教师信息技术应用能力测评：基于教学数据流的课堂事理图谱

唐烨伟 李 施 彭 芸

(1.东北师范大学 信息科学与技术学院， 吉林长春130117； 2.深圳市盐田区云海学校， 广东深圳 518083;3.华中科技大学 艺术学院， 湖北武汉 430074)

“互联网+教育”的发展，推动着教育理念更新、教学模式变革、教育体系数据化重构(教育部，2018),并对教师信息技术应用能力提出了更加具体的要求和更加规范的准则。如何测评教师信息技术应用能力、检测教师信息技术应用能力对学生学习效果的影响是亟待解决的问题(周九梅，2020；祝智庭等，2015)。本研究基于教学数据流，在教师行为与学生行为之间建立对应关系，以此判断教师应用信息技术对学生学习效果的影响；通过事理图谱(Event Logic Graph, ELG)测评教师信息技术应用能力，明晰教师在教学各环节应用信息技术的能力、教师应用信息技术突破教学重难点的能力、教师应用信息技术提升教学质量的能力等，形成教师信息技术应用能力测评报告，为教师提升信息技术应用能力提供参考。

一、文献综述

(一)教师信息技术应用能力

教师信息技术应用能力测评的关键在于测试的有效性与可操作性。应用最广的测评框架是TPACK(李阳，2019；李敏，2019)，但主要以自我报告形式实施测评。这种测评方法对于试测者和测试情境要求不高，适用于大规模测试与调查，但其以人的主观判断为基础，易受个人倾向或社会期望影响。有学者(张海容，2011；陈丽丽，2017)借用情境判断测验的形式，通过教师对真实课堂教学情境的行为反应判断教师的能力水平。考虑到教师信息技术应用能力测评不能忽视学生因素，本研究借鉴已有教师信息技术应用能力测评方法，从教师教学行为、学生学习行为、学习效果等维度，利用教学数据流、教学行为分析、事理图谱等方法测评教师信息技术应用能力。

(二)基于教学数据流的教学行为分析及事理图谱

教学行为既包含直接传递信息的外在行为，也包含情感、态度、价值观等内在行为(乔爱玲等，2018)。教学行为分析指获取教学行为完整数据并加以处理，对教与学过程测量、收集、分析、报告，进而对教学进行评价和提升(何克抗，2016)。国内外教学行为分析方法主要有弗兰德课堂互动分析系统 (FIAS)、录像分析法(TIMSS)、学习者视角分析法(The learner’s perspective study，LPS )、教学行为分析法(Students-Teachers，S-T)(吴雪梅，2019)。其中，S-T分析方法以课堂时间为抽样标准，分类简单清晰、客观。本研究在S-T教学行为分析基础上，基于教学数据流，分析教师行为、学生行为、教学效果数据之间的关联，作为教师信息技术应用能力测评的基础。

数据流概念由亨辛格1998年提出，最初应用于通信领域，意为信息的数字编码信号序列，是一种控制单元信息传输的形式。数据流表示系统流动的数据和数据流向，由一组确定的数据项组成。数据流可以是一项数据、一组数据(如文件、单据等)，也可表示对数据文件的存储操作(仇学敏，2017；任友群，2016)。数据流用带名字的箭头表示，箭头方向表示数据流向，其流向很灵活。作为数据在系统内的传输通道，数据流可从数据处理流向数据处理，也可在数据处理与数据存储或外部实体间流动，两个数据处理间可有多股数据流(宇文姝丽，2016)。数据流分析法一般从时间、因果、数值、关联、比较等方面展开。本研究应用时间分析法分析数据变化的频率和周期；应用因果分析法判断数据间的因果关系；应用数值分析法的定量分析和对比分析，测试数据，找到异常指标；应用关联分析法分析相互关联数据间的对应与比例关系；应用比较分析法比对同条件或同组数据(U.S Department of Education,2013)。

事理图谱是描述事件之间顺承、因果、条件和上下位关系的事理演化逻辑有向图，可描述事件之间的演化规律和模式。2017 年中国计算机大会首次提出“事理图谱”概念，旨在揭示事件之间的顺承关系、因果关系、条件关系和上下位关系，用于发现事件的演化规律并预测后续事件。本研究应用教学数据流在教师行为、学生行为及学习效果的结构化数据和非结构化数据之间建立顺应关系，并应用事理图谱描述教学行为逻辑关系，测评教师信息技术应用能力(唐烨伟等，2020)。

二、研究设计

(一)研究方法

本研究选取全国信息技术与教学融合创新展示与培训活动平台(http://huodong.edusoa.com)公布的30节小学语文智慧课堂展示课作为样本，采用数据流分析法和视频分析法进行可视化分析。

本研究以教学活动流为主线，将课堂行为分为教师行为和学生行为，并对学习效果编码。本研究依据语文课堂常规教学活动确定教学活动编码表二级维度，并根据所选30节智慧课堂视频调整二级维度的行为，最终确定15项语文智慧课堂教学活动及行为(见表一)。

表一 教学活动编码

本研究参照选取的语文智慧课堂样本确定教学行为，依据教学行为呈现方式、媒介环境等对其划分，并提供内容描述和解释说明(见表二)。鉴于学习行为的有效性是检验课堂质量的重要标准(段作章等，2012；张紫屏，2015)，是教师行为作用于学生的外化反映，本研究也将学生课堂学习行为进行编码(见表三)。

表二 教师行为编码

课堂是基于知识、能力、方法、素养、思维的，抑或是无效的，都与教师有重要关联。教师的教学理念、教学方法、选择的教学环境及自身条件等影响着课堂教学及学生学习效果(姜美玲，2006；王文静，2002)。因此，本研究从知识、能力、方法、素养、思维、无效学习六个维度探讨学习效果(见表四)。

表三 学生行为编码

表四 学习效果编码

(二)实施过程

根据制定的编码表，本研究采集和分析所选30节智慧课堂的完整视频数据，包括：1)根据课堂教学流程在教学活动编码表选择学习活动，应用数据流分析法形成课堂教学流程数据流； 2)记录和收集教学流程中教学活动的教学行为数据(从教师行为编码表和学生行为编码表中选择)，并应用关联分析法在教师行为和学生行为间建立对应关系；3)根据教师行为、学生行为，应用因果分析法和比较分析法分析教师教学效果、学生学习质量，根据学习效果编码表记录数据，完成对课堂教学行为数据收集和整理，形成完整教学数据流(见图1)。

图1 教学数据流程

三、研究结果

(一)显著行为序列分析

本研究采用行为序列分析及交叉分析，分析学习活动、教师教学行为、学生学习行为及学习效果之间存在的显著行为序列(穆肃等，2015)，并结合视频分析，挖掘小学语文教学行为及行为序列的特点。内容包括：分析教师教学中信息技术应用情况，探析教师教学行为序列与教师信息技术应用能力之间的关系。教师行为与学生行为转换频率较高表明此关系具有稳定性，以此确定教师行为与学生行为的转换关系；当某一转换关系出现频率大于80%时，学习行为与教学行为存在较明显转换关系。研究者进而观察教师差异性课堂，形成课堂转换关系序列，通过课堂转换关系将教师信息技术应用于教学体现出的能力分为导练型、探究型、素养型和创新型四类，以此为基础研究基于教学数据流的教师信息技术应用能力事理图谱。

表五 基于教学活动数据流的教师教学行为频次统计

(二)教师教学行为序列与教师信息技术应用能力相关分析

本研究以教学活动(胡振凡，2016)作为数据流统计教师课堂教学行为的频次(见表五)。其中，行代表教学活动，列代表教学行为，数据表示教学活动数据流中教师行为序列发生频次。

表六 基于教学活动数据流的课堂行为频次统计

教学行为序列总频次表明，课堂讲授行为CJ(125)>JJ(107)>JS(89)，评价行为JPJ(196)>PJ(31)，课堂管理行为JGL(83)>GL(9)，布置任务行为JBR(136)>BR(25)，展示行为JZS(115)>ZS(4)，总结行为JZJ(77)>ZJ(16)，指导行为JZD(92)>ZD(14)，活动组织与管理行为JGL(109)>GL(9)。可见，语文智慧课堂中，教师应用信息技术支持课堂教学总频次高于传统教学行为。这表明，教师认识到信息技术对教学的作用和重要影响，对信息技术与教学相融合认可程度较高。教师WG(10)和TB(13)行为频次低于0.4%(0.004)，表明教师设备操作能力、信息技术应用能力、教学设计能力、教学融合能力有待提高。

每项教学活动的教学行为频次由高到低依次是 KWTZ：JZS(49)、ZHYY：JPJ(46)、FSTL：JJ(41)、SHLJ：JGL(35)、YFGM：JGL(33)、FXJC：JBR(32)、 CBGZ：CJ(28)。由此可见，在语文智慧课堂中，教师开展课外拓展教学活动，应用信息技术支持内容展示；开展综合应用教学活动，应用技术支持评价；开展反思提炼教学活动，应用技术支持讲解；开展深入理解教学活动，应用技术支持活动组织与管理；开展引发共鸣教学活动，应用技术支持课堂管理；开展复习检查教学活动，应用技术布置作业；开展初步感知教学活动，应用技术创设情境。

(三)教师教学行为与学生学习行为转换模式

本研究基于教学活动数据流统计并分析教师行为与学生行为转换频次(见表六)。由表六可知，教师单一教学行为引导下学生会产生多种学习行为，如教师创设情境，学生对应会出现JSD、ZYD、TL、HZ、TJ、TW、SK等行为转换，占语文课堂学习行为的7/21。学生学习行为出现频率大于80%，表明此学习行为与教学行为存在较明显转换关系，以此确定教学行为与学习行为转换模式(见图2)。

图2 教学行为与学习行为转换模式

图中12个圆圈，代表12种学生行为象限。圆圈外的行为编码为教师行为，直线表示教师行为与学生行为间的转换关系。21种教师行为与12种学生行为间存在40对明显转换关系(见表七)。表七第一行表示常规条件下的转换关系，第二行是问题驱动下的转换关系，第三行为技术环境下的转换关系；第一列代表引导学生思考(SK)的转换关系，第二列为引导学生讨论(TL)和测试(CS)以及练习(LX)的转换关系，第三列为引导学生探究(TJ)的转换关系，第四列为引导学生提问(TW)的转换关系，第五列为引导学生评价(PI)的转换关系。

表七 课堂行为转换表

表八 基于数据流的学习行为与学习效果转换关系

(四)教师信息技术应用能力结构

本研究将语文智慧课堂学习效果，按照学生知识习得、学习方法、能力培养、核心素养及学习深度等分为六个梯级维度，并通过教学活动数据流将语文智慧课堂中教师教学行为与学生学习行为转换模式可视化。在高频或常规转换模式下，教师通过不同教学行为引导学生学习行为，学习行为累积转化为学习效果(见表八)。

本研究通过分析教学行为序列频度，观察不同教师差异性课堂转化模式，形成课堂转化模式序列，并依据教学效果对教师应用信息技术支撑课堂教学的能力分为注重语文练习和讲授的知识型教师、注重语文方法指导的导练型教师、注重语文能力提升的探究型教师、注重语文核心素养的素养型教师以及注重培养学生高阶思维的创新型教师。由此，本研究将教师信息技术应用能力划分为知识型、导练型、探究性、素养型和创新型五类，依据课堂行为序列可知，知识型教师属于传统课堂教学(见图4)。

图4 与教师信息技术应用能力结构相关的课堂行为转换模式

语文课堂高频度出现JJ-FS、ZJW-FS、SK-FS、GL-(MF、JBJ)JGL-FS、JZS-FS、FSW-HZ、TJW-HZ、JBR-HZ等教师-学生行为转换模式，表明教师信息技术应用能力属于导练型；高频度出现JJ-TJ、FSW-TJ、ZJW-ZJ、TJW-TJ、SK-ZS、BY-TJ、JFK-ZJ、JGL-ZS、JBR-TJ、JZJ-ZJ转换模式，符合探究型；高频度出现CJ-TW、QFW-TW、BD-TW、JZD-TW转换模式，符合素养型；高频度出现PPW-PI、ZD-PI、JZS-PI、JGL-PI转换模式，符合创新型。

图5 教师信息技术应用能力事理图谱

(五)教师信息技术应用能力测评事理图谱

本研究依据语文智慧课堂呈现的导练型、探究型、素养型和创新型四种信息技术应用能力及相应教师显著课堂行为转换模式，绘制教师信息技术应用能力测评事理图谱，可视化测量和报告教师信息技术应用能力(见图5)。箭头方向表示转换顺序，线条的粗细代表显著性强弱。

(六)教师信息技术应用能力测评报告

在事理图谱基础上，本研究提取语文智慧课堂教师信息技术应用能力相关行为(潘娇娇，2018)，列举与其相关语文活动(见表九)，形成小学语文教师信息技术应用能力测评报告(见图6)。中心点代表技术相关性，与其相关的活动主要有导入、讲授、展示、反馈、总结、管理、布置任务、评价八类。两者间用直线连接，直线距离中心点越近表示技术相关性越大。教学活动与技术相关性相连接形成阴影区域表示教师课堂信息技术应用情况，阴影面积大小代表教师信息技术应用能力强弱。

教师信息技术应用能力测评报告可直观显示课堂各教学环节信息技术应用情况，教师可依据测评报告调整教学活动安排、提升信息技术应用水平(杨婵等，2020)、优化信息技术应用结构，进而在融合中不断提升信息技术应用能力，最终实现创新性融合应用。

四、结论与讨论

(一)教师信息技术应用能力结构不同，教学行为也存在明显差异

依据事理图谱对教师信息技术应用能力表征，本研究发现，导练型教师在课堂中能熟练应用信息技术，将信息技术与课堂教学相融合；能够借助信息技术课堂讲授，将信息技术应用于课堂展示、布置课堂任务；能够将技术融入课堂管理，通过问题驱动学生反思，引导学生合作解决反思性、发散性等重难点问题。

图6 小学语文教师信息技术应用能力测评报告

探究型教师不仅在语文知识和学习方法的讲授中应用信息技术，而且应用信息技术解决更复杂的教学问题。该类教师注重语文能力提升，通过信息技术引导学生探究、展示、总结，包括应用信息技术布置任务、讲授，通过探究性、发散性问题引导学生探究性学习；应用信息技术管理课堂，引导学生开展各种展示活动；应用技术反馈、总结，通过总结性问题引导学生建构知识体系。

素养型教师的显著特征是应用信息技术引导学生主动思考、提出问题、批判质疑。教师应用信息技术创设教学情境，实时指导学生，及时反馈，通过设计启发性任务和问题，引导学生提出问题、产生质疑(Hamilton et al.,2016)，提升学生批判性思维能力。

创新型教师的课堂是真正富媒体、多技术的智慧课堂。教师信息技术应用能力不仅体现在应用层面，而且是在“互联网+”思维体系下开展教学活动。教师将课堂主体转移至学生，应用信息技术管理课堂，学生在学习中随时参与多主体、多维度的实时评价。课堂以学生为主体，学生行为主要包括提问、合作、探究、反思、评价等高阶活动(International Society for Technology in Education,2017)。

(二)基于数据流的课堂事理图谱有助于科学测评教师信息技术应用能力

教育大数据、学习分析等的应用，推动传统课堂向智慧课堂转变，可逐步实现全面掌握课堂教与学全过程、全面监控课堂教与学全动态，逐步实现课堂教学活动及课堂行为采集、存储、分析、分类、处理等数据化表示、反馈与优化。对课堂数据特别是课堂教学行为数据的数据流处理，可以帮助实现课堂教学的科学化管理及评价。教学数据流可以基于时间和关系输入、记录、写入、读取和链接教与学数据。包括作业、发言、互动等在内的每个课堂行为都被记录为数据流系统的数据文件或数据流的一项或一组数据。这些教学行为记录使教学行为分析更加可视化，应用教学数据流并以事理图谱方式表征教师信息技术应用能力，使教师信息技术应用能力测评更加科学化。

(三)教师信息技术应用能力测评体系有待完善

本研究根据学科教师在智慧课堂呈现的信息技术应用能力及相应的教师显著课堂行为转换模式，通过测评事理图谱对教师信息技术应用能力表征，实现对教师信息技术应用能力的可视化测量并形成能力报告。直观的测评报告对教师自我教学认知有积极意义，对教师提高信息技术与教学融合的能力有积极影响。当然，无论是课堂行为还是教师信息技术应用能力，其关键要素和影响因素都是复杂且多维的(梁茜，2020；王永军，2019)。在面对不同教学环境、教学主体、学科、课型等具体因素时，需要在此基础上建立灵活、弹性的测评系统，本研究团队将致力于形成更加完备、适应性的教师信息技术应用能力测评体系。