陶金虎 董偉

摘 ? ? ?要?歷史課程內容繁多，強調認知記憶，而初中生初具抽象思維，對知識設計以及整體邏輯關系的認識存在一定偏差。為此，在數字人文視角下，結合視覺傳播與視覺認知理論與歷史課程標準，開發了輔助教學系統;并基于此系統構建了實驗教學模式，開展了為期半年的實證研究。對實驗效果進行分析，結果顯示學生傾向于使用系統進行學習，同時學習效率和成績也有一定提升;但學習興趣和學習過程不具顯著性。歷史課教學優化要創新教學活動形式，完善信息資源庫建設，持續創建數字人文環境。

關 鍵 詞?數字人文 ?初中歷史 ?輔助教學系統 ?應用研究

引用格式?陶金虎，董偉.數字人文理念下初中歷史輔助教學系統的應用實踐分析[J].教學與管理，2022（03）：73-77.

大數據與信息技術的發展使得人文學科的教學與研究受到巨大沖擊，網絡資源、非結構化數據等軟知識，教學工具、教學儀器等硬設備日異月新，這從不同角度加速了人文學科與計算機技術融合的步伐。《教育信息化2.0行動計劃》提出，要充分發揮信息技術在教育教學中的革命性作用，在新產品新理念環境下推進教育創新教學。此外，通過對天津市A中學的學情調研發現，學生對易混淆知識掌握不夠牢靠，對知識整個架構體系的動態了解不夠深入。為進一步優化歷史課程活動，促進學生知識掌握，提出使用數字人文相關理念與理論優化教學模式，探索性地進行實驗與總結，以期豐富數字人文在初中歷史課程中的實踐成果。

一、相關研究

1.初中歷史課教學現狀

初中歷史課是人文科學的組成部分，也是初中生傳承優秀文化、培養愛國精神的主要課程。歷史課教學內容廣泛，從早期元謀人到夏商周國家，再到明清社會、近現代社會等整個時間線內物質文化與精神文明都屬于課程教學材料，例如不同時期人類生活工具與環境、衣冠服飾、不同地緣政治、不同時期文學文化、宗教等的變遷。歷史課程不僅要教導學生學習歷史傳統文化，了解相關歷史與知識，更要培養其觀歷史辯是非的能力，辯證看待和解決問題，形成科學人生觀的核心素養。此外，初中生片面性、表面性思維仍然存在[1]，對知識內容和邏輯框架的設計、邊緣知識掌握均不完備，而初中歷史內容多，強調學生認知記憶，故而兩者間存在一定矛盾。

2.數字人文研究現狀

數字人文是指利用信息技術對研究內容進行獲取、分析到實踐應用的整體活動過程，是人文科學與信息技術創新發展的新產物[2]。目前，相關研究主要集中在嵌入式學科服務[3]、國內外建設經驗對比[4]、基礎設施優化應用[5]等，研究方法包括數據分析與挖掘[6]、關系網絡[7]與GIS[8]等，涉及領域包括地理研究、文學與歷史研究等。此外，也有少量數字人文理念在本科生與研究生培養中的應用研究。如基于信息技術開發包含文本分析的輔助教學仿真系統[9];設置數字人文課程，提升學生自然語言處理方面的信息素養[10]。他們通常被授予文科碩士、圖書情報碩士、文理碩士，研究生證書教育是其較為普遍的形式[11]。在近十余年，西方國家數十所院校設立了數字人文專業，如美國馬里蘭大學、英國倫敦國王學院等[12]。然而，數字人文理念在基礎教育領域的應用研究和方法體系研究都相對較少，缺乏信息技術與歷史課程融合創新的探索與嘗試。

3.輔助教學系統現狀

輔助教學系統即輔助相關任課教師對復雜性、零碎性工作進行分析與管理的支持系統。針對不同系統特點，在較有代表性的系統中，Matlab能夠有效輔助學生繪制函數變化情況，進行深入分析[13];雨課堂支持對課堂進行管理，實行混合式教學模式[14];微助教學系統能夠輔助教師進行在線考勤和課堂討論，對教學過程進行過程性評價;高考資源網可以對歷史、政治、生物等學科的課件、試題進行管理與下載，輔助教師完成課程設計。綜上所述，各系統均有適合領域發展的獨特定位，但同時也存在共性問題，以致這些系統不能直接用于本系統。例如Matlab多適用于無線通信、圖像處理，對自然語言處理無力;雨課堂、微助教多適用于課堂管理，對課堂課件、課堂互動具有較大輔助作用，但仍不涉及具體課件內容分析;高考資源網下載需要額外付費，且其質量良莠不齊，這在一定程度上給教師造成了額外信息決策負擔。

歷史課程學習內容紛繁復雜，而初中生作為初步具有抽象思維的十二到十五歲的學生[15]，難以辨清知識本體與聯系間的詳盡關系，且他們更傾向接受高概括化的閱讀方式[16]。但目前已有輔助教學系統均涉及課程知識本身的分析，而數字人文的相關理念與方法體系適用于人文學科，對歷史課程知識分析具有較強適用性。因此，基于數字人文理論與技術體系開發一款歷史課程輔助教學系統，不僅能夠提升學生的學習興趣，也能輔助教師對知識大數據進行文本挖掘，快速組織與管理知識，從而優化課程教學模式與教學活動，提升學生學習效果。

二、數字人文視角下的輔助教學系統設計

1.理論依據

（1）視覺傳播與視覺認知

Eppler M·J提出視覺認知是人類大腦處理事物的主要活動，知識可視化是其中的一種[17]。具體而言，視覺傳播與視覺認知理論認為當研究問題降維至更可讀、抽象程度更高的理解方式時，人們更易感知和獲取知識，如語義網絡、關系圖譜、時間線、樹形圖等。本研究中，主要使用視覺隱喻、語義網絡、時間線、地理可視化等多種視覺表征方式對知識進行設計。

（2）認知負荷理論

Sweller認為活動主體面對復雜問題與記憶任務時，對大量信息特征進行管理將導致認知產生負荷，而與此同時，圖式建構與運行能夠較好解決此問題[18]。具體而言，認知負荷包括相關認知符合、外在認知符合與內在認知符合三種。在本文中，主要論及通過優化教學材料降低內在負荷的影響，通過優化教學模式減少外在負荷的影響。

2.功能設計

《義務教育歷史課程標準（2011年版）》強調學生理解歷史時序變化、知識變遷與延續、物質與精神文化等[19]。針對其強調的要點，系統提出設計關鍵詞分析、語言網絡、自動摘要、歷史首都分析等功能，理論視覺表征方法包括語義網絡、時間線、科學圖標等。此外，本系統開發使用的技術模塊主要包括PYQT5、NLTK、MATPLOTLIB等。

（1）關鍵詞分析

包括兩項子功能，其一是抽取特定章節重點詞匯;其二是對用戶輸入詞頻的時序分布進行可視化。教師可基于功能一幫助學生對特定課程知識重點進行宏觀了解，基于功能二進行探索性、答疑性、游戲化活動，從而提高學生對知識動態的掌握程度。

（2）自動摘要

基于人類話語表達方式摘要選定課程的重要知識，支持教師自定義參數。教師可使用該功能呈現具體知識表征結果，通過課前或課后設疑、提問感知學生對重難點知識的預習或掌握情況，從而鍛煉學生自主學習與甄選知識的能力。

（3）語義網絡

語義網絡對人物關系的交互關系與聯系進行分析與表征，人物關系的梳理能夠有效促進學生對相鄰知識體系的了解。教師可基于此功能進行單元復習、單元測試等課堂任務，使學生充分表達觀點，以鍛煉其表達與交流能力。

（4）歷史首都分析

包括兩項子功能，其一是特定時間內首都熱度展示;其二是特定時間內首都動態變遷展示。教師可基于此擴展學生學習興趣，了解邊緣知識。

（5）思維導圖

對單元知識的邏輯體系進行梳理，特別是對不同人物代表著作、思想等易混淆知識點的區分。教師可基于思維導圖對課堂主要教學內容進行總結、復習，從而提高學生對易混淆知識內容的區分，促進其辨析、概括知識的能力和自我建構的可能性。

（6）要點圖表

通過預先對教科書材料、試卷錯題材料等進行閱讀與梳理，抽取易混淆的知識點和重點內容，并進行繪制。教師可在對應教學單元中選取需要的圖表輔助課堂教學活動，進行探索或復習性教學，從而提升學生對易錯知識點進行比較與概括的能力。

3.輔助教學系統模塊架構設計

劉煒等人綜合西方觀點和有關研究對數字人文的方法論體系進行了建構，他認為數字人文大致分為三個層次：首先是數字人文方法體系，包括發現、收集、比較、發布、協作等五個子步驟，該部分主要是強調數字人文建設的一般流程;其次是方法共同體部分，主要強調的是通用方法;最后是數字人文的技術體系，包括數字化、數據管理、數據分析、可視化等多項內容[20]。該部分主要是實現數字人文理念的技術支持部分，多涉及具體方法，如：數字化包括掃描、采樣等技術;數據管理包括本體建模、文本編碼等技術;數據分析更為龐大，包括主題分析、情感分析、知識圖譜等技術;可視化包括知識地圖、仿真研究等技術。本研究嘗試探索性地將其應用到初中歷史課程的一般分析流程之中，按照其設計理念，先對初中歷史教材進行獲取與數字化，然后對文本進行預處理、集成、分類與融合，再選擇適用于設計功能和相關理論的數據分析方法，最終對結果進行知識表征，將其可視為抽象概念更高的視覺表征形式。

三、輔助教學系統的應用與效果評價

1.系統應用

輔助教學系統使用人教版七年級上冊歷史教科書，通過Python編程對其進行各個環節開發，目前已封包為可執行文件。首頁操作區大致分為三個主要部分，其一是選擇操作內容，包括章節、單元和自定義范圍等;其二是操作方式，即自動摘要、語義網絡、科學圖標等已設計功能;其三是參數設置，主要是針對選定的功能進行詳細設置，如語義網絡人物關系最低寫入/寫出閾值、自動摘要塊區數設置、關鍵詞分析的詞頻數、輸入多項自定義詞匯、停止詞表添加等。

（1）系統展示

對輔助教學系統功能設計的多項內容分別進行實踐分析，具體分析結果如圖1所示。使用關鍵詞分析中詞匯分散功能對關鍵詞“元謀人、孔子、孟子、秦始皇”等分析，結果呈現了顯著梯形結構;使用自動摘要隨機選擇第九課進行分析，結果既包括重點與非重點，可用于重難點知識檢測;使用語義網絡對隨機章節人物關系進行可視化，教師可依據此結果進行拋錨式教學，講解人物以及人物所代表文化的共性、差異性;首都熱力與變遷主要作為課外拓展學習內容;也可使用包括所有課程組織結構的思維導圖，以進一步幫助學生優化知識結構。此外，由于初中生大多對卡通人物更加感興趣，故研究通過梳理要點內容，自繪了一些視覺隱喻性、有利于理解與復習的素材。

（2）教學模式構建

教學模式的創新大致可以分為兩種，一種是外延式地基于相關理論對教學環節的數量進行增刪，一種是內涵式地基于已有教學環節，在某一進程中創新教學活動。巴羅斯PBL教學法認為課堂教學環節大致可以分為提出問題、展開研究、合作探究、問題解決與成果展示、反饋評價五個階段[21]。本文內涵式地在該五階段教學法中創新融合輔助教學系統，優化教學模式。通過在天津市A中學課堂活動的實踐調查、理論與教材梳理、系統制作，最終提出適用于初中歷史課程教學環節設置的教學模式，具體流程如圖2所示。首先由教師基于課程目標創設情境、提出問題為課程開展拋下錨點，學生基于課程目標做有針對性預習;其次，由教師使用輔助教學系統主動教導知識，學生主動學習，期間學生可主動要求教師使用系統對相關問題進行分析，依據上述功能設計對應的分析目標包括“人物事件時序分布”“歷史人物語義網絡”等;最終，教師使用系統帶領學生進行合作探究式活動，可對單元知識進行總結與討論，或針對討論問題進行分析，若無法解決問題則重新返回合作探究活動。

該教學模式主要具有以下特點與優勢：

①人文知識網絡化：若教學材料復雜性過高，則會為學生帶來內在認知負荷，反之，如果能夠將抽象程度與可理解性程度較低的材料進行重新組織，則能夠在較大程度上降低教學材料為認知記憶帶來的負荷。為此，通過數字人文視角下開發的輔助教學系統，并將其應用于教學模式主體活動中的主要部分，以對知識進行聯結，促進學生形成正確的知識網絡。

②人文知識可視化：從劉煒三步驟所述的技術體系中可以了解到，知識可視化在其中也占據了重要地位，這說明在知識表征和系統應用環境中，抽象程度更高的可視化能夠更高程度促進學生對知識的理解。為此，本研究基于視覺傳播與視覺認知理論和歷史課程標準，選擇了適合的可視化分析。在實際應用環境中使用者能夠通過輸入的特定分析內容定制具有變化的分析結果和可視內容，以輔助學生快速建立對知識的感知。

③問題導向化：PBL五步教學法核心在于“問題”，在問題設置上既要有學生能夠獨立解決的一般性問題，也要有能夠實現奧蘇貝爾“有意義學習”的教學問題，即學生原有認知結構與新知識間應該是特殊性與一般性的關系，具有一定挑戰性。教師可基于輔助教學系統環境下的教學模式流程，提出問題，保持學生注意力，并進一步引導問題解決。

2.效果評價

效果評價從客觀性與主觀性兩個維度進行測量，前者即通過成績監測，了解學生客觀能力的變化情況。由于期中以前未使用輔助教學系統進行教學，故使用期中成績作為前測成績，使用期末成績作為后測成績。后者即學生主觀認知方面是否有所變化，維度選擇上主要參考已有相關論文[22]、碩士論文[23]和相關專家建議，包括學習興趣、學習風格、學習過程與學習效率四項，具體而言，問卷使用李克特五級量表，分為非常不同意到非常同意五種等級。同時，為保證試驗效果的客觀性與科學性，在天津市A中學隨機選取實驗班與對照班兩班級，并保持教學媒體、教學指導老師、教師環境外部控制變量的一致性。

（1）實驗班與對照班群體差異檢驗

先對實驗班與對照班的群體差異性進行檢驗，具體使用兩班級期中成績作為對比，若差距過大則重新選取合適的對照組班級。經數據正態分布檢驗，發現成績呈現非正太分布，故選擇使用非參數檢驗對兩班級群體差異性進行檢驗，原假設H0為實驗班與對照班兩群體差異性不顯著;備擇假設H1為實驗班與對照班兩群體差異性顯著。結果顯示，最終顯著性水平為0.633，大于0.05，接收原假設H0，即隨機選取的實驗班和對照班沒有顯著性區分。在后續研究中，可基于兩班級開展深入研究，對比其前后測變化情況。

（2）成績效果評價

基于S-W檢驗發現兩班級期中與期末成績同樣未呈現正態分布，按照研究問題，選擇使用威爾克科森（W）檢驗對成績變化情況進行分析。結果顯示，實驗班和對照班的顯著性水平均為0，這說明期中以后兩個班級均加大了學習投入，對知識進行了較為系統的梳理，以致兩班級前測與后測間成績的對比均具有顯著性。對照班成績同比增長幅度為23%，而實驗班成績同比增長幅度為25%，相差2%。與此同時，實驗班和對照班群體差異上雖不顯著性，但前者成績水平相對低于后者，綜合而言，筆者認為基于輔助教學系統的教學模式具有一定功效性，能夠幫助實驗班提升成績，促進班級學生知識建構和成績提升。

（3）認知評價

認知評價主要通過調查問卷測量實驗班的學生認知變化情況，測量規則同樣分為前測和后測，評價非常不同意到非常同意分別使用1～5表示。前測問卷發放在輔助教學系統投入使用以前，后測問卷發放在期末。為評測兩問卷信效度情況，對其進行克隆巴赫系數檢驗，結果分別為0.83和0.86，這說明其均具有一定信效度，具體對比和檢驗結果見表1（見下頁）。可以發現，學生使用了輔助教學系統以后，在學習風格和學習效率兩個維度上均呈現了顯著性差異關系。這說明學生前期更加傾向獨立學習，而現在更傾向使用輔助教學系統和在教師的幫助下學習，也即學生與外部具有更高的交互性，希望在外部環境的促進下優化已有知識認知結構，從而提升學習效果，促進知識內化程度。此外，學習興趣與學習過程兩個維度均未呈現顯著性差異，但其均值大小上均有細微提升，提升幅度較小。

四、歷史教學相關建議

本研究在數字人文視角下，結合有關理論、方法技術體系以及《義務教育歷史課程標準》等設計并開發了輔助教學系統，并基于該系統和PBL五步教學法設計了教學模式，開展了實踐研究。綜合分析結果顯示，本次實驗對于學生成績提升具有一定作用，增加了學生對系統和老師的使用傾向，提升了學習效率。但學習興趣與學習過程變化差異較小，不具顯著性差異。此外，通過此次研究也發現目前歷史課程教學活動較為單一，主要靠教師講解;數字化資源庫建設不夠完善;教師與學生信息素養有待提高等三方面問題。為此，可從以下三方面對其進行思考改進。

1.創新教學活動組織形式，以加大學生學習興趣

通過問卷學習興趣均值水平來看雖然較高，但在實訓觀察中發現大多學生在課程活動中更傾向于“關注”，而非“參與”階段。 因此，有效地創新和組織教學活動形式能夠保證學生的個體參與，如在非學習繁忙時期每月不定期舉辦角色扮演、知識競賽等活動，這些將進一步加深學生對知識的理解，促進知識內化，提高學生學習效率。

2.完善信息資源庫建設，以輔助學生知識遷移與深化

持續加大數字化資源建設不僅是學科與信息資源的深度融合，更是推進教育現代化的必由之路。歷史課程本就注重知識記憶，且內容關系易混淆，學生極易產生學業疲憊情緒。故有關學校或單位既要持續完善教學數字化資源，也要投入富有感性認識的紅色精神紀錄片、音樂等內容，這些資源不僅有利于提升學生學習興趣，也能培養學生的愛國主義精神、文化自信等。

3.持續創建數字人文環境，以提升教師與學生的信息素養

學校應加大數字人文環境的創設，通過相關培訓或信息課程，提升教師與學生雙邊的數字素養，以促進老師和學生在其他所需信息技能中的順利應用，快速開展學習活動。

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[作者：陶金虎（1994-），河南駐馬店人，天津大學教育學院，博士生;董偉（1983-），河北石家莊人，天津大學教育學院，副教授，博士。]

【責任編輯 ?鄭雪凌】