學(xué)習(xí)分析視角下的數(shù)字化課堂互動(dòng)優(yōu)化研究

郁曉華 黃沁

摘要：隨著我國(guó)教育信息化的推進(jìn)，數(shù)字化課堂教學(xué)得到實(shí)踐，但本應(yīng)為課堂互動(dòng)現(xiàn)狀帶來(lái)顯著改變的技術(shù)并未能發(fā)揮應(yīng)有的潛能。該文通過(guò)課堂實(shí)錄視頻分析和問(wèn)卷調(diào)查了解了當(dāng)前數(shù)字化課堂的互動(dòng)現(xiàn)狀，并從學(xué)習(xí)分析的視角切入提出了數(shù)字化課堂互動(dòng)的優(yōu)化框架，以研究如何應(yīng)用技術(shù)對(duì)數(shù)字化課堂互動(dòng)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理和分析，從而實(shí)時(shí)獲知并預(yù)估學(xué)生的狀態(tài)和行為，為教師把握課堂互動(dòng)開展的精準(zhǔn)時(shí)機(jī)和精準(zhǔn)對(duì)象，采取有效教學(xué)干預(yù)與策略調(diào)整提供有效支撐。接著，研究通過(guò)案例設(shè)計(jì)、原型開發(fā)與專家訪談對(duì)框架進(jìn)行了有效性驗(yàn)證?；趯W(xué)習(xí)分析的數(shù)字化課堂互動(dòng)優(yōu)化框架作為一項(xiàng)通用框架，為提高課堂互動(dòng)有效性提供了新的技術(shù)方法與路徑;而其通過(guò)加強(qiáng)信息技術(shù)與課堂教學(xué)的深度融合促進(jìn)深度學(xué)習(xí)發(fā)生的指導(dǎo)思想，將能很好助力數(shù)字化課堂的建設(shè)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化課堂;學(xué)習(xí)分析;課堂互動(dòng);精準(zhǔn)教學(xué);視頻分析

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、引言

課堂互動(dòng)（Classroom Interaction）是課堂教學(xué)活動(dòng)中最活躍的組成因素，直接影響著課堂教學(xué)的效果和質(zhì)量。相比于傳統(tǒng)課堂，1：1數(shù)字化課堂除了同樣具備傳統(tǒng)的師生、教材、桌椅等元素外，更多地融進(jìn)了先進(jìn)的信息處理、加工和呈現(xiàn)技術(shù)，搭建了一個(gè)更能滿足師生互動(dòng)教學(xué)需求的泛在技術(shù)環(huán)境和新型學(xué)習(xí)空間。課堂的有效互動(dòng)能有力促進(jìn)課堂深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。雖然當(dāng)前以電子書包項(xiàng)目為代表的信息技術(shù)產(chǎn)品已深入課堂，大大豐富了課堂互動(dòng)的形式和渠道，但在這些數(shù)字化課堂上，課堂互動(dòng)并沒有像我們所期盼的那樣發(fā)生本質(zhì)轉(zhuǎn)變;課堂互動(dòng)的調(diào)控權(quán)仍集中在教師手上，比如分組、監(jiān)控、點(diǎn)評(píng)等，學(xué)生在忙碌于各種工具的使用和交流外，技術(shù)在支撐師生、生生互動(dòng)的“勝任力”方面作為并不顯著。因此，即使有著技術(shù)的裝配，以教師一人之力仍難以在課堂互動(dòng)有限的時(shí)間里既要掌控全局，又要關(guān)注個(gè)體;既要完成統(tǒng)一預(yù)設(shè)目標(biāo)，又要滿足班級(jí)差異需求。本文將以1：1數(shù)字化課堂教學(xué)環(huán)境為研究環(huán)境，基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)對(duì)課堂互動(dòng)開展優(yōu)化研究，旨在通過(guò)對(duì)課堂互動(dòng)行為的分析建模和互動(dòng)狀態(tài)的可視化呈現(xiàn)，以有效解讀課堂互動(dòng)中的問(wèn)題與需求，協(xié)助教師精準(zhǔn)把握課堂互動(dòng)的時(shí)間和對(duì)象，做出恰當(dāng)?shù)臎Q策，從而促進(jìn)課堂教學(xué)的有效互動(dòng)以及增強(qiáng)課堂深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

二、數(shù)字化課堂及其互動(dòng)現(xiàn)狀與優(yōu)化設(shè)想

（一）數(shù)字化課堂及其有效互動(dòng)

泛在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)以及移動(dòng)學(xué)習(xí)終端的迅猛發(fā)展，使得以課堂豐富互動(dòng)為特征的人手一機(jī)即“一對(duì)一（One-to-One，簡(jiǎn)稱1：1）”的新型數(shù)字化課堂教學(xué)環(huán)境成為可能。隨著數(shù)字校園和智慧校園在現(xiàn)階段的大力推進(jìn)，數(shù)字化課堂作為建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。數(shù)字化課堂體現(xiàn)了信息技術(shù)在課堂教學(xué)活動(dòng)中的進(jìn)一步應(yīng)用滲透與深度融合，引發(fā)了教學(xué)理念以及教學(xué)方式的極大改變。也有學(xué)者在不同語(yǔ)境下將其稱之為未來(lái)課堂、智慧課堂等，本文在此不對(duì)它們一一加以概念區(qū)分，而統(tǒng)一稱為“數(shù)字化課堂”。數(shù)字化課堂一般包含三個(gè)核心特征：每位老師和學(xué)生配備一部具有豐富軟件（通常配有互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)）的移動(dòng)設(shè)備;課堂能覆蓋方便師生使用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò);師生利用移動(dòng)設(shè)備以及其他課堂交互媒體（比如交互式電子白板等）完成課堂教學(xué)任務(wù)。

課堂互動(dòng)是指圍繞教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，調(diào)動(dòng)課堂教學(xué)中的各項(xiàng)主要參與因素，以形成彼此間良性交互作用的整體性動(dòng)態(tài)生成過(guò)程。課堂的有效互動(dòng)可從三個(gè)方面加以詮釋，即有效率、有效果、有效益。有效果指互動(dòng)結(jié)果符合教學(xué)預(yù)期目標(biāo);有效率指較少的投入獲得了較高的產(chǎn)出，在較短的時(shí)間內(nèi)獲得較多的發(fā)展;有效益指在保證效率和效果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)整個(gè)活動(dòng)系統(tǒng)的和諧發(fā)展。相對(duì)于傳統(tǒng)課堂互動(dòng)較多關(guān)注人與人之間的交互，數(shù)字化課堂的互動(dòng)還包括人與技術(shù)的互動(dòng)、人與資源的互動(dòng)、人與環(huán)境的互動(dòng)、技術(shù)與技術(shù)的互動(dòng)、技術(shù)與資源的互動(dòng)、環(huán)境與資源的互動(dòng)、資源與資源的互動(dòng)等。由于數(shù)字化課堂更多地融進(jìn)了先進(jìn)的信息處理、加工和呈現(xiàn)技術(shù)，數(shù)字化課堂下的互動(dòng)行為相比傳統(tǒng)課堂更加多樣、準(zhǔn)確、快速，技術(shù)支持下的有效互動(dòng)應(yīng)當(dāng)更為精準(zhǔn)，更能促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。因此，本文將數(shù)字化課堂互動(dòng)的有效研究定位在互動(dòng)的精準(zhǔn)性上，不僅注重課堂互動(dòng)結(jié)果的有效性，更注重課堂上互動(dòng)過(guò)程的有效性，即在恰當(dāng)?shù)幕?dòng)時(shí)機(jī)，面對(duì)準(zhǔn)確的互動(dòng)對(duì)象（學(xué)生、教師、內(nèi)容或技術(shù)）。而要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化課堂的有效互動(dòng)，一方面需要借助數(shù)字化移動(dòng)設(shè)備對(duì)學(xué)習(xí)者在課堂上產(chǎn)生的互動(dòng)學(xué)習(xí)行為軌跡進(jìn)行全面記錄和動(dòng)態(tài)追蹤，同時(shí)還需要結(jié)合學(xué)習(xí)分析技術(shù)，對(duì)課堂互動(dòng)開展的精準(zhǔn)時(shí)機(jī)和精準(zhǔn)對(duì)象進(jìn)行有效把握，從而實(shí)現(xiàn)及時(shí)有效的決策支持和交互干預(yù)。在這一過(guò)程中，目標(biāo)學(xué)習(xí)者的精準(zhǔn)定位、學(xué)習(xí)需求的分析和精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、內(nèi)容推送的精準(zhǔn)可控和學(xué)習(xí)效果的精準(zhǔn)反饋四個(gè)方面，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化課堂有效互動(dòng)的充分條件。

（二）數(shù)字化課堂互動(dòng)現(xiàn)狀分析

為了發(fā)現(xiàn)和梳理當(dāng)前數(shù)字化課堂互動(dòng)中存在的問(wèn)題以及教師的實(shí)際需求，本文一方面基于實(shí)錄視頻對(duì)1：1數(shù)字化課堂互動(dòng)進(jìn)行編碼分析，另一方面對(duì)1：1數(shù)字化課堂授課教師進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，然后以此作為依據(jù)，開展基于學(xué)習(xí)分析的數(shù)字化課堂互動(dòng)優(yōu)化研究。

1.基于實(shí)錄視頻的數(shù)字化課堂互動(dòng)現(xiàn)狀分析

早期課堂互動(dòng)觀察體系（如FIAS、S-T等）的評(píng)價(jià)因素主要著眼于語(yǔ)言、情感和認(rèn)知，應(yīng)用環(huán)境主要聚焦在傳統(tǒng)課堂。隨著技術(shù)的發(fā)展和資源多樣化，交互式電子白板、互動(dòng)教學(xué)支持平臺(tái)、便攜式移動(dòng)終端等數(shù)字設(shè)備越來(lái)越廣泛地在數(shù)字化課堂教學(xué)中得到應(yīng)用，因此對(duì)于課堂互動(dòng)分析體系的研究也逐漸加入了對(duì)技術(shù)、媒體、資源因素的考慮，更聚焦在“行為”上。本文通過(guò)整合已有研究結(jié)果，在TIMSS錄像分析法（編號(hào)1）、TTLAS編碼系統(tǒng)（編號(hào)2）、ICOT量表（編號(hào)3）、面向智慧教室的中小學(xué)課堂互動(dòng)觀察工具（編號(hào)4）與基于人一技術(shù)一環(huán)境的互動(dòng)分析編碼系統(tǒng)（編號(hào)5）的基礎(chǔ)上，對(duì)個(gè)別要素加以細(xì)分和重新描述，從教學(xué)環(huán)節(jié)、互動(dòng)主體、互動(dòng)形式、互動(dòng)媒介、使用功能、互動(dòng)內(nèi)容、技術(shù)支持度以及互動(dòng)參與度八個(gè)維度設(shè)計(jì)了數(shù)字化課堂互動(dòng)行為分析體系（如表1所示），以編碼分析數(shù)字化課堂實(shí)錄視頻中的互動(dòng)問(wèn)題。

基于對(duì)結(jié)論的通用性考慮，本文選取了小學(xué)、初中兩個(gè)學(xué)段的1：1數(shù)字化課堂的全程實(shí)錄視頻共5節(jié)（其中數(shù)學(xué)課2節(jié)、英語(yǔ)課2節(jié)、語(yǔ)文課1節(jié)）;這些視頻來(lái)自不同學(xué)校的常規(guī)性課堂（非示范展示類或比賽類課），分別在三種不同的互動(dòng)教學(xué)平臺(tái)產(chǎn)品環(huán)境支持下開展教學(xué)。兩名編碼人員運(yùn)用表1中的編碼規(guī)則對(duì)所選取的教學(xué)實(shí)錄視頻進(jìn)行以5秒為單位的編碼操作，可靠性分析的信度系數(shù)為0.814。接著，運(yùn)用Tableau工具對(duì)編碼展開分析。從互動(dòng).主體、使用功能、學(xué)科關(guān)系、技術(shù)支持度以及互動(dòng)參與度等方面所展現(xiàn)的當(dāng)前數(shù)字化課堂中的互動(dòng)現(xiàn)狀如下：

（1）課堂交互主體依然以師生互動(dòng)為主（占61.71%），生生互動(dòng)出現(xiàn)頻率很低，學(xué)生單獨(dú)與技術(shù)發(fā)生互動(dòng)的情況鮮有發(fā)生，總體互動(dòng)主體較單一。將互動(dòng)主體與教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行交叉分析，每個(gè)單元格的值為對(duì)應(yīng)互動(dòng)參與度（取值范圍為0-3，如表2所示）平均值，值越大表明參與度越高。表2顯示，在師生為互動(dòng)主體的情況下，互動(dòng)參與度偏低，平均值在1左右，大多數(shù)學(xué)生為被動(dòng)接受狀態(tài)。而在學(xué)生與內(nèi)容交互以及混合式交互情況下（尤其是學(xué)生練習(xí)、探索實(shí)踐等環(huán)節(jié)），互動(dòng)參與度較高。

（2）數(shù)字化課堂設(shè)備雖然具備豐富的功能服務(wù)，但實(shí)際在課堂中的主要作用依然是媒體呈現(xiàn)（占65.66%），其次是課堂練習(xí)或測(cè)試。師生會(huì)在任務(wù)類環(huán)節(jié)使用“學(xué)生個(gè)性化作品定制”與“學(xué)生作品對(duì)比展示”功能，分別占11.29%與6.75%，但此外的大部分功能均少有使用。將互動(dòng)形式、互動(dòng)主體、互動(dòng)參與度進(jìn)行交叉分析，每個(gè)單元格為對(duì)應(yīng)的技術(shù)支持度（取值范圍為0-3，如表3所示）的平均值，值越大表明支持度越高。總體而言，數(shù)字化課堂的技術(shù)支持度總體偏低，大多數(shù)情況僅教師使用，數(shù)字化功能的利用率偏低。但表3顯示，在對(duì)話交流、內(nèi)容獲取及加工、模仿實(shí)踐、課堂練習(xí)、分析與評(píng)價(jià)等學(xué)生易參與且互動(dòng)參與度較高的環(huán)節(jié)，技術(shù)支持度也對(duì)應(yīng)較高。

（3）教學(xué)環(huán)節(jié)的安排在學(xué)科上有所差異。當(dāng)前數(shù)字化課堂的教學(xué)環(huán)節(jié)主要集中在新課講授與課堂練習(xí)（如表4所示），數(shù)學(xué)與英語(yǔ)的教學(xué)環(huán)節(jié)安排相比語(yǔ)文要豐富些。但在互動(dòng)形式上，學(xué)科之間的差異性不太明顯，所占比率最大的為教師教授及演示。

2.對(duì)數(shù)字化課堂授課教師的問(wèn)卷調(diào)查

參考ICOT量表等已有編碼指標(biāo)，本文調(diào)查問(wèn)卷從開展數(shù)字化課堂的動(dòng)機(jī)及期望、數(shù)字化課堂優(yōu)劣勢(shì)、互動(dòng)發(fā)生的教學(xué)環(huán)節(jié)、互動(dòng)可使用的媒介等方面加以設(shè)計(jì)。問(wèn)卷以電子形式向具備信息技術(shù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的60位教師發(fā)放，其中38名教師具備1：1數(shù)字化課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)篩選，共回收50份有效問(wèn)卷。分析后揭示的當(dāng)前授課教師對(duì)數(shù)字化課堂互動(dòng)的實(shí)際需求情況如下：

（1）普通信息技術(shù)教學(xué)環(huán)境課堂中師生互動(dòng)所占課堂時(shí)間主要在20%以下，而數(shù)字化課堂環(huán)境中師生互動(dòng)的時(shí)間比例則集中在20%-40%，甚至有達(dá)到80%以上。數(shù)字化課堂在—定程度上提高了師生互動(dòng)行為的發(fā)生，且數(shù)字化課堂教學(xué)環(huán)境下的互動(dòng)行為在教學(xué)各環(huán)節(jié)所發(fā)生的機(jī)率都普遍高于普通信息技術(shù)教學(xué)環(huán)境。但生生互動(dòng)的主體情況依然較少，依然以教師引導(dǎo)為主，學(xué)生的自主參與度還有待提升。

（2）對(duì)于數(shù)字化課堂教學(xué)，教師們多數(shù)持有比較積極的態(tài)度。相比傳統(tǒng)課堂，開展過(guò)數(shù)字化課堂教學(xué)的教師多數(shù)認(rèn)為數(shù)字化課堂更能豐富教學(xué)資源、形式更為便捷，有利于管控和及時(shí)了解學(xué)生狀態(tài)等，但擔(dān)心“師生間部分交流被忽視”。而未開展過(guò)數(shù)字化課堂教學(xué)的教師主要將不足之處歸咎在數(shù)字工具的界面設(shè)計(jì)、功能使用以及課堂管控等（等圖1、圖2所示）。

（3）針對(duì)數(shù)字化課堂的優(yōu)化期望，“加強(qiáng)學(xué)情診斷、完善學(xué)生數(shù)據(jù)分析體系、實(shí)時(shí)因材施教”所占比率最大，為78%，其次是“豐富教學(xué)資源”“改善技術(shù)設(shè)備”以及“優(yōu)化教學(xué)模板”，分別為76%、74%和74%。

（三）數(shù)字化課堂互動(dòng)現(xiàn)狀總結(jié)及優(yōu)化設(shè)想

根據(jù)視頻分析和問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果，本文將數(shù)字化課堂的現(xiàn)狀及其可優(yōu)化之處總結(jié)為以下四個(gè)方面。

1.從互動(dòng)主體角度，目前數(shù)字化課堂的互動(dòng)主體依然以師生互動(dòng)為主，且多數(shù)互動(dòng)是在教師主控和引導(dǎo)下發(fā)生，學(xué)生主動(dòng)產(chǎn)生的互動(dòng)較少。針對(duì)這一現(xiàn)狀，需進(jìn)一步豐富互動(dòng)主體，擴(kuò)大互動(dòng)途徑，讓更多學(xué)生參與到互動(dòng)中，并利用數(shù)字化課堂豐富的數(shù)字資源與功能調(diào)動(dòng)每個(gè)學(xué)生的積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、發(fā)起課堂互動(dòng)行為，而不是總在教師的主控下被動(dòng)參與互動(dòng)。

2.從互動(dòng)參與度角度，在學(xué)生練習(xí)與鞏固、探索實(shí)踐等學(xué)生更具備自主權(quán)的教學(xué)環(huán)節(jié)，課堂技術(shù)支持度高，此時(shí)生生互動(dòng)或混合式主體的互動(dòng)參與度較高，而在新課講授等學(xué)生自主權(quán)較少的環(huán)節(jié)，學(xué)生易處于被動(dòng)接受狀態(tài)，互動(dòng)參與度偏低。同時(shí)，教師擔(dān)心學(xué)生自主使用技術(shù)會(huì)“走神”“開小差”，因此當(dāng)前課堂大部分時(shí)間只有教師可以使用技術(shù)，課堂總體技術(shù)支持度偏低，互動(dòng)參與度也偏低。針對(duì)這一現(xiàn)狀，需完善課堂的管控功能及相關(guān)支持服務(wù)，幫助教師在歸還學(xué)生自主權(quán)的同時(shí)，又能把控好課堂秩序。

3.從互動(dòng)功能角度，教師使用功能有限，幻燈片播放為數(shù)字化設(shè)備的主要用途。雖然教師們表示數(shù)字化課堂功能較多，但在課堂實(shí)時(shí)反饋上未能起到較多協(xié)助作用。針對(duì)這一現(xiàn)狀，一方面可結(jié)合教師實(shí)際需求與學(xué)科特征，將功能進(jìn)一步重組和模塊化;另一方面，可加強(qiáng)學(xué)情診斷、完善學(xué)生互動(dòng)分析監(jiān)控，幫助教師及時(shí)了解課堂實(shí)時(shí)狀態(tài)，支持策略的調(diào)整或教學(xué)干預(yù)的實(shí)施，開展精準(zhǔn)互動(dòng)。

4.從課堂時(shí)效角度，由于學(xué)生學(xué)習(xí)能力差異，課堂上完成任務(wù)的進(jìn)度參差不齊，尤其是在探索實(shí)踐環(huán)節(jié)或課堂測(cè)試環(huán)節(jié)，提前完成的學(xué)生容易處于“無(wú)所事事”的狀態(tài)，而遇到困難的學(xué)生又無(wú)法及時(shí)得到幫助。因此，在課堂有限的寶貴時(shí)間內(nèi)，教師難以顧及到每位學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，課堂時(shí)效未最大化。針對(duì)這一情況，一方面可通過(guò)可視化學(xué)情診斷將學(xué)生的需求狀況及時(shí)警示給教師，另一方面則可由平臺(tái)自動(dòng)定位每位學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，推送自適應(yīng)的、契合學(xué)生特征的資源，有效協(xié)助教師實(shí)現(xiàn)差異化教學(xué)，提升課堂時(shí)間利用率。

三、基于學(xué)習(xí)分析的數(shù)字化課堂互動(dòng)優(yōu)化框架

（一）學(xué)習(xí)分析技術(shù)的引入

“十三五”期間，“深化應(yīng)用”與“融合創(chuàng)新”被作為教育信息化的重要指導(dǎo)原則，要求進(jìn)一步創(chuàng)新應(yīng)用數(shù)字化環(huán)境與教育資源，促進(jìn)信息技術(shù)與教學(xué)從簡(jiǎn)單融合向深度融合的轉(zhuǎn)變，尤其是發(fā)揮新技術(shù)在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集，學(xué)生自主學(xué)習(xí)與形成性評(píng)價(jià)等方面的作用。作為教育技術(shù)發(fā)展第三次革命推動(dòng)力的學(xué)習(xí)分析（Learning Analytics）技術(shù)，以收集和解析學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)為重點(diǎn)，挖掘并分析針對(duì)學(xué)習(xí)者個(gè)人或者某一群體的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，再將結(jié)果反饋給教師、學(xué)習(xí)者或管理者，以對(duì)教與學(xué)活動(dòng)進(jìn)行干預(yù)。在本文看來(lái)，這一技術(shù)的引入可為數(shù)字化課堂互動(dòng)的優(yōu)化提供很好的實(shí)現(xiàn)手段與途徑。

目前，已有相當(dāng)多關(guān)于學(xué)習(xí)分析應(yīng)用模型和實(shí)踐框架方面的研究，雖百家百言，但均涉及數(shù)據(jù)的收集與處理、分析的方法與技術(shù)、應(yīng)用的目標(biāo)與對(duì)象三方面的內(nèi)容。經(jīng)過(guò)梳理篩選，本文著重參考了Lisa（麗莎）和Elias（伊萊亞斯）的學(xué)習(xí)分析持續(xù)改進(jìn)循環(huán)模型和Chatti（沙提）等的學(xué)習(xí)分析參考模型。麗莎和伊萊亞斯所提模型展現(xiàn)了在組織機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)、理論與人力四大資源的支持下，如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集之獲取和選擇、數(shù)據(jù)處理之聚合與預(yù)測(cè)以及知識(shí)應(yīng)用之優(yōu)化與使用這三大階段，并通過(guò)知識(shí)應(yīng)用的分享回歸到數(shù)據(jù)收集，使之持續(xù)循環(huán)。沙提所提模型由數(shù)據(jù)與環(huán)境、技術(shù)支持、利益相關(guān)者與目的四個(gè)維度組成，將學(xué)習(xí)分析的主要步驟列為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)的分析及應(yīng)用，同時(shí)把影響學(xué)習(xí)分析的因素融入到數(shù)據(jù)環(huán)境與技術(shù)中，將內(nèi)部限制（例如：技能限制）與外部約束（例如：倫理、隱私、管理等）融入利益相關(guān)者維度，使得設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)分析框架的多重因素更加清晰。數(shù)字化課堂環(huán)境為課堂互動(dòng)行為數(shù)據(jù)的收集、分析與呈現(xiàn)提供技術(shù)支持，而借助學(xué)習(xí)分析技術(shù)，學(xué)生與教師可及時(shí)陜速地對(duì)課堂現(xiàn)狀進(jìn)行分析和判斷，不僅有利于學(xué)生調(diào)整自身學(xué)習(xí)狀態(tài)，還便于教師快速直接解讀當(dāng)下課堂中的互動(dòng)程度以及預(yù)測(cè)學(xué)生的狀態(tài)與需求，進(jìn)行有效干預(yù)，從而實(shí)現(xiàn)課堂的精準(zhǔn)互動(dòng)，促進(jìn)課堂深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

（二）優(yōu)化框架

基于學(xué)習(xí)分析技術(shù)的數(shù)字化課堂互動(dòng)優(yōu)化框架以優(yōu)化課堂互動(dòng)的教學(xué)應(yīng)用為方向，將這一目標(biāo)預(yù)解決的問(wèn)題映射為對(duì)應(yīng)需求的課堂互動(dòng)行為數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析以及結(jié)果呈現(xiàn)四個(gè)步驟，最后落腳到課堂互動(dòng)的精準(zhǔn)定位與有效干預(yù)上。除引人學(xué)習(xí)分析技術(shù)外，本文還借鑒了課堂教學(xué)行為、學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)（Learning Design）以及精準(zhǔn)教學(xué)方面的理論研究成果。其中，課堂教學(xué)行為有效性研究的核心是通過(guò)探究教師教導(dǎo)行為與學(xué)生學(xué)習(xí)行為之間關(guān)系的本質(zhì)和規(guī)律，分析如何更好地組織與實(shí)施課堂教學(xué)以更有效地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，可有力指導(dǎo)課堂有效互動(dòng)行為的理解、設(shè)計(jì)與組織;學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)注重以學(xué)習(xí)者活動(dòng)為核心，注重教師教學(xué)實(shí)踐與教學(xué)規(guī)劃的配合，基于詳細(xì)的步驟計(jì)劃和明確的階段目標(biāo)，可有效從活動(dòng)根源和過(guò)程上保證對(duì)課堂互動(dòng)行為進(jìn)行學(xué)習(xí)分析的可操作性;精準(zhǔn)教學(xué)作為一種面向知識(shí)教學(xué)的高效教學(xué)方法指導(dǎo)，在信息技術(shù)的賦能下，可全面、精準(zhǔn)、快速地實(shí)時(shí)記錄學(xué)習(xí)者的各項(xiàng)行為數(shù)據(jù)，并通過(guò)學(xué)習(xí)分析和可視化等處理，進(jìn)一步清晰呈現(xiàn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，從而幫助課堂教師精準(zhǔn)評(píng)估及預(yù)測(cè)當(dāng)前教學(xué)交互活動(dòng)以及下一步教學(xué)策略與干預(yù)的合理性。

本優(yōu)化框架按照自下而上順序，共包含數(shù)據(jù)收集層、行為分析層與教學(xué)應(yīng)用層三個(gè)層級(jí)，三個(gè)層級(jí)之間相互連接，循環(huán)優(yōu)化，如下頁(yè)圖3所示。

1.數(shù)據(jù)收集層

作為數(shù)字化課堂互動(dòng)優(yōu)化的基礎(chǔ)支撐，是分析當(dāng)前課堂教學(xué)情況和學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的主要依據(jù)，其來(lái)源于數(shù)字化課堂互動(dòng)行為主體——教師、學(xué)生、內(nèi)容與技術(shù)四者之間的傳遞信息，數(shù)字化課堂環(huán)境為互動(dòng)行為數(shù)據(jù)的采集提供了互動(dòng)教學(xué)支持平臺(tái)、移動(dòng)終端APP、人工錄入（如課堂觀察）以及其他信息系統(tǒng)等多種采集途徑。結(jié)合教學(xué)行為理論，數(shù)據(jù)收集層的互動(dòng)數(shù)據(jù)可分為學(xué)習(xí)過(guò)程與學(xué)習(xí)結(jié)果兩大類，兩者需整合為最終的教學(xué)干預(yù)提供真實(shí)、即時(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

學(xué)習(xí)過(guò)程：在發(fā)生學(xué)習(xí)行為過(guò)程中所產(chǎn)生的系列互動(dòng)數(shù)據(jù)，比如反應(yīng)時(shí)間、言語(yǔ)表達(dá)、標(biāo)記收藏等，可視為一種“形成性信息”，主要分為情感類、表達(dá)類與操作類三類數(shù)據(jù)。

學(xué)習(xí)結(jié)果：相比學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)習(xí)結(jié)果的數(shù)據(jù)直接明了，往往作為一種“結(jié)果性信息”。學(xué)習(xí)結(jié)果的數(shù)據(jù)可以是學(xué)生在課堂上完成的某次測(cè)試、某項(xiàng)任務(wù)的成績(jī)，也可以是教師評(píng)價(jià)、學(xué)生互評(píng)以及自評(píng)所得，將這類“成績(jī)”與習(xí)題或任務(wù)對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行匹配，可直接反映學(xué)習(xí)者當(dāng)下對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

2.行為分析層

行為分析層作為本框架的中心層級(jí)，以學(xué)習(xí)分析技術(shù)為核心，在特定理論與技術(shù)的支持下對(duì)采集的互動(dòng)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和呈現(xiàn)，將互動(dòng)優(yōu)化的落腳點(diǎn)與互動(dòng)干預(yù)的實(shí)施策略“精準(zhǔn)”落到課堂實(shí)處。

技術(shù)支持：數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)點(diǎn)擊按鈕頻次、查看界面時(shí)間、調(diào)用功能次數(shù)等學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，發(fā)掘潛在信息;可視化技術(shù)將數(shù)據(jù)分析結(jié)果圖示化，以最快速、直觀的形式呈現(xiàn)給教師與學(xué)習(xí)者，減低報(bào)告的復(fù)雜度，提升課堂調(diào)整的效率;云技術(shù)為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)運(yùn)算以及數(shù)據(jù)共享提供支持，更包含有海量的學(xué)習(xí)資源，為差異化教學(xué)、策略學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

學(xué)習(xí)分析技術(shù)：學(xué)習(xí)分析的應(yīng)用分為“數(shù)據(jù)來(lái)源”“數(shù)據(jù)處理”“數(shù)據(jù)分析”與“結(jié)果呈現(xiàn)”四個(gè)環(huán)節(jié)。數(shù)字化課堂互動(dòng)行為數(shù)據(jù)從“數(shù)據(jù)來(lái)源”存儲(chǔ)到后臺(tái)進(jìn)行“數(shù)據(jù)處理”，經(jīng)清理、變換以及集成后再在“數(shù)據(jù)分析”中選取適當(dāng)?shù)姆治龇椒ê图夹g(shù)，結(jié)果以統(tǒng)計(jì)圖表、儀表盤、圖譜等方式可視化到“結(jié)果呈現(xiàn)”，最后輸出到教學(xué)應(yīng)用層。

3.教學(xué)應(yīng)用層

教學(xué)應(yīng)用層以教師可根據(jù)課堂現(xiàn)狀即時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度、豐富數(shù)字化課堂互動(dòng)形式、促進(jìn)課堂深度學(xué)習(xí)的發(fā)生等為目的，通過(guò)精準(zhǔn)定位和互動(dòng)干預(yù)，落腳在有效互動(dòng)、策略學(xué)習(xí)與差異化教學(xué)三大主要方面。

有效互動(dòng)：在學(xué)習(xí)分析技術(shù)支持下，課堂互動(dòng)狀態(tài)隨時(shí)得以反饋和診斷，教師可快速根據(jù)當(dāng)前課堂問(wèn)題所在，精確調(diào)整互動(dòng)主體、互動(dòng)形式與互動(dòng)時(shí)機(jī)，調(diào)動(dòng)一切積極因素，實(shí)現(xiàn)有效干預(yù)，增強(qiáng)課堂時(shí)效。

策略學(xué)習(xí)：通過(guò)學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)軌跡的記錄與跟蹤，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格及偏好，推斷學(xué)生的學(xué)習(xí)需求與問(wèn)題，在推送學(xué)習(xí)資源或調(diào)整學(xué)習(xí)步驟時(shí)結(jié)合這些因素實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，從而有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)策略學(xué)習(xí)。

差異化教學(xué)：有效定位每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度及狀態(tài)，為每個(gè)學(xué)生打標(biāo)簽，在教師推送課堂資源或?qū)W習(xí)任務(wù)時(shí)，分類推送不同難度級(jí)別，滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，實(shí)現(xiàn)差異化教學(xué)。

四、框架的案例應(yīng)用及評(píng)價(jià)

（一）“差異化教學(xué)一問(wèn)題學(xué)生預(yù)警”應(yīng)用案例的設(shè)計(jì)

運(yùn)用基于學(xué)習(xí)分析的數(shù)字化課堂互動(dòng)優(yōu)化框架，本文設(shè)計(jì)了“差異化教學(xué)一問(wèn)題學(xué)生預(yù)警”的應(yīng)用案例，以期改善數(shù)字化課堂中學(xué)生主動(dòng)參與度低、教師無(wú)法實(shí)時(shí)了解課堂狀態(tài)、學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度參差不齊等問(wèn)題。案例設(shè)計(jì)按照“預(yù)解決問(wèn)題-數(shù)據(jù)收集-行為分析-教學(xué)應(yīng)用”的流程開展，如圖4所示，應(yīng)用情境為數(shù)字化課堂常規(guī)教學(xué)。

1.預(yù)解決的問(wèn)題：案例將利用1：1數(shù)字化課堂中移動(dòng)設(shè)備所提供的平臺(tái)及服務(wù)，幫助教師快速準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)“問(wèn)題學(xué)生”，盡可能最大程度利用課堂時(shí)間采取有效措施幫助“問(wèn)題學(xué)生”解決他們所遇到的困難。此案例設(shè)計(jì)中提到的“問(wèn)題學(xué)生”主要包括：走神、開小差的學(xué)生;因?qū)W習(xí)能力較差未能及時(shí)跟上學(xué)習(xí)進(jìn)度的學(xué)生;對(duì)于知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用錯(cuò)誤的學(xué)生。

2.目標(biāo)數(shù)據(jù)收集：“問(wèn)題學(xué)生”的發(fā)現(xiàn)，主要是利用教學(xué)平臺(tái)在課堂練習(xí)、課堂任務(wù)等環(huán)節(jié)中獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)，以可視化界面向教師呈現(xiàn)學(xué)生的不同進(jìn)展加以揭示?？刹杉哪繕?biāo)數(shù)據(jù)一般包括：接收時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、完成進(jìn)度、完成結(jié)果等。

3.分析與定位：結(jié)合學(xué)生的完成進(jìn)度與完成結(jié)果在教師端界面上可視化顯示當(dāng)前全班答題的不同狀態(tài)。根據(jù)一定的規(guī)則，可將學(xué)生分析定位為以下幾類：

完成任務(wù)的學(xué)生：指已提交作品且答案正確的學(xué)生，其對(duì)應(yīng)符號(hào)顯示為藍(lán)色;

問(wèn)題學(xué)生：已完成任務(wù)、但答案錯(cuò)誤的學(xué)生視為當(dāng)前任務(wù)完成失敗，其對(duì)應(yīng)符號(hào)顯示為紅色;另外完成進(jìn)度小于10%以及任務(wù)接收時(shí)間排倒數(shù)幾位的學(xué)生視為還未開始答題，其對(duì)應(yīng)符號(hào)也顯示為紅色;

進(jìn)行中的學(xué)生：已開始答題、但還未提交作品的學(xué)生視為正在答題中，不進(jìn)行特別標(biāo)注，但點(diǎn)擊頭像可在底部狀態(tài)欄目中查看其實(shí)時(shí)板書。

4.對(duì)應(yīng)干預(yù)措施：發(fā)現(xiàn)“問(wèn)題學(xué)生”后，在教師端的可視化界面，向教師提出預(yù)警，同時(shí)向?qū)W生發(fā)出幫助引導(dǎo)，幫助其解決問(wèn)題。從教師和學(xué)生出發(fā)，可以有以下干預(yù)方案：

針對(duì)完成任務(wù)的學(xué)生：平臺(tái)提示其“成功提交作品”，可進(jìn)行查看解析、繼續(xù)答題或幫助同伴。選擇查看解析，可查看詳細(xì)的練習(xí)題解析;選擇繼續(xù)答題，平臺(tái)自動(dòng)向其推送習(xí)題庫(kù)中同類習(xí)題;選擇幫助同伴，學(xué)生將會(huì)出現(xiàn)在“求助同伴”的可選列表中。

針對(duì)問(wèn)題學(xué)生：超過(guò)一定時(shí)間后，平臺(tái)自動(dòng)提示“已超時(shí)，可選擇以下幫助選項(xiàng)”：查看提示、求助同伴或教師輔導(dǎo)。選擇查看提示，平臺(tái)向其推送相關(guān)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容;選擇求助同伴，則可選擇一名同學(xué)向其發(fā)出求助申請(qǐng);選擇教師輔導(dǎo)，則教師端顯示該名學(xué)生的舉手求助，并發(fā)出問(wèn)題預(yù)警。

“差異化教學(xué)一問(wèn)題學(xué)生預(yù)警”案例主要利用數(shù)字化課堂的設(shè)備與技術(shù)，記錄學(xué)生在課堂練習(xí)的各時(shí)間點(diǎn)，結(jié)合完成進(jìn)度、反應(yīng)時(shí)間等學(xué)習(xí)過(guò)程與完成結(jié)果等兩類數(shù)據(jù)，發(fā)出可視化預(yù)警，快速幫助教師發(fā)現(xiàn)“問(wèn)題學(xué)生”，協(xié)助開展個(gè)性化指導(dǎo)和教學(xué)干預(yù)。同時(shí)，針對(duì)提前完成課堂練習(xí)與有困難的學(xué)生，系統(tǒng)分別推送更多練習(xí)及求助提示，能有效提升他們對(duì)課堂時(shí)間的利用率，改善師生互動(dòng)與生生互動(dòng)的精準(zhǔn)發(fā)生，及時(shí)解決課堂中的實(shí)際問(wèn)題。

（二）面向數(shù)字化課堂的互動(dòng)優(yōu)化框架評(píng)估

為了對(duì)基于學(xué)習(xí)分析的數(shù)字化互動(dòng)課堂優(yōu)化框架進(jìn)行有效性驗(yàn)證，本文對(duì)“差異化教學(xué)一問(wèn)題學(xué)生預(yù)警”案例開發(fā)了交互原型，通過(guò)專家訪談和問(wèn)卷調(diào)查兩種方式開展評(píng)估。

1.專家訪談與結(jié)果分析

在分別對(duì)4位數(shù)字化課堂研究學(xué)者、2位數(shù)字化課堂互動(dòng)平臺(tái)技術(shù)人員進(jìn)行1對(duì)1的半結(jié)構(gòu)化訪談后，獲得的評(píng)價(jià)反饋為：目前數(shù)字化課堂對(duì)課堂互動(dòng)的促進(jìn)作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到最佳效果?！安町惢虒W(xué)一問(wèn)題學(xué)生預(yù)警”案例的設(shè)計(jì)思想契合實(shí)際需求，且能夠達(dá)到預(yù)期目的?！霸\斷學(xué)生”“實(shí)時(shí)提醒”“生生互助”等功能點(diǎn)可以有效幫助教師快速發(fā)現(xiàn)遇到困難的學(xué)生并采取措施，能提高課堂時(shí)間的利用率，促進(jìn)有效課堂互動(dòng)的發(fā)生。

2.教師問(wèn)卷調(diào)查

研究者向25位數(shù)字化課堂教師演示“差異化教學(xué)一問(wèn)題學(xué)生預(yù)警”案例原型，并以電子形式發(fā)放反饋問(wèn)卷，問(wèn)卷回收率為80%。問(wèn)卷從案例設(shè)計(jì)的邏輯、功能使用、界面呈現(xiàn)三方面了解受訪者對(duì)案例設(shè)計(jì)的評(píng)估反饋，采用經(jīng)典的里克特五級(jí)量表。量表總分均值為4.3 1，標(biāo)準(zhǔn)差為0.69，說(shuō)明受調(diào)查教師的態(tài)度傾向較穩(wěn)定，對(duì)案例持積極肯定態(tài)度，間接認(rèn)同了優(yōu)化框架的合理性。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)錄視頻編碼分析與調(diào)查問(wèn)卷對(duì)數(shù)字化課堂互動(dòng)現(xiàn)狀與問(wèn)題進(jìn)行了梳理和總結(jié)，然后在此基礎(chǔ)上，將學(xué)習(xí)分析技術(shù)引入數(shù)字化課堂互動(dòng)的優(yōu)化研究，提出了數(shù)字化課堂互動(dòng)的優(yōu)化框架，以期能有效提升課堂互動(dòng)的精準(zhǔn)性，促進(jìn)課堂深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。作為一項(xiàng)通用框架，基于學(xué)習(xí)分析的數(shù)字化課堂互動(dòng)優(yōu)化框架的三個(gè)層級(jí)不僅可為教師或研究者提供數(shù)字化互動(dòng)的優(yōu)化思路與方案實(shí)施的設(shè)計(jì)流程，還能為數(shù)字化課堂開發(fā)技術(shù)人員提供功能開發(fā)思路，具備理論研究與實(shí)踐指導(dǎo)的價(jià)值。但由于框架未對(duì)技術(shù)開發(fā)和實(shí)現(xiàn)算法做具體考慮，真正投入實(shí)踐應(yīng)用還存在較大差距;并且在復(fù)雜的真實(shí)教學(xué)情境下，還存在較多不可控的因素和問(wèn)題未考慮完全，這些都對(duì)優(yōu)化框架的適用性提出挑戰(zhàn)。因此，在今后的研究中，框架的應(yīng)用細(xì)節(jié)還需要進(jìn)一步具體化和可操作化，并結(jié)合更廣泛、多樣的真實(shí)課堂情境加以修訂和完善，同時(shí)開展課堂精準(zhǔn)互動(dòng)對(duì)教學(xué)成效影響的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)合課堂信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，引進(jìn)學(xué)習(xí)分析技術(shù)，對(duì)課堂信息化教學(xué)中的困惑進(jìn)行問(wèn)題求解，有效把握數(shù)字化課堂互動(dòng)開展的精準(zhǔn)時(shí)機(jī)和精準(zhǔn)對(duì)象，優(yōu)化課堂互動(dòng)，進(jìn)而提升教學(xué)有效性，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，是信息化大環(huán)境下面向深度學(xué)習(xí)的課堂變革發(fā)展的必然趨勢(shì)。

收稿日期：2017年11月15日

責(zé)任編輯：宋靈青