基于人機(jī)協(xié)同的開放教育教學(xué)分析框架構(gòu)建

劉鐵柱

基于人機(jī)協(xié)同的開放教育教學(xué)分析框架構(gòu)建

劉鐵柱

（寧波開放大學(xué) 教學(xué)中心，浙江 寧波 315016）

傳統(tǒng)的開放教育教學(xué)面臨資源短缺、評(píng)價(jià)困難、管理繁瑣、教學(xué)分析方法局限性大等問題。文章基于人機(jī)協(xié)同理念設(shè)計(jì)開放教育教學(xué)分析框架，人類教師與智能機(jī)器雙向賦能，為教學(xué)、評(píng)價(jià)和管理工作高效開展打開新局面。應(yīng)用該框架分析開放教育的一堂面授輔導(dǎo)課，通過機(jī)器視覺分析、自然語言處理和教師協(xié)同分析，突破開放教育教學(xué)分析瓶頸，提升開放教育課堂分析的效率，從而助推開放教育實(shí)現(xiàn)內(nèi)涵式發(fā)展。

人機(jī)協(xié)同；開放教育；教學(xué)分析；教育人工智能

黨的“十九大”報(bào)告中明確提出要“推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能深度發(fā)展”。[1]實(shí)際上，近年來一系列政策文件對(duì)構(gòu)建高質(zhì)量教育體系提出新要求?！秶鴦?wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)要構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系。教育部《關(guān)于實(shí)施全國中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0的意見》提出要打造信息化教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，有條件的學(xué)?？梢猿浞掷萌斯ぶ悄芗夹g(shù)成果助力提升校長、教師教育教學(xué)創(chuàng)新能力。人機(jī)協(xié)同視域下，已有研究立足教育大數(shù)據(jù)、人工智能和學(xué)習(xí)分析技術(shù)，應(yīng)用于教育教學(xué)全過程，為全日制教育賦能，非全日制教育成為被遺忘的角落。面對(duì)人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾，開放教育必須立足教育的公平與自由，滿足人們對(duì)繼續(xù)教育的訴求，重新認(rèn)識(shí)終身學(xué)習(xí)的積極意義。新技術(shù)為開放教育理論體系重構(gòu)和實(shí)踐模式變革提供動(dòng)力。

一、人機(jī)協(xié)同教學(xué)理論

（一）教育人工智能進(jìn)化路徑

教育人工智能（Artificial Intelligence in Education）是人工智能和教育相結(jié)合的交叉領(lǐng)域。[2]基于人工智能的課堂教學(xué)分析研究已經(jīng)進(jìn)入探索階段，比如利用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)學(xué)習(xí)的移動(dòng)學(xué)習(xí)同伴系統(tǒng)，利用機(jī)器推測(cè)學(xué)員個(gè)性特點(diǎn)，利用認(rèn)知與元認(rèn)知序列探究學(xué)生隱性知識(shí)掌握情況。但已有關(guān)于人工智能課堂分析理論和方法，仍處于弱人工智能階段，需要一段時(shí)間的進(jìn)化才有理想的智能效果。通常認(rèn)為的進(jìn)化路徑為全人工分析階段、弱人工智能階段、強(qiáng)人工智能階段，一直到超人工智能階段。[3]當(dāng)前的教學(xué)實(shí)踐中，沒有自主意識(shí)的人工智能正在逐步滲透學(xué)校教學(xué)活動(dòng)各方面，另一方面，整個(gè)學(xué)校教育運(yùn)行正逐步基于一個(gè)大的教育人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)上，教育人工智能逐步呈現(xiàn)“人機(jī)協(xié)同化”。[4]其中，課堂分析的量化和質(zhì)性分析都可以由機(jī)器完成，借助人工智能分析的結(jié)果，人類專家可以專注于提煉教學(xué)問題、改進(jìn)教學(xué)策略，再把這些數(shù)據(jù)返送給機(jī)器，達(dá)到人機(jī)協(xié)同分析的理想形態(tài)。

（二）人機(jī)協(xié)同結(jié)構(gòu)與教學(xué)分析

人機(jī)協(xié)同化作為教育人工智能發(fā)展形態(tài)之一，其結(jié)構(gòu)簡單來說可以分為三大部分：人、人機(jī)交互接口、計(jì)算機(jī)為代表的機(jī)器。[5]其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。其中，人通過觀察得到數(shù)據(jù)，再分析、推理、判斷得到結(jié)果，經(jīng)過人機(jī)交互接口傳輸給計(jì)算機(jī)。對(duì)計(jì)算機(jī)輸出的結(jié)果進(jìn)行再加工，對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估和決策。人機(jī)交互接口盡可能提供全面、透徹、靈活的信息，使得人與機(jī)器可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)話。計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)庫是概念、事實(shí)、狀態(tài)、假設(shè)、證據(jù)、目標(biāo)的集合。規(guī)則庫是因果關(guān)系或函數(shù)關(guān)系的集合。推理機(jī)則主要實(shí)現(xiàn)推理功能。在人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)中，人和計(jì)算機(jī)如何發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)呢？隨著人工智能的不斷發(fā)展，人機(jī)協(xié)同中的“機(jī)”已經(jīng)超出計(jì)算機(jī)的范疇，而是包括計(jì)算機(jī)在內(nèi)的智能感知、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等多種智能技術(shù)。

基于上述文獻(xiàn)梳理與分析，人機(jī)協(xié)同教學(xué)分析概念可以描述為“人類教師通過學(xué)習(xí)分析技術(shù)，結(jié)合機(jī)器，對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行全方位評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)化和自動(dòng)化的決策和管理，支持教師開展智能化的教育教學(xué)分析?！北狙芯啃〗M嘗試從開放教育教學(xué)實(shí)際問題出發(fā)，利用人機(jī)協(xié)同構(gòu)建人工智能背景下的人機(jī)協(xié)同教學(xué)分析框架，破解開放教育教學(xué)分析的難題。

圖1 人機(jī)協(xié)同結(jié)構(gòu)

二、開放教育教學(xué)與分析方法困境

（一）當(dāng)前開放教育教學(xué)困境

1. 資源短缺

開放教育在學(xué)科建設(shè)、專業(yè)建設(shè)、教育教學(xué)研究等方面存在諸多體制機(jī)制層面的障礙，資源投入有限，導(dǎo)致開放教育內(nèi)涵式發(fā)展遇到瓶頸。比如在學(xué)科建設(shè)方面尚處于起步階段，傳統(tǒng)學(xué)科基礎(chǔ)薄弱，對(duì)于成人教育學(xué)、遠(yuǎn)程教育學(xué)、社區(qū)教育學(xué)等需要大力扶持。[6]開放教育教學(xué)分析和研究一直處于弱勢(shì)地位，沒有良好的政策和制度環(huán)境，影響了開放教育的教學(xué)效果。

2. 評(píng)價(jià)困難

開放教育教學(xué)過程評(píng)價(jià)很大程度依賴于線上或線下的教學(xué)督導(dǎo)。但從實(shí)際工作看，教學(xué)督導(dǎo)缺乏科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)和大數(shù)據(jù)支持。一方面，督導(dǎo)組進(jìn)行的教學(xué)檢查未形成完整且具有可操作性的評(píng)價(jià)體系，線上線下標(biāo)準(zhǔn)不明確，督導(dǎo)不夠深入。另一方面，開放教育教師提供給管理部門的材料有限，數(shù)據(jù)量不足或數(shù)據(jù)不完整，評(píng)價(jià)結(jié)果沒有突出公平合理。還有管理繁瑣的問題。我國開放教育主要面向成人學(xué)員，先要解決學(xué)習(xí)時(shí)間與工作、休閑時(shí)間相沖突的問題，再要考慮到學(xué)員媒介素養(yǎng)、適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)方法和策略相比較全日制學(xué)生都相對(duì)薄弱，這給教學(xué)管理增加不小的難度。[7]盡管當(dāng)前引入了信息化管理平臺(tái)，輔助管理人員進(jìn)行教學(xué)管理，但平臺(tái)對(duì)學(xué)員的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)生心理、學(xué)習(xí)態(tài)度等指標(biāo)都未進(jìn)行有效感知和分析。開放教育教學(xué)分析需要引入先進(jìn)的方法策略。

（二）課堂教學(xué)分析的研究內(nèi)容

1. 課堂教學(xué)行為有效性

許多教學(xué)研究者和教育實(shí)踐者致力于降低能耗，提升教學(xué)效果的研究。如從關(guān)鍵因素分析、文化影響、參與者、教師指導(dǎo)等方面進(jìn)行課堂教學(xué)分析，[8]通過設(shè)計(jì)教學(xué)模型和挖掘教學(xué)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)有效的課程傳導(dǎo)策略，為課堂教學(xué)質(zhì)量提供保障。[9]

2. 課堂教學(xué)分析方法

最早的分析方法源于20世紀(jì)中期的課堂觀察法，后來依據(jù)“互動(dòng)過程分析”理論，產(chǎn)生了著名的弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)（FIAS），構(gòu)建了一套行為分析的編碼系統(tǒng)，按照一定的時(shí)間間隔來標(biāo)記和分析師生行為。

3. 課堂教學(xué)行為比較

著名的國際比較研究TIMSS項(xiàng)目錄制了美國、德國、日本、澳大利亞、瑞典等幾個(gè)國家的數(shù)學(xué)課堂視頻樣本，發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)成績好壞并不是因?yàn)檎n堂組織、技術(shù)手段等因素，而是與師生互動(dòng)、解決問題方式有著密切聯(lián)系，同時(shí)也表現(xiàn)出很強(qiáng)的文化特征。不同學(xué)科、不同教學(xué)行為間的比較研究也不斷開展。

表1 課堂交互分析方法綜述

4. 技術(shù)輔助的學(xué)習(xí)分析

學(xué)習(xí)分析技術(shù)被《地平線報(bào)告》稱為“未來教育技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)”，聚焦于在線學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)分析、學(xué)習(xí)預(yù)警數(shù)據(jù)分析、倫理隱私數(shù)據(jù)分析和資源推薦等。常用的課堂交互分析方法總結(jié)如下，見表1。以上四種分析方法的共同點(diǎn)是通過既定分類維度的數(shù)據(jù)采集和分析來探究課堂行為特征之間的聯(lián)系。

但是仍然存在一些問題：以上方法都是觀察者每隔一定時(shí)間采集一個(gè)樣本，將完整的課堂拆分成片段，在片段間可能遺漏關(guān)鍵的信息；依賴人工專家的分析編碼，且工作量大；缺少數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與意義理解的關(guān)系，僅作時(shí)間上的機(jī)械劃分而忽略每個(gè)語言交互和行為交互背后的情境信息。因此我們需要尋找更加科學(xué)、更加全面的教學(xué)分析方法來進(jìn)行研究。

三、基于人機(jī)協(xié)同理念的開放教育教學(xué)分析框架

（一）分析要素

1. 基于4MAT教學(xué)理論的分析要素

縱觀學(xué)習(xí)分析技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展歷程，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)，學(xué)習(xí)行為可視化，自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，社會(huì)與知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，跨學(xué)科合作探索和學(xué)習(xí)體驗(yàn)人性化等六個(gè)方向逐漸成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。結(jié)合開放教育教學(xué)分析的領(lǐng)域和特點(diǎn)，我們以面授輔導(dǎo)課為對(duì)象，聚焦于以下三個(gè)分析要素，深入挖掘理論的中心思想。

1972年麥克錫（McCarthy）主要以克爾伯有關(guān)人們感知信息和加工信息的方式有所不同的觀點(diǎn)為理論基礎(chǔ)，借鑒教育學(xué)、心理學(xué)、腦科學(xué)及管理學(xué)等領(lǐng)域的研究成果，首創(chuàng)了4MAT（Mode Application Techniques）教學(xué)模式，見圖2。該模式通過分析處理信息的方式（X軸從左到右代表從抽象到感性），以及處理完信息之后的響應(yīng)方式（Y軸從下到上代表從探究原因到關(guān)注行動(dòng)），刻畫老師的教學(xué)風(fēng)格和學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格。具體分成4種教學(xué)類型：概念抽象型、指引操作型、場(chǎng)景經(jīng)驗(yàn)型和原因探究型，以及8個(gè)教學(xué)階段：連接、關(guān)注、想象、告知、練習(xí)、擴(kuò)展、提煉、表現(xiàn)，它們形成一個(gè)完整的教學(xué)回路。其中，課堂教學(xué)風(fēng)格分布越均勻，表示對(duì)各類學(xué)生的兼顧越好。這為我們分析學(xué)生學(xué)習(xí)模式，輔助教師動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)策略提供理論依據(jù)。

2. 基于弗蘭德斯分析理論的分析要素

1970年，美國教育學(xué)家弗蘭德斯（Flanders）認(rèn)為課堂教學(xué)中，大約有三分之二的課堂時(shí)間要用來講話；語言行為是課堂中主要的教學(xué)行為，占所有教學(xué)行為的80%左右，因此評(píng)價(jià)一堂課的最佳方法是對(duì)課堂內(nèi)的師生語言行為進(jìn)行互動(dòng)分析。由此他提出一套該系統(tǒng)運(yùn)用一套代碼系統(tǒng)記錄在教室中師生互動(dòng)的重要事件以分析研究教學(xué)行為。作為經(jīng)典的課堂行為分析理論，我們將它列入分析框架當(dāng)中。

圖2 4MAT教學(xué)模式示意圖

3. 基于知識(shí)圖譜分析理論的分析要素

知識(shí)圖譜（Knowledge Graph/Vault）能把復(fù)雜的知識(shí)領(lǐng)域通過數(shù)據(jù)挖掘、信息處理、知識(shí)計(jì)量和圖形繪制而顯示出來。知識(shí)圖譜能為學(xué)科研究提供切實(shí)的、有價(jià)值的參考。

（二）分析維度

我們綜合了三大分析要素的特點(diǎn)，采用4MAT理論對(duì)教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格的凝練深刻分析，利用弗蘭德斯互動(dòng)分析方法的改良版對(duì)師生互動(dòng)特征和質(zhì)量進(jìn)行分析，使用知識(shí)圖譜方法對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)和關(guān)系刻畫課堂知識(shí)覆蓋范圍，重點(diǎn)關(guān)注教學(xué)中的以下重要特征：教師語速、教師語言凝練度、教師情緒、提問的想象力、教學(xué)風(fēng)格強(qiáng)烈程度、教師情緒飽滿度、課程主題路徑和概念拓展建議等。在此列舉7個(gè)分析維度，如表2所示。教師需要兼顧學(xué)生知識(shí)技能學(xué)習(xí)和情感變化、心理狀態(tài)、價(jià)值取向等因素，多維度、多模態(tài)的數(shù)據(jù)更有利于人機(jī)協(xié)同教學(xué)分析。

（三）教學(xué)分析框架

本研究綜合上述教學(xué)分析要素和分析維度基礎(chǔ)上，構(gòu)建基于人機(jī)協(xié)同的開放教育教學(xué)分析框架，如圖3所示。充分發(fā)揮機(jī)器的計(jì)算速度快、存儲(chǔ)量大、信息處理能力強(qiáng)的特點(diǎn)，批量準(zhǔn)確采集開放教育課堂中教師和學(xué)生數(shù)據(jù)，然后快速精準(zhǔn)地分析數(shù)據(jù)。機(jī)器的知識(shí)庫具有很大的靈活性，可以采用關(guān)聯(lián)規(guī)則等機(jī)器學(xué)習(xí)算法推薦教學(xué)資源。一方面，學(xué)生利用智能機(jī)器反饋回來的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確定位知識(shí)薄弱點(diǎn)，利于開展針對(duì)性學(xué)習(xí)；另一方面，人類教師發(fā)揮自身的優(yōu)勢(shì)，在機(jī)器分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行成果歸因、教學(xué)診斷和教學(xué)干預(yù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)檢測(cè)、聯(lián)想、推理等，進(jìn)行最終的教學(xué)決策。在這樣的智能學(xué)習(xí)環(huán)境中，人機(jī)協(xié)同開展教學(xué)分析，隨時(shí)調(diào)整教師的課堂教學(xué)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)。實(shí)際運(yùn)行流程如下：智能機(jī)器根據(jù)實(shí)時(shí)教學(xué)影像，分析教師教學(xué)風(fēng)格特點(diǎn)和講授的情緒傾向，教師可以利用一手?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)整自己講課節(jié)奏以及情緒情感，并通過師生互動(dòng)地分析數(shù)據(jù)，隨時(shí)調(diào)整互動(dòng)模式，選擇適合學(xué)生智力水平的問題進(jìn)行提問，采用“旁征博引”和“深入淺出”的語言吸引學(xué)生參與其中。相比較傳統(tǒng)開放教育教學(xué)分析方法，該教學(xué)分析框架能夠利用教育人工智能優(yōu)勢(shì)加強(qiáng)教師對(duì)課堂教學(xué)的認(rèn)知評(píng)價(jià)，強(qiáng)化人機(jī)協(xié)同循環(huán)，依托教育大數(shù)據(jù)平臺(tái)，幫助教師從多個(gè)維度分析課堂教學(xué)、改進(jìn)教學(xué)，也能夠給予成人學(xué)生及時(shí)、有效的學(xué)習(xí)反饋。有希望解決開放教育教學(xué)分析層次較低、教學(xué)研究環(huán)境落后的問題。

表2 課堂分析維度舉例

圖3 教學(xué)分析框架

開放教育的管理人員可以利用該框架對(duì)教師進(jìn)行評(píng)價(jià)，確保數(shù)據(jù)的公正客觀，有希望解決教學(xué)評(píng)價(jià)體系不完善、開放教學(xué)數(shù)據(jù)有限的問題。此外，對(duì)于成人學(xué)習(xí)者管理難度大、課程管理平臺(tái)功能限制等問題，也可以學(xué)習(xí)和吸收人機(jī)協(xié)同的教學(xué)理念，加強(qiáng)學(xué)習(xí)者的學(xué)情分析，提供個(gè)性化的教學(xué)指導(dǎo)，完善課程管理平臺(tái)的功能，提供更加優(yōu)質(zhì)的管理服務(wù)。

四、人機(jī)協(xié)同的開放教育應(yīng)用

（一）分析對(duì)象

研究選用某城市開放大學(xué)開放教育輔警學(xué)歷提升項(xiàng)目行政管理專業(yè)（?？疲┑囊婚T選修課《辦公自動(dòng)化》。該課程講解辦公軟件Office的高級(jí)應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)知識(shí)性和系統(tǒng)性的同時(shí)，更強(qiáng)調(diào)實(shí)用性和操作性。選修該課程前要求學(xué)員已經(jīng)學(xué)習(xí)了《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》課程，進(jìn)一步學(xué)習(xí)Office辦公軟件的高級(jí)功能，了解它們的深層次知識(shí)、掌握它們的高級(jí)技能，提高辦公軟件的實(shí)際操作能力。課程的主要內(nèi)容為Word高級(jí)應(yīng)用（版面設(shè)計(jì)、內(nèi)容編排、域與修訂），Excel高級(jí)應(yīng)用（函數(shù)與公式、數(shù)據(jù)管理與分析），PowerPoint高級(jí)應(yīng)用（演示文稿高級(jí)應(yīng)用）。課程采用線上線下相結(jié)合的授課方式，線上發(fā)布教案、操作視頻以及每個(gè)章節(jié)的作業(yè)，線下突出知識(shí)點(diǎn)講授和答疑。

此次重點(diǎn)分析的課例是“Word高級(jí)應(yīng)用”中“版面設(shè)計(jì)”章節(jié)下的“頁面設(shè)置”，采用面授輔導(dǎo)課的形式，單節(jié)時(shí)長為45分鐘。我們對(duì)這次課全程錄像，并導(dǎo)入人機(jī)協(xié)同分析系統(tǒng)，進(jìn)行教學(xué)分析。

（二）分析結(jié)果

基于人機(jī)協(xié)同分析框架的課例分析，我們首先對(duì)課堂視頻中的教學(xué)場(chǎng)景分類，再智能分析課堂師生的行為和語言，得出教師講授基本情況、學(xué)生聽講情況、授課特征、課堂交互質(zhì)量以及課堂小結(jié)五部分的分析結(jié)果，下面依次對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行描述。

1. 教師授課基本情況

本次課教師大約講授3245個(gè)字，平均語速是256字每分鐘，央視播音員的語速約為300字每分鐘。本堂課教師授課凝練度為2243.55 bits/分鐘。我們認(rèn)為教師授課語速及凝練度，會(huì)影響學(xué)生理解教師課堂講授的情況。凝練度數(shù)值越大表示越凝練，參考范圍在2000-2500 bits/分鐘。教師常用口頭禪為“所以”（42次）、“然后”（30次）、“還有”（24次），因?yàn)椴蛔杂X使用，會(huì)影響教學(xué)效率甚至無意識(shí)影響學(xué)生聽講，所以建議有意識(shí)地減少口頭禪。另外，老師用于維持課堂秩序的話語次數(shù)為5，該指標(biāo)反映了老師進(jìn)行課堂整頓和管控的程度，可見這堂課上教師沒有把精力放在維持課堂秩序上，即課堂秩序良好。

4MAT分析結(jié)果顯示，本課堂側(cè)重于發(fā)展概念和技能，偏向概念具象方式的教學(xué)。教學(xué)風(fēng)格強(qiáng)烈程度為：0.09（參考范圍：0-0.25），表明教師比較好地兼顧了各類學(xué)生。此外，教師情感飽滿程度和教師積極話語次數(shù)會(huì)直接影響學(xué)生課堂的投入程度，本節(jié)課情感飽滿程度為0.2（數(shù)值越大越飽滿），積極話語次數(shù)39次，情感變化程度0.12（數(shù)值越大表示變化越強(qiáng)烈）。

2. 學(xué)生聽講情況

學(xué)生發(fā)言主題是學(xué)生課堂知識(shí)興奮點(diǎn)或教師引導(dǎo)的學(xué)生關(guān)注點(diǎn)，學(xué)生發(fā)言時(shí)長則反映了教師推動(dòng)互動(dòng)的結(jié)果。如果分布集中在較短或較長，教師需通過教學(xué)意圖來判斷是否未達(dá)預(yù)期，可以檢查課堂交互質(zhì)量類數(shù)據(jù)和課堂類型來綜合分析原因。本堂課學(xué)生發(fā)言總時(shí)長5分30秒，全部發(fā)言學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格在4MAT各個(gè)象限都有分布，表面本堂課學(xué)生多樣性得以發(fā)展。再來看學(xué)生的語言情感：正向44秒，中性4分30秒，負(fù)極16秒，學(xué)生情感如果過多偏于負(fù)面，則需檢查原因。

3. 授課特征

首先我們關(guān)注課程設(shè)計(jì)，若何、為何、是何、如何的分布情況，反映了教師在課程設(shè)計(jì)上對(duì)場(chǎng)景設(shè)置、原因探索引導(dǎo)、概念抽象概括、和方式方法操作的總體設(shè)計(jì)。若何（what if）批判問題，為何（why）探究原因，是何（what、who、where、when）傾向概念描述，如何（how）指向如何做、怎樣做。本堂課四項(xiàng)得分為若何51，為何33，是何47，如何19。另一方面關(guān)注授課是否深入淺出，結(jié)果深入淺出得分0.1（數(shù)值越大越好，參考《詩經(jīng)》的深入淺出分0.11），語言可理解程度為0.9（數(shù)值越大越好，參考一般白話文的可理解程度為0.835），還有進(jìn)步空間。關(guān)于課堂想象力，也就是創(chuàng)設(shè)思維場(chǎng)景的指標(biāo)，數(shù)值越大表示思維越發(fā)散，用語越有想象力，本次課得分為0.15，作為參考，《三體》的發(fā)散值為0.198。

我們以左右腦激活理論為基礎(chǔ)，分析教師授課過程中對(duì)學(xué)生左右腦激活情況。人的左腦主要負(fù)責(zé)邏輯思維、數(shù)學(xué)和語言能力，具有連續(xù)性、延續(xù)性和分析性的特點(diǎn)；右腦負(fù)責(zé)形象思維、藝術(shù)和創(chuàng)造力，具有無序性、跳躍性、直覺性的特點(diǎn)。本堂課激活左腦時(shí)長3分20秒，激活右腦時(shí)長1分40秒，左右腦比例剛好2.0，所以本次課以左腦激發(fā)為主。最后本次課的教師行為占有率在0.5附近，且?guī)熒袨檗D(zhuǎn)換不多，屬于混合型課堂。

4. 課堂交互質(zhì)量

圖4 課堂知識(shí)圖譜

表3 課堂交互質(zhì)量表

我們首先來看S-T曲線，也就是師生互動(dòng)曲線。沿橫軸方向的線段代表老師在講話，沿縱軸方向的線段代表學(xué)生在講話。當(dāng)曲線偏向橫軸時(shí)，表示老師活動(dòng)占多數(shù)；而當(dāng)曲線偏向縱軸時(shí)，學(xué)生活動(dòng)占多數(shù)。當(dāng)某段曲線整體平行于45度線時(shí)，表示在此段時(shí)間內(nèi)老師學(xué)生互動(dòng)充分。本堂課的師生互動(dòng)情況如表3中的第一張圖所示，課堂的前四分之一部分和中間教師講授占比高，其余部分學(xué)生參與比較好。弗蘭德斯互動(dòng)分析雷達(dá)圖如表3中第二張圖所示，從七個(gè)維度來分析課堂互動(dòng)質(zhì)量，它們分別是教師發(fā)問、學(xué)生發(fā)問、教學(xué)話題、教師話題互動(dòng)穩(wěn)定、學(xué)生話題穩(wěn)定、教學(xué)與管控比以及啟發(fā)性，雷達(dá)圖藍(lán)色覆蓋面積越大越好，而激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與課堂的分值達(dá)到了8.29%，啟發(fā)性達(dá)到0.27，都在參考范圍里面。當(dāng)然，師生交互質(zhì)量還有許多可以參考的指標(biāo)，如教師反應(yīng)比例、學(xué)生反應(yīng)比例、課堂安靜及混亂百分比等，這些在矩陣分析表中都能體現(xiàn)，在此不另加描述。

5. 知識(shí)圖譜分析

整理課堂知識(shí)圖譜，包含本堂課的知識(shí)內(nèi)容呈現(xiàn)以及建議的知識(shí)內(nèi)容拓展部分，如圖4所示。最終的報(bào)告還提供分時(shí)段的知識(shí)圖譜，給教師設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)提供更多選擇。

6. 教學(xué)診斷和評(píng)價(jià)

依據(jù)機(jī)器返回的數(shù)據(jù)，人類教師從以下幾個(gè)方面對(duì)課例進(jìn)行診斷和評(píng)價(jià)。

第一，語言，教師的語速偏快，語言凝練度適中，教師語言易于理解。教師可以適度降低語速，有意識(shí)地減少口頭禪，使學(xué)生跟得上老師的思路，更好地理解上課內(nèi)容；第二，課堂管控和學(xué)生激勵(lì)，教師對(duì)課堂管控稍顯頻繁，課堂總體引導(dǎo)積極，情感飽滿程度良好。在課堂秩序良好的班級(jí)中，教師對(duì)課堂管控可以適當(dāng)寬松；第三，思維激發(fā)：教師已經(jīng)能夠有意識(shí)地創(chuàng)設(shè)問題來激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考的能力。但是本堂課的教學(xué)內(nèi)容對(duì)左腦刺激比較顯著，需要對(duì)右腦使用習(xí)慣的學(xué)生加強(qiáng)兼顧，比如，教師可以參考知識(shí)圖譜中的知識(shí)內(nèi)容拓展，展開相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的深入講解，進(jìn)一步提高想象力，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生右腦刺激；第四，課堂互動(dòng)，教學(xué)話題、學(xué)生發(fā)問、教師發(fā)問、學(xué)生話題的數(shù)據(jù)反饋來看比較穩(wěn)定。課堂提問啟發(fā)性較好，教師話題互動(dòng)穩(wěn)定，教學(xué)管控做得比較緊，可以使課堂氣氛逐漸寬松，引導(dǎo)學(xué)生清晰完整地表達(dá)自我；第五，教學(xué)風(fēng)格，教師的教學(xué)風(fēng)格兼容并蓄，能夠很好地兼顧不同風(fēng)格的學(xué)生，受到學(xué)生的喜愛。

五、總結(jié)

隨著人機(jī)協(xié)同理論在教育領(lǐng)域不斷深入，人工智能與教育教學(xué)深度融合的趨勢(shì)愈發(fā)顯著。[10]開放教育作為“服務(wù)全民終身學(xué)習(xí)的教育體系”的重要部分，是實(shí)現(xiàn)人的全面發(fā)展的有效途徑，不應(yīng)該被遺忘。新形勢(shì)下，開放教育教學(xué)分析方式也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變。在協(xié)同分析與評(píng)價(jià)方面，改變?cè)卸綄?dǎo)組傳統(tǒng)的分析與評(píng)價(jià)方式方法，同時(shí)借助大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全方位的課堂呈現(xiàn)，更加公正、客觀、科學(xué)地實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)價(jià)。本文選用一堂線下輔導(dǎo)課進(jìn)行分析，有其局限性；開放教育教學(xué)內(nèi)容豐富，僅僅用一堂理工類的選修課作為案例也是不夠的。未來需試驗(yàn)其他教學(xué)形式的課堂和多學(xué)科的教學(xué)案例，充分發(fā)揮人機(jī)協(xié)同教育教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，為提升開放教育教學(xué)質(zhì)量助力。

［1］ 中華人民共和國國家互聯(lián)網(wǎng)信息辦公室.加快推進(jìn)大數(shù)據(jù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合[EB/OL]. (2019-06-21) http://www.cac.gov.cn/2019-06/21/c_1124651748.htm.

［2］ 詹國輝, 劉濤, 戴芬園. 人工智能驅(qū)動(dòng)的高校智慧教學(xué)空間融合研究[J]. 寧波大學(xué)學(xué)報(bào): 教育科學(xué)版, 2022, 44(3): 66-74.

［3］ 孫眾, 呂愷悅, 駱力明,等. 基于人工智能的課堂教學(xué)分析[J]. 中國電化教育, 2020(10): 15-23.

［4］ 吳茵荷, 蔡連玉, 周躍良. 教育的人機(jī)協(xié)同化與未來教師核心素養(yǎng)——基于智能結(jié)構(gòu)三維模型的分析[J]. 電化教育研究, 2021, 42(9): 27-34.

［5］ 劉步青. 人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)的哲學(xué)研究[M]. 北京: 光明日?qǐng)?bào)出版社, 2018: 55-57．

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［7］ 王雪菲. 現(xiàn)代成人遠(yuǎn)程開放教育的挑戰(zhàn)與對(duì)策[J]. 中國成人教育, 2016(22): 22-24.

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A Case Study of Constructing Open Education and Teaching Analysis Framework on Human-Machine Cooperation

LIU Tie-zhu

（Teaching Center, Ningbo Open University, Ningbo 315016, China）

Traditional open education and teaching faces challenges in resources, evaluation, cumbersome management, and teaching analysis. This study designed an open education and teaching analysis framework on the concept of human-machine collaboration, which interactively empowers human teachers and intelligent machines and opens up new horizons for efficient instruction, evaluation and management. It thus analyzed a face-to-face tutorial class in open education, through machine-aided vision analysis, natural language processing and teachers collaborative analysis, so as to break through the bottlenecks of open education and teaching analysis and improve the efficiency of open classroom analysis. This will be helpful to achieve open education’s connotative development.

Human-machine collaboration; open education; teaching analysis; educational artificial intelligence

G724.82

A

1008-0627（2023）01-0050-09

全國教育科學(xué)規(guī)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的精準(zhǔn)教學(xué)模型建構(gòu)及其實(shí)證研究”（DCA160262）；浙江省高等教育學(xué)會(huì)重點(diǎn)項(xiàng)目“浙江高校教師數(shù)字化轉(zhuǎn)型勝任力研究”（KT2022044）；寧波市教育科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目“基于混合式教學(xué)模式的成人智慧學(xué)習(xí)空間建構(gòu)研究”（2022YGH038）

劉鐵柱（1988-），男，浙江寧波人，講師，研究方向：開放教育、現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育。E-mail：liucraft@qq.com

（責(zé)任編輯 趙 蔚）