多模態(tài)數(shù)據(jù)賦能精準(zhǔn)教研：情境、路徑與解釋

王超 顧小清 鄭隆威

[摘? ?要] 多模態(tài)教學(xué)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)教研具備精準(zhǔn)化、個(gè)性化特征，符合新時(shí)代教育研究的發(fā)展要求，因缺乏有效的技術(shù)支持、規(guī)范的頂層設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)解釋框架而難以真正落地。文章依托智能課堂中豐富的智能技術(shù)和多模態(tài)行為數(shù)據(jù)作為破解精準(zhǔn)教研難題的創(chuàng)新途徑，首先綜合證據(jù)資源、關(guān)系挖掘、數(shù)據(jù)報(bào)告等維度構(gòu)建適應(yīng)智能課堂教學(xué)環(huán)境的精準(zhǔn)教研模式，同時(shí)從數(shù)據(jù)獲取手段、數(shù)據(jù)樣態(tài)、關(guān)鍵技術(shù)等方面搭建精準(zhǔn)教研邏輯實(shí)現(xiàn)框架，為細(xì)致準(zhǔn)確地定位教學(xué)問題與規(guī)律提供了頂層指導(dǎo)。然后，整合和解釋數(shù)據(jù)以透視行為背后蘊(yùn)含的教學(xué)意義，形成數(shù)據(jù)解釋框架。文章最后指出，精準(zhǔn)教研若要實(shí)現(xiàn)智慧干預(yù)與決策，除在數(shù)據(jù)階段確?！熬迸c“準(zhǔn)”之外，還需在教學(xué)干預(yù)設(shè)計(jì)、教學(xué)改進(jìn)策略上做到準(zhǔn)確無誤。

[關(guān)鍵詞] 教育研究; 精準(zhǔn)教研; 智能課堂; 多模態(tài)數(shù)據(jù); 關(guān)系挖掘; 數(shù)據(jù)解釋

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 王超（1992—），女，山東濰坊人。博士研究生，主要從事學(xué)習(xí)分析、計(jì)算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)研究。E-mail：wchao199@126.com。

一、鎖定：新時(shí)代教學(xué)研究的發(fā)展趨向

“全面提高中小學(xué)教師質(zhì)量，建設(shè)一支高素質(zhì)專業(yè)化的教師隊(duì)伍”[1]是新時(shí)代教師隊(duì)伍建設(shè)改革的目標(biāo)。教育研究為提高教師教學(xué)能力而生，是推動(dòng)中小學(xué)教師專業(yè)發(fā)展的有效手段。然而教育研究模式固化導(dǎo)致服務(wù)形式千篇一律，教師既不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的學(xué)情分析，又難以對(duì)自身教學(xué)能力形成準(zhǔn)確的認(rèn)知，更無法對(duì)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)實(shí)施精準(zhǔn)診斷、測(cè)評(píng)和個(gè)性化干預(yù)。精準(zhǔn)化和個(gè)性化是新時(shí)代對(duì)教育研究的要求[2]，是評(píng)價(jià)學(xué)生綜合素質(zhì)和教師課堂教學(xué)能力的必要條件。多模態(tài)教學(xué)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)教研完全具備精準(zhǔn)化、個(gè)性化特征[3]，是新時(shí)代教育研究的發(fā)展趨向。

教育研究或者教學(xué)研究簡(jiǎn)稱教研，是教師或研究者在一定的理論支持下探究教學(xué)過程、解釋教學(xué)現(xiàn)象以及解決教學(xué)問題的活動(dòng)[4]。目前以“互聯(lián)網(wǎng)+教研”為思路的教研模式受到了追捧，基于網(wǎng)絡(luò)的同課異構(gòu)教研、線上線下混合教研、遠(yuǎn)程協(xié)同教研等組織形式逐漸趨向成熟[5]。相比之下，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)教研因?qū)ο嚓P(guān)利益者的認(rèn)知能力、經(jīng)費(fèi)投入、技術(shù)支撐和評(píng)價(jià)機(jī)制等都有比較強(qiáng)烈的依賴程度，又缺乏規(guī)范的頂層設(shè)計(jì)、有效的技術(shù)支持和數(shù)據(jù)解釋框架而難以真正落地[6]。為此，本研究將借助智能課堂得天獨(dú)厚的技術(shù)與數(shù)據(jù)條件，從頂層設(shè)計(jì)的視域構(gòu)建智能課堂支持的精準(zhǔn)教研模式。

在普通課堂教學(xué)環(huán)境中，教學(xué)行為數(shù)據(jù)的獲取多數(shù)通過錄播系統(tǒng)和人工觀察來完成，因此驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)教研的數(shù)據(jù)絕大部分來自師生在某一行為上的投入時(shí)間和發(fā)生頻次，或者是某些外顯行為序列[7]，這些粗放式、粗粒度、單模態(tài)的行為采集與統(tǒng)計(jì)分析并不能準(zhǔn)確量化教師的教學(xué)特征，無法精確地獲取課堂教學(xué)全貌[3]，教育研究仍存在難以察覺的死角。而綜合師生行為數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)教學(xué)服務(wù)從學(xué)校角度出發(fā)[8]，未能支持課堂教學(xué)研究。目前針對(duì)智能課堂的教學(xué)研究采用傳統(tǒng)的視頻分析法或單模態(tài)行為序列分析法，只能得到課堂互動(dòng)強(qiáng)度、活躍度等淺層信息[9-10]，缺少對(duì)行為數(shù)據(jù)的深層精準(zhǔn)探究。因此，本研究將結(jié)合師生的行為、心理和生理等特征，構(gòu)建適應(yīng)智能課堂教學(xué)環(huán)境的精準(zhǔn)化教育研究模式與實(shí)現(xiàn)路徑，以深度聚焦智能課堂教學(xué)規(guī)律和教學(xué)問題。

二、求證：智能課堂教學(xué)環(huán)境對(duì)精準(zhǔn)教研的支撐

教學(xué)行為是洞悉教學(xué)過程和學(xué)習(xí)本質(zhì)的重要依據(jù)，更是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教研的關(guān)鍵證據(jù)[3]。在構(gòu)建針對(duì)智能課堂的精準(zhǔn)教研模式之前，有必要厘清智能課堂教學(xué)行為的概念，明確多模態(tài)行為數(shù)據(jù)的內(nèi)部關(guān)聯(lián)。智能課堂教學(xué)環(huán)境因具備豐富的智能技術(shù)，可實(shí)時(shí)連續(xù)追蹤教學(xué)過程中的多模態(tài)教學(xué)行為[11]，可為精準(zhǔn)教研提供多種應(yīng)用方向。

（一）多模態(tài)課堂教學(xué)行為是精準(zhǔn)教研的基石

傳統(tǒng)課堂教學(xué)行為研究通常認(rèn)為行為是個(gè)體受到思想控制而表征出來的外顯活動(dòng)，并將課堂教學(xué)行為分為教師行為、學(xué)生行為和互動(dòng)行為。在智能課堂環(huán)境下，教學(xué)行為不再只代表能夠被肉眼直接觀察到的外顯行為。多模態(tài)數(shù)據(jù)的采集與分析設(shè)備使生理和心理行為數(shù)據(jù)的獲取成為可能。行為的概念變得更加寬泛。本研究采用心理學(xué)對(duì)行為的界定[12]，認(rèn)為行為是有機(jī)體在各種內(nèi)外部刺激的影響下所產(chǎn)生的可以被觀測(cè)和測(cè)量到的活動(dòng)或者反應(yīng)。人類社會(huì)中個(gè)體的行為具備生理機(jī)制和心理機(jī)制，心理活動(dòng)的狀態(tài)和過程可以解釋外顯行為的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律[12]。

在智能課堂教學(xué)環(huán)境中，利用教學(xué)主體的外顯行為數(shù)據(jù)和生理信號(hào)數(shù)據(jù)診斷其心理狀態(tài)。學(xué)習(xí)者心理認(rèn)知、外部教學(xué)事件與教學(xué)階段存在對(duì)應(yīng)關(guān)系[13]。有些心理過程可直接通過外顯行為表征出來，比如教師的聲音表達(dá)、微笑、放松的身體姿勢(shì)、手勢(shì)、在教室里的位置和眼神接觸等多種外顯行為的組合能夠反映出教師的教學(xué)態(tài)度[14];有些心理過程可直接通過生理信號(hào)表征出來，比如通過學(xué)生的腦電信號(hào)解釋或者監(jiān)測(cè)信息的加工過程[15];還有一些心理狀態(tài)既可以通過外顯行為表征也可以通過生理信號(hào)診斷，比如聲調(diào)、面部表情和手勢(shì)等外顯行為，以及生物電等生理信息均可表征情緒狀態(tài)。當(dāng)然，并不是所有外顯行為和生理信號(hào)都能對(duì)應(yīng)特定的心理狀態(tài)，同樣，也并不是所有心理狀態(tài)都能通過外顯行為和生理信號(hào)診斷出來。而教育研究所關(guān)注的學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)與教師教學(xué)特質(zhì)等基本心理狀態(tài)或者心理過程一般可通過外顯行為或生理信號(hào)表征出來。

（二）智能課堂為精準(zhǔn)教研提供多模態(tài)行為數(shù)據(jù)支持

智能課堂教學(xué)環(huán)境具備智能錄播系統(tǒng)、可穿戴設(shè)備、電子平板等多模態(tài)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，可高效地獲取多模態(tài)教學(xué)數(shù)據(jù)。同時(shí)，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的不斷進(jìn)化，使面對(duì)面教學(xué)過程中的教學(xué)語(yǔ)言、教學(xué)行為動(dòng)作等外顯行為數(shù)據(jù)以及心率、皮膚電等內(nèi)在生理信號(hào)的提取、關(guān)聯(lián)和分析實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和智能化[16]，這將有效支持教學(xué)研究者正確總結(jié)課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)課堂教學(xué)問題以及科學(xué)研究課堂教學(xué)方法。

課堂多模態(tài)教學(xué)行為數(shù)據(jù)包含外顯數(shù)據(jù)（可被觀察，如書寫、舉手、皺眉等）和內(nèi)隱信號(hào)（需要儀器測(cè)量，如眼動(dòng)、心電、腦電等）[17]。不論是單一數(shù)據(jù)類型還是多類型數(shù)據(jù)的聯(lián)合，均有可能反映教學(xué)主體的個(gè)體特征和所處的教學(xué)情境。比如眼動(dòng)線索可以反映學(xué)生在課堂上的注意力分布[18]，定位學(xué)生感興趣的教學(xué)內(nèi)容或者多媒體形式;注視密度和眼跳路徑等指標(biāo)能夠反映學(xué)生的信息整合模式[19];眼動(dòng)線索指標(biāo)結(jié)合學(xué)習(xí)者的自我報(bào)告數(shù)據(jù)和學(xué)業(yè)成就可以呈現(xiàn)出學(xué)習(xí)者使用不同課堂教學(xué)載體表現(xiàn)出的不同學(xué)習(xí)模式和學(xué)習(xí)滿意度[20]，還能表征不同能力學(xué)習(xí)者的視覺信息認(rèn)知模式。除以上“一對(duì)多”的情況，還存在多個(gè)數(shù)據(jù)度量同一指標(biāo)的情況[21]。比如話語(yǔ)、面部表情以及生理信號(hào)均可反映出學(xué)生的情感學(xué)習(xí)狀態(tài)[22-23]，這些多模態(tài)的課堂教學(xué)數(shù)據(jù)能夠全面繪制學(xué)生課堂情感學(xué)習(xí)畫像。智能課堂環(huán)境為精準(zhǔn)教研提供多模態(tài)行為數(shù)據(jù)支持，使教師擺脫繁重及重復(fù)性的教學(xué)工作[24]，促生更科學(xué)、直觀的教學(xué)診斷、評(píng)估與干預(yù)手段。

（三）智能課堂為精準(zhǔn)教研打開多個(gè)應(yīng)用窗口

智能化學(xué)習(xí)時(shí)代關(guān)注教和學(xué)的全過程，從學(xué)生的學(xué)、教師的教和教學(xué)互動(dòng)三方面展開，聚焦到師生的行為、心理和生理特征[25]。課堂教學(xué)過程中學(xué)習(xí)者的注意力、記憶力和情緒波動(dòng)等非認(rèn)知學(xué)習(xí)狀態(tài)，以及信息加工處理與調(diào)用等認(rèn)知學(xué)習(xí)狀態(tài)等可通過腦電信號(hào)、心電信號(hào)、面部表情、手寫筆記等數(shù)據(jù)量化得到[26-29]。教學(xué)研究者利用多模態(tài)的課堂教學(xué)行為數(shù)據(jù)實(shí)施規(guī)?；恼n堂學(xué)習(xí)評(píng)估[15]，以追蹤學(xué)生課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)，分析學(xué)生個(gè)體差異，支持個(gè)性化的課堂學(xué)習(xí)干預(yù)與指導(dǎo)。

評(píng)估與改善教師教學(xué)表現(xiàn)是教學(xué)研究關(guān)注的另一關(guān)鍵問題[16，30]。通過采集和分析教師課堂教學(xué)行為數(shù)據(jù)，可以評(píng)估教師的課堂教學(xué)能力、診斷教師課堂教學(xué)特點(diǎn)或者風(fēng)格、檢測(cè)教師課堂教學(xué)習(xí)慣和缺陷[31]，為提升教師專業(yè)教學(xué)技能提供生理和心理方面的證據(jù)支撐。智能教學(xué)環(huán)境下的多模態(tài)數(shù)據(jù)為診斷教師課堂教學(xué)特點(diǎn)提供了更加全面客觀的證據(jù)。另一方面，多數(shù)情況下，學(xué)生群體的課堂參與度、注意力、情緒波動(dòng)和認(rèn)知負(fù)荷等學(xué)習(xí)狀態(tài)會(huì)受教師言行、教學(xué)內(nèi)容的組織與呈現(xiàn)、課堂氛圍等要素的控制[16，32]，因此學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)也能客觀刻畫教師的課堂教學(xué)表現(xiàn)。

課堂互動(dòng)是非常重要的多模態(tài)教學(xué)行為數(shù)據(jù)來源[33]。有效的課堂互動(dòng)能夠促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力[34-35]。教學(xué)研究者關(guān)注課堂互動(dòng)的現(xiàn)狀[36]、課堂互動(dòng)工具和框架的設(shè)計(jì)[37]等問題。智能課堂教學(xué)應(yīng)用為課堂互動(dòng)教學(xué)研究提供了新的研究視角和范式。利用多模態(tài)的課堂互動(dòng)數(shù)據(jù)，教學(xué)研究者可以洞悉師生互動(dòng)和生生互動(dòng)的詳細(xì)過程和發(fā)生機(jī)制，探究協(xié)作學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)者之間在情感、認(rèn)知、參與等方面的動(dòng)態(tài)協(xié)同調(diào)節(jié)關(guān)系，設(shè)計(jì)有效促進(jìn)學(xué)習(xí)的課堂互動(dòng)工具等。

三、尋徑：智能課堂中教育研究的“精準(zhǔn)”之路

具備教師培訓(xùn)功能的教研活動(dòng)應(yīng)該精準(zhǔn)關(guān)注教師的專業(yè)發(fā)展過程[38]。已有研究基于大數(shù)據(jù)構(gòu)建了多源多層教師專業(yè)發(fā)展分析模型[39]，但尚不能聚焦教師課堂教學(xué)問題。本研究將從活動(dòng)理論出發(fā)，構(gòu)建一種精準(zhǔn)化教研模式，以充分利用智能環(huán)境資源準(zhǔn)確深度挖掘課堂教學(xué)問題。

（一）精準(zhǔn)教研模型的理論基礎(chǔ)

活動(dòng)理論中，活動(dòng)系統(tǒng)由三個(gè)核心成分（主體、客體和共同體）和三個(gè)次要成分（工具、規(guī)則和勞動(dòng)分工）組成，次要成分連接核心成分，它們之間的聯(lián)系如圖1所示。在課堂教學(xué)活動(dòng)中，生生互動(dòng)與師生互動(dòng)等構(gòu)成了課堂教學(xué)共同體/群體。共同體產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為精準(zhǔn)教研提供了教學(xué)互動(dòng)數(shù)據(jù)資源。教師和學(xué)生作為課堂教學(xué)活動(dòng)的主體，通過使用各種教學(xué)媒體、設(shè)備、應(yīng)用軟件等工具輔助教與學(xué)，實(shí)現(xiàn)與教學(xué)活動(dòng)客體（教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo)等）間的連接。教師與學(xué)生通過使用各種教學(xué)輔助工具完成教學(xué)內(nèi)容的傳授與學(xué)習(xí)以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。主體（教師與學(xué)生）與群體（教學(xué)互動(dòng)群體）之間通過課堂組織和紀(jì)律等規(guī)則聯(lián)系起來。規(guī)則協(xié)調(diào)教學(xué)主體和教學(xué)群體，是教學(xué)活動(dòng)中的制約和秩序。比如多數(shù)情況下學(xué)生要聽從教師安排，師生互動(dòng)和生生互動(dòng)時(shí)要保持某種關(guān)系，參加角色扮演等活動(dòng)時(shí)要遵守角色設(shè)定等。當(dāng)然，精準(zhǔn)教研的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)。規(guī)則和分工等活動(dòng)理論原始要素在課堂中較難以數(shù)據(jù)形式表征，因此，活動(dòng)理論支持下的精準(zhǔn)教研數(shù)據(jù)來源主要來自教學(xué)主體、客體、群體和工具。

（二）適應(yīng)智能課堂教學(xué)環(huán)境的精準(zhǔn)教研模式

綜合智能課堂教學(xué)環(huán)境的特點(diǎn)，以活動(dòng)理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建如圖2所示的精準(zhǔn)教研模式。多模態(tài)的精準(zhǔn)教研證據(jù)資源是教學(xué)研究?jī)?nèi)容的重要支撐，決定著精準(zhǔn)教研的范疇。教師的教、學(xué)生的學(xué)以及教學(xué)互動(dòng)數(shù)據(jù)以外顯行為、生理信號(hào)和心理狀態(tài)等多種模態(tài)存在。數(shù)據(jù)挖掘與關(guān)系挖掘是確保精準(zhǔn)教研的“精”之所在，強(qiáng)調(diào)關(guān)注多模態(tài)的教學(xué)行為序列，獲取某一行為與其前后行為之間的關(guān)聯(lián)以及某一模態(tài)的行為與其同時(shí)發(fā)生或者前后發(fā)生的其他模態(tài)的行為之間的關(guān)聯(lián)，建立或歸因行為與行為之間以及各教學(xué)效果與行為之間的關(guān)系，從而細(xì)致準(zhǔn)確地聚焦教學(xué)過程中不易被察覺的教學(xué)規(guī)律與問題。比如通過歸因分析，構(gòu)建多模態(tài)行為序列與教學(xué)效果的因果關(guān)系以全面細(xì)致地探究影響教學(xué)效果的行為因素;通過關(guān)系挖掘，可構(gòu)建行為與行為之間的關(guān)聯(lián)以得到人力無法察覺到的課堂教學(xué)行為規(guī)律等。

將數(shù)據(jù)挖掘與關(guān)系挖掘得到的結(jié)果形成教學(xué)數(shù)據(jù)分析報(bào)告，以簡(jiǎn)要直觀的方式聚焦分析結(jié)果，供教研評(píng)課使用[10]。教研主體可以根據(jù)分析結(jié)果描述教師與學(xué)生的課堂教學(xué)行為特征，發(fā)掘教師在課堂教學(xué)中存在的問題與教學(xué)現(xiàn)象，診斷并評(píng)估教師的課堂教學(xué)表現(xiàn)，總結(jié)教學(xué)規(guī)律，最終為教師制定個(gè)性化的課堂教學(xué)改進(jìn)策略，設(shè)計(jì)教學(xué)干預(yù)手段。

以上教研內(nèi)容和目標(biāo)適配于多樣化的教研角色。不論是一線教師、教研員還是教學(xué)研究專家、教育企業(yè)等，均可從多模態(tài)教學(xué)行為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)教研中獲取具有針對(duì)性的教研結(jié)果。比如，一線教師可以反思自己的教學(xué)過程，正視自身的課堂教學(xué)問題，并制定修正方案，以改善課堂教學(xué)效果;教研員利用精準(zhǔn)教研視域下的教師畫像，對(duì)教師進(jìn)行教學(xué)考核;教育企業(yè)可以依據(jù)課堂教學(xué)中的固有問題，聚焦課堂教學(xué)需求，開發(fā)教育產(chǎn)品輔助課堂教學(xué)。

（三）智能課堂教學(xué)環(huán)境中精準(zhǔn)教研的邏輯實(shí)現(xiàn)框架

智能課堂教學(xué)環(huán)境中多模態(tài)數(shù)據(jù)支持的精準(zhǔn)教研實(shí)施需要遵循如圖3所示的邏輯步驟。首先，教研人員需明確數(shù)據(jù)類別以及數(shù)據(jù)采集手段與設(shè)備，同時(shí)要考慮到實(shí)際的智能環(huán)境條件是否能夠準(zhǔn)確捕獲所需數(shù)據(jù)。采集到學(xué)生、教師和課堂互動(dòng)多模態(tài)數(shù)據(jù)之后，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。以上前期工作完成之后，進(jìn)入機(jī)器學(xué)習(xí)階段：抓取行為，實(shí)現(xiàn)行為特征選擇和標(biāo)簽識(shí)別，構(gòu)建學(xué)習(xí)模型。課堂教學(xué)行為數(shù)據(jù)以及人機(jī)交互數(shù)據(jù)的挖掘方法常見的有分類、聚類、關(guān)聯(lián)規(guī)則、序列模式、頻繁項(xiàng)、文本挖掘，等等。關(guān)系挖掘是數(shù)據(jù)挖掘的一個(gè)重要方向，是發(fā)現(xiàn)多模態(tài)行為序列之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則和教學(xué)規(guī)律的關(guān)鍵手段，可以透視數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間隱藏的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

制定多模態(tài)數(shù)據(jù)解釋框架意味著研究者要通過各種方式挖掘數(shù)據(jù)背后的教學(xué)意義，不同數(shù)據(jù)特征表征著不同的標(biāo)簽即教學(xué)意義[21]，所以制定一套滿足教研目標(biāo)的標(biāo)簽體系或數(shù)據(jù)編碼體系是非常有必要的。最后將輸出多模態(tài)行為序列以及行為之間、行為與教學(xué)效果之間的關(guān)系，并以可視化儀表盤的形式呈現(xiàn)給教育研究者。邏輯框架為提高精準(zhǔn)教研質(zhì)量增強(qiáng)精準(zhǔn)教研效果提供了實(shí)現(xiàn)路徑和優(yōu)化依據(jù)。

四、賦彩：精準(zhǔn)教研數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的教學(xué)意義

精準(zhǔn)教研是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教育研究方法，因此有必要從教學(xué)角度解釋和整合數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)背后蘊(yùn)含的教學(xué)意義。綜合我國(guó)學(xué)者對(duì)課堂教學(xué)行為的研究成果，對(duì)智能課堂教學(xué)環(huán)境中驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)教研的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和解釋，以透視多模態(tài)行為具備的教學(xué)色彩。

智能課堂教學(xué)環(huán)境中多模態(tài)數(shù)據(jù)支持的精準(zhǔn)教研數(shù)據(jù)來自于學(xué)生、教師和課堂互動(dòng)。本研究以源自教師的行為數(shù)據(jù)為例（見表1），對(duì)多模態(tài)教研數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和解釋，探索多模態(tài)行為數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的教學(xué)意義。教師教研數(shù)據(jù)和學(xué)生教研數(shù)據(jù)是教學(xué)活動(dòng)主體產(chǎn)生的，包括主體自身的屬性數(shù)據(jù)，比如性別、年齡等人口統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)以及學(xué)生已經(jīng)具備的學(xué)業(yè)成就。在教學(xué)活動(dòng)中，教師和學(xué)生均會(huì)產(chǎn)生非言語(yǔ)外顯行為、言語(yǔ)行為、面部表情、眼動(dòng)蹤跡和生理信號(hào)等數(shù)據(jù)，教師在教學(xué)過程中展示的多媒體內(nèi)容以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的學(xué)習(xí)筆記也是重要的教研數(shù)據(jù)。師生互動(dòng)與生生互動(dòng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類別相似，除教學(xué)互動(dòng)活動(dòng)中常見的人體行為之外，還包括互動(dòng)的內(nèi)容、頻次與時(shí)長(zhǎng)等。教師和學(xué)生分別與多媒體工具的互動(dòng)數(shù)據(jù)可由工具記錄生成，抓取操作行為數(shù)據(jù)。

不同類別的行為數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著不同的教學(xué)意義。（1）教師在課堂教學(xué)中產(chǎn)生的非言語(yǔ)外顯行為數(shù)據(jù)蘊(yùn)含著教師的教學(xué)能力和行為習(xí)慣，表征教師對(duì)象征性動(dòng)作、說明性動(dòng)作、表露性動(dòng)作、適應(yīng)性動(dòng)作、調(diào)節(jié)性動(dòng)作、距離性動(dòng)作[40]等非言語(yǔ)教學(xué)行為的綜合運(yùn)用能力。教師在課堂教學(xué)中產(chǎn)生的言語(yǔ)行為能夠反映教師在系統(tǒng)講授和組織教學(xué)方面的語(yǔ)言應(yīng)用能力。教師的面部表情、眼動(dòng)蹤跡、生理信號(hào)等數(shù)據(jù)在一定程度上反映了教師的心理狀態(tài)，比如通過眼動(dòng)蹤跡可以探析教師的視覺行為模式等映射教師教學(xué)能力的關(guān)鍵要素。（2）學(xué)生的非言語(yǔ)外顯行為能夠表征注意力、學(xué)習(xí)態(tài)度等非認(rèn)知狀態(tài)，比如綜合利用抬頭率、低頭率、坐姿等多種行為可以判斷課堂學(xué)習(xí)參與狀態(tài)。學(xué)生的面部表情、眼動(dòng)蹤跡和生理信號(hào)等數(shù)據(jù)可評(píng)估學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中的多種心理狀態(tài)，如學(xué)習(xí)情感等非認(rèn)知狀態(tài)以及記憶、決策等認(rèn)知狀態(tài)。學(xué)生的學(xué)習(xí)筆記和思維導(dǎo)圖等圖片文本數(shù)據(jù)也是測(cè)量學(xué)生認(rèn)知學(xué)習(xí)結(jié)果的有效數(shù)據(jù)。（3）教學(xué)互動(dòng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包括人與人的互動(dòng)數(shù)據(jù)和人與多媒體工具的互動(dòng)數(shù)據(jù)。通過這些互動(dòng)數(shù)據(jù)可以測(cè)量出課堂互動(dòng)類型和效果，也能反映出教師的溝通能力和技巧以及學(xué)生的協(xié)作學(xué)習(xí)能力等教學(xué)研究關(guān)注的要素。以上多來源多模態(tài)的大數(shù)據(jù)為精準(zhǔn)教研提供證據(jù)支撐。

五、展望：未來精準(zhǔn)教研的發(fā)展

為充分利用智能環(huán)境資源、全面深度地挖掘教學(xué)問題，本研究構(gòu)建適應(yīng)智能課堂教學(xué)環(huán)境的精準(zhǔn)教研模式并提供了邏輯實(shí)現(xiàn)框架，以教師的教、學(xué)生的學(xué)以及教學(xué)互動(dòng)所產(chǎn)生的外顯數(shù)據(jù)和內(nèi)隱數(shù)據(jù)作為驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)教研的證據(jù)，為提高精準(zhǔn)教研質(zhì)量提供實(shí)現(xiàn)路徑。

數(shù)據(jù)挖掘與關(guān)系挖掘技術(shù)能夠精確定位教學(xué)問題，是精準(zhǔn)教研的“精”之所在;依據(jù)教學(xué)問題準(zhǔn)確制定教學(xué)干預(yù)措施、切實(shí)改進(jìn)課堂教學(xué)效果是體現(xiàn)精準(zhǔn)教研“準(zhǔn)”的關(guān)鍵所在。因此，未來精準(zhǔn)教研的發(fā)展，除在數(shù)據(jù)階段確?！熬迸c“準(zhǔn)”之外，還需要在教學(xué)干預(yù)設(shè)計(jì)、教學(xué)改進(jìn)策略上做到有據(jù)可依且準(zhǔn)確無誤。此外，未來精準(zhǔn)教研的發(fā)展還要統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集、處理、解釋和可視化等標(biāo)準(zhǔn)，在保護(hù)學(xué)生隱私、明確倫理準(zhǔn)則方面形成被廣泛認(rèn)可的規(guī)范。另一方面，精準(zhǔn)教研的有效實(shí)施需要教師具備高水平的教育研究能力、數(shù)據(jù)素養(yǎng)、教學(xué)調(diào)節(jié)能力和教育評(píng)價(jià)能力等?；诖?，未來有必要開展精準(zhǔn)教研服務(wù)與培訓(xùn)，形成智能課堂精準(zhǔn)教研范式與服務(wù)體系，支持有條件的師范類高校設(shè)立教育研究、教育測(cè)量等相關(guān)學(xué)科課程，培養(yǎng)未來教師的教育研究能力。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 中共中央國(guó)務(wù)院.關(guān)于全面深化新時(shí)代教師隊(duì)伍建設(shè)改革的意見[EB/0L].（2018-01-31）[2021-03-20].http：//www.gov.cn/zhengce/2018-01/31/content_5262659.htm.

[2] 胡小勇，林梓柔.精準(zhǔn)教研視域下的教師畫像研究[J].電化教育研究，2019，40（7）：84-91.

[3] 胡小勇，徐歡云.“互聯(lián)網(wǎng)+教研”形態(tài)研究：內(nèi)涵、特征與趨勢(shì)[J].電化教育研究，2020，41（2）：10-16，31.

[4] 胡軍哲.讓教研成為一線教師生存常態(tài)[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2010（3）：58-60.

[5] 鄭世忠，張德利.繼承與超越：從“網(wǎng)絡(luò)教研”到“‘互聯(lián)網(wǎng)+教研”[J].中小學(xué)教師培訓(xùn)，2016（10）：22-25.

[6] 胡小勇，曹宇星.面向“互聯(lián)網(wǎng)+”的教研模式與發(fā)展路徑研究[J].中國(guó)電化教育，2019（6）：80-85.

[7] 江波，高明，陳志翰，王小霞.基于行為序列的學(xué)習(xí)過程分析與學(xué)習(xí)效果預(yù)測(cè)[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2018（2）：103-112.

[8] 郭利明，楊現(xiàn)民，張瑤.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)教學(xué)五維支持服務(wù)框架設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究[J].電化教育研究，2021，42（4）：85-92.

[9] 王冬青，劉歡，邱美玲.智慧課堂教師行為數(shù)據(jù)的分析方法與應(yīng)用驗(yàn)證[J].中國(guó)電化教育，2020（5）：120-127.

[10] 李月，姜強(qiáng)，趙蔚.基于過程挖掘的在線自主學(xué)習(xí)行為模式識(shí)別及干預(yù)實(shí)證研究[J].電化教育研究，2021，42（5）：61-69.

[11] 楊鑫，解月光.智能時(shí)代課堂變革圖景：智慧課堂及其構(gòu)建策略[J].電化教育研究，2021，42（4）：12-17，52.

[12] 林崇德，楊治良，黃希庭.心理學(xué)大辭典[M].上海：上海教育出版社，2003：1437.

[13] 孫眾，呂愷悅，施智平，駱力明.TESTII框架：人工智能支持課堂教學(xué)分析的發(fā)展走向[J].電化教育研究，2021，42（2）：33-39，77.

[14] GORHAM J， ZAKAHI W R. A comparison of teacher and student perceptions of immediacy and learning： monitoring process and product[J]. Communication education，1990，39（4）：354-368.

[15] 張琪，武法提.學(xué)習(xí)分析中的生物數(shù)據(jù)表征——眼動(dòng)與多模態(tài)技術(shù)應(yīng)用前瞻[J].電化教育研究，2016，37（9）：76-81，109.

[16] 顧小清，王超.打開技術(shù)創(chuàng)新課堂教學(xué)的新窗：刻畫AIoT課堂應(yīng)用場(chǎng)景[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2021，33（2）：3-12.

[17] 汪維富，毛美娟.多模態(tài)學(xué)習(xí)分析：理解與評(píng)價(jià)真實(shí)學(xué)習(xí)的新路向[J].電化教育研究，2021，42（2）：25-32.

[18] JAMET E. An eye-tracking study of cueing effects in multimedia learning[J]. Computers in human behavior，2014，32（Mar.）：47-53.

[19] YANG F Y， CHANG C Y， CHIEN W R， et al. Tracking learners' visual attention during a multimedia presentation in a real classroom[J]. Computers & education，2013，62（Mar.）：208-220.

[20] MOLINA A I， REDONDO M A， LACAVE C， et al. Assessing the effectiveness of new devices for accessing learning materials： an empirical analysis based on eye tracking and learner subjective perception[J]. Computers in human behavior，2014，31（Feb.）：475-490.

[21] 穆肅，崔萌，黃曉地.全景透視多模態(tài)學(xué)習(xí)分析的數(shù)據(jù)整合方法[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2021，33（1）：26-37，48.

[22] MALMBERG J， JARVELA S， HOLAPPA J， et al. Going beyond what is visible： what multichannel data can reveal about interaction in the context of collaborative learning[J] Computers in human behavior，2018，96（Jul.）：235-245.

[23] 孫波，劉永娜，陳玖冰，羅繼鴻，張迪.智慧學(xué)習(xí)環(huán)境中基于面部表情的情感分析[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2015（2）：96-103.

[24] 李澤林，陳虹琴.人工智能對(duì)教學(xué)的解放與奴役——兼論教學(xué)發(fā)展的現(xiàn)代性危機(jī)[J].電化教育研究，2020，41（1）：115-121.

[25] 鐘薇，李若晨，馬曉玲，吳永和.學(xué)習(xí)分析技術(shù)發(fā)展趨向——多模態(tài)數(shù)據(jù)環(huán)境下的研究與探索[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2018（11）：41-49，79-80.

[26] LIU N H， CHIANG C Y， CHU H C. Recognizing the degree of human attention using EEG signals from mobile sensors[J]. Sensors，2013，13（8）：10273-10286.

[27] 韓麗，李洋，周子佳，宋沛軒.課堂環(huán)境中基于面部表情的教學(xué)效果分析[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2017（4）：97-103，112.

[28] WHITEHILL J， SERPELL Z， LIN Y C， et al. The faces of engagement： automatic recognition of student engagement from facial expressions[J]. IEEE transactions on affective computing，2014，5（1）：86-98.

[29] 曹曉明，張永和，潘萌，朱姍，閆海亮.人工智能視域下的學(xué)習(xí)參與度識(shí)別方法研究——基于一項(xiàng)多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的深度學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)分析[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2019，37（1）：32-44.

[30] 張俍，任友群.教師教育的智能變革何以可能：智能課堂及其意義[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2018（4）：15-21，33.

[31] 王陸，彭玏，李瑤，任藝.優(yōu)秀教師的實(shí)踐性知識(shí)特征——基于大數(shù)據(jù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)[J].課程·教材·教法，2019，39（2）：126-131.

[32] 張立山，馮碩，李亭亭.面向課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的形式化建模與智能計(jì)算[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2021，33（1）：13-25.

[33] 劉清堂，何皓怡，吳林靜，鄧偉，陳越，王洋，張妮.基于人工智能的課堂教學(xué)行為分析方法及其應(yīng)用[J].中國(guó)電化教育，2019（9）：13-21.

[34] KOZHEVNIKOV M， EVANS C， KOSSLYN S M. Cognitive style as environmentally sensitive individual differences in cognition： a modern synthesis and applications in education， business， and management[J]. Psychological science in the public interest，2014，15（1）：3-33.

[35] 宋宇，郝天永，劉葵.學(xué)習(xí)分析視角下培養(yǎng)高階思維的課堂互動(dòng)研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2020，30（7）：50-57.

[36] 李利，梁文潔，薛鋒.智慧教室環(huán)境中的課堂互動(dòng)教學(xué)現(xiàn)狀分析——基于小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)個(gè)案的研究[J].電化教育研究，2018，39（3）：115-121.

[37] 劉清堂，馮小妹，翟慧清，勞傳媛.學(xué)習(xí)分析支持下的課堂互動(dòng)工具設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018，28（12）：94-100.

[38] 王陸，彭玏，馬如霞，楊佳辰.大數(shù)據(jù)知識(shí)發(fā)現(xiàn)的教師成長(zhǎng)行為路徑[J].電化教育研究，2019，40（1）：95-103.

[39] 黃慕雄，林韓輝，羅永霞.基于大數(shù)據(jù)融合的多源多層教師專業(yè)發(fā)展分析模型構(gòu)建——以廣東省教師教育大數(shù)據(jù)智慧系統(tǒng)為例[J].電化教育研究，2021，42（5）：114-121.

[40] 周鵬生.教師非言語(yǔ)行為研究簡(jiǎn)論[M].北京：民族出版社，2006：153.

[41] 王顯槐.中學(xué)教學(xué)語(yǔ)言學(xué)[M].南昌：江西高校出版社，2001：28-31.