基于設計的研究及其在“希賽可”項目中的具體應用

【摘要】基于設計的研究應運于信息技術整合效果評估所面臨的挑戰而提出，并日益得到西方教育技術工作者的關注。該文詳細介紹了基于設計的研究的特征、具體實施步驟和尚待思考的問題，爾后介紹了“希賽可”人工智能系統英語口語教學應用相關的工作，該項目采用基于設計的研究的視角進行了實踐和效果的評估。

【關鍵詞】基于設計的研究；“希賽可”；項目評估

【中圖分類號】G434【文獻標識碼】B 【論文編號】1009—8097 (2008) 01—0024—04

當前在西方，基于設計的研究作為一種研究范式日益得到人們的關注，國外諸多期刊（例如Educational Researcher， Educational Psychologist， The Journal of the Learning Sciences）紛紛出版專刊進行討論。相比之下，目前國內對基于設計的研究關注還比較有限，我們以“基于設計的研究”和“設計型研究”為關鍵詞在中國期刊網1979－2007的文獻中進行了搜索，總共只搜得6篇文章，其中涉及將該范式具體應用于國內項目的只有兩篇。本文除了進一步介紹該研究范式，還將結合項目實踐進行說明。

一 信息技術教育應用的復雜性與基于設計的研究的提出

1 對信息技術整合效果進行評估時面臨的挑戰

從生態學的視角來看，信息技術作為一個外來物種，從引入課堂到真正與課堂教學整合需要經歷一個復雜的演進過程，涉及到諸多因素及其相互作用的影響[1]。在對課堂中的信息技術應用進行評估時應當注意到革新的最早采納者與后來采納者之間的不同、規模效應、持續的改變和更新、對師生角色的挑戰、可獲得性等因素的影響[2]。不僅如此，情境認知的理論指出情境、學習、認知不可分割，因此在研究應用效果時不應當將技術的應用過程孤立開來加以研究，而應當同時關注自然情境對應用效果的影響[3]。以上這些都大大增加了評估工作的難度。

與此同時，傳統的關于信息技術與課程整合效果的評估研究，由于研究同實踐之間的脫離而備受指責，它們缺乏對于情境的影響以及應用過程的復雜性的認識，無法為實踐工作很好地提供指導[4]，不少研究一味模仿自然科學的研究范式，追求所謂的科學證據[5]，依賴于實驗與準實驗方法來開展，往往只能獲得“無顯著性差異”的結論。這些研究多半停留在對整合過程的描述，而未能指出如何才能更好地促進技術的應用，提高學習效果，傳統的評價研究范式面臨著巨大的挑戰[6]。

2 基于設計的研究的興起

就在此時，基于設計的研究走近了教育技術研究者的視野，它的英文為design research、design-based research和design experiment，最初由Browns和Collins于1992年提出。基于設計的研究同時以設計學習環境和發展理論為目標，強調研究與開發在設計、執行、分析、重新設計的持續循環當中進行，關注為實踐者和教學設計者提供可以分享的理論成果，著重記錄設計結果在真實環境下的具體使用情況，并且注意采用能夠充分記錄并且將執行過程與最終結果聯系在一起的研究方法[4]。具體說來，基于設計的研究致力于建構關于學習過程和支持學習過程的手段的理論，因此研究者需要在研究過程中從多個層面和角度對學習生態系統進行觀察和記錄；基于設計的研究還是富于干預性和面向問題解決的，它致力于通過推進新的學習方式并對其加以研究來調查改善教育的可能性；此外，基于設計的研究強調研究者通過前瞻性的預期和假設及研究過程的反思來促進理論的提升；另外，基于設計的研究具有循環迭代的性質，設計本身是可以擴展的，通過多輪循環不斷提高；不僅如此，基于設計的研究根植于實用主義哲學，它強調理論應能為實踐帶來指導，因此它所構建的理論往往是中觀性質的[7][8]。

基于設計的研究采用形成性的視角來進行研究和實踐，但與傳統的形成性評估不同，基于設計的研究將一個成功的創新視為設計出的干預產品同情境互動的結果，因此，研究者不僅要改進產品，更要關注在復雜的情境當中學習的發生，并且致力于建構起相應的理論[4]。基于設計的研究并不排斥傳統的研究方法，它強調按照研究階段的需求選取合適的研究方法。例如，在與已有主流的定量和定性研究范式的關系方面，基于設計的研究強調在形成性的評價過程當中應當結合質性與量化研究方法，來更好地應對復雜性的挑戰。一方面，研究者通過質性的手段對現象進行深入的探索，即時捕捉新的問題和見解，并且與技術創新的采納者建立更為緊密友好的聯系，同時，研究者還要通過量化手段進行廣泛的數據采集、分析和挖掘，量性和質性手段的結合保證了對評價和調研的深度與廣度的兼顧（Royse， et al.， 2005）[9]。

3 基于設計的研究的實施

當前關于基于設計的研究具體應當如何開展，還未存在定論。一般來說，它包含了四個階段[5] [10]：

（1）在調研基礎上的探索

在研究的開始，結合理論的調研，研究者進行需求分析和用戶特征調研，明確研究問題。研究者致力于探索獲得一個理想性目標，這個目標能夠作為愿景指導下一步工作，并且能夠作為衡量研究進程的尺度。它可以激勵研究者的工作，但是研究者又要防止被這個理想目標所束縛。

（2）實施階段

依據上一階段的成果，產品被開發出來。基于設計的研究將干預視為與情境共筑的產物，設計的產品需要通過多輪的循環來不斷改善，并非是標準的既定處方。該實施階段與評估階段交織在一起，產品在評估搜集的數據的指導下不斷進行調整。研究者需要記錄下開發的過程及遇到的困難。

（3）本地的評估階段

結合質性和量性的研究方法，研究者致力于探尋設計出的產品對本地情境所帶來的各種影響，包括研究者所預期的結果以及研究者所未能預期的結果。

（4）對更廣影響的評估

通過在多樣的情境下對產品使用帶來的影響進行評估，研究者記錄下產品所發生的“不利變異”以及“有價值的變異”，并致力于概括干預帶來的效果，總結出更普遍的關于情境與干預交互作用的認識。但該階段并非是要獲得涵蓋一切的、因高度概括而去情境的理論，這樣做是危險的，因為意義根植于學校的文化當中，并且需要真實的情境加以支持。基于設計的研究尋求對創新和影響其效果的因素更深入的認識，而非追求普遍性的解決方案。

當前有許多研究者采用基于設計的研究來指導自己的工作 [11] [4]。例如Barab等人（2004）[12]所做的工作，他們首先花了兩年的時間，在研究地點進行了觀察，致力于深入了解學習者所處的文化，構建起行動所要致力于實現的目標和設計的框架。在上述工作基礎上，他們將獲得的理解和目標轉換為設計的產品。他們將學生、教師、家長都視為設計工作的參與者，在產品的應用過程中不斷根據收集到的反饋意見進行改進，接著，他們將產品應用到更廣闊的學習情境，此時的目標并非是要將設計產品完全殺菌消毒保證在應用過程不需再做改動，相反，他們希望產品能夠靈活地適應新的情境的需求。

4 基于設計的研究對教育技術研究的意義

基于設計的研究在探索新的學習方式和教學環境、發展基于情境的學習和教學理論、建構和積累設計知識、提高人們對創新的采納和應用能力方面有著令人樂觀的前景[4]。它不僅促進了關于技術和課堂整合的研究與實踐的結合同時也有利于技術支持的學習系統的設計及與其應用相關聯的實踐和研究的整合[11]。不僅如此，基于設計的研究為我們提供了一種新的思路，即通過對教學策略和教學工具的系統設計來實現對學習的研究，將設計、整合的實踐和理論的應用與學習過程的研究更緊密地結合起來。正如楊南昌（2006）[13]所言，它為教育技術領域當中的兩大文化陣營：學習科學和教學設計的對話提供了橋梁。此外，基于設計的研究對教育技術研究人員研究素養的提高、研究的科學化也有著借鑒意義[8]。

5 基于設計的研究面臨的挑戰

基于設計的研究作為一種新涌現的研究范式，也面臨著諸多的挑戰。由于方法論尚未成熟，采用該范式的工作者缺乏統一的研究方法體系的指導，往往不得不在眾多的可能性當中進行摸索[5]。不僅如此，基于設計的研究強調通過多種渠道來搜集信息，卻也可能帶來因為數據過多無從下手分析的困擾[14]。Debe（2004）[15]進一步指出，除了采用過多研究方法導致數據搜集過量（over-methogologized），一些基于設計的研究還存在著對研究問題及其理論基礎思考不足就草草開始（under-conceptualized）的問題。研究者們還呼吁，應當開始思考如何建立一個適當的標準，指導人們何時應當放棄一個設計而非無限制地迭代改進，白白耗費人力物力[15][14]。此外，基于設計的研究在承認設計實施效果的情境依賴性的同時，也可能由于不斷將新的情境因素納入到設計所包含的范圍中而導致原本有限的設計產品擴展為一個龐大的系統性的革新[15]。另外，基于設計的研究在為研究、設計和實踐三者關系的思考帶來新的提示同時，卻也意味著它在評估項目成功與否時將由于評估者同時也是設計者而在研究結果的可靠性上遭受質疑[14]。一些研究者指出應當通過多個研究數據源之間的三角互證、在多輪循環中的反復分析、采用標準的測量工具來提高研究的信度和客觀性，此外還應當通過深入的同實踐者進行合作來提高研究的效度[4]。

二 人工智能英語教學系統“希賽可”的應用及評估：基于設計的研究的視角

語言實際應用和交流能力的缺乏一直是困擾中國英語學習者的問題[16]。“希賽可”系統的構建關注的正是這個問題。它致力于運用自然語言理解與處理、Agent、語義網絡等技術為英語學習者創設一個富于交互性的學習環境，便于學習者在任意時間與網上虛擬的學習伙伴進行任意話題的英語會話。在我們的研究當中嘗試將基于設計的研究引入到項目評估的實踐當中。

我們期望通過基于設計的研究，一方面能夠加深理論研究，調研當前英語口語教與學的現狀，總結獲得系統設計和教學應用的原則；另一方面能夠調整教學整合的有效措施并且改進系統，提高教學整合的有效性，更好地促進學生英語水平的提高。依據基于設計的研究的范式，我們項目的開展分為如下幾個步驟：

1 在調研基礎上的探索和實施階段

我們于2002年對其系統原型進行了試用，并對使用效果進行評估，了解了語言學習者的聊天話題、會話持續長度等，細致地了解用戶的需求[17]，此外，我們在項目的整個過程當中對英語教學的情境學習理論進行了廣泛的文獻調研，依此來指導系統的設計和改進。系統開發完畢之后通過網上免費使用的方式來收集用戶意見，繼續加以改進。通過“希賽可”系統，用戶可以進行模擬真實情境的學習，包括任意話題的文本或動畫對話（即選擇動畫人物代表對話雙方）。在動畫對話中，用戶可根據需要選擇某一類型的機器人進行不限制主題的對話，并在對話過程聽到聲音。此外，我們還提供了語篇閱讀功能，可朗讀用戶輸入的任意文本。

2 本地評估的嘗試

（1）第一輪的教學應用

在此之后，我們嘗試進行“希賽可”與英語教學的系統整合。于2006年9月至12月邀請某綜合性大學研究生公共英語課程的教師將“希賽可”運用到其執教的兩個班級中。教師在上課前向學生推薦了系統，讓學生課下自主使用。根據對教學需求的調研，我們在 “希賽可”原有任意聊天功能基礎上，設計了特定話題的聊天功能，這些話題與課堂中每周一次的角色扮演活動相聯系，與學生生活、學習等緊密相關。學生可以觀看兩個機器人之間的對話表演（二人轉），也可以進行人機對話練習。前者意在為學生提供專家表現，起到支架的作用。后者則主要是讓學生在模擬真實情境的角色扮演當中，運用自己的語言知識。在課前，學生除了學習教師自主編寫的教材，還可以通過與機器人聊天進行預習；在課上，教師將隨機指定學生圍繞本周指定的話題進行角色扮演。在對話練習和聊天過程當中，學生可以隨時向我們提供反饋，便于我們及時了解學生的使用情況和遇到的問題并讓學生感受到自己是學習的主人，能為自己的學習帶來改變。

在此研究過程中，我們采用了基于設計的研究思路，希望一方面建構起對學生英語學習的認識，一方面改進系統的設計以及調整教學應用的實踐。按照基于設計的研究的思路，對應用效果的形成性評估綜合采用了質性和量性的研究方法。在教學中結合課堂觀察及與教師郵件、面談等形式的討論，注意不斷搜集學生的意見，及時改進系統。不僅如此，還分別于學期初和學期結束時進行兩次問卷調查，主要關注學生的使用情況、對教學應用的滿意度、對系統改進的需求及英語學習的現狀。在11月，我們邀請學生進行了兩次座談。

通過對上述應用和評估所獲數據的分析，在理論方面，我們調研了學生口語學習的現狀，包括當前口語水平、提高口語能力的需求、口語學習遇到的困難、口語學習的動力、口語學習的主要策略等方面，我們了解到學生在口語方面雖然有很強的需求，但在口語學習方面面臨著諸多困難和挑戰；在實踐方面，根據學生意見和教學需求總結了系統需要改進和新增的功能，此外我們還總結了此次信息技術教學應用的相關經驗和下一輪教學應用應當注意的問題[18]。

（2）第二輪教學應用

基于上述經驗總結，我們于2007年3月開始了系統第二輪應用的嘗試。依據上一輪應用獲得的經驗和采集到的意見，我們對系統和教學應用的策略進行了調整。我們將系統教學應用常規化，與教師進行更密切的合作，注意發揮教師的鼓勵與指導作用，將系統應用更緊密地與課堂結合起來。在系統改進方面，除了根據課堂實際設計新的對話并增加對話場景個數，我們還加入反思小結功能，便于學生總結學習所得和展望如何繼續提高自己的語言技能。另外，我們還添加了各個對話練習話題相關的英語閱讀材料，促進學生更深入地了解相關的文化知識及語言表達。由于客觀原因的限制，第二輪的系統運用在某重點中學高二的班級當中進行。與上輪不同，學生不是課下使用“希賽可”，而是每兩周集體統一上機使用，教師從旁進行指導。在此過程當中，我們通過開學和期末的問卷調查、使用過程中同教師和學生的交流、學生座談、研究者觀察等方法收集教師和學生意見。

通過第二輪的應用，我們在系統改進和教學應用方面收集了新的意見，同時在學生口語學習的理論認識方面，我們通過調研進一步驗證了前面一輪工作的發現，包括學生口語學習存在的主要困難以及成功的英語學習者與不成功的英語學習者在語言學習策略方面的顯著差異，這不僅僅豐富了對當前英語學習者面臨的困難和挑戰的認識，而且也為我們在系統用戶分級、支架設計以及教學應用策略的調整等方面指明了方向，體現了理論與實踐的緊密交融。目前，我們計劃依據上述獲得的認識對系統進行較大規模的改進，包括新的功能的設計和添加及原有功能的完善。在系統改進結束之后，我們將進行下一輪的教學應用嘗試。今后我們將把系統同時用在研究生和高中的班級當中，以便深化已經得到的認識。

三 小結

基于設計的研究對當前中國教改的實踐和信息技術教育應用的研究有著具體的指導意義。但是，它作為一種新興的研究范式，還需要進一步的豐富和發展。關于如何更好地運用基于設計的研究來促進教育技術研究領域的發展，還有待人們進行更多的嘗試和探討。

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Design-Based Research and Its application in CSIEC project

CHEN Wei-chaoJIA Ji-you

（Graduate School of Education;Peking University;Beijing 100871， China）

Abstract: Design-based research emerges in respond to challenges facing evaluation on the effects of technology’s application in education. This paper reviews on design-based research and problems it needs to solve. In addition， the application of design-based research in a project about using CSIEC， an artificial intelligence system in English oral language teaching， is introduced.

Keywords: Design-Based Research; CSIEC; Project Assessment