基于互动媒体支撑的智慧教室教学行为特征研究——基于Nvivo的课堂观察

彭静静，王国勇，方文琦，朱家华*

（1．鲁东大学创新创业学院，山东 烟台 264025；2．滨州职业学院，山东 滨州 256603；3．成都市第二十中学校，四川 成都 610036；4．临沂大学生命科学学院，山东 临沂 276000）

引言

随着人工智能装备逐渐走进教室，传统的多媒体教室环境进一步更新升级，在物理环境、情感环境、技术环境提供的支撑更加多元、丰富。智慧教室（Smart Classroom）是一种可以优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展、具有情境感知和环境管理功能的教室①陈迪．互动媒体支撑下的课堂教学研究［D］．武汉：华中师范大学，2012．。有效、多元地实现教师、学生、学习资源之间的互动是智慧教室发挥功能的重要前提。互动媒体（Interactive Media）则为智慧教室提供了不可或缺的技术支撑。人工智能背景下，基于物联网、传感系统、大数据和云计算的多模态互动平板、互动移动终端或手持设备、互联网协作平台等成为互动媒体的主要技术形式。合理地利用互动媒体技术，可以有效打造智慧教室教学空间，促成师生构建和谐的协作关系，有效推动教与学的信息化变革。与传统的多媒体教室相比，基于互动媒体的智慧教室中，师生教学行为有何变化？如何在基于互动媒体的智慧教室中更有效地开展教学？本文立足课堂观察的视角，对比分析了传统多媒体教室与互动媒体支持下的智慧教室中的教学行为，借鉴改编陈迪（2012）的“互动行为编码表”工具进行数据采集①陈迪．互动媒体支撑下的课堂教学研究［D］．武汉：华中师范大学，2012．，采用S－T分析方法，利用Nvivo 11 软件辅助记录分析，为创新智慧学习环境下的教与学提供借鉴。

一、理论基础

从行为主体的视角看，教学活动是由一系列教师行为和学生行为构成的系统②黄荣怀，胡永斌，杨俊锋，等．智慧教室的概念及特征［J］．开放教育研究，2012，（02）：22 －27．。从行为施行者的视角看，教学行为分为教师行为、学生行为和师生互动行为③夏家发．教学活动设计［M］．武汉：华中师范大学出版社，2010：5．。

国际上，关于课堂教学行为的研究多注重对教学过程中的教师、学生行为分析，并通过采集时空横截面上的行为数据，通过观察、分析得到研究结论。目前，关于课堂教学行为的观察，已然形成了包含量表技术、指标设计技术在内的比较可靠、精准的测量系统，并通过了反复的迭代研究，使得相关的测量体系得到了精确化水平。当前，在学界被广泛认可并采用的课堂教学分析方法，归纳起来主要包括S －T分析法、Flanders互动分析法（FIAS）和基于信息技术的互动分析系统（ITIAS）等。有研究者系统比较了此三种分析方法的优缺点，见表1④张建琼．教学行为研究的教学论意义［J］．教育理论与实践，2004，（17）：50 －53．。

表1 国内外教学行为分析研究的缺点和不足

在智慧学习环境下，教学行为的类型与实施都发生了深刻变化，基于对上述三种教学行为分析法的研究基础，一些研究立足对智慧学习环境的审视，结合新技术、新装备、新理念对师生互动行为带来的影响变革，做了一些改进或创新研究。例如，有研究者将课堂教学进一步统分为教师活动、学生活动和无意义活动等三大类，提出了TBAS分析系统（Teaching Behavior Analysis System）⑤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，（09）：62 －69．，使得课堂观察更加具有针对性，对师生行为的分析更具有效率；还有研究者则借鉴ITIAS的分析方法，提出了包含24 个编码的1：1 数字化环境下课堂教学互动行为分析编码体系（One－to－One Techno －Based Interaction Analysis System，OOTIAS），基于质性研究的方法，将人与技术的互动在教学中的作用分为“直接作用”与“间接作用”两类⑥韩后，王冬青，曹畅． 1：1数字化环境下课堂教学互动行为的分析研究［J］．电化教育研究，2015，（05）：89 －95．；王晓晨（2015、2016）的研究围绕着如何观察和分析智慧课堂中的互动主体、内容、技术支持，以及互动反馈、深度、参与度等方面，提出了课堂互动观察工具（CIOSM）⑦王晓晨，江绍祥，黄荣怀．面向智慧教室的中小学课堂互动观察工具研究［J］．电化教育研究，2015，（09）：49 －53．⑧王晓晨，黄荣怀，王梦舒，等．智慧教室环境下的中小学课堂人际互动分析［J］．电化教育研究，2016，（12）：111－116．。张屹（2016）的研究专门面向智慧教室环境中的课堂教学互动，对FIAS分析方法进行了改进，形成一套具有专门性的智慧教室互动分析编码系统①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 ＋64．。周鹏霄等（2018）的研究则引入了新的观测设备，利用技术工具，识别并检测目标图像的人脸数目、轮廓特征、主体动作等三个方面，从而获取更加精准的数据信息，实现了对课堂教学视频中S－T行为智能识别的设计②周鹏霄，邓伟，郭培育，等．课堂教学视频中的S－T行为智能识别研究［J］．现代教育技术，2018，28（06）：54 －59．。由此可见，教学行为分析的理论、编码体系、算法工具正在逐渐趋于多样。

在基于互动媒体的智慧教室环境中，互动媒体成为联系教师、学生和学习资源之间的关键技术纽带。面向资源层面，语词、画面和声音作为听觉、视觉的刺激信号，仍是学习资源的主要呈现形式；面向师生层面，互动媒体则可以对师生的触觉、声音等输入信号作出即时反馈，并形成有意义的关联。与传统多媒体教室不同，在互动媒体支撑的智慧教室中，行为主体不再是被动的信宿，他可以通过触觉或其他方式来选择接受哪类教学信息，或作为信源将教学信息传播给其他行为个体③朱家华．互动媒体支持下的PBL课堂教学研究［D］．武汉：华中师范大学，2015．。

教学行为的主体主要指教师和学生，因此教学行为包括教师教的行为、学生学的行为，以及发生在教师、学生之间的互动行为。在智慧教室中，“去中心化”成为师生关系的显著特点，教师与学生、学生与学生之间不存在典型的“中心点”，甚至教师、学生的关系在适当情况下可能发生角色对换，这种角色对换主要是基于互动媒体工具为支撑的。因此，在互动媒体支撑的智慧教室中，除了关注教师、学生、师生之间的行为之外，必须还要关注媒体工具与师生之间发生的关联。前文所述的FIAS和ITIAS的观测工具，相对适合一般课堂、传统课堂中的师生行为的观测，而早在2012年，陈迪等人围绕互动媒体在教学中的实践应用，开发了专门观察工具，整合了FIAS和ITIAS的优势，并引入Flanders互动分类系统中的“驱动与主动”的概念，将单一主体的行为观测扩展为教师、学生双主体的行为观测，并在指标系统中单独列出了师生与媒体工具之间的关联行为④陈迪．互动媒体支撑下的课堂教学研究［D］．武汉：华中师范大学，2012．，本研究借鉴该研究思路，利用Nvivo 11 软件辅助记录分析，研究互动媒体支持下的智慧教室生物科学师范专业的教学行为，观测包括师生之间的互动行为、师生独立行为，进行了系统的研究分析。

二、研究设计

本研究中，较为理想的互动媒体支撑下的智慧教室应当从空间、工具、资源三个方面实现技术支撑，并能够整合多种互动媒体装备、打造以适应学习者多元学习需求为特征的互动学习环境。研究中，选择某部属师范院校的智慧教室为研究实施场域，该智慧教室打造了“物理空间＋资源空间＋社区空间”三位一体的概念，构建了互动学习平台、互动学习电脑、多屏互动黑板等互动媒体系统，能够顺畅、便捷、可靠地提供内容共享、资源互动、人机互动功能，并有效丰富了课堂师生互动的形式，提升师生互动的质量，同时具备情境感知和环境管理功能，适应智慧环境下的研究型教学活动。

本研究将互动媒体支持下的智慧教室教学行为分为师生之间的互动行为和独立行为，对此两类行为的研究在FIAS和ITIAS的基础上，借鉴改编了陈迪（2012）的“互动行为编码表”工具进行数据采集，采用S－T分析方法，利用Nvivo 11 软件辅助记录分析。

研究采用视频记录的方式，通过听课→拍摄课堂教学录像→对教学录像进行处理→筛选研究样例→编制行为编码表，确定采样和记录规则→利用编码表展开采样记录→数据统计→结果讨论等流程展开。

三、基于互动媒体的智慧教室互动行为研究与讨论

（一）研究对象选择

考虑到教师团队对智慧教室的感知和教学应用水平，研究选定生物科学师范专业某教师教育必修课程作为样例，该课程为国家一流本科课程，且团队教师均能够胜任普通多媒体教师和智慧教室的教学实践。该课程“基于探究性学习策略的教学设计”一节内容，由同一位主讲教师使用同一套教学资源、相同的教学设计和教学策略，分别在智慧教室环境和普通多媒体环境下进行了不同班级的重复授课（采用随机分班方式确定了不同班级）。课堂基本情况如表2 所示。

表2 研究对象

本节内容主要围绕探究性学习策略的介绍、应用手段，引导师范生在合作学习和体验式学习中达成学习目标。智慧教室为师生提供了更丰富的交互手段等内容。课堂内可实现教师与学生的手写交互、图像交互和视频交互；学生终端与小组讨论屏的交互，教学双屏与小组讨论屏的交互，小组讨论屏之间的交互等。

本研究利用改编的“互动行为编码表”（如表3）进行编码。在实际的采样记录中，利用Nvivo 11 分别进行智慧教室和普通多媒体教室的两个课堂师生行为文本的录入，并依据互动行为编码表的规则分别对师生行为、整体行为（教师行为与学生行为的集合）进行节点编码，依据教师主导和学生反馈两类不同的行为发起方式，进行师生行为的关系节点编码，最后对师生行为、整体行为、师生行为间的关系的参考点和覆盖率进行统计和讨论。

表3 互动行为编码表

（二）采样和记录规则的确定

在实际采样过程中，为了减少误差，智慧教室和普通多媒体教室的两个课堂都以单个教学行为的持续时间为单位在Nvivo 11 中进行编码记录。对每个教学行为的编码都包括5 次编码，分别是教师编码、学生编码、整体编码（教师编码和学生编码的集合）、关系编码（教师主导和学生反馈）。

考虑到课堂教学的复杂性，在互动行为编码表确定的编码规则的基础上，进一步提出以下编码规则①郭友．教师教学技能［M］．北京：首都师范大学出版社，1993：229②肖锋．课堂语言行为互动分析—一种新型的课堂教学研究工具［J］．辽宁师范大学学报（社会科学版），2000，23（6）：40 －44：

1．在对单个教学行为进行编码时，对教师行为、学生行为、师生行为间关系的编码都有且只有一个编码；

2．教师重复学生的正确回答，属于类别2；

3．教师对学生叫答，属于类别4；

4．不能确定某言语行为属于哪一类别时，归为类别17；

5．教师单纯使用媒体展示静态文字，不能选择类别13 －16；

6．学生单纯观看屏幕静态文字，不能选择类别13、14。

（三）结果与讨论

1．教师行为讨论与分析

通过Nvivo编码统计，对互动媒体支持下的智慧教室和普通多媒体教室的课堂教师行为参考点数统计结果如图1、图2 所示。

图1 智慧教室教师行为参考点数

图2 普通多媒体教室教师行为参考点数

通过Nvivo编码统计，对互动媒体支持下的智慧教室和普通多媒体教室的课堂教师行为覆盖率统计结果如图3、图4 所示。

图3 智慧教室教师行为覆盖率

图4 普通多媒体教室教师行为覆盖率

从教师行为来看，互动媒体支持下的智慧教室教师“提问”行为是最主要的行为方式，覆盖率为17．06%，参考点为57；其次是“接受情感”行为，覆盖率为15．86%，参考点为30。而普通多媒体教室教师“讲授”行为是最主要的行为方式，覆盖率为40．51%，参考点为52；其次为“提问”行为，覆盖率为12．72%，参考点为38。

基于以上结果可发现，提问与讲授都是智慧教室和普通多媒体教室主要的教师行为，但教师在智慧教室中有更多的提问行为，而普通多媒体教室中教师讲授行为的覆盖率远高于教师提问行为的覆盖率，说明智慧教室中教师有意识地与学生进行更多的互动，并且智慧教室中教师以提问为主的行为策略有助于学生对学习内容的内化和思维能力的发展，发挥学习的主体性。

同时，智慧教室相较于普通多媒体教室中的教师行为有特殊的技术－展示行为，这体现了互动媒体支持下的智慧教室中教师与互动媒体环境的交互，说明在智慧教室中教师有意识地利用技术环境进行教学内容、学习资源的展示，表明互动媒体支持下的智慧教室能促进教学信息流动。

2．学生行为讨论与分析

通过Nvivo编码统计，对互动媒体支持下的智慧教室和普通多媒体教室的课堂学生行为参考点数统计结果如图5、图6 所示。

图5 智慧教室学生行为参考点数

图6 普通多媒体教室学生行为参考点数

通过Nvivo编码统计，对互动媒体支持下的智慧教室和普通多媒体教室的课堂学生行为覆盖率统计结果如图7、图8 所示。

图7 智慧教室学生行为覆盖率

图8 普通多媒体教室学生行为覆盖率

从学生行为来看，互动媒体支持下的智慧教室学生“独立思考”行为是最主要的行为方式，覆盖率为30．94%，参考点为55；其次是“技术－展示”行为，覆盖率为16．86%，参考点为33。而普通多媒体教室学生“独立思考”行为是最主要的行为方式，覆盖率为45．43%，参考点为55；其次为“接受情感”行为，覆盖率为14．45%，参考点为46。

基于以上结果，从质性分析的角度出发，发现智慧教室相较于普通多媒体教室学生的行为是有较大差异的。首先，学生在智慧教室中有特殊的技术展示行为，体现智慧教室中学生与技术环境的有意识的交互。这说明智慧教室中学生能利用技术展示自己的学习成果，并与同学、教师进行即时交流，减少了环境对学生思想和观念的约束性，同时学生的表达交流能力和运用技术解决问题的能力也得到锻炼。其次，智慧教室中学生还有特殊的搜索传递行为，这体现了学生在智慧教室中能运用技术环境与教师和同学进行学习资源的及时搜索、传递和交流。而普通多媒体教室中学生的主要行为都是单独的静态行为，这说明学生在智慧教室中有更多的能动性，与教师、同学、技术环境有更强的互动性，学生能有效利用资源空间解决教学问题。

3．课堂整体行为讨论与分析

通过Nvivo编码统计，对互动媒体支持下的智慧教室和普通多媒体教室的课堂整体行为参考点数统计结果如图9、图10 所示。

图9 智慧教室整体行为参考点数

图10 普通多媒体教室整体行为参考点数

通过Nvivo编码统计，对互动媒体支持下的智慧教室和普通多媒体教室的课堂整体行为覆盖率统计结果如图11、图12 所示。

图11 智慧教室整体行为覆盖率

图12 普通多媒体教室整体行为覆盖率

从整体行为来看，互动媒体支持下的智慧教室整体行为中“独立思考”是最主要的行为方式，覆盖率为45．83%，参考点为75；其次是“提问”行为，覆盖率为18．90%，参考点为57；再次为“接受情感”行为，覆盖率为17．06%，参考点为47；再次为“技术－展示”行为，覆盖率为15．80%，参考点为38；而普通多媒体教室整体行为中“独立思考”是最主要的行为方式，覆盖率为46．07%，参考点为61；其次为“接受情感”行为，覆盖率为41．40%，参考点为58；再次为“讲授”行为，覆盖率为18．44%，参考点为54；再次为“提问”行为，覆盖率为12．72%，参考点为38。

基于以上结果可发现，首先，智慧教室相较于普通多媒体教室有特殊的技术－展示整体行为（教师和学生的技术－展示行为）及搜索传递整体行为（学生的搜索传递行为），这说明智慧教室中教师和学生与互动媒体环境有意识地进行交互，充分体现了互动媒体支持下的智慧教室课堂环境的强交互性。其次，智慧教室中主要的整体行为独立思考、接受情感、技术－展示中都包括教师和学生的行为，而普通多媒体教室主要的整体行为中只有独立思考和接受情感行为包括教师和学生的行为，其余主要整体行为如提问都是教师的行为，这说明智慧教室相较于普通多媒体教室教师与学生行为的平衡性，这体现了互动媒体支持下的智慧教室课堂环境的去中心化、开放的特性。

4．师生行为关系讨论与分析

通过Nvivo编码统计，对互动媒体支持下的智慧教室和普通多媒体教室的课堂师生行为关系参考点数统计结果如图13、图14 所示。

图13 智慧教室师生关系参考点数

图14 普通多媒体教室师生关系参考点数

通过Nvivo编码统计，对互动媒体支持下的智慧教室和普通多媒体教室的课堂师生行为关系覆盖率统计结果如图15、图16 所示。

图15 智慧教室师生关系覆盖率

图16 普通多媒体教室师生关系覆盖率

从师生行为关系来看，在互动媒体支持下的智慧教室中，“教师主导”关系覆盖率为41．11%，参考点数为101；“学生反馈”关系覆盖率为16．77%，参考点数为47。在普通多媒体环境中“教师主导”关系覆盖率为60．89%，参考点数为103；“学生反馈”覆盖率为4．53%，关系参考点数为17。

基于以上结果可发现，不管在智慧教室还是普通多媒体教室中，都是教师占主导地位，但智慧教室中学生反馈关系的覆盖率明显高于普通多媒体教室该关系的覆盖率，在普通多媒体教室中教师主导关系覆盖率是学生反馈关系覆盖率的13．4 倍，而智慧教室教师主导关系覆盖率仅仅是学生反馈关系覆盖率的2．5 倍，体现了互动媒体支持下的智慧教室以教师为主导、学生为主体的特点。

结论

互动媒体支撑的智慧教室在优化情境创设、促进教学信息、学习资源流通共享、满足交流与合作方面有着无可比拟的优势。国内有关智慧教室设计理念和教学模式的构建缺乏全面实践。本研究选取国家一流本科课程，主讲教师在完全胜任普通多媒体教师和智慧教室的教学实践的基础上，历时2年采用随机分班方式对不同班级进行重复授课。研究得出如下结论：第一，互动媒体支持下智慧教室中教师与学生、技术环境有更强的互动性，智慧教室能促进教学信息的流动；第二，智慧教室中学生与同学、教师、技术环境有更强的互动性，智慧教室更能发挥学生的主体性和能动性；第三，智慧教室中师生整体行为体现了智慧教室的强交互性和去中心化、开放的特性；第四，智慧教室中的师生行为关系体现了智慧教室以教师为主导、学生为主体的特点。

研究还发现，相较传统多媒体教室，互动媒体支持下的智慧教室将学习者置于更加凸显学习中心的位置，相对传统课堂以农业时代的教学时间表、工业时代的教学组织，以及传统的标准化知识输出和同质化教育教学，互动媒体支持下的智慧教室给予学习者发挥潜能的无限可能。例如，学生能利用技术展示自己的学习成果，与同学、教师即时交流，减少了环境对学习者思想和观念的约束；同时，学生的表达交流能力和运用技术解决问题的能力也得到锻炼，学生在智慧教室中能充分地发挥能动性，与教师、同学、环境有更深刻的互动。

然而，互动媒体支持下的智慧教室中，教学的开展对学生的自主学习能力提出更高的要求，同时加大了教师开展学习管理与评价的难度。如何实现教学设计与技术装备的全面契合，围绕学习者的主动学习设计互动媒体支持下的自适应学习系统，以及如何基于对学习数据的采集和处理，及时对教学予以反馈评价，有待进一步的研究。