智慧教室環境下小學數學課堂教學互動行為特征研究*

張 屹，祝 園，白清玉，李曉艷，朱映輝

(1.華中師范大學 教育信息技術學院，湖北 武漢 430079；2.華中科技大學附屬小學，湖北 武漢 430079)

智慧教室環境下小學數學課堂教學互動行為特征研究*

張 屹1，祝 園1，白清玉1，李曉艷2，朱映輝2

(1.華中師范大學 教育信息技術學院，湖北 武漢 430079；2.華中科技大學附屬小學，湖北 武漢 430079)

智慧教室的涌現為教師的“教”與學生的“學”提供了無限可能，與簡易多媒體教學相比，智慧教室中的課堂教學互動究竟如何，如何提高智慧教室環境下的課堂教學互動等問題顯得尤為重要。該文在弗蘭德斯互動分析系統的基礎上設計智慧教室環境下的課堂教學互動分析編碼系統，以小學數學《扇形統計圖》一課為例，運用準實驗研究法開展智慧教室環境下和簡易多媒體環境下的教學，采用內容分析法對教學互動進行分析，并對學生參與度進行對比分析。研究發現，與簡易多媒體環境下的教學相比，智慧教室環境下的教學更有助于學生主體性的發揮，課堂教學互動行為更加豐富、深入、高效，同時學生的情感投入更多，行為參與更加積極。

智慧教室；小學數學；課堂互動；評價

一、引言

智慧課堂是教育新形勢背景下的新型課堂，它區別于“粉筆+黑板”“計算機+投影”等形式的傳統型課堂。在智慧教室中，師生各持“一對一”或“自帶設備”(BYOD， Bring Your Own Device)[1]，如iPad平板電腦等移動終端設備，豐富的APP應用工具為師生提供實時互動反饋，多樣化的教學媒體資源滿足師生教學需求，分屏顯示技術便捷師生即時分享作品，活動桌椅便利生生交流與合作等。智慧教室滿足了“數字土著”的訴求，特別是在互動方面，智慧教室的設計充分體現人與人、人與技術等之間的良好互動[2]。一方面，學生有更多的機會與媒體互動，如利用技術探究、創作、展示、評價等；另一方面，教師借助技術呈現教學內容、收集學生學習信息、診斷教學、即時調整教學等。活躍的課堂互動對于構建高效和諧的課堂教學也是至關重要[3]。然而，傳統簡易多媒體課堂師生互動單一，且以言語信息互動為主，容易造成“教師一言堂，學生被動互動”的局面。

智慧教室為師生、生生、生機之間的互動提供有利條件。面對智慧教室環境的教學，一線教師嘗試開展多樣的教學實踐創新，同時也存在著一定的疑惑。與傳統的簡易多媒體教學相比，智慧教室中課堂教學互動是怎樣的？存在何種優勢？技術如何支持教學互動？課堂互動對于學生學習參與有怎樣的影響？基于此，本研究改進與完善已有的課堂教學量化分析工具，設計智慧教室環境教學互動分析編碼系統，對比分析簡易多媒體教學環境和智慧教室環境下的課堂教學互動及其特點，從而為智慧教室環境下教學與學習實踐創新提供思路借鑒及參考依據，助推智慧教室環境下的教學實踐與效果評價研究。

二、文獻綜述

(一)智慧教室互動及評價研究

智慧教室，有時又稱作未來教室，是一種“能優化教學內容呈現、便利學習資源獲取、促進課堂交互開展的新型教室”[4]。在智慧教室的建設、投入使用過程中，互動作為課堂教學的核心吸引眾多研究者的關注。譬如，英國杜倫大學的研究者關注信息通信技術(ICT)改進師生互動與協作，設計一種名為Synergy Net交互教室的解決方案——全交互式智能課桌系統，以促使學生主動參與和學習[5]。清華大學“Smart Classroom”項目借助智能交互空間技術，增強真實的教學環境，嘗試解決遠程交互模式的問題[6]。陳衛東等人以互動為核心構建設計人、技術、環境、資源等諸要素和諧共存的高互動空間[7]。智慧教室環境的搭建為信息技術與課程整合創造非常有利的條件[8]，為教學與學習提供人性化、智能化的互動空間[9]。因此，師生、生生、人與技術等之間的互動效果評價研究是檢驗與推進智慧教室應用的關鍵問題之一。

(二)課堂互動分析系統的應用研究

弗蘭德斯互動分析系統(FLAS)是應用較成熟的課堂教學量化分析系統，該編碼系統將課堂師生言語行為分為十大類別[10]，通過視頻編碼分析，可呈現出課堂教學的結構、教學風格等，從而對課堂教學有較為全面的認識。但FLAS忽視學生在課堂中的行為表現，同時對“沉寂”的編碼處理不夠完善。隨著信息技術的引入與發展，課堂教學行為也逐漸復雜。為進一步深入地分析課堂互動行為，學者們在弗蘭德斯互動分析系統上進行改進。例如，顧小清、王煒等學者編制基于信息技術的互動分析編碼系統(ITIAS)[11]。ITIAS對教師提問進行細分，增加學生語言編碼分類，在學生言語中增加“主動提問”和與“同伴討論”兩個類別，并將“沉寂”細分為“沉默或混亂”“思考問題”與“做練習”三類，增加“技術”分類。方海光、高辰柱等學者改進弗蘭德斯互動分析系統(iFIAS)[12]，刪除“技術作用于學生”類別。韓后、王冬青等學者對ITIAS進行改進，對“技術”類目進行擴充與細化[13]。

教學評價是課堂教學的重要組成部分，是提高課堂教學質量的關鍵環節，是促進教師專業發展、保障育人目標順利實現的重要手段[14][15]。智慧教室創設形成性評價與即時反饋環境，促進評價方式的變革[16]，教師借助工具和平臺給予學生及時的反饋、調節、激勵、引導等，學生在學習平臺中能進行自我診斷測試、同伴評價等學習活動。即，通過技術的支持可豐富課堂教學互動的內涵。在教學互動分析編碼系統中關注評價，對于研究智慧教室環境下課堂教學互動有著重要的意義。

(三)小學數學課堂教學互動相關研究

小學數學課堂教學互動的研究對于數學課程教學改進和深化教學改革奠定著重要的基礎。譬如，顧文娟等從情感互動、情境互動、知識互動、師生互動等四方面進行構建有效的互動教學策略[17]，劉蘭英等圍繞“對話式”課堂對小學數學師生言語互動的框架進行構建與解析[18]等。義務教育《數學課程標準》(修訂稿)明確指出“把現代信息技術作為學生學習數學和解決問題的強有力工具，致力于改變學生的學習方式”[19]。結合新媒體教學環境，數學教學互動研究有了新的內涵與發展。譬如，結合電子書包這種“海量資源、多元智能學具”的特點，探究“協作式學習”的互動特征[20]，對“教學與交互式一體機”教學的深度互動途徑與互動教學方法探究[21]等。伴隨移動技術的投入與使用，基于智慧教室環境下的數學教學開展迫切需要研究與分析該環境下的互動情形，為教學實踐改進與提高提供參考。

綜上所述，本研究擬從教學互動行為分析的角度出發，首先針對智慧教室這種集成豐富技術的互動環境，設計與改進智慧教室環境下的課堂教學互動分析編碼系統；其次，比較研究智慧教室和簡易多媒體教室的小學數學課堂教學互動，分析智慧教室環境下的互動行為特征；最后，分析兩種環境下學生的參與度情況，探究智慧教室中的教學對學生的學習影響，旨在為智慧教室環境下的教學實踐創新與推進做一定的參考借鑒。

三、研究設計

(一)研究目標

為分析智慧教室環境下小學數學課堂教學互動情形與存在的問題，以及技術在課堂互動中對學生有影響，本研究采取準實驗研究法和內容分析法開展。研究團隊選取一位教學經驗豐富的數學教師，針對智慧教室環境和簡易多媒體環境，開展小學六年級數學《扇形統計圖》的教學。

(二)研究對象

本研究的實驗對象來自華中科技大學附屬小學六年級的兩個平行班，這兩個班數學課由A教師一直執教，且兩個班的學生成績持均衡狀態。實驗組師生在智慧教室中開展教學，師生熟悉智慧教室環境，并在正式授課前得到了良好的技術培訓。在智慧教室中，師生基于iPad終端開展教學活動，教師借助iBooks、iTeach等平臺設置交互測試，利用云端平臺診斷教學等，學生在技術支持下自學、搜索資源、合作探究，學生的作品與練習能借助分屏投影即時呈現。對照組師生則在簡易多媒體教室中開展教學。本研究對兩個班的課堂實錄分別進行分析，并對學生進行調查，課堂教學信息如表1所示。

表1 研究對象

(三)研究工具的設計

1.內容分析工具設計

為充分把握智慧教室環境下課堂互動的特點，本文對弗蘭德斯互動分析系進行改進，形成智慧教室課堂教學互動分析編碼系統。首先通過邀請專家訪談，本編碼系統效度結構良好；其次，選取多個課堂實錄進行效果預測分析，預測結果良好。該編碼系統具體改進的方面如下：(1)“教師言語”方面，分為“講授”“言語評價”“組織指示”“開放式問題”“封閉式問題”。教師不僅僅講授教學內容，還擔任著評價、組織、引導等職責。(2)“學生言語”增加“提出問題”“討論交流”“言語評價”。學生不僅能夠回答問題或提出問題，還能參與到評價、交流討論等學習活動。(3)“沉寂”方面，分為“有助于教學的沉寂”“無助于教學的停頓或混亂”。(4)“技術”維度分為“教師—技術”“學生—技術”，以體現出人與技術的相互作用。編碼分類的具體內容如表2所示。

表2 智慧教室環境下的課堂教學互動分析編碼表

2.問卷設計

調查問卷共10題，包含兩部分，即知識檢驗、學習參與度調查。知識檢驗部分由學科教師和專家團隊共同編制，學習參與度由Ellen Skinner[22]等人提出的“行為參與”“情感參與”量表修改，并采用里克特5級量表，其中3道行為參與題，3道情感參與題。利用SPSS20.0中對問卷信度進行計算，克朗巴哈α系數為0.80，大于0.75，說明本次調研問卷具有較高的信度。

(四)研究過程

本研究的主要流程如圖1所示。

圖1 研究過程

(五)研究假設

1.相較于簡易多媒體教學環境，智慧教室環境下的教學更有助于學生主體性的發揮。

2.與簡易多媒體環境下的教學相比，智慧教室環境下課堂教學互動類型豐富，互動更加深入、高效。

3.相較于簡易多媒體教學環境，智慧教室環境下的教學更有助于學生的參與度的提高。

(六)數據采集

按照表2中的編碼，每3秒取一次樣本，對此行為賦予一個編碼符號并記錄下來。并根據弗蘭德斯編碼處理規則形成分析矩陣計算出各行為比率。

由于實際教學互動行為的復雜性、重疊性，在編碼過程中有些互動行為往往難以判斷。本研究約定以下的編碼規則：(1)在單位時間內出現多種互動行為時，選擇不同于上一個單位時間內的互動行為；(2)當學生進行探究、討論活動時，教師巡視并未對小組進行指導或組織，則只記錄學生探究、討論；(3)若借助紙筆等學具完成練習，編碼歸為“i”。若通過技術完成練習，學生可以將練習內容能夠保存、分享、及時反饋等，此種情況歸為“學生—技術”；(4)當教學中出現因技術使用不當或技術故障而產生的課堂停頓，記錄為“j”。

四、小學數學課堂教學互動對比分析

(一)課堂教學結構分析

智慧教室環境下更有利于學生主體性的發揮；簡易多媒體教學環境下，學生與媒體接觸機會較少，師生互動形式教學單一，容易形成“教師一言堂”的局面。本次研究中，智慧教室環境下的教學充分呈現學生性發揮的特點，良好地體現“教師為主導，學生為主體”的教學結構，具體如圖2所示。

圖2 智慧教室環境下課堂教學結構

如圖2所示，在簡易多媒體教學環境下，教師與學生行為失衡，學生的主體性難以發揮。在智慧教室環境下，以“教師為導”的互動行為和以“學生為主”的互動行為比例接近1：1?？梢?，智慧教室環境下的教學更有助于學生參與教學互動，發揮其主體性與主動性。

(二)課堂教學互動對比研究

1.課堂教學互動整體分析

智慧教室環境下與簡易多媒體教學環境下的教學互動在“人—技術”方面存在顯著性差異，在“言語”和“沉寂”方面有一定的區別，但不存在統計學上的顯著性差異。為探究兩種環境下的課堂教學互動存在著何種差異，筆者對兩堂課堂實錄的數據進行非參數檢驗，結果如表3所示：

表3 課堂教學互動非參數檢驗對比

如表3所示，在“言語”方面，實驗組的秩和低于對照組，說明智慧教室一定程度上改善課堂師生單一言語交互特性，但兩組之間無顯著性差異，這可能由于同一教師的授課風格和教學方法相同所導致。在“沉寂”方面，兩組之間并無顯著性差異，且對照組秩和高于實驗組?；仡櫿n堂實錄發現，一方面，在簡易多媒體課堂中，學生的合作學習更多的是小組討論交流，學生人數眾多且各組進度不一，教師難以把握學生討論進展情況；智慧教室中，教師根據云端及時掌握學生完成任務情況，能提高教學效率，減少無效的課堂沉寂。另一方面，簡易多媒體教室中學生“思考、做練習”時間較長，教師無法一一指導與把握學生練習進度，而智慧教室中云端平臺能夠給予學生練習反饋信息，減少了課堂沉寂，互動類型得以豐富。

2.課堂教學互動對比分析

為探究兩種教學環境下的教學互動在“言語互動”和“人—技術”互動上的差異特征，結合兩種教學環境下的課堂教學互動行為編碼的結果，可以得出以下結論：

(1)智慧教室中的教學互動注重師生言語信息的交流，且能激發學習者積極應答

言語互動是數學教學互動的重要特點之一，有效的數學教學對話，能讓學生理解知識、建構知識，發展高階思維能力[23]。如圖3所示，整體而言，智慧教室中的“言語互動”略低于簡易多媒體教室。即智慧教室環境下的教學并非忽視師生、生生之間言語對話交流，一味地追求技術上的高頻率互動，同樣注重啟發式教學，引導學生交流分享、回答問題。此外，深入分析發現，在師生言語互動上，有著一定的差異。和簡易多媒體教學相比，智慧教室環境下的教學教師講授成分更少，注重語言上的評價、組織，學生也表現出積極的應答教師問題。

圖3 課堂教學行為互動對比分析

(2)相較于簡易多媒體教學環境，智慧教室課堂教學互動類型豐富，互動高效

在簡易多媒體教室中，學生僅僅與教師、同伴之間的言語交互，教師也只是將技術作為輔助演示教學內容的教具。而在智慧教室中，信息化手段在輔助師生開展教學活動過程中起到重要的作用，豐富課堂互動的類型。

智慧教室環境下，技術便利教師的教學，課堂教學更加豐富高效。如圖3所示，在簡易多媒體教室中，教師操作技術僅僅是展示幻燈片中既定的教學內容，并且教師收集學生的學生作品、查看學生課堂練習完成情況十分麻煩，并且也不能及時給予學生反饋。如圖4所示，在智慧教室中，教師借助技術手段展示“學生成果”，學生的思維成果得以展示分享，促使學生之間進行思維火花的碰撞，使得全體學生學習內容得以擴充，形成學生自我思考、生生互動、師生互動三者的巧妙融合局面。同時，教師借助云端平臺可以“智能化”評價診斷教學，如圖5、6所示，教師能便捷地診斷學生練習、作品提交情況，進而有效地進行教學反饋與調節。

圖4 學生提交信息

圖5 教師診斷教學

圖6 學生答題信息

智慧教室中，技術有效地支持學生自主學習、合作探究，課堂教學互動豐富、深入。如圖3所示，簡易多媒體環境下的教學，學生的合作局限于“討論”，缺乏探究、實踐。在智慧教室環境下，學生借助技術進行自主學習、合作探究，通過操作、觀察、提出問題、解決問題等活動，借助軟件制作扇形圖，由直觀圖形到抽象數學知識的探究，促使學生成為信息加工主體、知識意義主動建構者[24]。學生不僅能借助技術探究，還能夠進行技術上的學習評價，進行自我反思總結。

(3)相較于簡易多媒體環境下的教學，智慧教室環境下的“教學評價”互動形式更加多元化，教學反饋與學情分析便捷及時，促使課堂教學互動高效化

有效的教學評價旨在“為教學的評價”，即生成激勵、促進、反饋、調節教學等價值[25]。由表4可知，在簡易多媒體環境下，課堂評價主要是教師言語評價，學生未參與評價活動；在智慧教室環境下，技術促使“師生評價”互動行為進一步豐富，進而有助于教學互動的高效、深化。具體來說，智慧教室環境下的教學評價呈現以下特點：

表4 師生評價反饋信息

第一，評價方式不再是簡單單一的言語評價。技術的支持為多元化評價的實施創造條件，除言語點評學生學習，在學生的自主學習、分享展示、探究過程中，教師實時掌握學生學習信息，發揮著引導、激勵、反饋、調整教學等重要作用。第二，教學評價不再是教師的職責，學生承擔一定評價者的角色。學生利用技術進行互動測試、自我診斷、自我反思、同伴評價等，這對于學生的反思與辨析能力培養有著重要作用。第三，教師的評價診斷更加高效。學生通過互動測試得到練習的反饋信息，教師借助云端平臺快捷瀏覽并診斷任務完成情況、知識掌握情況，進行可適當的激勵、調節、促進學生學習活動。

(三)學生參與度分析

學生課堂參與度一定程度上體現著學生的課堂互動的深入程度。在教學后，學生填寫《學習參與度》調查問卷。實驗組共回收43份問卷，對照組回收44份問卷，回收率分別86%，88%。學習參與度調查學生的情感參與和行為參與，筆者在SPSS中進行獨立樣本T檢驗，結果如表5所示。

表5 參與度對比

如表5所示，學生情感參與度方面兩組存在“顯示性差異”，且實驗組高于對照組。即，智慧教室環境下課堂教學互動中，學生的情感參與更高。行為參與方面，在“積極參與合作學習”這一題中存在顯著差異，智慧教室中的學生表現的更加積極地參與合作學習，即利用技術進行探究實踐。學生在“積極回答問題”和根據“努力地解決研究問題”兩題中，實驗組學生成績高于對照組，但二者之間不存在“顯著性差異”，與師生課堂互動行為聯系，發現智慧教室中學生的確更積極回答教師問題，但對于學生行為參與的努力程度、積極程度還有待提高。由此可見，在智慧教室環境下學生的情感投入更多，行為參與更加積極，有助于深入互動。

五、討論與啟示

本文針對簡易多媒體教學環境和智慧教室環境下進行同課異構的實驗設計，進而分析智慧教室環境下的小學數學課堂互動特征與存在問題，結論與問題如下：

(一)智慧教室環境下，學生“主體性”地位的提高

合作研究型的課堂教學在簡易多媒體教室中，教學互動比較單一，教師以講授、提問、指示來開展，師生之間、生生之間只有言語信息互動，且學生較為被動。在智慧教室中，教師利用技術展示教學內容、展示學生成果、教學評價，學生除積極討論發言之外，還可以利用媒體自主學習、評價、探究等。但本研究發現，教師的言語“組織指示”過多，不自覺地引導學生探究。教師的牽引需要適可而止，做到“收”“放”自如，讓學生的“主體性”能充分發揮。

(二)智慧教室中的教學互動呈現“互動形式豐富，互動高效”的特點

言語互動方面，教師講授成分減少，引導成分更多；技術的引入使得教師與媒體之間、學生與媒體之間有更多的互動，便利教師的教，有助于促進學生深入互動。同時，評價方式不再是簡單、單一的言語評價，學生承擔學習評價責任，技術為學情診斷、教學調節提供依據，有助于學生進行自我、同伴之間的思辨與學習。

(三)在智慧教室中，學生的情感參與度更高，并且學生的行為參與有一定的提高，課堂教學互動更加深入

學生對智慧教室的學習表現出高度的熱情，在行為參與上有一定的提高，但效果不明顯。這要求在日后的教學設計與活動流程組織等方面的改進、加強，以進一步提高學生的行為參與。

隨著智慧教室教學實踐研究的進一步開展，結合數學學科知識特色，如“練習—反饋式”“協作式”“連接式”等教學模式開展與研究需要進一步的探討。一些契合數學學科特色的教學APP以及智慧教室“即時反饋”功能有待深入實踐應用。希望本研究能夠對智慧教室的教學實踐研究工作提供一定的參考依據，為信息技術與學科教學深層次整合提供參考。

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責任編輯：宋靈青

Research of the Teaching Interaction Behavior Characteristics of Primary Mathematics in the Smart Classroom

Zhang Yi1, Zhu Yuan1, Bai Qingyu1, Zhu Yinghui2, Li Xiaoyan2
(1.School of Educational Technology, Central China Normal University, Wuhan Hubei 430079; 2.Attached Primary School, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan Hubei 430079)

s: The emergence of Smart Classroom provides endless possibilities for the way of teaching and learning. Compared with the instructional method in simple multimedia environment, it is important to make sense of how the teaching interaction functions and get the way to improve it in Smart Class. This paper adapted the smart classroom interaction analysis based on Flanders interaction analysis. By taking “fan chart” as an example, this study designed two kinds of teaching situation under the Smart Classroom and simple multimedia environment in quasi-experimental research method. With the teaching interaction and student’s engagement analyzed, the results suggest the fact that teaching activities in smart classroom are helpful to the subjectivity of students, and would make interaction behavior more abundant, in-depth and ef fi cient; at the same time, it also leads the higher emotional engagement and action participation for students.

Smart Classroom; Primary Mathematics; Teaching Interaction; Assessment

G434

：A

1006—9860(2016)06—0043—06

張屹：博士，教授，博士生導師，研究方向為移動學習與智慧教育、教育信息化技術標準、教育信息化測評與發展戰略研究(zhangyi@mail.ccnu.edu.cn)。

祝園：在讀碩士，研究方向為移動學習與智慧教育、教育信息化測評與發展戰略研究(zhuyuan_hz@163.com)。

2016年3月28日

* 本文系華中師范大學中央高?；究蒲袠I務費專項資金“移動環境下小學英語APT教學實踐及其有效性研究”(項目編號：CCNU15A06087)、青少年網絡心理與行為教育部重點實驗室項目“基于APT的移動學習對學生知識建構與創新能力的影響研究”(項目編號：2014C04)、華中科技大學附屬小學合作項目“基于APT教學模型的智慧教室創新應用”研究成果。