我國智慧教室研究熱點及發(fā)展趨勢的可視化分析

智飛飛　乜勇

摘 要：智慧教室作為“智慧地球”的“衍生產(chǎn)品”，以其智能化教學(xué)環(huán)境而被大眾所熟知。文章使用書目共現(xiàn)分析系統(tǒng)Bicomb 2.0提取國內(nèi)智慧教室相關(guān)研究的高頻關(guān)鍵詞并進(jìn)行詞頻分析，構(gòu)建共詞矩陣及詞篇矩陣，利用Ucinet軟件自帶的社會網(wǎng)絡(luò)分析工具Netdraw繪制高頻詞匯的國內(nèi)智慧教室共詞網(wǎng)絡(luò)圖，同時使用SPSS統(tǒng)計分析工具進(jìn)行關(guān)鍵詞聚類分析和多維尺度分析。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的研究主要集中在國內(nèi)智慧教室的理論研究，智慧教室相關(guān)技術(shù)在多學(xué)科視野中的研究與應(yīng)用，目前已應(yīng)用的智慧教室課堂教學(xué)的評價與改進(jìn)三個方面；未來研究需要關(guān)注智慧教室環(huán)境下的教學(xué)模式創(chuàng)新，有效智慧教室實施的評價指標(biāo)體系構(gòu)建，智慧教室環(huán)境下的教育資源建設(shè)及應(yīng)用三個領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：智慧教室；聚類分析；詞頻分析；共詞矩陣；可視化網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-0069（2018）02-0051-06

收稿日期：2017-10-26

基金項目：陜西省基礎(chǔ)教育重大招標(biāo)課題“‘互聯(lián)網(wǎng)+背景下的陜西省教科研工作現(xiàn)狀調(diào)查及工作創(chuàng)新實踐研究”（ZDKT1612）；陜西師范大學(xué)第四批信息化示范課程建設(shè)項目“微型計算機(jī)使用與維護(hù)”（2016057）

作者簡介：智飛飛（1992— ），男，河北石家莊人，陜西師范大學(xué)教育學(xué)院碩士研究生，研究方向為信息技術(shù)教育應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程教育；乜勇（1970— ），男，青海貴德人，陜西師范大學(xué)教育學(xué)院教育技術(shù)系主任，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為信息技術(shù)教育應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程教育。

一、 引言

隨著現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是Web2.0、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)分析等技術(shù)的發(fā)展，人類的生產(chǎn)與生活變得更加方便與快捷。信息時代人類對知識的數(shù)字化應(yīng)用即存儲、處理、加工、傳輸進(jìn)入了便攜式終端時代。2008年以來，“智慧地球”概念走進(jìn)大眾視野，隨之而來的智慧城市、智慧生活、智慧教育、智慧教室應(yīng)運(yùn)而生[1]。

智慧教室作為舶來品，目前國內(nèi)的研究呈現(xiàn)百家爭鳴之勢。黃榮懷等[2]從智慧教室的概念與特征出發(fā)，提出包含內(nèi)容呈現(xiàn)、環(huán)境管理、資源獲取、及時互動和情景感知的SMART智慧教室概念模型；程敏[3]根據(jù)智慧教室的設(shè)計思路和注意事項，從以往多媒體教室和網(wǎng)絡(luò)化教室的主要特征出發(fā)，設(shè)計出了信息技術(shù)環(huán)境下智慧教室的總體架構(gòu)并提出了從軟、硬件兩個方面建設(shè)智慧教室；張菲菲[4]基于智慧教室的智慧化環(huán)境開展了對高職教師教學(xué)能力提升的有效性研究；李康康[5]對智慧教室的現(xiàn)狀從群體定位，軟、硬件技術(shù)，內(nèi)涵特征，設(shè)計想法，以及教學(xué)模式方面進(jìn)行了分析，提出了智慧教室的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移、縱深發(fā)展等策略。本研究基于關(guān)鍵詞聚類分析、可視化共詞網(wǎng)絡(luò)圖分析、多維尺度分析等方法，對我國智慧教室相關(guān)研究進(jìn)行了歸納整理，以期呈現(xiàn)出智慧教室在我國目前的研究現(xiàn)狀并預(yù)測未來的發(fā)展趨勢。

二、研究過程與方法

（一）樣本來源

在中國知網(wǎng)CNKI中以“智慧教室”“智能教室”“未來教室”為主題，并且限定時間的跨度為2008年1月1日至2017年4月9日，剔除掉通知、公告、新聞等不相關(guān)文獻(xiàn)后共剩余154篇文章，筆者在遍覽所有文章摘要的基礎(chǔ)上將這154篇文章的題錄信息導(dǎo)出并保存成文本文件，以便進(jìn)行后期的詞頻分析、聚類分析、多維尺度分析 [6]。

（二）研究方法

本文在數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計過程中基于知識圖譜可視化技術(shù)視角，主要采用詞頻分析法、相似矩陣分析法、聚類分析法、多維尺度分析法對文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，并在可視化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行定性分析。詞頻分析法能夠?qū)λ芯课墨I(xiàn)的核心關(guān)鍵詞在整個研究樣本中出現(xiàn)的頻次進(jìn)行統(tǒng)計，此方法可以反映所研究領(lǐng)域的普遍關(guān)注點及發(fā)展趨勢走向。相似矩陣分析法通過統(tǒng)計一組詞在文獻(xiàn)中共同出現(xiàn)的次數(shù)來呈現(xiàn)詞語相互之間的緊密關(guān)系，當(dāng)一組詞在不同文獻(xiàn)中反復(fù)同時出現(xiàn)時就表明兩者之間聯(lián)系緊密，領(lǐng)域內(nèi)將兩者同時進(jìn)行研究的學(xué)者較多[7]。聚類分析法是利用聚類的統(tǒng)計學(xué)方法，以共詞出現(xiàn)的頻率為研究對象，把共詞網(wǎng)絡(luò)關(guān)系簡化為若干類群之間的關(guān)系，并直觀地表示出來的聚類過程[8]。多維尺度分析法通過測定主題詞之間的遠(yuǎn)近程度來發(fā)現(xiàn)主題結(jié)構(gòu)，與聚類分析法相比，多維尺度分析法可以直觀地判斷出某研究領(lǐng)域在學(xué)科內(nèi)的位置[9]。

（三）研究過程

在研究過程中以書目共現(xiàn)分析系統(tǒng)Bicomb 2.0進(jìn)行關(guān)鍵詞的提取、統(tǒng)計、清洗、生成共詞矩陣；利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件SPSS對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析及相似矩陣分析。本研究采用圖表結(jié)合的方法對樣本文獻(xiàn)進(jìn)行分析 [10]。見圖1。

三 、知識圖譜分析過程

將題錄信息導(dǎo)入Bicomb 2.0分析工具中進(jìn)行關(guān)鍵詞的統(tǒng)計。根據(jù)普賴斯計算公式確定高頻閾值為4，選取詞頻大于4的30個關(guān)鍵詞為主要關(guān)鍵詞[11]。在

Bicomb 2.0分析工具中通過其統(tǒng)計、分析功能，設(shè)定頻次閾值大于等于5，得出高頻關(guān)鍵詞，經(jīng)過統(tǒng)計分析得到如表1 所示的高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計表。統(tǒng)計表1中的高頻關(guān)鍵詞的出現(xiàn)情況，形成詞篇矩陣，在隨后的研究中作為進(jìn)行關(guān)鍵詞聚類分析及多維尺度分析的基礎(chǔ)并通過知識圖譜表現(xiàn)智慧教室領(lǐng)域的研究熱點。

四 、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

（一）關(guān)鍵詞詞頻統(tǒng)計

通過詞頻統(tǒng)計得到關(guān)鍵詞532個，頻次大于4的共30個，如表1所示。其中，詞頻排在前十位的分別是教學(xué)設(shè)計（34）、互動（30）、教學(xué)模式（19）、數(shù)學(xué)課堂（18）、小學(xué)數(shù)學(xué)（15）、教學(xué)智慧（14）、學(xué)習(xí)環(huán)境（14）、云技術(shù)（13）、課堂教學(xué)（11）、智慧校園（11）。從這一結(jié)果可以看出，目前在我國有關(guān)智慧教室的研究熱點主要集中在現(xiàn)代信息技術(shù)支撐下的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中的教與學(xué)的方向。

（二）Ochiai高頻關(guān)鍵詞相似矩陣及分析

在Bicomb 2.0中設(shè)置關(guān)鍵詞的頻次閾值大于等于5，對30個高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行共詞分析，并生成30×30的高頻關(guān)鍵詞詞篇矩陣，將該矩陣導(dǎo)入SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件，選取Ochiai二分量度量標(biāo)準(zhǔn)生成共詞相似矩陣，通過Ochiai共詞相似矩陣可以對高頻關(guān)鍵詞之間的隱含關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行挖掘，如表2所示。

在相似矩陣中，數(shù)值越接近于1，表示兩個關(guān)鍵詞相似程度越大；反之，相似程度越小。從表2可以看出小學(xué)數(shù)學(xué)（0.760）、教學(xué)設(shè)計（0.620）、教學(xué)模式（0.499）、學(xué)習(xí)環(huán)境（0.470）等主題為領(lǐng)域關(guān)注熱點。相比較而言，其他的一些關(guān)鍵詞，如互動（0.385）、云技術(shù)（0.372）、數(shù)學(xué)課堂（0.360）、教學(xué)智慧（0.339）等與智慧教室的距離較遠(yuǎn)，相似度較小。

（三）關(guān)鍵詞聚類分析

將前文中生成的詞篇矩陣導(dǎo)入SPSS進(jìn)行聚類分析，將聯(lián)系密切的關(guān)鍵詞聚集在一起形成類團(tuán)可以大致揭示智慧教室領(lǐng)域的研究熱點與研究分類，如圖2所示。類團(tuán)一包含課堂教學(xué)、智慧校園、教育技術(shù)、教學(xué)評價、普適計算、遠(yuǎn)程教學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)；類團(tuán)二包含教學(xué)模式、教學(xué)智慧、個性化教學(xué)、教學(xué)策略；類團(tuán)三包含教學(xué)設(shè)計、自主學(xué)習(xí)、多通道信息融合、翻轉(zhuǎn)課堂、物理課堂、云技術(shù)、協(xié)作學(xué)習(xí)、信息技術(shù)。

（四）多維尺度分析知識圖譜

采用多維尺度分析法，將高頻關(guān)鍵詞相異矩陣導(dǎo)入到SPSS軟件中進(jìn)行分析，度量模型選擇Euclidean 距離，可得出我國智慧教室領(lǐng)域的研究熱點知識圖譜，如圖3所示。

從圖3分析得出目前國內(nèi)智慧教室的主要研究內(nèi)容如下：

種類一：國內(nèi)智慧教室的理論研究。

這主要有智慧教室的定義、特征、內(nèi)涵研究，智慧教室模式構(gòu)建、教學(xué)設(shè)計及教學(xué)模式的適應(yīng)。智慧教室定義、特征、內(nèi)涵方面主要有：李康康等[12]從智慧教室領(lǐng)域核心期刊、信息技術(shù)公司智慧教室宣傳冊、智慧教室解決方案整理出智慧教室具有交互性、便捷性、感知性、開放性、生態(tài)性、先進(jìn)性等特征；程敏[13]指出智慧教室就是利用新興技術(shù)構(gòu)建教與學(xué)的環(huán)境以滿足時代對教室重構(gòu)的訴求；陳衛(wèi)東等[14]認(rèn)為智慧教室是一個依靠智慧空間技術(shù)便捷地操控教室所有軟、硬件設(shè)備，能適應(yīng)多種學(xué)習(xí)方式并為師生無縫地接入資源及從事教與學(xué)活動提供渠道的增強(qiáng)型教室；楊宗凱[15]認(rèn)為智慧教室一定是包括電子課本、電子課桌的云端教室并實現(xiàn)教學(xué)資源由模擬媒體、數(shù)字媒體進(jìn)化為網(wǎng)絡(luò)云媒體。智慧教室模型構(gòu)建典型的有：北京師范大學(xué)黃榮懷[16]教授等學(xué)者提出的包含內(nèi)容呈現(xiàn)、環(huán)境管理、資源獲取、及時互動和情景感知的SMART智慧教室概念模型；清華大學(xué)聶風(fēng)華[17]等學(xué)者提出的由泛在技術(shù)系統(tǒng)、實時記錄系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)感知系統(tǒng)、可視管理系統(tǒng)的iSMART模型。教學(xué)設(shè)計及教學(xué)模式的適應(yīng)方面，郭玉清等[18] 以云計算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，提出了一個智慧教室系統(tǒng)的建構(gòu)模型，并總結(jié)了其對傳統(tǒng)教育模式的改進(jìn)；顧宏亮[19]結(jié)合具體課程，設(shè)計出成立開發(fā)小組、調(diào)研需求、腳本開發(fā)、樣本開發(fā)、完成資源開發(fā)、資源驗收等六個步驟的智慧教室課程開發(fā)模式。

種類二：智慧教室相關(guān)技術(shù)在多學(xué)科視野中的研究與應(yīng)用。

軟實力方面主要是智慧教室智能學(xué)習(xí)環(huán)境的搭建、設(shè)計及即時反饋系統(tǒng)的設(shè)計。典型的代表有：譚威[20]從智慧教室系統(tǒng)在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中的應(yīng)用實踐出發(fā)總結(jié)出練習(xí)模式、PPT融合模式、課件生成模式三種有效的運(yùn)用模式；李紅美等[21]提出教學(xué)目標(biāo)、理論基礎(chǔ)、操作序列、實現(xiàn)條件（教與學(xué)策略、工具資源等）及效果評價的面向智慧教室的ARS互動教學(xué)模式；胡旺等[22]提出云端存儲與智慧推送、提出問題與創(chuàng)設(shè)情境、個人學(xué)習(xí)模式、協(xié)作學(xué)習(xí)模式、反饋評價、課后拓展六個部分的基于智慧教室的教學(xué)模式設(shè)計；賴紅輝[23]提出基于云服務(wù)的包含教室建設(shè)、集控中心、無線教學(xué)終端、自動導(dǎo)播的高職院校智慧教室建設(shè)。硬件方面主要集中在智慧教室硬件設(shè)備的設(shè)計及應(yīng)用。陳磊等[24]從高職院校的實際應(yīng)用出發(fā)，設(shè)計出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的包含感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的三層智慧教室架構(gòu)；鄭廣成等[25]針對智慧教室智慧性要求，結(jié)合高職院?，F(xiàn)有的多媒體教室、理實一體化機(jī)房、智能錄播室建設(shè)基礎(chǔ)，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的智慧教室建構(gòu)體系，并從智慧教室建構(gòu)原則、功能、基于物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系等方面進(jìn)行設(shè)計，給出了基于物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)的智慧教室架構(gòu)。

種類三：目前已應(yīng)用的智慧教室課堂教學(xué)的評價與改進(jìn)。

典型的有：普旭[26]2013年在其碩士論文中提出了智慧教室的建設(shè)規(guī)范體系；陳衛(wèi)東等[27]圍繞人才培養(yǎng)、設(shè)施、教室功能、技術(shù)維度和教室的參與性、易用性等進(jìn)行評價。國內(nèi)有關(guān)智慧課堂教學(xué)的評價與改進(jìn)方面內(nèi)容單一，沒有涉及對教室其他變量或方面的評估，評價內(nèi)容的針對性太強(qiáng)，導(dǎo)致無法對其他研究或評估提供一定的參考價值，評價報告多以結(jié)論為導(dǎo)向，較少涉及評估的具體指標(biāo)、問卷及量表等內(nèi)容。

五、 我國智慧教室的發(fā)展趨勢分析

（一）智慧教室環(huán)境下的教學(xué)模式創(chuàng)新

現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)對智慧教室的發(fā)展、演變起著至關(guān)重要的作用，在未來的發(fā)展中構(gòu)建智慧教室智能學(xué)習(xí)環(huán)境，是智慧教室發(fā)展的關(guān)鍵。而在智能學(xué)習(xí)環(huán)境的基礎(chǔ)之上，構(gòu)建新型智慧教室環(huán)境下的教學(xué)與學(xué)習(xí)模式更是未來教育工作者的主攻方向，探索智慧教室環(huán)境下的信息技術(shù)與課程融合勢必會成為未來教育信息化工作者的使命與任務(wù)。教育信息化工作者就需要考慮在這樣的智慧教室環(huán)境下如何進(jìn)行教學(xué)，并設(shè)計出適合智慧教室環(huán)境的教學(xué)模式。智慧教室模式需要秉承以學(xué)習(xí)者為中心的教育理念，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主體作用，設(shè)計出滿足學(xué)習(xí)者多元化、個性化、智慧化發(fā)展需求的教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)生對知識的認(rèn)識理解由單點結(jié)構(gòu)水平向多點結(jié)構(gòu)水平發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)與高階思維能力的培養(yǎng)。

（二）有效智慧教室實施的評價指標(biāo)體系構(gòu)建

智慧教室所具有的智慧教學(xué)、學(xué)習(xí)環(huán)境有利于打破傳統(tǒng)教育的壁壘，培養(yǎng)21世紀(jì)學(xué)生所需要的高階思維能力。以應(yīng)試教育為導(dǎo)向的傳統(tǒng)教育面向結(jié)果性評價，更多的為一次性評價。而以素質(zhì)教育為導(dǎo)向的新型教育則面向過程性評價。而在目前，國內(nèi)對智慧教室的理論與實踐研究處在起步階段，未構(gòu)建有關(guān)智慧教室的評價指標(biāo)體系。有效智慧教室的評價指標(biāo)體系可以從國家層面、省市層面、信息技術(shù)產(chǎn)品公司層面、學(xué)校層面進(jìn)行多維度構(gòu)建，基于智慧教學(xué)環(huán)境下的用戶體驗的角度，著重于考量智慧教室的建設(shè)是否真正服務(wù)于教與學(xué)，是否可以為有效教學(xué)與學(xué)習(xí)提供便捷，從而構(gòu)建一整套有關(guān)智慧教室實施的評價指標(biāo)體系。

（三）智慧教室環(huán)境下的教育資源建設(shè)及應(yīng)用

智慧教室可以為學(xué)生提供新型時代化教育信息，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)資源的共享、使用。優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)提供了有力的保障。但是目前優(yōu)質(zhì)資源匱乏是我國智慧教室在使用過程中面臨的一個重要問題，諸如AR、VR技術(shù)在未來智慧教室中的使用等。當(dāng)前亟待研究和解決的問題便是智慧教室中的教育資源（如智慧教室中資源組織形態(tài)、智慧教室中資源管理與應(yīng)用機(jī)制等）的建設(shè)和開發(fā)。同時，智慧教室環(huán)境下如何實現(xiàn)各種教學(xué)資源的智能化推送、動態(tài)匯聚、有序進(jìn)化與自適應(yīng)呈現(xiàn)，如何滿足學(xué)習(xí)者的個性化學(xué)習(xí)需要，這些問題也都有待進(jìn)一步的研究和解決。

六、結(jié)束語

目前國內(nèi)各大高校、中小學(xué)、社會組織都積極投身到智慧教室的理論研究與實踐探索之中，并取得了一定的成果。但是，在實踐過程中如何將智慧教室與學(xué)校原有資源相結(jié)合？如何正確在中小學(xué)積極推進(jìn)智慧教室而不落入只對學(xué)生進(jìn)行低端技術(shù)培養(yǎng)的模式中？這些都是智慧教室在發(fā)展過程中不可回避的難題，需要我們?nèi)シe極思考并提出建設(shè)性應(yīng)對策略。

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（責(zé)任編輯 杜丹丹）

Abstract： As a "derivative product" of smart planet，smart classroom is known to the public through its smart teaching environment.This study uses the bibliographic co-occurrence analysis system Bicomb 2.0 to extract the high-frequency key words from related domestic maker education articles and conduct word frequency analysis to construct the co-word matrix and the word-text matrix.Besides，we use the social network analysis tool Netdraw included in the software Ucinet to draw a high frequency vocabulary co-word network for domestic maker education.Whats more，key words clustering and multidimensional analyses were performed using SPSS.It is found that current research studies mainly focus on three aspects：the theoretical research on the domestic smart classroom，the research and application of related technologies of smart classroom in the multidisciplinary field，and the evaluation and improvement of the classroom teaching of the smart classroom.Hence，future research needs to pay attention to three areas：the innovation of teaching mode in the smart classroom environment，the construction of the evaluation index system for the implementation of effective smart classroom，and the construction and application of educational resources in the smart classroom environment.

Key words： smart classroom；keywords clustering；frequency analysis；co-word matrix；visualization of word network diagram