基于事件記錄的弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

熊旭萍　楊昊　任山章

摘 要：弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)（FIAS）是一種定量的課堂觀察方法，雖然有不少學(xué)者對其進(jìn)行過修改，但都基于傳統(tǒng)3秒取樣的記錄法，因此FIAS的操作仍然較為繁瑣和不便。文章對該系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)，開發(fā)了基于事件記錄的弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)（ERFIAS），并以《光合作用》公開課為例進(jìn)行應(yīng)用。通過與傳統(tǒng)方法獲得的數(shù)據(jù)比較得知，改進(jìn)后的操作系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：能夠滿足傳統(tǒng)系統(tǒng)中對課堂觀察的需求;可減少79%的編碼記錄工作;可提高持續(xù)性動(dòng)作編碼的65.87%、動(dòng)作切換編碼15.89%的精確度，多捕捉14.67%的數(shù)據(jù);平均每次手工記錄的信息量為傳統(tǒng)方法的546.05%。并證明了ERFIAS能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)FIAS的缺陷，為進(jìn)一步改進(jìn)利用弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)等課堂觀察工具提供了思路與樣例。

關(guān)鍵詞：ERFIAS;弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng);課堂觀察;事件記錄

中圖分類號(hào)：G434;TP274 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B ? ? ? ?文章編號(hào)：1673-8454（2021）02-0024-06

一、研究背景

弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)（Flanders Interaction Analysis System，F(xiàn)IAS）是美國學(xué)者弗蘭德斯提出的一種課堂教學(xué)交互行為分析技術(shù)，采用編碼記錄的方式觀察課堂教學(xué)中師生言語行為，以此進(jìn)行定量分析。

1.FIAS方法

操作程序主要有三步：①行為編碼：將課堂行為分為教師言語、學(xué)生言語和沉默或混亂三大類，再進(jìn)一步細(xì)分為10個(gè)行為，各行為賦1-10編碼。②課堂觀察：觀察者在利用上述編碼系統(tǒng)進(jìn)行觀察時(shí)，需要3秒取樣，即每隔3秒判斷當(dāng)下行為并記錄對應(yīng)編碼。③矩陣統(tǒng)計(jì)：將編碼串轉(zhuǎn)化為“前—后”行為的形式，以此表示行為發(fā)生的先后關(guān)聯(lián)，例如編碼“235”轉(zhuǎn)化為“2-3”“3-5”。利用10×10矩陣統(tǒng)計(jì)次數(shù)，首行編碼代表前行為，首列代表后行為。④數(shù)據(jù)分析：借助矩陣可進(jìn)行課堂結(jié)構(gòu)、教學(xué)傾向與風(fēng)格、課堂氛圍等內(nèi)容的分析。

2.研究進(jìn)展

目前對FIAS的改進(jìn)大部分集中在編碼系統(tǒng)的修改，如增加與細(xì)化編碼維度，以適應(yīng)現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展;也有學(xué)者在做學(xué)科化的修改，使FIAS更具有學(xué)科特性。在記錄方式上，有學(xué)者在使用過程中作出適應(yīng)性調(diào)整，如使用錄像重復(fù)觀看分析、為減少數(shù)據(jù)延長記錄間隔等等。輔助工具上，李云媛等開發(fā)了ET Toolbox FIAS 2011，陳宏開發(fā)了整合型弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)i-FIAS軟件。具體研究進(jìn)展整理如表 1所示。

FIAS于20世紀(jì)70年代提出，當(dāng)時(shí)技術(shù)受到限制因而采用人工3秒采樣的方法。但目前對FIAS的研究與應(yīng)用仍都基于傳統(tǒng)思路——間隔一定時(shí)間取樣，因此在操作層面上仍存在以下不足：①繁瑣性：3秒間隔的數(shù)據(jù)采集過程工作繁瑣、數(shù)據(jù)龐大;②低精度：3秒間隔導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度不夠;③低效性：教學(xué)中持續(xù)性行為使得采集的數(shù)據(jù)大量重復(fù)，記錄效率低;④依賴性：需要借助額外工具把控時(shí)間間隔。

基于此，本研究針對傳統(tǒng)FIAS的操作不足進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)，開發(fā)了基于事件記錄的弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)（Event Record-based Flanders Interaction Analysis System，ERFIAS），并利用VC++開發(fā)了操作程序ERFIAS 1.0 ②。本研究將對ERFIAS的方法進(jìn)行闡述，并通過實(shí)例分析該系統(tǒng)能否簡便操作、提升記錄效率以及數(shù)據(jù)精度。

二、ERFIAS設(shè)計(jì)

1.記錄原則

ERFIAS的創(chuàng)新在于對記錄原則進(jìn)行了改進(jìn)。圖 1為傳統(tǒng)FIAS記錄法與ERFIAS基于事件記錄法的對比模型圖。事件記錄法即當(dāng)觀察者現(xiàn)場觀察或觀察教學(xué)錄像時(shí)不再采用3秒取樣的方式，而是在教學(xué)行為發(fā)生改變時(shí)進(jìn)行相應(yīng)編碼的記錄，利用計(jì)算機(jī)記錄操作的時(shí)間。完成課堂觀察后，計(jì)算機(jī)利用編碼之間的時(shí)間差自動(dòng)換算每1秒對應(yīng)的編碼，并形成矩陣。

2.操作步驟

ERFIAS 1.0界面如圖 2所示，5個(gè)區(qū)域依次為：①動(dòng)作記錄表;②動(dòng)作按鈕區(qū);③矩陣圖;④編碼時(shí)序表;⑤比率計(jì)算區(qū)。

具體操作分為3步：①輸入編碼動(dòng)作：在動(dòng)作按鈕區(qū)鍵入需要觀察的課堂行為;②課堂觀察：在教學(xué)過程中根據(jù)事件記錄原則進(jìn)行操作，即在教學(xué)動(dòng)作發(fā)生改變時(shí)點(diǎn)擊程序界面動(dòng)作按鈕區(qū)中對應(yīng)的動(dòng)作按鈕，且ERFIAS可在動(dòng)作記錄表中為重要行為添加備注，用于質(zhì)性分析;③數(shù)據(jù)生成：完成教學(xué)過程的記錄后，依次點(diǎn)擊“結(jié)束”“計(jì)算”，可自動(dòng)生成矩陣圖與編碼時(shí)序表，點(diǎn)擊“比率圖”可生成相應(yīng)動(dòng)作的動(dòng)態(tài)比率圖;在比率計(jì)算區(qū)中輸入所要計(jì)算的區(qū)域組合，可直接獲得相應(yīng)比率并生成匯總表。點(diǎn)擊各模塊的導(dǎo)出按鈕可獲得Excel格式的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。整體操作流程圖如圖 3所示。

三、課例分析

1.案例與編碼系統(tǒng)

本研究選取高中生物《光合作用》第一課時(shí)的教學(xué)實(shí)錄為課堂觀察對象，該節(jié)課為公開課，總時(shí)長約50分鐘。執(zhí)課教師使用了學(xué)歷案進(jìn)行課堂教學(xué)，因此本研究采用了溫雪與崔允漷開發(fā)的基于學(xué)歷案的課堂互動(dòng)分析編碼系統(tǒng)[4]。該編碼系統(tǒng)在教師采納學(xué)生觀點(diǎn)、教師講授與學(xué)生被動(dòng)應(yīng)答中細(xì)分了與學(xué)歷案使用相關(guān)的編碼，具體如表 2所示。

2.ERFIAS課堂分析結(jié)果

（1）矩陣分析

利用矩陣圖進(jìn)行比率計(jì)算得到課堂整體情況，具體如表 3所示。從中可以看出：①言語比例均衡，從編碼記錄時(shí)添加的備注來看，沉寂時(shí)間主要用于教師提問的思考和小組討論前的自主思考。②積極行為與消極行為相近，結(jié)合備注發(fā)現(xiàn)該教師的指令多為指定學(xué)生如何進(jìn)行小組討論以及指定小組發(fā)言人發(fā)言等，并且在指令過程中有時(shí)會(huì)使用“學(xué)生”而非“同學(xué)們”，導(dǎo)致課堂親切度下降。③教師更傾向于講授與指令的直接影響，課堂中沒有發(fā)生批評或維護(hù)權(quán)威行為。

教師行為與學(xué)生行為分析如表 4所示。該教師的講授以教材為主，有助于基礎(chǔ)知識(shí)的鋪墊;在提問方面，該教師更傾向于開放性問題，有助于加深學(xué)生的思考。而學(xué)生的回應(yīng)多為被動(dòng)應(yīng)答，學(xué)生語言中以小組討論為主，結(jié)合備注得知學(xué)生討論對象主要為學(xué)歷案中問題與制作的模型。

學(xué)歷案的使用分析如表 5所示，可以看出：①學(xué)歷案的使用以教師反饋學(xué)生對學(xué)歷案的回答、點(diǎn)評以及修正并發(fā)展學(xué)生的觀點(diǎn)為主;②在3個(gè)持續(xù)性行為中，學(xué)生回答學(xué)歷案中問題時(shí)間占比最大;③在4種行為轉(zhuǎn)化類型中，教師完成學(xué)歷案反饋或點(diǎn)評后進(jìn)行指示、學(xué)生回答學(xué)歷案中的問題后教師對其進(jìn)行點(diǎn)評的次數(shù)較多。

（2）動(dòng)態(tài)比率分析

根據(jù)編碼時(shí)序表中每分鐘各類動(dòng)作發(fā)生時(shí)間占比計(jì)算，得到動(dòng)態(tài)比率圖如圖 4所示。結(jié)合語言動(dòng)態(tài)比率圖與文本備注可以看出：①課堂前8分鐘與后5分鐘教師言語的比例占比較大，這時(shí)候教師在進(jìn)行課堂導(dǎo)入、鋪墊與課堂小結(jié);②課堂中段如第13～15分鐘、第28～40分鐘以學(xué)生言語為主;③課堂一次主要沉寂位于第9～12分鐘，之后開展了小組談?wù)摗?/p>

結(jié)合圖 5學(xué)歷案使用動(dòng)態(tài)比率圖與文本備注，可以看出學(xué)歷案3次主要使用的時(shí)間段：①第3分鐘：此時(shí)課堂開始不久，教師針對學(xué)歷案進(jìn)行了簡單的提及;②第12～27分鐘：位于第一次小組討論之后，為學(xué)生回答學(xué)歷案的問題以及教師的點(diǎn)評和講授;③第39～47分鐘，位于學(xué)生小組合作制作光反應(yīng)模型之后，這個(gè)過程為小組展示學(xué)歷案中建構(gòu)的模型以及教師的點(diǎn)評。

3.ERFIAS與FIAS數(shù)據(jù)比較

為明確驗(yàn)證ERFIAS的優(yōu)勢，本研究利用傳統(tǒng)FIAS方法對同一節(jié)課進(jìn)行觀察，并將數(shù)據(jù)與ERFIAS得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行三個(gè)方面的比較，具體如下：

（1）編碼數(shù)量比較

該節(jié)課歷時(shí)約50分鐘，F(xiàn)IAS共手動(dòng)記錄981個(gè)編碼，ERFIAS共手動(dòng)記錄206個(gè)編碼，二者之比為1∶0.21，F(xiàn)IAS手動(dòng)記錄編碼數(shù)量為ERFIAS的4.76倍，采用ERFIAS可省去79%的記錄工作。

（2）精度比較

表 6展示了ERFIAS與FIAS兩種方法具體數(shù)據(jù)的精確度比較，從動(dòng)作持續(xù)時(shí)長與動(dòng)作切換次數(shù)兩方面進(jìn)行比較：①表格第2、4列為兩種方法記錄的持續(xù)性動(dòng)作原始編碼數(shù)，即FIAS與ERFIAS各自矩陣圖中對角線的數(shù)據(jù)。由于ERFIAS由計(jì)算機(jī)后臺(tái)換算成間隔為1秒的編碼串，為了使二者具有可比性，表格第3列將FIAS的數(shù)據(jù)統(tǒng)一擴(kuò)大到原始數(shù)據(jù)三倍。各動(dòng)作持續(xù)時(shí)長的精確度提高如表第5列數(shù)據(jù)所示，ERFIAS平均提高了65.87%的數(shù)據(jù)精確度。②表格第6—8列數(shù)據(jù)為動(dòng)作切換的編碼數(shù)據(jù)的比較，這些編碼代表動(dòng)作切換的次數(shù)，因此無需進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。動(dòng)作切換的精確度提高如表第8列數(shù)據(jù)所示，ERFIAS平均提高了15.89%的數(shù)據(jù)精確度。

根據(jù)上述換算（矩陣圖對角線數(shù)據(jù)擴(kuò)大為原來三倍，其余數(shù)據(jù)不做改變）后FIAS共有2563個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，ERFIAS共有2939個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，說明FIAS忽視了376個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，ERFIAS可多捕捉14.67%的數(shù)據(jù)。

（3）高效性

從整體上分析，雖然ERFIAS只用了傳統(tǒng)方法21%的記錄次數(shù)，但捕捉編碼卻為傳統(tǒng)方法的114.67%，相當(dāng)于ERFIAS每一次手動(dòng)記錄的實(shí)際信息量為傳統(tǒng)方法的546.05%。因此ERFIAS在減少工作量的同時(shí)能夠大大增加工作效率。

四、研究結(jié)論

1.ERFIAS能夠滿足課堂觀察需求

根據(jù)上述案例證明ERFIAS能夠滿足傳統(tǒng)FIAS所需的數(shù)據(jù)記錄與分析需求，能夠快速進(jìn)行課堂結(jié)構(gòu)、教學(xué)風(fēng)格、各類動(dòng)作比率等分析。其中，要注意在矩陣分析中ERFIAS將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為間隔為1秒的編碼串，會(huì)使得穩(wěn)態(tài)格的占比變大，需要調(diào)整對應(yīng)的分析常模。除此之外，ERFIAS也能夠滿足基于FIAS的深入分析，如本研究借助繪制的學(xué)歷案使用模式圖，見圖 6。

2.ERFIAS能夠減少編碼記錄工作

本案例中ERFIAS減少了79%的編碼記錄工作，回顧發(fā)現(xiàn)多是教師或?qū)W生的持續(xù)性動(dòng)作，有時(shí)單個(gè)動(dòng)作的發(fā)生時(shí)間可能長達(dá)幾分鐘，如該教師組織的基于學(xué)歷案的小組討論。此時(shí)傳統(tǒng)FIAS會(huì)記錄大量重復(fù)低效的編碼，而基于事件記錄的方法只需在討論開始時(shí)和討論后第一個(gè)新動(dòng)作時(shí)進(jìn)行相應(yīng)編碼的記錄即可，因此可避免傳統(tǒng)方法中重復(fù)低效的數(shù)據(jù)出現(xiàn)，在很大程度上減少了編碼的記錄工作。此外還避免了傳統(tǒng)需要精準(zhǔn)控制3秒間隔的不方便，因此從整體水平上來說，ERFIAS具有更好的操作效率。

3.ERFIAS能夠增加課堂分析精度

ERFIAS能夠避免兩方面的缺陷：一方面，ERFIAS可以更精確地記錄一個(gè)動(dòng)作開始和結(jié)束的時(shí)間。由于FIAS是三秒一記錄，若動(dòng)作發(fā)生在第N個(gè)編碼點(diǎn)的前x秒、結(jié)束于第N+1個(gè)編碼的后y秒，則該動(dòng)作實(shí)際為（3+x+y）秒，但傳統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)只能體現(xiàn)6秒，存在±2的誤差。ERFIAS則可避免這些誤差，更精確地把握動(dòng)作的時(shí)間。另一方面，ERFIAS可以捕捉更細(xì)微的行為變化。課堂中有時(shí)會(huì)發(fā)生持續(xù)時(shí)間少于3秒的動(dòng)作，如教師簡單的表揚(yáng)、簡短語句的提問等等，3秒記錄的方法可能會(huì)捕捉不到這些動(dòng)作，而ERFIAS記錄時(shí)間更為自由，可以做到對持續(xù)時(shí)間較短動(dòng)作的記錄。因此ERFIAS能夠較好地提升數(shù)據(jù)精度，使得數(shù)據(jù)更接近真實(shí)課堂。

五、展望

本研究在傳統(tǒng)弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對記錄方法提出了創(chuàng)新性的改進(jìn)——基于事件記錄的弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)功能輔助能夠滿足課堂分析的需求并提高分析效率。本研究對后續(xù)弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)的改進(jìn)與運(yùn)用提供了一種新思路。

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（編輯：李曉萍）

基金項(xiàng)目：2019年浙江省教育廳一般科研項(xiàng)目（高校專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式改革專項(xiàng)）“指向創(chuàng)造力培養(yǎng)的科幻教育資源價(jià)值探析與整合研究”（編號(hào)：Y201943076）;浙江省中小學(xué)教師與教育行政干部培訓(xùn)中心2019年度教師教育科研項(xiàng)目“生物學(xué)教學(xué)中提升高中生科學(xué)思維能力的實(shí)踐研究”（編號(hào)：YB2019004）;2020年度杭州師范大學(xué)第三屆研究生“沿創(chuàng)·研途人生”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽科研類立項(xiàng)課題“以創(chuàng)造力培養(yǎng)為中心的中學(xué)科幻教學(xué)策略研究”（編號(hào)：9）。

①任山章為本文通訊作者