教育数字化转型实践｜基于认知网络分析的协作问题解决教学交互规律研究

联通主义作为数字网络时代催生的新型学习理论，强调以生生交互为主要形式的学习。为促进网络学习者的深层交互和协作创新，联通主义课程创设了有助于深度思考、互动联通的问题解决情境。为探讨联通主义学习中协作问题解决的发生与发展规律，研究以 cMOOCs“互联网+教育：理论与实践的对话”第五期课程问题解决阶段 12个小组的协作会话文本为研究对象，运用认知网络分析方法挖掘协作问题解决的教学交互规律。本研究基于联通主义学习教学交互模型设计出适用于联通主义协作学习的认知编码框架，通过对不同问题类型、成员构成和协作质量的小组进行认知网络差异分析和质心位移路径分析，揭示出联通主义情境下小组协作交互的相关规律：问题类型影响小组走向高层次交互的路径，成员构成类型影响小组的交互倾向与意愿，协作质量与群体交互层次和程度密切相关。

基础理论

01

联通主义学习及协作问题解决

联通主义认为学习是特定的节点和信息源建立连接的过程，学习者需要关注信息的流通性和网络的持续优化。

在网络环境中开展协作学习有助于学习者从更大的范围内寻找并建立小组或共同体，能够促进学习者之间的信息交换和资源共享。通过设计真实的、开放的、非良构的问题来支持学习者开展自由探究，有助于促进更高水平学习和更深层次互动的发生。

02

基于协作会话的认知网络分析

会话是进行意义建构和问题解决的基础，基于文本的会话是互联网环境下主体间进行信息交互的有效方式之一。

对协作者的认知表现进行量化分析，需要借助符合相应学习情境的认知编码框架。已有研究大多在建构主义学习理论的指导下设计了分析社会化知识建构过程的互动分析工具，探索联通主义情境中协作问题解决规律需要开发出新的交互分析工具。

研究情景与对象

01

课程活动

  • 案例课程：第五期cMOOC

  • 案例课程内容：主题学习活动、问题解决活动

  • 问题解决阶段活动：

启动周“问题呈现、自由组队”;

第一周“分析问题、制订计划”;

第二周“资源联通、信息加工”;

第三周“教师指导、内容优化”;

第四周“成果提交、总结反思”。

02

研究对象

在第五期 cMOOC中，共有 52名学员参与了问题解决阶段的协作学习。根据问题类型、成员构成类型、协作质量情况，各小组类型划分如表 1所示。

  • 问题类型 （Problem Type, PT） 指在实际协作过程中小组对问题的类型定位。

  • 成员构成（Group Composition, GC）指问题解决小组成员类型和异质性情况.

  • 协作质量 （Outcome Quality, OQ） 指各小组在问题解决阶段的过程性和结果性综合表现。

     

表1 小组类型信息表

研究工具与方法

01

编码框架设计

本研究设计了包括 10个认知元素的联通主义协作学习认知编码框架，如表2所示。

编码框架：

  • 操作交互：小组成员为了创设共同的协作空间而进行的操作及相关技术支持；

  • 寻径交互：指小组成员为了开展任务而进行的人际连接与信息共享；

  • 意会交互：小组成员为了解决问题而进行的集体内容加工与总结；

  • 创生交互：小组成员为了产出成果而进行的内容观点综合和学习制品创造。

     

表2 联通主义协作学习的认知编码框架

02

认知网络建模

图1 认知网络分析的编码与建模过程

数据编码与统计

在本研究中单个成员在协作会话中具有完整语义的一条文本数据是认知网络分析的最小编码单元。在两名研究者通过编码训练后，对提取的 2,420条数据进行背对背编码，每条数据至少被编码为一个认知元素。随后，由第三位研究者与前两位研究者共同协商讨论不一致的编码，最终将文本数据编为 2,651个认知元素。

表3 不同类型小组的认知元素编码统计






 分节与邻接向量创建

本研究使用 ENA Web Tool来进行编码后数据的处理和分析。由于研究主要关注小组交互形成的整体认知网络，将分析单元设置为某一问题解决周中某个小组的全部会话。

认知网络降维与建模

为了对不同分析单元的认知网络进行比较，需要对其进行球面归一化处理和奇异值分解降维，进而实现高维空间的二维平面投影。

图2 认知网络模型

认知网络分析结果

01

整体认知网络

认知网络模型建立后，ENA 工具能够分别呈现不同层次分析单元的认知网络。图 3为全部小组问题解决各周所表现出的认知网络。认知网络图中连线的粗细和饱和度反映了认知元素间的关联程度。图 4为各类型小组五周的整体认知网络。

图3 全部小组问题解决各周的认知网络

图4 不同类型小组的整体认知网络

网络差异

图 5所示的认知网络差异图具体描绘了问题解决周每两个临近周认知网络的差异。总的来说，操作交互是联通主义协作学习的基础，随着协作进程的推进，寻径交互作为小组的主要交互形式与意会交互交替进行，最终推动小组实现较高水平的创生交互。

图5 临近周认知网络差异图

质心位移

本研究对整体认知网络质心随时间的位移情况进行了描绘（见图 6）。整体认知网络质心在 Y 轴的位移表现为在操作交互和意会交互之间循环往复，在 X 轴方向则具有从寻径交互到创生交互的稳步移动趋势。

图6 整体认知网络的质心分布

02

问题类型比较

网络差异

       “模式研究”和“设计研究”（MS-DS） 的组间差异：模式研究的“社交连接”与“任务对接”共现更多，设计研究的“内容关联”与“任务对接”的共现更多。这说明，相比于模式研究，设计研究更容易从“内容关联”入手来推动任务。

图7 不同问题类型的小组认知网络差异图

质心位移

图 8展示了三种问题类型小组在问题解决阶段各周的认知网络质心分布和位移情况。各问题解决类型的质心起点均在第三象限，但三条质心的位移路径有较大差异，即协作始于社交连接和相关条件准备，而质心位移的发展会受到问题类型的影响。

图8 不同问题类型小组的认知网络质心位移

03

成员构成比较

网络差异

  • “行业混合”和“师生混合”（IM-TS） 的组间差异：前者更偏重人际互动和任务推进，后者由于背景差异和经验的丰富性而更加注重资源联通。

  • “全员学生”和“全员教师”（AS-AT）的组间差异：前者受传统学习经验的影响，更倾向于将产出最终成果视为联通主义情境下的问题解决目标；后者则更加注重对资源的联通与内容的深度理解。

  • “师生混合”和“全员教师”（TS-AT）的组间差异：具有相同背景的教师学员在协作中更容易展开深度信息加工。

  • “师生混合”和“全员学生”（TS-AS）的组间差异：全员学生型小组会以完成任务获得高阶证书为主要学习目标，而师生混合型小组则更注重信息与内容的联通。

图9 不同成员构成的小组认知网络差异图

质心位移

对于质心位移的终点，各小组最终均会指向信息加工和综合创造，即进行问题解决协作较高层次的交互。

图10 不同成员构成类型小组的认知网络质心位移

04

协作质量比较

网络差异

     本研究对比了“优秀”和“良好”（excellent-good）、“良好”和“一般”（good-pass）、“一般”和“失败”（pass-failed）的组间认知网络差异。

图11 不同协作质量的小组认知网络差异图

质心位移

质心位移的起点和轨迹所揭示的规律与认知网络差异图所得规律相近。

图12 不同协作质量小组的认知网络质心位移

结论与启示

01

研究发现

  • 问题类型影响小组走向高层次交互的路径

  • 成员构成类型影响小组的交互倾向与意愿

  • 协作质量与群体交互层次和程度密切相关

 

02

实践启示

  • 引导小组基于团队基础调整方向，促进持续性联通

  • 弱化任务与结果导向，强化协作过程的“管道”连接

  • 关注个体知识贡献，基于群体交互探索开放式评价

 

本研究基于协作问题解决特征发展了联通主义教学交互模型四个交互层次的具体内容，为探究联通主义情境下的小规模协作问题解决规律提供了分析框架。在此基础上，本研究运用认知网络分析法分析小组的协作交互数据，揭示出联通主义学习情境下组内交互过程与认知参与的相关规律。未来，可以进一步分析小组在协作过程中是如何与整个社区进行互动、如何利用社群资源推动小组内部的交互水平和任务进程的，以深入探究互联网环境下的教与学的复杂规律，为互联网时代的教学改革与创新提供研究基础。

 


参考文献

[1]王辞晓,张文梅,何韵怡,陈丽.基于认知网络分析的协作问题解决教学交互规律研究[J].中国远程教育,2023,43(05):43-55.

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