第16卷 现代教育技术 Modem Educational Technology 01.16 NO.5 20o6 2006年第5期 UML在教学设计中的应用研究幸 姜智 361021 集美大学 福建厦门【擒要】本文借助于系统工程的思想和方法,使用UML视图对教学设计进行了描述和表示,为教学设计的理论研究与实 践提供了新的理论框架和建模方法。 【关健词】教学设计,UML视图,系统建模方法 【中圈分类号】G420 【文献标识码】B 一、引言 教学设计(ID:Instructional Design)的研究与发展可谓 历史久远。教学设计理论与实践发展至今,新的理论与方法 层出不穷。但是,目前教学设计理论正面临着新的挑战。在 指导具体的教学实践方面,教学设计理论尚没有发挥出应有 的作用,分析其根源,自身理论存在重大缺陷是主要方面“ 。 正如布里格斯(Briggs)所指出的那样:“从学习者和学习领域 两个角度来看,教学设计都存在隐患,即训练计划太局限。 我们应该在学科间联系及人类发展的大方向指导下,重新进 行理论、研究与实践的合理性评判 。” 肯普(J.E.Kemp)认为 :教学设计就是运用系统方法分 析研究教学过程中相互联系的各部分的问题和需求,在连续 模式中确立解决它们的方法与步骤,然后评价教学成果的系 统计划过程。事实上,教学设计从其诞生之初就一直坚持将 系统观点作为自身研究的主要思维方式,着眼于全局性、联 系性、动态性、开放性、不确定性、复杂性的软系统思维逐 渐成为新一代教学设计创新的主要思维方法“ 。 笔者认为,现代教学设计理论应着手于研究既方便教师 使用又能准确诊断教学问题的方法和工具。良构的教学设计 理论与方法应能对教学现象具有较强的解释能力,能提供发 现教学问题、分析教学问题和解决教学问题的方法。当前的 教学设计研究中尽管有许多不同的理论都试图对教学活动的 构建方法和步骤进行阐述和改进,每种教学理论或模型都采 用了不同的表示方法,他们之间至少在形式上缺少关联与沟 通,还可能导致在相同的语境下造成对语义理解的不同。简 而言之,ID领域缺少一种在系统工程方法指导下的定义良好 的建模与表示方法,这成为我们在教学设计研究中不得不面 对和需要解决的问题。 UML(统一建模语言,Uniifed Modeling Language)是 本研究得到福建省教育厅科技项目资助((JB0521 9) 收稿日期:2005年11月15日 【论文编号】1009----8097(2006)05—0051—06 一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的可视化建 模语言。本文试图采用面向对象的教学设计方法,借助UML 所定义的一套规范科学的描述语言,将其用于描述教学需求 模型、教学系统要素及其联系、教学过程模型设计,以新的 视角和方法对教学设计进行审视,完成教学设计的建模。解 决传统教学系统设计中缺乏的方法指导和具体的建模过程, 使构建和设计教学系统变得更为规范,更容易理解与实施。 二、教学设计中的Ul视圈体系 要完整地描述一个系统,通常的做法是用一组视图反映 系统的各个方面,视图是观察一个系统的视角,是对系统的 模型在某方面的投影。UML为此定义了一个概念“视图”, 注重于描述系统的某个方面。UML的每个视图由一组图组成, 视图是图的协作,各视图在静态和动态方面表示了系统的模 型,图中包含了强调系统中某一方面的信息 。 按照面向对象的设计原则,教学设计宜采用以需求为驱 动的建模方法,即所有一切从学习需求分析出发,以满足学 习需求为目标。经过分析,我们提出教学设计的UML视图体 系,如表1所示。教学需求分析主要包括UML用例视图和类 图,主要用以实现ID需求的获取;教学设计视图包括运用 UML的活动图、序列图等视图模型,以反应lD的业务逻辑 与规则。 三、教学设计的需求分析 教学需求分析是教学设计的基础。教学需求分析阶段主 要解决教学设计系统应该“做什么”,即提供教学系统的功能 性描述,而“如何去做”的问题留待教学设计过程中去解决。 长期以来,在教学分析中,人们根据典型的使用情景来 了解需求。但是,这些使用情景是非正式的,虽然经常使用, 却难以建立规范的和形式化的文挡。在面向对象的教学设计 51 维普资讯 http://www.cqvip.com
表1教学设计的UML视图体系 分析的步骤主要有:找出系统中的参与者:确定每一个参与 教学设计内容 模型 珊 视图 者所期望的系统行为;把系统行为命名为用例:细化每个用 基于用例驱动模型 用例图 例,确定用例间的关系:编制每一个用例的脚本;创建用例 教学需求分析 需求分析复审模型 类一责任者一协作者模 图。创建用例模型是一个迭代的过程,不要指望一次就能得 教学系统要素分析 型 到合理的模型。 类图 图1所示的用例图是从需求分析的视角,给出了以教师 活动图 为主导、以学生为主体的“双主体”教学系统模型,综合体 教学设计过程 教学过程设计模型 序列图 协作图 现了了以“教”为中心的教学设计和以“学”为中心的教学 状态图 系统设计思想。前者强调教师在教学过程中的指导作用,后 教学设计环境 系统构件模型 构件图与部署图 者强调了学习者在学习过程中的主动性和建构性。图1中用 中,可以采用UML用例(use case)驱动的建模方法, 阴影部分表示的是基本用例,箭头指向的是包含用例.指出了 用用例来捕获教学的需求,通过用例建模,描述对系统感兴 用例间的关系,表明一个用例可以使用另一个用例。例如“需 趣的角色及其对系统(用例)的功能要求。用例模型描述的 求分析”用例包含“教学需要分析”与“学习者需求分析” 是参与者(Actor)所理解的系统功能。主要包括教学用例模 两个用例。 型,用以实现教学需求的获取,从而捕捉需求并帮助确定规 用例图只是简单地用图描述了一下系统,但对于每个用 范,这种技术是十分有效的。 例,我们还需要有详细的说明,这样就可以让别人对这个系 用例建模的最主要功能就是用来表达系统的功能性需求 统有一个更加详细的了解,这时就需要写用例描述(或称用 或行为。用例简单地描述了系统的参与者是谁,以及参与者 例脚本),可以用自然语言来描述参与者与系统交互时双方的 要求系统所具备的动作,一旦收集到了这些信息,就可以将 行为。每个用例都应提供用例描述,它的一般结构是 : 其变为用例图。用例图包含了系统、参与者、用例以及关系 简要描述:对用例的角色、目的的简要描述;例如“教 等元素。用例图把这些元素(或组件)包含在一个系统中, 学需求分析”涉及的角色主要是教师、学生与教学内容,用 或者是多个系统中(一个系统可能会有多个子系统)。用例 例的目的是分析教学问题、教学需求,分析后,明确解决教 ) —— 币 图1以教师为主导、学生为主体的教学系统用例模型 52 维普资讯 http://www.cqvip.com
学问题的目标是什么。 四、教学系统组成要素的概念模型:角色、活动与环境 传统的教学设计理论认为构成教学系统结构由教师、学 生、教材和教学媒体四个要素组成,它简化了教学系统要素 及其之间的关系,构筑了封闭的理论框架,不利于教学设计 者创造性的发挥。现代教学设计理论应该反映要素之间各种 关联关系,要揭示使要素发生关联的原因,以构筑开放的理 论框架。 前置条件:执行用例之前系统必须要处于的状态,或者 要满足的条件。例如对于“教学需求分析”用例,设计者应 了解学生当前的学习状态、学生的学习风格,学生目前所具 备的学习行为能力。当然,教师应具备的素养与知识背景也 是应考虑的因素。 基本事件流:描述该用例的基本流程,指每个流程都“正 常”运作时所发生的事情。例如对于“教学需求分析”用例 的基本流程是,找出学生现有状况(具备的知识、能力、态 度等方面)与教学目标(课程标准)之间的差距,从而确定 教学中存在的问题。 从教学设计理论的发展来看,要构建现代教学系统组成 要素的结构模型,它不仅能反映出传统的以教师为中心的教 学模式(简称为“教师中心模式”)、基于建构主义的以学生 为中心的教学模式(简称“学生中心模式”),又能反映出发 挥教师主导作用和充分体现学生认知主体作用的教学模式 (简称“双主模式”)特征。这与前面所述的教学系统用例模 型应是吻合的。 后置条件:用例一旦执行后系统所处的状态。例如“教 学需求分析”要达到所期待的教学(学习)目标,该目标能 引发学生什么样的学习行为,这些学习行为需要什么样的支 持。 用例主要反映参与者与系统交互时的功能需求,但往往 会引用概念性模型中描述的类实体。例如,“教学需求分析” 用例包括了“教师”和“学生”等概念,这是应该由概念性 模型捕捉的一种信息,在对象世界中,它是通过UMI. ̄的概 念模型建模的。 1、教学设计系统要素的概念模型 借助于UML类图表示方法,我们给出了b31L语义下的 教学系统组成要素及其相互关系的概念模型,如图2所示, 包括了角色、活动与环境三个主要元素,方法、结果两个元 素与前三者有语义上的联系。 图2教学系统组成要素的概念模型 教学设计系统要素概念模型的基本思想是:无论在何种 教学模式中,一个人都会承担一个角色(这个角色通常是学 习者或者教师),然后在方法的指导下,通过执行活动,角色 在适合的环境中进行学习,同时生成活动的结果。角色、活 体,是知识意义的主动建构者,教师则是教学过程的组织者、 指导者,教师要对学生的意义建构过程起促进和帮助作用。 ②活动 教学以活动的形态存在。作为任何教学活动及其过程, 必需并承载着全部教学性质的各实体要素,以及其各自基本 特质、相互之间的内在联系及演变过程。 教学活动是由教师与学生角色之间交互作用而形成的动 态过程。事实上,只要是有教师参与的教学活动,就存在对 教学活动进程的控制与优化问题,也就是存在教学模式设计 问题。教学系统更加关注教学活动的生成性,这包括学生知 识(观点)的生成性和教学过程的生成性。 教学活动包括学习活动和支持活动,它们与活动要素之 间构成了聚合结构(图中用菱形表示)。学习活动是指学习 53 动和环境之间构成了类的关联结构。2.教学系统组成要 素模型的概念分析 ①角色 教学设计系统中明确定义的角色有两种:学习者(获取 知识和技能的个体)和教师,这是一种继承结构(图中用三 角符号表示)。每种角色还可以包含子角色。例如协作学习 的设计方案中,可能就会将学习者定义成各种子角色让他们 分别承担。建构主义倡导的教学是教师指导下的以“学生” 为中心的学习,它强调以学生为中心,学生是信息加工的主 维普资讯 http://www.cqvip.com
者以及与之相关的学习群体(包括学习伙伴和教师等)为了 完成特定的学习目标而进行的操作总和。学习活动的设计是 教学设计的核心内容。其中学生的活动是核心,包括个体活 动和群体活动,教师的教学活动要围绕学生的学习活动而展 开。支持活动规定了教学支持角色所进行的活动,可理解为 促进教师完成教学行为和促进学习者完成学习行为而进行的 支持性、服务性、指导性的活动总和。 ③环境 教学,从其本质上来说是一种环境的创造,即教学环境 的创造 。环境生来就是面向鼓励和促进学习的,其目的就是 促使有效学习活动的发生。学习环境是学习者学习行为的容 器,也就是说我们希望学习者能产生什么样的学习行为,得 到什么样的学习成果,都是在一定的环境下来考虑的。环境 是对学习行为的支持。 在教学系统组成要素的结构框架中,环境由学习对象和 服务组成,构成类的聚合结构。学习对象(Learning Object) 是在学习技术标准化过程中出现的一新概念,同时也是许多 己出台的标准和规范中(如IMS和SCORM等)中的核心概 念。学习对象是一种学习资源的组织形式。IEEE LTSC为学 习对象下的标准定义是 :“学习对象是在技术支持的学习中 使用,重用和参考的数字或非数字实体”。IEEELTSC同时也 列举了一些“学习对象”例子,如学习内容,教学内容,多 媒体内容,教学软件,交互软件工具。服务则是用来支持教 学过程的各种工具。例如聊天室、论坛、邮件等,这些工具 是由学习环境提供的。服务可分为邮件服务、监控服务和索 引搜索服务等。 环境设计相对于传统的教学设计是一种崭新的观念,无 论是以“教为中心”的教学环境设计,还是以“学为中心” 的学习环境设计,教学系统的环境设计都是重要的内容。所 依据的研究方法论也从一般系统论走向复杂系统科学 。 ④方法 教师和学生作为教学中的实体要素,不断的表达自己也 不断的维持整个的教学活动,此时教学方案就在各个教学要 素的相互作用之中产生了。这里所指的方法是与教学目标相 一致的教学策略与方法,当然还要考虑与使用这种方法的教 学手段与约束条件。方法与角色和过程这两个要素相关联, 也就意味着师生应用在教学策略与方法的指导下开展教学活 动。 ⑤结果与评价 结果是教学活动或学习活动中所产生的交付物,包括学 习的成绩、作业、进度、报告等成果。结果是活动和环境这 两个要素关联的产物,意味着在教学活动结果还可以作为教 学评价的主要内容与教学目标是否成功的参照。教学目标的 确定不是为了限制学习者的活动,而是在于联接学习环境中 的各个子系统,对学习者的问题解决进行导航,使学习者有 限的认知资源聚焦于主要任务,激励各种社会性的协作,调 动各种可利用的资源支持。 五、教学模式中对象间交互的裹示——曩序圈的使用 在现代教学过程中,教师、学习者、教学资源等对象之 间存在某种动态的交互关系,以及他们之间的信息传递关系, 传统的教学模式设计并没有提供成熟的有关交互的规范化描 述,使得教学模式设计无法清楚地描述这一过程。使用顺序 图是解决这一问题的途径。 建模顺序图(Sequence Diagram)有许多理由,在本文 图l中的任何用例(及用例脚本)事件流程都可以使用了顺 序图(或活动图)来描述。顺序图可以用来描述对象之间动 态的交互关系,着重体现对象间的交互行为、消息传递及时间 顺序。图3表示了一个在网络学习环境下课堂教学过程的设 计步骤,描述了教师让学生通过使用教学资源进行自主学习, 体现了教师、学生及其教学资源三者之间的事件交互顺序和 通信过程。 六、教学过程模型的构建 在传统教学设计发展的不同时期都提出了许多不同的 I【)模型或模式,如肯普(J.E.Kemp)模型,狄克一柯瑞(Dick &Carey)的系统方法模式,兰达(Landa)的算法/启发式教 学设计模式,瑞奇鲁斯(Reigeluth)的精细化模式,梅里尔 (m.d.merril1)的成分显示论和Keller的动机设计模式等等 。 这些模型从不同的教学理论与角度试图为教学设计过程和活 动进行描述和改进,为教学设计过程提供一系列的基本步骤, 并运用这些步骤进行教学设计。 纵观所提出的种种教学设计模型,尽管教学设计过程分 成诸多要素之间在复杂度和详细化(粒度的大小)方面存在 着差异,但是如果我们仔细分析我们不难发现,各种ID过程 模型表面上的差异下面实际存在着一个基本事实,就是其过 程的基本组成阶段大体是一致的。这些公共的阶段可以概括 为:分析(Analyze)、Design(设计)、实施(Implementation) 和评价(Evaluation)四个阶段。我们可以将其称为传统教学 设计的公共过程模式,它概括代表了诸多典型教学设计模型 的一般性特征,尽管每个过程模型都试图在这个框架上增加 点或改变点什么,它们无非是传统I【)公共过程模式的衍生、 变形与增删。已有许多文献对此做了详尽论述,这里不再赘 述。 虽然建构主义的教学模式还尚为全面取代传统的教学模 式而成为主宰性的教学设计理论框架,但其教学设计理念与 实践得到越来越多的研究者认同,发展趋势可谓方兴未艾。 建构主义教学设计特别强调学习环境设计,建构主义的学习 环境是基于技术的、促进学习者有意义学习的支持条件,是 学习者可以协同工作和相互支持的场所。Willis认为,建构主 维普资讯 http://www.cqvip.com
义教学设计模式各有长处,各有适用面。Willis提出了另一种 新型的建构主义教学模式——R 莫式 。R 莫式为”A Recursive and Reflective Design ad Development”的缩写,意 导原则,以帮助理解教学设计开发环境。因为各种具体的教 学设计情境不同,尺 膜式不主张提倡特定详尽的教学设计规 则,而是主张以弹性的指导原则来引领教学设计工作。 R 膜式与传统的教学设计模式最大的不同在于两点, 这两点影响整个教学设计过程。第一是递归(Recursive),与 传统教学设计过程的线性阶段的递进不同,在 摸式中, 为“递归一反思性设计与开发。该模式主要由定义(Define), 设计(Desdign),开发(Development)与扩散(Disseminate) 几个部分组成。关注的是探讨普遍性的建构主义教学设计指 [ [ ===) E 严 、 、 一 ==) \ 图3泳道式交互图在教学模式中的应用 同样的问题或许在整个设计过程中的每个阶段要多次地强调 与反复,第二是反思性(Reflcteive)原则,必须对教学设计 过程进行不断地反思,有助于进一步明确设计/操作的走向。 反思性原则要求教学的参与者(设计者和实践者)担任双重 角色,即要设计,又要参与和实施,并担任评价。Willis认为 递归、反思和参与原则这三项弹性的指导原则一般性的原理, 已广泛应用于其它领域,也可以有效地支持建构主义教学设 计模式的创建。 然而Willis的论文中并没有给出R 膜式的视图模型,这 不能不说是一个遗憾。作者这里用工程化的递归方法和UML 活动视图反映了R 激学设计模式(如图4和图5所示),以帮 助人们理解建构主义教学设计模式,也较好地反映了 肋基 本特征。R 视图表达了一个重要思想:对于一个教学设计而 m4 R2D2教学设计模式的各个阶段 言,不管选择什么过程模型,所有的阶段___一定义、设计、 开发和扩散…一在某个阶段内部的级别上都是同时存在的, 或者说,问题循环解决过程可以应用于过程模式本身的不同 级别上,这就是递归的特征。 55 维普资讯 http://www.cqvip.com
参考文献 [1]杨开城,李文光,现代教学设计的理论体系初探[J],《中 国电化教育》,2002(2). [2]Briggs.L. Instructional Design Principles N.J. and Applications[M],Englewood Clifs Technology Publications,1977. Educational [3]J.E.Kemp,The instructional design process[M].NY:Harper& Row,Publishers,Inc.1985:9-15. [4]高文,教学设计研究的昨天、今天和明天,教学设计的国 际观(第一册)【M】,北京:教育科学出版社,2005. 图5 R2D:教学设计模式中的各个阶段的递归特性 [5]Jason T.Roff著,UML基础教程【M】,北京:清华大学出 版社,2003:15.20. 七、结语 在教学设计领域中,不少研究者指出应进行基于本土的 教学设计理论与实践的创新,这无疑是有识之见。UML是一 种建模语言,它独立于过程,利于UML建模时,可适用于许 [6]王少锋,面向对象技术UML教程[M],北京:清华大学出 版社,2004:28—30. [7]谢利民,现代教学论纲要[M],西安:陕西人民教育出版 社,1998. [8]LOM,LOM working draft 4.1,http://Itsc.ieee.org,2000. 多领域的建模过程。有见于此,本文借助于UML视图,采用 系统化的思想,从新的视角对教学设计进行了统一的和规范 的表示,并赋予了新的语义。将UML引入教学设计是一次崭 [9]裴新宁,现代教学设计的概念与特征[J],开放教育研 究,1l(2),2005:65—70. [10]钟志贤,面向知识时代的教学设计框架——促进学习者 发展[D],华东师范大学,2000. [1 1]Willis.J.The Maturing of Constructivist Instmc—tional Design:Some basic Principles hatT Can Guide 新的尝试,笔者希望据此提供一个基于UML教学设计的参考 框架,为教学设计理论与实践提供了一个新的研究进路,为 现代教学设计理论研究与实践提供了新的建模方法,并为这 一目标的实现做出有意义地探索。 Practice[J],ducatEional Technology,40(1・2),2000. The Application Research in the Instructional Design with UML Jiang Zhi Jimei University,Xiamen Fujian,361021 Abstract:This paper with he aid of the systemattic theory and method,use UML diagram to unify nd adescribe for Instructional Design, ndofaferedthenewtheoryframeandmodelingmethodontheoretical researchandpracticeforinstructionaldesigned. Keyword-Instructional design,UML diagram,systematic modeling methods (上接第50页) oN the Construction of Distance Education Informatization Luo Nianlong Zhang Xinyu Yah Guizhi2 J、Computer and lnfomation Management Center of Tsinghua Universiyt,Beijing,100084 2、School of Continuing Education,Tsinghua Universiyt,Beijing,100084 Abstract:The construction of nfiormatization is indispensable or fhe tdevelopment of modem distance ducateion.The questions of how to better implement he consttruction of distance education informatization and to enhance he tquality of distance instruction must e cons bidered by every institution of istdance ducateion.By taking he texample of he tinformatization construction in the continuation ducateion school of Tsinghua University,the author analyzes the main content of informatization construction in istdance ducateion in detail,and m akes a further discussion on several important problems,including defiing nguiding ideas,promoting the standardization of management, fostering he awareness of tservice,coordinating he reltationship wih ttchnoleogy departments and SO on. Keywords:Distance Education;Education nformatIization;Construction of Information System 56
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容