智慧課堂下教學(xué)數(shù)據(jù)分析框架構(gòu)建

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摘要：隨著教育信息化的持續(xù)推進(jìn)，智慧課堂的建設(shè)也逐步得到發(fā)展和完善，在此環(huán)境下充分采集和利用教學(xué)數(shù)據(jù)有助于推進(jìn)智慧課堂的優(yōu)化建設(shè)。通過梳理智慧課堂和教學(xué)數(shù)據(jù)分析的概念及內(nèi)涵，明確了教學(xué)數(shù)據(jù)可用的分析方法，分析了智慧課堂環(huán)境下可采集的教學(xué)數(shù)據(jù)類型及其內(nèi)容，然后結(jié)合教學(xué)數(shù)據(jù)的特點，構(gòu)建了智慧課堂環(huán)境下的教學(xué)數(shù)據(jù)分析框架。在智慧課堂的實踐應(yīng)用中，可以根據(jù)教學(xué)數(shù)據(jù)分析框架以及相應(yīng)的教學(xué)模式進(jìn)行改進(jìn)，對培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力，提升教師教學(xué)水平，提高教學(xué)質(zhì)量，改革教學(xué)體系，促進(jìn)教育高質(zhì)量信息化發(fā)展有重要意義。

關(guān)鍵詞：智慧課堂；教學(xué)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析框架；教學(xué)數(shù)據(jù)分析

0引言

2018年4月，教育部在《教育信息化2．0行動計劃》中首次提出將“智慧教育”列入行動計劃［1］。實現(xiàn)智慧教育需要引入智慧課堂，智慧課堂也是智慧教育的必由之路和重要抓手［2］。在智慧課堂環(huán)境下，對教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析具有重要的實踐意義，對學(xué)生來說，深入分析教學(xué)數(shù)據(jù)能夠幫助其提高學(xué)習(xí)效率，增強(qiáng)自身學(xué)習(xí)能力［3］；對教師來說，教學(xué)數(shù)據(jù)分析能夠幫助其組織和管理學(xué)生，減輕教學(xué)壓力，提升教學(xué)能力；對教育機(jī)構(gòu)來說，通過分析教學(xué)數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)教師的教學(xué)特點和學(xué)生的學(xué)習(xí)特長，并及時調(diào)整教師的教學(xué)安排，保證教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量［4］；對教育主管部門來說，能夠促進(jìn)教育資源的協(xié)調(diào)，推動教育公平發(fā)展。因此，做好教學(xué)數(shù)據(jù)的分析有助于建設(shè)智慧課堂，進(jìn)而實現(xiàn)智慧教育的發(fā)展。

1相關(guān)研究

智慧課堂可以從兩個視角進(jìn)行釋義，其一是基于智能硬件設(shè)備的視角，將智慧課堂定義為在課堂教學(xué)中應(yīng)用了智能化設(shè)備的環(huán)境，側(cè)重提高課堂教學(xué)效率；其二是基于線上線下協(xié)同的視角，結(jié)合線上教學(xué)平臺和資源，在線下教學(xué)過程中借助智能化設(shè)備教學(xué)，注重提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果［5］?？偟膩碚f，智慧課堂都需要使用智能化設(shè)備輔助教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)。首先，教師的教學(xué)行為數(shù)據(jù)和學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)都能夠被智能化設(shè)備采集；其次，這些數(shù)據(jù)展現(xiàn)了教師的教學(xué)特點和教學(xué)行為特征以及學(xué)生的課堂行為特點和學(xué)習(xí)特征；最后，通過智能化設(shè)備采集的數(shù)據(jù)能夠被用于數(shù)據(jù)分析，利用智能化方法分析教師和學(xué)生的潛在行為邏輯，輔助教師和學(xué)生提升自身教學(xué)水平和學(xué)習(xí)能力。隨著智能設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在教學(xué)過程中產(chǎn)生了海量的教學(xué)數(shù)據(jù)。當(dāng)前，對教學(xué)數(shù)據(jù)的定義有多種，楊現(xiàn)民等［6］認(rèn)為教學(xué)數(shù)據(jù)包括課堂教學(xué)數(shù)據(jù)、在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)和校外輔導(dǎo)數(shù)據(jù)；晉欣泉等［7］則從教學(xué)過程即課前、課中和課后三個環(huán)節(jié)進(jìn)行劃分，界定了教學(xué)數(shù)據(jù)的來源和類型。一般而言，教學(xué)數(shù)據(jù)包括教師在教學(xué)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和學(xué)生在學(xué)習(xí)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如教師的課件、試卷或試題等教學(xué)資源，學(xué)生的測試或作業(yè)成績、課堂互動行為等。對教學(xué)數(shù)據(jù)的分析能夠深入了解教師和學(xué)生的行為特征和發(fā)展變化趨勢［8］，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行教學(xué)數(shù)據(jù)挖掘和分析是大勢所趨?！妒奈逡?guī)劃和2035遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出要“建設(shè)高質(zhì)量教育體系”“建設(shè)高素質(zhì)專業(yè)化教師隊伍”和“深化教育改革”，從教育體系、教師隊伍和教育模式出發(fā)對教學(xué)質(zhì)量的增強(qiáng)提出了新要求，而充分采集和分析教學(xué)數(shù)據(jù)是實現(xiàn)以上目標(biāo)的重要方式。

2基于智慧課堂的教學(xué)數(shù)據(jù)分析

2．1基于智慧課堂的教學(xué)數(shù)據(jù)概述

根據(jù)課堂教學(xué)過程，將數(shù)據(jù)的來源劃分為課前、課中和課后三種類型，每一階段采集的數(shù)據(jù)如下。（1）課前教學(xué)數(shù)據(jù)課前教學(xué)數(shù)據(jù)是指教師在上課前針對課堂教學(xué)內(nèi)容的相關(guān)資料與學(xué)生預(yù)習(xí)探討的相關(guān)內(nèi)容，主要包括資源學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、課前測試數(shù)據(jù)和討論交流數(shù)據(jù)。資源學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。是指教師課堂教學(xué)所需的教學(xué)資源和可供學(xué)生課外自學(xué)與參考的學(xué)習(xí)資源。課前測試數(shù)據(jù)。智慧課堂環(huán)境下，課前測試數(shù)據(jù)包括課前測試的試題及其相關(guān)知識點和資料、學(xué)生的測試成績等。討論交流數(shù)據(jù)?；谥腔壅n堂環(huán)境，能夠采集大量學(xué)生在線交流討論的提問、回答以及相關(guān)的知識點和資料等數(shù)據(jù)。（2）課中教學(xué)數(shù)據(jù)課中教學(xué)數(shù)據(jù)是教師與學(xué)生在課堂上產(chǎn)生的行為數(shù)據(jù)，主要是互動行為數(shù)據(jù)、隨堂測試數(shù)據(jù)和班級管理數(shù)據(jù)?；有袨閿?shù)據(jù)。課堂教學(xué)會產(chǎn)生教師與學(xué)生間互動、學(xué)生與學(xué)生間互動等教學(xué)互動行為數(shù)據(jù)。隨堂測試數(shù)據(jù)。包括課堂中的測試試題、相關(guān)知識點和資料、學(xué)生隨堂測試成績等數(shù)據(jù)。班級管理數(shù)據(jù)。課堂教學(xué)中會涉及到學(xué)生及學(xué)生團(tuán)隊的管理，由此產(chǎn)生了學(xué)生團(tuán)隊合作數(shù)據(jù)、學(xué)生任務(wù)或協(xié)作參與情況數(shù)據(jù)等。（3）課后教學(xué)數(shù)據(jù)課后教學(xué)數(shù)據(jù)包括教師和學(xué)生在課后產(chǎn)生的與教學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)，主要為作業(yè)練習(xí)數(shù)據(jù)、輔導(dǎo)答疑數(shù)據(jù)和歸納小結(jié)數(shù)據(jù)。作業(yè)練習(xí)數(shù)據(jù)。課后學(xué)生需要完成的作業(yè)練習(xí)試題、答案以及相關(guān)知識點等數(shù)據(jù)能夠被用于教學(xué)數(shù)據(jù)分析。輔導(dǎo)答疑數(shù)據(jù)。在智慧課堂環(huán)境下，下課后學(xué)生的提問和教師的答疑數(shù)據(jù)以及問題的相關(guān)知識點數(shù)據(jù)能夠被有效采集獲取。歸納小結(jié)數(shù)據(jù)。課堂教學(xué)結(jié)束后，能夠基于智慧課堂環(huán)境采集學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)小結(jié)與教師的課后小結(jié)數(shù)據(jù)。

2．2基于智慧課堂的教學(xué)數(shù)據(jù)分析方法

常用的數(shù)據(jù)分析方法有數(shù)值數(shù)據(jù)分析方法、序列數(shù)據(jù)分析方法、文本數(shù)據(jù)分析方法和圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析方法。（1）數(shù)值數(shù)據(jù)分析方法針對數(shù)值型數(shù)據(jù)，如學(xué)生的學(xué)習(xí)時長、測試分?jǐn)?shù)、課堂互動次數(shù)等，可以采用描述性統(tǒng)計分析、相關(guān)性分析、因果分析等方法，分析學(xué)生行為或教師行為的特點、不同行為間的相關(guān)性或因果性，為調(diào)整教學(xué)行為提供決策支持。數(shù)值數(shù)據(jù)分析方法也是學(xué)生學(xué)習(xí)狀況和教師教學(xué)質(zhì)量評估的基礎(chǔ)，在智慧課堂環(huán)境下，數(shù)據(jù)的實時采集和分析使得學(xué)情能夠得到及時反饋，可以極大地提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。同時，也有助于學(xué)生和教師評估自身能力和水平，發(fā)現(xiàn)自身不足。（2）序列數(shù)據(jù)分析方法智慧課堂環(huán)境下，教師行為如講解的知識點、的試題等，學(xué)生提出的問題、完成的作業(yè)練習(xí)等都存在一定的序列性。通過分析序列數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)教師和學(xué)生在教學(xué)過程中產(chǎn)生不同行為的內(nèi)在驅(qū)動力，不僅有助于管理者調(diào)整教學(xué)規(guī)劃，也為教師提升自身教學(xué)水平、增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力指出了方向。采用序列數(shù)據(jù)分析法能夠分析不同教師在教學(xué)過程中以及學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的頻繁行為序列，挖掘教師的教學(xué)路徑。（3）文本數(shù)據(jù)分析方法文本數(shù)據(jù)分析方法用于分析文本型教學(xué)數(shù)據(jù)，常見的文本型數(shù)據(jù)包括課程大綱、教學(xué)課件、測試練習(xí)的試題、提問與回答等，特別地，在語文、英語等學(xué)科中，文本數(shù)據(jù)分析方法更加重要。目前，常用的文本數(shù)據(jù)分析方法有文本聚類、主題提取、情感分析等，采用這些方法對試題、知識點、提問回答等教學(xué)過程中的文本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，一方面能夠幫助學(xué)生理解記憶相應(yīng)的知識，提高學(xué)習(xí)效率和增強(qiáng)學(xué)習(xí)能力；另一方面有助于教師調(diào)整教學(xué)大綱或教案，促進(jìn)教師專業(yè)能力的提升和教學(xué)質(zhì)量的提高。（4）圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析方法在智慧課堂環(huán)境下，圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是常見的教學(xué)數(shù)據(jù)類型，如群組學(xué)生交互關(guān)系、學(xué)生與教師之間的交互關(guān)系等。在圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中，每個節(jié)點代表一個主體，節(jié)點之間的連接線表示主體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過相應(yīng)的分析方法，能夠發(fā)現(xiàn)學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與老師、學(xué)生行為與教師行為以及教師行為與教師行為之間的關(guān)系，輔助教師、學(xué)校和教育主管部門進(jìn)行有效管理，進(jìn)而完善和優(yōu)化已有的教育教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力、教師教學(xué)能力和管理者的管理能力。當(dāng)前，教學(xué)數(shù)據(jù)分析大多針對學(xué)生或教師，較少從教學(xué)過程的全流程、教學(xué)數(shù)據(jù)的全樣本、教學(xué)體系的全方位出發(fā)，挖掘教學(xué)過程中學(xué)生與教師的行為特征，難以全面提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和教師的專業(yè)素養(yǎng)。因此，本文擬在智慧課堂環(huán)境下構(gòu)建教學(xué)數(shù)據(jù)分析框架，明確教學(xué)數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)來源與分析方法，圍繞教學(xué)過程提出課前、課中和課后教學(xué)數(shù)據(jù)的分析路徑。

3智慧課堂環(huán)境下教學(xué)數(shù)據(jù)分析框架構(gòu)建

通過對智慧課堂環(huán)境下可采集的教學(xué)數(shù)據(jù)內(nèi)容及其相關(guān)的數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行調(diào)查和分析，構(gòu)建了智慧課堂環(huán)境下的教學(xué)數(shù)據(jù)分析框架，包括課前教學(xué)數(shù)據(jù)分析、（1）課前教學(xué)數(shù)據(jù)分析第一部分是課前教學(xué)數(shù)據(jù)分析，針對課前教學(xué)數(shù)據(jù)的特點，引入文本聚類、主題提取、回歸分析等數(shù)據(jù)分析方法，對資源學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、課前測試數(shù)據(jù)和討論交流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)和教師了解教學(xué)情況的需要，采用不同的教學(xué)數(shù)據(jù)分析方法得到相應(yīng)的分析結(jié)果，在此基礎(chǔ)上，對課前的教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)和完善。（2）課中教學(xué)數(shù)據(jù)分析第二部分是課中教學(xué)數(shù)據(jù)分析，由于課堂教學(xué)情景最為復(fù)雜，可采集的數(shù)據(jù)類型繁多，包括互動行為數(shù)據(jù)、隨堂測試數(shù)據(jù)和班級管理數(shù)據(jù)等。這一階段可以采用的教學(xué)數(shù)據(jù)分析方法也有多種類別，包括情感分析、觀點挖掘和關(guān)聯(lián)分析等。課堂教學(xué)是整個教學(xué)過程的中心，既是對課前教學(xué)的延伸，也是課后教學(xué)的基礎(chǔ)，同時，課堂教學(xué)產(chǎn)生的信息量最大，學(xué)生需要在短時間內(nèi)吸收大量的信息。（3）課后教學(xué)數(shù)據(jù)分析第三部分是課后教學(xué)數(shù)據(jù)分析，由于課后能夠得到完整的教學(xué)過程，時間跨度較長，同時積累的數(shù)據(jù)量較大，因而分析得到的結(jié)果需要縱觀教學(xué)過程中教師和學(xué)生所有的教學(xué)和學(xué)習(xí)行為，可以采用話題追蹤、自動摘要和行為序列分析等方法。課后教學(xué)數(shù)據(jù)分析主要基于課后教學(xué)產(chǎn)生的教學(xué)數(shù)據(jù)，但其處于教學(xué)過程的末端環(huán)節(jié)，因此獲取的數(shù)據(jù)也包含了課前教學(xué)數(shù)據(jù)和課中教學(xué)數(shù)據(jù)。

4結(jié)語

智慧課堂為充分掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況和教師教學(xué)情況提供了基礎(chǔ)，本文在智慧課堂及教學(xué)數(shù)據(jù)分析概念和內(nèi)涵論述的基礎(chǔ)上，對智慧課堂環(huán)境下教學(xué)過程中產(chǎn)生的教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類，探討了可用于教學(xué)數(shù)據(jù)分析的常用方法，最后針對智慧課堂環(huán)境下的教學(xué)數(shù)據(jù)構(gòu)建了分析框架，指明了基于智慧課堂分析教學(xué)數(shù)據(jù)的路徑和可用的方法。

作者:周歡 劉嘉 單位:湖南工業(yè)大學(xué)商學(xué)院