智慧教室環境下的課堂教學行為分析

黎安琪 徐斌艷

[摘? ?要]為了解智慧教室環境下的高中數學課堂教學行為現狀，研究借助智慧教室課堂教學互動分析編碼系統和NVivo質性分析軟件，以一節高中數學建模智慧課堂的課堂實錄作為研究對象，對師生使用技術情況和師生言語互動情況進行分析。研究發現：智慧教室環境能夠發揮學生的主體性，智慧教室的技術與資源支持豐富了課堂呈現、師生互動;技術主要支持的是教師的教學行為，但教師尚未能充分使用智慧教室所提供的技術資源支持。

[關鍵詞]智慧教室;高中數學;教學行為;課堂教學

一、引言

隨著智能技術的快速發展，“人工智能+教育”逐漸進入人們的視野，以智能技術為基礎構建的智慧教室也作為新型課堂環境出現在日常教育實踐中，推進了智能技術與教學的深度融合。智慧教室通常會配備交互式電子白板、實時反饋系統等設備，為實際教學提供了更多技術支持以及師生交互的可能。那么，在具體教學實踐中，智慧教室技術與資源支持的價值是否在課堂上得以真正體現？教師應用技術輔助教學的現狀如何？課堂教學行為又呈現出怎樣的特點？有研究指出：智慧教室環境下，課堂互動本質上并沒有超越傳統課堂。[1]也有研究發現，智慧教室中學生主體地位提高，教學互動呈現“互動形式豐富，互動高效”的特點。[2]

此前，已有一些關于智慧教室環境下數學課堂構建的理論研究，從實踐角度分析智慧教室環境下數學課堂的研究也在逐漸開展，并主要聚焦于小學和初中。而相較于小學和初中，傳統高中數學課堂往往顯得更單調沉悶、缺少互動，教學內容也更為抽象、晦澀難懂，而智慧教室可以為高中數學課堂教學帶來更多可能，為學生提供更加有趣生動直觀的課堂。此外，高中學生在學習能力上已經具備較高的自主性，形成了自己獨立的想法和學習方法，在智慧教室功能的使用上、自適應學習的實現上、課堂討論產生思想碰撞方面會更易達到智慧教室本身所期待的課堂效果。基于此，研究者將對高中的數學智慧課堂教學行為現狀及其教學效果進行探究。

本研究選擇一個典型的高中數學雙班同課的智慧課堂進行分析，目的是了解智慧教室環境下的高中數學課堂教學行為現狀，探討當前高中數學智慧課堂教學行為的特點及其所存在的問題，以期為未來高中數學智慧課堂的教學實踐、創新發展提供借鑒與參考，豐富智慧教育與數學課堂研究成果，為促進智能技術與教育教學深度融合提供實踐案例與建議。

二、研究設計

1.研究對象

研究課堂教學行為需要以實際課堂為背景，關注教師講授知識、使用學習資源、與學生互動交流等過程，關注教師如何構建課堂，即教師在課堂中具體的行為表現。本研究以“一師一優課”國家教育資源公共服務平臺上的一節高中數學課堂實錄作為研究對象，采用內容分析法對其中的教學行為進行分析。

該課是一節獲評部級優課的數學建模課，授課對象為高二兩個班級的學生，分別來自X中學和Y中學。課堂教學設備的設置與使用為典型的智慧教室環境。教師使用5G直播設備連接兩個課堂，其中一個班級作為第一課堂，由該班教師主講，另一個班級則通過直播設備參與學習，由在場教師進行輔助。課堂上使用了電子白板和平板電腦，可即時反饋學生的學習過程。以該課堂實錄作為研究對象，符合智慧教室環境的特點，具有典型性。

2.研究方法

在課堂教學行為的分析系統中，當屬弗蘭德斯互動分析系統（FIAS）應用最為廣泛、成熟。它包括一套教學行為編碼表，一套用于判斷和記錄編碼的規定標準，以及一個用來顯示和分析數據的互動分析矩陣[3]，對課堂語言進行較為全面的分析診斷。但面對智慧教室環境下的課堂教學行為分析，FIAS也存在“分析對象集中在教師語言，忽略學生行為”“無法反映信息技術與師生交互作用”[4]等不足。針對這些不足，顧小清等人增加了學生言語類別，整合教育技術的使用，形成了一套改進系統ITIAS（Information Technology-based Interactive Analysis System）[5]。張屹等人則在FIAS的基礎上進行改進，形成了智慧教室課堂教學互動分析編碼系統[6]，將教師技術行為分為教師操作演示內容、展示學生成果、教師評價和技術指導，將學生技術行為分為自主學習、合作實踐、分享展示和學生評價維度，在技術行為層面相較于ITIAS的劃分更為細致具體，更能凸顯智慧教室多樣化的技術與資源支持特性。

基于FIAS的分析系統通常采取以3s為間隔進行分割課堂片段的方式，對每一個課堂片段進行編碼分析，就像“一幅快照”[7]。但這一方式雖然有助于對課堂教學進行概貌性的了解，卻缺失了對課堂教學活動場景以及教學行為意義的關注。因此，穆肅等人從教學活動的視角形成了基于教學活動的課堂教學行為分析系統TBAS（Teaching Behavior Analysis System），[8]在一定程度上彌補了ITIAS技術層面無法完善分析出人機互動行為的缺陷。

考慮到智慧教室環境下的課堂教學特點，本研究選擇以課堂教學活動過程為劃分依據，借助NVivo質性分析軟件，對所選取的高二數學智慧課堂的課堂實錄視頻進行分割，以保證教學活動內容的完整性。獲得全部課堂片段后，再采用張屹等人所提出的智慧教室課堂教學互動分析編碼系統作為主要分析框架，對課堂教學行為進行編碼分析。同時，在具體分析過程中，依據實際情況對編碼分類進行改進或補充，以更好展現高中數學智慧課堂教學行為的現狀（見表1）。

三、智慧教室中的課堂教學行為

1.課堂教學過程

由于本研究選擇以課程教學活動過程為劃分依據，在編碼之前，研究者需要對課堂實錄進行課堂教學過程的劃分與整理。活動劃分依據參考“課堂基本活動”[9]的定義，即“不可再次分割的教學活動”，如對一個問題的討論活動、一次隨堂的測試活動、一次作品的評價活動等。在本研究中，研究者首先對課堂教學過程進行基本活動劃分，若一個課堂基本活動涉及的要素、環節過多，則根據教師與學生的活動以及對話內容進行更為細致的劃分，以保證在一個片段內有且僅有一個活動、一個對話主題，從而對應師生的一次言語或技術行為。

該課例為探究氣溫變化的數學建模課，可分為四個教學環節：提出問題、解決問題、解釋規律、歸納與反思。將每個教學環節根據教學內容劃分為多個課堂活動階段，進而對師生活動進行分割。例如，在“解決問題”環節，課堂活動又可劃分為選擇模型、展示及分析模型、檢驗模型、反思模型與改進四個階段。以其中的“選擇模型”階段和“展示及分析模型”階段為例，其片段劃分結果如表2所示。

2.師生技術使用情況

通過對課堂實錄的視頻切片以及師生技術行為的內容分析，研究者參考智慧教室課堂教學互動分析編碼系統的技術分類，對教師和學生使用技術進行編碼，結果如圖1所示。其中，學生評價、分享展示、合作實踐、自主學習為學生使用技術的行為表現，其余4項為教師使用技術的行為表現。

總體來看，本案例中的技術主要支持的是教師的教學行為。在教師使用技術的行為表現中，“操作演示內容”成為教師使用技術的主要行為。在分析模型階段，教師會“調用學習空間中的學習資源”來輔助教學，例如“泰勒展開”表情包、“泰勒公式”視頻資料、幾何畫板文件等，為學生提供多維度的拓展資料，豐富教學形式。在布置任務前，為學生演示操作步驟也是教師的一個重要行為。在分析二次函數可以擬合氣溫數據時，教師在電子白板上進行“放大圖像”“輸入點列，再輸入階數”的操作，讓學生直觀地看到，當多項式次數增加時，高次項系數近似為零，因此使用二次函數擬合就已足夠。在基礎的內容演示上增加了軟件操作的部分，通過直觀動態展示，一方面解釋了模型選擇的原因，另一方面也為學生展示了操作軟件解決問題的方法與步驟。

教師利用技術進行展示學生成果、技術指導則與學生使用技術進行分享展示、合作實踐相對應，可以說明智慧教室環境在一定程度上激發了師生的互動。在小組合作探究時，學生共同使用平板電腦和GeoGebra軟件對已有氣溫數據進行函數擬合，以實驗的形式尋找合適的模型，軟件的使用使擬合過程更加直觀地呈現于學生眼前，也能夠培養學生的探究精神。同時，教師在小組間進行技術指導，也促進了師生的互動過程。但值得注意的是，在本案例課堂中，使用技術分享展示對學生來說是相對被動且單一的。學生通常是由教師選擇而進行的分享展示。例如，在解決問題環節，教師隨機選擇了四組學生的作品進行投屏實時展示，探究活動結束后，僅四名學生代表被教師點名來分享展示自己或小組的作品;在解釋規律環節，教師挑選學習空間中學生課前上傳的優秀回答展示，讓相應的三位學生進行解釋說明。在所有分享展示自己或小組成果的學生中，僅有一位學生在分享展示的過程中主動在白板上進行標注、繪圖來輔助自己的介紹。因此，學生的分享展示未能充分體現在使用技術時的主動性，互動也僅發生在教師與單個學生個體之間，參與度仍受限。

另一方面，教師并未使用技術對學生進行評價，學生也并未在課堂上使用技術進行自我評價。可以說，該課堂中所有的師生評價都未借助智慧教室的技術支持，采取的仍是傳統課堂中單一的言語評價形式。而學生在課堂中也沒有使用智能設備進行個人操作、自主學習。據該教師表述，在本堂課前，教師就已在學習空間布置學習任務與問題，學生則經過課前的自主學習，已在學習空間提交了回答。因此，自主學習并未在課堂中體現，而是以合作探究為主。由于本研究僅聚焦于課堂教學行為，課前學習的部分并不納入在內，所以一定程度上能夠解釋課堂教學中并未體現學生使用技術的主動性的情況。

3.師生話語互動情況

參考智慧教室課堂教學互動分析編碼系統的言語行為分類，關注課堂實錄視頻切片中的師生言語內容并進行文本轉錄，對教師和學生的話語互動行為進行編碼，結果如圖2所示。其中，交流討論、主動提問、積極應答、被動應答、學生言語評價為學生話語行為表現，其余5項為教師話語行為表現。

從編碼結果中可以看到，師生話語互動在智慧課堂中的呈現較為豐富。其中，教師在課堂話語中呈現主導的地位，學生在課堂中有較多機會進行交流討論、分享觀點。

講授依然是該智慧課堂中教師的主要言語行為。從具體內容而言，教師的講授行為可以劃分為兩部分，一部分是依托電子白板展示，講授問題情境、教學內容，解釋學生在活動過程中所出現的問題，這與教師使用技術進行操作演示內容的行為相對應，是普通意義上的講授。而另一部分，則是教師在每位學生分享想法和觀點后，都會對其內容進行總結與解釋，又或是根據小組投屏實時展示的成果進行教學內容的講授，這與學生交流討論后分享過程相對應，教師更多地是以學生的回答或成果為出發點進行講授，體現了智慧教室中“以學生為中心”的教學理念。

學生在智慧課堂中交流討論的機會十分豐富，課堂內容的展開基本都是以學生合作探究、交流討論來推進。除教師的講授行為外，教師其他的言語教學行為也都是圍繞學生活動、學生的分享而進行的。

從提問類型來看，教師提出的開放性問題明顯多于封閉性問題。教師所提出的開放性問題往往為學生提供了足夠的思考時間，使得學生交流討論的機會增多。例如，在解釋規律環節，教師會提問：“為什么模型成周期性變化？為什么使用這個模型來研究？”學生則需要通過回顧已學知識、分享交流想法、結合其他學科的知識來進行回答。提出開放性問題，能夠激發學生進行思考，引導學生交流分享。此外，教師也會在學生分享的過程中使用追問的方式，引導學生表達更多在解決問題過程中的想法。例如在選擇正弦函數擬合的小組進行分享時，教師會向學生提問：“上凸函數有很多，為什么選擇正弦函數？”以此激發學生進行詳細的解釋說明，鍛煉學生數學交流的能力。

可以看到，智慧教室環境下的教學并未忽視師生、生生之間的言語對話交流，一味追求技術上的互動，而是同樣注重啟發式教學，引導學生交流分享、回答問題。

而在評價方式上，學生并沒有參與評價活動。課堂評價僅是教師對學生分享的簡單鼓勵和表揚，例如“很好”“非常好”，而學生則只是根據教師的評價，以掌聲的方式進行了“評價”，并未真正成為評價的參與者，智慧教室為多元化評價創造的優勢并沒有得到體現。此外，雖然本堂課當中所使用5G直播設備實現了雙班同課，但教師并沒有將直播設備的優勢充分地展現。在課堂中，教師僅使用5G直播設備進行過一次教學活動：在解釋規律環節，教師展示了一份來自另一班級的學生的優秀作品，并邀請學生隔空分享解釋。盡管教師使用了5G直播設備，但這僅僅是跨越了空間、增加了所教授學生的數量，本質上與在一個班進行分享展示的教學活動無異，教學模式并未發生本質上的改變，5G直播設備也并沒有獲得充分的利用。

四、研究結論

本研究針對一節高中數學智慧課堂實錄，分析了課堂中師生使用技術情況、師生話語互動情況，總結出該課堂所呈現的教學行為特征及其所存在的問題，從而了解智慧教室環境下的高中數學課堂教學行為現狀。研究結論與建議如下。

1.智慧教室環境能夠發揮學生的主體性

在本案例課堂中，學生交流討論、分享表達的機會十分豐富，教學過程在學生活動中有效推進。智慧教室環境下，教師能夠使用技術作為任務手段，實時展示學生的成果，進而以學生作品為出發點來討論模型、推動教學，沒有脫離學生，體現了學生在課堂中的主體地位。另一方面，課堂中學生的交流討論為學生表達想法、進行數學交流提供了渠道。除講授外，教師其他的言語教學行為均圍繞學生活動、學生的分享而進行，使學生的主體性得到充分發揮。

2.智慧教室的技術與資源支持豐富了課堂呈現、師生互動

智慧教室中，教師可以使用多樣的技術手段調用學習空間中的學習資源，多維度呈現教學知識，豐富了教師教學的課堂呈現。同時，教師使用實時展示，也為課堂的呈現提供了即時資源。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[10]。5G直播設備的使用也促使兩班能夠同步學習，促進學生之間的交流分享。

3.技術主要支持的是教師的教學行為

從師生技術使用情況來看，教師進行技術使用的場景明顯多于學生。Newhouse認為，學習環境中的技術主要通過擴展學習交互活動通道、改變交互活動方式的途徑來影響教師的教學活動設計[11]。而在本研究中，技術僅僅是輔助教師教學活動的工具，并未拓展學習交互通道、改變交互活動方式。學生的學習活動缺乏“主動性”“個性化”，學生在課堂中沒有進行主動提問、個人操作、自主學習，學生也未成為評價的參與者。因此，盡管智慧教室環境提供了豐富的技術、資源支持，但在技術使用上，學生的參與相較于教師來說，相對薄弱。

4.教師未能充分使用智慧教室所提供的技術資源支持

盡管智慧教室能夠提供師生互動的條件，能夠提供學生主動學習、參與評價的機會，但在實際教學中，教師并不能完全有效使用所提供的條件，未能將條件優勢最大化。如若教師能充分利用平板電腦中的學習資源，組織學生基于人機互動的自主學習，同時在分享展示環節引導學生通過網絡互相查看和解釋，進行互評，總結不同的解決方法并主動選擇最佳的回答，則會使這一學習過程更具主動性和互動性。對于智慧教室所提供的便利的技術與資源條件，教師如何利用顯得尤為重要。

隨著智慧教室教學實踐的不斷開展，課堂教學模式也在不斷探索之中。智慧教室環境的變化，并不會促使學生智慧學習的自然發生，而是需要由教師從教學模式上、教學方法上進行探索和改變。本研究考察的個案雖然不一定具有代表性，但一定程度上真實反映了智慧教室教學實踐中的一些特點以及教師實踐中的不足與挑戰。同時，對于教學模式的探索、智慧教室功能的有效利用等方面還有待進一步的實踐研究。

參考文獻

[1]李利，梁文潔，薛峰.智慧教室環境中的課堂互動教學現狀分析[J].電化教育研究， 2018（03）：115-121.

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[4]劉喆，蘇新冰，杜炫杰.智慧教室環境下的數學課堂教學行為研究[J].數學教育學報，2020，29（04）：44-51.

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[11]Newhouse C P. Development and use of an instrument for computer-supported learning environment[J]. Learning Environment Research，2001（2）：115-138.

（責任編輯 郭向和? ?校對 姚力寧）