近十年國內(nèi)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計研究現(xiàn)狀的可視化分析

陳云紅,李冰楠,李朝乾,鄭雪薇,鄧貴斌,李書明

(湖北師范大學(xué) 計算機與信息工程學(xué)院,湖北 黃石 435002)

如果從1962年格拉澤(Glaser,R.)明確提出“教學(xué)系統(tǒng)”概念以及對教學(xué)系統(tǒng)進行設(shè)計算起,“教學(xué)設(shè)計”已經(jīng)經(jīng)歷了半個多世紀的發(fā)展歷程。它最初誕生于美國,經(jīng)歷了最初的發(fā)展階段,隨后則跨海越洋傳播至世界其他許多國家[1]。教學(xué)設(shè)計亦稱為“教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計”[2](Instructional System Design,ISD),它以多學(xué)科理論為基礎(chǔ),綜合多種理論自成體系[3],從教學(xué)活動、教材建設(shè)、教育資源利用、學(xué)習(xí)評價等方面,通過精心設(shè)計的教學(xué)系統(tǒng)來更有效地完成教學(xué)任務(wù),促進學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)[4],具有很強的實踐性,可以說是教育技術(shù)學(xué)的靈魂[5]?！锻庹Z電化教學(xué)》雜志1987年刊登了第一篇有關(guān)教學(xué)設(shè)計的文章,教學(xué)設(shè)計開始被引入國內(nèi)[6],教育技術(shù)研究者和學(xué)科專家們開始了教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論的宣傳和實踐活動,教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論受到了空前的重視[7]。隨著信息化教學(xué)不斷推廣應(yīng)用,教學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)成為輔助教師開展教學(xué)活動的主要工具[8]。而教學(xué)設(shè)計是教學(xué)系統(tǒng)的基礎(chǔ),好的教學(xué)系統(tǒng)配以好的教學(xué)設(shè)計能取得更好的教學(xué)效果。我國教學(xué)設(shè)計研究在經(jīng)過三十多年的歷程之后,無論在理論研究方面還是實踐方面都有了一定的發(fā)展,那么它現(xiàn)在是否已經(jīng)成熟呢[9]?為了分析教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展歷程,研究者以“教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計”為主題在中國知網(wǎng)檢索,結(jié)果顯示自2006年以后發(fā)文量不斷上升,研究主題和研究內(nèi)容已覆蓋不同領(lǐng)域。為了深入探討近十年國內(nèi)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的研究現(xiàn)狀,本研究采用了可視化的分析方法。

1 研究方法與過程

1.1 研究方法

采用文獻計量法和內(nèi)容分析法來分析近十年國內(nèi)發(fā)表的關(guān)于ISD這一研究主題的文獻。文獻計量法主要利用數(shù)理統(tǒng)計方法處理文獻信息篇章之間的定量關(guān)系,得出的結(jié)論偏重概率規(guī)律,是一個從文獻外部特征出發(fā)的定量為主的分析方法[9]。文獻計量法可以幫助研究者獲得有關(guān)文獻的信息,包括文獻的質(zhì)量、主題的發(fā)展趨勢、文獻來源和文獻之間的關(guān)系。內(nèi)容分析法是一種對傳播信息內(nèi)容進行系統(tǒng)、客觀和量化描述的研究方法。它適合于對一切可以記錄與保存并且有價值的文獻作定量研究,如今被廣泛運用到新聞傳播、圖書情報、政治軍事、社會學(xué)、心理學(xué)等社會科學(xué)各領(lǐng)域中[10]。內(nèi)容分析的過程是層層推理的過程,其目的是弄清楚被分析對象中本質(zhì)性的事實和趨勢,揭示其中所含有的隱性內(nèi)容,可對事物發(fā)展作情報預(yù)測。

1.2 研究過程

在中國知網(wǎng)(CNKI)上檢索關(guān)鍵字“教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計,ISD”,選取時間2013～2022年,剔除與主題詞無關(guān)的文獻后,最終得到有效文獻591篇,并導(dǎo)出為Refworks和xls格式。運用Python、CiteSpace、GraphPad Prism 9(美國GraphPad software公司開發(fā)的一款極小的視窗型統(tǒng)計分析軟件[11])工具對導(dǎo)出文獻進行文獻計量可視化分析。采用內(nèi)容分析法分析處理結(jié)果,探討國內(nèi)ISD研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。

2 文獻統(tǒng)計分析

圖1中,導(dǎo)出格式為xls的591篇文獻字段如Fund、Volume、URL、DOI中有較多空值需剔除,文章選取年度、來源、機構(gòu)、研究者、學(xué)科(CLC中圖分類號)、關(guān)鍵詞、摘要7個屬性,從發(fā)文趨勢、合作關(guān)系、關(guān)鍵詞聚類三個維度對591篇有效文獻進行可視化分析。

圖1 2013～2022年591篇文獻的各項屬性數(shù)值分布

2.1 發(fā)文趨勢分析

圖2中,近十年國內(nèi)ISD相關(guān)研究的發(fā)文量整體呈增長趨勢,2014年發(fā)文量為48篇最低,2022年達到峰值77篇,平均年發(fā)文59篇,年增長2篇以上。雖然在2014、2018、2021年出現(xiàn)下滑,但降幅較小,整體趨于平穩(wěn)。

圖2 2013～2022年發(fā)文分布圖

借助GraphPad Prism 9和Python生成圖3,顯示了近十年國內(nèi)ISD相關(guān)研究按文獻來源劃分的結(jié)果,發(fā)文量最高的是信息與電腦(理論版)期刊,共39篇,其次是電腦知識與技術(shù)期刊21篇,排名在第2～10的期刊發(fā)文量均不超過20篇,排名10之后的期刊發(fā)文量均不足10篇。發(fā)文量排名前10的期刊主要為電子信息類,教育技術(shù)類不在其列,表明教育技術(shù)類期刊的參與度不夠。按機構(gòu)劃分,近十年國內(nèi)ISD相關(guān)研究,發(fā)文量最多的是電子科技大學(xué)14篇,排名2～10的機構(gòu)發(fā)文量均只有3篇,排名10之后的機構(gòu)發(fā)文量均不超過2篇。排名前10的機構(gòu)中有西北師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、咸陽師范學(xué)院3所師范院校,師范院校也參與了研究,但就總發(fā)文量而言,師范院校,尤其是重點師范大學(xué)的參與度不高。

圖3 2013～2022年文獻來源和機構(gòu)發(fā)文分布圖

2.2 合作關(guān)系分析

CiteSpace提供了作者合作和機構(gòu)合作的合作圖譜,合作圖譜可以發(fā)現(xiàn)某個研究領(lǐng)域?qū)W者、國家或研究機構(gòu)之間的社會關(guān)系,為評價科研人員、國家或機構(gòu)的學(xué)術(shù)影響力提供一個新的視角,有利于我們發(fā)現(xiàn)那些值得關(guān)注的科研人員、國家或機構(gòu)[12]。

圖4顯示了CiteSpace分析591篇Refworks格式文獻研究者的合作關(guān)系,連線表示有合作。研究者總共273人,合作74次,內(nèi)部主干區(qū)域網(wǎng)絡(luò)節(jié)點均無連線,外部邊緣區(qū)域有連線,但線條較細,表明多數(shù)研究者之間沒有合作關(guān)系,少數(shù)有合作關(guān)系的研究者之間合作頻次也較低。對比連線發(fā)現(xiàn),兩人一組的研究者合作37次,僅有8組研究者的團隊合作規(guī)模超過3人。研究者之間的合作頻次較低,魏鑫鑫、陳清奎之間有三次合作,排名最高;于愛兵出現(xiàn)三次,有一次合作;傅士強、周冰、王寶林、張云麗、張鵬等人單獨發(fā)文兩次,與其余研究者無合作。

圖4 2013～2022年度研究者合作圖

圖5顯示了ISD相關(guān)研究機構(gòu)數(shù)量排名前100的節(jié)點,機構(gòu)總數(shù)為270,共合作48次,圖中內(nèi)部主干區(qū)域網(wǎng)絡(luò)節(jié)點均無連線,外部邊緣區(qū)域有連線,但線條較細,表明多數(shù)機構(gòu)之間沒有合作關(guān)系,少數(shù)有合作關(guān)系的機構(gòu)之間合作頻次也較低。對比連線發(fā)現(xiàn),兩個機構(gòu)一組的合作有23次,三個及以上機構(gòu)一組的合作僅有6次,北京競業(yè)達沃凱森教育科技有限公司與柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院及哈爾濱工程大學(xué)工程訓(xùn)練中心與大慶石化公司乙烯工程指揮部之間有兩次合作,排名最高。北京印刷學(xué)院新媒體學(xué)院、上海第二工業(yè)學(xué)院等機構(gòu)有兩次合作,但合作對象不同。整體而言,機構(gòu)發(fā)文趨于分散,合作頻次不高。

圖5 2013～2022年度機構(gòu)合作圖

圖6篩選了ISD相關(guān)研究出現(xiàn)頻次和合作頻次較高的學(xué)科,軟件工程單獨發(fā)文75次,計算機化教學(xué)單獨發(fā)文44次,排名靠前。軟件工程與計算機化教學(xué)合作24次,計算機化教學(xué)與計算機仿真合作8次,其余的合作為3～4次。軟件工程和計算機化教學(xué)在整個研究中所占比重較大,但更多是以單獨發(fā)文出現(xiàn)。篩選的結(jié)果中,軟件工程與其它學(xué)科有三次合作,計算機化教學(xué)與其它學(xué)科有四次合作,這兩門學(xué)科在該類研究中與其它學(xué)科有更多合作。

圖6 2013～2022年學(xué)科合作圖

2.3 關(guān)鍵詞聚類分析

CiteSpace依據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和聚類的清晰度,提供了模塊值(Q值)和平均輪廓值(S值)兩個指標,可以作為我們評判圖譜繪制效果的一個依據(jù)[12]。Q>0.3意味著劃分出來的社團結(jié)構(gòu)是顯著的,當(dāng)S值在0.7時,聚類是高效率令人信服的,若在0.5以上,聚類一般認為是合理的[12]。CiteSpace提供了不同可視化方式的選擇,其中默認的是聚類視圖(Cluster),它側(cè)重于體現(xiàn)聚類間的結(jié)構(gòu)特征,突出關(guān)鍵節(jié)點及重要連接,時間線視圖( Timeline)側(cè)重于勾畫聚類之間的關(guān)系和某個聚類中文獻的歷史跨度[12]。圖7為Clustering功能對關(guān)鍵詞、摘要聚類生成得到的研究主題。Q值為0.7341,表明聚類結(jié)構(gòu)效果顯著,S值為0.9474,表明聚類結(jié)果令人信服,該研究領(lǐng)域內(nèi)研究主題同質(zhì)性較高,可以很好的反應(yīng)研究內(nèi)容。聚類序號越小,內(nèi)含的關(guān)鍵詞則越多,研究主題排名由高到低依次是教學(xué)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、實驗教學(xué)、虛擬現(xiàn)實、教學(xué)設(shè)計五大類。虛擬現(xiàn)實與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、教學(xué)設(shè)計有交集,網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與虛擬現(xiàn)實、實驗教學(xué)交集較多,實踐教學(xué)包含于實驗教學(xué),表明虛擬現(xiàn)實、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、實驗教學(xué)與其它主題有直接關(guān)聯(lián)。人工智能與教學(xué)設(shè)計、教學(xué)系統(tǒng)距離較近,他們之前存在相關(guān)性。教學(xué)系統(tǒng)靠近教學(xué)設(shè)計、虛擬現(xiàn)實、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和實驗教學(xué),表明與這四個主題相關(guān)。

圖7 2013～2022年關(guān)鍵詞主題聚類圖譜

使用CiteSpace的Timeline功能,對關(guān)鍵詞、摘要聚類生成圖8時間線圖譜,得到ISD領(lǐng)域在近十年內(nèi)的研究主題和研究內(nèi)容。研究主題關(guān)鍵詞教學(xué)系統(tǒng)出現(xiàn)96次,聚類排名最高,研究內(nèi)容高頻詞在2013～2015年較少,在2015～2020年有導(dǎo)線計算、振動傳輸、體育教學(xué)、增加現(xiàn)實、工程圖學(xué)能,在2022年出現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。研究主題關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)教學(xué)出現(xiàn)29次,聚類排名次高,研究內(nèi)容高頻詞在2013～2015年有信息系統(tǒng)、中學(xué)教學(xué),在2015～2020年有教學(xué)改革、互聯(lián)網(wǎng)、信息收集、數(shù)據(jù)分析,在2020～2022年有學(xué)習(xí)分析、對比實驗、程序設(shè)計、教學(xué)改良、體育美學(xué)。研究主題關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)教學(xué)出現(xiàn)27次,聚類排名第三,研究內(nèi)容高頻詞在2013～2015年有交通控制、組態(tài)軟件,在2015～2020年有在線教學(xué)、輔助教學(xué)、大數(shù)據(jù)、高等數(shù)學(xué)、全站儀,在2020～2022年有三網(wǎng)融合、實驗體系。研究主題關(guān)鍵詞虛擬現(xiàn)實出現(xiàn)19次,聚類排名第四,研究內(nèi)容高頻詞在2013～2015年有教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、教學(xué)效果,在2015～2020年有計算機、虛擬仿真、大數(shù)據(jù)、仿真實驗、在線評估,在2022年有線上教學(xué)。研究主題關(guān)鍵詞教學(xué)設(shè)計出現(xiàn)19次,聚類排名第五,研究內(nèi)容高頻詞在2013～2015年有微格教學(xué)、仿真教學(xué)、教學(xué)評價、教學(xué)模式、實驗教學(xué),在2015～2020年有人機交互、虛擬仿真、虛擬現(xiàn)實、VR技術(shù)、仿真實驗、遠程教學(xué),在2020～2022年有在線評估、線上教學(xué)。結(jié)果表明聚類排名前五的主題之間,研究內(nèi)容彼此存在關(guān)聯(lián)。

圖8 2013～2022年關(guān)鍵詞時間線聚類圖譜

圍繞時間線聚類排名前五的研究主題,借助Python中的Wordcloud詞云技術(shù),高度概括并且形象化地展示出文中的核心內(nèi)容與思想,突出顯示關(guān)鍵詞[13],以此分析研究主題之間的關(guān)聯(lián)。

2.3.1 圍繞教學(xué)系統(tǒng)的研究 研究主題舉例:在線數(shù)學(xué)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及其應(yīng)用效果研究

來源:中國遠程教育

機構(gòu):北京大學(xué)教育學(xué)院教育技術(shù)系;北京大學(xué)教育信息化國際研究中心;成都市棕北中學(xué);北京樂學(xué)一百在線教育科技有限公司。

由來源和機構(gòu)可知,該研究出自教育技術(shù)類期刊,師范專業(yè)研究者也參與了合作。圖9中,教學(xué)系統(tǒng)、計算機、實驗班、遠程教育、計算機輔助為全文高頻詞。結(jié)合摘要可知,該教學(xué)系統(tǒng)是一種計算機化平臺,是在教學(xué)理論指導(dǎo)下設(shè)計的網(wǎng)上數(shù)學(xué)教學(xué)系統(tǒng),用在教學(xué)實驗課程中,以滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需求,體現(xiàn)了教學(xué)系統(tǒng)同時與教學(xué)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、實驗教學(xué)、具體學(xué)科相結(jié)合的特點。

圖9 在線數(shù)學(xué)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及其應(yīng)用效果研究詞云圖

2.3.2 圍繞網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的研究 研究主題舉例:基于B/S架構(gòu)的交互性教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

來源:軟件導(dǎo)刊(教育技術(shù))

機構(gòu):廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院

由來源可知,該研究出自教育技術(shù)類期刊。圖10中,教學(xué)系統(tǒng)、Web、交互性、服務(wù)器、教學(xué)內(nèi)容為全文高頻詞。結(jié)合摘要可知,該研究的目的是為交互性網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計提供技術(shù)支持和方法指導(dǎo),體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與教學(xué)系統(tǒng)和教學(xué)設(shè)計相結(jié)合的特點,重關(guān)鍵技術(shù)的研究。

圖10 基于B/S架構(gòu)的交互性教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究詞云圖

2.3.3 圍繞實驗教學(xué)的研究 研究主題舉例:心理實驗教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計思路與發(fā)展探索

來源:中國教育技術(shù)裝備

機構(gòu):武漢大學(xué)哲學(xué)學(xué)院

由來源可知,該研究出自教育技術(shù)類期刊。圖11中,教學(xué)系統(tǒng)、實驗教學(xué)、計算機、心理學(xué)、實驗設(shè)計為全文高頻詞。結(jié)合摘要可知,心理實驗教學(xué)系統(tǒng)是一種計算機化平臺,其設(shè)計由早期的教師演示發(fā)展到后來的支持學(xué)生參與設(shè)計,再到現(xiàn)在的云端大數(shù)據(jù)技術(shù),體現(xiàn)了實驗教學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)接軌并與教學(xué)設(shè)計、教學(xué)系統(tǒng)、具體學(xué)科以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的特點。

圖11 心理實驗教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計思路與發(fā)展探索詞云圖

2.3.4 圍繞虛擬現(xiàn)實的研究 研究主題舉例:基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的微格教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計

來源:實驗技術(shù)與管理

機構(gòu):溫州大學(xué)國資與實驗室管理處;溫州大學(xué)教師教育學(xué)院

由機構(gòu)可知,師范專業(yè)研究者參與了合作。圖12中,教學(xué)系統(tǒng)、師范生、虛擬現(xiàn)實、實驗教學(xué)為全文高頻詞。結(jié)合摘要可知,該研究利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建一個包括教學(xué)場景、虛擬角色、虛擬教學(xué)情景和教學(xué)技能評價的師范生技能培訓(xùn)微格教學(xué)系統(tǒng),體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實與教學(xué)系統(tǒng)、教學(xué)設(shè)計以及具體專業(yè)領(lǐng)域相結(jié)合的特點。

圖12 基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的微格教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計詞云圖

2.3.5 圍繞教學(xué)設(shè)計的研究 研究主題舉例:新一代信息技術(shù)環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)教學(xué)設(shè)計范式重構(gòu)——基于“課程編導(dǎo)”理念的在線教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計研究

來源:中國電化教育

機構(gòu):北京理工大學(xué)教育研究院;延安大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院

由來源和機構(gòu)可知,該研究出自教育技術(shù)類期刊,師范專業(yè)研究者也參與了合作。圖13中,信息技術(shù)、在線教育、學(xué)習(xí)者、互聯(lián)網(wǎng)為全文高頻詞。結(jié)合摘要可知,該研究探討了新一代信息技術(shù)環(huán)境下在線教學(xué)資源的設(shè)計、開發(fā)與應(yīng)用,體現(xiàn)了教學(xué)設(shè)計與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)以及信息技術(shù)相結(jié)合的特點,即重教學(xué)理論又重技術(shù)應(yīng)用。

圖13 新一代信息技術(shù)環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)教學(xué)設(shè)計范式重構(gòu)詞云圖

教學(xué)系統(tǒng)泛指計算機化平臺,教學(xué)設(shè)計傾向于教學(xué)理論指導(dǎo)的設(shè)計,教學(xué)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、實驗教學(xué)、虛擬現(xiàn)實、教學(xué)設(shè)計五大主題研究內(nèi)容彼此聯(lián)系緊密,教育技術(shù)類期刊和師范專業(yè)研究者均有參與五大主題內(nèi)容的研究。

3 結(jié)果與討論

3.1 發(fā)文趨勢現(xiàn)狀

近十年來,國內(nèi)ISD研究的年發(fā)文量一直保持在較高水平,且整體呈上升趨勢,長期高產(chǎn)的年發(fā)文量表明ISD的研究正處于蓬勃發(fā)展的階段,已被廣泛的關(guān)注,其研究也在不斷深入。從機構(gòu)和文獻來源發(fā)文量來看,師范院校和教育技術(shù)類期刊,參與度不足,對該研究領(lǐng)域提供的理論指導(dǎo)還不夠。未來師范院校和教育技術(shù)類期刊有較大空間去助力ISD研究領(lǐng)域理論體系的發(fā)展和完善。

3.2 合作關(guān)系現(xiàn)狀

近十年來國內(nèi)ISD的相關(guān)研究中,從研究者合作來看,研究者相互之間合作的頻次較低。從機構(gòu)合作來看,機構(gòu)之間合作的頻次也較低。從學(xué)科合作來看,不同學(xué)科之間的交叉度還不夠。因此研究者、機構(gòu)、學(xué)科內(nèi)部之間的合作力度均不足,未來有較大空間去加強各個維度內(nèi)部的合作,助力ISD交叉學(xué)科及研究的多元化發(fā)展。

3.3 研究內(nèi)容發(fā)展現(xiàn)狀

近十年國內(nèi)ISD研究主題排名前五的主題中,教學(xué)系統(tǒng)作為關(guān)鍵字與教學(xué)設(shè)計、虛擬現(xiàn)實、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、實驗教學(xué)均有關(guān)聯(lián),教學(xué)系統(tǒng)的研究內(nèi)容在2013年早期分門別類,到2020年后聚焦于深度學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)主要依托于信息技術(shù),尤其是數(shù)據(jù)挖掘、多媒體技術(shù)。實驗教學(xué)與教學(xué)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)結(jié)合緊密。虛擬現(xiàn)實的研究在2013年早期重教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和教學(xué)效果,在2015～2020年間與實驗教學(xué)結(jié)合較多,到2020年后與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)結(jié)合緊密。教學(xué)設(shè)計在2013年早期多與教學(xué)系統(tǒng)、實驗教學(xué)相結(jié)合,在2015～2020年間與虛擬現(xiàn)實結(jié)合較多,在2020年后與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有更多的結(jié)合。盡管不同的主題在近十年間發(fā)展的趨勢存在差異,但五大主題彼此一直結(jié)合緊密。未來的ISD研究應(yīng)繼續(xù)加強五大主題彼此的聯(lián)系,促進其深度融合和創(chuàng)新發(fā)展,以提高ISD領(lǐng)域的研究質(zhì)量和水平。