信息化時代信息熵在微格教學課例中的量化分析研究

張振英

摘 要 對教學過程進行的量化處理與客觀評價，是教學評價中的重要環節。信息熵教育信息處理中的重要概念，表示概率系統的不確定程度，熵值越大，概率系統不確定程度越大。本文從信息熵的概念和原理出發，采用基于V&BICS的分類系統，對微格教學課例進行數據采測與具體分析，計算出信息熵，利用信息熵最大化原理對教學過程做出客觀分析。

關鍵詞 信息熵 教學行為 量化分析

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

1信息熵的概念和原理

香農將熵推廣到信息論領域，提出信息熵的概念，用以表征概率系統的不確定程度。熵越大，系統的不確定程度越大。若某一概率系統中概率分布是均勻的，即系統中每一事件產生的概率相等，對于這樣的系統，其不確定性最大，信息熵具有最大值。在特定的約束條件下，系統的熵總是在不斷增加，直至系統的熵值最大時，系統才處于穩定狀態，此為最大熵原理。

2數據采集

2.1 V&BICS分類系統

在對課堂教學活動數據進行采集之前，首先要明確課堂中師生之間各種教與學行為的分類。VICS分類系統是對課堂教學活動中師生語言行為進行分類的系統。然而，課堂教學活動中并不僅僅只存在教師與學生的語言行為，還包括很多師生之間的非語言行為。并且在學科教學與信息技術深度融合的信息化時代，以信息技術支持的信息化教學涌入傳統課堂中，大量新的信息技術工具的應用，使得教學活動發生了顯著變化，教學過程中除了師生用語言表達信息外，還會在操作、演示信息技術工具時傳遞信息，因此，VICS分類系統相對片面，并不能將課堂教學活動相對完整地記錄下來。

楊平展等人對VICS分類系統進行了改進，提出V&BICS分類系統，將課堂教學過程中教師和學生的行為劃分為13類，分別為：1教師對學生的提示，2教師對學生的指示，3教師對學生的狹義提問，4教師對學生的廣義提問，5教師對學生的接受，6教師對學生的拒否，7學生向教師的應答，8學生向其他學生的反應，9學生向教師的發言，10學生向其他學生的發言，11多媒體的使用，12課堂組織與管理，13學生思考與練習。

2.2數據采集與處理

本研究采用V&BICS的分類系統，對湖南師范大學教育技術系郭同學微格教學課例《計算機的基本組成》進行了數據采測，時間共9分30秒。以5秒為采樣間隔對該微格教學課例進行了分析，得到了114個教學行為，計算出各教學行為發生的概率，如表1所示：

根據信息熵的計算公式計算出信息熵H=2.95bit，Hmax=3.70bit。

3教學過程的量化分析

3.1基于統計數據的分析

（1）從上圖來看，教學行為主要集中在“教師對學生的指示”（26.32%）和“多媒體的使用”（21.93%），教學行為較分散，教學活動形式豐富，存在較多互動，教師行為有“廣義提問”（6.14%）和“狹義提問”（4.39%），說明教師對學習過程密切關注，注重與學生的交流互動。學生行為有“向教師的應答”（9.65%），“向教師的發言”（1.75%）和“向其他學生的發言”（1.75%），體現了學生學習的主體性與積極性。師生之間、生生之間的信息交流與互動，大大豐富了該課程的教學形式。

（2）教師行為達到了86%以上，說明本課例以教師講授為主。其中“教師對學生的指示”在整個教學活動中出現的概率最大，為26.32%，說明該課例是理論講授型課程，主要教學活動是教師對新知識的講解。“教師對學生的提示”為14.04%，說明教師注重對學生的啟發和引導，幫助學生進行知識意義的建構。

（3）“廣義提問”與“狹義提問”之和大于“學生向教師的應答”、“學生向教師的發言”和“學生向其他學生的發言”之和，可能是問題太難沒有得到學生的有效回答，也有可能是沒有留給學生足夠時間去思考。對于學生的回答，“教師對學生的接受”為7.89%，說明教師比較注重與學生的交流互動，及時給予學生一定的贊揚。“教師對學生的拒否”為1.75%，這說明教師注重形成學生的認知沖突，注重潛在問題的挖掘，引導學生進行深入思考。

（4）“學生向教師的發言”為1.75%，可能是課堂相對活躍，學生主動學習的參與感強；也可能是教師講解的知識點較為簡單，學生能夠迅速做出反應。“學生向其他學生的發言”為1.75%，這個行為占有率相對較小，說明學生之間的互動討論較少。

（5）“多媒體的使用”為21.93%，在整個課堂中僅次于“教師的指示”，可能表明教師能夠靈活運用多媒體工具，提高理論講授課的觀賞性，讓原本乏味的理論課顯得相對生動有趣；也有可能說明教師是對照多媒體工具直接講解知識，過于依賴于媒體工具。

（6）教師“課堂組織與管理”為4.39%，可能說明本堂課起承轉合過渡自然，教師注意了課堂的連貫性，也可能表明課堂的秩序性相對較好，沒有出現混亂的情況。學生“思考與練習”概率為0%，可能是教師沒有給予學生思考與練習的時間，強行掌握整堂課的節奏。

3.2基于信息熵的分析

信息熵反映了課堂教學行為系統的不確定程度，信息熵越大，表明課堂教學活動中的教與學行為就越豐富。信息熵最大時，各個教學行為均以相同的幾率發生，表明教師注重在課堂教學中不同教學行為的變化。多種教師行為的穿插變換可以反映出教師在課堂中的教學控制、過程引導和師生交互方面做出的努力。多類學生行為的變換可以折射出學生課堂參與、互助研究、自我意義建構的程度。經計算得到本課例的信息熵為2.95，最大信息熵為3.70，信息熵為最大信息熵的79%，信息熵相對較大，表明該課例教學行為較豐富，各教學行為之間的轉換相對較多，形式多樣。

3.3基于冗余度的分析

在信息論中，冗余度表示系統信息傳遞中多余部分的比例。在本微格教學課例中，冗余度r表示了教學行為冗長部分的比例。一般而言，冗余度越大，信息傳遞的效率比越低。在本次微格教學課例中，冗余度r=1-H/Hmax=1-0.79=0.21。冗余度相對適中，說明教師在課堂上存在一定的行為調控，同時又說明課堂教學行為比較豐富，教師的教學效率較高。通過該數據來看，這是一堂教學效率較高，教學行為相對豐富的課例。

4總結

依據信息熵理論，熵的增加，是系統狀態增加的結果。信息熵的大小體現了教學過程中教學行為種類的多少。系統內教學行為增多，意味著教學信息傳遞的方式增多，教學活動的形式更為豐富。較為多樣化的教學活動，能夠豐富學生的思考與活動空間，從而更好的支持意義建構。因此，適當增大教學行為系統的信息嫡，恰當地運用多種教學行為是提高教學效果的一個有效途徑。

但是信息熵最大并不完全等同于教學效果最佳，顯然并不是所有的教學過程都必須要求各個教學活動出現的概率完全相同，而是要根據具體的教學內容、教學目標、學習者特征等因素進行科學、詳細而具體的分析與設計，以此為基礎，采取恰當的教學策略與教學方法，盡可能豐富課堂教學中師生活動的類型，以達到較好的教學效果。與此同時，教師語言的風趣程度，教師的個人魅力，教師的語態教態等等各方面，都會影響課堂教學的效果，而這些沒有語言發生卻同樣具有重要意義的影響因素無法被量化。基于教學行為分類的量化分析存在一定的片面性，對分析結果的科學合理性會造成一定程度的干擾。

5結語

教學過程分析是教學分析中極其重要的一環，對教學過程進行科學客觀的量化分析與評價，是教學評價中的重要關注點。將行為信息熵引入到教學過程的量化分析，對于評價教學活動，改進教學過程，優化教學信息的傳遞和處理等方面，都具有十分重要的意義。量化分析具有很大優勢，但也具有相對片面性，應注重對教學過程的全方位多角度評價，以實現教學效果的最優化。

參考文獻

[1] 傅德榮，章慧敏.教育信息處理[M].北京：北京師范大學出版社，2001.

[2] 楊平展，劉娟文，羅平.關于教學行為分類系統VICS的討論[J].教師，2009（06）：3-4.endprint