技术产品对教学系统的贡献及教学与功能模块之间的依赖关系找到确切证据，来佐证媒体技术教学功能在达成学习目标过程中的可行性。

在我们的这个个案中，技术的使用对提高知识点的整体激活水平上并未做出明显贡献，对增加学生参与度方面也没有突出表现。这与Clark的“媒体学习无关论”和Barbara的“不同媒体形式呈现相同教学内容，它们的教学效果不存在显著差异”的观点保持了一致。可见，媒体技术并不总是什么教学神器。通过IIS图分析，我们确实看到了媒体技术独特的教学作用，但这种作用对学习者来说仍可能是有限的，因为媒体技术的根本作用在于支持教学，无论媒体技术多么智能，都无法代替学习者思考。因此，我们不应对媒体技术抱有崇拜心理（或许数字土著们根本不存在这种心理），只需根据学习需求合理选用媒体工具即可。