鄭蘭琴 張璇

摘要：協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化無論在理論還是實(shí)踐層面都是一大難題。目前，主要存在重結(jié)果輕過程、重經(jīng)驗(yàn)輕數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)來源單一、不重視設(shè)計(jì)、優(yōu)化體系不完善等問題。事實(shí)上，基于多源數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化才能使得協(xié)作學(xué)習(xí)達(dá)到理想的效果。該文提出基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化策略，并通過六次協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)探索如何科學(xué)設(shè)計(jì)并優(yōu)化協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)。采用的數(shù)據(jù)來源包括協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案的數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性、協(xié)作學(xué)習(xí)實(shí)施過程中信息流的屬性以及協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)果四大類11個(gè)指標(biāo)。優(yōu)化策略包括優(yōu)化任務(wù)設(shè)計(jì)、提供多元媒體類型、設(shè)計(jì)不同難度的目標(biāo)和任務(wù)、設(shè)計(jì)認(rèn)知和元認(rèn)知腳手架、搭建協(xié)作共享環(huán)境、明確交互規(guī)則等。研究結(jié)果表明，優(yōu)化后的協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)較優(yōu)化前在方案質(zhì)量、設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性、協(xié)作學(xué)習(xí)的信息流屬性以及協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)果均有顯著提升。

關(guān)鍵詞：協(xié)作學(xué)習(xí);活動(dòng)設(shè)計(jì);以設(shè)計(jì)為中心的研究;數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng);優(yōu)化策略

中圖分類號(hào)：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-9860（2020）06-0120-10

一、引言

協(xié)作學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者基于共同的學(xué)習(xí)目標(biāo)、以小組的形式、在一定的激勵(lì)機(jī)制下將個(gè)人及他人成果最大化而合作互助的一系列相關(guān)行為。協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量從源頭上決定協(xié)作學(xué)習(xí)的效果。然而，目前大多數(shù)研究注重協(xié)作學(xué)習(xí)的效果，很少關(guān)注協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)，再加上學(xué)習(xí)者之間的交互過程無法預(yù)知，因此，協(xié)作學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)成為一大研究難題。協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)包括目標(biāo)、任務(wù)、資源、交互方式以及評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)。這五個(gè)要素的設(shè)計(jì)不是一蹴而就的，需要不斷優(yōu)化才能真正提高協(xié)作學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

在協(xié)作學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域，已有的研究大多采用基于設(shè)計(jì)的研究（Design-based Research，DBR）范式進(jìn)行“設(shè)計(jì)-實(shí)施”的多輪迭代，以優(yōu)化協(xié)作學(xué)習(xí)的效果。但DBR存在迭代難度大、可遷移性差等問題。另外，目前協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化主要采用課堂觀察或行動(dòng)研究法并基于教師的主觀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行。比如，研究者大多基于課堂觀察進(jìn)行多輪迭代改良，但優(yōu)化效果難以驗(yàn)證。也有研究者依托行動(dòng)研究法進(jìn)行優(yōu)化，比如在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)共同體的實(shí)踐中進(jìn)行三輪的行動(dòng)研究法以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化。但是這些方法都缺乏客觀數(shù)據(jù)的支持，也缺少數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化。盡管有研究者收集數(shù)據(jù)來考察協(xié)作學(xué)習(xí)的效果，數(shù)據(jù)的來源主要是調(diào)查問卷、測(cè)試等結(jié)果性數(shù)據(jù)，并不能真實(shí)反映協(xié)作學(xué)習(xí)的交互過程。此外，目前的優(yōu)化策略也不夠系統(tǒng)，尚未構(gòu)建一個(gè)完整的優(yōu)化體系，可借鑒價(jià)值很低。

大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)、決策、分析、監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、優(yōu)化等在各行各業(yè)都發(fā)揮著重要作用。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可以實(shí)現(xiàn)智能診療，于社交媒體領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)輿情監(jiān)控和分析，于金融領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)風(fēng)控。在教育領(lǐng)域，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)同樣發(fā)揮著重要作用，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的學(xué)情診斷、智能決策支持以及個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持和服務(wù)，助力實(shí)現(xiàn)教育公平和教學(xué)質(zhì)量的提升。在協(xié)作學(xué)習(xí)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)同樣能夠助力協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，協(xié)作學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)方案、交互的過程性數(shù)據(jù)和結(jié)果性數(shù)據(jù)成為設(shè)計(jì)和優(yōu)化協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的重要依據(jù)。

綜上，協(xié)作學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化存在重經(jīng)驗(yàn)輕數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)來源單一、體系不完善的問題，亟需借助多源數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，并構(gòu)建有效的優(yōu)化策略體系。因此，本研究旨在從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的角度并基于多源的客觀數(shù)據(jù)對(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，通過數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)評(píng)估優(yōu)化前后的協(xié)作學(xué)習(xí)過程并為學(xué)生者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持和指導(dǎo)，從而優(yōu)化協(xié)作學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)并提高協(xié)作學(xué)習(xí)質(zhì)量。

二、文獻(xiàn)述評(píng)

協(xié)作學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)在理論和實(shí)踐層面一直是一大難題。一方面，研究者很難判定協(xié)作學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)是否能準(zhǔn)確反映教學(xué)目標(biāo);另一方面，研究者不清楚設(shè)計(jì)的各要素在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中是否能達(dá)到令人滿意的效果。在協(xié)作學(xué)習(xí)領(lǐng)域，常用的范式是基于設(shè)計(jì)的研究（DBR），這種研究范式自出現(xiàn)以來一直受到廣大研究者的推崇。DBR旨在經(jīng)過設(shè)計(jì)與實(shí)施的迭代過程以達(dá)到更好的協(xié)作學(xué)習(xí)效果。DBR多采用觀察法、行動(dòng)研究法、訪談法以及人種志等作為主要研究方法，強(qiáng)調(diào)多輪迭代來改進(jìn)教學(xué)的干預(yù)與設(shè)計(jì)。如有研究者在某門課程上對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行循環(huán)兩次的設(shè)計(jì)、評(píng)估及優(yōu)化。有研究者在翻轉(zhuǎn)課堂的知識(shí)建構(gòu)活動(dòng)中，根據(jù)問卷和訪談結(jié)果進(jìn)行了三輪迭代，構(gòu)建了知識(shí)建構(gòu)策略體系和教學(xué)流程的操作模型。也有研究者在網(wǎng)絡(luò)協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境下，通過實(shí)施和調(diào)整階段的四輪迭代，生成了自評(píng)和互評(píng)的個(gè)體貢獻(xiàn)度評(píng)價(jià)原則和策略。但將DBR置于真實(shí)的教學(xué)情境時(shí)，不難發(fā)現(xiàn)對(duì)一次教學(xué)進(jìn)行多次迭代難度很大、優(yōu)化后的結(jié)果難以評(píng)估，而且由于DBR嚴(yán)重受制于情境，因此研究結(jié)論難以重復(fù)和推廣。另外，目前的優(yōu)化多根據(jù)個(gè)人主觀的感受和經(jīng)驗(yàn)，缺乏客觀數(shù)據(jù)的支持。比如，研究者在“協(xié)作-探究”的教學(xué)模式中兩次優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，優(yōu)化依據(jù)為教學(xué)團(tuán)隊(duì)的課堂觀察以及學(xué)生的反饋。還有研究者在基于概念圖的協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)中，僅根據(jù)四個(gè)維度的概念圖打分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行完善與優(yōu)化。綜上所述，現(xiàn)有的協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)優(yōu)化中，采用DBR存在迭代難度大、不可重復(fù)、難以遷移和推廣等問題;另外，優(yōu)化往往缺乏數(shù)據(jù)支持，或支持優(yōu)化的數(shù)據(jù)來源單一。因此，亟需尋找一種更加科學(xué)的范式并基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

在教育領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)在教育教學(xué)中發(fā)揮著重要作用。首先，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)，其核心是學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的挖掘、學(xué)習(xí)表現(xiàn)的評(píng)價(jià)和基于學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的教學(xué)決策。如李士平等構(gòu)建基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)支持的設(shè)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)決策的影響，達(dá)到精準(zhǔn)教學(xué)的目的。第二，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)可以干預(yù)教學(xué)過程，即基于數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析為學(xué)習(xí)者提供有效的學(xué)習(xí)干預(yù)。如Ayres等在翻轉(zhuǎn)課堂情境下收集學(xué)生的測(cè)試數(shù)據(jù)、問卷以及焦點(diǎn)小組意見等，然后基于收集的數(shù)據(jù)通過延長活動(dòng)時(shí)間、成績激勵(lì)、講解疑難知識(shí)點(diǎn)等方式優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)。方海光等對(duì)師生交互信息進(jìn)行收集、挖掘和分析，基于實(shí)時(shí)的課堂反饋數(shù)據(jù)如題目正確率、交卷情況、題目選項(xiàng)統(tǒng)計(jì)等對(duì)學(xué)生進(jìn)行有針對(duì)性的教學(xué)指導(dǎo)以實(shí)現(xiàn)教學(xué)控制。第三，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)決策，即在整個(gè)教學(xué)過程包括設(shè)計(jì)、實(shí)施、反思評(píng)價(jià)，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)地分析和決策。比如，有研究者收集練習(xí)測(cè)評(píng)、視頻觀看、在線提問及討論等數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化處理以實(shí)現(xiàn)智能決策，如通過測(cè)評(píng)查找錯(cuò)誤原因、通過視頻觀看數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)難點(diǎn)、通過在線提問及討論數(shù)據(jù)提煉學(xué)生存在的問題并進(jìn)行教學(xué)決策。

筆者認(rèn)為，應(yīng)該采用以設(shè)計(jì)為中心的研究范式（Design-centered Research，DCR）對(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。因?yàn)镈CR強(qiáng)調(diào)一致性，關(guān)注缺陷分析以及不一致的現(xiàn)實(shí)來源，具有可實(shí)施性。楊開城等借助學(xué)習(xí)過程機(jī)制圖來表征協(xié)作學(xué)習(xí)過程并對(duì)一個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)案例進(jìn)行優(yōu)化。有研究者指出可以從“目標(biāo)-手段”一致性的角度優(yōu)化協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)方案，比如通過手段和目標(biāo)之間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系分析協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)存在的缺陷，用改進(jìn)缺陷的方式來優(yōu)化協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案，但也只是停留在提出設(shè)想階段。目前DCR范式下的優(yōu)化研究還處在初步探索階段，因此需要進(jìn)一步探索具有可操作性的設(shè)計(jì)技術(shù)和優(yōu)化策略。另外，現(xiàn)有的協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究還存在諸多問題：一方面，協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的優(yōu)化還不夠系統(tǒng)，主要依賴主觀感受和經(jīng)驗(yàn)，缺少客觀的證據(jù)、優(yōu)化策略不成體系;另一方面，活動(dòng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化缺乏數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的支持、數(shù)據(jù)來源單一。筆者認(rèn)為，協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化應(yīng)該基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)并從多個(gè)角度構(gòu)建優(yōu)化策略體系。

三、研究設(shè)計(jì)

（一）研究范式

本研究采用以設(shè)計(jì)為中心（Design-centered Research，DCR）的研究范式，并基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的視角來進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。DCR強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)在教育研究的核心地位，突出教育其設(shè)計(jì)屬性，并關(guān)注教育中的一致性。另外，筆者將協(xié)作學(xué)習(xí)視為一個(gè)復(fù)雜的信息系統(tǒng)，研究對(duì)象確定為這個(gè)系統(tǒng)中的信息流，關(guān)注信息流屬性和協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)之間的關(guān)系，旨在擺脫價(jià)值判斷的主觀性。在分析方法層面，本研究采用筆者前期論證的基于信息流的協(xié)作學(xué)習(xí)交互分析方法，分析協(xié)作學(xué)習(xí)交互過程中的信息流特征。本研究采用的研究模型如圖1所示，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)貫穿協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、分析和優(yōu)化的全過程，數(shù)據(jù)來源包括協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案、協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性、協(xié)作學(xué)習(xí)交互過程的信息流屬性、協(xié)作學(xué)習(xí)的效果四個(gè)維度。

（二）協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)并實(shí)施了三個(gè)問題解決類型的協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)，這三個(gè)活動(dòng)主要針對(duì)初中的人工智能課程設(shè)計(jì)和實(shí)施，旨在讓學(xué)生了解并掌握人工智能的基本概念和原理，并借助可視化編程軟件實(shí)現(xiàn)人工智能模塊的功能。第一個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)任務(wù)旨在讓學(xué)生掌握人臉識(shí)別的技術(shù)，并通過可視化編程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)兩種以上人臉特征的識(shí)別。第二個(gè)任務(wù)旨在掌握語音識(shí)別的技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別、翻譯以及語音控制運(yùn)動(dòng)。任務(wù)三旨在掌握人臉識(shí)別、語音識(shí)別、語音合成的技術(shù)，并通過編程實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別以及語音識(shí)別與合成。每個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)實(shí)施了兩輪，第二輪的設(shè)計(jì)和實(shí)施是基于第一輪設(shè)計(jì)和實(shí)施的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化的。

（三）研究程序

本研究在北京市某中學(xué)的兩個(gè)初一班級(jí)實(shí)施，每個(gè)班有40名學(xué)生。研究中采用面對(duì)面的協(xié)作學(xué)習(xí)方式，3人一組。為了檢測(cè)兩個(gè)班級(jí)學(xué)生的已有知識(shí)水平，本研究開展了前測(cè)，前測(cè)結(jié)果表明兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生在人工智能模塊的知識(shí)水平?jīng)]有顯著性差異（t=1.019，p=0.312）。研究程序包括三個(gè)步驟：第一步，設(shè)計(jì)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)并在第一個(gè)班級(jí)實(shí)施第一輪;第二步，根據(jù)第一輪的實(shí)施過程和結(jié)果計(jì)算過程性和結(jié)果性數(shù)據(jù);第三步，基于第一輪的數(shù)據(jù)優(yōu)化協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，然后在第二個(gè)班級(jí)實(shí)施第二輪的協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)。

（四）數(shù)據(jù)源及分析方法

為了更加全面地優(yōu)化協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，本研究從四個(gè)角度搜集多源數(shù)據(jù)，包括對(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案、協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性、協(xié)作學(xué)習(xí)交互過程的信息流屬性、協(xié)作學(xué)習(xí)的結(jié)果四個(gè)維度。其中，協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案的評(píng)估是指在協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)實(shí)施前對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，包括協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案中目標(biāo)與任務(wù)的一致性、媒體多元性以及方案的適應(yīng)性三個(gè)方面。協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性包括知識(shí)點(diǎn)范圍的一致性、協(xié)同知識(shí)建構(gòu)程度的一致性、交互方式的一致性三個(gè)方面。協(xié)作學(xué)習(xí)的信息流屬性包括目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的激活量、細(xì)化程度以及聚焦程度。協(xié)作學(xué)習(xí)的結(jié)果主要針對(duì)小組作品進(jìn)行評(píng)價(jià)。下面進(jìn)行詳細(xì)闡釋計(jì)算方法。

1.協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案的評(píng)估

（1）目標(biāo)與任務(wù)設(shè)計(jì)的一致性

目標(biāo)與任務(wù)設(shè)計(jì)的一致性用于表征教師設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)任務(wù)與教學(xué)目標(biāo)的一致程度，通過協(xié)作學(xué)習(xí)任務(wù)激活的知識(shí)圖與目標(biāo)知識(shí)圖的相似性來衡量，主要從知識(shí)點(diǎn)相似度和關(guān)系相似度兩方面進(jìn)行計(jì)算。筆者在已有相似度算法的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)后的一致性算法，計(jì)算方法如公式（1）所示：

（2）媒體多元性

媒體多元性用于表征協(xié)作學(xué)習(xí)過程中媒體工具的多樣性程度。借助信息熵的特性，信源種類越多，信息熵越大，構(gòu)建了協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案中媒體多元性的測(cè)量指標(biāo)，用以反映媒體種類的豐富性和多樣性，計(jì)算方法如公式（2）所示：

同樣以任務(wù)二的方案為例，優(yōu)化前的設(shè)計(jì)方案共包含三種媒體類型，分別為文本、聲音、圖像，三種媒體類型所占比例依次為M1=0.56、M2=0.11、M3=0.33，由公式（2）計(jì)算得方案設(shè)計(jì)的媒體多元性為0.94。

（3）方案的適應(yīng)性

協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案的適應(yīng)性用于表征設(shè)計(jì)方案與不同知識(shí)水平學(xué)習(xí)者之間的匹配程度，包括目標(biāo)的適應(yīng)性和任務(wù)的適應(yīng)性。協(xié)作學(xué)習(xí)方案目標(biāo)的適應(yīng)性旨在衡量是否為不同層次的學(xué)生設(shè)定了不同難度等級(jí)的目標(biāo)。協(xié)作學(xué)習(xí)方案中任務(wù)的適應(yīng)性則考察是否為不同層次的學(xué)生設(shè)計(jì)了不同難度等級(jí)的任務(wù)。借助GINI系數(shù)來衡量信息不確定性的性質(zhì)，構(gòu)建了下列計(jì)算方法來衡量目標(biāo)和任務(wù)的適應(yīng)性，計(jì)算方法如公式（3）和公式（4）所示：

以任務(wù)二優(yōu)化前的設(shè)計(jì)方案為例，根據(jù)學(xué)生知識(shí)水平低、中、高三個(gè)等級(jí)，目標(biāo)設(shè)計(jì)中的低難度、中等難度、高難度的子目標(biāo)數(shù)量依次為3、2、2，根據(jù)公式（3）計(jì)算可得目標(biāo)的適應(yīng)性為0.65;同理，根據(jù)學(xué)生知識(shí)水平低、中、高三個(gè)等級(jí)，任務(wù)設(shè)計(jì)中的低難度、中等難度、高難度的子任務(wù)數(shù)量依次為2、3、1，根據(jù)公式（4）計(jì)算可得任務(wù)設(shè)計(jì)的適應(yīng)性為0.61。

2.協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性

（1）知識(shí)點(diǎn)范圍的一致性

知識(shí)點(diǎn)范圍的一致性用來衡量協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中激活知識(shí)點(diǎn)范圍的差異程度，差異越小則一致性越高，說明實(shí)施效果越好。協(xié)作學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)范圍一致性的計(jì)算方法如公式（5）所示：

公式（5）中，A代表設(shè)計(jì)方案中激活知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量，B代表活動(dòng)實(shí)施過程中激活知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量，f（A∩B）代表設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中均激活知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量，f（A-B）代表設(shè)計(jì)過程激活而實(shí)施中未激活知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量，f（B-A）代表實(shí)施中激活而設(shè)計(jì)方案未激活知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量，KS代表設(shè)計(jì)與實(shí)施的知識(shí)點(diǎn)范圍一致性程度。

以任務(wù)二為例，任務(wù)設(shè)計(jì)的知識(shí)圖與實(shí)施中激活的知識(shí)圖分別如下頁圖4、圖5所示，則f（A∩B）=22，f（A-B）=4，f（B-A）=0，由公式（5）計(jì)算可得知識(shí)點(diǎn)范圍的一致性為0.92。

（2）協(xié)同知識(shí)建構(gòu)程度的一致性

協(xié)同知識(shí)建構(gòu)程度的一致性用于表征教師所期望的知識(shí)建構(gòu)程度和小組實(shí)際知識(shí)建構(gòu)水平的一致性程度，通過協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)知識(shí)圖和小組生成的知識(shí)圖的相似性來計(jì)算。兩個(gè)知識(shí)圖越相似，協(xié)同知識(shí)建構(gòu)程度就越高，即協(xié)作學(xué)習(xí)質(zhì)量就越好。協(xié)同知識(shí)建構(gòu)程度一致性的計(jì)算方法如公式（6）所示：

公式（6）中，R代表命題鏈匹配正確得分，W代表正確的新增命題鏈得分，D代表命題鏈斷裂得分，X代表遺漏命題鏈得分，F(xiàn)代表錯(cuò)誤命題鏈得分，Z代表目標(biāo)知識(shí)圖中命題鏈總數(shù)，KC代表設(shè)計(jì)與實(shí)施的知識(shí)建構(gòu)程度一致性程度。

由圖4和圖5可知，實(shí)施過程的知識(shí)圖中命題鏈匹配正確得分為35，正確的新增命題鏈得分為0，命題鏈斷裂得分為0，遺漏命題鏈得分為4，錯(cuò)誤命題鏈得分為0，目標(biāo)知識(shí)圖中命題鏈總數(shù)為39，所以由公式（6）計(jì)算可得設(shè)計(jì)與實(shí)施的知識(shí)建構(gòu)程度一致性為0.79。

（3）交互方式的—致性

交互是協(xié)作學(xué)習(xí)的核心，交互方式包含交互策略、角色分配和交互信息類型三個(gè)方面。交互方式一致性的計(jì)算方法如公式（7）所示：

公式（7）中，IC代表協(xié)作學(xué)習(xí)的活動(dòng)設(shè)計(jì)方案與實(shí)施過程共同包含同一種交互方式的數(shù)量，IT代表協(xié)作學(xué)習(xí)的活動(dòng)設(shè)計(jì)方案中出現(xiàn)或?qū)嵤┻^程中出現(xiàn)的所有交互方式的數(shù)量，KI代表設(shè)計(jì)與實(shí)施的交互方式一致性程度。

以任務(wù)二為例。就交互策略而言，設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中包括討論、同伴互評(píng)、切塊拼接三種交互策略，兩者共同的交互策略有討論及同伴互評(píng)兩種;就角色分配而言，設(shè)計(jì)與實(shí)施中包含的角色有組織者、監(jiān)督者、總結(jié)者三種，兩者共同包含這三種角色;就交互信息類型而言，設(shè)計(jì)與實(shí)施中包含的交互信息類型有知識(shí)語義、目標(biāo)描述、事實(shí)和范例、情境、管理指令、其它相關(guān)信息、答案、不相關(guān)信息八種，兩者共同包含知識(shí)語義、目標(biāo)描述、事實(shí)和范例、情境、管理指令、答案六種交互信息類型。所以，由公式《7）計(jì)算可得設(shè)計(jì)與實(shí)施的交互方式一致性為0.81。

3.協(xié)作學(xué)習(xí)的信息流屬性

協(xié)作學(xué)習(xí)的信息流屬性主要包括目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的激活量、細(xì)化程度以及聚焦程度三方面。這些屬性借助筆者開發(fā)的基于信息流的協(xié)作學(xué)習(xí)交互分析工具獲取，無需人工計(jì)算。

（1）目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的激活量

本研究采用目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的總激活量來衡量協(xié)作學(xué)習(xí)的交互過程?？偰繕?biāo)知識(shí)點(diǎn)激活量的計(jì)算方法如公式（8）所示：

公式（8）中，D代表目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)V的總度，d代表目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)V中已知邊的數(shù)量，n代表目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)V中未知邊的種類，F(xiàn)代表遺忘系數(shù)，r代表擴(kuò)散衰減系數(shù)，A代表目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的激活量。

（2）細(xì)化程度

協(xié)作學(xué)習(xí)的細(xì)化程度用激活生成樹的帶權(quán)路徑長度表征，計(jì)算方法如公式（9）所示：

（3）聚焦程度

聚焦程度采用小組成員共同激活的目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的激活量總和來衡量，計(jì)算方法如公式（10）所示：

4.協(xié)作學(xué)習(xí)的結(jié)果

協(xié)作學(xué)習(xí)的結(jié)果主要通過小組作品的成績進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定通常需要根據(jù)小組作品的特點(diǎn)來定，不同類型的小組作品可以指定不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)本研究協(xié)作學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，采用如表1所示的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)價(jià)小組作品。

四、分析結(jié)果及協(xié)作學(xué)習(xí)優(yōu)化策略

（一）優(yōu)化前的結(jié)果

1.協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案分析結(jié)果

三個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案在目標(biāo)與手段的一致性、媒體多元性、目標(biāo)設(shè)計(jì)適應(yīng)性、任務(wù)設(shè)計(jì)適應(yīng)性的計(jì)算結(jié)果如下頁表2所示。在優(yōu)化前的三個(gè)任務(wù)設(shè)計(jì)中，目標(biāo)與任務(wù)設(shè)計(jì)的一致性依次為0.89、0.85、0.91，可見任務(wù)二中，目標(biāo)與任務(wù)設(shè)計(jì)的一致性程度較低，主要是因?yàn)樵谌蝿?wù)設(shè)計(jì)時(shí)“語音識(shí)別”較多目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)未在任務(wù)設(shè)計(jì)中激活，如“語音識(shí)別的具體概念”“語音識(shí)別的應(yīng)用領(lǐng)域舉例”“語音識(shí)別的具體價(jià)值”等。三個(gè)任務(wù)的媒體多元性依次為0.80、0.94、0.64，其中任務(wù)三的媒體多元性較低，因?yàn)樵谌蝿?wù)三“綜合練習(xí)”中目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)的表征形式多為文本，圖片占比較少，且音頻、視頻等其他媒體類型缺失，導(dǎo)致媒體多元性較低。目標(biāo)設(shè)計(jì)的適應(yīng)性依次為0.61、0.65、0.63，任務(wù)一的目標(biāo)適應(yīng)性程度較低，說明目標(biāo)設(shè)計(jì)不能很好地適應(yīng)不同知識(shí)水平的學(xué)生，原因是方案中的目標(biāo)設(shè)計(jì)傾向于中等知識(shí)水平的學(xué)生群體而忽略了高水平和較低知識(shí)水平的學(xué)習(xí)者。任務(wù)設(shè)計(jì)的適應(yīng)性依次為0.50、0.61、0.56，任務(wù)一的適應(yīng)性程度較低，說明任務(wù)設(shè)計(jì)不能很好地適應(yīng)不同知識(shí)水平的學(xué)生，從方案本身來看，發(fā)現(xiàn)方案中針對(duì)低、中、高三種層次的任務(wù)數(shù)量分別為1、4、1，可見對(duì)中等知識(shí)水平學(xué)生的關(guān)注明顯多于知識(shí)水平較低和較高的學(xué)生群體。

2.設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性

三個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)在知識(shí)點(diǎn)范圍一致性、知識(shí)建構(gòu)程度的一致性、交互方式一致性的計(jì)算結(jié)果如下頁表2所示。在第一輪的設(shè)計(jì)與實(shí)施中，三個(gè)活動(dòng)的知識(shí)點(diǎn)范圍的一致性依次為0.86、0.83、0.61，活動(dòng)三設(shè)計(jì)與實(shí)施的知識(shí)點(diǎn)范圍一致性較低，發(fā)現(xiàn)部分知識(shí)點(diǎn)在設(shè)計(jì)中激活而在實(shí)施中未激活，主要原因是學(xué)生在知識(shí)點(diǎn)之間無法建立聯(lián)系。設(shè)計(jì)與實(shí)施知識(shí)建構(gòu)程度的一致性依次為0.71、0.59、0.54，發(fā)現(xiàn)活動(dòng)二知識(shí)建構(gòu)程度一致性較低，主要原因是遺漏命題鏈較多，說明學(xué)生在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中未掌握的知識(shí)點(diǎn)較多導(dǎo)致知識(shí)建構(gòu)程度欠缺。設(shè)計(jì)與實(shí)施的交互一致性依次為0.81、0.81、0.74，活動(dòng)三的交互方式一致性較低，主要是因?yàn)閰f(xié)作學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生了大量無關(guān)信息導(dǎo)致設(shè)計(jì)與實(shí)施共同包含的交互信息類型較少。

3.協(xié)作學(xué)習(xí)的信息流屬性

從協(xié)作學(xué)習(xí)過程的信息流屬性來看，三個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)在激活量、細(xì)化程度以及聚焦程度的計(jì)算結(jié)果如表2所示。三個(gè)活動(dòng)在第一次實(shí)施后，產(chǎn)生的激活量依次為68.62、62.15、87.16?？梢园l(fā)現(xiàn)，任務(wù)二的激活量最低，主要是因?yàn)閰f(xié)作學(xué)習(xí)過程中知識(shí)語義、事實(shí)和范例、答案等信息較少，而管理指令、其他相關(guān)信息以及無關(guān)信息較多。細(xì)化程度依次為98.48、112.92、183.66，活動(dòng)一的細(xì)化程度與另兩個(gè)活動(dòng)的差距較大，原因是學(xué)生在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中互動(dòng)的深度不足，而且新舊知識(shí)之間的聯(lián)系較少。聚焦程度依次為21.30、41.73、49.10，活動(dòng)一的程度明顯較低，原因是協(xié)作學(xué)習(xí)過程中小組學(xué)生凝聚力不足，小組成員在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中對(duì)核心問題的聚焦程度不夠。

4.協(xié)作學(xué)習(xí)的結(jié)果

三個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的結(jié)果如表2所示。三個(gè)活動(dòng)中，小組作品成績依次為83分、85分、87分，活動(dòng)一中小組成績很低的原因是該小組成員完成的作品過于簡單，雖正確性不存在問題，但技術(shù)性和創(chuàng)新性上還有待提升。

（二）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的協(xié)作學(xué)習(xí)優(yōu)化策略

基于第一次協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)和實(shí)施的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，筆者提出如表3所示的優(yōu)化策略對(duì)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，然后再實(shí)施第二輪，以檢驗(yàn)優(yōu)化策略的效果。

（三）優(yōu)化后的結(jié)果

1.協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案分析結(jié)果

根據(jù)第一輪實(shí)施的結(jié)果和相應(yīng)優(yōu)化策略，對(duì)三個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)一步優(yōu)化。與優(yōu)化前的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如上頁表2所示。在協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案方面，三個(gè)任務(wù)優(yōu)化后的目標(biāo)與任務(wù)設(shè)計(jì)的一致性均有提升，優(yōu)化后的協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)方案在各維度上顯著優(yōu)于優(yōu)化前的水平（z=2.370，p<0.05）。特別是任務(wù)二中為學(xué)生提供腳手架后一致性從0.85提升到0.90;媒體多元性水平整體也有提升;從方案的適應(yīng)性來看，三個(gè)任務(wù)的目標(biāo)設(shè)計(jì)適應(yīng)性以及任務(wù)設(shè)計(jì)適應(yīng)性均有提升，得益于方案設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)注不同知識(shí)水平的學(xué)生并設(shè)計(jì)相應(yīng)難度的目標(biāo)和任務(wù)。

2.設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性結(jié)果

從設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性角度來評(píng)估，優(yōu)化后的三個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)在知識(shí)點(diǎn)范圍一致性、知識(shí)建構(gòu)程度的一致性、交互一致性的計(jì)算結(jié)果如上頁表2所示。根據(jù)第一輪實(shí)施的數(shù)據(jù)，筆者重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計(jì)與實(shí)施中不一致的部分，通過增加實(shí)施中未激活知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)提示，使得三個(gè)活動(dòng)在知識(shí)點(diǎn)范圍一致性均有提升;通過建立新舊知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系以促進(jìn)協(xié)同知識(shí)建構(gòu)的程度，三個(gè)活動(dòng)的知識(shí)建構(gòu)程度的一致性也都有明顯提升。此外，三個(gè)活動(dòng)交互方式的一致性也均有提升。所有數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后的協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)施一致性在各維度上顯著優(yōu)于優(yōu)化前的水平（t=7.385，p<0.001）。

3.協(xié)作學(xué)習(xí)的信息流屬性

從協(xié)作學(xué)習(xí)的信息流屬性來看，優(yōu)化后的三個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)在激活量、細(xì)化程度以及聚焦程度的計(jì)算結(jié)果如上頁表2所示。通過腳手架的搭建，使得三個(gè)活動(dòng)的激活量均有明顯提升，其中變化最明顯的是活動(dòng)一，激活量從68.62提升到101.66;任務(wù)的細(xì)化程度整體也都有提升。協(xié)作共享工具的使用使得三個(gè)活動(dòng)的聚焦程度都有提升。數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后協(xié)作學(xué)習(xí)的信息流屬性在各維度上顯著優(yōu)于優(yōu)化前（t=2.555，p<0.05）。

4.協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)果

優(yōu)化后的協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)果即小組的作品成績?nèi)缟享摫?所示，通過明確評(píng)價(jià)規(guī)則、設(shè)置獎(jiǎng)懲規(guī)則、及時(shí)反饋等策略，三個(gè)任務(wù)的小組作品成績都得到了提升。其中，任務(wù)二優(yōu)化前、后的小組作品分別如圖6、7所示。

五、結(jié)語

本研究結(jié)果表明，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與優(yōu)化模型是可行而且有效的。協(xié)作學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)方案質(zhì)量、設(shè)計(jì)與實(shí)施一致性、協(xié)作學(xué)習(xí)交互過程的信息流屬性、協(xié)作學(xué)習(xí)的結(jié)果四大類數(shù)據(jù)在優(yōu)化后均有提升。在設(shè)計(jì)方案層面，目標(biāo)與任務(wù)設(shè)計(jì)的一致性、媒體多元性、目標(biāo)的適應(yīng)性以及任務(wù)的適應(yīng)性整體水平均有提升，表明設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)化任務(wù)設(shè)計(jì)、提供多元媒體類型、設(shè)計(jì)不同難度的目標(biāo)和任務(wù)都能夠有效提升協(xié)作學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。在設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性層面，知識(shí)點(diǎn)范圍的一致性、協(xié)同知識(shí)建構(gòu)程度的一致性以及交互方式的一致性均有提升，表明在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中通過提出問題激活目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)、搭建腳手架、建立新舊知識(shí)的聯(lián)系以及明確不同角色的職責(zé)能夠有效提升設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性。從協(xié)作學(xué)習(xí)的信息流屬性來看，優(yōu)化后激活量、細(xì)化程度以及聚焦程度都有提升，表明搭建認(rèn)知類和元認(rèn)知類的腳手架、強(qiáng)化討論深度以及搭建協(xié)作共享環(huán)境能夠有效優(yōu)化協(xié)作學(xué)習(xí)的交互過程。從協(xié)作學(xué)習(xí)的結(jié)果來看，優(yōu)化后三個(gè)任務(wù)的小組作品成績均有提升，表明通過知識(shí)技能層面的引導(dǎo)、明確交互規(guī)則以及內(nèi)外部獎(jiǎng)懲激勵(lì)等能夠有效提升小組的作品質(zhì)量。

本研究具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。在理論層面，基于復(fù)雜系統(tǒng)的視角把協(xié)作學(xué)習(xí)看成是復(fù)雜的信息系統(tǒng)，深入分析這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部信息流的屬性與效果的關(guān)系是值得推廣的。另外，采用以設(shè)計(jì)為中心的研究范式能夠深入分析設(shè)計(jì)的缺陷并生成協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的技術(shù)性知識(shí)，這類知識(shí)具有極大的應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)踐層面上，本研究為協(xié)作學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了一種新的思路和方法，即摒棄主觀經(jīng)驗(yàn)，從多源的客觀數(shù)據(jù)出發(fā)，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。盡管如此，本研究也存在兩方面的不足。一是協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的數(shù)據(jù)來源還有待繼續(xù)完善，除本文提到的四大類數(shù)據(jù)外，還可以通過社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析、情感分析、行為分析等數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化;二是本研究僅基于三個(gè)協(xié)作學(xué)習(xí)任務(wù)、六次協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行探索，未來研究將進(jìn)一步擴(kuò)大研究樣本，在更多的協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)中進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化策略。

作者簡介：

鄭蘭琴：副教授，博士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)和教學(xué)設(shè)計(jì)（bnuzhenglq@bnu.edu.cn）。

張璇：在讀碩士，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)（cherilynzhang@126.com）。

收稿日期：2019年12月18日

責(zé)任編輯：李雅瑄