基于計算機視頻分析技術的信息技術課程教學結構研究

楊竹，孫麗娜，呂洪艷

(東北石油大學 計算機與信息技術學院，黑龍江 大慶 163000)

0 引言

目前，諸多學者對信息技術與課程整合進行研究，研究方向各有不同。何克抗[1]指出信息技術與學科教學深度融合，實現新型教與學方式，變革傳統的課堂教學結構。信息技術與課程整合對我國教育改革具有重要意義。

多年來，我國一直注重教育改革，但始終只關注教學內容、手段及方法這3個范疇而忽略了教學結構。何克抗[2]指出“教學結構是指在一定教育思想、教學理論、學習理論指導下的、在某種環境中展開的教學活動進程的穩定結構形式”，教學結構能夠反映出教師按照什么樣的教育思想、教學理論來組織教育教學活動。姜強等[3]面向深度學習的課堂教學結構化變革進行研究。鄭艷群等[4]對初級漢語語法教學結構和過程進行研究。管鈺琪等[5]認為，課堂教學結構變革是推進教育系統結構性變革的有效切入點，分析智慧教室環境下的課堂教學結構，有助于描述當前的典型設計、揭示技術應用本質。目前，關于課堂教學結構沒有一套科學的分析方法，本研究提出了一個基于計算機課堂視頻分析技術的“信息技術”課程教學結構研究方法，彌補了前人的不足。

1 基于課堂視頻分析的“信息技術”課程教學結構研究方法框架

1.1 課堂行為分析先行研究

人們普遍認為Flanders[6]提出的FIAS課堂交互行為分析系統是最有影響力的，它是課堂教學、學習過程的信息反饋工具，為后來學者們關于課堂行為研究提供了重要的可參考價值。2010年張海等[7]提出了課堂行為和教學媒體分類編碼，對信息技術支持的教學媒體分類及應用開展了研究。2017年鄭太年、仝玉婷[8]對課堂視頻分析提出理論進路、方法與應用。

1.2 信息技術課堂互動分析系統分類目錄

隨著信息技術的發展和普及，媒體的種類及使用量有了較大的改變，課堂互動分析系統需要不斷地改進來適應現代課堂。尤其在信息技術課堂中，學生操作一臺可連接網絡的計算機，這與普通課堂行為及交互存在一定差異。本研究所應用的編碼量表是根據張海等人提出的課堂行為和教學媒體分類編碼基礎上，在分析課堂教學行為過程中針對實際問題進行修改后形成的適用于信息技術課堂的分類編碼量表，如表1所示。

表1 信息技術課堂互動分析系統分類編碼

本編碼量表相對于原分類編碼的改進主要包括以下4個方面。

(1)借助媒體或教具的實踐活動

在信息技術課堂上，教師經常主導一些借助媒體或教具的實踐活動，如通過投影設備、控制學生機端進行動畫演示或視頻播放等一些使用媒體輔助的教學活動，此類實踐活動屬于教師控制的課堂教學行為。因此，在課堂行為維度中新增一項：借助媒體或教具的實踐活動(演示動畫、視頻或使用媒體輔助教學等)，編碼為8。

(2)交互、促進或強調

計算機(含學生機和教師機)、投影儀以及網絡為代表的信息技術支持的媒體設備已經成為現時代課堂教學的重要組成部分，構成了教師、學生圍繞教材和媒體進行交互的新型教學環境。當教師發布某些指令后教師和學生會有同時的行為，如教師在學生操作、演示過程中進行講解等交互行為，只要師、生有同時的行為就可以概括為此類編碼，更為具體。即將原編碼量表改進為編碼9，交互、促進或強調(教師和學生同時行為，如說話或演示)。

(3)學生自主使用數字資源

在信息技術課堂的媒體維度上，由于通訊性媒體和可變性媒體的普遍運用，學生除了瀏覽線上或線下的數字資源外，仿真程序等可變性媒體的使用行為時常出現(如學生與計算機下五子棋)，在這里不僅僅是瀏覽，存在學生-計算機之間的雙向交互行為，所以本分類編碼量表將學生自主瀏覽數字資源調整為學生自主使用數字資源。

(4)媒體調試

信息技術課堂上，由于媒體的參與度高，各種媒體的高效運用對于使用者的技術能力需要一定水平。課堂中在與教學內容無關的媒體調試會占用一定的時間，媒體的必要切換給教學的流暢性帶來新的問題。因此，在信息技術課堂的教學媒體維度中，新增了媒體調試編碼，用來記錄諸如調試硬件、軟件、教師端和學生端之間的通信控制以及媒體設備在教室內傳送等行為。

2 信息技術課堂教學案例分析

2.1 研究對象基本情況

本研究選取的研究對象為中國教育技術學會信息技術教育專業委員會與中國多媒體教育學報共同承辦的全國普通高中信息技術優質課的視頻錄像，對分別來自西安、成都、烏魯木齊、長春、江蘇5個地區的5節信息技術課程進行分析。這5節課教師的地域分布廣泛，能夠代表我國信息技術課程的整體水平，視頻樣本隨機取得。視頻均采用2-3個機位全程錄制，能夠更為全面地搜集教師以及學生的課堂行為狀態。每節課均配有專家的細致點評，具有一定的研究價值。

本研究分析的五節信息技術優質課具體信息如表2所示。本研究對象教學環境均為信息技術教室，教師控制教師機、投影儀、學生機，學生每人配有一臺可連接網絡的計算機。本研究采用持續狀態單元記錄方法，記錄每個持續狀態的時間、課堂行為分類編碼、教學媒體分類編碼以及文字備注，最終形成五組課程編碼，對這五組數據進行匯總得到共1 115條持續狀態記錄并對此進行分析。該數據所使用的視頻分析工具為Adobe Premiere Pro CC 2018非線性視頻編輯制作軟件，該軟件能夠去除片頭片尾非課上時間，時間單位精確到0.01 s。所有數據均為人工逐秒記錄，最終由3人進行校對，存有疑問之處由3人共同商議確定。需要特別提出的是不同的教師對于每堂課的教學結構設計存在一定差異，本結果僅適用于當前分析的五組數據。

表2 研究對象基本情況

2.2 分析結果

通過所得數據，分別從課堂行為主要特征、教學媒體使用情況和課堂行為及教學媒體熱圖聚類這3方面進行分析，具體分析結果如下。

2.2.1 當前教學結構中的課堂行為主要特征分析

(1)課堂行為頻度方面

課堂行為頻度比例較高的為提問、給予指導或指令、沉默或混亂、學生被動發言以及講解，以教師控制的行為為主。如圖1所示。

圖1 課堂行為頻度及持續時間

教師通過提問及時了解學生實時學習情況，是師生雙向交互的過程。教師課上布置思考問題及任務、答疑，所以給予指導或指令的頻度較高。媒體調試也是必不可少的，會造成沉默或混亂。

(2)課堂行為持續時間方面

課堂行為持續時間比例明顯較高的為講解、學生自主使用數字資源以及給予指導或指令。一節課中有21%的時間都是教師在講解，17%的時間是學生自主使用數字資源搜索及練習，從數據上驗證了“主導-主體”的新型教學結構，操作性較強的信息技術課程也是如此。

2.2.2 當前教學結構中的教學媒體使用情況分析

(1)媒體使用頻度

信息技術課堂教學中媒體使用頻度較高的為只有語言、沒有任何媒體在使用及信息技術支持的陳述性媒體，如圖2所示。

圖2 教學媒體的使用頻度及持續時間

課堂中有50%的課堂行為是只有語言、沒有任何媒體在使用的，教學媒體的出現能夠豐富課堂的表現形式，但不能貫穿于整個課堂。而信息技術支持的陳述性媒體的視頻頻度仍然最高，教師需要通過PPT、Word等來呈現教學內容。課堂中傳統陳述性媒體的使用也占有一定比例，信息技術課堂同樣離不開傳統陳述性媒體，黑板、印刷品等仍然是信息技術支持的不可替代的媒體。

(2)媒體使用持續時間

信息技術支持的陳述性媒體、只有語言、沒有任何媒體在使用和信息技術支持的交互性媒體的使用時間比例較高。與傳統課程不同，信息技術課程教室為學生配有可連接網絡的計算機，學生的學習資源通常需要從網絡上獲取，所以信息技術支持的交互性媒體使用時間較多，通常對應著學生課堂行為為學生自主使用數字資源。

(3)媒體調試

教學中媒體調試頻度占有一定比例，媒體調試中有75%的課堂行為發生在沉默或混亂，如圖3所示。

教師在調試媒體時沒有有效課堂行為，造成課堂時間浪費。通過對視頻進行反復分析發現，雖然媒體調試是必然發生的，但絕大多數媒體調試所占時間是可以優化的，如教師在講課的同時、教師給學生布置思考問題或學習任務時進行媒體調試，這樣媒體調試的時間就可以忽略，課堂教學更為連貫、流暢。圖3中媒體調試部分發生在提問、講解行為中，這樣的教學結構設計是較好的，教師應夠充分利用媒體調試的時間。

圖3 教學媒體中媒體調試對應課堂行為使用頻度

2.2.3 當前教學結構中課堂行為及教學媒體熱圖聚類分析

(1)課堂行為及教學媒體使用頻度熱圖聚類分析

通過使用熱圖聚類分析軟件對課堂行為及教學媒體使用頻度數據進行分析，能夠得到課堂行為及教學媒體使用頻度熱圖聚類圖，如圖4所示。

圖4 課堂行為及教學媒體使用頻度熱圖聚類

該圖橫坐標為15種課堂行為(當前數據中沒有批評或維護權威性行為，即無編碼7)，縱坐標為使用的10種教學媒體，將熱圖分為10×15個色塊，每個色塊代表著該教學行為對應著何種教學媒體的使用頻度，顏色由淺至深代表該課堂行為對應的教學媒體使用頻度由高到低。從整體上可以看出熱圖的四個角的頻度較高，其中右下角對應的一系列課堂行為就是經典的“提問-回答-反饋”教學結構環節。只有語言、沒有任何媒體在使用以及信息技術支持的陳述性媒體的頻度較高；教師講解對應的信息技術支持的陳述性媒體使用頻度較高；沉寂或混亂對應的媒體調試也占有一定比例。

(2)課堂行為及教學媒體使用持續時間熱圖聚類分析

通過使用熱圖聚類分析軟件對課堂行為及教學媒體使用持續時間數據進行分析，能夠得到課堂行為及教學媒體使用持續時間熱圖聚類圖，具體分析方法如課堂行為及教學媒體使用頻度熱圖聚類如圖5所示。

圖5 課堂行為及教學媒體使用持續時間熱圖聚類

從熱圖聚類圖可以看出信息技術課程的教學結構特征，教師講解對應的信息技術支持的陳述性媒體與學生自主使用數字資源對應的信息技術支持的交互性媒體持續時間較長，說明教師講解和學生鞏固練習是課堂教學中的主要教學結構；學生使用信息技術支持的著作性媒體創造作品的時間較長，如學生利用編程軟件進行編程；學生較多在課堂上進行實際操作練習，信息技術支持的媒體使用較多。

2.2.4 信息技術教師課堂教學過程中存在問題

(1)課堂中沉寂時間長

教師課上進行媒體調試占用部分課堂時間、教師提問讓學生思考時間過長、教師長時間書寫板書或學生完成任務時間過長等會造成學生走神失焦等情況的發生說明教學結構不完善，應該適當調整，充分利用課上時間，使課堂教學過程連貫。

(2)課堂氛圍尷尬

教師在處理一些突發狀況時準備不充分，造成出現課堂氛圍尷尬狀況，如教師不會處理計算機問題、學生回答不上來問題和教室坐不下等。該狀況表明教師的教學結構并不完善，教師應該避免讓自己及學生處于尷尬狀態中。

3 總結

本研究提出了一個基于計算機視頻分析技術的信息技術課堂的教學結構分析系統，結合實例對大量數據進行分析，發現這種分析系統能夠有效分析出當前課堂的教學結構。通過對研究對象的分析，發現優質課的教師教學結構也并不完善，而新手教師遇到此類問題可能會對課堂失去控制，這就需要教師發現自身的問題并及時解決。

教師授課過程中對于自身的行為不易察覺，教師可通過課堂視頻分析方法發現自身教學結構的問題及不足，職前教師可以學習專家教師的優質教學結構的設計及授課方法。由此可見，通過課堂視頻分析可以讓教師對自身教學結構設計的特征有所了解，對于優質教師、新手教師及職前教師的教學結構優化均有重要現實意義。

本研究對象僅為5節信息技術優質課，研究范圍有一定局限性，但本研究方法是課堂教學結構實施效果的重要信息反饋工具，為未來此領域的研究提供可參考借鑒。