智能超媒体教学系统开发模型

来源:百度文库 编辑:神马文学网 时间:2024/03/29 18:46:32
杨开成
北京师范大学 现代教育技术研究所 100875
论文展示
摘要:本文详细阐述了一种智能超媒体教学系统开发模型(Intelligent Hyper-Media Instruction Systems Development Model,简称IHMIS模型)。这个模型综合吸收了教学设计领域中产品开发模型和软件工程中的系统开发模型的优点,提高了可操作性,旨在降低多/超媒体计算机辅助学习软件开发的费用,减少所耗时间,提高开发效率。
关键词:智能超媒体、产品开发模型、学生模型
一、前言
近年来,多/超媒体软件在教育领域中应用日益广泛。市场上大量涌现多/超媒体教学软件,尤其是国外和台湾的一些软件制作得非常精美。但我们不得不承认,由我们自行开发的、符合我国国情的多/超媒体教学软件实在太少了。此外,现有绝大多数教学软件仍停留在传统CAI的水平上,由于系统中缺少学生模型和教师模型,因而不能真正实现教学的个别化,不能真正做到因材施教。专家们认为,传统的多/超媒体教学软件只有与人工智能(AI)技术相结合,才可成为高水平的、真正有效的辅助学习软件。对这样前景看好的教学软件应如何着手开发,才能以最小的投入(人员、资金、设备)、最快的速度开发出高水准的教学软件呢?作者在这里提出了一种智能超媒体教学系统开发模型,谨供同行们参考。
尽管这个模型是面向智能超媒体的,但只需稍加修改,它就可以适合于任何一种类型的教学软件的开发。
二、产品开发模型简述
Gustafson在《Survey of Instructional Development Models》一书中介绍了三种流行的产品开发模型:Van Patten模型、Leshin,Pollock和Reigeluth模型、Bergman和Moore模型。
⒈Van Patten模型(图1)是面向印刷媒体教学材料的开发的。这个模型包括九个阶段:分析、设计、开发、测试、校验、形成产品、产品复制、产品运行和产品维护。这个模型对每个阶段的产出、任务承担者、评价者都做出了明确的规定。
分 析 设 计 开 发 测 试 校 验
形成产品 产品复制 产品运行 产品维护
图1
⒉Lenshin,Pollock和Reigeluth模型(见图2)只包括七个步骤,这七个步骤被分成了四大块:需要分析、选择和排序教学内容、课堂设计和评价教学。
需要分析 选择和排序教学内容 课堂设计 评价教学
分析问题 分析和排序任务 确定学习活动 评价教学
领域分析 分析和排序内容 交互活动设计
 
图2
⒊Bergman和Moore模型(见图3)是面向交互式电视(IVD)/多媒体产品的开发的。这个模型中所涉及的多媒体的概念是指书本、黑板、幻灯、电影及电视等多种媒体的综合利用,与现在的计算机中的多媒体的概念不同。这个模型包括六个阶段,每个阶段的输出都是下一阶段的输入。
输入 活动 产出 评价
问题与目标 分析 产品描述 分析元素列表
产品描述 设计 产品设计 设计元素列表
产品设计 开发 产品文档 开发元素列表
产品文档 生产 IVD媒体素材 产品元素列表
IVD媒体素材 写作 产品 写作元素列表
产品 检验有效性 测试报告 有效性元素列表
图3
以上三种产品开发模型都不是面向计算机辅助教学的。计算机辅助教学(CAI)软件的开发涉及到教学设计和软件工程两个方面,CAI软件产品开发模型应综合考虑教学设计和软件工程中对产品开发模型的贡献。
三、IHMIS模型详述
IHMIS模型(见图4和图5)将系统开发过程分为三阶段:前期设计阶段、原型产品实验阶段和实用产品开发阶段。
 
 
前期设计阶段 原型产品实验阶段 实用产品开发阶段
 
社会需求/市场需求分析 设计学生模型与 相应多/超媒体数据库
建造教学知识库 扩充和修改
确定科目和分析可行性
软 软 对数据库的评价
件 件
软件运行环境分析 各 各
模 模
块 块
制定教学目标 内 界
部 面
机 的
学习者分析 制 设
设 计
计 与
领域知识分析 与 实
实 现

软件功能分析
 
整 合
阶段性评价1
软件功能评价
 
实验、收集数据
阶段性评价2
 
图4
 
步骤 产出 任务承担者
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社会需求/市场需求分析 分析结果报告 项目负责人
确定科目、分析可行性 分析结果报告 项目负责人
软件运行环境分析 分析结果报告 项目负责人
制定教学目标 教学目标文档说明 教师与教学设计专家
学习者分析 分析结果报告 认知心理学专家与教师
领域知识分析 知识点列表文档 教师、教学设计人员
软件功能分析 简单的软件说明书 软件开发人员、教师
阶段性评价1 修改意见报告 项目开发小组、用户
设计学生模型与 学生模型结构 AI技术专家、教师
建造教学知识库 和教学策略库文档
软件内部机制设计 无错运行内部代码 软件编码人员
软件界面设计 精美界面代码 软件编码人员
整合 完整软件 软件编码人员
软件功能评价 修改意见报告 教师、用户
实验、收集数据 实验数据文档 项目开发小组
阶段性评价2 修改意见报告 项目开发小组
相应超多媒体数据库 各种数据库 美工人员
的扩充及修改
对数据库的评价 修改意见报告 项目开发小组、用户
图5
⑴前期设计阶段
这一阶段的主要任务是确定项目是否有开发价值以及完成系统编码前的一些必需的分析工作。这一阶段的分析对下一阶段的编码实现有着非常大的影响。这个阶段的分析工作做得好,下个阶段的编码实现就得心应手,否则,就会给下阶段的工作带来阻碍,开发设计者可能不得不重新返回这个阶段来完善、弥补没有做彻底的工作,这样就会影响项目的正常进度。所以这个阶段的工作要力求细致和完整,不要怕花费时间,最好做到每一步骤都要有相应打印文档说明,以利于最后的阶段性评价。
①社会需求/市场需求分析
这一步的主要任务是确认产品是否有其社会需求和相应的市场需求。社会需求在这里是指社会需要什么样水平的软件与目前存在的软件水平之间的差,市场需求,通俗地说,是指人们在需要这种产品的前提下,是否有条件、是否有相应的心理准备以及是否有足够的购买力去购买它。我们可以试着回答以下几个问题:
用户(教师、家长、学生)急需这种软件吗?
市场上是否已存在着其它较受欢迎的软件足以替代这种产品?
如果用户需要这种软件,那么,多数用户都具备这种软件所要求的运行环境吗?如果不具备,他们愿意去花一定数量的钱购买吗?
多数用户是否树立了商品软件的版权意识?
有关这方面的信息可以参考教师和家长的意见。
我们知道,有些项目是用于学术研究,而有些项目则要求开发成商品软件。如果项目只具有社会需求而没有市场需求,项目的组织者就应将项目定位在学术研究的水平上,而不要盲目地将产品商品化。
②确定科目、分析可行性
每一类教学软件都只能适用于有限几个科目。超媒体是以节点来呈现多媒体信息,而以链来表征信息间的联系的一种信息组织管理方式。用户可以从一个节点沿着链跳到另一个节点,来浏览、查找自己所需要的信息。这种方式与AI技术中的语义网络知识表示法非常相似。智能超媒体,通常情况下,就是利用框架表示法来组织节点内容,而利用语义网络来组织链,从而使超媒体数据库具有推理功能。这样智能超媒体教学系统不但可以‘知道’相关领域的知识,而且能以多媒体的呈现方式将知识呈现给学习者。智能超媒体,根据它的特征,非常适合于表示概念性知识,不适合于表示过程性以及操作性知识。认识到这一点,对于选择科目以及确定教学目标是非常重要的。
确定了科目,下一步就要确定开发者是否有能力去开发它。智能超媒体教学软件的开发是有经验的专业教师、教学设计专家、认知心理学专家、AI技术专家以及大量美工、屏幕设计人员通力合作的结果。项目开发组是否缺乏上述的各种专业人才,在某些信息处理技术方面是否成熟?项目开发完成后,是否具备进一步实验的条件等一系列问题都要加以认真考虑。
③软件运行环境分析
这一步要确定的是最终的软件产品需要的硬、软件支撑环境。智能超媒体教学软件一般都是大型软件,对计算机硬件、支撑软件的要求比较高。486档微机、硬盘、CD_ROM、声卡、视卡、Windows 3.1(或更高版本)以及超/多媒体写作工具(可选)等等这些软硬件配置,用户是否具备?如果不具备,用户是否可以花少量的钱就可以买到?如果用户有困难,就必须适当降低软件运行环境的要求,以满足第二阶段的要求。
④分析教学目标
任何一种教学软件都应是在一定的教学目标驱动下运行的。所不同的是,有的软件将目标嵌入到代码内部,而有些软件将目标与代码分开。智能超媒体教学系统采用的是后者。教学设计领域中对教学目标的描述是这样的:终端行为+行为约束条件+合格的最低标准。组成目标的终端行为因素为系统采用哪些题型提供有用信息;组成目标的合格的最低标准因素为系统如何评定学生提供有用信息。此外,在制定教学目标的过程中要考虑到目标在软件中的形式化表示。这一步所制定的教学目标是领域分析的基础,也是分析整个软件功能的重要依据。教学目标最好是由专业教师和教学设计人员合作完成或由教学设计人员根据相应的大纲、教材及教参总结出来。
⑤学习者分析
这一步分析的结果是下一阶段设计学生模型的重要依据。这一步的任务是:
⒈规定学生的起始能力。教学目标与学生起始能力的差(就是学习需要)规定了领域知识库应包含的范围。
⒉确定有哪些影响学习者学习的并能在计算机中表示的非智力因素,如年龄、年级、学习习惯、阅读能力、注意力品质等等。
⒊分析学习者对软件界面的特殊要求,这些特殊要求可以为软件界面设计提供一些有益参考。
要做好学习者分析,要与有经验的专业教师和认知心理学专家合作。
⑥领域知识分析
领域知识分析的基础是第④⑤步分析的结果(见图3)。在分析领域知识过程中,还要以目标分类、学习条件为理论指导。教学目标与学生起始能力的差(就是学习需要)规定了领域知识分析的范围。领域知识分析结果要规定出系统包含的知识点、知识点的类型(如具体概念、抽象概念、规则等等)、知识点间的层次关系、语义联系等方面的信息。
目标分类原则 目标分析结果
学习者特征
领域知识分析
学习条件理论
 
图6
⑦软件功能分析
这一步的任务是要明确为了达到某些特定的教学目标,软件应具有哪些具体功能。设计者要给出软件在运行时到底是什么样的详细描述,也就是说,要给出软件运行的详细流程图和粗略的界面设计。在这一步,设计者不必给出各功能详细说明,只需给出定性的说明就足够了。这一步可能会产生一些对界面设计、学生模型设计、知识库设计、教学策略设计的粗略想法,但不要让这些想法影响对软件功能的分析。这一步分析的结果要形成一个简单的软件使用说明书,用户通过阅读这个说明书就可以了解整个软件全部功能,对软件形成清晰的印象。下一阶段的软件具体设计编码要严格按照这一步分析结果来进行。
⑧阶段性评价1
这一步的主要任务是检查以上各步分析的结果是否全面具体、是否精确合理。对软件功能的评价最好有用户(教师、学生、家长)参与。对智能超媒体教学系统功能分析的评价可以参考以下几条准则:
1.系统要能体现课程重点
2.系统应是开放的,允许用户按照自己的意图使用超/多媒体数据库中的资源
3.系统应考虑到学习者学习的时间长短限制
4.教师应能修改系统以满足特殊需要
5.系统应使用户能很容易获得超/多媒体数据库中资源(文件或打印备份)
6.超/多媒体数据库要可扩展
7.系统要能帮助学习者发展自己的获取知识的技巧(学习方法的培养)
8.系统要能鼓励学习者思考他们知道的和他们正在学习的知识
9.系统要具备友好的学习环境界面
10.交互方式要有趣,要符合用户的使用习惯和心理特点
11.要在使用环境中讲述各种知识
12.用户控制与系统控制之间的平衡是否合适
13.学习者在浏览超媒体数据库时,系统要有丰富的辅助功能,帮助学习者定位
15.系统要避免学习者在浏览超媒体数据库时出现信息过载
16.系统要可以接受学习者的各种方式的提问
17.系统中对学习者的学习评定要提供两种:标准参照的和相对参照的;
⑵原型产品实验阶段
这个阶段的任务是根据前期设计阶段分析的结果进行进一步的设计以及编码实现,完成一个小型的体现前期设计思想的软件产品,并且将产品拿给用户使用,收集交互数据,分析成败原因,进一步改进原型产品,最后形成满意的智能超媒体教学系统。
①设计学生模型与建造教学知识库
智能超媒体教学系统是通过学生模型来了解学生的,对学生的错误诊断及学习评定也是根据学生模型中记录的数据,采用什么样的教学策略同样与学生模型的结构有关;因此,学生模型的设计除参照学习者分析的结果外,还应与教学知识(教学策略)库的设计共同进行,以满足教学策略的需要。教学策略不涉及的方面不必收入学生模型。
教学策略的制定应参考专业教师的意见。
②软件各模块的内部机制设计与实现与软件各模块界面设计与实现
从这一步开始,软件编码工作分成并行的两部分进行:各模型的内部机制设计由一部分编码人员负责,主要完成系统运行机制(如:数据库的存取、教学推理机等)的编码,而不考虑软件界面,只使用简单界面即可,使编码人员的注意力集中于软件内部实现;而各模块界面的设计及优化由另外一些编码人员负责,这些人员只关心如何设计友好的界面,而不必关心软件其它部分的内部实现。两部分编码完成后,就进入了整合阶段,将两部分合并在一起,形成一个完整的软件。
智能超媒体教学系统需围绕以下几个模块进行开发:
⒈教学目标库的建造
⒉智能超媒体知识库的建造
⒊超能超媒体教学材料库的建造
⒋题库的建造
⒌学习环境的设计
各模块的界面设计至少要考虑以下几个问题:
⒈如何确定适当的系统反应时间
⒉如何提供给用户丰富的帮助信息
⒊如何显示错误信息
⒋如何命名系统菜单命令
③整合
这一步的任务是将内部机制编码与界面设计编码合并起来,以友好的界面替代最初的粗陋的界面,产生最后的完整的软件产品。
④软件功能评价
这一步主要关心的问题是软件产品是否完全符合前期设计阶段的软件功能的分析。
⑶实用产品开发阶段
这个阶段是第二阶段的简化及相应数据库的扩充。其主要任务是扩充或改进教学用的各种数据库,以达到实用的程度。为使产品达到商品化的程度,这一阶段需投入大量的人员、资金;并且要做好对各种数据库的评价,保证高质量。
四、一点补充说明
这个模型中显然没有提及脚本设计。脚本设计在传统CAI软件的开发过程中占有非常重要的地位。但脚本设计的结果是将教学内容(数据)和教学方法(教学算法代码)紧密耦合起来,教什么、怎么教都是事先在脚本设计阶段规定好的。而智能超媒体教学系统的教学内容与教学方法是系统教学推理机根据目标及学生模型动态决定的,并不是在脚本设计阶段事先规定的。因而智能教学系统的开发过程中并不需要脚本设计这个步骤。
参考资料
[1]尹俊华 教育技术学导论 北京师范大学出版社
[2]Gustafson K.L. Survey of Instructional Development Models
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[4]Tolhurst D. A Checklist for Evaluating Content-Based Hypertext Computer Software, Educational Technology, March,1992
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[6]Hammond N. Tailoring Hypertext for the Learner, in Cognitive Tools for Learning, edited by P.A.M. Kommers
[7]Scott P. J. and Ardron D.J. Integrating Concept Networks and Hypermedia in Educational Multimedia Hypermedia '94
Intelligent Hyper-Media Istruction Systems Development Model
Kaicheng Yang
(Modern Educational Technology Research Institute ,Beijing Normal University ,100875)
Abstract:This paper describes an intelligent hyper-media instruction systems development model.This productions development model has advantages in both productions development model in instruction design field and system .development model in software engineer field.