反应、命令还是指导？教师在最终用户开发中的心理模型

研究背景与问题

• 发现的问题或挑战: 本研究聚焦于小学数学老师在首次尝试使用触发-动作规则(TAP)编程时的思维模型及问题。教师，一般缺乏编程经验，在完成智能教育设备的个性化功能定制时面临困难，尤其是在理解触发-动作逻辑、事件与状态的区分以及抽象和具体语意表示时。

• 问题的重要性: 教育技术的快速普及为教学提供了互动性和个性化的教学环境，尤其是在帮助有学习障碍的学生方面具有显著潜力。然而，教师由于缺少编程能力、动力或时间，难以有效利用这些技术工具。因此，通过端用户开发(EUD)赋能教师，使他们能够主动设计和调整数字设备的功能，至关重要。

• 研究动机与相关工作: EUD 方法重点在于开发简单的工具与策略，帮助非程序员用户创建和定制数字工具。触发-动作编程(TAP)是一种常见的EUD技术，其简单的事件-动作规则设计，可广泛用于智能设备编程。尽管TAP降低了入门门槛，但其表达力的不足，尤其是在需要处理多个触发条件时，容易导致用户出错。现有研究已发现，语言描述的具体性或抽象性以及用户概念模型的准确性，对用户成功完成任务有重要影响。

解决方案

• 方法或解决方案: 作者通过调查小学数学教师的思维模型，分析了语言规则的抽象性或具体性对老师构建和调试触发-动作规则的影响。本研究设计了两种语言规则集：“具体型”直接关联设备操作；“抽象型”代表高层次的通用逻辑规则。

• 创新之处: 提出了三种教师与系统交互的隐喻模型——“命令(Command)”、“反应(React)” 和“指令(Instruct)”。首次从隐喻角度探索用户与触发-动作规则系统的交互特点，并揭示隐喻模型如何影响用户任务完成的正确性和完整性。

• 实施步骤与技术:

  1. 对28名小学数学教师进行了任务观测，使用“语音思考法(Thinking-Aloud Protocol)”记录他们在完成规则设计和调试任务时的思维过程。
  2. 使用SENSATION平台，提供具体和抽象两种语言表示版本的规则集，研究教师在两种版本下的行为差异。
  3. 通过主题分析法提取教师的隐喻模型，并基于规则正确性和完整性评估其行为表现。

研究成果

• 具体成果:

  1. 提出三种隐喻模型：
     • 命令隐喻(Command): 将系统视为需要逐步指令的设备。该模型解释了教师为何试图定义多余的规则或将系统误解为需要详细步骤指引。
     • 反应隐喻(React): 部分理解触发-动作逻辑，将系统视为对特定事件做出反应的机械工具。
     • 指令隐喻(Instruct): 教师设想自己在“教导”系统完成数学练习，尤其是基于学生完成任务的视角。
  2. 分析了具体与抽象语言规则对教师行为的影响：
     • 具体规则（例如涉及固定位置和特定动作的描述）更易被教师接受，但可能强化无效的“命令隐喻”。
     • 抽象规则（例如泛化表达如“最新插入的符号”），虽然更难以初步理解，但有助于引导“反应隐喻”或“指令隐喻”。

• 与现有解决方案相比的优势:

  • 深入解析了教师思维模型在执行技术任务中的动态变化，弥补了对非程序员端用户开发模型的细致认知研究的不足。
  • 揭示了语言规则的抽象性与教师隐喻模型之间的互动关系，能够为未来的教育技术工具设计提供更具针对性的建议。

• 实验或评估结果:

  • 总体而言，反应隐喻和指令隐喻（尤其是基于学生角度的指令隐喻）表现最佳。而“命令隐喻”尽管最为普遍，但与触发-动作逻辑不兼容，极大降低了规则的正确性（平均正确率32.83%）。
  • 起始使用更抽象规则的教师表现出更显著的学习进步，这表明先处理更困难的规则框架可以促进正确隐喻模型的形成。

• 局限性与未来方向:

  • 样本规模较小，参与者背景过于单一（主要是无编程经验的意大利小学女教师），可能限制了结果的普适性。
  • 平台语言规则的设计可能影响了教师的理解，因此未来可以尝试优化抽象规则的描述。
  • 未来研究可以扩展到更多领域的教师和更加多样化的EUD任务设计，验证隐喻模型的广泛适用性。

本研究为探索教育技术中的端用户开发行为提供了新的视角，并为设计更直观且高效的编程工具提出了具体建议。