教師信息技術應用能力測評：基于教學數據流的課堂事理圖譜

唐燁偉 李 施 彭 蕓

(1.東北師范大學 信息科學與技術學院， 吉林長春130117； 2.深圳市鹽田區云海學校， 廣東深圳 518083;3.華中科技大學 藝術學院， 湖北武漢 430074)

“互聯網+教育”的發展，推動著教育理念更新、教學模式變革、教育體系數據化重構(教育部，2018),并對教師信息技術應用能力提出了更加具體的要求和更加規范的準則。如何測評教師信息技術應用能力、檢測教師信息技術應用能力對學生學習效果的影響是亟待解決的問題(周九梅，2020；祝智庭等，2015)。本研究基于教學數據流，在教師行為與學生行為之間建立對應關系，以此判斷教師應用信息技術對學生學習效果的影響；通過事理圖譜(Event Logic Graph, ELG)測評教師信息技術應用能力，明晰教師在教學各環節應用信息技術的能力、教師應用信息技術突破教學重難點的能力、教師應用信息技術提升教學質量的能力等，形成教師信息技術應用能力測評報告，為教師提升信息技術應用能力提供參考。

一、文獻綜述

(一)教師信息技術應用能力

教師信息技術應用能力測評的關鍵在于測試的有效性與可操作性。應用最廣的測評框架是TPACK(李陽，2019；李敏，2019)，但主要以自我報告形式實施測評。這種測評方法對于試測者和測試情境要求不高，適用于大規模測試與調查，但其以人的主觀判斷為基礎，易受個人傾向或社會期望影響。有學者(張海容，2011；陳麗麗，2017)借用情境判斷測驗的形式，通過教師對真實課堂教學情境的行為反應判斷教師的能力水平。考慮到教師信息技術應用能力測評不能忽視學生因素，本研究借鑒已有教師信息技術應用能力測評方法，從教師教學行為、學生學習行為、學習效果等維度，利用教學數據流、教學行為分析、事理圖譜等方法測評教師信息技術應用能力。

(二)基于教學數據流的教學行為分析及事理圖譜

教學行為既包含直接傳遞信息的外在行為，也包含情感、態度、價值觀等內在行為(喬愛玲等，2018)。教學行為分析指獲取教學行為完整數據并加以處理，對教與學過程測量、收集、分析、報告，進而對教學進行評價和提升(何克抗，2016)。國內外教學行為分析方法主要有弗蘭德課堂互動分析系統 (FIAS)、錄像分析法(TIMSS)、學習者視角分析法(The learner’s perspective study，LPS )、教學行為分析法(Students-Teachers，S-T)(吳雪梅，2019)。其中，S-T分析方法以課堂時間為抽樣標準，分類簡單清晰、客觀。本研究在S-T教學行為分析基礎上，基于教學數據流，分析教師行為、學生行為、教學效果數據之間的關聯，作為教師信息技術應用能力測評的基礎。

數據流概念由亨辛格1998年提出，最初應用于通信領域，意為信息的數字編碼信號序列，是一種控制單元信息傳輸的形式。數據流表示系統流動的數據和數據流向，由一組確定的數據項組成。數據流可以是一項數據、一組數據(如文件、單據等)，也可表示對數據文件的存儲操作(仇學敏，2017；任友群，2016)。數據流用帶名字的箭頭表示，箭頭方向表示數據流向，其流向很靈活。作為數據在系統內的傳輸通道，數據流可從數據處理流向數據處理，也可在數據處理與數據存儲或外部實體間流動，兩個數據處理間可有多股數據流(宇文姝麗，2016)。數據流分析法一般從時間、因果、數值、關聯、比較等方面展開。本研究應用時間分析法分析數據變化的頻率和周期；應用因果分析法判斷數據間的因果關系；應用數值分析法的定量分析和對比分析，測試數據，找到異常指標；應用關聯分析法分析相互關聯數據間的對應與比例關系；應用比較分析法比對同條件或同組數據(U.S Department of Education,2013)。

事理圖譜是描述事件之間順承、因果、條件和上下位關系的事理演化邏輯有向圖，可描述事件之間的演化規律和模式。2017 年中國計算機大會首次提出“事理圖譜”概念，旨在揭示事件之間的順承關系、因果關系、條件關系和上下位關系，用于發現事件的演化規律并預測后續事件。本研究應用教學數據流在教師行為、學生行為及學習效果的結構化數據和非結構化數據之間建立順應關系，并應用事理圖譜描述教學行為邏輯關系，測評教師信息技術應用能力(唐燁偉等，2020)。

二、研究設計

(一)研究方法

本研究選取全國信息技術與教學融合創新展示與培訓活動平臺(http://huodong.edusoa.com)公布的30節小學語文智慧課堂展示課作為樣本，采用數據流分析法和視頻分析法進行可視化分析。

本研究以教學活動流為主線，將課堂行為分為教師行為和學生行為，并對學習效果編碼。本研究依據語文課堂常規教學活動確定教學活動編碼表二級維度，并根據所選30節智慧課堂視頻調整二級維度的行為，最終確定15項語文智慧課堂教學活動及行為(見表一)。

表一 教學活動編碼

本研究參照選取的語文智慧課堂樣本確定教學行為，依據教學行為呈現方式、媒介環境等對其劃分，并提供內容描述和解釋說明(見表二)。鑒于學習行為的有效性是檢驗課堂質量的重要標準(段作章等，2012；張紫屏，2015)，是教師行為作用于學生的外化反映，本研究也將學生課堂學習行為進行編碼(見表三)。

表二 教師行為編碼

課堂是基于知識、能力、方法、素養、思維的，抑或是無效的，都與教師有重要關聯。教師的教學理念、教學方法、選擇的教學環境及自身條件等影響著課堂教學及學生學習效果(姜美玲，2006；王文靜，2002)。因此，本研究從知識、能力、方法、素養、思維、無效學習六個維度探討學習效果(見表四)。

表三 學生行為編碼

表四 學習效果編碼

(二)實施過程

根據制定的編碼表，本研究采集和分析所選30節智慧課堂的完整視頻數據，包括：1)根據課堂教學流程在教學活動編碼表選擇學習活動，應用數據流分析法形成課堂教學流程數據流； 2)記錄和收集教學流程中教學活動的教學行為數據(從教師行為編碼表和學生行為編碼表中選擇)，并應用關聯分析法在教師行為和學生行為間建立對應關系；3)根據教師行為、學生行為，應用因果分析法和比較分析法分析教師教學效果、學生學習質量，根據學習效果編碼表記錄數據，完成對課堂教學行為數據收集和整理，形成完整教學數據流(見圖1)。

圖1 教學數據流程

三、研究結果

(一)顯著行為序列分析

本研究采用行為序列分析及交叉分析，分析學習活動、教師教學行為、學生學習行為及學習效果之間存在的顯著行為序列(穆肅等，2015)，并結合視頻分析，挖掘小學語文教學行為及行為序列的特點。內容包括：分析教師教學中信息技術應用情況，探析教師教學行為序列與教師信息技術應用能力之間的關系。教師行為與學生行為轉換頻率較高表明此關系具有穩定性，以此確定教師行為與學生行為的轉換關系；當某一轉換關系出現頻率大于80%時，學習行為與教學行為存在較明顯轉換關系。研究者進而觀察教師差異性課堂，形成課堂轉換關系序列，通過課堂轉換關系將教師信息技術應用于教學體現出的能力分為導練型、探究型、素養型和創新型四類，以此為基礎研究基于教學數據流的教師信息技術應用能力事理圖譜。

表五 基于教學活動數據流的教師教學行為頻次統計

(二)教師教學行為序列與教師信息技術應用能力相關分析

本研究以教學活動(胡振凡，2016)作為數據流統計教師課堂教學行為的頻次(見表五)。其中，行代表教學活動，列代表教學行為，數據表示教學活動數據流中教師行為序列發生頻次。

表六 基于教學活動數據流的課堂行為頻次統計

教學行為序列總頻次表明，課堂講授行為CJ(125)>JJ(107)>JS(89)，評價行為JPJ(196)>PJ(31)，課堂管理行為JGL(83)>GL(9)，布置任務行為JBR(136)>BR(25)，展示行為JZS(115)>ZS(4)，總結行為JZJ(77)>ZJ(16)，指導行為JZD(92)>ZD(14)，活動組織與管理行為JGL(109)>GL(9)。可見，語文智慧課堂中，教師應用信息技術支持課堂教學總頻次高于傳統教學行為。這表明，教師認識到信息技術對教學的作用和重要影響，對信息技術與教學相融合認可程度較高。教師WG(10)和TB(13)行為頻次低于0.4%(0.004)，表明教師設備操作能力、信息技術應用能力、教學設計能力、教學融合能力有待提高。

每項教學活動的教學行為頻次由高到低依次是 KWTZ：JZS(49)、ZHYY：JPJ(46)、FSTL：JJ(41)、SHLJ：JGL(35)、YFGM：JGL(33)、FXJC：JBR(32)、 CBGZ：CJ(28)。由此可見，在語文智慧課堂中，教師開展課外拓展教學活動，應用信息技術支持內容展示；開展綜合應用教學活動，應用技術支持評價；開展反思提煉教學活動，應用技術支持講解；開展深入理解教學活動，應用技術支持活動組織與管理；開展引發共鳴教學活動，應用技術支持課堂管理；開展復習檢查教學活動，應用技術布置作業；開展初步感知教學活動，應用技術創設情境。

(三)教師教學行為與學生學習行為轉換模式

本研究基于教學活動數據流統計并分析教師行為與學生行為轉換頻次(見表六)。由表六可知，教師單一教學行為引導下學生會產生多種學習行為，如教師創設情境，學生對應會出現JSD、ZYD、TL、HZ、TJ、TW、SK等行為轉換，占語文課堂學習行為的7/21。學生學習行為出現頻率大于80%，表明此學習行為與教學行為存在較明顯轉換關系，以此確定教學行為與學習行為轉換模式(見圖2)。

圖2 教學行為與學習行為轉換模式

圖中12個圓圈，代表12種學生行為象限。圓圈外的行為編碼為教師行為，直線表示教師行為與學生行為間的轉換關系。21種教師行為與12種學生行為間存在40對明顯轉換關系(見表七)。表七第一行表示常規條件下的轉換關系，第二行是問題驅動下的轉換關系，第三行為技術環境下的轉換關系；第一列代表引導學生思考(SK)的轉換關系，第二列為引導學生討論(TL)和測試(CS)以及練習(LX)的轉換關系，第三列為引導學生探究(TJ)的轉換關系，第四列為引導學生提問(TW)的轉換關系，第五列為引導學生評價(PI)的轉換關系。

表七 課堂行為轉換表

表八 基于數據流的學習行為與學習效果轉換關系

(四)教師信息技術應用能力結構

本研究將語文智慧課堂學習效果，按照學生知識習得、學習方法、能力培養、核心素養及學習深度等分為六個梯級維度，并通過教學活動數據流將語文智慧課堂中教師教學行為與學生學習行為轉換模式可視化。在高頻或常規轉換模式下，教師通過不同教學行為引導學生學習行為，學習行為累積轉化為學習效果(見表八)。

本研究通過分析教學行為序列頻度，觀察不同教師差異性課堂轉化模式，形成課堂轉化模式序列，并依據教學效果對教師應用信息技術支撐課堂教學的能力分為注重語文練習和講授的知識型教師、注重語文方法指導的導練型教師、注重語文能力提升的探究型教師、注重語文核心素養的素養型教師以及注重培養學生高階思維的創新型教師。由此，本研究將教師信息技術應用能力劃分為知識型、導練型、探究性、素養型和創新型五類，依據課堂行為序列可知，知識型教師屬于傳統課堂教學(見圖4)。

圖4 與教師信息技術應用能力結構相關的課堂行為轉換模式

語文課堂高頻度出現JJ-FS、ZJW-FS、SK-FS、GL-(MF、JBJ)JGL-FS、JZS-FS、FSW-HZ、TJW-HZ、JBR-HZ等教師-學生行為轉換模式，表明教師信息技術應用能力屬于導練型；高頻度出現JJ-TJ、FSW-TJ、ZJW-ZJ、TJW-TJ、SK-ZS、BY-TJ、JFK-ZJ、JGL-ZS、JBR-TJ、JZJ-ZJ轉換模式，符合探究型；高頻度出現CJ-TW、QFW-TW、BD-TW、JZD-TW轉換模式，符合素養型；高頻度出現PPW-PI、ZD-PI、JZS-PI、JGL-PI轉換模式，符合創新型。

圖5 教師信息技術應用能力事理圖譜

(五)教師信息技術應用能力測評事理圖譜

本研究依據語文智慧課堂呈現的導練型、探究型、素養型和創新型四種信息技術應用能力及相應教師顯著課堂行為轉換模式，繪制教師信息技術應用能力測評事理圖譜，可視化測量和報告教師信息技術應用能力(見圖5)。箭頭方向表示轉換順序，線條的粗細代表顯著性強弱。

(六)教師信息技術應用能力測評報告

在事理圖譜基礎上，本研究提取語文智慧課堂教師信息技術應用能力相關行為(潘嬌嬌，2018)，列舉與其相關語文活動(見表九)，形成小學語文教師信息技術應用能力測評報告(見圖6)。中心點代表技術相關性，與其相關的活動主要有導入、講授、展示、反饋、總結、管理、布置任務、評價八類。兩者間用直線連接，直線距離中心點越近表示技術相關性越大。教學活動與技術相關性相連接形成陰影區域表示教師課堂信息技術應用情況，陰影面積大小代表教師信息技術應用能力強弱。

教師信息技術應用能力測評報告可直觀顯示課堂各教學環節信息技術應用情況，教師可依據測評報告調整教學活動安排、提升信息技術應用水平(楊嬋等，2020)、優化信息技術應用結構，進而在融合中不斷提升信息技術應用能力，最終實現創新性融合應用。

四、結論與討論

(一)教師信息技術應用能力結構不同，教學行為也存在明顯差異

依據事理圖譜對教師信息技術應用能力表征，本研究發現，導練型教師在課堂中能熟練應用信息技術，將信息技術與課堂教學相融合；能夠借助信息技術課堂講授，將信息技術應用于課堂展示、布置課堂任務；能夠將技術融入課堂管理，通過問題驅動學生反思，引導學生合作解決反思性、發散性等重難點問題。

圖6 小學語文教師信息技術應用能力測評報告

探究型教師不僅在語文知識和學習方法的講授中應用信息技術，而且應用信息技術解決更復雜的教學問題。該類教師注重語文能力提升，通過信息技術引導學生探究、展示、總結，包括應用信息技術布置任務、講授，通過探究性、發散性問題引導學生探究性學習；應用信息技術管理課堂，引導學生開展各種展示活動；應用技術反饋、總結，通過總結性問題引導學生建構知識體系。

素養型教師的顯著特征是應用信息技術引導學生主動思考、提出問題、批判質疑。教師應用信息技術創設教學情境，實時指導學生，及時反饋，通過設計啟發性任務和問題，引導學生提出問題、產生質疑(Hamilton et al.,2016)，提升學生批判性思維能力。

創新型教師的課堂是真正富媒體、多技術的智慧課堂。教師信息技術應用能力不僅體現在應用層面，而且是在“互聯網+”思維體系下開展教學活動。教師將課堂主體轉移至學生，應用信息技術管理課堂，學生在學習中隨時參與多主體、多維度的實時評價。課堂以學生為主體，學生行為主要包括提問、合作、探究、反思、評價等高階活動(International Society for Technology in Education,2017)。

(二)基于數據流的課堂事理圖譜有助于科學測評教師信息技術應用能力

教育大數據、學習分析等的應用，推動傳統課堂向智慧課堂轉變，可逐步實現全面掌握課堂教與學全過程、全面監控課堂教與學全動態，逐步實現課堂教學活動及課堂行為采集、存儲、分析、分類、處理等數據化表示、反饋與優化。對課堂數據特別是課堂教學行為數據的數據流處理，可以幫助實現課堂教學的科學化管理及評價。教學數據流可以基于時間和關系輸入、記錄、寫入、讀取和鏈接教與學數據。包括作業、發言、互動等在內的每個課堂行為都被記錄為數據流系統的數據文件或數據流的一項或一組數據。這些教學行為記錄使教學行為分析更加可視化，應用教學數據流并以事理圖譜方式表征教師信息技術應用能力，使教師信息技術應用能力測評更加科學化。

(三)教師信息技術應用能力測評體系有待完善

本研究根據學科教師在智慧課堂呈現的信息技術應用能力及相應的教師顯著課堂行為轉換模式，通過測評事理圖譜對教師信息技術應用能力表征，實現對教師信息技術應用能力的可視化測量并形成能力報告。直觀的測評報告對教師自我教學認知有積極意義，對教師提高信息技術與教學融合的能力有積極影響。當然，無論是課堂行為還是教師信息技術應用能力，其關鍵要素和影響因素都是復雜且多維的(梁茜，2020；王永軍，2019)。在面對不同教學環境、教學主體、學科、課型等具體因素時，需要在此基礎上建立靈活、彈性的測評系統，本研究團隊將致力于形成更加完備、適應性的教師信息技術應用能力測評體系。