智慧教室环境下的课堂教学行为分析

黎安琪 徐斌艳

[摘   要]为了解智慧教室环境下的高中数学课堂教学行为现状，研究借助智慧教室课堂教学互动分析编码系统和NVivo质性分析软件，以一节高中数学建模智慧课堂的课堂实录作为研究对象，对师生使用技术情况和师生言语互动情况进行分析。研究发现：智慧教室环境能够发挥学生的主体性，智慧教室的技术与资源支持丰富了课堂呈现、师生互动;技术主要支持的是教师的教学行为，但教师尚未能充分使用智慧教室所提供的技术资源支持。

[关键词]智慧教室;高中数学;教学行为;课堂教学

一、引言

随着智能技术的快速发展，“人工智能+教育”逐渐进入人们的视野，以智能技术为基础构建的智慧教室也作为新型课堂环境出现在日常教育实践中，推进了智能技术与教学的深度融合。智慧教室通常会配备交互式电子白板、实时反馈系统等设备，为实际教学提供了更多技术支持以及师生交互的可能。那么，在具体教学实践中，智慧教室技术与资源支持的价值是否在课堂上得以真正体现？教师应用技术辅助教学的现状如何？课堂教学行为又呈现出怎样的特点？有研究指出：智慧教室环境下，课堂互动本质上并没有超越传统课堂。[1]也有研究发现，智慧教室中学生主体地位提高，教学互动呈现“互动形式丰富，互动高效”的特点。[2]

此前，已有一些关于智慧教室环境下数学课堂构建的理论研究，从实践角度分析智慧教室环境下数学课堂的研究也在逐渐开展，并主要聚焦于小学和初中。而相较于小学和初中，传统高中数学课堂往往显得更单调沉闷、缺少互动，教学内容也更为抽象、晦涩难懂，而智慧教室可以为高中数学课堂教学带来更多可能，为学生提供更加有趣生动直观的课堂。此外，高中学生在学习能力上已经具备较高的自主性，形成了自己独立的想法和学习方法，在智慧教室功能的使用上、自适应学习的实现上、课堂讨论产生思想碰撞方面会更易达到智慧教室本身所期待的课堂效果。基于此，研究者将对高中的数学智慧课堂教学行为现状及其教学效果进行探究。

本研究选择一个典型的高中数学双班同课的智慧课堂进行分析，目的是了解智慧教室环境下的高中数学课堂教学行为现状，探讨当前高中数学智慧课堂教学行为的特点及其所存在的问题，以期为未来高中数学智慧课堂的教学实践、创新发展提供借鉴与参考，丰富智慧教育与数学课堂研究成果，为促进智能技术与教育教学深度融合提供实践案例与建议。

二、研究设计

1.研究对象

研究课堂教学行为需要以实际课堂为背景，关注教师讲授知识、使用学习资源、与学生互动交流等过程，关注教师如何构建课堂，即教师在课堂中具体的行为表现。本研究以“一师一优课”国家教育资源公共服务平台上的一节高中数学课堂实录作为研究对象，采用内容分析法对其中的教学行为进行分析。

该课是一节获评部级优课的数学建模课，授课对象为高二两个班级的学生，分别来自X中学和Y中学。课堂教学设备的设置与使用为典型的智慧教室环境。教师使用5G直播设备连接两个课堂，其中一个班级作为第一课堂，由该班教师主讲，另一个班级则通过直播设备参与学习，由在场教师进行辅助。课堂上使用了电子白板和平板电脑，可即时反馈学生的学习过程。以该课堂实录作为研究对象，符合智慧教室环境的特点，具有典型性。

2.研究方法

在课堂教学行为的分析系统中，当属弗兰德斯互动分析系统（FIAS）应用最为广泛、成熟。它包括一套教学行为编码表，一套用于判断和记录编码的规定标准，以及一个用来显示和分析数据的互动分析矩阵[3]，对课堂语言进行较为全面的分析诊断。但面对智慧教室环境下的课堂教学行为分析，FIAS也存在“分析对象集中在教师语言，忽略学生行为”“无法反映信息技术与师生交互作用”[4]等不足。针对这些不足，顾小清等人增加了学生言语类别，整合教育技术的使用，形成了一套改进系统ITIAS（Information Technology-based Interactive Analysis System）[5]。张屹等人则在FIAS的基础上进行改进，形成了智慧教室课堂教学互动分析编码系统[6]，将教师技术行为分为教师操作演示内容、展示学生成果、教师评价和技术指导，将学生技术行为分为自主学习、合作实践、分享展示和学生评价维度，在技术行为层面相较于ITIAS的划分更为细致具体，更能凸显智慧教室多样化的技术与资源支持特性。

基于FIAS的分析系统通常采取以3s为间隔进行分割课堂片段的方式，对每一个课堂片段进行编码分析，就像“一幅快照”[7]。但这一方式虽然有助于对课堂教学进行概貌性的了解，却缺失了对课堂教学活动场景以及教学行为意义的关注。因此，穆肃等人从教学活动的视角形成了基于教学活动的课堂教学行为分析系统TBAS（Teaching Behavior Analysis System），[8]在一定程度上彌补了ITIAS技术层面无法完善分析出人机互动行为的缺陷。

考虑到智慧教室环境下的课堂教学特点，本研究选择以课堂教学活动过程为划分依据，借助NVivo质性分析软件，对所选取的高二数学智慧课堂的课堂实录视频进行分割，以保证教学活动内容的完整性。获得全部课堂片段后，再采用张屹等人所提出的智慧教室课堂教学互动分析编码系统作为主要分析框架，对课堂教学行为进行编码分析。同时，在具体分析过程中，依据实际情况对编码分类进行改进或补充，以更好展现高中数学智慧课堂教学行为的现状（见表1）。

三、智慧教室中的课堂教学行为

1.课堂教学过程

由于本研究选择以课程教学活动过程为划分依据，在编码之前，研究者需要对课堂实录进行课堂教学过程的划分与整理。活动划分依据参考“课堂基本活动”[9]的定义，即“不可再次分割的教学活动”，如对一个问题的讨论活动、一次随堂的测试活动、一次作品的评价活动等。在本研究中，研究者首先对课堂教学过程进行基本活动划分，若一个课堂基本活动涉及的要素、环节过多，则根据教师与学生的活动以及对话内容进行更为细致的划分，以保证在一个片段内有且仅有一个活动、一个对话主题，从而对应师生的一次言语或技术行为。

该课例为探究气温变化的数学建模课，可分为四个教学环节：提出问题、解决问题、解释规律、归纳与反思。将每个教学环节根据教学内容划分为多个课堂活动阶段，进而对师生活动进行分割。例如，在“解决问题”环节，课堂活动又可划分为选择模型、展示及分析模型、检验模型、反思模型与改进四个阶段。以其中的“选择模型”阶段和“展示及分析模型”阶段为例，其片段划分结果如表2所示。

2.师生技术使用情况

通过对课堂实录的视频切片以及师生技术行为的内容分析，研究者参考智慧教室课堂教学互动分析编码系统的技术分类，对教师和学生使用技术进行编码，结果如图1所示。其中，学生评价、分享展示、合作实践、自主学习为学生使用技术的行为表现，其余4项为教师使用技术的行为表现。

总体来看，本案例中的技术主要支持的是教师的教学行为。在教师使用技术的行为表现中，“操作演示内容”成为教师使用技术的主要行为。在分析模型阶段，教师会“调用学习空间中的学习资源”来辅助教学，例如“泰勒展开”表情包、“泰勒公式”视频资料、几何画板文件等，为学生提供多维度的拓展资料，丰富教学形式。在布置任务前，为学生演示操作步骤也是教师的一个重要行为。在分析二次函数可以拟合气温数据时，教师在电子白板上进行“放大图像”“输入点列，再输入阶数”的操作，让学生直观地看到，当多项式次数增加时，高次项系数近似为零，因此使用二次函数拟合就已足够。在基础的内容演示上增加了软件操作的部分，通过直观动态展示，一方面解释了模型选择的原因，另一方面也为学生展示了操作软件解决问题的方法与步骤。

教师利用技术进行展示学生成果、技术指导则与学生使用技术进行分享展示、合作实践相对应，可以说明智慧教室环境在一定程度上激发了师生的互动。在小组合作探究时，学生共同使用平板电脑和GeoGebra软件对已有气温数据进行函数拟合，以实验的形式寻找合适的模型，软件的使用使拟合过程更加直观地呈现于学生眼前，也能够培养学生的探究精神。同时，教师在小组间进行技术指导，也促进了师生的互动过程。但值得注意的是，在本案例课堂中，使用技术分享展示对学生来说是相对被动且单一的。学生通常是由教师选择而进行的分享展示。例如，在解决问题环节，教师随机选择了四组学生的作品进行投屏实时展示，探究活动结束后，仅四名学生代表被教师点名来分享展示自己或小组的作品;在解释规律环节，教师挑选学习空间中学生课前上传的优秀回答展示，让相应的三位学生进行解释说明。在所有分享展示自己或小组成果的学生中，仅有一位学生在分享展示的过程中主动在白板上进行标注、绘图来辅助自己的介绍。因此，学生的分享展示未能充分体现在使用技术时的主动性，互动也仅发生在教师与单个学生个体之间，参与度仍受限。

另一方面，教師并未使用技术对学生进行评价，学生也并未在课堂上使用技术进行自我评价。可以说，该课堂中所有的师生评价都未借助智慧教室的技术支持，采取的仍是传统课堂中单一的言语评价形式。而学生在课堂中也没有使用智能设备进行个人操作、自主学习。据该教师表述，在本堂课前，教师就已在学习空间布置学习任务与问题，学生则经过课前的自主学习，已在学习空间提交了回答。因此，自主学习并未在课堂中体现，而是以合作探究为主。由于本研究仅聚焦于课堂教学行为，课前学习的部分并不纳入在内，所以一定程度上能够解释课堂教学中并未体现学生使用技术的主动性的情况。

3.师生话语互动情况

参考智慧教室课堂教学互动分析编码系统的言语行为分类，关注课堂实录视频切片中的师生言语内容并进行文本转录，对教师和学生的话语互动行为进行编码，结果如图2所示。其中，交流讨论、主动提问、积极应答、被动应答、学生言语评价为学生话语行为表现，其余5项为教师话语行为表现。

从编码结果中可以看到，师生话语互动在智慧课堂中的呈现较为丰富。其中，教师在课堂话语中呈现主导的地位，学生在课堂中有较多机会进行交流讨论、分享观点。

讲授依然是该智慧课堂中教师的主要言语行为。从具体内容而言，教师的讲授行为可以划分为两部分，一部分是依托电子白板展示，讲授问题情境、教学内容，解释学生在活动过程中所出现的问题，这与教师使用技术进行操作演示内容的行为相对应，是普通意义上的讲授。而另一部分，则是教师在每位学生分享想法和观点后，都会对其内容进行总结与解释，又或是根据小组投屏实时展示的成果进行教学内容的讲授，这与学生交流讨论后分享过程相对应，教师更多地是以学生的回答或成果为出发点进行讲授，体现了智慧教室中“以学生为中心”的教学理念。

学生在智慧课堂中交流讨论的机会十分丰富，课堂内容的展开基本都是以学生合作探究、交流讨论来推进。除教师的讲授行为外，教师其他的言语教学行为也都是围绕学生活动、学生的分享而进行的。

从提问类型来看，教师提出的开放性问题明显多于封闭性问题。教师所提出的开放性问题往往为学生提供了足够的思考时间，使得学生交流讨论的机会增多。例如，在解释规律环节，教师会提问：“为什么模型成周期性变化？为什么使用这个模型来研究？”学生则需要通过回顾已学知识、分享交流想法、结合其他学科的知识来进行回答。提出开放性问题，能够激发学生进行思考，引导学生交流分享。此外，教师也会在学生分享的过程中使用追问的方式，引导学生表达更多在解决问题过程中的想法。例如在选择正弦函数拟合的小组进行分享时，教师会向学生提问：“上凸函数有很多，为什么选择正弦函数？”以此激发学生进行详细的解释说明，锻炼学生数学交流的能力。

可以看到，智慧教室环境下的教学并未忽视师生、生生之间的言语对话交流，一味追求技术上的互动，而是同样注重启发式教学，引导学生交流分享、回答问题。

而在评价方式上，学生并没有参与评价活动。课堂评价仅是教师对学生分享的简单鼓励和表扬，例如“很好”“非常好”，而学生则只是根据教师的评价，以掌声的方式进行了“评价”，并未真正成为评价的参与者，智慧教室为多元化评价创造的优势并没有得到体现。此外，虽然本堂课当中所使用5G直播设备实现了双班同课，但教师并没有将直播设备的优势充分地展现。在课堂中，教师仅使用5G直播设备进行过一次教学活动：在解释规律环节，教师展示了一份来自另一班级的学生的优秀作品，并邀请学生隔空分享解释。尽管教师使用了5G直播设备，但这仅仅是跨越了空间、增加了所教授学生的数量，本质上与在一个班进行分享展示的教学活动无异，教学模式并未发生本质上的改变，5G直播设备也并没有获得充分的利用。

四、研究结论

本研究针对一节高中数学智慧课堂实录，分析了课堂中师生使用技术情况、师生话语互动情况，总结出该课堂所呈现的教学行为特征及其所存在的问题，从而了解智慧教室环境下的高中数学课堂教学行为现状。研究结论与建议如下。

1.智慧教室环境能够发挥学生的主体性

在本案例课堂中，学生交流讨论、分享表达的机会十分丰富，教学过程在学生活动中有效推进。智慧教室环境下，教师能够使用技术作为任务手段，实时展示学生的成果，进而以学生作品为出发点来讨论模型、推动教学，没有脱离学生，体现了学生在课堂中的主体地位。另一方面，课堂中学生的交流讨论为学生表达想法、进行数学交流提供了渠道。除讲授外，教师其他的言语教学行为均围绕学生活动、学生的分享而进行，使学生的主体性得到充分发挥。

2.智慧教室的技术与资源支持丰富了课堂呈现、师生互动

智慧教室中，教师可以使用多样的技术手段调用学习空间中的学习资源，多维度呈现教学知识，丰富了教师教学的课堂呈现。同时，教师使用实时展示，也为课堂的呈现提供了即时资源。技术的引入使得教师与媒体之间、学生与媒体之间有更多的互动，便利教师的教，有助于促进学生深入互动[10]。5G直播设备的使用也促使两班能够同步学习，促进学生之间的交流分享。

3.技术主要支持的是教师的教学行为

从师生技术使用情况来看，教师进行技术使用的场景明显多于学生。Newhouse认为，学习环境中的技术主要通过扩展学习交互活动通道、改变交互活动方式的途径来影响教师的教学活动设计[11]。而在本研究中，技术仅仅是辅助教师教学活动的工具，并未拓展学习交互通道、改变交互活动方式。学生的学习活动缺乏“主动性”“个性化”，学生在课堂中没有进行主动提问、个人操作、自主学习，学生也未成为评价的参与者。因此，尽管智慧教室环境提供了丰富的技术、资源支持，但在技術使用上，学生的参与相较于教师来说，相对薄弱。

4.教师未能充分使用智慧教室所提供的技术资源支持

尽管智慧教室能够提供师生互动的条件，能够提供学生主动学习、参与评价的机会，但在实际教学中，教师并不能完全有效使用所提供的条件，未能将条件优势最大化。如若教师能充分利用平板电脑中的学习资源，组织学生基于人机互动的自主学习，同时在分享展示环节引导学生通过网络互相查看和解释，进行互评，总结不同的解决方法并主动选择最佳的回答，则会使这一学习过程更具主动性和互动性。对于智慧教室所提供的便利的技术与资源条件，教师如何利用显得尤为重要。

随着智慧教室教学实践的不断开展，课堂教学模式也在不断探索之中。智慧教室环境的变化，并不会促使学生智慧学习的自然发生，而是需要由教师从教学模式上、教学方法上进行探索和改变。本研究考察的个案虽然不一定具有代表性，但一定程度上真实反映了智慧教室教学实践中的一些特点以及教师实践中的不足与挑战。同时，对于教学模式的探索、智慧教室功能的有效利用等方面还有待进一步的实践研究。

参考文献

[1]李利，梁文洁，薛峰.智慧教室环境中的课堂互动教学现状分析[J].电化教育研究， 2018（03）：115-121.

[2][6][10]张屹，祝园，白清玉，等.智慧教室环境下小学数学课堂教学互动行为特征研究[J].中国电化教育，2016（06）：43-48.

[3][5]顾小清，王炜.支持教师专业发展的课堂分析技术新探索[J].中国电化教育，2004（7）：18–21.

[4]刘喆，苏新冰，杜炫杰.智慧教室环境下的数学课堂教学行为研究[J].数学教育学报，2020，29（04）：44-51.

[7][9]孙众，马玉慧. 视频案例多元分析法促进新手教师专业发展研究[J].电化教育研究，2013（8）：104-109.

[8]穆肃，左萍萍.信息化教学环境下课堂教学行为分析方法的研究[J].电化教育研究，2015，36（9）：62-69.

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

（责任编辑 郭向和   校对 姚力宁）