VR環(huán)境下師范生微格教學(xué)能力的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析

彭曉麗，李凌月

（浙江師范大學(xué)教師教育學(xué)院教育技術(shù)學(xué)系，浙江 金華 321004）

作為未來的老師，師范生的教學(xué)能力直接關(guān)系到教學(xué)的成果以及教育行業(yè)未來發(fā)展和改革[1]。傳統(tǒng)的師范院校教學(xué)模式對師范生的人才培養(yǎng)比較單一，尤其是在信息迅速發(fā)展、對教師的要求越來越高的情況下，師范生往往達(dá)不到學(xué)科教學(xué)實際要求。學(xué)校可以借助不同的技術(shù)對師范生的微格教學(xué)能力進行培養(yǎng)，比如，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用到微格教學(xué)中，以此彌補傳統(tǒng)微格教學(xué)無法模擬很多真實教學(xué)環(huán)境的缺點，從而提高學(xué)生的教學(xué)真實感、沉浸感，以此達(dá)到優(yōu)良有效的素質(zhì)教育[2]。同時，借用認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析這一工具將師范生教學(xué)能力可視化，為師范生從事教學(xué)工作打下堅實的基礎(chǔ)。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 基于虛擬現(xiàn)實的微格教學(xué)

在國外，美國的中佛羅里達(dá)大學(xué)首創(chuàng)了TeachlivE教師技能訓(xùn)練系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過VR 技術(shù)創(chuàng)設(shè)一種虛擬和現(xiàn)實相結(jié)合的混合虛擬環(huán)境,讓師范生沉浸于一種完全“真實”的課堂環(huán)境中,訓(xùn)練其教學(xué)技能、管理技能和反思技能等教育教學(xué)核心素養(yǎng),以強化現(xiàn)實環(huán)境中教師教育實踐和反思的薄弱環(huán)節(jié),促進教師培養(yǎng)質(zhì)量的大幅度提高[3]。

在國內(nèi)，對虛擬現(xiàn)實運用于微格教學(xué)的研究主要集中在訓(xùn)練系統(tǒng)和平臺的開發(fā)與應(yīng)用方面。溫州大學(xué)的團隊利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建了全新的師范生技能培訓(xùn)系統(tǒng)，利用計算機產(chǎn)生的數(shù)字化教學(xué)環(huán)境，模擬現(xiàn)實的課堂環(huán)境，師范生可以借助頭盔操縱系統(tǒng)中的虛擬設(shè)備以達(dá)到身臨其境的感受，實現(xiàn)人與物實時互動[4]。

1.2 教學(xué)能力

教學(xué)能力是教師或者師范生應(yīng)該具備的基本素養(yǎng)，這也充分且直接地反映出教師在教學(xué)過程中任務(wù)完成得是否順利。不同的專家對教學(xué)能力的概念界定也有所不同，從行為角度，邵成智[5]將教學(xué)能力之知界定為教師將智力特征應(yīng)用到實踐教學(xué)中的知識，提出教學(xué)能力是基于行動的教學(xué)技藝、基于智能的教學(xué)覺知和基于感覺的教學(xué)直觀的綜合表現(xiàn)；從認(rèn)知心理學(xué)角度，申繼亮[6]提出教學(xué)能力是教師完成教學(xué)活動所應(yīng)該具備的教學(xué)能力和影響教育活動效果的教學(xué)智慧的集合。可見，不同研究領(lǐng)域的專家對教學(xué)能力的理解都有自己的側(cè)重點和闡述。

1.3 認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析

認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析（ENA）是一種通過對話語數(shù)據(jù)進行定量分析，來描述個人或團體認(rèn)知框架模式的分析方法[7]。認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析最初是為認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)建模而開發(fā)的，用來探究認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)聯(lián)模式中知識、技能、價值觀、思維方式和其他復(fù)雜思維的特征。

認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)建模過程總共包含數(shù)據(jù)的分割與編碼、矩陣建立、向量計算、標(biāo)準(zhǔn)化處理、降維分析、定位網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等六個步驟，具體情況如圖1所示。

圖1 ENA數(shù)據(jù)建模流程圖

2 VR環(huán)境下師范生教學(xué)能力ENA可行性分析

2.1 基于VR的微格教學(xué)

隨著智慧教育的不斷發(fā)展以及國家對師范生培養(yǎng)的逐步重視，研究師范生教學(xué)能力以及師范生教學(xué)特點是大勢所趨，但由于傳統(tǒng)的微格教學(xué)的教學(xué)環(huán)境較為單一，無法模擬很多真實教學(xué)環(huán)境；微格教學(xué)中的教學(xué)對象基本都是由本班同學(xué)來扮演，隨著教育信息化的推進，傳統(tǒng)的微格教學(xué)已經(jīng)不能滿足師范生教學(xué)需求。

為解決上述的問題，可將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與微格教學(xué)相結(jié)合，從而彌補傳統(tǒng)微格教學(xué)的短板，為提高師范生教學(xué)能力提供了新思路。本研究使用的沉浸式虛擬現(xiàn)實設(shè)備可以完全取代周圍的物理環(huán)境，使用戶完全沉浸在虛擬環(huán)境中[8]。在該系統(tǒng)中，學(xué)生可以與虛擬角色進行有效交互，達(dá)到最好的練習(xí)效果。此外，本研究的虛擬現(xiàn)實教學(xué)設(shè)備會盡可能地模擬現(xiàn)實教學(xué)環(huán)境，比如在訓(xùn)練過程中，不僅僅是師范生單純的對知識的講解，還會有學(xué)生提問、班級突發(fā)情況等事件發(fā)生，在整個訓(xùn)練過程中，設(shè)備將會把師范生的話語，視頻等數(shù)據(jù)記錄下來。師范生觀看自己的教學(xué)視頻，結(jié)合教師和同伴互評對自己的教學(xué)過程進行反思，從而達(dá)到促進教學(xué)能力的目的。

2.2 ENA可視化師范生教學(xué)能力

由20 世紀(jì)70年代以來，對師范生的教學(xué)能力評價不只局限于課堂實踐教學(xué)能力，還包括師范生的教學(xué)方法以及整個教學(xué)過程的反思；師范生的教學(xué)能力評價方式主要為定性評價與定量評價，二者相互結(jié)合實現(xiàn)了對師范生教學(xué)能力的全面評價。目前，對教學(xué)能力研究的對象主要是在職教師，很少有對師范生微格教學(xué)能力進行全面研究。并且通過文獻(xiàn)檢索，目前在師范生微格訓(xùn)練中，主要是對師范生學(xué)科知識教學(xué)能力的培養(yǎng)，但是對師范生教學(xué)能力的發(fā)展過程研究甚少，因此本研究采用認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析對師范生的教學(xué)能力開展定性和定量評價，探究教學(xué)能力的不同維度是否有關(guān)聯(lián)以及通過可視化數(shù)據(jù)為師范生教學(xué)能力的全面提升提供參考。

張思[9]對網(wǎng)絡(luò)研修社區(qū)中教師的對話反思數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化編碼，利用認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析法探索教師的認(rèn)知框架模型，得到教師TPACK 特征的最自然的評判。冷靜[10]通過分析30名職前教師的協(xié)作寫作腳本，探究職前教師反思類型及元認(rèn)知之間的關(guān)系，揭示了職前教師的反思能力發(fā)展軌跡，為后續(xù)開展教師反思能力提供參考。吳筱萌[11]通過認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析法從認(rèn)知內(nèi)容和認(rèn)知技能兩個角度對師范生的專業(yè)認(rèn)知結(jié)構(gòu)展開建模并提出了相關(guān)建議。由以上文獻(xiàn)可發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析從對思維方面的可視化逐漸向師范生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和能力上過渡。

基于上述研究成果，筆者認(rèn)為，在同伴互評中，利用ENA 揭示評語文本中蘊含的關(guān)于評價者的學(xué)習(xí)狀態(tài)、認(rèn)知能力信息，作為教育評價的一部分，反饋給教育參與者，可以幫助他們有的放矢地改進教與學(xué)。

在前人研究的基礎(chǔ)上，本研究依據(jù)教學(xué)能力評價框架對師范生對話內(nèi)容、指導(dǎo)評分、評語以及師范生的反思報告單等多維數(shù)據(jù)進行綜合分析，了解微格教學(xué)中師范生知識的類型，然后利用ENA對師范生教學(xué)過程中認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征探索，表征師范生的教學(xué)能力發(fā)展。

3 研究設(shè)計

3.1 師范生微格教學(xué)活動過程設(shè)計

首先，本研究設(shè)計和實踐一個學(xué)期的以同伴互評和教師評價的師范生微格教學(xué)訓(xùn)練課程，然后，對收集整理的同伴互評的評語和教師的評價、評分進行認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析，探究師范生的教學(xué)能力的發(fā)展過程，為后續(xù)師范生教學(xué)技能的提升提供參考意見。本文利用認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析方法設(shè)計了如下研究流程。

圖2 基于ENA的研究流程

3.2 研究過程

本研究計劃在某師范大學(xué)的《微格教學(xué)》課堂上開展，研究對象是某師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)大四學(xué)生共26人。試講前，教師根據(jù)《微格教學(xué)》課程的講課內(nèi)容確定講課主題，學(xué)生根據(jù)題目設(shè)計教學(xué)并制作課件，為下周試講做好準(zhǔn)備。試講時學(xué)生分別上臺展示，其余同學(xué)對試講人進行點評。試講后，教師對每位同學(xué)的試講進行點評，給予學(xué)生及時反饋。

圖3 教學(xué)活動流程圖

3.3 數(shù)據(jù)編碼框架

目前，我國對教學(xué)能力的研究十分豐富，在綜合前文有關(guān)教學(xué)能力的分類以及借鑒了浙江某大學(xué)某教授提出的教學(xué)能力量表的基礎(chǔ)上，編制了基于虛擬現(xiàn)實環(huán)境下師范生教學(xué)能力編碼表（如表1）。

表1 教學(xué)能力編碼表

3.4 數(shù)據(jù)處理

本研究共收集26 份手寫評語，將其轉(zhuǎn)化為電子版，逐步錄入Excel 表格中。依據(jù)表1 的編碼框架，用“0”和“1”二進制的編碼方式對評語數(shù)據(jù)進行編碼處理。評語中涉及上述10個要素的編碼為“1”，否則為“0”。編碼結(jié)束后將得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入ENA，重點分析是師范生整體的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)和高低分組的師范生認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)差異。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 師范生整體教學(xué)能力的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)特征

根據(jù)編碼情況，統(tǒng)計師范生行為特征并可視化，得出圖4，由節(jié)點連接線的強弱可知師范生的教學(xué)能力主要集中在導(dǎo)入技能、提問技能、課堂組織技能（K1、K2、K9），其次是講解技能和演示技能（K3、K6）。K1-K2、K1-K9、K6-K9 的節(jié)點連線強度最高，說明往往K1 技能出現(xiàn)時K2 和K9 也會隨之發(fā)生，同理K1 和K6 也伴隨K9 同時出現(xiàn)。由此可見，師范生試講過程中比較關(guān)注教學(xué)導(dǎo)入、提問技能、教姿教態(tài)以及教學(xué)強化技能。

4.2 高低組教學(xué)能力的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)特征分析

根據(jù)教師對學(xué)生的評分，將其分為高分組和低分組。由圖5可知，高低分組的質(zhì)心分別居于坐標(biāo)軸左側(cè)和右側(cè)。說明高分組左側(cè)節(jié)點的緊密度強于低分組。由圖6可知，高分組和低分組的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)圖的差異在于K10技能的連接。低分組的K1到K9技能與高分組的節(jié)點連接強度十分相似，但高分組優(yōu)于低分組的是K10 與其他點的連接。這說明低分組的學(xué)生都忽視了K10，而高分組的學(xué)生較低分組同學(xué)而言更加注重結(jié)束技能。高分組的能力不是集中在某一知識維度，而是多個維度均有分布，這說明高分組的學(xué)生往往重視各方面能力的發(fā)展。

圖5 高低分組質(zhì)心分布圖

圖6 高分組和低分組ENA圖

在高分組-低分組的疊減圖（圖7）可知，較低分組而言，高分組的K1、K4、K10與其他節(jié)點的連接強度均大于低分組。可見除了K10 技能，高分組的學(xué)生K1、K4能力也明顯優(yōu)于低分組。

圖7 高分組-低分組ENA圖

因此，根據(jù)本研究對VR 環(huán)境下師范生教學(xué)能力的可視化結(jié)果可知，低分組學(xué)生的教學(xué)能力在導(dǎo)入、板書、結(jié)束能力方面較弱，因此低分組的學(xué)生要及時調(diào)整狀態(tài)，為后續(xù)提高教學(xué)能力打好基礎(chǔ)。

5 總結(jié)

在當(dāng)前教育評價研究中，主要是對學(xué)習(xí)者的成績和行為數(shù)據(jù)進行分析，大多數(shù)是形成性評價，而形成性評價往往會忽略學(xué)習(xí)者在教學(xué)過程中的話語等非文本數(shù)據(jù)，因此，為了更好地利用這些平時容易被忽略的數(shù)據(jù)，本研究提供了一個采用傳統(tǒng)的定量統(tǒng)計與認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析相結(jié)合的方法，對虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的師范生微格教學(xué)的過程中音視頻以及同伴互評和教師評分評語分析，以期深度挖掘高低水平組和不同性別師范生的教學(xué)能力和認(rèn)知層面的特征并將其可視化的新思路。