遠(yuǎn)程教育中斯金納程序教學(xué)法的一種優(yōu)化實(shí)踐

◆劉驥樂 張文輝

作者：劉驥樂、張文輝，北京郵電大學(xué)教育技術(shù)研究所（100876）。

1 前言

美國著名教育心理學(xué)家斯金納基于操作行為主義理論和強(qiáng)化原則提出的程序教學(xué)法，其影響從20 世紀(jì)50年代起直到現(xiàn)在。目前，隨著教育信息化的快速推進(jìn)，程序教學(xué)在網(wǎng)絡(luò)教育平臺中的應(yīng)用也越來越常見，尤其是在面向成人的遠(yuǎn)程教育中，斯金納程序教學(xué)法幫助教師有效地提高了教學(xué)效率。然而，在實(shí)際的實(shí)踐過程中，程序教學(xué)并未有達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，這說明該教學(xué)思想仍然存有一定的不足等待被補(bǔ)充或完善。

學(xué)習(xí)分析是近年來教育技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的新熱點(diǎn)，它是運(yùn)用先進(jìn)的分析方法結(jié)合數(shù)據(jù)以及模型研究學(xué)習(xí)者投入的情況、績效和學(xué)習(xí)進(jìn)展情況，以期及時(shí)將研究結(jié)果用于修訂課程、教學(xué)和評估[1]。學(xué)習(xí)分析理念的提出恰好可以運(yùn)用在遠(yuǎn)程教育平臺中，從客觀信息的基礎(chǔ)出發(fā)，去了解程序教學(xué)活動中學(xué)習(xí)者的真實(shí)進(jìn)展情況，從而結(jié)合程序教學(xué)的不足，探索出一套適合遠(yuǎn)程教育平臺的優(yōu)化方案。

2 斯金納程序教學(xué)法

斯金納程序教學(xué)法的興起程序教學(xué)法最初源于魯萊西設(shè)計(jì)的一種進(jìn)行自動教學(xué)的機(jī)器，他試圖運(yùn)用該機(jī)器替代或者輔助教師的部分工作，從而節(jié)省時(shí)間和精力，然而這種設(shè)計(jì)在當(dāng)時(shí)并沒有引起重視和關(guān)注。二戰(zhàn)以后，美國的資本主義制度發(fā)展到了壟斷階段，為了最大限度地獲取利潤，必須充分地激發(fā)人的潛能去提高生產(chǎn)效率，才能滿足資本家們的需求。這種追求高效率的思想也逐步擴(kuò)散到教育領(lǐng)域中，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)學(xué)生的數(shù)量越來越龐大，而教師的數(shù)量已經(jīng)不能滿足社會的需求，從而教育也必須注重效率，傳統(tǒng)的教學(xué)方法也迫切需要改變。1954年，斯金納從行為主義理論角度提出了程序教學(xué)法，恰好應(yīng)對了當(dāng)時(shí)傳統(tǒng)教學(xué)效率低下的弊端，在教育領(lǐng)域引起巨大的影響并且被推廣到其他國家的中小學(xué)教育中，從而有力地促進(jìn)了程序教學(xué)運(yùn)動的發(fā)展[2]。

斯金納程序教學(xué)思想斯金納的程序教學(xué)思想主旨是以操作反射條件和強(qiáng)化原則理論來設(shè)計(jì)教學(xué)機(jī)器和編制程序教材，并強(qiáng)調(diào)強(qiáng)化對學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極作用。程序教學(xué)主要分為兩類：直線式的程序和分支式的程序。斯金納程序教學(xué)屬于前者。其特點(diǎn)主要是把學(xué)習(xí)材料由淺入深地直線地編排，并把這些學(xué)習(xí)材料分成許多連續(xù)的步子，然后呈現(xiàn)給學(xué)生。在呈現(xiàn)每一個(gè)步子時(shí)，要求學(xué)生進(jìn)行應(yīng)答反應(yīng)，如果答對了，機(jī)器就給出正確的答案，然后再進(jìn)到下一步。每個(gè)學(xué)生都要按照機(jī)器規(guī)定的步驟，層層遞進(jìn)地學(xué)習(xí)，最終完成材料中的所有學(xué)習(xí)內(nèi)容[2]。

然而，程序教學(xué)畢竟是在20 世紀(jì)五六十年代提出的教學(xué)思想，隨著時(shí)代的發(fā)展，它在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中的不足也逐步顯現(xiàn)出來，通過總結(jié)歸納，主要有以下兩點(diǎn)。

1）缺乏對人性的認(rèn)識。斯金納本人極度崇尚科學(xué)主義，認(rèn)為人的行為規(guī)律完全可以用科學(xué)的方法來度量，而至于人的心理、情感、性格等不可度量因素只能被當(dāng)作黑盒子被忽略。實(shí)際的教學(xué)中，學(xué)生自身的屬性以及學(xué)習(xí)風(fēng)格是需要得到分析認(rèn)知的，才能真正有效地做到個(gè)性化指導(dǎo)教學(xué)，僅從學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果和學(xué)生的自我認(rèn)識來做程序教學(xué)還是太過淺顯[3]。

2）師生之間缺乏交流。在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生極其需要和教師溝通交流在學(xué)習(xí)過程中發(fā)生的問題，以及對自身學(xué)習(xí)能力的評估。然而，事實(shí)上參與程序教學(xué)活動的學(xué)生只是單純地與教材聯(lián)結(jié)，教師僅僅只是做教材的設(shè)計(jì)，學(xué)生與教師之間嚴(yán)重缺乏交流，并不利于教學(xué)活動的可持續(xù)發(fā)展[4]。

因此，斯金納的程序教學(xué)法延續(xù)到今天必須要結(jié)合時(shí)代的需求才能在實(shí)踐中獲得良好的效果。現(xiàn)今，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，程序教學(xué)的呈現(xiàn)形式也在不斷地更變，由傳統(tǒng)的教學(xué)機(jī)器遷移到計(jì)算機(jī)上，又由線下的程序教材轉(zhuǎn)變到線上的網(wǎng)絡(luò)化資源，雖然程序教學(xué)的呈現(xiàn)形式變得越來越新穎，但是這些形式的轉(zhuǎn)變并沒有為程序教學(xué)的不足帶來實(shí)際的解決方案?，F(xiàn)代教學(xué)的思想逐步超越行為主義向認(rèn)知建構(gòu)主義發(fā)展，注重構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境，強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性才是目前教學(xué)的重心[3]。而程序教學(xué)新的發(fā)展思路也應(yīng)該從關(guān)注教學(xué)機(jī)器和程序教材的開發(fā)，逐步走向優(yōu)化系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)上來。

3 學(xué)習(xí)分析的概念

學(xué)習(xí)分析是近年來在教育技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)備受關(guān)注的熱點(diǎn)，目前在教育學(xué)術(shù)界尚未形成統(tǒng)一的界定概念。學(xué)習(xí)分析研究協(xié)會（SoLAR）對學(xué)習(xí)分析技術(shù)的定義為：測量、收集、分析和報(bào)告關(guān)于學(xué)習(xí)者及其學(xué)習(xí)情境的數(shù)據(jù)，以期了解和優(yōu)化學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)發(fā)生的情境[5]。美國高等教育信息化推進(jìn)組織E-DUCAUSE 對學(xué)習(xí)分析的描述是：使用數(shù)據(jù)和模型預(yù)測學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)程和績效以及使用該信息進(jìn)行干預(yù)。盡管專家們對學(xué)習(xí)分析的理解有一定的差異，但是總體來說，學(xué)習(xí)分析的概念可以簡單總結(jié)為：運(yùn)用先進(jìn)的分析方法結(jié)合數(shù)據(jù)以及模型研究學(xué)習(xí)者投入的情況、績效和學(xué)習(xí)進(jìn)展情況，以期及時(shí)將研究結(jié)果用于優(yōu)化學(xué)習(xí)以及學(xué)習(xí)情境[6]。

學(xué)習(xí)分析作為一類教學(xué)技術(shù)的集合，與傳統(tǒng)教學(xué)技術(shù)不同的是，它同時(shí)面向于學(xué)生和教師。學(xué)習(xí)分析技術(shù)通過學(xué)生參與系統(tǒng)或平臺學(xué)習(xí)過程的數(shù)據(jù)提供分析和建議，從而有助于教師提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生提高學(xué)習(xí)效率。因此，在遠(yuǎn)程教育中，可以嘗試運(yùn)用學(xué)習(xí)分析探索一套優(yōu)化方案，聯(lián)結(jié)學(xué)生與教師，從而補(bǔ)充傳統(tǒng)程序教學(xué)的不足。然而，學(xué)習(xí)分析與程序教學(xué)結(jié)合的設(shè)計(jì)則應(yīng)該從教學(xué)研究目標(biāo)和系統(tǒng)自身特點(diǎn)出發(fā)，才能因勢利導(dǎo)，使程序教學(xué)運(yùn)動走向可持續(xù)的發(fā)展。

4 學(xué)習(xí)分析的設(shè)計(jì)

虛擬實(shí)務(wù)系統(tǒng)是北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院面向成人培訓(xùn)的遠(yuǎn)程教育平臺，在該平臺上的實(shí)驗(yàn)課程都是基于斯金納程序教學(xué)思想來設(shè)計(jì)的。本次研究主要是先選定其中的一門實(shí)驗(yàn)課程——路由器配置實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)施，而后再拓展到其他實(shí)驗(yàn)課程。

首先，應(yīng)該結(jié)合學(xué)習(xí)分析的理念和模型，從整體出發(fā)，對虛擬實(shí)務(wù)系統(tǒng)做系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)化設(shè)計(jì)應(yīng)該分模塊地梳理，每一個(gè)模塊之間的聯(lián)系是緊密結(jié)合的，如圖1所示。

研究目標(biāo)和系統(tǒng)特點(diǎn)首先，由研究目標(biāo)可以清楚地知道教學(xué)管理者的學(xué)習(xí)分析需求。筆者通過與該系統(tǒng)的教學(xué)管理者張老師訪談交流得到教學(xué)研究目標(biāo)，其中要點(diǎn)主要可以歸納為兩點(diǎn)：第一是如何根據(jù)學(xué)生的注冊信息以及在線學(xué)習(xí)記錄等數(shù)據(jù)，對學(xué)生進(jìn)行分層教學(xué)；第二是參與實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的學(xué)生通過分層后有哪些個(gè)性化差異。

然后是對虛擬實(shí)務(wù)系統(tǒng)特點(diǎn)的分析。虛擬實(shí)務(wù)系統(tǒng)是面向成人教育的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺，其中含有登錄模塊、注冊模塊、課程學(xué)習(xí)模塊、學(xué)習(xí)資訊模塊等。本次研究主要選取的是登錄記錄、注冊模塊中的用戶數(shù)據(jù)庫表，以及課程學(xué)習(xí)模塊的學(xué)習(xí)記錄等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析。

數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)預(yù)處理從研究目標(biāo)和系統(tǒng)特點(diǎn)出發(fā)，筆者選定參與過路由器配置實(shí)驗(yàn)的其中一個(gè)班級的數(shù)據(jù)記錄為研究對象，該班級的總?cè)藬?shù)為50 人，所要采集的數(shù)據(jù)主要有兩個(gè)方面：首先是學(xué)生第一次進(jìn)行路由器配置實(shí)驗(yàn)的完成學(xué)習(xí)的時(shí)間；其次是該班級學(xué)生的注冊信息以及登錄信息。之所以選取第一次參與實(shí)驗(yàn)的記錄數(shù)據(jù)，是因?yàn)閷W(xué)生第一次做實(shí)驗(yàn)得到的記錄信息是最自然的，沒被外界的因素干擾，更有利于做數(shù)據(jù)分析。

數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要是對學(xué)習(xí)記錄表中無用的信息進(jìn)行清理。本次研究主要的對象是學(xué)生第一次完成路由器配置實(shí)驗(yàn)的情況，事實(shí)上，通過對數(shù)據(jù)的采集發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)課程的完成率達(dá)到90%以上，只有極少數(shù)人不能順利地完成實(shí)驗(yàn)，而這些人的數(shù)據(jù)將暫時(shí)不納入研究的對象中。

數(shù)據(jù)分析和可視化報(bào)告數(shù)據(jù)分析和可視化報(bào)告的實(shí)現(xiàn)是在SPSS 軟件上進(jìn)行的。SPSS 統(tǒng)計(jì)分析軟件集數(shù)據(jù)整理、分析功能以及圖表繪制于一身，恰好可以滿足本研究的功能需求。數(shù)據(jù)分析的實(shí)施要根據(jù)實(shí)際的學(xué)習(xí)分析需求制定一個(gè)清晰的數(shù)據(jù)流程，如圖2所示，才能確保分析工作順利地進(jìn)行。

在虛擬實(shí)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖中可知，主要工作分兩步。

第一步分析工作是先對用戶注冊信息進(jìn)行R 型聚類，通過對學(xué)生自身屬性變量相關(guān)度的分析來降低用戶注冊信息表的維度，其目的一方面是通過篩選掉冗余的屬性變量，降低后期分析工作的復(fù)雜度；另一方面從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，減少一些冗余的注冊信息，方便下一期的學(xué)生注冊，同時(shí)也保護(hù)了學(xué)生更多的隱私。

第二步分析工作是研究工作的重心，通過將學(xué)生有效的注冊信息和學(xué)習(xí)成績的結(jié)合進(jìn)行Q 型聚類，從而使學(xué)習(xí)品質(zhì)相似的學(xué)生自然分層，進(jìn)而做個(gè)性化差異分析，最終滿足教學(xué)管理人員的需要。

教師干涉和效果評估課程的教學(xué)管理人員得到反饋后，可以直接根據(jù)可視化報(bào)告重新制定教學(xué)的策略并對學(xué)生做個(gè)性化指導(dǎo)。效果評估的方式則可以通過問卷調(diào)查的形式，由學(xué)生直接反饋教師干預(yù)后的教學(xué)效果。

然而，這樣一個(gè)整體的分析過程并不是一次性的，而是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，每一次的學(xué)習(xí)分析都會產(chǎn)生新的問題需要解決，只有不斷地迭代發(fā)展，才能完善整個(gè)系統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

5 學(xué)習(xí)分析的實(shí)施

研究樣本的整理研究樣本中開始選定的班級人數(shù)為50 人，實(shí)際完成路由器配置實(shí)驗(yàn)的人數(shù)為46 人，其中4 人因未能完成實(shí)驗(yàn)將不被納入研究目標(biāo)數(shù)據(jù)中。學(xué)生學(xué)習(xí)記錄信息主要是通過在虛擬實(shí)務(wù)系統(tǒng)的平臺日志記錄中查詢獲取，注冊信息和登錄信息則通過在后臺數(shù)據(jù)庫表中查詢得到。其中，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績數(shù)據(jù)是以學(xué)生完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間為主要評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樵撓到y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)是基于斯金納程序教學(xué)思想的，所以最直觀衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效率的依據(jù)是學(xué)生單次完成實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)間，同時(shí)也是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績。

筆者通過對后臺數(shù)據(jù)庫的查詢發(fā)現(xiàn)，注冊信息表有七組變量，分別是“用戶名”“密碼”“年齡”“工齡”“學(xué)歷”“專業(yè)背景”“電子郵箱”；而登錄信息表有三組變量，分別是“用戶名”“訪問IP”“登錄時(shí)間”。

由學(xué)生注冊信息表可知，學(xué)生自身屬性能影響到學(xué)習(xí)成績的變量有四個(gè)：“年齡”“工齡”“學(xué)歷”“專業(yè)背景”。其中“工齡”指的是學(xué)生參加工作時(shí)間的長短，而“專業(yè)背景”則著重強(qiáng)調(diào)學(xué)生過去專業(yè)的經(jīng)歷是否與計(jì)算機(jī)或者通信專業(yè)相關(guān)。登錄信息表則可以結(jié)合平臺日志記錄查詢得到學(xué)生第一次參與實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)記錄。

R 型聚類分析R 型聚類指的是對變量聚類分析，可以實(shí)現(xiàn)變量減少的方式，從而達(dá)到降維的目的。目前，清楚地知道有四個(gè)變量可能影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，然而并不是這四個(gè)變量的數(shù)據(jù)全部都要納入分層的聚類工作中，很可能存有一定的冗余，所以先通過R 型聚類了解它們之間的相關(guān)關(guān)系，從而篩選出真正有效的變量信息。在表1 中，由于“學(xué)歷”是類別變量，可以采用數(shù)值編碼的方式將其轉(zhuǎn)變?yōu)殚g距型：“大?；蛞韵隆保?），“本科”（2），“研究生或以上”（3）。再進(jìn)行R 型聚類，聚類的結(jié)果如表1所示。

從表1 中可以明確看出，“年齡”與“工齡”之間的變量相關(guān)系數(shù)為0.967，是表中最大的，二者選取一個(gè)納入分析即可。根據(jù)與教學(xué)管理者的交流得知，“工齡”的數(shù)據(jù)比“年齡”的數(shù)據(jù)誤差要大一些，因?yàn)橛械膶W(xué)生參加工作未滿一年也是按照一年算的，所以選取“年齡”的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析更優(yōu)一些。因此，通過降維后的有效注冊信息變量有三個(gè)：“年齡”“學(xué)歷”“專業(yè)背景”。而這三項(xiàng)變量將納入到下一步的Q 型聚類分析工作中。

表1 相似矩陣關(guān)系表

Q 型聚類分析Q 型聚類即分層聚類，是指對樣本聚類，使相似特征的樣本聚集在一起，差異大的分離開。有效的注冊信息和學(xué)習(xí)成績都是學(xué)生參與系統(tǒng)學(xué)習(xí)的顯著特征，故二者的變量值應(yīng)該結(jié)合起來進(jìn)行聚類分析，其樣本統(tǒng)計(jì)樣例如表2所示，專業(yè)背景中的“1”代表的是與實(shí)驗(yàn)課程相關(guān)，“0”則是不相關(guān)。

表2 聚類樣本統(tǒng)計(jì)樣例表

以表2 為基礎(chǔ)，通過SPSS 分層聚類方法，預(yù)設(shè)分為3 ～5類，結(jié)果得到分為4 類的差距明顯、效果最佳，每一類的基本情況如表3所示。

依據(jù)表3 聚類結(jié)果顯示，樣本中最顯著的差異就是專業(yè)背景，其中第一、三類是有專業(yè)背景的，而第二、四類是無專業(yè)背景的，再依據(jù)此結(jié)果繪制雷達(dá)圖，如圖3所示。

由圖3 中的左邊的雷達(dá)圖可以得知，在學(xué)生有專業(yè)背景時(shí)，他們的學(xué)習(xí)成績主要受年齡和學(xué)歷層次的影響。再根據(jù)右邊的雷達(dá)圖可知，在學(xué)生無專業(yè)背景以及學(xué)歷背景差距不大的情境時(shí)，他們的學(xué)習(xí)成績主要受年齡影響。

由圖3 和表3 的比較結(jié)果可知，教師在面向第一、三類學(xué)生進(jìn)行教學(xué)時(shí)，教學(xué)方法上可以不做過多的調(diào)整，然而針對第三類學(xué)生時(shí)間長的問題上，可以采取不同達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的方式鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)。根據(jù)與教學(xué)管理者的交流得知，年紀(jì)大的學(xué)生并不是學(xué)習(xí)能力上比較差，而是操作上來說相對年紀(jì)小的學(xué)生較慢，而對于第一類已經(jīng)達(dá)標(biāo)的學(xué)生，教師可以建議學(xué)生提高學(xué)習(xí)進(jìn)度，進(jìn)入下一個(gè)實(shí)驗(yàn)課程。

表3 樣本聚類結(jié)果表

在面向第二、四類學(xué)生進(jìn)行教學(xué)時(shí)，則應(yīng)考慮到學(xué)生的專業(yè)背景因素，在做實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)時(shí)應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生理論知識的基礎(chǔ)，才能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。至于學(xué)歷因素，由于聚類結(jié)果有限，并不能很明顯地得到它與學(xué)習(xí)成績之間的關(guān)系。

通過以上的可視化報(bào)告以及學(xué)習(xí)分析結(jié)果，教學(xué)管理者可以快速地了解到學(xué)生不同群體的個(gè)性化差異并做出分層教學(xué)的策略以及個(gè)性化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，進(jìn)而實(shí)施有針對性的教學(xué)干預(yù)。

6 結(jié)語

本文主要針對斯金納程序教學(xué)法的弊端，結(jié)合時(shí)代的需求，運(yùn)用學(xué)習(xí)分析的理念在虛擬實(shí)務(wù)系統(tǒng)上設(shè)計(jì)了一套學(xué)習(xí)分析的方法，并且通過實(shí)施該方法有效地為教學(xué)管理者提供了數(shù)據(jù)分析以及可視化報(bào)告，從而為程序教學(xué)運(yùn)動的發(fā)展提供了新的思路。

[1]NMC. The Horizon Report 2011 Edition[EB/OL].[2011-11-20].http://wp.nmc.org/horizon2011/sections/learninganalytics/.

[2]斯金納.教學(xué)機(jī)器[J].Science，1958(1):969.

[3]李藝，單美賢.“教師”的智慧:談程序教學(xué)思想的興起與歸宿[J].電化教育研究，2013(7):5.

[4]趙紅.斯金納的程序教學(xué)與遠(yuǎn)程教育的契合[J].湖北教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，24(6):93-94.

[5]Call for Papers of the 1st International Conference on Learning Analytics & Knowledge (LAK 2011)[EB/OL].https://tekri.athabascau.ca/analytics/.

[6]李青，王濤.學(xué)習(xí)分析技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀述評[J].中國電化教育，2012(8):129-133.