智慧課堂下教學數(shù)據(jù)分析框架構建

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

關鍵詞：智慧課堂；教學數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析框架；教學數(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，對教學數(shù)據(jù)進行深入分析具有重要的實踐意義，對學生來說，深入分析教學數(shù)據(jù)能夠幫助其提高學習效率，增強自身學習能力［3］；對教師來說，教學數(shù)據(jù)分析能夠幫助其組織和管理學生，減輕教學壓力，提升教學能力；對教育機構來說，通過分析教學數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)教師的教學特點和學生的學習特長，并及時調整教師的教學安排，保證教學效果，提高教學質量［4］；對教育主管部門來說，能夠促進教育資源的協(xié)調，推動教育公平發(fā)展。因此，做好教學數(shù)據(jù)的分析有助于建設智慧課堂，進而實現(xiàn)智慧教育的發(fā)展。

1相關研究

智慧課堂可以從兩個視角進行釋義，其一是基于智能硬件設備的視角，將智慧課堂定義為在課堂教學中應用了智能化設備的環(huán)境，側重提高課堂教學效率；其二是基于線上線下協(xié)同的視角，結合線上教學平臺和資源，在線下教學過程中借助智能化設備教學，注重提升教學質量和教學效果［5］?？偟膩碚f，智慧課堂都需要使用智能化設備輔助教師教學和學生學習。首先，教師的教學行為數(shù)據(jù)和學生的學習行為數(shù)據(jù)都能夠被智能化設備采集；其次，這些數(shù)據(jù)展現(xiàn)了教師的教學特點和教學行為特征以及學生的課堂行為特點和學習特征；最后，通過智能化設備采集的數(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生的潛在行為邏輯，輔助教師和學生提升自身教學水平和學習能力。隨著智能設備和網(wǎng)絡的發(fā)展，在教學過程中產(chǎn)生了海量的教學數(shù)據(jù)。當前，對教學數(shù)據(jù)的定義有多種，楊現(xiàn)民等［6］認為教學數(shù)據(jù)包括課堂教學數(shù)據(jù)、在線學習行為數(shù)據(jù)和校外輔導數(shù)據(jù)；晉欣泉等［7］則從教學過程即課前、課中和課后三個環(huán)節(jié)進行劃分，界定了教學數(shù)據(jù)的來源和類型。一般而言，教學數(shù)據(jù)包括教師在教學過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和學生在學習過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如教師的課件、試卷或試題等教學資源，學生的測試或作業(yè)成績、課堂互動行為等。對教學數(shù)據(jù)的分析能夠深入了解教師和學生的行為特征和發(fā)展變化趨勢［8］，根據(jù)教學目標進行教學數(shù)據(jù)挖掘和分析是大勢所趨?！妒奈逡?guī)劃和2035遠景目標綱要》提出要“建設高質量教育體系”“建設高素質專業(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)對教學質量的增強提出了新要求，而充分采集和分析教學數(shù)據(jù)是實現(xiàn)以上目標的重要方式。

2基于智慧課堂的教學數(shù)據(jù)分析

2．1基于智慧課堂的教學數(shù)據(jù)概述

根據(jù)課堂教學過程，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）課前教學數(shù)據(jù)課前教學數(shù)據(jù)是指教師在上課前針對課堂教學內(nèi)容的相關資料與學生預習探討的相關內(nèi)容，主要包括資源學習數(shù)據(jù)、課前測試數(shù)據(jù)和討論交流數(shù)據(jù)。資源學習數(shù)據(jù)。是指教師課堂教學所需的教學資源和可供學生課外自學與參考的學習資源。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知識點和資料、學生的測試成績等。討論交流數(shù)據(jù)。基于智慧課堂環(huán)境，能夠采集大量學生在線交流討論的提問、回答以及相關的知識點和資料等數(shù)據(jù)。（2）課中教學數(shù)據(jù)課中教學數(shù)據(jù)是教師與學生在課堂上產(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)。互動行為數(shù)據(jù)。課堂教學會產(chǎn)生教師與學生間互動、學生與學生間互動等教學互動行為數(shù)據(jù)。隨堂測試數(shù)據(jù)。包括課堂中的測試試題、相關知識點和資料、學生隨堂測試成績等數(shù)據(jù)。班級管理數(shù)據(jù)。課堂教學中會涉及到學生及學生團隊的管理，由此產(chǎn)生了學生團隊合作數(shù)據(jù)、學生任務或協(xié)作參與情況數(shù)據(jù)等。（3）課后教學數(shù)據(jù)課后教學數(shù)據(jù)包括教師和學生在課后產(chǎn)生的與教學相關的數(shù)據(jù)，主要為作業(yè)練習數(shù)據(jù)、輔導答疑數(shù)據(jù)和歸納小結數(shù)據(jù)。作業(yè)練習數(shù)據(jù)。課后學生需要完成的作業(yè)練習試題、答案以及相關知識點等數(shù)據(jù)能夠被用于教學數(shù)據(jù)分析。輔導答疑數(shù)據(jù)。在智慧課堂環(huán)境下，下課后學生的提問和教師的答疑數(shù)據(jù)以及問題的相關知識點數(shù)據(jù)能夠被有效采集獲取。歸納小結數(shù)據(jù)。課堂教學結束后，能夠基于智慧課堂環(huán)境采集學生的課堂學習小結與教師的課后小結數(shù)據(jù)。

2．2基于智慧課堂的教學數(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)分析方法和圖結構數(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)，如學生的學習時長、測試分數(shù)、課堂互動次數(shù)等，可以采用描述性統(tǒng)計分析、相關性分析、因果分析等方法，分析學生行為或教師行為的特點、不同行為間的相關性或因果性，為調整教學行為提供決策支持。數(shù)值數(shù)據(jù)分析方法也是學生學習狀況和教師教學質量評估的基礎，在智慧課堂環(huán)境下，數(shù)據(jù)的實時采集和分析使得學情能夠得到及時反饋，可以極大地提高教學效率和教學質量。同時，也有助于學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，學生提出的問題、完成的作業(yè)練習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)教師和學生在教學過程中產(chǎn)生不同行為的內(nèi)在驅動力，不僅有助于管理者調整教學規(guī)劃，也為教師提升自身教學水平、增強學生學習能力指出了方向。采用序列數(shù)據(jù)分析法能夠分析不同教師在教學過程中以及學生在學習過程中的頻繁行為序列，挖掘教師的教學路徑。（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數(shù)據(jù)，常見的文本型數(shù)據(jù)包括課程大綱、教學課件、測試練習的試題、提問與回答等，特別地，在語文、英語等學科中，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、提問回答等教學過程中的文本數(shù)據(jù)進行處理和分析，一方面能夠幫助學生理解記憶相應的知識，提高學習效率和增強學習能力；另一方面有助于教師調整教學大綱或教案，促進教師專業(yè)能力的提升和教學質量的提高。（4）圖結構數(shù)據(jù)分析方法在智慧課堂環(huán)境下，圖結構數(shù)據(jù)是常見的教學數(shù)據(jù)類型，如群組學生交互關系、學生與教師之間的交互關系等。在圖結構數(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聯(lián)關系。通過相應的分析方法，能夠發(fā)現(xiàn)學生與學生、學生與老師、學生行為與教師行為以及教師行為與教師行為之間的關系，輔助教師、學校和教育主管部門進行有效管理，進而完善和優(yōu)化已有的教育教學模式，提高學生學習能力、教師教學能力和管理者的管理能力。當前，教學數(shù)據(jù)分析大多針對學生或教師，較少從教學過程的全流程、教學數(shù)據(jù)的全樣本、教學體系的全方位出發(fā)，挖掘教學過程中學生與教師的行為特征，難以全面提升學生的學習能力和教師的專業(yè)素養(yǎng)。因此，本文擬在智慧課堂環(huán)境下構建教學數(shù)據(jù)分析框架，明確教學數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)來源與分析方法，圍繞教學過程提出課前、課中和課后教學數(shù)據(jù)的分析路徑。

3智慧課堂環(huán)境下教學數(shù)據(jù)分析框架構建

通過對智慧課堂環(huán)境下可采集的教學數(shù)據(jù)內(nèi)容及其相關的數(shù)據(jù)分析方法進行調查和分析，構建了智慧課堂環(huán)境下的教學數(shù)據(jù)分析框架，包括課前教學數(shù)據(jù)分析、（1）課前教學數(shù)據(jù)分析第一部分是課前教學數(shù)據(jù)分析，針對課前教學數(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，對資源學習數(shù)據(jù)、課前測試數(shù)據(jù)和討論交流數(shù)據(jù)進行分析。根據(jù)學生預習和教師了解教學情況的需要，采用不同的教學數(shù)據(jù)分析方法得到相應的分析結果，在此基礎上，對課前的教學方式、教學內(nèi)容進行改進和完善。（2）課中教學數(shù)據(jù)分析第二部分是課中教學數(shù)據(jù)分析，由于課堂教學情景最為復雜，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、觀點挖掘和關聯(lián)分析等。課堂教學是整個教學過程的中心，既是對課前教學的延伸，也是課后教學的基礎，同時，課堂教學產(chǎn)生的信息量最大，學生需要在短時間內(nèi)吸收大量的信息。（3）課后教學數(shù)據(jù)分析第三部分是課后教學數(shù)據(jù)分析，由于課后能夠得到完整的教學過程，時間跨度較長，同時積累的數(shù)據(jù)量較大，因而分析得到的結果需要縱觀教學過程中教師和學生所有的教學和學習行為，可以采用話題追蹤、自動摘要和行為序列分析等方法。課后教學數(shù)據(jù)分析主要基于課后教學產(chǎn)生的教學數(shù)據(jù)，但其處于教學過程的末端環(huán)節(jié)，因此獲取的數(shù)據(jù)也包含了課前教學數(shù)據(jù)和課中教學數(shù)據(jù)。

4結語

智慧課堂為充分掌握學生學習情況和教師教學情況提供了基礎，本文在智慧課堂及教學數(shù)據(jù)分析概念和內(nèi)涵論述的基礎上，對智慧課堂環(huán)境下教學過程中產(chǎn)生的教學數(shù)據(jù)進行了分類，探討了可用于教學數(shù)據(jù)分析的常用方法，最后針對智慧課堂環(huán)境下的教學數(shù)據(jù)構建了分析框架，指明了基于智慧課堂分析教學數(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)大學商學院