基于计算机视频分析技术的信息技术课程教学结构研究

杨竹，孙丽娜，吕洪艳

(东北石油大学 计算机与信息技术学院，黑龙江 大庆 163000)

0 引言

目前，诸多学者对信息技术与课程整合进行研究，研究方向各有不同。何克抗[1]指出信息技术与学科教学深度融合，实现新型教与学方式，变革传统的课堂教学结构。信息技术与课程整合对我国教育改革具有重要意义。

多年来，我国一直注重教育改革，但始终只关注教学内容、手段及方法这3个范畴而忽略了教学结构。何克抗[2]指出“教学结构是指在一定教育思想、教学理论、学习理论指导下的、在某种环境中展开的教学活动进程的稳定结构形式”，教学结构能够反映出教师按照什么样的教育思想、教学理论来组织教育教学活动。姜强等[3]面向深度学习的课堂教学结构化变革进行研究。郑艳群等[4]对初级汉语语法教学结构和过程进行研究。管钰琪等[5]认为，课堂教学结构变革是推进教育系统结构性变革的有效切入点，分析智慧教室环境下的课堂教学结构，有助于描述当前的典型设计、揭示技术应用本质。目前，关于课堂教学结构没有一套科学的分析方法，本研究提出了一个基于计算机课堂视频分析技术的“信息技术”课程教学结构研究方法，弥补了前人的不足。

1 基于课堂视频分析的“信息技术”课程教学结构研究方法框架

1.1 课堂行为分析先行研究

人们普遍认为Flanders[6]提出的FIAS课堂交互行为分析系统是最有影响力的，它是课堂教学、学习过程的信息反馈工具，为后来学者们关于课堂行为研究提供了重要的可参考价值。2010年张海等[7]提出了课堂行为和教学媒体分类编码，对信息技术支持的教学媒体分类及应用开展了研究。2017年郑太年、仝玉婷[8]对课堂视频分析提出理论进路、方法与应用。

1.2 信息技术课堂互动分析系统分类目录

随着信息技术的发展和普及，媒体的种类及使用量有了较大的改变，课堂互动分析系统需要不断地改进来适应现代课堂。尤其在信息技术课堂中，学生操作一台可连接网络的计算机，这与普通课堂行为及交互存在一定差异。本研究所应用的编码量表是根据张海等人提出的课堂行为和教学媒体分类编码基础上，在分析课堂教学行为过程中针对实际问题进行修改后形成的适用于信息技术课堂的分类编码量表，如表1所示。

表1 信息技术课堂互动分析系统分类编码

本编码量表相对于原分类编码的改进主要包括以下4个方面。

(1)借助媒体或教具的实践活动

在信息技术课堂上，教师经常主导一些借助媒体或教具的实践活动，如通过投影设备、控制学生机端进行动画演示或视频播放等一些使用媒体辅助的教学活动，此类实践活动属于教师控制的课堂教学行为。因此，在课堂行为维度中新增一项：借助媒体或教具的实践活动(演示动画、视频或使用媒体辅助教学等)，编码为8。

(2)交互、促进或强调

计算机(含学生机和教师机)、投影仪以及网络为代表的信息技术支持的媒体设备已经成为现时代课堂教学的重要组成部分，构成了教师、学生围绕教材和媒体进行交互的新型教学环境。当教师发布某些指令后教师和学生会有同时的行为，如教师在学生操作、演示过程中进行讲解等交互行为，只要师、生有同时的行为就可以概括为此类编码，更为具体。即将原编码量表改进为编码9，交互、促进或强调(教师和学生同时行为，如说话或演示)。

(3)学生自主使用数字资源

在信息技术课堂的媒体维度上，由于通讯性媒体和可变性媒体的普遍运用，学生除了浏览线上或线下的数字资源外，仿真程序等可变性媒体的使用行为时常出现(如学生与计算机下五子棋)，在这里不仅仅是浏览，存在学生-计算机之间的双向交互行为，所以本分类编码量表将学生自主浏览数字资源调整为学生自主使用数字资源。

(4)媒体调试

信息技术课堂上，由于媒体的参与度高，各种媒体的高效运用对于使用者的技术能力需要一定水平。课堂中在与教学内容无关的媒体调试会占用一定的时间，媒体的必要切换给教学的流畅性带来新的问题。因此，在信息技术课堂的教学媒体维度中，新增了媒体调试编码，用来记录诸如调试硬件、软件、教师端和学生端之间的通信控制以及媒体设备在教室内传送等行为。

2 信息技术课堂教学案例分析

2.1 研究对象基本情况

本研究选取的研究对象为中国教育技术学会信息技术教育专业委员会与中国多媒体教育学报共同承办的全国普通高中信息技术优质课的视频录像，对分别来自西安、成都、乌鲁木齐、长春、江苏5个地区的5节信息技术课程进行分析。这5节课教师的地域分布广泛，能够代表我国信息技术课程的整体水平，视频样本随机取得。视频均采用2-3个机位全程录制，能够更为全面地搜集教师以及学生的课堂行为状态。每节课均配有专家的细致点评，具有一定的研究价值。

本研究分析的五节信息技术优质课具体信息如表2所示。本研究对象教学环境均为信息技术教室，教师控制教师机、投影仪、学生机，学生每人配有一台可连接网络的计算机。本研究采用持续状态单元记录方法，记录每个持续状态的时间、课堂行为分类编码、教学媒体分类编码以及文字备注，最终形成五组课程编码，对这五组数据进行汇总得到共1 115条持续状态记录并对此进行分析。该数据所使用的视频分析工具为Adobe Premiere Pro CC 2018非线性视频编辑制作软件，该软件能够去除片头片尾非课上时间，时间单位精确到0.01 s。所有数据均为人工逐秒记录，最终由3人进行校对，存有疑问之处由3人共同商议确定。需要特别提出的是不同的教师对于每堂课的教学结构设计存在一定差异，本结果仅适用于当前分析的五组数据。

表2 研究对象基本情况

2.2 分析结果

通过所得数据，分别从课堂行为主要特征、教学媒体使用情况和课堂行为及教学媒体热图聚类这3方面进行分析，具体分析结果如下。

2.2.1 当前教学结构中的课堂行为主要特征分析

(1)课堂行为频度方面

课堂行为频度比例较高的为提问、给予指导或指令、沉默或混乱、学生被动发言以及讲解，以教师控制的行为为主。如图1所示。

图1 课堂行为频度及持续时间

教师通过提问及时了解学生实时学习情况，是师生双向交互的过程。教师课上布置思考问题及任务、答疑，所以给予指导或指令的频度较高。媒体调试也是必不可少的，会造成沉默或混乱。

(2)课堂行为持续时间方面

课堂行为持续时间比例明显较高的为讲解、学生自主使用数字资源以及给予指导或指令。一节课中有21%的时间都是教师在讲解，17%的时间是学生自主使用数字资源搜索及练习，从数据上验证了“主导-主体”的新型教学结构，操作性较强的信息技术课程也是如此。

2.2.2 当前教学结构中的教学媒体使用情况分析

(1)媒体使用频度

信息技术课堂教学中媒体使用频度较高的为只有语言、没有任何媒体在使用及信息技术支持的陈述性媒体，如图2所示。

图2 教学媒体的使用频度及持续时间

课堂中有50%的课堂行为是只有语言、没有任何媒体在使用的，教学媒体的出现能够丰富课堂的表现形式，但不能贯穿于整个课堂。而信息技术支持的陈述性媒体的视频频度仍然最高，教师需要通过PPT、Word等来呈现教学内容。课堂中传统陈述性媒体的使用也占有一定比例，信息技术课堂同样离不开传统陈述性媒体，黑板、印刷品等仍然是信息技术支持的不可替代的媒体。

(2)媒体使用持续时间

信息技术支持的陈述性媒体、只有语言、没有任何媒体在使用和信息技术支持的交互性媒体的使用时间比例较高。与传统课程不同，信息技术课程教室为学生配有可连接网络的计算机，学生的学习资源通常需要从网络上获取，所以信息技术支持的交互性媒体使用时间较多，通常对应着学生课堂行为为学生自主使用数字资源。

(3)媒体调试

教学中媒体调试频度占有一定比例，媒体调试中有75%的课堂行为发生在沉默或混乱，如图3所示。

教师在调试媒体时没有有效课堂行为，造成课堂时间浪费。通过对视频进行反复分析发现，虽然媒体调试是必然发生的，但绝大多数媒体调试所占时间是可以优化的，如教师在讲课的同时、教师给学生布置思考问题或学习任务时进行媒体调试，这样媒体调试的时间就可以忽略，课堂教学更为连贯、流畅。图3中媒体调试部分发生在提问、讲解行为中，这样的教学结构设计是较好的，教师应够充分利用媒体调试的时间。

图3 教学媒体中媒体调试对应课堂行为使用频度

2.2.3 当前教学结构中课堂行为及教学媒体热图聚类分析

(1)课堂行为及教学媒体使用频度热图聚类分析

通过使用热图聚类分析软件对课堂行为及教学媒体使用频度数据进行分析，能够得到课堂行为及教学媒体使用频度热图聚类图，如图4所示。

图4 课堂行为及教学媒体使用频度热图聚类

该图横坐标为15种课堂行为(当前数据中没有批评或维护权威性行为，即无编码7)，纵坐标为使用的10种教学媒体，将热图分为10×15个色块，每个色块代表着该教学行为对应着何种教学媒体的使用频度，颜色由浅至深代表该课堂行为对应的教学媒体使用频度由高到低。从整体上可以看出热图的四个角的频度较高，其中右下角对应的一系列课堂行为就是经典的“提问-回答-反馈”教学结构环节。只有语言、没有任何媒体在使用以及信息技术支持的陈述性媒体的频度较高；教师讲解对应的信息技术支持的陈述性媒体使用频度较高；沉寂或混乱对应的媒体调试也占有一定比例。

(2)课堂行为及教学媒体使用持续时间热图聚类分析

通过使用热图聚类分析软件对课堂行为及教学媒体使用持续时间数据进行分析，能够得到课堂行为及教学媒体使用持续时间热图聚类图，具体分析方法如课堂行为及教学媒体使用频度热图聚类如图5所示。

图5 课堂行为及教学媒体使用持续时间热图聚类

从热图聚类图可以看出信息技术课程的教学结构特征，教师讲解对应的信息技术支持的陈述性媒体与学生自主使用数字资源对应的信息技术支持的交互性媒体持续时间较长，说明教师讲解和学生巩固练习是课堂教学中的主要教学结构；学生使用信息技术支持的著作性媒体创造作品的时间较长，如学生利用编程软件进行编程；学生较多在课堂上进行实际操作练习，信息技术支持的媒体使用较多。

2.2.4 信息技术教师课堂教学过程中存在问题

(1)课堂中沉寂时间长

教师课上进行媒体调试占用部分课堂时间、教师提问让学生思考时间过长、教师长时间书写板书或学生完成任务时间过长等会造成学生走神失焦等情况的发生说明教学结构不完善，应该适当调整，充分利用课上时间，使课堂教学过程连贯。

(2)课堂氛围尴尬

教师在处理一些突发状况时准备不充分，造成出现课堂氛围尴尬状况，如教师不会处理计算机问题、学生回答不上来问题和教室坐不下等。该状况表明教师的教学结构并不完善，教师应该避免让自己及学生处于尴尬状态中。

3 总结

本研究提出了一个基于计算机视频分析技术的信息技术课堂的教学结构分析系统，结合实例对大量数据进行分析，发现这种分析系统能够有效分析出当前课堂的教学结构。通过对研究对象的分析，发现优质课的教师教学结构也并不完善，而新手教师遇到此类问题可能会对课堂失去控制，这就需要教师发现自身的问题并及时解决。

教师授课过程中对于自身的行为不易察觉，教师可通过课堂视频分析方法发现自身教学结构的问题及不足，职前教师可以学习专家教师的优质教学结构的设计及授课方法。由此可见，通过课堂视频分析可以让教师对自身教学结构设计的特征有所了解，对于优质教师、新手教师及职前教师的教学结构优化均有重要现实意义。

本研究对象仅为5节信息技术优质课，研究范围有一定局限性，但本研究方法是课堂教学结构实施效果的重要信息反馈工具，为未来此领域的研究提供可参考借鉴。