基于計(jì)算機(jī)視頻分析技術(shù)的信息技術(shù)課程教學(xué)結(jié)構(gòu)研究

楊竹，孫麗娜，呂洪艷

(東北石油大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

目前，諸多學(xué)者對信息技術(shù)與課程整合進(jìn)行研究，研究方向各有不同。何克抗[1]指出信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深度融合，實(shí)現(xiàn)新型教與學(xué)方式，變革傳統(tǒng)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)。信息技術(shù)與課程整合對我國教育改革具有重要意義。

多年來，我國一直注重教育改革，但始終只關(guān)注教學(xué)內(nèi)容、手段及方法這3個范疇而忽略了教學(xué)結(jié)構(gòu)。何克抗[2]指出“教學(xué)結(jié)構(gòu)是指在一定教育思想、教學(xué)理論、學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的、在某種環(huán)境中展開的教學(xué)活動進(jìn)程的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形式”，教學(xué)結(jié)構(gòu)能夠反映出教師按照什么樣的教育思想、教學(xué)理論來組織教育教學(xué)活動。姜強(qiáng)等[3]面向深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)化變革進(jìn)行研究。鄭艷群等[4]對初級漢語語法教學(xué)結(jié)構(gòu)和過程進(jìn)行研究。管鈺琪等[5]認(rèn)為，課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)變革是推進(jìn)教育系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性變革的有效切入點(diǎn)，分析智慧教室環(huán)境下的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，有助于描述當(dāng)前的典型設(shè)計(jì)、揭示技術(shù)應(yīng)用本質(zhì)。目前，關(guān)于課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)沒有一套科學(xué)的分析方法，本研究提出了一個基于計(jì)算機(jī)課堂視頻分析技術(shù)的“信息技術(shù)”課程教學(xué)結(jié)構(gòu)研究方法，彌補(bǔ)了前人的不足。

1 基于課堂視頻分析的“信息技術(shù)”課程教學(xué)結(jié)構(gòu)研究方法框架

1.1 課堂行為分析先行研究

人們普遍認(rèn)為Flanders[6]提出的FIAS課堂交互行為分析系統(tǒng)是最有影響力的，它是課堂教學(xué)、學(xué)習(xí)過程的信息反饋工具，為后來學(xué)者們關(guān)于課堂行為研究提供了重要的可參考價值。2010年張海等[7]提出了課堂行為和教學(xué)媒體分類編碼，對信息技術(shù)支持的教學(xué)媒體分類及應(yīng)用開展了研究。2017年鄭太年、仝玉婷[8]對課堂視頻分析提出理論進(jìn)路、方法與應(yīng)用。

1.2 信息技術(shù)課堂互動分析系統(tǒng)分類目錄

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和普及，媒體的種類及使用量有了較大的改變，課堂互動分析系統(tǒng)需要不斷地改進(jìn)來適應(yīng)現(xiàn)代課堂。尤其在信息技術(shù)課堂中，學(xué)生操作一臺可連接網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)，這與普通課堂行為及交互存在一定差異。本研究所應(yīng)用的編碼量表是根據(jù)張海等人提出的課堂行為和教學(xué)媒體分類編碼基礎(chǔ)上，在分析課堂教學(xué)行為過程中針對實(shí)際問題進(jìn)行修改后形成的適用于信息技術(shù)課堂的分類編碼量表，如表1所示。

表1 信息技術(shù)課堂互動分析系統(tǒng)分類編碼

本編碼量表相對于原分類編碼的改進(jìn)主要包括以下4個方面。

(1)借助媒體或教具的實(shí)踐活動

在信息技術(shù)課堂上，教師經(jīng)常主導(dǎo)一些借助媒體或教具的實(shí)踐活動，如通過投影設(shè)備、控制學(xué)生機(jī)端進(jìn)行動畫演示或視頻播放等一些使用媒體輔助的教學(xué)活動，此類實(shí)踐活動屬于教師控制的課堂教學(xué)行為。因此，在課堂行為維度中新增一項(xiàng)：借助媒體或教具的實(shí)踐活動(演示動畫、視頻或使用媒體輔助教學(xué)等)，編碼為8。

(2)交互、促進(jìn)或強(qiáng)調(diào)

計(jì)算機(jī)(含學(xué)生機(jī)和教師機(jī))、投影儀以及網(wǎng)絡(luò)為代表的信息技術(shù)支持的媒體設(shè)備已經(jīng)成為現(xiàn)時代課堂教學(xué)的重要組成部分，構(gòu)成了教師、學(xué)生圍繞教材和媒體進(jìn)行交互的新型教學(xué)環(huán)境。當(dāng)教師發(fā)布某些指令后教師和學(xué)生會有同時的行為，如教師在學(xué)生操作、演示過程中進(jìn)行講解等交互行為，只要師、生有同時的行為就可以概括為此類編碼，更為具體。即將原編碼量表改進(jìn)為編碼9，交互、促進(jìn)或強(qiáng)調(diào)(教師和學(xué)生同時行為，如說話或演示)。

(3)學(xué)生自主使用數(shù)字資源

在信息技術(shù)課堂的媒體維度上，由于通訊性媒體和可變性媒體的普遍運(yùn)用，學(xué)生除了瀏覽線上或線下的數(shù)字資源外，仿真程序等可變性媒體的使用行為時常出現(xiàn)(如學(xué)生與計(jì)算機(jī)下五子棋)，在這里不僅僅是瀏覽，存在學(xué)生-計(jì)算機(jī)之間的雙向交互行為，所以本分類編碼量表將學(xué)生自主瀏覽數(shù)字資源調(diào)整為學(xué)生自主使用數(shù)字資源。

(4)媒體調(diào)試

信息技術(shù)課堂上，由于媒體的參與度高，各種媒體的高效運(yùn)用對于使用者的技術(shù)能力需要一定水平。課堂中在與教學(xué)內(nèi)容無關(guān)的媒體調(diào)試會占用一定的時間，媒體的必要切換給教學(xué)的流暢性帶來新的問題。因此，在信息技術(shù)課堂的教學(xué)媒體維度中，新增了媒體調(diào)試編碼，用來記錄諸如調(diào)試硬件、軟件、教師端和學(xué)生端之間的通信控制以及媒體設(shè)備在教室內(nèi)傳送等行為。

2 信息技術(shù)課堂教學(xué)案例分析

2.1 研究對象基本情況

本研究選取的研究對象為中國教育技術(shù)學(xué)會信息技術(shù)教育專業(yè)委員會與中國多媒體教育學(xué)報共同承辦的全國普通高中信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課的視頻錄像，對分別來自西安、成都、烏魯木齊、長春、江蘇5個地區(qū)的5節(jié)信息技術(shù)課程進(jìn)行分析。這5節(jié)課教師的地域分布廣泛，能夠代表我國信息技術(shù)課程的整體水平，視頻樣本隨機(jī)取得。視頻均采用2-3個機(jī)位全程錄制，能夠更為全面地搜集教師以及學(xué)生的課堂行為狀態(tài)。每節(jié)課均配有專家的細(xì)致點(diǎn)評，具有一定的研究價值。

本研究分析的五節(jié)信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課具體信息如表2所示。本研究對象教學(xué)環(huán)境均為信息技術(shù)教室，教師控制教師機(jī)、投影儀、學(xué)生機(jī)，學(xué)生每人配有一臺可連接網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)。本研究采用持續(xù)狀態(tài)單元記錄方法，記錄每個持續(xù)狀態(tài)的時間、課堂行為分類編碼、教學(xué)媒體分類編碼以及文字備注，最終形成五組課程編碼，對這五組數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總得到共1 115條持續(xù)狀態(tài)記錄并對此進(jìn)行分析。該數(shù)據(jù)所使用的視頻分析工具為Adobe Premiere Pro CC 2018非線性視頻編輯制作軟件，該軟件能夠去除片頭片尾非課上時間，時間單位精確到0.01 s。所有數(shù)據(jù)均為人工逐秒記錄，最終由3人進(jìn)行校對，存有疑問之處由3人共同商議確定。需要特別提出的是不同的教師對于每堂課的教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一定差異，本結(jié)果僅適用于當(dāng)前分析的五組數(shù)據(jù)。

表2 研究對象基本情況

2.2 分析結(jié)果

通過所得數(shù)據(jù)，分別從課堂行為主要特征、教學(xué)媒體使用情況和課堂行為及教學(xué)媒體熱圖聚類這3方面進(jìn)行分析，具體分析結(jié)果如下。

2.2.1 當(dāng)前教學(xué)結(jié)構(gòu)中的課堂行為主要特征分析

(1)課堂行為頻度方面

課堂行為頻度比例較高的為提問、給予指導(dǎo)或指令、沉默或混亂、學(xué)生被動發(fā)言以及講解，以教師控制的行為為主。如圖1所示。

圖1 課堂行為頻度及持續(xù)時間

教師通過提問及時了解學(xué)生實(shí)時學(xué)習(xí)情況，是師生雙向交互的過程。教師課上布置思考問題及任務(wù)、答疑，所以給予指導(dǎo)或指令的頻度較高。媒體調(diào)試也是必不可少的，會造成沉默或混亂。

(2)課堂行為持續(xù)時間方面

課堂行為持續(xù)時間比例明顯較高的為講解、學(xué)生自主使用數(shù)字資源以及給予指導(dǎo)或指令。一節(jié)課中有21%的時間都是教師在講解，17%的時間是學(xué)生自主使用數(shù)字資源搜索及練習(xí)，從數(shù)據(jù)上驗(yàn)證了“主導(dǎo)-主體”的新型教學(xué)結(jié)構(gòu)，操作性較強(qiáng)的信息技術(shù)課程也是如此。

2.2.2 當(dāng)前教學(xué)結(jié)構(gòu)中的教學(xué)媒體使用情況分析

(1)媒體使用頻度

信息技術(shù)課堂教學(xué)中媒體使用頻度較高的為只有語言、沒有任何媒體在使用及信息技術(shù)支持的陳述性媒體，如圖2所示。

圖2 教學(xué)媒體的使用頻度及持續(xù)時間

課堂中有50%的課堂行為是只有語言、沒有任何媒體在使用的，教學(xué)媒體的出現(xiàn)能夠豐富課堂的表現(xiàn)形式，但不能貫穿于整個課堂。而信息技術(shù)支持的陳述性媒體的視頻頻度仍然最高，教師需要通過PPT、Word等來呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容。課堂中傳統(tǒng)陳述性媒體的使用也占有一定比例，信息技術(shù)課堂同樣離不開傳統(tǒng)陳述性媒體，黑板、印刷品等仍然是信息技術(shù)支持的不可替代的媒體。

(2)媒體使用持續(xù)時間

信息技術(shù)支持的陳述性媒體、只有語言、沒有任何媒體在使用和信息技術(shù)支持的交互性媒體的使用時間比例較高。與傳統(tǒng)課程不同，信息技術(shù)課程教室為學(xué)生配有可連接網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)，學(xué)生的學(xué)習(xí)資源通常需要從網(wǎng)絡(luò)上獲取，所以信息技術(shù)支持的交互性媒體使用時間較多，通常對應(yīng)著學(xué)生課堂行為為學(xué)生自主使用數(shù)字資源。

(3)媒體調(diào)試

教學(xué)中媒體調(diào)試頻度占有一定比例，媒體調(diào)試中有75%的課堂行為發(fā)生在沉默或混亂，如圖3所示。

教師在調(diào)試媒體時沒有有效課堂行為，造成課堂時間浪費(fèi)。通過對視頻進(jìn)行反復(fù)分析發(fā)現(xiàn)，雖然媒體調(diào)試是必然發(fā)生的，但絕大多數(shù)媒體調(diào)試所占時間是可以優(yōu)化的，如教師在講課的同時、教師給學(xué)生布置思考問題或?qū)W習(xí)任務(wù)時進(jìn)行媒體調(diào)試，這樣媒體調(diào)試的時間就可以忽略，課堂教學(xué)更為連貫、流暢。圖3中媒體調(diào)試部分發(fā)生在提問、講解行為中，這樣的教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是較好的，教師應(yīng)夠充分利用媒體調(diào)試的時間。

圖3 教學(xué)媒體中媒體調(diào)試對應(yīng)課堂行為使用頻度

2.2.3 當(dāng)前教學(xué)結(jié)構(gòu)中課堂行為及教學(xué)媒體熱圖聚類分析

(1)課堂行為及教學(xué)媒體使用頻度熱圖聚類分析

通過使用熱圖聚類分析軟件對課堂行為及教學(xué)媒體使用頻度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠得到課堂行為及教學(xué)媒體使用頻度熱圖聚類圖，如圖4所示。

圖4 課堂行為及教學(xué)媒體使用頻度熱圖聚類

該圖橫坐標(biāo)為15種課堂行為(當(dāng)前數(shù)據(jù)中沒有批評或維護(hù)權(quán)威性行為，即無編碼7)，縱坐標(biāo)為使用的10種教學(xué)媒體，將熱圖分為10×15個色塊，每個色塊代表著該教學(xué)行為對應(yīng)著何種教學(xué)媒體的使用頻度，顏色由淺至深代表該課堂行為對應(yīng)的教學(xué)媒體使用頻度由高到低。從整體上可以看出熱圖的四個角的頻度較高，其中右下角對應(yīng)的一系列課堂行為就是經(jīng)典的“提問-回答-反饋”教學(xué)結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)。只有語言、沒有任何媒體在使用以及信息技術(shù)支持的陳述性媒體的頻度較高；教師講解對應(yīng)的信息技術(shù)支持的陳述性媒體使用頻度較高；沉寂或混亂對應(yīng)的媒體調(diào)試也占有一定比例。

(2)課堂行為及教學(xué)媒體使用持續(xù)時間熱圖聚類分析

通過使用熱圖聚類分析軟件對課堂行為及教學(xué)媒體使用持續(xù)時間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠得到課堂行為及教學(xué)媒體使用持續(xù)時間熱圖聚類圖，具體分析方法如課堂行為及教學(xué)媒體使用頻度熱圖聚類如圖5所示。

圖5 課堂行為及教學(xué)媒體使用持續(xù)時間熱圖聚類

從熱圖聚類圖可以看出信息技術(shù)課程的教學(xué)結(jié)構(gòu)特征，教師講解對應(yīng)的信息技術(shù)支持的陳述性媒體與學(xué)生自主使用數(shù)字資源對應(yīng)的信息技術(shù)支持的交互性媒體持續(xù)時間較長，說明教師講解和學(xué)生鞏固練習(xí)是課堂教學(xué)中的主要教學(xué)結(jié)構(gòu)；學(xué)生使用信息技術(shù)支持的著作性媒體創(chuàng)造作品的時間較長，如學(xué)生利用編程軟件進(jìn)行編程；學(xué)生較多在課堂上進(jìn)行實(shí)際操作練習(xí)，信息技術(shù)支持的媒體使用較多。

2.2.4 信息技術(shù)教師課堂教學(xué)過程中存在問題

(1)課堂中沉寂時間長

教師課上進(jìn)行媒體調(diào)試占用部分課堂時間、教師提問讓學(xué)生思考時間過長、教師長時間書寫板書或?qū)W生完成任務(wù)時間過長等會造成學(xué)生走神失焦等情況的發(fā)生說明教學(xué)結(jié)構(gòu)不完善，應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整，充分利用課上時間，使課堂教學(xué)過程連貫。

(2)課堂氛圍尷尬

教師在處理一些突發(fā)狀況時準(zhǔn)備不充分，造成出現(xiàn)課堂氛圍尷尬狀況，如教師不會處理計(jì)算機(jī)問題、學(xué)生回答不上來問題和教室坐不下等。該狀況表明教師的教學(xué)結(jié)構(gòu)并不完善，教師應(yīng)該避免讓自己及學(xué)生處于尷尬狀態(tài)中。

3 總結(jié)

本研究提出了一個基于計(jì)算機(jī)視頻分析技術(shù)的信息技術(shù)課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)例對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這種分析系統(tǒng)能夠有效分析出當(dāng)前課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)。通過對研究對象的分析，發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)課的教師教學(xué)結(jié)構(gòu)也并不完善，而新手教師遇到此類問題可能會對課堂失去控制，這就需要教師發(fā)現(xiàn)自身的問題并及時解決。

教師授課過程中對于自身的行為不易察覺，教師可通過課堂視頻分析方法發(fā)現(xiàn)自身教學(xué)結(jié)構(gòu)的問題及不足，職前教師可以學(xué)習(xí)專家教師的優(yōu)質(zhì)教學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及授課方法。由此可見，通過課堂視頻分析可以讓教師對自身教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特征有所了解，對于優(yōu)質(zhì)教師、新手教師及職前教師的教學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化均有重要現(xiàn)實(shí)意義。

本研究對象僅為5節(jié)信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課，研究范圍有一定局限性，但本研究方法是課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)施效果的重要信息反饋工具，為未來此領(lǐng)域的研究提供可參考借鑒。