智慧教室促進高校課堂教學變革的績效研究

蔣立兵 毛齊明 萬真 沈歡

摘要：以智慧教室為代表的智慧學習環(huán)境研究推動著課堂教學逐漸從數字化向智能化轉變。技術豐富的智慧教室為中小學教學改革提供了便利條件，它能否推動高校課堂教學變革尚缺少相關研究。該文采用分層抽樣法選取某大學一個學期的27節(jié)智慧教室中的教學視頻作為分析對象，利用自主設計的CTBAS課堂教學行為分析框架對智慧教室下的師生活動進行分析，并從學科性質和教師職稱兩個維度對教學行為變量開展組間差異性分析。研究表明，智慧教室對促進高校課堂教學改革具有重要價值，具體表現為智慧教室中的教學互動比較頻繁、教學模式發(fā)生了轉變；學科性質和教師職稱對智慧教室中的教學改革有顯著影響，文科課程教學改革明顯優(yōu)于理工科課程，高級職稱教師的課堂教學改革明顯優(yōu)于非高級職稱的課堂。智慧教室促進教學改革還必須具備兩個關鍵條件：一是教師具有以學生學習為中心的教學理念和改革意愿；二是教師要具有熟練使用智慧教室的能力。通過對教師和學生的調查還發(fā)現：智慧教室的配套教學資源比較缺乏，智慧教室的設備需要及時維護更新，高校教師使用智慧教室的層次和能力亟待提高。

關鍵詞：智慧教室；高校；教學變革；教學行為；績效

隨著智能終端、無線接入和傳感技術的迅速發(fā)展，智慧校園、智慧教育應然而生。基于移動設備和無線通信的智慧學習環(huán)境成為教育信息化領域發(fā)展的熱點，它不僅是教育信息化發(fā)展的必然趨勢和高級形態(tài)，也是教育信息技術發(fā)展的必然結果，對課堂教學有著革命性影響。智慧教室（未來教室）是一種典型的智慧學習環(huán)境，是多媒體教室和網絡教室的高端形態(tài)；是一種能優(yōu)化學習內容呈現、便利學習資源獲取、促進課堂交互開展，具有情境感知和環(huán)境管理功能的新型智能學習場所。雖然學者們對智慧教室的理解尚未取得共識、智慧教室的建設也未出臺通用的標準，但是智慧教室的建設、應用和研究如火如荼地進行，迅速成為教育信息化發(fā)展的熱點，一定程度上推動著我國課堂教學模式與教學方式的改革。

一、提出問題

長期以來，我國的課堂教學過于注重知識傳遞。近幾年，課程與教學改革雖然已經取得了喜人的成果，不少課堂教學方式已經發(fā)生轉變；但是絕大部分課堂依然屬于講授型教學。教學改革就是要改變過于注重知識傳授的教學方式，逐步從“以教為中心”轉向“以學為中心”?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確提出：信息技術對教育發(fā)展具有革命性影響；……要提高教師應用信息技術水平，更新教學觀念，改進教學方法，提高教學效果；鼓勵學生充分利用技術手段自主學習，增強運用技術解決問題能力。信息技術促進教學變革是通過技術改變教學環(huán)境、教學資源、教學方式、教學方法、教學評價來實現的，其中技術優(yōu)化教學環(huán)境是促進教學變革的重要方面。智慧教室以可視化的信息表達、便捷的信息傳輸、豐富的智能應用等功能幫助師生開展豐富多彩的教學活動，增強教學的互動性，推動教學方式的變革，提高課堂教學的效果，最終促進學生多維素質的發(fā)展。

從課堂教學改革的力度和成效來看，基礎教育尤其是義務教育段的改革要遠遠好于高等教育。國內智慧教室的建設、應用和研究主要集中在基礎教育領域。王曉晨、黃榮懷等（2015-2016）設計開發(fā)了面向智慧教室的中小學課堂互動觀察工具，并對54節(jié)英語常態(tài)課進行了觀察，研究發(fā)現技術豐富的智慧教室環(huán)境較好地提高和豐富了互動頻率、互動主體和互動內容。翟小銘、孫偉、郭玉英等（2016）以某校高一454名在智慧教室中學習的學生為研究對象，跟蹤一年研究發(fā)現：智慧教室的使用頻率和使用時間較高，具體功能使用頻率不均，使用功能主要集中在即時互動和資源共享，學生主導或復雜的應用偏少。張屹、祝園、白清玉等（2016）選取小學數學《扇形統(tǒng)計圖》作為教學內容，開展智慧教室下和多媒體教室下的對比準實驗研究，研究發(fā)現智慧教室下的教學更有助于學生主體性的發(fā)揮，課堂教學互動行為更加豐富、深入、高效，同時學生的情感投入更多，行為參與更加積極。

隨著智慧教室的進一步推廣，近兩年來不少大學也開始嘗試性地建設和應用智慧教室，試圖通過智慧教室優(yōu)化教學環(huán)境，創(chuàng)新課堂教學模式，促進教學方式改革，引導學生開展自主合作探究學習，以促進學生的批判思維能力、問題解決能力、合作學習能力、創(chuàng)新能力和自我導向學習能力的發(fā)展。從理論上分析，這樣的推論完全符合邏輯。當前國內高校的課堂教學相對于基礎教育來說，教學方式更為枯燥、教學手段更為單一，大學的教學改革迫在眉睫。確實需要盡快更新教學理念、教學環(huán)境、教學方式、教學模式和評價手段。但是，高等教育和基礎教育在教育目的、教育功能、教育對象、教育內容、教育方法等方面都存在著顯著差異，這就導致了大學的課堂與中小學課堂有著明顯的不同。相對于中小學課堂來說，大學的教學容量大、知識難度大、教學彈性大；智慧教室在中小學課堂中的應用效果是否能在大學的課堂上重復？這個問題是高校領導、教務部門和學科教師關注的焦點。智慧教室是否能夠很好地促進高校教學改革、改善課堂教學效果，成為高校建設和應用智慧教室的關鍵。但是到目前為止，國內鮮有學者研究智慧教室促進高校教學變革的效果問題。本研究試圖通過分析一定數量的大學智慧教室中常規(guī)課堂的教學行為，重點探討以下問題：（1）智慧教室是否能夠促進高校教學變革，教學變革的績效如何？本文將從教學方式、教學時空、教學互動等維度考察智慧教室促進教學變革的績效情況。（2）在智慧教室中，課程性質和教師人口學變量對教學改革有多大影響？（3）大學教師應用智慧教室開展教學改革需要具備哪些條件？

二、研究設計

（一）樣本選擇

某大學于2016年暑期建設智慧教室12間，已經投入使用了2個學期，考慮到第—學期教師們大多對新環(huán)境、新設備比較陌生。我們采用分層抽樣的方法選取智慧教室2016-2017學年下學期（即智慧教室投入使用的第二個學期）的27節(jié)常規(guī)課作為分析對象，通過觀察教學錄像統(tǒng)計智慧教室中師生的教學行為來分析教學改革的效果。該學期共有115個課堂在智慧教室授課，以課程性質（文科、理工科）和教師職稱（教授、副教授、講師、助教）兩個維度按照比率進行分層，除去復習課、隨堂考試等非正常授課課堂，共選出具有代表性的27節(jié)課作為研究對象。其中，文科、理工科課堂分別為20節(jié)和7節(jié)；任課教師中教授、副教授、講師、助教分別為3人、5人、5人、2人。同時，對應用智慧教室的教師和學生開展問卷調查和個別訪談。

（二）研究工具

研究智慧教室環(huán)境下高校教學變革的實際情況，需要對課堂教學行為和教學模式進行分析。國內外已有不少課堂教學互動分析方法，比較有代表f生的有：S-T教學分析法、弗蘭德斯分析法（FIAS）、基于信息技術的互動分析法（ITIAS）。S-T分析法從教師行為和非教師行為兩個維度分析數據，減少了行為分類的模糊性，易于操作和應用，但是難以反映整個課堂教學的過程。FIAS分析法量化了課堂教學中師生言語交互行為，有利于對課堂教學行為進行整體把握，但是忽視了學生的行為表現。國內學者在FIAS基礎上增加了“學生言語”“技術”兩個類別形成了ITAS法，雖然考慮到了學生行為和信息技術因素，但是教與學的行為分類存在彼此交叉、歸類模糊的問題。無論何種技術都是為教學服務的，技術是手段而不是目的。因此，筆者認為要考察教學變革問題可以直接分析教學行為，依據教學行為判斷課堂教學方式和教學模式。借鑒FIAS分析法，本研究將教學行為分為：教師活動、學生活動和沉寂混亂三個類別。

參考LTIAS編碼和陳佑清教授對教導行為的分類，再結合筆者長期對課堂教學的觀察，將教師的教學行為歸為：激發(fā)學習動機、知識講授、提問、演示或示范、組織教學活動、課堂管理、反饋與評價、個別指導或參與活動、板書、操作設備10個子類。參考ITIAS編碼，結合筆者對課堂教學的觀察將學生活動分為：聽課、自主學習、討論與合作、學生展示、提問、應答、觀察與模仿、獨立思考8個子類。由于教師活動和學生活動在同一時空進行，有些教師活動和學生活動是重疊的，比如“知識講授”與“聽課”“演示或示范”與“觀察與模仿”“個別指導或參與討論”與“討論與合作、操作與練習”。基于當前教學改革的取向，教師的教導是促進學生參與能動學習活動的條件，課堂應逐漸從“教”為中心轉向以“學”為中心，強調自主、合作、探究等學習方式，避免知識滿堂灌。當教師活動與學生活動重疊時，考察此時的教學活動是以學生的“學”為主還是以教師的“教”為主，如果教學行為是以“學”為主就將該行為歸類到學生活動中，如果教學行為是以“教”為主就將該活動歸類到教師活動中。即當教師和學生活動重復時，堅持“學生優(yōu)先”的原則。基于這個原則，“知識講授”與“聽課”活動中保留“知識講授”，“演示或示范”與“觀察與模仿”活動中保留“演示或示范”，“個別指導或參與討論”與“討論與合作、操作與練習”中保留“討論與合作、操作與練習”?；谝陨戏治?，本研究設計了符合我國課堂教學情境的教學行為分析系統(tǒng)簡稱如表1所示。教學行為分析的抽樣一般有兩種方法：一是機械抽樣，即將教學視頻按照固定頻率劃分為若干時間片，觀察每個時間片的行為類型，該方法操作難度大且易遺漏數據；另—個方法是按照教學行為轉換點進行切片，記錄每種教學行為的時間，操作起來更加容易。由于大學課堂教學活動轉換頻率相對較低，因此本研究采用第二種采樣方法。

（三）統(tǒng)計方法

借鑒FIAS的課堂行為變量分析法和S-T教學行為變量分析法，本研究設計了9種基于教學活動的課堂教學行為分析變量：教師活動率、學生活動率、沉寂混亂率、教師語言率、教師講授率、教師活動間接影響與直接影響比、學生語言率、課堂互動率、師生行為轉換率。在一節(jié)課堂中，假設某個教學行為的累積時間為，所有活動的時間和為，CTBAS分析變量計算方法和含義如表2所示。借鑒S-T分析法關于教學模式的判斷條件，本研究提出了CTBAS分析法的教學模式及課堂類型判斷條件，如下頁表3所示。CTBAS分析法不僅可以對智慧教室的每一節(jié)課進行教學行為分析，而且還可以統(tǒng)計出整體樣本的教學行為變量。教師的教學觀念、人口學變量、技術熟練程度、教學經驗、所授學科性質等因素都可能會影響教師在智慧教室中的教學變革；但由于教師的教學觀念、技術熟練度屬于較難測量的隱性變量，教師職稱隱含了教師年齡和教學經驗等信息，因此本文將從學科性質、教師職稱兩個維度對課堂進行分組，用統(tǒng)計學方法考察其組間的差異性。

三、分析結果

為了考察智慧教室中課堂教學變革的情況，本研究基于CTBAS教學分析法從教學改革的整體狀況、教學改革績效的學科性質差異、教學改革績效的教師職稱差異三個層面對教學行為、教學模式、課堂控制和教學互動等方面進行了深入的分析。

（一）教學改革績效的整體狀況分析

1.課堂教學模式發(fā)生轉變

改變過于注重知識傳遞的教學方式是我國當下課程與教學改革的基本取向。在教學方式與教學模式改革的過程中，信息化環(huán)境和信息技術手段承擔著重要角色。本研究借鑒S-T教學模式分析法和課堂互動率Rci，對27節(jié)課的教學模式進行了判斷，分析發(fā)現智慧教室下的課堂教學模式逐漸從教師高度主控的講授型課堂逐步向混合型和互動型轉變。教學行為整體狀況分析結果如表4、表5和下頁表6所示。27節(jié)課中，48.1%的課堂屬于互動型或混合型，其中互動型9節(jié)、混合型4節(jié)，各占33.3%、14.8%。在14節(jié)講授型課堂中，除開4節(jié)課為“滿堂講”外，其他10節(jié)課的學生活動率都在15%左右。在學生活動行為中，學生平均語言率Rsl=29.99%，占據學生行為的86.01%；表5中自主學習、獨立思考的活動率數據表明教師給學生獨立自考和自主學習的時間和機會很少。智慧教室環(huán)境下課堂時間利用率比較高，沉寂混亂率Rqc=0.72%，即每節(jié)課平均沉寂混亂時間控制在一分鐘以內。另外，教師在學生活動時，有11節(jié)課即40.7%的課堂對學生開展了個別指導或參與了討論，教師的該項活動與學生活動重疊，約占課堂總時間的4.73%。

2.課堂教學互動比較頻繁

智慧教室強大的交互功能為教學互動提供了便捷的條件。智慧教室能否促進師生、生生以及學生與資源之間的多元互動成為研究者們關注的焦點。本研究在分析具體教學行為的基礎上，考察了課堂互動率Rci和師生行為轉換率Ch兩個變量。課堂互動率Rci=教師提問率+反饋與評價率+學生語言率，該變量可以直接反應課堂上師生、生生開展教學互動的情況。27節(jié)課的平均互動率Rci=41.93%，師生行為平均轉換率Ch=0.29，結合教師活動率Rt=64.41%，達到混合型課堂的互動水平，說明師生或生生之間的互動時間已經占據相當大的比率。兩個互動變量結果的一致性也間接印證了本研究的效度。在所有的互動行為中，學生展示占17.20%位居榜首，反饋與評價、討論與合作、學生應答、教師提問、學生提問分別占總時長的8.82%、7.34%、5.37%、3.12%、0.08%，統(tǒng)計數據表明雖然課堂互動較為頻繁，但互動行為主要由教師驅動，學生在課堂上提問并不積極。

3.課堂教學依然由教師主控

27節(jié)課的教學行為統(tǒng)計分析發(fā)現：在智慧教室中，教師依然主要控制著課堂（教師平均活動率Rt=64.41%），但學生活動也占據一定比率（學生平均活動率Rs=34.87%），超過了總教學時間的1/3。27節(jié)課中，教師主控的課堂有18節(jié)，占66.7%；師生共同控制的課堂有4節(jié)，占14.8%；學生主控的課堂有5節(jié)，占18.5%。教師活動中，教師平均語言率Rtl=62.87%，即課堂教學中教師的語言行為基本上占據著教師活動；其中教師平均講授率Rtt占41.99%，即知識講授又占了教師語言行為的65%。教師語言間接影響與直接影響比均值Rii-di=0.36，表明教師的語言行為主要通過知識講授、演示或示范或課堂管理等活動直接作用于學生。教師活動中，除開知識講授所占比重較大外，反饋與評價、組織教學活動、演示或示范、提問所占比例分別為8.82%、4.56%、4.30%、3.12%，板書、操作設備、激發(fā)學習動機和課堂管理所占時間非常小。尤其是激發(fā)學習動機方面，僅有一個認知心理學的教師開展了此項活動，這也表明高校教師們尚未認識到激發(fā)動機對促進學生參與課堂的重要價值。

（二）教學改革績效的學科性質差異性分析

利用SPSS20.0對文科課程課堂（20節(jié)）和理工科課程課堂（7節(jié)）的數據進行獨立樣本均值t檢驗。同時，計算文科課堂和理工科課堂的教師平均活動率、學生平均活動率、平均沉寂混亂率、教師平均講授率、學生平均語言率、課堂平均互動率、師生行為平均轉換率等數據。為了提高數據的準確性，把每組課堂看作一個整體，按照表2公式求得各個變量的加權均值；而非先計算各個課堂的教學行為分析量變，再對各個課堂分析變量進行算數平均。t檢驗結果和如表7所示。從教學方式和教學模式改革的角度看，文科課堂的教師活動率、學生活動率、沉寂混亂率、教師語言率、教師講授率、學生語言率、課堂互動率、師生行為轉換率等數據明顯優(yōu)于理工科課堂數據。從統(tǒng)計學角度看，兩組數據在課堂互動率（t=2.418，0.01

（三）教學改革績效的教師職稱差異性分析

利用SPSS20.0對高級職稱教師的課堂（14節(jié)）和非高級職稱教師的課堂（13節(jié)）的數據進行差異性檢驗。同樣采用加權平均的方法計算高級職稱教師課堂和非高級職稱教師課堂的教師平均活動率、學生平均活動率、平均沉寂混亂率、教師平均講授率、學生平均語言率、課堂平均互動率、師生行為平均轉換率等數據。t檢驗結果如下頁表8所示。從教學方式和教學模式改革的角度看，高級職稱教師課堂的教師活動率、學生活動率、教師語言率、教師講授率、學生語言率、課堂互動率等數據明顯優(yōu)于非高級職稱教師課堂的數據。從統(tǒng)計學角度看，兩組數據在教師活動率（t=2.299，0.01

四、研究結論

（一）智慧教室對促進高校教學改革具有重要價值。技術豐富的智慧教室一定程度上滿足了大學生對教學強交互的需求，對推動高校教學方式和教學模式的改革具有重要作用。本研究選取某大學27個智慧教室的課堂教學錄像，利用自主設計的CTBAS教學行為分析框架對其進行統(tǒng)計分析發(fā)現：智慧教室中高校課堂教學的生生互動、師生互動比較頻繁，課堂教學模式與教學方式發(fā)生了一定程度的轉變，接近一半的教學屬于混合型課堂或互動型課堂，尤其是互動型課堂約占1/3。但是，分析發(fā)現高校智慧教室課堂中教師依然主要控制著教學，學生活動僅占總學時的34.87%。不少教師在訪談中表示目前智慧教室的功能還不夠成熟、系統(tǒng)不夠穩(wěn)定，一定程度上影響了教學效果?；诖耍瑢W校應在系統(tǒng)調研高校課堂教學需求的基礎上，更新升級智慧教室的硬件設備及軟件環(huán)境，力求提高整個智慧教室系統(tǒng)的可用性、友好性、便捷性、穩(wěn)定性、成熟性。另外，還需要委派專業(yè)技術人員對智慧教室進行產品維護，當智慧教室出現故障時，技術人員能盡快解決問題。同時，建立專門的反饋渠道和及時處理問題的問責機制，以確保智慧教室中的教學正常進行。

（二）學科性質和教師職稱對教學變革有顯著性影響。為了弄清不同性質的學科、不同職稱的教師對智慧教室中課堂教學改革的影響，本研究對27個課堂從學科性質和教師職稱兩個維度進行分組，利用t檢驗開展組間教學行為數據的差異性分析。研究發(fā)現：（1）文科課堂教學改革整體優(yōu)于理工科課堂。文科課堂在所有考察變量上都比理工科課堂要好，尤其是兩組數據在課堂互動率維度上具有顯著性差異，在師生行為轉換率維度上具有極顯著性差異。（2）高級職稱教師課堂教學改革優(yōu)于非高級職稱教師的課堂。高級職稱教師課堂的教師活動率、學生活動率、教師語言率、教師講授率、學生語言率、課堂互動率數據明顯優(yōu)于非高級職稱教師課堂的數據。尤其是兩組數據在教師活動率、學生活動率、教師語言率、學生語言率等指標上具有顯著性差異。通過教師訪談發(fā)現，非高級職稱教師（青年教師）盡管在學習智慧教室使用方法上更占優(yōu)勢，但是他們的教學任務更為繁重，同時缺足夠的教學經驗，加上來自職稱晉升和科研考核等方面的壓力，在教學過程中比較關注如何把知識講授清楚，較少關注課堂教學變革。

（三）通過教學研修增強教師開展教學變革的意愿。調查顯示教師們開展教學變革的動機和意愿普遍不強。約有12.3%的教師認為大學教學不需要從“以講授為中心”轉向“以學習為中心”，大學課堂應該由教師進行系統(tǒng)的知識講授，可見還有一小部分教師的教學觀念還比較落后。盡管87.7%的教師贊成大學課堂應從“教為中心”轉向“學為中心”，但是不少教師表示受到繁重的科研任務和繁雜的量化考核等因素影響，自己在教學變革上花費的時間精力確實不夠。另外，有相當一部分教師缺少開展課堂教學變革的能力，尚未掌握“學習中心課堂”的教學設計、教學實施與教學評價技能?；诖?，教務部門可在學校、學院不同層面上開展諸如專家講座、教師工作坊、案例研修、課堂展示、教學大討論、年度教學節(jié)等多種類型的教研活動，幫助教師樹立學習中心課堂的教學理念，掌握學習中心課堂的教學活動設計技巧，提高學習中心課堂的教學實施能力。此外，學校人事部門、學科院系還需轉變教師評價方式與評價機制，加大教學創(chuàng)新、教學質量在職稱評審和績效考核中的比重，提高教師開展教學變革的外部動機。

（四）開展教師培訓提高教師使用智慧教室的能力。調查結果顯示，絕大部分教師處于淺層次使用智慧教室的階段，即利用智慧教室的多屏展示功能優(yōu)化信息呈現，主要利用它來輔助教師的“教”，在利用智慧教室支持學生的學、促進課堂互動交流、支持即時教學評價等方面較為欠缺。約有一半的教師表示自己勉強使用或難以使用智慧教室進行授課，63.66%的教師認為由于自己不能熟練使用智慧教室而制約了教學效果。在對教師使用智慧教室的能力統(tǒng)計中，教師們應用智慧教室的能力一般，除開智慧教室的“優(yōu)化信息呈現”功能用得較好之外，實現資源推送、作為認知工具、促進課堂互動、實現即時評價、支持教學變革等功能使用情況都不理想。僅有1/5的教師表示可以將智慧教室作為學生的認知工具，26.67%的教師可以使用智慧教室的即時評價功能。在開放式問卷統(tǒng)計中，有學生提到“要避免出現‘技術超前、教師跟不上的困境”。鑒于此，學校應開展智慧教室功能和使用方法的系列培訓，保證教師能夠熟練運用智慧教室的主要功能；在培訓方式上為教師提供實際操作的機會，讓教師在“做中學”“用中學”；同時配備專業(yè)技術人員隨時為教師使用智慧教室提供技術支撐。