基于Python和S-T的課堂教學分析

摘" 要：隨著科技的飛速發展和教育信息化的全面普及，如何對高中信息技術課堂教學過程進行有效研究和分析，讓其進一步完善是一個很重要的問題。文章選取高中信息技術兩門相同理論課和兩門相同實操課進行“同課異構”分析，通過反復觀看課堂教學視頻，并運用Python和S-T分析法分析其課堂教學模式以及教學中存在的問題，最后針對理論性課程和操作類課程分別給出相關改進建議，為信息技術教師提升課堂教學效率和自我發展提供參考和建議，促進信息化教育課堂的發展。

關鍵詞：高中信息技術；S-T分析法；Python；課堂教學分析

中圖分類號：TP391；G43" " 文獻標識碼：A" 文章編號：2096-4706（2024）09-0173-06

Analysis of Classroom Teaching Based on Python and S-T

—Taking High School Information Technology Classroom as an Example

WANG Guixia， LIU Xinghong， ZHANG Suwei， LI Yixue， QIN Shouyuan

（School of Computer and Information Engineering， Hubei Normal University， Huangshi" 435002， China）

Abstract： With the rapid development of science and technology and the comprehensive popularization of information technology in education， how to effectively study and analyze the teaching process of high school information technology classroom and further improve it is a very important issue. In this paper， two identical theory courses and two identical practical courses of high school information technology are selected for the analysis of “the same class with different structures”， and the classroom teaching modes and problems in teaching are analyzed by watching the classroom teaching videos repeatedly and applying Python and S-T analysis method. Finally， it gives relevant improvement suggestions for theoretical courses and operational courses respectively， provides reference and suggestions for IT teachers to improve the efficiency of classroom teaching and self-development， and promotes the development of information technology education classroom.

Keywords： high school information technology; S-T analysis method; Python; classroom teaching analysis

0" 引" 言

在傳統教學到信息化教學不斷演變的過程中，課堂教學一直都是教學活動中一個很重要的環節，包括了教師講授知識、學生學習知識、師生之間的互動活動。教師的課堂教學行為在很大程度上決定了教學效果和學習效果，運用科學合理的方法對課堂教學行為進行分析，可以幫助教師發現教學上的不足并加以改進、構建良好的課堂氛圍和師生關系，對于促進教師的專業發展和提高教學質量具有重要的意義。

Python具有豐富的數據處理、分析和可視化庫，如NumPy、Pandas、Matplotlib等[1]，能夠很便捷地進行大數據分析。S-T分析方法是一種師生行為量化分析法，可以通過圖形的方式直觀呈現課堂教學中師生行為變化的情況，較科學地分析課堂教學模式?！巴n異構”是研究不同教師面對同一教學內容表現出來的不同教學過程的教育比較研究方法[2]。本文以教育公共平臺課中選取的兩門相同理論類和兩門相同實操類高中信息技術課程為例，將其課堂教學行為記錄并整理成教學過程觀察記錄表，形成完整的S-T數據集，然后編寫Python代碼分析S-T數據集，自動繪制出S-T圖和Rt-Ch圖，以此為基礎從課堂教學模式、課堂中教師和學生行為、師生互動這三個方面對課堂教學進行分析，幫助教師及時調整課堂教學進度，提升教學質量。

1" 高中信息技術課程特點

高中信息技術課程是一門需要將教育理論與實踐操作進行融合的綜合性課程。在理論層面，信息技術課程契合了構建主義、認知發展和倫理教育理論，強調學生通過積極參與和實際應用來建構知識、培養認知技能以及提高倫理決策力。在實踐層面，學生通過項目式學習獲得實際經驗，親自編寫代碼、解決問題，跨學科整合來解決問題和完成任務，并在實際項目中應用科學、技術、工程和數學的知識。

這一綜合性課程旨在通過豐富多樣的任務情境，鼓勵學生在數字化環境中學習與實踐[3]，還可以激發學生的創新思維和創造力，使學生有機會探索最新的科技成果和前沿技術[4]。在掌握技術基礎的同時，能夠理解信息技術對人類生活產生的影響，培養信息意識和計算思維，使他們在未來社會中具備技術與倫理并重的綜合素養。

2" S-T分析法

2.1" S-T分析法的定義

S-T分析法是對教學過程進行定量分析的典型方法之一[5]。Student-Teacher分析法簡稱S-T分析法，通過記錄和統計課堂中教師和學生的行為，最終用可視化圖表的形式對課堂教學進行分析，是一種有效應用于教學過程分析的定量和定性分析方法[6]。這種分析方法把課堂教學行為分成兩類：教師行為T（Teacher）和學生行為S（Student）。其中教師T行為的表現有：解說、實驗、提問、板書、評價、總結、點名等；學生S行為的表現有：發言討論、思考問題、回答、實驗操作、寫練習等。

2.2" S-T分析法的流程

首先選定需要進行分析的課程教學視頻或者錄像，接著采用一個15 s或者30 s的時間段來記錄教學視頻中的教師行為和學生行為。在這個時間段內，是教師行為，在表中記錄為T；是學生行為，在表中記錄為S；是師生交互行為，在表中記錄為D，通過這樣的方式來獲取S-T數據集。

將收集的S-T數據集繪制成相應的S-T圖，可以直觀地顯示出整個教學過程中師生行為隨時間的變化以及師生互動的情況[7]。

計算出Rt和Ch值，其中T行為占有率Rt表示教學過程中T行為所占有的比例。行為轉換率Ch表示教學過程中T行為與S行為相互轉換次數與總的行為采樣數之比。

式中，NT表示教師行為數，N表示行為采樣數，g表示數據的連數[8]。根據式（1）和式（2）計算出Rt、Ch值，并以Rt為橫軸、Ch為縱軸描繪在平面上，以此來分析課堂教學模式。S-T分析法根據Rt和Ch的值設定標準條件，將教學分為練習型、講授型、對話型、混合型四種教學模式[9]，S-T分析法劃分的教學模式如表1所示。

3" 數據獲取

3.1" 數據介紹

高中信息技術課程旨在培養學生的信息素養，掌握適應時代發展需要的基本技能，增強自身價值和能力[10]。所以學生在學習理論的同時還要進行相關實操練習，為了更精準地分析信息技術課程在實際教學中的情況，本研究選取了理論和實操兩類課程。理論類課程內容選自浙教版教材選修3“網絡技術應用”中的“計算機網絡體系結構”，實操類課程內容選自浙教版教材選修4“數據管理技術”中的“創建數據庫新表”。選擇理論課兩位教師（教師1、教師2）和實操課兩位教師（教師3、教師4）作為研究對象，并對他們所教授的相同課程分別進行S-T分析。

3.2" 數據統計

本文作者反復觀看教師的授課視頻，并按照S-T分析法標準對教師和學生的行為進行記錄，整理成教學過程觀察記錄表，如表2所示。

本研究采取15 s的時間段來記錄教師和學生的行為，最后進行整理匯總，得到以下數據記錄表，如表3所示。

3.3" 數據操作

以教師1的授課視頻數據為例進行分析，首先反復觀看教師1課堂實錄視頻，按照15 s時間段進行S-T數據收集，接著用Python程序分析處理數據集，具體操作步驟如下：

1）進行數據集提取，即把記錄教師1教學行為表格進行轉換導入到Python程序中，運行結果如圖1所示。

2）提取數據狀態列表，刪掉文件第一列，并重新定義數據類型，運行結果如圖2所示。

3）按照順序提取元素，可以得到輸出狀態坐標，運行結果如圖3、圖4所示。

4）設置x、y坐標、屬性以及圖的字體，最后運行程序即可自動生成S-T圖，如圖5所示。

4" 數據分析

4.1" 理論課分析

通過上述操作流程可以實現教師行為數據分析，并生成相應教師的S-T曲線，如圖6所示。

觀察教師1的S-T曲線圖可知，教師1在前半段與學生之間互動較多，課堂氛圍較好，而后半段就偏向于教師單向授課。在本堂課中，教師1在上課7分鐘左右開始給出學習任務，并分小組進行思考討論。教師對不同小組出現的問題進行針對性指導。討論結束后，教師點名小組同學回答問題，并進行相應講解和補充。師生之間互動交替進行，課堂氛圍較好，學生學習積極性也較高。但從第20分鐘開始都是由教師進行單一講授，學生以聽為主，教師與學生之間幾乎沒有交流。

觀察教師2的S-T曲線圖可知，雖然教師2整節課中教師行為占比較大，但觀察曲線發現師生之間有短時間連續交叉現象，說明課堂教學活動中并不是由教師進行單一授課，而是教師提出問題，學生進行討論回答，教師與學生之間積極互動。在本堂課中，教師2首先通過日常生活中的情景進行導入，并把要學習的新知識設置成由簡到難的問題，循序漸進地引導學生思考，這樣不僅激發了學生的學習興趣，也使得課堂氛圍保持較好，有利于促進學生積極學習。

根據數據記錄表3中的數值，可以求出Rt、Ch值，如表4所示，再通過求得的Rt和Ch值描繪出兩位老師的Rt-Ch圖，如圖7所示。

4.1.1" 教學模式與教學過程分析

觀察Rt-Ch圖可知，兩位教師都處于混合型教學模式范圍內，這種教學模式充分體現了教師作為引導者，學生為主體。

教師1首先提出一個實際情境問題，引發學生思考討論，不僅激發了學生的學習興趣，同時也為后續學習內容做鋪墊。在討論完成后，教師1拋出第二個問題，讓學生結合生活實際，進行模擬分工，共同完成任務，讓學生在完成任務的過程中學習新知，最后由教師1進行詳細講解。

教師2整個課堂采用小組積分制，激發了學生的學習積極性。在導入時通過設置層層遞進的問題，逐步引導學生學習新課內容。并巧妙通過提問進行過渡，引導學生分小組進行討論。討論結束后，教師2聯系實際生活，并運用動畫演示講解知識點，幫助學生更好地理解復雜知識點。在講解完本節課學習內容后，還設置了課堂練習環節，并與學生一起探討交流，幫助學生鞏固了知識，又檢驗了學生的掌握程度。最后進行課堂總結，并留下探討問題讓學生進行課后思考。

4.1.2" 課堂中教師和學生行為分析

通過觀察課堂行為，教師1先創設情境，引出問題，組織學生討論，但是由于沒有事先講解這部分知識，部分學生可能會感到不知所措，在討論時出現注意力不集中的情況。而第二次討論環節，任務難度大，討論時間較短，難以引發有效的交流思考。教師2的教學行為相對較好，通過教師提出問題，學生思考討論回答，最后老師進行補充和講解。整堂課師生之間互動都比較頻繁，教學任務也由簡到難，循序漸進地引導學生學習。

4.1.3" 師生互動分析

教師1在課堂前半段與學生交流較頻繁，但到后半段就是教師進行單一講授，幾乎沒有師生互動，學生會容易出現走神的情況。教師2則通過設置由淺入深的問題，引導學生逐步解決問題；并將大任務劃為小任務，規定交流時間，引導學生逐步實踐操作、完成任務。在整堂課中始終保持與學生交流探討，師生互動較好。

通過上述分析，可以發現教師2的講授方法更適合理論課講解。

4.2" 實操課分析

通過上述程序可以實現教師行為數據分析，并生成相應教師的S-T曲線，如圖8所示。

觀察教師3的S-T曲線圖可知，教師3曲線圖基本趨向教師T行為。在本堂課中，教師3通過提出問題復習回顧上節課所學知識并引出本節課學習內容，引發學生思考討論；到課堂后半段，教師3發布學習任務，學生自主操作練習；最后老師進行總結歸納，學生以聽為主。

由教師4的S-T曲線圖可知，教師4課堂教學中學生行為S占比較高。本堂課中教師4先通過PPT和視頻對知識點進行講解，然后設置4個由淺入難的學習任務，讓學生通過觀看相應學習視頻自主完成操作練習，教師則根據學生操作中出現的問題進行針對性講解和補充，并及時進行總結說明。

根據教學過程觀察記錄表，可以求出Rt、Ch值，如表5所示，再通過求得的Rt和Ch值描繪出兩位老師的Rt-Ch圖，如圖9所示。

4.2.1" 教學模式與教學過程分析

根據表中Rt和Ch的值以及Rt-Ch圖可知，教師3的教學模式屬于混合型，教師4的教學模式屬于練習型。

教師3先復習回顧上節課所學知識，然后通過問題導入新課，引發學生思考討論。接著通過播放視頻演示操作步驟，并發布學習任務，讓學生自主完成，教師則進行針對性講解并補充相關知識。隨后提出問題，引導學生合作探究，教師總結歸納。最后設置習題檢驗學生的掌握程度，并進行課堂總結。

教師4先講解相關知識并用Flash動畫進行基本步驟演示，然后設置4個梯度學習任務，讓學生跟著視頻來自己動手實操練習，教師重在引導，最后教師對本堂課所學知識進行回顧總結。

4.2.2" 課堂中教師和學生行為分析

教師3先提出問題，引發學生思考，接著就讓學生通過看書查資料完成任務的方式來學習新知識，但是在這個過程中教師沒有進行及時指導，會產生學生不知道從哪開始學習、學習方向發生偏差等問題，導致教學效果不佳。教師4的教學過程更偏向于教師發布任務，讓學生自主操作練習，在操作中發現問題，解決問題，收獲知識，非常符合實操課特點。

4.2.3" 師生互動分析

教師3幾乎一大半課堂都是教師進行單向講授，而且學生在進行操作的時候，教師缺少相應指導。教師4采用任務驅動法，拿出大部分課堂時間讓學生進行自主練習操作。并把大任務劃成多個小任務，在學生完成一個任務之后，及時進行交流溝通，較好地引導了學生逐步解決問題，同時也提高了課堂效率。當學生操作時遇到不會的步驟，教師也會進行相應指導和解答。

通過上述分析，教師4練習型教學模式比較適用于信息技術實操課。

5" 結" 論

本研究采用Python技術與S-T分析相結合的方法，對課堂教學進行定量的處理與評價，使最后的結果更加客觀科學。

對于理論性課程：

1）教師要進行充分備課，因為大多數學生在此之前對于信息方面的理論知識儲備不足，會感覺這些知識枯燥無味。教師應適當補充相關內容，在課程中加入更貼近生活的案例，增強課程趣味性。而且信息技術中專業名詞較多，理解起來較難，教師應思考怎么更通俗易懂地講解這些知識，讓學生更容易理解。

2）要多開展綜合性活動（如討論、辯論），促進師生之間互動，讓理論課教學的課堂“活”起來，營造良好的學習氛圍。

3）要把握好教師行為與學生行為之間的平衡，不能整節課都是由教師進行單一講授，或者出現學生之間交流時間過長或過短的現象。

對于操作類的課程：

1）教師可以采取多元且有效的教學機制，如開展小組合作、小組評分等活動，來了解每一個學生的能力和水平。這樣可以充分挖掘學生的優勢和問題，幫助學生不斷改進，逐步成長。

2）教師要積極聯系身邊的事物，貼近生活，激發學生的學習興趣。最后教師要根據學生的學習情況，選擇合適的教學方法和手段，來引導學生進行信息技術實踐，讓學生感受到信息技術的魅力。

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作者簡介：王瑰霞（2001—），女，漢族，湖北黃石人，碩士在讀，研究方向：教育大數據與人工智能；劉興紅（1971—），女，漢族，湖北蘄春人，教授，碩士生導師，碩士，研究方向：教育技術學理論與實踐；張蘇薇（1999—），女，漢族，湖北黃石人，碩士在讀，研究方向：教育大數據與人工智能；李逸雪（2000—），女，漢族，湖北孝感人，碩士在讀，研究方向：教育測量與評價；覃守垣（2000—），男，漢族，湖北十堰人，碩士在讀，研究方向為自然語言處理。