信息化時代信息熵在微格教學(xué)課例中的量化分析研究

張振英

摘 要 對教學(xué)過程進(jìn)行的量化處理與客觀評價，是教學(xué)評價中的重要環(huán)節(jié)。信息熵教育信息處理中的重要概念，表示概率系統(tǒng)的不確定程度，熵值越大，概率系統(tǒng)不確定程度越大。本文從信息熵的概念和原理出發(fā)，采用基于V&BICS的分類系統(tǒng)，對微格教學(xué)課例進(jìn)行數(shù)據(jù)采測與具體分析，計(jì)算出信息熵，利用信息熵最大化原理對教學(xué)過程做出客觀分析。

關(guān)鍵詞 信息熵 教學(xué)行為 量化分析

中圖分類號：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1信息熵的概念和原理

香農(nóng)將熵推廣到信息論領(lǐng)域，提出信息熵的概念，用以表征概率系統(tǒng)的不確定程度。熵越大，系統(tǒng)的不確定程度越大。若某一概率系統(tǒng)中概率分布是均勻的，即系統(tǒng)中每一事件產(chǎn)生的概率相等，對于這樣的系統(tǒng)，其不確定性最大，信息熵具有最大值。在特定的約束條件下，系統(tǒng)的熵總是在不斷增加，直至系統(tǒng)的熵值最大時，系統(tǒng)才處于穩(wěn)定狀態(tài)，此為最大熵原理。

2數(shù)據(jù)采集

2.1 V&BICS分類系統(tǒng)

在對課堂教學(xué)活動數(shù)據(jù)進(jìn)行采集之前，首先要明確課堂中師生之間各種教與學(xué)行為的分類。VICS分類系統(tǒng)是對課堂教學(xué)活動中師生語言行為進(jìn)行分類的系統(tǒng)。然而，課堂教學(xué)活動中并不僅僅只存在教師與學(xué)生的語言行為，還包括很多師生之間的非語言行為。并且在學(xué)科教學(xué)與信息技術(shù)深度融合的信息化時代，以信息技術(shù)支持的信息化教學(xué)涌入傳統(tǒng)課堂中，大量新的信息技術(shù)工具的應(yīng)用，使得教學(xué)活動發(fā)生了顯著變化，教學(xué)過程中除了師生用語言表達(dá)信息外，還會在操作、演示信息技術(shù)工具時傳遞信息，因此，VICS分類系統(tǒng)相對片面，并不能將課堂教學(xué)活動相對完整地記錄下來。

楊平展等人對VICS分類系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，提出V&BICS分類系統(tǒng)，將課堂教學(xué)過程中教師和學(xué)生的行為劃分為13類，分別為：1教師對學(xué)生的提示，2教師對學(xué)生的指示，3教師對學(xué)生的狹義提問，4教師對學(xué)生的廣義提問，5教師對學(xué)生的接受，6教師對學(xué)生的拒否，7學(xué)生向教師的應(yīng)答，8學(xué)生向其他學(xué)生的反應(yīng)，9學(xué)生向教師的發(fā)言，10學(xué)生向其他學(xué)生的發(fā)言，11多媒體的使用，12課堂組織與管理，13學(xué)生思考與練習(xí)。

2.2數(shù)據(jù)采集與處理

本研究采用V&BICS的分類系統(tǒng)，對湖南師范大學(xué)教育技術(shù)系郭同學(xué)微格教學(xué)課例《計(jì)算機(jī)的基本組成》進(jìn)行了數(shù)據(jù)采測，時間共9分30秒。以5秒為采樣間隔對該微格教學(xué)課例進(jìn)行了分析，得到了114個教學(xué)行為，計(jì)算出各教學(xué)行為發(fā)生的概率，如表1所示：

根據(jù)信息熵的計(jì)算公式計(jì)算出信息熵H=2.95bit，Hmax=3.70bit。

3教學(xué)過程的量化分析

3.1基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析

（1）從上圖來看，教學(xué)行為主要集中在“教師對學(xué)生的指示”（26.32%）和“多媒體的使用”（21.93%），教學(xué)行為較分散，教學(xué)活動形式豐富，存在較多互動，教師行為有“廣義提問”（6.14%）和“狹義提問”（4.39%），說明教師對學(xué)習(xí)過程密切關(guān)注，注重與學(xué)生的交流互動。學(xué)生行為有“向教師的應(yīng)答”（9.65%），“向教師的發(fā)言”（1.75%）和“向其他學(xué)生的發(fā)言”（1.75%），體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性與積極性。師生之間、生生之間的信息交流與互動，大大豐富了該課程的教學(xué)形式。

（2）教師行為達(dá)到了86%以上，說明本課例以教師講授為主。其中“教師對學(xué)生的指示”在整個教學(xué)活動中出現(xiàn)的概率最大，為26.32%，說明該課例是理論講授型課程，主要教學(xué)活動是教師對新知識的講解?！敖處煂W(xué)生的提示”為14.04%，說明教師注重對學(xué)生的啟發(fā)和引導(dǎo)，幫助學(xué)生進(jìn)行知識意義的建構(gòu)。

（3）“廣義提問”與“狹義提問”之和大于“學(xué)生向教師的應(yīng)答”、“學(xué)生向教師的發(fā)言”和“學(xué)生向其他學(xué)生的發(fā)言”之和，可能是問題太難沒有得到學(xué)生的有效回答，也有可能是沒有留給學(xué)生足夠時間去思考。對于學(xué)生的回答，“教師對學(xué)生的接受”為7.89%，說明教師比較注重與學(xué)生的交流互動，及時給予學(xué)生一定的贊揚(yáng)?！敖處煂W(xué)生的拒否”為1.75%，這說明教師注重形成學(xué)生的認(rèn)知沖突，注重潛在問題的挖掘，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考。

（4）“學(xué)生向教師的發(fā)言”為1.75%，可能是課堂相對活躍，學(xué)生主動學(xué)習(xí)的參與感強(qiáng)；也可能是教師講解的知識點(diǎn)較為簡單，學(xué)生能夠迅速做出反應(yīng)?！皩W(xué)生向其他學(xué)生的發(fā)言”為1.75%，這個行為占有率相對較小，說明學(xué)生之間的互動討論較少。

（5）“多媒體的使用”為21.93%，在整個課堂中僅次于“教師的指示”，可能表明教師能夠靈活運(yùn)用多媒體工具，提高理論講授課的觀賞性，讓原本乏味的理論課顯得相對生動有趣；也有可能說明教師是對照多媒體工具直接講解知識，過于依賴于媒體工具。

（6）教師“課堂組織與管理”為4.39%，可能說明本堂課起承轉(zhuǎn)合過渡自然，教師注意了課堂的連貫性，也可能表明課堂的秩序性相對較好，沒有出現(xiàn)混亂的情況。學(xué)生“思考與練習(xí)”概率為0%，可能是教師沒有給予學(xué)生思考與練習(xí)的時間，強(qiáng)行掌握整堂課的節(jié)奏。

3.2基于信息熵的分析

信息熵反映了課堂教學(xué)行為系統(tǒng)的不確定程度，信息熵越大，表明課堂教學(xué)活動中的教與學(xué)行為就越豐富。信息熵最大時，各個教學(xué)行為均以相同的幾率發(fā)生，表明教師注重在課堂教學(xué)中不同教學(xué)行為的變化。多種教師行為的穿插變換可以反映出教師在課堂中的教學(xué)控制、過程引導(dǎo)和師生交互方面做出的努力。多類學(xué)生行為的變換可以折射出學(xué)生課堂參與、互助研究、自我意義建構(gòu)的程度。經(jīng)計(jì)算得到本課例的信息熵為2.95，最大信息熵為3.70，信息熵為最大信息熵的79%，信息熵相對較大，表明該課例教學(xué)行為較豐富，各教學(xué)行為之間的轉(zhuǎn)換相對較多，形式多樣。

3.3基于冗余度的分析

在信息論中，冗余度表示系統(tǒng)信息傳遞中多余部分的比例。在本微格教學(xué)課例中，冗余度r表示了教學(xué)行為冗長部分的比例。一般而言，冗余度越大，信息傳遞的效率比越低。在本次微格教學(xué)課例中，冗余度r=1-H/Hmax=1-0.79=0.21。冗余度相對適中，說明教師在課堂上存在一定的行為調(diào)控，同時又說明課堂教學(xué)行為比較豐富，教師的教學(xué)效率較高。通過該數(shù)據(jù)來看，這是一堂教學(xué)效率較高，教學(xué)行為相對豐富的課例。

4總結(jié)

依據(jù)信息熵理論，熵的增加，是系統(tǒng)狀態(tài)增加的結(jié)果。信息熵的大小體現(xiàn)了教學(xué)過程中教學(xué)行為種類的多少。系統(tǒng)內(nèi)教學(xué)行為增多，意味著教學(xué)信息傳遞的方式增多，教學(xué)活動的形式更為豐富。較為多樣化的教學(xué)活動，能夠豐富學(xué)生的思考與活動空間，從而更好的支持意義建構(gòu)。因此，適當(dāng)增大教學(xué)行為系統(tǒng)的信息嫡，恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用多種教學(xué)行為是提高教學(xué)效果的一個有效途徑。

但是信息熵最大并不完全等同于教學(xué)效果最佳，顯然并不是所有的教學(xué)過程都必須要求各個教學(xué)活動出現(xiàn)的概率完全相同，而是要根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、學(xué)習(xí)者特征等因素進(jìn)行科學(xué)、詳細(xì)而具體的分析與設(shè)計(jì)，以此為基礎(chǔ)，采取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略與教學(xué)方法，盡可能豐富課堂教學(xué)中師生活動的類型，以達(dá)到較好的教學(xué)效果。與此同時，教師語言的風(fēng)趣程度，教師的個人魅力，教師的語態(tài)教態(tài)等等各方面，都會影響課堂教學(xué)的效果，而這些沒有語言發(fā)生卻同樣具有重要意義的影響因素?zé)o法被量化?；诮虒W(xué)行為分類的量化分析存在一定的片面性，對分析結(jié)果的科學(xué)合理性會造成一定程度的干擾。

5結(jié)語

教學(xué)過程分析是教學(xué)分析中極其重要的一環(huán)，對教學(xué)過程進(jìn)行科學(xué)客觀的量化分析與評價，是教學(xué)評價中的重要關(guān)注點(diǎn)。將行為信息熵引入到教學(xué)過程的量化分析，對于評價教學(xué)活動，改進(jìn)教學(xué)過程，優(yōu)化教學(xué)信息的傳遞和處理等方面，都具有十分重要的意義。量化分析具有很大優(yōu)勢，但也具有相對片面性，應(yīng)注重對教學(xué)過程的全方位多角度評價，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

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