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1、 课堂教学行为交互深度量化分析方法研究 摘要：文章基于教学行为序列，通过对行为序列所反映出的行为交互频度、行为交互持续时间等因素的统计与分析，间接考察了交互主题(学习内容)的内容复杂性。通过探讨课堂教学行为的交互深度，文章提出了课堂教学行为交互深度量化分析的基本过程模型，给出了同一问题、同一主题和整节课堂教学三个层次的交互深度量化分析方法，为课堂教学行为交互深度的量化分析提供了新的思路，对于进一步丰富、完善课堂教学行为分析的理论与方法具有一定的指导和借鉴意义。关键词：课堂教学行为，教学交互，交互深度，量化分析基金项目：本文为全国教育科学“十二五”规划2013年度教育部青年课题“基于视频内容分析
2、的课堂教学评价研究”(项目编号：ECA130373)的阶段性研究成果。1979年，Daniel等1将交互与独立学习作为两个对立的概念，其中交互是指学生与教师或教育机构成员之间的交流。课堂教学中的交互行为作为教学活动开展的基础，教学交互的水平直接反映教学的水平，也直接影响学习的效果。一 课堂教学行为交互深度分析1 课堂教学行为交互分析教学交互本质上是为了让学习者达到学习目标。在学习环境中，主体之间通过相互交流和相互作用，旨在改变学习者的行为，帮助学习者对学习内容进行意义建构，从而实现教学目标2。学习通过教学交互实现，而教学交互是学习过程的基本功能属性；学习者与学习环境相互交流、相互作用而追求自身
3、发展的过程，是学与教的过程属性3。当环境对学习者的反应能够使学习者的行为朝着教学目标的方向发展时，教学交互是有效的。国内外较有影响的课堂交互行为分析方法包括弗兰德斯互动分析系统(Flanders Interaction Analysis System，FIAS)、言语互动分类系统(Verbal Interaction Category System，VICS)、IIS(Instructional Information Set)图分析法、基于信息技术的互动分析编码系统(Information Technology-based Interaction Analysis System，ITIAS)
4、、S-T(Student-Teacher)分析法等。这些分析方法的主要特点是建立行为分类编码方法、运用统计方法观测属性参数的特征、探究教育特征之间的关系，但缺乏完善的课堂教学行为交互深度量化分析方法。2 基于视频的课堂教学行为交互分析作为课堂教学行为交互分析方法的发展，基于视频的课堂教学行为交互分析编码体系将课堂教学行为划分为“言语活动”和“教师学生”两个维度，并建立了16类行为编码体系4：讲授、提问、指示、反馈与评价；主动提问、应答(被动反应)、对话(主动反应)、讨论；观察、笔记或练习、实践或实验、思考；板书、演示或展示、观察或巡视、个别指导或参与活动。本研究综合考察了行为主体(即教师、学生
5、)与行为方式(即言语、活动)这两个维度的关联性，通过对行为序列所反映出的行为交互频度、行为交互持续时间等因素的统计与分析，间接考察了交互主题(学习内容)的复杂性，从而探讨课堂教学行为的交互深度，并就课堂教学行为交互深度的量化分析提出新思路。3 交互深度量化分析的基本过程课堂教学行为交互深度量化分析的基本过程模型如图1所示。基本过程主要分为三个环节：教学行为逻辑结构解析，即划分课堂教学行为交互逻辑结构，依据基于视频的课堂教学行为交互分析编码体系和数据采集标准，采集课堂教学行为交互序列数据，并结合教学内容的特点，将教学行为交互序列数据进行逻辑结构划分。主要特征参数的计算，包括以基本课堂教学单元的教
6、学交互行为熵H和交互系数I为课堂教学单元的交互特征参数，作为课堂教学行为交互深度量化分析的核心指标；以基本逻辑结构单元为基础，对教学行为交互序列数据进行统计，通过计算每种教学行为交互的时间占有率F和行为持续时间T，确定基本逻辑结构单元特征参数。教学行为量化统计与分析，包括计算课堂教学行为交互深度值；依据课堂教学行为交互的特性，探究交互深度量化统计与分析方法，为交互深度值D的计算提供标准。图1 课堂教学行为交互深度量化分析的基本过程模型二 课堂教学行为逻辑结构解析1 教学行为采集以新的课堂教学行为分析编码系统为基础，可将教学行为划分为教师言语行为、教师活动行为、学生言语行为、学生活动行为等四大类
7、共16种具体行为5。在具体的教学行为观察过程中，教学行为样本采集遵循“时间抽样，动态补偿”的原则，根据编码系统规定的标准，依次记录课堂教学的行为数据，最终形成关键行为数据序列6。2 逻辑结构解析课堂教学行为交互逻辑结构如图2所示。一节课的课堂教学过程可以划分为若干个教学阶段(教学环节)，每个教学阶段可由多个主题组成，每个主题又可由多个问题(或知识点)组成问题(或知识点)是构成教学交互行为的基本单元，是最小的交互行为逻辑单元结构。图2 课堂教学行为交互逻辑结构示意图教师针对课堂教学中的某个问题(或知识点)提问，然后师生之间进行交互，此时可能有两种情况：问题很简单，学生一下子就给出正确答案；问题是
8、开放性问题或相对比较困难，经过师生之间、生生之间的多次交互，对问题的探讨日趋深入，越来越接近于正确答案。第一种情况下，如果教师不再引导学生进行发散性思考，那么交互层次显然较浅；而第二种情况下，经过多次交互后，对问题的探讨日趋深入，交互的深度也会随着交互频数的增加而日益加深；同时，后续的交互行为是在前面已有交互行为的基础上发生的，是对前面答案的逐步修正与完善，随着越来越接近于正确答案，交互深度也逐渐加深。针对一个问题(或知识点)的多次交互过程如图3所示。图3 针对一个问题(或知识点)的多次交互过程示意图综上所述，本研究依据基于视频的课堂教学行为交互分析编码体系和数据采集标准，采集课堂教学行为交互
9、序列数据；同时，结合教学内容的特点，对课堂教学行为交互序列数据进行逻辑结构划分。三 计算课堂教学行为交互特征参数1 逻辑结构单元特征参数以基本逻辑结构单元为基础，本研究对课堂教学行为交互(下文简称“行为”)序列数据进行统计，通过计算每种行为的时间占有率和持续时间，确定基本逻辑结构单元的特征参数。为便于量化分析，本研究将采集的行为序列数据，以逻辑单元结构为基础，转化为相对频率(时间占有率)F分析。具体来说，本研究采用时间累积的方法进行统计将每类行为的持续时间T进行统计累加，作为该类行为的原始统计数据(以秒为单位)，如公式(1)所示。2 交互特征参数(1)基本课堂教学单元的教学交互行为熵H的计算若
10、想更加科学地表示出交互深度，以便对不同问题的交互深度进行比较，那么就需要考虑行为交互过程中的时间因素所带来的影响。假设在某一问题的交互过程中有n次交互行为发生，某一次交互行为的持续时间为ti，交互持续时间占有率为Pi则可按照公式(2)计算得出。将整个交互过程的行为占有率看作是一个概率分布事件，可按公式(3)并求出其行为交互行为熵H7：(2)基本课堂教学单元的交互系数I的计算教师根据教学需要提问后，由第一个学生开始应答，接着由第二个学生根据前面的应答进行二次应答，再由下一个学生进行三次应答当到第n个学生的应答接近于正确答案时，便可停止应答。在这一交互过程中，教师可以对学生的应答进行反馈或引导，学
11、生与学生之间也可以进行交流，最后由教师根据实际教学需要终止应答时间。若把针对某一问题(或知识点)的行为交互过程看作是探究正确答案的过程，那么在这一过程中的所有交互对于最终探讨出的正确答案都有贡献，包括所有学生的应答(不论正误)、教师的引导或反馈等。若教学内容只需一次交互完成，则教学内容的不确定性很小；而需要交互的次数越多，则内容的不确定性就越大。综合考察交互频次、交互时间与交互内容的不确定关系，每次交互对交互深度的贡献以一次交互为基础，贡献值和效果由后面的交互情况决定。依据行为交互出现的先后顺序，确定每次行为交互对最终探讨出正确答案的贡献率为Ii，用1/i2表示。基于每次行为交互的贡献率，可按
12、照公式(4)得到针对该问题的交互系数I。根据行为交互次数，可以确定交互系数I的取值：当只有一次交互发生时，交互系数最小，值为1；当有n次交互发生时，可求得I的极限值为2/6。据此，得出I的有效取值范围为1，2/6)。四 不同层次的课堂教学行为交互深度值的计算依据课堂教学行为交互的特性，本研究将课堂教学行为交互深度分析划分为同一问题交互深度、同一主题交互深度和整节课堂教学的交互深度等三个层次，并定义每个层次的交互深度量化统计与分析方法，为不同层次的交互深度值D的计算提供标准。1 同一问题的交互深度值(D)针对同一问题的交互深度值D，可直接通过交互系数I和交互行为熵H的积8得出：D=IH。D值可以
13、反映问题的交互深度，并可对不同问题之间的交互情况进行比较。2 同一主题的交互深度值(D)围绕学习主题，在交互过程中可能会涉及多个小问题的探讨。从一个问题转向另一个问题，称作一次交互转移。经过多步交互转移，交互越来越深入，也越来越接近于最终目标；交互转移的次数越多，说明初始目标到达最终目标的概率越低、主题内容的难度越大，也就需要更加深入的交互才能达到学习目标。假设围绕同一主题进行n个子问题的讨论，每个子问题中具体某一交互行为的持续时间为ti，整个子问题的交互持续时间占有率为Ti；对该主题学习的容易度贡献率为Si，用(1/n)i表示，即1/ni。基于每个问题的贡献率，可根据公式(5)得到针对该主题
14、的容易度系数S。当该主题只有一个问题时，容易度系数取得最大值，为1；当有n个问题时，容易度系数为一个接近于0的正数，故容易度系数S的取值范围为(0，1。本研究取容易度系数的倒数作为难度系数C，即C=1/S，得出C的取值范围为1，+)。越是复杂的主题，其难度系数越高，也就需要通过更加深入的行为交互才能获得更有效的教学。因此，针对该主题的交互深度值D，与难度系数C成正比，如公式(6)所示。3 整节课堂教学的交互深度值(D*)整节课的行为交互深度由每个阶段的交互深度决定。假设一节课的课堂教学由m个阶段组成，每个阶段有n个主题，每个主题所占时间比为TSi，其对应的交互深度为DSi；每个阶段所占时间比作
15、为系数TPi，其对应的交互深度为DPi，则整节课堂教学的交互深度值D*可根据公式(7)得出。也就是说，通过逐步计算各个主题、各个阶段的行为交互深度情况，可间接得到整节课课教学的交互深度情况，从而为整节课的课堂教学行为交互深度的研究提供参考。五 应用与分析1 教学行为数据采集本研究的实验样本为吴江市中学高一历史课的教学视频，内容为“甲午中日战争”，采集的教学行为基本数据信息如表1所示。表1 教学行为基本数据信息行为类别教师言语行为教师活动行为学生言语行为学生活动行为行为个数1109547行为时间占有率0.82230.03300.12260.0221在教学过程中，四大类教学行为的16种具体行为分布情况的时序列如图4所示。图4 16种具体行为分布情况的时序列图2 分析与讨论在实验样本中，19492256秒之间的教学片断(图4中框选部分的时序列)具有显著的主题交互特征围绕“为什么说马关条约是继南京条约以来最严重的不平等条约(从割地、赔款、开放通商口岸、获得特权四个方面比较)”这一主题展开教学活动，通过问题引导，师生之间通过多次交互，完成该教学内容的学习。基于所讨论问题的内容差异，该教学片断可以明确分为4个子问题，其课堂教学过程结构如图5所示。图5 “甲午中日战争”教学片断的课堂教学过程结构示意图基
