教學過程數據驅動下的教學解釋探究

何文濤 黃立新 王良輝

關鍵詞：教學過程機制圖;教學解釋;數據驅動;協作學習

一、引言

教學活動是一個復雜的社會現象，人們總期望像解釋自然現象那樣，對教學過程中出現的各種情況都能給予讓人信服的解釋，以深入反思教學，制造期望出現的或克服不期望出現的特定教學行為，獲得良好的教學過程。雖然人們對教學現象的研究從未停歇，但現實中人們對教學活動的理解解釋，無論在方法上還是在結果上總是不如人意。

教學現象真相的獲得可通過個體的直觀，也可通過主體問的共識判斷，或通過科學方法進行測量。教學方案是教學活動的腳本，教師個體對自己設計的教學方案了如指掌，但按方案實施后的教學活動由于學生的參與和一些自然發生的教學行為的加入，使得教學活動變得十分復雜，教學活動已成為超越教師個體自身的理解對象，教師個體單憑直觀經驗所能捕獲的教學事實非常有限，難以完整還原或描述教學發生過程中的具體細節，對教學的感知停留在感覺上，教師憑感覺判斷課堂的好壞。因此，就教學理解而言，教師個體并不能真正理解他“所導所演”的教學，自然發生的教學理解并不可靠。而多個專家或教師個體在審視同一個教學活動時能從不同側面獲取更多該教學活動的教學真相。面對同一個教學活動，多個“專家”參與的教學測評，對不同側面教學真相的把握總量相比教師個體來說要多一些，但他們對教學的理解深度并不及教師個體。因為教師既是教學活動的設計者，又是教學活動的實施者，如何將教學方案轉化為相對合理的教學行為都有其自己的合理詮釋與綜合衡量，而評課專家只是課堂教學的旁觀者。旁觀者因缺乏課堂的設計與參與，對教學過程中的事實把握甚少，缺乏客觀事實依據也就難以理解教師的特定教學行為，不了解教師的具體教學決策過程就只能根據自己的經驗和價值傾斜，借助教學評價量表憑感覺打分來判定教學結果的好壞。可見，個體或群體通過直觀經驗捕獲到的實事都是有限的，若不講究科學方法，個體對教學真相理解的正確性都是可疑的。教學的客觀解釋需要科學方法的輔助，如常用的定量分析、定性分析或視頻觀察等方法。但通過定量分析得到的教學結果測評數據，太過宏觀，缺乏說服力，無法呈現教學過程中的具體細節，更難以說明教學過程是怎樣發生的。而通過定性分析關注師生的交互文本內容，又太過微觀，易陷入細節中難以對教學過程有一個宏觀的把握。

因此，充分、客觀地解釋教學只關注孤立的教學結果是遠遠不夠的，因為教學結果無法全面呈現反映課堂教學真相的過程性數據。教學解釋應該關注教學過程，在教學過程數據的驅動下才能更好地理解教學是如何發生的。反復觀看教學視頻雖也能對教學過程進行解釋，但過于直觀，僅憑直觀經驗看不到較為全面、深層的教學真相，無法達到對教學的專業化理解。教學的專業化理解需要借助專業化工具才能獲得更多教學過程中的客觀數據，在教學過程數據的驅動下進行的教學解釋才能擺脫主觀主義，實現主體問的有效溝通。而獲得教學過程中的豐富數據需要借助專業化的教學理解工具對教學過程進行描述，而不只是局限于是師生在教學環節上的具體行為表現。在此方面，教學過程機制圖可提供借鑒。

二、教學過程機制圖

教學系統是一個由教師、學生和信息媒體這三類信息處理主體所輸出的信息流組成的結構封閉的信息流動系統（如圖1所示）。每個IPX（X可代表教師T、學生L或媒體M）的信息輸入是其他IPX的信息輸出，所有IPX的輸出信息總和就是教學信息集合IIS，每個信息處理主體都向這個教學信息集合IIS輸入輸出信息。可見，構成教學系統的基本元素是教師、學生及信息媒體對教學信息的處理，而不是師生或媒體本身。師生個體的其他方面只是教學系統的環境要素，這些要素對教學系統的影響最終都會通過他們的信息輸出表現出來。教學信息集合IIS代表的是教學活動的整體社會建構水平。

教學系統的概念模型

教學系統模型清楚地說明了教學是什么，但該模型并不能表征教學過程，不具有輔助理解真實教學的功能。教學系統是一個結構封閉的信息系統，還原教學教學系統過程應采用基于信息流分析的教學分析方法。IIS圖分析法是其中一個應用成熟的基于信息流的教學分析法，可用來解析教學系統運行過程。IIS圖分析法將信息處理主體輸出的言語信息稱為教學信息流，師生及信息媒體通過貢獻信息流推動教學系統的運行。如把教學中師生及信息媒體輸出的言語信息表征為“<發起者><操作><信息類型><表征形態>[<信息質量>][<內容注釋>1”格式，教學過程便被轉化為由信息流組成的信息流序列。信息流序列是教學系統的底層基礎數據，如將由信息流序列推算出的反映教學系統特征的知識點激活量、知識點總激活量、知識點激活次數、學生參與度、媒體多元性、一致性等指標值標注在知識建模圖上，便可得到表示教學系統運行結果的IIS圖。IIS圖分析法明確規定只有信息流是知識語義、答案或事實范例類型時才為其選擇IIS知識子圖。IIS知識子圖是教學活動的知識建模圖中一個知識組塊，是某信息流所包含的知識點，通過IIS知識子圖可將信息流與教學內容高度關聯起來。只有具有IIS知識子圖屬性的信息流才能激活知識點，信息流的具體呈現方式對教學系統的運行結果并無本質影響。所以，師生或信息媒體對教學系統的具體作用是通過其輸出的信息流所蘊含的IIS知識子圖實現的，他們對教學系統的作用結果最后都會通過IIS知識子圖表現出來。信息流序列雖已是對教學過程進行的結構化描述，但太過微觀，教師易陷入教學信息細節之中，不利于從宏觀整體認知教學活動。

另外，教學系統是一個復雜的人造系統。教學系統中師生及信息媒體扮演著不同的角色并有所分工，在履行各自角色職責的過程中實現特定的教學系統功能，而角色職責的履行具體表現為信息處理主體外顯化的教學或學習行為。師生的一些角色行為并不總是包含言語信息，但同樣具有重要的教學功能，如教師的點頭或一個渴望的眼神等。沒有言語輸出就無法進行信息流編碼，這部分角色行為也就無法轉為信息流序列。可見，信息流序列還原的教學過程是不完整的。完整的教學過程信息還應包含師生的角色行為信息。

因此，教學過程的還原在不丟失信息流底層數據的基礎上，還需將微觀的信息流序列和師生角色行為信息進一步概括抽象，合并為中觀的教學環節序列圖。一個教學環節圖包括教學環節的統計數據、主題內容、參與者的角色行為序列、環節的過程描述等信息，如下頁圖2所示。教學環節圖能夠較為全面、直觀地呈現師生圍繞特定教學內容展開的具體交互過程，“除了具體的言語信息外，教學環節圖所載的數據與閱讀交互文本（甚至視頻）所獲得信息相比，不但沒有遺漏重要細節而且還包含主題圖和各種初步統計信息”。將教學環節圖按時間順序排列便是整個教學過程，這種表征教學過程的方式我們稱之為教學過程機制圖。機制圖中反映教學特征的統計數據的教學含義如下：

1.教學環節的統計數據

教學環節包括5個方面的特征數據：（1）角色信息是指本環節出現的教師和學生的角色種類及數量，可反映師生在教學過程中的職責;（2）知識點貢獻度反映的是該環節的社會交互水平及其在整堂課中的地位，知識點貢獻度越大表明本環節的社會交互水平越高;（3）信息流條數包括總信息流條數、教師貢獻的信息流條數和學生貢獻的信息流條數，通過“教師或學生貢獻的信息流數與總信息流條數的比值”可準確判定師生在環節中的言語層面參與度;（4）學生參與度是學生對環節中所涉及到的目標知識點的總激活量，可反映學生對環節中的目標知識點的學習效果;（5）持續時間是指本環節用了多長時間，一般情況下，用時越多說明該環節越重要。

2.教學環節的主題圖

環節主題圖是指本環節中所有被激活的知識點的組成的知識組塊，每個知識點上標有“激活量/激活次數”數據，其中標黃的知識點是目標知識點。通過環節主題圖可清楚地知道本環節要達成哪個學習目標，涉及了哪些知識點及哪個知識點是重點內容等信息。另外，結合環節的持續時間和主題圖數據還可進一步解釋該環節的實際交互的質量，如本環節用時與整個教學活動用時的比值較大，但被激活知識點較少，或主題圖中知識點的激活量與激活次數很少，我們則有理由懷疑該環節的交互質量較差。

3.環節的角色行為序列與過程描述部分

主題圖下方標注的是該教學環節中出現的師生角色行為序列信息與異常行為，通過這些信息能初步了解該環節的整體交互過程，而依據師生角色行為的切換數據可進一步判斷該環節的具體交互類型。環節的過程描述信息可幫助我們迅速了解該環節是如何發生的、出現了哪些異常行為及其產生的原因。

教學過程機制圖關注內容豐富的教學過程，通過提供還原教學過程真相的中觀數據來表征教學的大致過程，以幫助人們理解教學目標與教學手段之間的動態變化關系。因此，教學過程機制圖是一種輔助教學理解的專業工具，可以作為解釋教學過程及其特定教學行為的重要抓手，用來回答教學是如何達成或偏離目標的問題。

三、教學過程數據驅動下的教學解釋框架

解釋意為“陳述”“說明”或“意義分析”，主要任務是將陌生的語言世界轉換為人們熟悉語言世界，以獲得對事物的全面、客觀認識。解釋是在充分觀察的基礎上進行的理性思考，旨在明晰事物變化的原因及事物之間的具體聯系。為了做出正確的解釋，需要在獲得充分證據的基礎上，利用已有的知識進行合理的思考。而獲取事物事實、挖掘發展原因的關鍵在于要有科學的工具或方法以獲取足夠的數據來輔助解釋活動。因此，本文認為教學解釋是指借助特定的教學過程描述工具以獲得教學過程數據，在教學過程數據的驅動下，揭示特定教學行為產生原因（即教學行為的意義），以幫助教學反思，找到恰當的教學干預手段來促使或克服特定教學行為的再次發生的一個復雜過程。

事物的意義來源于對具體問題的回答解釋，而正確的問題往往產生于真相之中。教學過程機制圖是一種還原教學過程信息的描述工具，能揭示教學圍繞什么主題發生了什么、具體發生過程及產生了什么問題等過程性數據。通過觀察教學過程機制圖，雖然可以清楚地知道一個教學過程中的主要事實真相，但它無法還原教學問題發生的具體原因。當我們需要分析教學問題產生的原因時，還需要回到教學視頻的轉錄文本或信息流中去，借助這些數據來幫助我們理解教學，定位教學問題，進而找到教學問題的具體解決策略。

因此，一次教學解釋活動，需要回答發生了什么、圍繞什么發生的、如何發生的、為什么會發生或不發生、產生何種影響、如何促使或避免其再次發生等6個主要問題。通過教學過程機制圖中的數據，我們可清楚地知道教學發生了什么、圍繞什么發生的、如何發生的等關鍵信息，而基于教學過程機制圖上的關鍵信息點，借助教學視頻的轉錄文本或信息流，可幫助我們找到特定教學問題產生的原因，找出特定教學問題的解決方案。為此，本文提倡在“教學過程機制圖+轉錄文本”的數據驅動下進行教學解釋。另外，解釋教學是一個質性分析的過程，在分析過程中，需結合具體教學情境從教師、學生和媒體三方面進行綜合分析。基于此，本文提出了教學過程數據驅動下的教學解釋框架，如表1所示。

表1 教學過程數據驅動下的教學解釋框架

教學過程數據驅動下的教學解釋大致分為三個階段：

1.通過教學過程機制圖獲取教學過程的中觀數據

通過讀圖，可獲得教學分為幾個環節、哪個環節比較重要、每個環節圍繞哪些知識點展開、每個環節中教師和學生的參與情況、每個環節中有哪些異常行為等反映教學過程特征的數據。通過這些數據，初步理解教學發生的大致過程。

2.結合教學視頻轉錄文本探尋特定教學行為發生的原因

深入理解教學的內涵僅僅知道基本教學真相是不夠的，還需要知道教學真相發生的原因。探究教學真相發生的原因可從教師、學生、媒體三個方面對教學進行解釋。

教師方面可從5方面考慮：（1）教師的活動組織，如通過何種方式進行引入、使用何種媒體進行教學等;（2）與學生的交流方式方面，如是否兼顧學生的自尊和自信心等;（3）對知識點的講解方面，如講解是否清晰，是否產生歧義等;（4）對學生指導或匯報的評價方面，如是否對學生不恰當的回答及時糾正等;（5）專業和技能知識方面，如教師對學科知識是否有恰當深刻的理解，對媒體的使用是否熟練等。

學生方面可從4方面考慮：（1）先決知識的掌握情況;（2）基本技能的掌握情況，如對媒體的使用是否熟練;（3）人際關系，如對同伴是否尊重，是否善于表達等;（4）課堂紀律，如是否出現影響課堂秩序的無關行為等。

媒體方面主要考慮2點：（1）媒體的自身性能，如在媒體使用過程中是否發生異常;（2）媒體使用的合理性，學習內容是否適合使用該媒體進行呈現等。

教學中異常行為的出現總是會妨礙教學活動的正常開展。因此，分析異常行為產生的原因，找到異常行為的解決方案十分重要。而多數異常行為發生的大致原因都可通過教學過程機制圖中的異常行為標注與環節信息描述等數據獲得，如若某異常行為不在教師的預期之內，教師可將其定位到視頻或轉錄文本中的具體位置，然后借助表1教學解釋框架并結合具體情境進行深入分析，以尋求恰當的解決方案。

四、教學過程數據驅動下的教學解釋個案

為進一步說明教學過程數據驅動下的教學解釋框架的可行性，本文嘗試使用上述教學解釋框架對一次教學過程的片段進行分析解釋。

樣本源自一次真實的智慧教室下的協作學習活動，本次協作學習主題是“推導圓柱體的表面積計算公式”，先決知識點是“圓柱的組成部分”，學習目標是“圓柱體表面積（理解）、圓柱體側面積（理解）、S側=eh、S表=2+2（理解、運用）、S表=2s底+s側（理解）”，共有“利用學具制作圓柱體模型”和“利用圓柱體模型推到圓柱體表面積與側面的計算公式”兩個學習任務，包括情景引入、探究拼合圓柱體的方法、推導圓柱體表面積和側面積的計算公式、圓柱體表面積計算公式鞏固和教學總結五個教學環節。協作學習由任課教師組織，共分5個組，每組5人，每人配一臺PAD，PDA具備電子筆記、同步共享、照片上傳、云協作交流、搜索、拍照、截圖、在線發布與做題、統計分析、投放等現代媒體功能。協作學習過程中，研究者除把協作過程錄制下來外，并不干涉學生的媒體選擇，學生即可使用PAD中的數字資源和現代媒體功能，也可使用傳統的教材教具。

獲取表征協作學習過程的特征數據需生成協作學習的過程機制圖。生成協作學習的過程機制圖包括如下步驟：（1）將協作學習視頻轉錄成文本;（2）對轉錄文本進行IIS圖分析;（3）根據“智慧教室環境下協作學習的角色行為編碼系統”對轉錄文本進行行為編碼;（4）根據教學過程機制圖的繪制規范生成協作學習的教學過程機制圖。本文選擇該協作學習活動中的教學環節3“推導圓柱體表面積和側面積的計算公式”內容來對上述解釋框架的可行性進行說明，“推導圓柱體表面積和側面積的計算公式”的環節機制圖如圖3所示。

推導圓柱體表面積和側面積的計算公式的環節機制

通過圖3可得到環節3的如下協作學習過程數據：該環節共持續了972秒（14分29秒），出現了有8個角色，分別為CY（20次）、HD（37次）、JD（1次）、MS（10次）、TW（26次）、ZD（1次）、ZJ（11次）、ZZ（20次），其中教師參與了HD（2次）、JD（1次）、MS（4次）、TW（23次）、ZD（1次）、ZJ（4次）、ZZ（18次）角色，學生參與了CY（20次）、HD（35次）、MS（6次）、TW（3次）、ZJ（7次）、ZZ（2次）角色;知識點貢獻度為69.68%，主要激活了“[PFlS側=ch、[PF]S表=2S底+S側、[CN]圓柱的表面積、[CN]圓柱的底面積S、[CN]圓柱的側面積、[PF]S圓=πr方、[CN]側面[PF]S側=πdh';包含157條信息流，其中教師貢獻32條，學生貢獻125條，學生參與度為321.78，學生參與質量較高，是本次協作學習的主要環節。

通過教學環節3過程描述信息可知，該環節協作過程大致為：教師首先向學生拋出“如何計算圓柱側面積和表面積”問題后，并通過PPT投影出任務要求;明確任務要求后，學生開始討論，得出“圓柱表面積等于側面積+兩底面積”公式;教師巡視過程中，提示學生“要一個問題一個問題解決”，學生繼續討論，總結出“側面積是πdh，就是長方形面積就是周長乘以高”，然后進一步討論“這是不是最簡式”。通過PPT投出任務要求，一定程度上提高了教學效率，組員圍繞“推導圓柱側面積和表面積的計算公式”進行討論，中間沒有發生異常行為，小組討論的質量較高。在此過程中，因小組成員“不知如何上傳學習成果”和“不知道哪里找課件”（如下頁表2所示）各產生了1次媒體使用異常，導致討論中斷。小組繼續討論，并將討論結果進行總結，推出“圓柱表面積是兩個圓+長方形及計算公式”;在教師講解時，小組內部因“是不是可以點平板查看”的歧義而發生爭執（如表3所示），出現4次人際關系異常，導致討論兩度中斷;小組再次討論推導結果，并將結果呈現給老師以尋求確認，老師確認后要求拍照上傳共享本組的學習成果，小組不知道如何上傳，教師給予指導，但在上傳時平板未反應，共發生了4次媒體使用異常（如表4所示）;教師詢問進度后，通過投影依次展示各組的學習結果，然后由匯報員匯報推導過程，在此過程中教師對學生匯報給予評價，同時把學生關于公式的回答寫在黑板上。雖然學生使用云筆記共享學習成果過程出現了異常，但該功能在學生成果匯報時方便了信息的呈現。

兩次媒體使用異常行為對應的信息流

人際關系異常對應的信息流

成果上傳異常對應的信息流

基于上述協作學習環節3的解釋分析，本文認為可從以下方面優化協作學習過程：（1）進一步明確小組成員的角色分工，確保小組成員各司其職;（2）在活動開展之前，教師要向學生交待清楚成果匯報的具體方式，并提示將小組討論結果一次性上傳，以免占用協作時間;（3）在活動進行前，教師需要對學習中使用到的資源進行說明，以免學生產生資源獲取方面障礙;（4）課前需檢修媒體設備，以免活動中出現故障，影響課堂活動的正常進行;（5）教師選擇媒體前，要進行軟件使用培訓，確保學生能熟練使用媒體，以免因使用不熟練影響教學進展;（6）學生在使用媒體時常受到媒體中其他教學信息的干擾，教師可將其屏蔽，避免學生注意力的轉移;（7）在活動中提醒學生，要相互理解、虛心聽取他人的意見，互幫互助，構建融洽的小組學習氛圍，避免言語沖突或人身攻擊。

由此可見，在教學過程數據的驅動下進行解釋，不僅能通過主題圖和各種統計信息獲得教學的整體特征，而且能通過教學環節的描述信息了解教學中的重要細節，同時還能借助教學過程機制圖中的特定標注信息（如異常行為）定位特定行為在教學中的具體位置，根據特定教學行為對應的文本內容分析該行為產生的原因，進而找到克服特定教學行為再次發生的解決方案。教學過程數據驅動下的教學解釋框架可作為教學解釋的科學方法，用于輔助教學反思和教學技能的提升。

五、結語

教學解釋的目的在于理解教學，專業的教學理解建立在有效的教學解釋之上，有效的教學解釋需要借助專業化的教學解釋工具進行輔助。只有在專業化的教學解釋工具的輔助下，才能在獲得足夠多的客觀教學過程數據的基礎上對特定教學行為進行意義解釋（揭示產生的原因）。通過個案分析發現，使用教學過程數據驅動下的教學解釋框架解釋教學不但能通過教學過程機制圖呈現教學是如何發生的、過程如何、存在哪些問題等過程性中觀信息，判斷教學是如何達成或偏離教學目標的，而且還能利用機制圖中的標注信息定位特定教學行為在教學中的位置，借助教學行為的交互文本揭示該行為產生的原因并找到具體的解決方案。教學過程數據驅動下的教學解釋框架能從文本分析的教學細節中抽離出宏觀的教學認知，有效彌補了教學結果測量數據缺乏解釋力的不足，而且教學解釋力遠超個人觀看視頻或對教學理解的直觀水平，可作為一種專業化的教學解釋工具。教學過程機制圖呈現的中觀真相相對客觀，以教學過程機制圖為主線進行教學解釋，能在一定程度上克服教學解釋的主觀性，增加教學解釋的客觀性，使教學解釋更加接近教學真相。旁觀者（專家或聽課者）和教師本人都可基于該解釋框架給出自己的教學解釋，但教學過程發生的緣由和意義只能由行動者本人做出解釋，而旁觀者的教學意義解釋只是對教師行為意圖的一個主觀猜測，旁觀者能否真正理解教師的教學還有待進一步驗證。旁觀者在一知半解的情況下貿然利用話語權干涉教師的教學反思是不恰當的。因為教學反思是教師個人的私人活動，只有教師認識到了自己的教學不足，教學改進才真正開始。旁觀者的教學解釋對教師的教學反思改進來說，只是一個參考，教師不能按照旁觀者的意圖去改，否則教學不再是教師的教學，而變成了旁觀者的教學。