智慧課堂教學(xué)交互事理圖譜的構(gòu)建與實(shí)證：融合知識(shí)與事理邏輯

詹澤慧 李通德 鄒萱萱 李梁

[摘? ?要] 事理圖譜以其動(dòng)態(tài)化知識(shí)表征和自動(dòng)推理等優(yōu)勢(shì)逐漸進(jìn)入教育研究視野?；谑吕韴D譜的智慧課堂教學(xué)交互分析有利于教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施的中微觀改善以及學(xué)生認(rèn)知發(fā)展過(guò)程的細(xì)粒度探析。在綜述智慧課堂教學(xué)行為交互分析的基礎(chǔ)上，討論了事理圖譜的教育應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)，提出融合知識(shí)與事理邏輯的智慧課堂教學(xué)交互TSM事理圖譜構(gòu)建方法，并在廣東省某實(shí)驗(yàn)學(xué)校開(kāi)展實(shí)證研究。以一節(jié)高中物理智慧課堂為例，分析了教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施的一致性、教學(xué)要素貢獻(xiàn)度、技術(shù)工具豐富度以及知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)行為耦合下的認(rèn)知水平發(fā)展。研究驗(yàn)證了事理圖譜應(yīng)用于智慧課堂教學(xué)的可行性以及融合知識(shí)與事理邏輯分析的必要性；通過(guò)對(duì)模型和實(shí)證進(jìn)行反思，對(duì)應(yīng)用事理圖譜精準(zhǔn)化提升智慧課堂教與學(xué)的潛在價(jià)值提出展望。

[關(guān)鍵詞] 事理圖譜； 教學(xué)事件； 智慧課堂； 教學(xué)交互； 知識(shí)與事理邏輯

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

[作者簡(jiǎn)介] 詹澤慧（1983—），女，廣東廣州人。教授，博士，主要從事學(xué)習(xí)科學(xué)與智慧教育、跨學(xué)科與創(chuàng)新教育研究。Email：zhanzehui@m.scnu.edu.cn。

一、引? ?言

智慧課堂是新興技術(shù)賦能教育的主要陣地。物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)應(yīng)用于智慧課堂逐漸常態(tài)化，為構(gòu)建個(gè)性化、精準(zhǔn)化、多模態(tài)的“教、學(xué)、管、評(píng)、測(cè)”智慧教育生態(tài)奠定基礎(chǔ)[1]。但另一方面，智慧課堂中的場(chǎng)景、資源、終端、工具等要素日益豐富，使得課堂中多元主體的交互行為更加復(fù)雜[2]?，F(xiàn)有智慧課堂教學(xué)的研究主要針對(duì)師生交互行為進(jìn)行分析，而面向師生學(xué)習(xí)內(nèi)容的深層交互特征提取卻沒(méi)有得到足夠的重視，難以對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施進(jìn)行細(xì)粒度的一致性效驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的知識(shí)習(xí)得、認(rèn)知發(fā)展過(guò)程的中微觀細(xì)節(jié)表征也力有不逮。因此，需要依托適切的分析工具、構(gòu)建合理的分析邏輯，方能有效地助力課堂教學(xué)[3-4]。

近年來(lái)，事理圖譜作為理解認(rèn)知智能發(fā)生的一種技術(shù)手段，在事件知識(shí)豐富的金融、情報(bào)、醫(yī)療等領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大影響。與知識(shí)圖譜相比，事理圖譜在事件的動(dòng)態(tài)表征及對(duì)未來(lái)事件發(fā)生的概率預(yù)測(cè)上獨(dú)具優(yōu)勢(shì)[5]。以事件為中心的表征邏輯，可呈現(xiàn)特定教學(xué)模式特征與主體行為序列之間的關(guān)系，有效描述智慧課堂中發(fā)生的教學(xué)行為和學(xué)習(xí)行為之間的事理邏輯，凸顯課堂中有潛在分析價(jià)值的事件關(guān)聯(lián)，挖掘課堂教學(xué)的規(guī)律，為理解課堂教學(xué)行為、促進(jìn)教師專(zhuān)業(yè)化發(fā)展和學(xué)習(xí)者認(rèn)知水平發(fā)展提供支持[6]。本研究嘗試將事理圖譜應(yīng)用于智慧課堂的多元主體交互行為分析，希望能揭示“教師—學(xué)生—教學(xué)媒體”多元交互下潛在的教學(xué)規(guī)律，為智慧課堂教學(xué)分析開(kāi)拓新的研究視野。

二、文獻(xiàn)綜述

（一）智慧課堂教學(xué)行為交互分析

近年來(lái)，學(xué)界對(duì)智慧課堂交互主體的認(rèn)識(shí)日漸明晰[7-8]，而對(duì)于交互行為的分析卻尚未有普適的方法。為了合理呈現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中的關(guān)鍵序列和行為關(guān)聯(lián)，滯后序列分析法（Lag Sequential Analysis，LSA）被進(jìn)一步應(yīng)用于課堂交互行為分析中，其多用于挖掘交互行為之間的順序關(guān)系及行為序列的顯著性分析，并依據(jù)研究結(jié)果指導(dǎo)智慧課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施[9-10]。滯后序列分析的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)教學(xué)行為的時(shí)序和因果關(guān)系分析，探索隱性的關(guān)鍵行為序列與關(guān)系結(jié)構(gòu)[4，11-12]。目前，針對(duì)智慧課堂的教學(xué)分析以ITIAS結(jié)合滯后序列分析方法為主流。ITIAS提供教學(xué)行為分類(lèi)指標(biāo)，研究者結(jié)合具體研究目的補(bǔ)充完善ITIAS指標(biāo)后再加以應(yīng)用[13-14]。除此之外，改進(jìn)型S-T分析法[15]、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法[6]、課堂教學(xué)行為云分析法[16]、基于人工智能技術(shù)自動(dòng)標(biāo)注分析方法[17]等也在智慧課堂交互行為分析中得以應(yīng)用。這些方法各有千秋，但整體而言，大多是以師生技之間的交互作為分析的邏輯主線(xiàn)，卻忽視了生成性的知識(shí)脈絡(luò)和學(xué)習(xí)過(guò)程的事理邏輯，而事理圖譜恰好有助于彌補(bǔ)這些缺陷。

（二）事理圖譜及其教育應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

事理圖譜是一種以事件為中心，用來(lái)描述事件信息以及事件之間各種關(guān)系的圖譜[18]。與知識(shí)圖譜使用實(shí)體及實(shí)體之間的關(guān)系來(lái)理解世界的邏輯相比，事理圖譜關(guān)注的重點(diǎn)落腳于事件及事件關(guān)系，并認(rèn)為事件是人們理解世界、記憶世界、與世界交互的基本單位。人類(lèi)的命題記憶是以“事件”為存儲(chǔ)單位的，存儲(chǔ)的是組成事件的概念及其之間的關(guān)系[19]，可表征在某個(gè)特定的時(shí)間和地點(diǎn)，多個(gè)相關(guān)角色參與的一件事情或者一組事情[20]。事件所帶來(lái)的信息要比實(shí)體更加豐富，更能生動(dòng)地描述人與客觀世界的交互過(guò)程，也更有助于理解和刻畫(huà)人們認(rèn)識(shí)世界的過(guò)程。

在實(shí)際應(yīng)用中，事理圖譜用于描述事件之間的順承、因果等關(guān)系邏輯，以揭示真實(shí)世界事件的發(fā)展邏輯和演化規(guī)律[21]。結(jié)構(gòu)上，事理圖譜是一個(gè)有向循環(huán)圖，其中，節(jié)點(diǎn)代表事件，有向邊代表事件之間的順承、因果、條件和上下位等事理邏輯關(guān)系[5]。目前，與事理圖譜有關(guān)的事件抽取、事件關(guān)系推斷、事件預(yù)測(cè)等技術(shù)及包含的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)等各類(lèi)算法逐步成熟[22]，在智能問(wèn)答、未來(lái)事件預(yù)測(cè)、決策支持、精準(zhǔn)營(yíng)銷(xiāo)等方面得到一定應(yīng)用[23]，也逐漸引起教育領(lǐng)域?qū)W者們的關(guān)注。

將事理圖譜應(yīng)用于學(xué)習(xí)分析，以事件表征學(xué)習(xí)行為，利用事理圖譜的自動(dòng)化識(shí)別與分析技術(shù)，描述事件發(fā)生的詳細(xì)過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)行為的微觀精確分析。學(xué)習(xí)的發(fā)生通常伴隨著知識(shí)結(jié)構(gòu)的生成，因此，在利用事理圖譜進(jìn)行學(xué)習(xí)分析時(shí)，可考慮融入知識(shí)邏輯，以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容分析與學(xué)習(xí)行為分析的統(tǒng)一，獲得的分析結(jié)果更能精準(zhǔn)描繪學(xué)習(xí)者的知識(shí)建構(gòu)過(guò)程[24]。另外，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程是自身知識(shí)結(jié)構(gòu)與思維結(jié)構(gòu)共同發(fā)展的過(guò)程，清楚描述學(xué)習(xí)者對(duì)于知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程，也即清楚描述了學(xué)習(xí)者思維結(jié)構(gòu)的發(fā)展過(guò)程[25]。例如，Shen等為探究學(xué)習(xí)者計(jì)算思維的發(fā)展過(guò)程，構(gòu)建了詳細(xì)的學(xué)生學(xué)習(xí)行為分類(lèi)體系。這種方式將具體的知識(shí)放置在事件的具體表征中，有效描述了計(jì)算思維的作用過(guò)程[26]。

（三）事理圖譜在教育領(lǐng)域的應(yīng)用挑戰(zhàn)

事理圖譜應(yīng)用于教育領(lǐng)域主要面臨著兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)：（1）用于圖譜構(gòu)建的教育領(lǐng)域語(yǔ)料庫(kù)匱乏。語(yǔ)料庫(kù)是構(gòu)建事理圖譜的基礎(chǔ)，是進(jìn)行領(lǐng)域事件抽取和事件演化關(guān)系挖掘的前提[27]。雖然，教育領(lǐng)域已積累了龐大的數(shù)字化資源，但類(lèi)似教材、教案、試題集、開(kāi)放課程庫(kù)等非結(jié)構(gòu)化資源并不能直接應(yīng)用于教育事理圖譜構(gòu)建。從非結(jié)構(gòu)化資源中抽取有用的事件信息是繁雜、任務(wù)量巨大且易出現(xiàn)錯(cuò)誤的工作。另外，已有的通用領(lǐng)域數(shù)據(jù)集也甚少與教育領(lǐng)域相關(guān)。目前，僅有FewEvent數(shù)據(jù)集中出現(xiàn)教育領(lǐng)域的事件類(lèi)型，但也主要集中于人口統(tǒng)計(jì)類(lèi)事件[28]，粒度欠精細(xì)且缺乏課堂教學(xué)情境的適用性。這在很大程度上制約了教育事理圖譜現(xiàn)階段的應(yīng)用和推廣，難以大規(guī)模支持教學(xué)事件和教育決策事件的有效抽取和分析。（2）教學(xué)事件抽取任務(wù)精度較低，事件間關(guān)系隱蔽，提取困難。作為事理圖譜的節(jié)點(diǎn)，事件抽取的精度直接影響著圖譜構(gòu)建的效果。對(duì)于教學(xué)事件來(lái)說(shuō)，由于自然語(yǔ)言的表達(dá)具有靈活性和歧義性，且教學(xué)過(guò)程中語(yǔ)言表達(dá)簡(jiǎn)短但重復(fù)度高，甚至?xí)霈F(xiàn)省略、反復(fù)、混雜等情況，這給從非結(jié)構(gòu)化文本中準(zhǔn)確抽取教學(xué)事件和關(guān)系增加了困難。

然而，若僅僅依據(jù)知識(shí)點(diǎn)分解并與課件和題庫(kù)關(guān)聯(lián)的方式、基于知識(shí)圖譜來(lái)表征和組織教學(xué)活動(dòng)、學(xué)習(xí)資源等各實(shí)體之間的關(guān)系，則會(huì)丟失大量的學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)；不能完整捕捉課堂事件時(shí)序，難以揭示課堂教學(xué)活動(dòng)的模式和趨勢(shì)；不利于生成學(xué)生的全面畫(huà)像，難以達(dá)成個(gè)性化教學(xué)的目的。基于此，本研究將事理圖譜應(yīng)用于智慧課堂教學(xué)交互分析，利用事理圖譜詳細(xì)呈現(xiàn)生成性的知識(shí)脈絡(luò)和學(xué)習(xí)過(guò)程的事理邏輯，聚焦“師—生—技”多元交互，對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施進(jìn)行細(xì)粒度的一致性效驗(yàn)，并通過(guò)構(gòu)建指標(biāo)對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程、學(xué)生的知識(shí)習(xí)得過(guò)程等進(jìn)行中微觀分析，探索智慧課堂中的教學(xué)交互規(guī)律，從而幫助教師有效反思并改進(jìn)教學(xué)。

三、智慧課堂教學(xué)交互TSM事理圖譜的構(gòu)建方法

（一）教學(xué)事理圖譜構(gòu)建流程

類(lèi)比“事件”定義，可將“教學(xué)事件”界定為在特定教學(xué)環(huán)境中由學(xué)生和教師共同參與的最小過(guò)程單元，通常表現(xiàn)為教學(xué)或?qū)W習(xí)的一個(gè)動(dòng)作。有別于其他事件，教學(xué)事件的產(chǎn)生必然伴隨著具體的知識(shí)習(xí)得、理解或應(yīng)用過(guò)程。教學(xué)事件的事理圖譜構(gòu)建流程如圖1所示，包括教學(xué)事件本體構(gòu)建、教學(xué)事件抽取以及事件間關(guān)系抽取三部分。其中，教學(xué)事件本體構(gòu)建包括教學(xué)事件分類(lèi)、事件表示模型，是事理圖譜的底層邏輯。教學(xué)事件抽取則是事理圖譜構(gòu)建的關(guān)鍵，包括事件類(lèi)型識(shí)別、事件元素識(shí)別和事件泛化等步驟。事件關(guān)系抽取研究的是事件的外部聯(lián)系，描述了事件的演變過(guò)程，抽取事件之間的關(guān)系可以在宏觀層面把握事件發(fā)展的邏輯，揭示事件的演變邏輯[29]。

依據(jù)以上流程獲取到教學(xué)事件具體實(shí)例及其關(guān)系后，便可以教學(xué)事件為節(jié)點(diǎn)，教學(xué)事件組成元素為屬性，教學(xué)事件關(guān)系為邊，構(gòu)建教學(xué)事理圖譜，并使用圖數(shù)據(jù)庫(kù)Neo4j對(duì)事理圖譜進(jìn)行存儲(chǔ)與顯示。

（二）智慧課堂教學(xué)事件本體

本研究重點(diǎn)關(guān)注教學(xué)系統(tǒng)中的教育者（T）、受教育者（S）、教學(xué)媒體（M）三項(xiàng)主體以及主體之間的互動(dòng)關(guān)系，如師生交互、生生交互、教師與媒體交互、學(xué)生與媒體交互。參考以往研究的課堂教學(xué)要素，確定了四個(gè)類(lèi)別的25種行為編碼，構(gòu)建TSM編碼表（見(jiàn)表1）。教學(xué)事件分為三層，分別是主體交互層、教學(xué)要素層和具體事件層。主體交互層是所有教學(xué)事件的父類(lèi)型，教學(xué)要素層是中觀的教學(xué)事件表示，具體事件層是最小粒度的，表現(xiàn)為教師或?qū)W生的一句話(huà)、一個(gè)動(dòng)作等，且包含知識(shí)點(diǎn)。知識(shí)點(diǎn)屬性能將教學(xué)事件從大量無(wú)關(guān)的課堂行為中篩選出來(lái)，這樣即可細(xì)粒度地還原出教學(xué)的整個(gè)過(guò)程。

（三）教學(xué)事件表示模型

教學(xué)事件結(jié)構(gòu)表示為：<知識(shí)點(diǎn)、認(rèn)知水平、工具、 [學(xué)習(xí)環(huán)境]、持續(xù)時(shí)間>，知識(shí)點(diǎn)為教學(xué)事件中包含的單個(gè)知識(shí)點(diǎn)或知識(shí)組圖；認(rèn)知水平對(duì)應(yīng)教學(xué)事件中知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知目標(biāo)水平，參照布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域?qū)W習(xí)目標(biāo)，劃分為：記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造[30]；工具為教師在授課過(guò)程中所用到智能化/非智能化的教學(xué)用具；學(xué)習(xí)環(huán)境分為線(xiàn)上、線(xiàn)下或混合學(xué)習(xí)環(huán)境；持續(xù)時(shí)間為教學(xué)事件持續(xù)的時(shí)間。其中，如果學(xué)習(xí)環(huán)境持續(xù)不變可缺省。具體教學(xué)事件模型結(jié)構(gòu)如圖2所示，該模型結(jié)構(gòu)與教學(xué)事件分類(lèi)對(duì)應(yīng)，事件的父類(lèi)型對(duì)應(yīng)主體交互層，事件的子類(lèi)型對(duì)應(yīng)教學(xué)要素層。

四、智慧課堂教學(xué)交互事理圖譜的實(shí)證分析

為檢驗(yàn)上述教學(xué)事理圖譜構(gòu)建方法及技術(shù)的可行性，以及應(yīng)用教學(xué)事理圖譜分析教學(xué)的有效性，本研究選擇廣東省某實(shí)驗(yàn)學(xué)校一個(gè)自然班作為研究對(duì)象，對(duì)其實(shí)施的高一年級(jí)物理學(xué)科《失重和超重》的智慧課堂實(shí)錄進(jìn)行分析。首先，獲取教學(xué)設(shè)計(jì)文本數(shù)據(jù)，并在教學(xué)實(shí)施完畢后，對(duì)實(shí)施視頻進(jìn)行轉(zhuǎn)錄獲取教學(xué)實(shí)施文本數(shù)據(jù)；其次，分別對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)文本、教學(xué)實(shí)施轉(zhuǎn)錄文本進(jìn)行預(yù)處理，刪除干擾數(shù)據(jù)，對(duì)文本進(jìn)行主體標(biāo)注、屬性添加、類(lèi)型識(shí)別；接著，按照知識(shí)點(diǎn)關(guān)鍵詞、技術(shù)工具關(guān)鍵詞抽取出相應(yīng)的教學(xué)事件，以順承關(guān)系作為事件間的主要關(guān)系考慮時(shí)序發(fā)展邏輯，最后，通過(guò)Neo4j數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)并結(jié)構(gòu)化顯示，獲得教學(xué)設(shè)計(jì)事理圖譜和教學(xué)實(shí)施事理圖譜。

教學(xué)設(shè)計(jì)事理圖譜是從教學(xué)設(shè)計(jì)文稿中抽取事件及其關(guān)系構(gòu)建而成的事理圖譜。教學(xué)實(shí)施事理圖譜是在教學(xué)實(shí)施后，通過(guò)將教學(xué)實(shí)施過(guò)程轉(zhuǎn)錄成文本，從文本中抽取教學(xué)事件及事件關(guān)系獲得。通過(guò)對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)事理圖譜和教學(xué)實(shí)施事理圖譜的對(duì)比分析，首先，可以發(fā)現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)施的一致或不一致之處，反思教學(xué)，提升教師專(zhuān)業(yè)能力。其次，可以分析學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，包括學(xué)習(xí)目標(biāo)的完成情況，潛在認(rèn)知沖突節(jié)點(diǎn)、技術(shù)工具的作用范疇等。最后，根據(jù)教學(xué)事件中包含的知識(shí)點(diǎn)、認(rèn)知水平、工具等屬性，可以結(jié)合事理圖譜統(tǒng)計(jì)事件及要素?cái)?shù)量、計(jì)算其所占比例等量化手段，分析教學(xué)事件發(fā)展的不同階段知識(shí)點(diǎn)的加工數(shù)量、加工深度等情況，作出教學(xué)診斷。

（一）設(shè)計(jì)與實(shí)施一致性分析

獲得的教學(xué)設(shè)計(jì)事理圖譜與教學(xué)實(shí)施事理圖譜如圖3所示，圖中深灰底白字結(jié)點(diǎn)表示師生交互事件，淺灰底白字結(jié)點(diǎn)表示教師與教學(xué)媒體交互事件，深灰底黑字結(jié)點(diǎn)表示學(xué)生與教學(xué)媒體交互事件，灰底黑字結(jié)點(diǎn)表示生生交互事件。另外，考慮融入知識(shí)點(diǎn)的事理圖譜可以表征更豐富的教學(xué)事理邏輯，因此，將教學(xué)事件中所包含的知識(shí)點(diǎn)也顯示在圖譜中，用淺灰底黑字結(jié)點(diǎn)表示知識(shí)點(diǎn)。以“加速度”為例，在教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師計(jì)劃通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示向?qū)W生講解加速度的知識(shí)點(diǎn)，而在教學(xué)實(shí)施中，可觀察與其相關(guān)的教學(xué)事件。從時(shí)間上看，與“加速度”有關(guān)的教學(xué)事件幾乎分布在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，在教學(xué)實(shí)施的后半段相對(duì)集中。這些教學(xué)事件包括實(shí)物演示、布置任務(wù)等9種類(lèi)型，與之相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)也較多?？梢?jiàn)“加速度”在整個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容中的重要地位，與其他知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)程度較高，因此可以契合知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)相關(guān)的拓展活動(dòng)。

教學(xué)事件中包含知識(shí)點(diǎn)，如果將知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)事件的關(guān)聯(lián)作為教學(xué)事理圖譜觀察指標(biāo)，那么某一知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)事件關(guān)聯(lián)度越高，在教學(xué)過(guò)程中遍布越廣，則知識(shí)點(diǎn)越重要，在教學(xué)事理圖譜中便呈現(xiàn)出與多個(gè)事件相關(guān)聯(lián)的特征?？衫媒虒W(xué)事理圖譜有效呈現(xiàn)和分析高頻知識(shí)點(diǎn)與本課重難點(diǎn)的一致性程度，診斷教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程，關(guān)注教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施不一致的情況。例如，教師在實(shí)施中拓展引入了設(shè)計(jì)時(shí)未考慮的知識(shí)點(diǎn)，或遺忘了設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)。

為了更清晰比較知識(shí)點(diǎn)在設(shè)計(jì)與實(shí)施中出現(xiàn)的比重，可分別計(jì)算出知識(shí)點(diǎn)在設(shè)計(jì)和實(shí)施中的所占比例，然后相減取得差值。如果差值為正，則表明知識(shí)點(diǎn)在實(shí)施中的比重大于在設(shè)計(jì)中的比重，如果差值為負(fù)，則表明知識(shí)點(diǎn)在設(shè)計(jì)中的比重大于在實(shí)施中的比重。例如，圖4展示了教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施知識(shí)點(diǎn)比重統(tǒng)計(jì)情況，各知識(shí)點(diǎn)在教學(xué)設(shè)計(jì)與課堂實(shí)施過(guò)程中執(zhí)行情況清晰可見(jiàn)。例如，對(duì)于“加速度”來(lái)說(shuō)，在實(shí)施中出現(xiàn)的比重遠(yuǎn)大于在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的比重，其差值為5.67%；對(duì)于“失重現(xiàn)象”來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的比重大于在實(shí)施中出現(xiàn)的比重，其差值為4.46%。當(dāng)清楚了知識(shí)點(diǎn)比重差異情況后，教師便可以結(jié)合教學(xué)事理圖譜進(jìn)行分析，以此判斷是否接受差異或改進(jìn)設(shè)計(jì)與實(shí)施。

（二）教學(xué)要素貢獻(xiàn)度分析

教學(xué)要素貢獻(xiàn)度指主體交互所包含的教學(xué)事件所觸及的知識(shí)點(diǎn)對(duì)整個(gè)教學(xué)過(guò)程中知識(shí)生成的貢獻(xiàn)程度。通過(guò)統(tǒng)計(jì)教學(xué)要素貢獻(xiàn)度，可以對(duì)智慧課堂的交互主體及教學(xué)要素進(jìn)行量化分析，以計(jì)量各主體交互對(duì)于知識(shí)生成所作貢獻(xiàn)的顯著程度。如公式1所示，教學(xué)要素貢獻(xiàn)度P（EK） 通過(guò)知識(shí)點(diǎn)占比與權(quán)重相乘得出，其中，K表示全部知識(shí)點(diǎn)出現(xiàn)次數(shù)，Ki表示i分類(lèi)中教學(xué)事件包含的知識(shí)點(diǎn)數(shù)量，T（E）表示全部教學(xué)事件所耗時(shí)間，T（Ei）表示i分類(lèi)所含教學(xué)事件所耗時(shí)間。

以“教師講授”分類(lèi)為例，其包含的教學(xué)事件共耗時(shí)309秒，知識(shí)點(diǎn)在這些教學(xué)事件共出現(xiàn)83次，而本節(jié)課中全部教學(xué)事件共耗時(shí)2414秒，全部知識(shí)點(diǎn)出現(xiàn)總次數(shù)為527次，由此計(jì)算得出“教師講授”這一要素的貢獻(xiàn)度為0.02251。得出所有要素的貢獻(xiàn)度后，通過(guò)歸一化處理，計(jì)算出所有教學(xué)要素貢獻(xiàn)度的占比，如圖5（1）所示。可見(jiàn)，本課的教師行為貢獻(xiàn)度較高，其中教師反饋（24.17%）、教師講授（22.62%）以及教師提問(wèn)（16.89%）的貢獻(xiàn)度最高，教師布置任務(wù)、展示學(xué)生作品、實(shí)物演示次之，整體教師行為的貢獻(xiàn)度占比達(dá)88.12%（其中，師生交互：78.27%；師媒交互：13.59%）。結(jié)合本節(jié)智慧課堂以探究為主的特征，表明在教師演示、學(xué)生探究后，本課主要通過(guò)教師反饋、講授、提問(wèn)等形式承載知識(shí)點(diǎn)的傳遞過(guò)程；而學(xué)生數(shù)據(jù)處理、言語(yǔ)討論、模擬仿真等貢獻(xiàn)度占比較小，整體學(xué)生行為類(lèi)型所觸及的知識(shí)點(diǎn)貢獻(xiàn)度占比為11.88%（其中，生生交互：2.2%；生媒交互：5.93%），說(shuō)明學(xué)生自主探究、小組協(xié)作等探究行為在知識(shí)生成過(guò)程的貢獻(xiàn)率仍有提升空間，可增加腳手架等促進(jìn)學(xué)生在動(dòng)手探究過(guò)程中的相關(guān)知識(shí)生成。

（三）技術(shù)工具豐富度分析

技術(shù)工具豐富度是指教學(xué)要素層所包含的教學(xué)事件所使用的技術(shù)工具在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的豐富程度，可用于衡量智慧課堂中技術(shù)工具在教學(xué)中的應(yīng)用情況。具體計(jì)算方式如公式2所示，其中，P（ET）表示某教學(xué)要素所使用的技術(shù)工具豐富度，Te表示全部技術(shù)工具出現(xiàn)次數(shù)，Tei表示i分類(lèi)中教學(xué)事件使用的技術(shù)工具數(shù)量，T（E）表示使用技術(shù)工具的全部教學(xué)事件所消耗的時(shí)間，T（Ei）表示i分類(lèi)所含教學(xué)事件所消耗的時(shí)間。

以“教師展示學(xué)生作品”為例，使用了技術(shù)工具的“教師展示學(xué)生作品”教學(xué)事件所消耗時(shí)間為174秒，其使用技術(shù)工具的次數(shù)10次；使用了技術(shù)工具的教學(xué)事件總耗時(shí)為901秒，共使用技術(shù)工具的總次數(shù)為61次，由此得出“教師展示學(xué)生作品”分類(lèi)的技術(shù)工具豐富度為0.03165。得出所有分類(lèi)的技術(shù)工具豐富度后，通過(guò)歸一化處理，計(jì)算出各教學(xué)要素所使用的技術(shù)工具豐富度的占比。如圖5（2）所示，本課教師的行為類(lèi)型中，展示作品、布置任務(wù)分類(lèi)中所使用的技術(shù)工具最為豐富，分別達(dá)到30.92%和23.03%，說(shuō)明教師在小組合作探究后能夠針對(duì)學(xué)生的作品進(jìn)行展示并講解，并且在設(shè)計(jì)學(xué)生小組活動(dòng)及布置任務(wù)時(shí)能夠充分考慮技術(shù)工具的使用。學(xué)生言語(yǔ)討論占比23.33%，說(shuō)明學(xué)生能夠圍繞技術(shù)工具進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)及言語(yǔ)討論，體現(xiàn)了智慧課堂中技術(shù)工具對(duì)學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)過(guò)程的輔助作用。綜上，本課中技術(shù)對(duì)于教學(xué)交互過(guò)程產(chǎn)生了較為豐富的賦能。

除了了解技術(shù)工具在智慧課堂中產(chǎn)生的整體影響以外，還可以結(jié)合事理圖譜分析具體教學(xué)事件所用到的技術(shù)工具及其產(chǎn)生的作用。如圖6所示，與“學(xué)生言語(yǔ)討論”事件有關(guān)的技術(shù)工具有平板、測(cè)力計(jì)等，即學(xué)生在小組合作過(guò)程中主要涉及這兩個(gè)工具，再結(jié)合事件具體的發(fā)生時(shí)間，可以分析得出使用這兩個(gè)工具的具體時(shí)間、所涉知識(shí)點(diǎn)和詳細(xì)過(guò)程，以此判斷技術(shù)工具的作用范疇和使用情況。

將教學(xué)要素貢獻(xiàn)度和技術(shù)工具豐富度呈現(xiàn)在主體交互層的四個(gè)維度上，即可對(duì)智慧課堂教學(xué)交互及技術(shù)賦能的情況作出整體診斷。圖7呈現(xiàn)了主體交互層四個(gè)象限的教學(xué)要素貢獻(xiàn)度和技術(shù)工具豐富度。可以看出，本課的師生交互占絕對(duì)主導(dǎo)，但技術(shù)賦能更多地發(fā)生在生媒交互的過(guò)程中。

（四）知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)行為的耦合下的認(rèn)知水平發(fā)展分析

清晰表征學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的具體過(guò)程有利于理解教學(xué)過(guò)程、促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)、探究學(xué)生思維發(fā)展?？蓮膬蓚€(gè)方面具象化學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展過(guò)程：一是統(tǒng)計(jì)各類(lèi)認(rèn)知行為發(fā)生頻次；二是將知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)行為進(jìn)行耦合分析，呈現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生知識(shí)習(xí)得的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和認(rèn)知發(fā)展的變化過(guò)程。

1. 認(rèn)知行為發(fā)生頻次

采用安德森修訂的布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域?qū)W習(xí)目標(biāo)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，將認(rèn)知領(lǐng)域的目標(biāo)分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造。通過(guò)統(tǒng)計(jì)認(rèn)知行為發(fā)生頻次，可以了解課堂教學(xué)發(fā)生及學(xué)生知識(shí)點(diǎn)建構(gòu)的主要方式。例如，本課學(xué)生認(rèn)知行為集中在“分析”水平，而記憶、理解、應(yīng)用知識(shí)次數(shù)較少，評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等目標(biāo)水平行為缺失。學(xué)生主要通過(guò)小組合作探究來(lái)完成教師布置的任務(wù)，達(dá)成對(duì)知識(shí)的記憶、理解與應(yīng)用。

2. 知識(shí)點(diǎn)與教學(xué)行為的耦合分析

教學(xué)事理圖譜可以清晰顯示學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的加工構(gòu)建過(guò)程，以及知識(shí)點(diǎn)目標(biāo)水平的變化過(guò)程。圖8展示了與“理解”目標(biāo)有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)和事件。以“拉力”知識(shí)點(diǎn)為例，在本節(jié)智慧課堂中，拉力共涉及三個(gè)目標(biāo)水平：分析、理解、記憶，通過(guò)觀察與“拉力”知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的教學(xué)事件及它們的屬性，可見(jiàn)在教學(xué)初始（5min左右），學(xué)生即進(jìn)入“拉力”的分析階段，主要通過(guò)教師實(shí)物演示并結(jié)合提問(wèn)、反饋以及學(xué)生的回答等過(guò)程達(dá)成；“拉力”的理解與記憶則被安排在教學(xué)的結(jié)束階段（55min）。通過(guò)提問(wèn)、理答、反饋促成學(xué)生的理解；通過(guò)講授、實(shí)操練習(xí)、總結(jié)、回顧促成學(xué)生的記憶。

上文展示了教學(xué)事理圖譜在智慧課堂中的應(yīng)用與分析過(guò)程。教學(xué)事理圖譜通過(guò)圖結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)的方式實(shí)現(xiàn)了教學(xué)過(guò)程中微觀層面的還原，教師可以根據(jù)總圖譜、知識(shí)點(diǎn)相關(guān)圖譜、教學(xué)事件屬性并結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果進(jìn)行“設(shè)計(jì)與實(shí)施”一致性分析，基于分析結(jié)果改善設(shè)計(jì)與實(shí)施；也可通過(guò)計(jì)算各教學(xué)要素“貢獻(xiàn)度”，體現(xiàn)中觀層次上各要素在整個(gè)知識(shí)生成過(guò)程中貢獻(xiàn)的顯著程度，以此來(lái)探究智慧課堂的整體特征；通過(guò)計(jì)算“技術(shù)工具豐富度”并結(jié)合教學(xué)事理圖譜可分析技術(shù)工具在課堂中所起的作用，包括技術(shù)工具發(fā)生起始點(diǎn)、終止點(diǎn)、作用過(guò)程等，以此展示智慧課堂中技術(shù)工具賦能教育的具體表現(xiàn)；最后，結(jié)合教學(xué)事理圖譜有利于構(gòu)建學(xué)習(xí)者認(rèn)知的發(fā)展過(guò)程以及呈現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)加工過(guò)程的細(xì)節(jié)表現(xiàn)，以此來(lái)掌握課堂教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的過(guò)程及具體形式。此外，還可以基于事理圖譜比較分析不同課堂的教學(xué)特點(diǎn)，總結(jié)教學(xué)規(guī)律；通過(guò)構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)事理圖譜，比較分析不同能力和年齡階段學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，促進(jìn)有效學(xué)習(xí)的發(fā)生。

五、研究反思與展望

教師對(duì)教學(xué)的理解至關(guān)重要，影響著教師對(duì)教學(xué)的反思及自身專(zhuān)業(yè)能力的提升。智慧課堂教學(xué)需考慮知識(shí)和事理雙重邏輯的耦合，以及技術(shù)工具對(duì)教學(xué)的賦能機(jī)制。本研究提出了一種融合知識(shí)與事理邏輯的智慧課堂教學(xué)交互事理圖譜構(gòu)建及分析方法，嘗試為教師理解教學(xué)提供新的視角。教師可以通過(guò)教學(xué)事理圖譜宏觀分析教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施的效果，結(jié)合“教學(xué)要素貢獻(xiàn)度”“技術(shù)工具豐富度”指標(biāo)在中觀層面上了解整個(gè)課堂中師生技互動(dòng)的情況，通過(guò)構(gòu)建學(xué)習(xí)者認(rèn)知的發(fā)展和加工過(guò)程的細(xì)節(jié)表現(xiàn)來(lái)微觀分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，從而完善從宏觀、中觀、微觀三個(gè)層面上對(duì)智慧課堂教學(xué)過(guò)程的理解。結(jié)合已有研究，教學(xué)事理圖譜可在教與學(xué)兩個(gè)方向得到進(jìn)一步的應(yīng)用。

（一）利用事理圖譜促進(jìn)“教”：發(fā)掘教育教學(xué)模式，助力教師專(zhuān)業(yè)成長(zhǎng)

事理圖譜關(guān)注事件中包含的行為或狀態(tài)的變化，而在教學(xué)場(chǎng)景中教師的行為相對(duì)清晰且容易捕捉，因此利用事理圖譜分析教學(xué)行為是可行方向之一。近年來(lái)，研究者們通過(guò)構(gòu)建教師行為事理圖譜，發(fā)掘出特定教學(xué)模式下的教師行為規(guī)律，幫助教師掌握教學(xué)規(guī)律、促進(jìn)專(zhuān)業(yè)成長(zhǎng)。教師教學(xué)事理圖譜的主流構(gòu)建方法是通過(guò)滯后行為序列分析得出相關(guān)行為的關(guān)聯(lián)度及行為之間的轉(zhuǎn)換概率生成。例如張海等將16種教學(xué)行為作為基本事件類(lèi)型進(jìn)行編碼，獲取各行為類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換度，進(jìn)而構(gòu)建相應(yīng)的事理圖譜[6]。唐燁偉等將教師風(fēng)格劃分為四種類(lèi)型，通過(guò)事理圖譜表征不同風(fēng)格教師的信息技術(shù)應(yīng)用能力，挖掘出不同風(fēng)格教師的課堂教學(xué)行為規(guī)律[31]；并基于教學(xué)數(shù)據(jù)流構(gòu)建課堂事理圖譜，對(duì)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力進(jìn)行測(cè)評(píng)，為提升教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提供指導(dǎo)[32]。

事理圖譜通過(guò)細(xì)粒度還原課堂事件邏輯，可幫助教師在中觀層面理解自己的教學(xué)，發(fā)現(xiàn)教學(xué)問(wèn)題，對(duì)自身教學(xué)能力形成直觀的認(rèn)識(shí)。另外，通過(guò)構(gòu)建相同類(lèi)型課堂的事理圖譜，有助于總結(jié)同類(lèi)課堂的教學(xué)模式，探究教學(xué)行為事理演化路徑，發(fā)現(xiàn)教師課堂行為規(guī)律，促進(jìn)教育教學(xué)的深入發(fā)展。

（二）利用事理圖譜促進(jìn)“學(xué)”：描繪動(dòng)態(tài)路徑，創(chuàng)建學(xué)習(xí)分析新視角

學(xué)習(xí)分析通過(guò)對(duì)真實(shí)學(xué)習(xí)情境中學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)情境數(shù)據(jù)的采集和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的精準(zhǔn)表征和學(xué)習(xí)結(jié)果的準(zhǔn)確預(yù)策，促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)[33]。在課堂教學(xué)中運(yùn)用知識(shí)圖譜可以表示和組織學(xué)生、教師、話(huà)題、學(xué)習(xí)資源等各種實(shí)體之間的關(guān)系。然而，知識(shí)圖譜雖擅長(zhǎng)表示實(shí)體之間的關(guān)系，但其靜態(tài)屬性決定了它在本質(zhì)上不能捕捉課堂事件的時(shí)序和事理邏輯。而事理圖譜可以對(duì)教學(xué)活動(dòng)的時(shí)序和相互關(guān)系進(jìn)行精準(zhǔn)記錄和分析，提供全面的課堂動(dòng)態(tài)視圖，以揭示課堂教學(xué)的潛在模式和趨勢(shì)，從而改善課堂動(dòng)態(tài)分析，并幫助教育工作者識(shí)別能夠提供決策信息的教育模式。

誠(chéng)然，只有事件關(guān)系而忽視知識(shí)邏輯的做法也存在局限。現(xiàn)有學(xué)習(xí)行為編碼指標(biāo)更多是對(duì)學(xué)習(xí)行為的中觀抽象（如應(yīng)答、提問(wèn)、討論等）。這種做法方便研究者準(zhǔn)確獲悉學(xué)習(xí)行為的相關(guān)數(shù)據(jù)，但卻容易忽視學(xué)習(xí)者對(duì)于知識(shí)內(nèi)容的逐步建構(gòu)過(guò)程。另外，隨著技術(shù)的發(fā)展，利用智能技術(shù)可自動(dòng)化識(shí)別課堂中具有明顯特征的行為。融合知識(shí)和事理邏輯的智慧課堂教學(xué)交互事理圖譜將為智能化時(shí)代的學(xué)習(xí)分析提供新的分析視角和范式。

綜上所述，針對(duì)學(xué)習(xí)行為的統(tǒng)計(jì)和分析，我們不能忽略具體的知識(shí)，脫離知識(shí)的行為嚴(yán)格意義來(lái)講不應(yīng)當(dāng)歸為學(xué)習(xí)行為。高階素養(yǎng)的培養(yǎng)是以記憶和理解深廣的知識(shí)為基礎(chǔ)的[34]。在事理圖譜中將知識(shí)與事理邏輯相融合應(yīng)用于學(xué)習(xí)分析，可有效實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容分析與學(xué)習(xí)行為分析的統(tǒng)一，其表征出的學(xué)習(xí)者動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)路徑將更加準(zhǔn)確，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)行為分析方法缺乏知識(shí)屬性的問(wèn)題也將得到有效解決。

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Construction and Empirical Study of Event Graph for Interaction Teaching in Smart Classroom： Integrating Knowledge and Event Logic

ZHAN Zehui1，? LI Tongde1，? ZOU Xuanxuan1，? LI Liang2

（1.School of Information Technology in Education， South China Normal University， Guangzhou Guangdong 510631; 2.Guangdong Experimental High School， Guangzhou Guangdong 510375）

[Abstract] Event graph has gradually entered the field of educational research due to its advantages of dynamic knowledge representation and automated reasoning. The analysis of interactive teaching in smart classroom based on event graph is beneficial for micro- and meso-level improvement in instructional design and implementation， as well as the fine-grained analysis of cognitive development process of students. Based on the review of the analysis of interaction behavior in smart classroom teaching， this paper discusses the advantages and challenges of using event graph in education， proposes a method for constructing an event graph for interactive teaching in smart classroom that integrates knowledge and event logic， and carries out empirical research in an experimental school in Guangdong Province. Taking a high school physics smart class as an example， this paper analyses the consistency of instructional design and implementation， the contribution of teaching elements， the richness of technical tools， and the cognitive development under the coupling of knowledge points and teaching behaviors. The study verifies the feasibility of applying the event graph in smart classroom teaching， as well as the necessity of integrating knowledge and event logic analysis. By reflecting upon the model and empirical research， the study discusses the potential value of applying event graph to promote smart classroom teaching and learning precisely.

[Keywords] Event Graph; Teaching Event; Smart Classroom; Interactive Teaching; Integration of Knowledge and Event Logic