基于结构分析法的学习活动序列重组研究

数字学习管理系统的功能侧重点已由注重对学习资源的管理及应用，转至设计、分析学习者学习活动。文章基于结构分析法，通过分析学习者在不同学习阶段的测试数据，获得符合学习者学习特点的知识点层级关系，并以此为依据来制定和改进教学目标和教学策略，进而对整个学习活动序列进行优化重组。通过一系列的教学实验验证，可以实现以学习者为核心的教学活动设计思想，满足学习者的情感以及认知需求，为设计优质、高效的学习活动提供参考。

学习活动 活动序列 结构分析法 项目关联结构分析

随着网络和信息技术的不断发展，计算机在教育中的应用范围越来越广，数字化学习的普及和研究得到进一步的深入。网络的在线学习系统平台的功能侧重点已由注重对学习资源的管理及应用共享，转而注重强化管理学习者学习活动过程[1]。这种趋势也反映在远程教学、移动学习等基于网络的学习模式中，在这些学习模式中，教师将课程实施的重点从内容建设转向应用分析，逐步形成以学习者为中心的学习活动设计导向，强调学习者学习过程的优化和良好的师、生、学习资源的交互方式。

具体到课程实施环节，如何在数字化学习环境中实现信息技术与教学活动的深度融合以促进学习效果的提升？本研究探索将结构分析方法运用到学习者的学习活动中，通过对学生概念形成过程的分析，针对学生的个性化特征，制定符合个性化学习的最优化路径，动态调整学习活动序列，提升优质教学资源的利用水平。

一、相关概念的分析及问题的提出

1.结构分析法的介绍

结构分析法是一种对复杂系统中各要素间的关系，以视觉的几何学结构对系统的结构进行分析的方法[2]。在教学研究中的应用主要集中在分析教育系统中获取的数据，并将其结果用于教学实践。结构分析法可分为图表法和图示法两种不同类型的方法。从运用数学方法的角度分类来看，图表法主要使用矩阵运算处理，而图示法则是利用图论，特别是利用有向图进行处理。

用于教育信息的结构分析法主要有：

（1）教材结构分析法

教材结构分析法是一种将教材分解为许多知识要素，并将要素间的顺序关系以图论的方法进行表示和分析的结构分析法。

（2）S-P表分析法

通过教学测试，可以得到学生与测试得分（1表示正答，0表示误答）组成的得分矩阵。S-P表法将学生序号按得分的正答率顺序排成一览表，对变换后的得分矩阵进行结构分析。

（3）项目结构关联分析法（Item Relational Structure Analysis）

项目结构关联结构分析是一种基于测试得分，以图论的方法表示项目间的顺序结构，对项目的结构进行分析、表示的方法。

（4）意义结构分析法

这种分析方法分析以一定评价尺度构成的问卷获得的数据，用图结构表示各个项目间的顺序关系，并对这种关系进行结构分析。

（5）社会调查分析法

社会调查分析法是基于描述人际关系的心理测试数据，将人们直接的联系、排斥等关系，以图论的方法进行分析和表达的结构分析方法。

（6）尺度分析法

这种方法将基于某种评价尺度得到的表示态度的数据组成数据序列，在此基础上构成态度测定的尺度，据此进行系统的结构分析。

2.学习活动序列在数字化学习中的应用分析

数字学习环境下主要利用网络教学平台或学习管理系统开展教学活动，影响较大的如Blackboard、Sakai、Moodle、LAMS平台等，这些学习管理系统或平台大致经历了从内容管理系统（CMS，Content Management System）到学习管理系统LMS（Learning Management System），再到学习活动管理系统（LAMS，learning active management system）的发展历程，平台的发展重点从注重学习内容、资源的管理转变到对学习活动的分析和管理[3]。

以澳大利亚Macquarie大学开发的学习活动管理系统（lams）为例，它是一个设计、管理和实施在线协作学习活动的网络学习平台。教师从创建者界面中选择活动单元，将活动单元连接起来就产生了学习序列。由于其强调“活动”和“序列”，而“活动”又处于“内容”的上一个层次，因此，学习管理系统的架构和运行机制必然要发生改变，学习活动序列将替代学习内容成为教和学的中介。

在学习活动序列中，包含的要素主要有以下几点：活动要素、角色要素、资源要素、规则要素。活动要素是学习活动序列中的基本要素，单个活动要素要按照一定的逻辑性和事件性组成学习活动序列；角色要素是指参与学习活动的个体或小组，包括教师、学生；资源要素是在学习活动中每个活动要素中所包含的学习资源和环境；规则要素则约束管理学习活动的逻辑性和保证其实施的准确性。其中规则要素因其面对不同学习者表现的动态性、多角色变换的复杂性和制约因素的多维度性成为学习活动序列能否实现个性化学习、实现自适应路径重组、提高学习活动的针对性和智能化的关键。

本文探索使用结构分析法，基于学习者不同阶段的测试得分，以图论的方法表示项目间的顺序结构，对项目的结构进行分析、表示，辅助教师进行学习活动动态调整。

二、项目结构分析法的应用研究

学习活动序列的设置一般基于教材结构和教学设计方案，而教师对于学生的需求和能力进行深入的了解后，才可能做出合适的课程计划和决策。本研究使用IRS分析法对学生的知识能力水平进行测评分析。

IRS分析（Item Relational Structure Analysis）是一种用于教育信息处理的结构分析方法，它基于学生对测试问题的掌握程度排序，对问题间的关联层次结构进行分析。通常是以有向图来表示测试项目之间的关联结构。顺序系数是IRS分析法在判定项目间的顺序程度时制定的表示问题间顺序程度的标度，通常依据问题的实际情景，为标度设置一定的阀值，当达到这个阀值时就认定问题间的顺序关系成立。

以某次学习者测试得分数据表（见表1）和反映问题之间关系的四分表（如表2）来说明公式中的各个参数。在表2问题间关系的四分表中，N为参加测试的学生样本个数；a为问题Pi和Pj都答对的学生数量；b为答对Pi而答错Pj的学生数量；c为答对Pj而答错Pi的学生数量；d为问题Pi和Pj都答错的学生数量。

在顺序系数的表达式中，其分子表示测试中对问题Pi的误答，同时又是问题Pj的正答者在所有被测学生中所占的比例；当分子部分非常小时，rij趋于1，表示从项目Pi到项目Pj的顺序关系成立。其分母表示在问题Pi与问题Pj相互独立的情况下，问题Pi的误答者同时又是问题Pj的正答者所占的比例，这个比例数值表示了与从Pi到Pj顺序关系的相反方向；从顺序系数的定义公式可以看出，若顺序完全成立，rij将为最大值1。如果问题Pi与问题Pj之间相互独立，没有顺序关系，rij很小，顺序系数趋近于0。

IRS分析法中的阀值是判断顺序关系是否成立的一个重要参数，当顺序系数大于确定的阀值时，认为问题间的顺序关系成立；当顺序系数小于阀值时，就可以判定问题间的顺序关系不能够成立[4]。在IRS图的制作过程中，可以根据实际教学问题的情景需要，让阀值在一定取值范围内上下浮动。当阀值设置较高时，问题间的顺序关联关系成立较少，这样可以把问题间关联程度较大的问题分析出来。当阀值设置较低时，可以更全面地分析问题间的关联与层级特性。

通过计算得分数据的项目顺序系数表（如表3），这里取阀值为0.5后得到IRS矩阵（如表4），依据IRS矩阵就得到表示问题间层级结构的IRS图（如图1）。根据图示可知，问题5和6之间呈正相关性，处在同一层级，它们与问题4和1成层级单调性。同样，问题3、2、1依次也成层级单调性。通过获取学生信息、制定学习目标、进行活动设计、制定学生评估的过程，可以充分理解学生对于学习目标和内容的理解程度，通过教学实验的结果来看，依据学生测试的测试结果得到的问题层级关于往往与课程的知识点关系结构存在一定的差异，例如有学者进行过学习者英语语法学习的研究：“动词的时态一直被认为是英语语法教学的重点，但经过诊断测试，发现学生对动词时态的规则掌握扎实，却在不同语境中语言表达的应用情况不令人满意，这为教学活动中动词时态知识学习的调整提供了依据。”[5]基于本研究的结论，教师可以通过不断调整活动的结构和元素来实现最优的学习效果，过程示意图见图2。

综上所述，教师在进行学习活动设计过程时，通过使用IRS分析法分析学生各个阶段的测试数据，基于学习者的学习行为特点来制定教学目标和教学策略，可以实现以学习者为核心的教学活动设计思想，满足了学习者的情感以及认知的需求，依据这种学生测试结果的客观评价方式为设计高效、优质的学习活动系统提供了参考。

本研究基于结构分析法，从微观层面分析学生的学习数据，通过形象直观的分析结果指导教师设计学习活动序列，这为个别化教学的实施提供了参考和借鉴。下一步的工作将通过计算机程序的设计，实现学习活动序列的自适应调整，实现数字化学习环境中教学活动调整的智能化和自动化。

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参考文献

[1] 余胜泉，杨现民.辨析“积件”“学习对象”与“学习活动”——教育资源共享的新方向.中国电化教育，2007（12）.

[2] 傅德荣，章慧敏，刘清堂.教育信息处理.北京：北京师范大学出版社，2011.

[3] 王秀荣，刘敏斯，孙良林.四款开源学习管理系统的对比与探究.现代教育技术，2010（7）.

[4] 秦伟，莫永华，洪雪琼.IRS分析法中项目顺序系数的计算机优化算法及实现.铜仁学院学报，2010（5）.

[5] 刘秀梅.自适应测试方法在英语专业语法教学中的应用探索.考试周刊，2011（1）.

[作者：朱珂（1982-），男，河南新乡人，河南师范大学教育技术系讲师，在读博士。]

【责任编辑 孙晓雯】

以某次学习者测试得分数据表（见表1）和反映问题之间关系的四分表（如表2）来说明公式中的各个参数。在表2问题间关系的四分表中，N为参加测试的学生样本个数；a为问题Pi和Pj都答对的学生数量；b为答对Pi而答错Pj的学生数量；c为答对Pj而答错Pi的学生数量；d为问题Pi和Pj都答错的学生数量。

在顺序系数的表达式中，其分子表示测试中对问题Pi的误答，同时又是问题Pj的正答者在所有被测学生中所占的比例；当分子部分非常小时，rij趋于1，表示从项目Pi到项目Pj的顺序关系成立。其分母表示在问题Pi与问题Pj相互独立的情况下，问题Pi的误答者同时又是问题Pj的正答者所占的比例，这个比例数值表示了与从Pi到Pj顺序关系的相反方向；从顺序系数的定义公式可以看出，若顺序完全成立，rij将为最大值1。如果问题Pi与问题Pj之间相互独立，没有顺序关系，rij很小，顺序系数趋近于0。

IRS分析法中的阀值是判断顺序关系是否成立的一个重要参数，当顺序系数大于确定的阀值时，认为问题间的顺序关系成立；当顺序系数小于阀值时，就可以判定问题间的顺序关系不能够成立[4]。在IRS图的制作过程中，可以根据实际教学问题的情景需要，让阀值在一定取值范围内上下浮动。当阀值设置较高时，问题间的顺序关联关系成立较少，这样可以把问题间关联程度较大的问题分析出来。当阀值设置较低时，可以更全面地分析问题间的关联与层级特性。

通过计算得分数据的项目顺序系数表（如表3），这里取阀值为0.5后得到IRS矩阵（如表4），依据IRS矩阵就得到表示问题间层级结构的IRS图（如图1）。根据图示可知，问题5和6之间呈正相关性，处在同一层级，它们与问题4和1成层级单调性。同样，问题3、2、1依次也成层级单调性。通过获取学生信息、制定学习目标、进行活动设计、制定学生评估的过程，可以充分理解学生对于学习目标和内容的理解程度，通过教学实验的结果来看，依据学生测试的测试结果得到的问题层级关于往往与课程的知识点关系结构存在一定的差异，例如有学者进行过学习者英语语法学习的研究：“动词的时态一直被认为是英语语法教学的重点，但经过诊断测试，发现学生对动词时态的规则掌握扎实，却在不同语境中语言表达的应用情况不令人满意，这为教学活动中动词时态知识学习的调整提供了依据。”[5]基于本研究的结论，教师可以通过不断调整活动的结构和元素来实现最优的学习效果，过程示意图见图2。

综上所述，教师在进行学习活动设计过程时，通过使用IRS分析法分析学生各个阶段的测试数据，基于学习者的学习行为特点来制定教学目标和教学策略，可以实现以学习者为核心的教学活动设计思想，满足了学习者的情感以及认知的需求，依据这种学生测试结果的客观评价方式为设计高效、优质的学习活动系统提供了参考。

本研究基于结构分析法，从微观层面分析学生的学习数据，通过形象直观的分析结果指导教师设计学习活动序列，这为个别化教学的实施提供了参考和借鉴。下一步的工作将通过计算机程序的设计，实现学习活动序列的自适应调整，实现数字化学习环境中教学活动调整的智能化和自动化。

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参考文献

[1] 余胜泉，杨现民.辨析“积件”“学习对象”与“学习活动”——教育资源共享的新方向.中国电化教育，2007（12）.

[2] 傅德荣，章慧敏，刘清堂.教育信息处理.北京：北京师范大学出版社，2011.

[3] 王秀荣，刘敏斯，孙良林.四款开源学习管理系统的对比与探究.现代教育技术，2010（7）.

[4] 秦伟，莫永华，洪雪琼.IRS分析法中项目顺序系数的计算机优化算法及实现.铜仁学院学报，2010（5）.

[5] 刘秀梅.自适应测试方法在英语专业语法教学中的应用探索.考试周刊，2011（1）.

[作者：朱珂（1982-），男，河南新乡人，河南师范大学教育技术系讲师，在读博士。]

【责任编辑 孙晓雯】

以某次学习者测试得分数据表（见表1）和反映问题之间关系的四分表（如表2）来说明公式中的各个参数。在表2问题间关系的四分表中，N为参加测试的学生样本个数；a为问题Pi和Pj都答对的学生数量；b为答对Pi而答错Pj的学生数量；c为答对Pj而答错Pi的学生数量；d为问题Pi和Pj都答错的学生数量。

在顺序系数的表达式中，其分子表示测试中对问题Pi的误答，同时又是问题Pj的正答者在所有被测学生中所占的比例；当分子部分非常小时，rij趋于1，表示从项目Pi到项目Pj的顺序关系成立。其分母表示在问题Pi与问题Pj相互独立的情况下，问题Pi的误答者同时又是问题Pj的正答者所占的比例，这个比例数值表示了与从Pi到Pj顺序关系的相反方向；从顺序系数的定义公式可以看出，若顺序完全成立，rij将为最大值1。如果问题Pi与问题Pj之间相互独立，没有顺序关系，rij很小，顺序系数趋近于0。

IRS分析法中的阀值是判断顺序关系是否成立的一个重要参数，当顺序系数大于确定的阀值时，认为问题间的顺序关系成立；当顺序系数小于阀值时，就可以判定问题间的顺序关系不能够成立[4]。在IRS图的制作过程中，可以根据实际教学问题的情景需要，让阀值在一定取值范围内上下浮动。当阀值设置较高时，问题间的顺序关联关系成立较少，这样可以把问题间关联程度较大的问题分析出来。当阀值设置较低时，可以更全面地分析问题间的关联与层级特性。

通过计算得分数据的项目顺序系数表（如表3），这里取阀值为0.5后得到IRS矩阵（如表4），依据IRS矩阵就得到表示问题间层级结构的IRS图（如图1）。根据图示可知，问题5和6之间呈正相关性，处在同一层级，它们与问题4和1成层级单调性。同样，问题3、2、1依次也成层级单调性。通过获取学生信息、制定学习目标、进行活动设计、制定学生评估的过程，可以充分理解学生对于学习目标和内容的理解程度，通过教学实验的结果来看，依据学生测试的测试结果得到的问题层级关于往往与课程的知识点关系结构存在一定的差异，例如有学者进行过学习者英语语法学习的研究：“动词的时态一直被认为是英语语法教学的重点，但经过诊断测试，发现学生对动词时态的规则掌握扎实，却在不同语境中语言表达的应用情况不令人满意，这为教学活动中动词时态知识学习的调整提供了依据。”[5]基于本研究的结论，教师可以通过不断调整活动的结构和元素来实现最优的学习效果，过程示意图见图2。

综上所述，教师在进行学习活动设计过程时，通过使用IRS分析法分析学生各个阶段的测试数据，基于学习者的学习行为特点来制定教学目标和教学策略，可以实现以学习者为核心的教学活动设计思想，满足了学习者的情感以及认知的需求，依据这种学生测试结果的客观评价方式为设计高效、优质的学习活动系统提供了参考。

本研究基于结构分析法，从微观层面分析学生的学习数据，通过形象直观的分析结果指导教师设计学习活动序列，这为个别化教学的实施提供了参考和借鉴。下一步的工作将通过计算机程序的设计，实现学习活动序列的自适应调整，实现数字化学习环境中教学活动调整的智能化和自动化。

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参考文献

[1] 余胜泉，杨现民.辨析“积件”“学习对象”与“学习活动”——教育资源共享的新方向.中国电化教育，2007（12）.

[2] 傅德荣，章慧敏，刘清堂.教育信息处理.北京：北京师范大学出版社，2011.

[3] 王秀荣，刘敏斯，孙良林.四款开源学习管理系统的对比与探究.现代教育技术，2010（7）.

[4] 秦伟，莫永华，洪雪琼.IRS分析法中项目顺序系数的计算机优化算法及实现.铜仁学院学报，2010（5）.

[5] 刘秀梅.自适应测试方法在英语专业语法教学中的应用探索.考试周刊，2011（1）.

[作者：朱珂（1982-），男，河南新乡人，河南师范大学教育技术系讲师，在读博士。]

【责任编辑 孙晓雯】