解釋結構模型ISM及其應用PPT課件

.,1,解釋結構模型ISM及其應用InterpretiveStructuralModeling(ISM),.,2,解決復雜系統(tǒng)問題，困難在于弄清楚要解決什么問題，什么是表面問題，什么是潛在問題，什么是原因層的問題，什么是根子層的問題。這就是問題診斷和系統(tǒng)概念開發(fā)。如何能使用自然語言或圖形等較直觀的方式來描述和闡明問題，這就是根據(jù)問題導向，建立概念模型。系統(tǒng)結構模型是一種較正規(guī)的概念模型。這類模型對于理清思路、明確問題，與利益相關者進行溝通，都極為有用。這種結構化的概念模型就是系統(tǒng)結構模型。,從概念模型到結構模型系統(tǒng)概念開發(fā),.,3,結構模型：系統(tǒng)有很多要素構成，建立要素之間的相互關系，即系統(tǒng)的結構模型，是系統(tǒng)分析的重要方法。,.,4,凡系統(tǒng)必有結構，系統(tǒng)結構決定系統(tǒng)功能；破壞結構，就會完全破壞系統(tǒng)的總體功能。這說明了系統(tǒng)結構的普遍性與重要性。,結構模型描述系統(tǒng)結構形態(tài)，即系統(tǒng)各部分間及其與環(huán)境間的關系（因果、順序、聯(lián)系、隸屬、優(yōu)劣對比等）。結構模型是從概念模型過渡到定量分析的中介，即使對那些難以量化的系統(tǒng)來說也可以建立結構模型，故在系統(tǒng)分析中應用很廣泛。,.,5,模型發(fā)現(xiàn)者的資料：,.,解釋結構模型法,需要了解的的知識點解釋結構模型法是用于分析教育技術研究中復雜要素間關聯(lián)結構的一種專門研究方法，作用是能夠利用系統(tǒng)要素之間已知的零亂關系，揭示出系統(tǒng)的內部結構。解釋結構模型法的具體操作是用圖形和矩陣描述出各種已知的關系,通過矩陣做進一步運算，并推導出結論來解釋系統(tǒng)結構的關系.本章介紹了解釋結構模型的基本概念；論述了解釋結構模型法應用的具體步驟；以“網絡化學習與傳統(tǒng)學習的差異分析”為案例說明解釋結構模型法在教育技術研究中的具體應用。通過本章的學習,應了解解釋結構模型的基本概念,明確有向圖、鄰接矩陣和可達矩陣的含義，掌握解釋結構模型法應用的步驟，熟練運用解釋結構模型法分析解決教育技術研究中的具體問題。本章內容結構系統(tǒng)結構的有向圖示法有向圖的矩陣描述鄰接矩陣的性質可達矩陣系統(tǒng)要素分析建立鄰接矩陣進行矩陣運算，求出可達矩陣對可達矩陣進行分解差異特征要素分析要素強弱分析解釋結構模型分析WBT的層級模型與因果關系分析,解釋結構模型法的基本概念,案例-網絡化學習與傳統(tǒng)學習的差異分析,解釋結構模型法應用步驟,.,第一節(jié)解釋結構模型法的基本概念定義：解釋結構模型法（InterpretativeStructuralModellingMethod,簡稱ISM方法）ISM方法是現(xiàn)代系統(tǒng)工程中廣泛應用的一種分析方法，它在揭示系統(tǒng)結構，一、系統(tǒng)結構的有向圖示法有向圖形是系統(tǒng)中各要素之間的聯(lián)系情況的一種模型化描述方法。它由節(jié)點和邊兩部分組成節(jié)點利用一個圓圈代表系統(tǒng)中的一個要素，圓圈標有該要素的符號；邊用帶有箭頭的線段表示要素之間的影響。箭頭代表影響的方向。,.,教師計算機多媒體學生圖1CAI系統(tǒng)結構模型二、有向圖的矩陣描述對于一個有向圖，我們可以用一個mm方形矩陣來表示。m為系統(tǒng)要素的個數(shù)。矩陣的每一行和每一列對應圖中一個節(jié)點（系統(tǒng)要素）。規(guī)定，要素Si對Sj有影響時，矩陣元素aij為1，要素Si對Sj無影響時，矩陣元素aij為0。即（1）對于圖1中，m=3即可構成一個33的方形矩陣，表示為：,T,M,S,.,根據(jù)式（1）則用矩陣表示為：上述這種與有向圖形對應的，并用1和0表現(xiàn)元素的矩陣稱為鄰接矩陣三、鄰接矩陣的性質實驗過程本身就是一個系統(tǒng)，它包含有實驗者（S1）、實驗對象（S2）、實驗因素（自變量）（S3）、干擾因素（S4）和實驗反應（因變量）（S5）等5個基本要素。這5個因素之間的聯(lián)系關系可以用表12-1表示，根據(jù)此表，也可以用有向圖（圖12-2）和鄰接矩陣表示。,.,表12-1因素之間的聯(lián)系,.,S1S2S3S4S5,圖12-2有向圖,.,鄰接矩陣描述了系統(tǒng)各要素之間直接關系，它具有如下性質：鄰接矩陣和有向圖是同一系統(tǒng)結構的兩種不同表達形式。矩陣與圖一一對應，有向圖形確定，鄰接矩陣也就唯一確定。反之，鄰接矩陣確定，有向圖形也就唯一確定。鄰接矩陣的矩陣元素只能是1和0，它屬于布爾矩陣。布爾矩陣的運算主要有邏輯和運算以及邏輯乘運算，即：0+0=00+1=11+1=110=001=011=1在鄰接矩陣中，如果第j列元素全部都為0，則這一列所對應的要素Sj可確定為該系統(tǒng)的輸入端。例如，上述矩陣A中，對應S1列全部為0，要素S1可確定為系統(tǒng)的輸入端。,.,在鄰接矩陣中，如果第i行元素全部都為0，則這一行所對應的要素Si可確定為該系統(tǒng)的輸出端。例如，上述矩陣A中，對應S5行全部為0，要素S5可確定為系統(tǒng)的輸出端。計算AK，如果A矩陣元素中出現(xiàn)aij=1，則表明從系統(tǒng)要素Si出發(fā)，經過k條邊可達到系統(tǒng)要素Sj。這時我們說系統(tǒng)要素Si與Sj之間存在長度為k的通道。如上述矩陣矩陣A2表明，從系統(tǒng)要素S1出發(fā)經過長度為2的通道分別到達系統(tǒng)要素S2和S5。同是，系統(tǒng)要素S3和S4也分別有長度為2的通道到達系統(tǒng)要素S5。它們分別為：;,.,計算出矩陣得到：,矩陣A3表明，從系統(tǒng)要素S1出發(fā)經過長度為3的通道到達系統(tǒng)要素S5。它就是。,.,四、可達矩陣如果一個矩陣，僅其對角線元素為1，其他元素均為0，這樣的矩陣稱為單位矩陣，用I表示。根據(jù)布爾矩陣運算法則，可以證明：,.,第二節(jié)解釋結構模型法應用的步驟一、ISM方法的基本步驟ISM方法的作用是把任意包含許多離散的，無序的靜態(tài)的系統(tǒng)，利用系統(tǒng)要素之間已知的、但凌亂的的關系，揭示出系統(tǒng)的內部結構。其基本方法是先用圖形和矩陣描述各種已知的關系，在矩陣的基礎上再進一步運算、推導來解釋系統(tǒng)結構的特點。其基本步驟如下：（1）建立系統(tǒng)要素關系表（2）根據(jù)系統(tǒng)要素關系表，作出相應的有向圖形，并建立鄰接矩陣；（3）通過矩陣運算求出該系統(tǒng)的可達矩陣M；（4）對可達矩陣M進行區(qū)域分解和級間分解；（5）建立系統(tǒng)結構模型。二、以任務驅動式教學過程模式為例，說明如何用ISM方法對系統(tǒng)進行系統(tǒng)結構分析：（一）系統(tǒng)要素分析,.,任務驅動式教學過程是指教師根據(jù)教學目標和學生實際向學生提出學習任務，同時提供完成任務所需要的學習資源和相關材料，要求學生利用資源完成一個作品，教師還提供對作品的評價指標體系并對學生作品作出評價，要求學生在完成作品和理解教師對作品的評價意見之后，形成有意義的知識，即完成意義的建構。我們可以把上述教學過程分解為：教師活動、學生活動、學習任務、學習資源、學生作品、評價指標、意義建構等7個活動要素。這些要素之間的存在著直接的因果關系。如教師提出學習任務、提供學習資源、建立作品評價指標等。我們把每一個因素（Si）分別與其他因素進行比較，如果存在直接因果關系的，用符號表示在要素關系表中,如表12-2所示。表12-2要素關系表,.,二、建立鄰接矩陣根據(jù)要素關系表建立鄰接矩陣A：,.,三、進行矩陣運算，求出可達矩陣,.,M,.,三、對可達矩陣求解的擴展A：逐次平方B:warshall算法B：排序后再warshall法,.,四、對可達矩陣進行分解定義：可達集合R（Si）：可達矩陣中要素Si對應的行中，包含有1的矩陣元素所對應的列要素的集合。代表要素Si到達的要素。先行集合Q（Si）：可達矩陣中要素Si對應的列中，包含有1的矩陣元素所對應的行要素的集合。代表交集A=R（Si）Q（Si）為了對可達矩陣進行區(qū)域分解，我們先把可達集合與先行集合及其交集列出在表上，如表12-3所示。,.,表12-3可達集合與先行集合及其交集表,.,(1)對可達矩陣的區(qū)域分解根據(jù)對可達集合及先行集合的分析結果，我們可以發(fā)現(xiàn)，在先行集合Q（Si）中顯示存在S1S3、S1S4、S1S5有著很強的直接聯(lián)系，而S2又與S3、S4直接聯(lián)系因此，我們對可達矩陣M的行和列位置作適當?shù)淖儞Q，即把S1、S3、S4、S5、S2集中在一起，如M所示。,S1S3S4S5S2S6S7,.,我們用虛線把變換后的矩陣M分割為四部分，這四部分分別代表：左上角子矩陣I表示由元素S1、S3、S4、S5組成的子系統(tǒng)的鄰接矩陣（A）；右下角子矩陣IV表示由元素S2、S6、S7組成的子系統(tǒng)的鄰接矩陣（B）；右上角子矩陣II表示子系統(tǒng)（A）對子系統(tǒng)（B）的影響；左下角子矩陣III表示子系統(tǒng)（B）對子系統(tǒng)（A）的影響。圖中矩陣全部元素為0，表示子系統(tǒng)（B）對子系統(tǒng)（A）沒有影響。（2）層級分解層級分解的目的是為了更清晰的了解系統(tǒng)中各要素之間的層級關系，最頂層表示系統(tǒng)的最終目標，往下各層分別表示是上一層的原因。利用這種方法，我們可以科學地建立教學過程或其它問題的類比模型。層級分解的方法是根據(jù)R（Si）Q（Si）=R（Si）條件來進行層級的抽取。如表-3中對于i=7滿足條件，這表示S7為該系統(tǒng)的最頂層，也就是系統(tǒng)的最終目標。然后，把表12-3中有關7的要素都抽取掉，得到表12-4：,.,表12-4抽出7后的結果,從表12-4中又可以發(fā)現(xiàn)i=6滿足條件，即可以抽出6，這表示S6為第二層，并是S7的原因。,.,12-5抽出6后的結果,從表12-5發(fā)現(xiàn)i=5,i=2,都滿足R（Si）Q（Si）=R（Si）條件，S2、S5為第三層并是S6