基于互動媒體支撐的智慧教室教學行為特征研究
——基于Nvivo的課堂觀察

彭靜靜，王國勇，方文琦，朱家華*

（1．魯東大學創新創業學院，山東 煙臺 264025；2．濱州職業學院，山東 濱州 256603；3．成都市第二十中學校，四川 成都 610036；4．臨沂大學生命科學學院，山東 臨沂 276000）

引言

隨著人工智能裝備逐漸走進教室，傳統的多媒體教室環境進一步更新升級，在物理環境、情感環境、技術環境提供的支撐更加多元、豐富。智慧教室（Smart Classroom）是一種可以優化教學內容呈現、便利學習資源獲取、促進課堂交互開展、具有情境感知和環境管理功能的教室①陳迪．互動媒體支撐下的課堂教學研究［D］．武漢：華中師范大學，2012．。有效、多元地實現教師、學生、學習資源之間的互動是智慧教室發揮功能的重要前提。互動媒體（Interactive Media）則為智慧教室提供了不可或缺的技術支撐。人工智能背景下，基于物聯網、傳感系統、大數據和云計算的多模態互動平板、互動移動終端或手持設備、互聯網協作平臺等成為互動媒體的主要技術形式。合理地利用互動媒體技術，可以有效打造智慧教室教學空間，促成師生構建和諧的協作關系，有效推動教與學的信息化變革。與傳統的多媒體教室相比，基于互動媒體的智慧教室中，師生教學行為有何變化？如何在基于互動媒體的智慧教室中更有效地開展教學？本文立足課堂觀察的視角，對比分析了傳統多媒體教室與互動媒體支持下的智慧教室中的教學行為，借鑒改編陳迪（2012）的“互動行為編碼表”工具進行數據采集①陳迪．互動媒體支撐下的課堂教學研究［D］．武漢：華中師范大學，2012．，采用S－T分析方法，利用Nvivo 11 軟件輔助記錄分析，為創新智慧學習環境下的教與學提供借鑒。

一、理論基礎

從行為主體的視角看，教學活動是由一系列教師行為和學生行為構成的系統②黃榮懷，胡永斌，楊俊鋒，等．智慧教室的概念及特征［J］．開放教育研究，2012，（02）：22 －27．。從行為施行者的視角看，教學行為分為教師行為、學生行為和師生互動行為③夏家發．教學活動設計［M］．武漢：華中師范大學出版社，2010：5．。

國際上，關于課堂教學行為的研究多注重對教學過程中的教師、學生行為分析，并通過采集時空橫截面上的行為數據，通過觀察、分析得到研究結論。目前，關于課堂教學行為的觀察，已然形成了包含量表技術、指標設計技術在內的比較可靠、精準的測量系統，并通過了反復的迭代研究，使得相關的測量體系得到了精確化水平。當前，在學界被廣泛認可并采用的課堂教學分析方法，歸納起來主要包括S －T分析法、Flanders互動分析法（FIAS）和基于信息技術的互動分析系統（ITIAS）等。有研究者系統比較了此三種分析方法的優缺點，見表1④張建瓊．教學行為研究的教學論意義［J］．教育理論與實踐，2004，（17）：50 －53．。

表1 國內外教學行為分析研究的缺點和不足

在智慧學習環境下，教學行為的類型與實施都發生了深刻變化，基于對上述三種教學行為分析法的研究基礎，一些研究立足對智慧學習環境的審視，結合新技術、新裝備、新理念對師生互動行為帶來的影響變革，做了一些改進或創新研究。例如，有研究者將課堂教學進一步統分為教師活動、學生活動和無意義活動等三大類，提出了TBAS分析系統（Teaching Behavior Analysis System）⑤穆肅，左萍萍．信息化教學環境下課堂教學行為分析方法的研究［J］．電化教育研究，2015，（09）：62 －69．，使得課堂觀察更加具有針對性，對師生行為的分析更具有效率；還有研究者則借鑒ITIAS的分析方法，提出了包含24 個編碼的1：1 數字化環境下課堂教學互動行為分析編碼體系（One－to－One Techno －Based Interaction Analysis System，OOTIAS），基于質性研究的方法，將人與技術的互動在教學中的作用分為“直接作用”與“間接作用”兩類⑥韓后，王冬青，曹暢． 1：1數字化環境下課堂教學互動行為的分析研究［J］．電化教育研究，2015，（05）：89 －95．；王曉晨（2015、2016）的研究圍繞著如何觀察和分析智慧課堂中的互動主體、內容、技術支持，以及互動反饋、深度、參與度等方面，提出了課堂互動觀察工具（CIOSM）⑦王曉晨，江紹祥，黃榮懷．面向智慧教室的中小學課堂互動觀察工具研究［J］．電化教育研究，2015，（09）：49 －53．⑧王曉晨，黃榮懷，王夢舒，等．智慧教室環境下的中小學課堂人際互動分析［J］．電化教育研究，2016，（12）：111－116．。張屹（2016）的研究專門面向智慧教室環境中的課堂教學互動，對FIAS分析方法進行了改進，形成一套具有專門性的智慧教室互動分析編碼系統①張屹，祝園，白清玉，等．智慧教室環境下小學數學課堂教學互動行為特征研究［J］．中國電化教育，2016，（06）：43－48 ＋64．。周鵬霄等（2018）的研究則引入了新的觀測設備，利用技術工具，識別并檢測目標圖像的人臉數目、輪廓特征、主體動作等三個方面，從而獲取更加精準的數據信息，實現了對課堂教學視頻中S－T行為智能識別的設計②周鵬霄，鄧偉，郭培育，等．課堂教學視頻中的S－T行為智能識別研究［J］．現代教育技術，2018，28（06）：54 －59．。由此可見，教學行為分析的理論、編碼體系、算法工具正在逐漸趨于多樣。

在基于互動媒體的智慧教室環境中，互動媒體成為聯系教師、學生和學習資源之間的關鍵技術紐帶。面向資源層面，語詞、畫面和聲音作為聽覺、視覺的刺激信號，仍是學習資源的主要呈現形式；面向師生層面，互動媒體則可以對師生的觸覺、聲音等輸入信號作出即時反饋，并形成有意義的關聯。與傳統多媒體教室不同，在互動媒體支撐的智慧教室中，行為主體不再是被動的信宿，他可以通過觸覺或其他方式來選擇接受哪類教學信息，或作為信源將教學信息傳播給其他行為個體③朱家華．互動媒體支持下的PBL課堂教學研究［D］．武漢：華中師范大學，2015．。

教學行為的主體主要指教師和學生，因此教學行為包括教師教的行為、學生學的行為，以及發生在教師、學生之間的互動行為。在智慧教室中，“去中心化”成為師生關系的顯著特點，教師與學生、學生與學生之間不存在典型的“中心點”，甚至教師、學生的關系在適當情況下可能發生角色對換，這種角色對換主要是基于互動媒體工具為支撐的。因此，在互動媒體支撐的智慧教室中，除了關注教師、學生、師生之間的行為之外，必須還要關注媒體工具與師生之間發生的關聯。前文所述的FIAS和ITIAS的觀測工具，相對適合一般課堂、傳統課堂中的師生行為的觀測，而早在2012年，陳迪等人圍繞互動媒體在教學中的實踐應用，開發了專門觀察工具，整合了FIAS和ITIAS的優勢，并引入Flanders互動分類系統中的“驅動與主動”的概念，將單一主體的行為觀測擴展為教師、學生雙主體的行為觀測，并在指標系統中單獨列出了師生與媒體工具之間的關聯行為④陳迪．互動媒體支撐下的課堂教學研究［D］．武漢：華中師范大學，2012．，本研究借鑒該研究思路，利用Nvivo 11 軟件輔助記錄分析，研究互動媒體支持下的智慧教室生物科學師范專業的教學行為，觀測包括師生之間的互動行為、師生獨立行為，進行了系統的研究分析。

二、研究設計

本研究中，較為理想的互動媒體支撐下的智慧教室應當從空間、工具、資源三個方面實現技術支撐，并能夠整合多種互動媒體裝備、打造以適應學習者多元學習需求為特征的互動學習環境。研究中，選擇某部屬師范院校的智慧教室為研究實施場域，該智慧教室打造了“物理空間＋資源空間＋社區空間”三位一體的概念，構建了互動學習平臺、互動學習電腦、多屏互動黑板等互動媒體系統，能夠順暢、便捷、可靠地提供內容共享、資源互動、人機互動功能，并有效豐富了課堂師生互動的形式，提升師生互動的質量，同時具備情境感知和環境管理功能，適應智慧環境下的研究型教學活動。

本研究將互動媒體支持下的智慧教室教學行為分為師生之間的互動行為和獨立行為，對此兩類行為的研究在FIAS和ITIAS的基礎上，借鑒改編了陳迪（2012）的“互動行為編碼表”工具進行數據采集，采用S－T分析方法，利用Nvivo 11 軟件輔助記錄分析。

研究采用視頻記錄的方式，通過聽課→拍攝課堂教學錄像→對教學錄像進行處理→篩選研究樣例→編制行為編碼表，確定采樣和記錄規則→利用編碼表展開采樣記錄→數據統計→結果討論等流程展開。

三、基于互動媒體的智慧教室互動行為研究與討論

（一）研究對象選擇

考慮到教師團隊對智慧教室的感知和教學應用水平，研究選定生物科學師范專業某教師教育必修課程作為樣例，該課程為國家一流本科課程，且團隊教師均能夠勝任普通多媒體教師和智慧教室的教學實踐。該課程“基于探究性學習策略的教學設計”一節內容，由同一位主講教師使用同一套教學資源、相同的教學設計和教學策略，分別在智慧教室環境和普通多媒體環境下進行了不同班級的重復授課（采用隨機分班方式確定了不同班級）。課堂基本情況如表2 所示。

表2 研究對象

本節內容主要圍繞探究性學習策略的介紹、應用手段，引導師范生在合作學習和體驗式學習中達成學習目標。智慧教室為師生提供了更豐富的交互手段等內容。課堂內可實現教師與學生的手寫交互、圖像交互和視頻交互；學生終端與小組討論屏的交互，教學雙屏與小組討論屏的交互，小組討論屏之間的交互等。

本研究利用改編的“互動行為編碼表”（如表3）進行編碼。在實際的采樣記錄中，利用Nvivo 11 分別進行智慧教室和普通多媒體教室的兩個課堂師生行為文本的錄入，并依據互動行為編碼表的規則分別對師生行為、整體行為（教師行為與學生行為的集合）進行節點編碼，依據教師主導和學生反饋兩類不同的行為發起方式，進行師生行為的關系節點編碼，最后對師生行為、整體行為、師生行為間的關系的參考點和覆蓋率進行統計和討論。

表3 互動行為編碼表

（二）采樣和記錄規則的確定

在實際采樣過程中，為了減少誤差，智慧教室和普通多媒體教室的兩個課堂都以單個教學行為的持續時間為單位在Nvivo 11 中進行編碼記錄。對每個教學行為的編碼都包括5 次編碼，分別是教師編碼、學生編碼、整體編碼（教師編碼和學生編碼的集合）、關系編碼（教師主導和學生反饋）。

考慮到課堂教學的復雜性，在互動行為編碼表確定的編碼規則的基礎上，進一步提出以下編碼規則①郭友．教師教學技能［M］．北京：首都師范大學出版社，1993：229②肖鋒．課堂語言行為互動分析—一種新型的課堂教學研究工具［J］．遼寧師范大學學報（社會科學版），2000，23（6）：40 －44：

1．在對單個教學行為進行編碼時，對教師行為、學生行為、師生行為間關系的編碼都有且只有一個編碼；

2．教師重復學生的正確回答，屬于類別2；

3．教師對學生叫答，屬于類別4；

4．不能確定某言語行為屬于哪一類別時，歸為類別17；

5．教師單純使用媒體展示靜態文字，不能選擇類別13 －16；

6．學生單純觀看屏幕靜態文字，不能選擇類別13、14。

（三）結果與討論

1．教師行為討論與分析

通過Nvivo編碼統計，對互動媒體支持下的智慧教室和普通多媒體教室的課堂教師行為參考點數統計結果如圖1、圖2 所示。

圖1 智慧教室教師行為參考點數

圖2 普通多媒體教室教師行為參考點數

通過Nvivo編碼統計，對互動媒體支持下的智慧教室和普通多媒體教室的課堂教師行為覆蓋率統計結果如圖3、圖4 所示。

圖3 智慧教室教師行為覆蓋率

圖4 普通多媒體教室教師行為覆蓋率

從教師行為來看，互動媒體支持下的智慧教室教師“提問”行為是最主要的行為方式，覆蓋率為17．06%，參考點為57；其次是“接受情感”行為，覆蓋率為15．86%，參考點為30。而普通多媒體教室教師“講授”行為是最主要的行為方式，覆蓋率為40．51%，參考點為52；其次為“提問”行為，覆蓋率為12．72%，參考點為38。

基于以上結果可發現，提問與講授都是智慧教室和普通多媒體教室主要的教師行為，但教師在智慧教室中有更多的提問行為，而普通多媒體教室中教師講授行為的覆蓋率遠高于教師提問行為的覆蓋率，說明智慧教室中教師有意識地與學生進行更多的互動，并且智慧教室中教師以提問為主的行為策略有助于學生對學習內容的內化和思維能力的發展，發揮學習的主體性。

同時，智慧教室相較于普通多媒體教室中的教師行為有特殊的技術－展示行為，這體現了互動媒體支持下的智慧教室中教師與互動媒體環境的交互，說明在智慧教室中教師有意識地利用技術環境進行教學內容、學習資源的展示，表明互動媒體支持下的智慧教室能促進教學信息流動。

2．學生行為討論與分析

通過Nvivo編碼統計，對互動媒體支持下的智慧教室和普通多媒體教室的課堂學生行為參考點數統計結果如圖5、圖6 所示。

圖5 智慧教室學生行為參考點數

圖6 普通多媒體教室學生行為參考點數

通過Nvivo編碼統計，對互動媒體支持下的智慧教室和普通多媒體教室的課堂學生行為覆蓋率統計結果如圖7、圖8 所示。

圖7 智慧教室學生行為覆蓋率

圖8 普通多媒體教室學生行為覆蓋率

從學生行為來看，互動媒體支持下的智慧教室學生“獨立思考”行為是最主要的行為方式，覆蓋率為30．94%，參考點為55；其次是“技術－展示”行為，覆蓋率為16．86%，參考點為33。而普通多媒體教室學生“獨立思考”行為是最主要的行為方式，覆蓋率為45．43%，參考點為55；其次為“接受情感”行為，覆蓋率為14．45%，參考點為46。

基于以上結果，從質性分析的角度出發，發現智慧教室相較于普通多媒體教室學生的行為是有較大差異的。首先，學生在智慧教室中有特殊的技術展示行為，體現智慧教室中學生與技術環境的有意識的交互。這說明智慧教室中學生能利用技術展示自己的學習成果，并與同學、教師進行即時交流，減少了環境對學生思想和觀念的約束性，同時學生的表達交流能力和運用技術解決問題的能力也得到鍛煉。其次，智慧教室中學生還有特殊的搜索傳遞行為，這體現了學生在智慧教室中能運用技術環境與教師和同學進行學習資源的及時搜索、傳遞和交流。而普通多媒體教室中學生的主要行為都是單獨的靜態行為，這說明學生在智慧教室中有更多的能動性，與教師、同學、技術環境有更強的互動性，學生能有效利用資源空間解決教學問題。

3．課堂整體行為討論與分析

通過Nvivo編碼統計，對互動媒體支持下的智慧教室和普通多媒體教室的課堂整體行為參考點數統計結果如圖9、圖10 所示。

圖9 智慧教室整體行為參考點數

圖10 普通多媒體教室整體行為參考點數

通過Nvivo編碼統計，對互動媒體支持下的智慧教室和普通多媒體教室的課堂整體行為覆蓋率統計結果如圖11、圖12 所示。

圖11 智慧教室整體行為覆蓋率

圖12 普通多媒體教室整體行為覆蓋率

從整體行為來看，互動媒體支持下的智慧教室整體行為中“獨立思考”是最主要的行為方式，覆蓋率為45．83%，參考點為75；其次是“提問”行為，覆蓋率為18．90%，參考點為57；再次為“接受情感”行為，覆蓋率為17．06%，參考點為47；再次為“技術－展示”行為，覆蓋率為15．80%，參考點為38；而普通多媒體教室整體行為中“獨立思考”是最主要的行為方式，覆蓋率為46．07%，參考點為61；其次為“接受情感”行為，覆蓋率為41．40%，參考點為58；再次為“講授”行為，覆蓋率為18．44%，參考點為54；再次為“提問”行為，覆蓋率為12．72%，參考點為38。

基于以上結果可發現，首先，智慧教室相較于普通多媒體教室有特殊的技術－展示整體行為（教師和學生的技術－展示行為）及搜索傳遞整體行為（學生的搜索傳遞行為），這說明智慧教室中教師和學生與互動媒體環境有意識地進行交互，充分體現了互動媒體支持下的智慧教室課堂環境的強交互性。其次，智慧教室中主要的整體行為獨立思考、接受情感、技術－展示中都包括教師和學生的行為，而普通多媒體教室主要的整體行為中只有獨立思考和接受情感行為包括教師和學生的行為，其余主要整體行為如提問都是教師的行為，這說明智慧教室相較于普通多媒體教室教師與學生行為的平衡性，這體現了互動媒體支持下的智慧教室課堂環境的去中心化、開放的特性。

4．師生行為關系討論與分析

通過Nvivo編碼統計，對互動媒體支持下的智慧教室和普通多媒體教室的課堂師生行為關系參考點數統計結果如圖13、圖14 所示。

圖13 智慧教室師生關系參考點數

圖14 普通多媒體教室師生關系參考點數

通過Nvivo編碼統計，對互動媒體支持下的智慧教室和普通多媒體教室的課堂師生行為關系覆蓋率統計結果如圖15、圖16 所示。

圖15 智慧教室師生關系覆蓋率

圖16 普通多媒體教室師生關系覆蓋率

從師生行為關系來看，在互動媒體支持下的智慧教室中，“教師主導”關系覆蓋率為41．11%，參考點數為101；“學生反饋”關系覆蓋率為16．77%，參考點數為47。在普通多媒體環境中“教師主導”關系覆蓋率為60．89%，參考點數為103；“學生反饋”覆蓋率為4．53%，關系參考點數為17。

基于以上結果可發現，不管在智慧教室還是普通多媒體教室中，都是教師占主導地位，但智慧教室中學生反饋關系的覆蓋率明顯高于普通多媒體教室該關系的覆蓋率，在普通多媒體教室中教師主導關系覆蓋率是學生反饋關系覆蓋率的13．4 倍，而智慧教室教師主導關系覆蓋率僅僅是學生反饋關系覆蓋率的2．5 倍，體現了互動媒體支持下的智慧教室以教師為主導、學生為主體的特點。

結論

互動媒體支撐的智慧教室在優化情境創設、促進教學信息、學習資源流通共享、滿足交流與合作方面有著無可比擬的優勢。國內有關智慧教室設計理念和教學模式的構建缺乏全面實踐。本研究選取國家一流本科課程，主講教師在完全勝任普通多媒體教師和智慧教室的教學實踐的基礎上，歷時2年采用隨機分班方式對不同班級進行重復授課。研究得出如下結論：第一，互動媒體支持下智慧教室中教師與學生、技術環境有更強的互動性，智慧教室能促進教學信息的流動；第二，智慧教室中學生與同學、教師、技術環境有更強的互動性，智慧教室更能發揮學生的主體性和能動性；第三，智慧教室中師生整體行為體現了智慧教室的強交互性和去中心化、開放的特性；第四，智慧教室中的師生行為關系體現了智慧教室以教師為主導、學生為主體的特點。

研究還發現，相較傳統多媒體教室，互動媒體支持下的智慧教室將學習者置于更加凸顯學習中心的位置，相對傳統課堂以農業時代的教學時間表、工業時代的教學組織，以及傳統的標準化知識輸出和同質化教育教學，互動媒體支持下的智慧教室給予學習者發揮潛能的無限可能。例如，學生能利用技術展示自己的學習成果，與同學、教師即時交流，減少了環境對學習者思想和觀念的約束；同時，學生的表達交流能力和運用技術解決問題的能力也得到鍛煉，學生在智慧教室中能充分地發揮能動性，與教師、同學、環境有更深刻的互動。

然而，互動媒體支持下的智慧教室中，教學的開展對學生的自主學習能力提出更高的要求，同時加大了教師開展學習管理與評價的難度。如何實現教學設計與技術裝備的全面契合，圍繞學習者的主動學習設計互動媒體支持下的自適應學習系統，以及如何基于對學習數據的采集和處理，及時對教學予以反饋評價，有待進一步的研究。