智慧教室环境下小学数学课堂教学互动行为特征研究*

张 屹，祝 园，白清玉，李晓艳，朱映辉

(1.华中师范大学 教育信息技术学院，湖北 武汉 430079；2.华中科技大学附属小学，湖北 武汉 430079)

智慧教室环境下小学数学课堂教学互动行为特征研究*

张 屹1，祝 园1，白清玉1，李晓艳2，朱映辉2

(1.华中师范大学 教育信息技术学院，湖北 武汉 430079；2.华中科技大学附属小学，湖北 武汉 430079)

智慧教室的涌现为教师的“教”与学生的“学”提供了无限可能，与简易多媒体教学相比，智慧教室中的课堂教学互动究竟如何，如何提高智慧教室环境下的课堂教学互动等问题显得尤为重要。该文在弗兰德斯互动分析系统的基础上设计智慧教室环境下的课堂教学互动分析编码系统，以小学数学《扇形统计图》一课为例，运用准实验研究法开展智慧教室环境下和简易多媒体环境下的教学，采用内容分析法对教学互动进行分析，并对学生参与度进行对比分析。研究发现，与简易多媒体环境下的教学相比，智慧教室环境下的教学更有助于学生主体性的发挥，课堂教学互动行为更加丰富、深入、高效，同时学生的情感投入更多，行为参与更加积极。

智慧教室；小学数学；课堂互动；评价

一、引言

智慧课堂是教育新形势背景下的新型课堂，它区别于“粉笔+黑板”“计算机+投影”等形式的传统型课堂。在智慧教室中，师生各持“一对一”或“自带设备”(BYOD， Bring Your Own Device)[1]，如iPad平板电脑等移动终端设备，丰富的APP应用工具为师生提供实时互动反馈，多样化的教学媒体资源满足师生教学需求，分屏显示技术便捷师生即时分享作品，活动桌椅便利生生交流与合作等。智慧教室满足了“数字土著”的诉求，特别是在互动方面，智慧教室的设计充分体现人与人、人与技术等之间的良好互动[2]。一方面，学生有更多的机会与媒体互动，如利用技术探究、创作、展示、评价等；另一方面，教师借助技术呈现教学内容、收集学生学习信息、诊断教学、即时调整教学等。活跃的课堂互动对于构建高效和谐的课堂教学也是至关重要[3]。然而，传统简易多媒体课堂师生互动单一，且以言语信息互动为主，容易造成“教师一言堂，学生被动互动”的局面。

智慧教室为师生、生生、生机之间的互动提供有利条件。面对智慧教室环境的教学，一线教师尝试开展多样的教学实践创新，同时也存在着一定的疑惑。与传统的简易多媒体教学相比，智慧教室中课堂教学互动是怎样的？存在何种优势？技术如何支持教学互动？课堂互动对于学生学习参与有怎样的影响？基于此，本研究改进与完善已有的课堂教学量化分析工具，设计智慧教室环境教学互动分析编码系统，对比分析简易多媒体教学环境和智慧教室环境下的课堂教学互动及其特点，从而为智慧教室环境下教学与学习实践创新提供思路借鉴及参考依据，助推智慧教室环境下的教学实践与效果评价研究。

二、文献综述

(一)智慧教室互动及评价研究

智慧教室，有时又称作未来教室，是一种“能优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展的新型教室”[4]。在智慧教室的建设、投入使用过程中，互动作为课堂教学的核心吸引众多研究者的关注。譬如，英国杜伦大学的研究者关注信息通信技术(ICT)改进师生互动与协作，设计一种名为Synergy Net交互教室的解决方案——全交互式智能课桌系统，以促使学生主动参与和学习[5]。清华大学“Smart Classroom”项目借助智能交互空间技术，增强真实的教学环境，尝试解决远程交互模式的问题[6]。陈卫东等人以互动为核心构建设计人、技术、环境、资源等诸要素和谐共存的高互动空间[7]。智慧教室环境的搭建为信息技术与课程整合创造非常有利的条件[8]，为教学与学习提供人性化、智能化的互动空间[9]。因此，师生、生生、人与技术等之间的互动效果评价研究是检验与推进智慧教室应用的关键问题之一。

(二)课堂互动分析系统的应用研究

弗兰德斯互动分析系统(FLAS)是应用较成熟的课堂教学量化分析系统，该编码系统将课堂师生言语行为分为十大类别[10]，通过视频编码分析，可呈现出课堂教学的结构、教学风格等，从而对课堂教学有较为全面的认识。但FLAS忽视学生在课堂中的行为表现，同时对“沉寂”的编码处理不够完善。随着信息技术的引入与发展，课堂教学行为也逐渐复杂。为进一步深入地分析课堂互动行为，学者们在弗兰德斯互动分析系统上进行改进。例如，顾小清、王炜等学者编制基于信息技术的互动分析编码系统(ITIAS)[11]。ITIAS对教师提问进行细分，增加学生语言编码分类，在学生言语中增加“主动提问”和与“同伴讨论”两个类别，并将“沉寂”细分为“沉默或混乱”“思考问题”与“做练习”三类，增加“技术”分类。方海光、高辰柱等学者改进弗兰德斯互动分析系统(iFIAS)[12]，删除“技术作用于学生”类别。韩后、王冬青等学者对ITIAS进行改进，对“技术”类目进行扩充与细化[13]。

教学评价是课堂教学的重要组成部分，是提高课堂教学质量的关键环节，是促进教师专业发展、保障育人目标顺利实现的重要手段[14][15]。智慧教室创设形成性评价与即时反馈环境，促进评价方式的变革[16]，教师借助工具和平台给予学生及时的反馈、调节、激励、引导等，学生在学习平台中能进行自我诊断测试、同伴评价等学习活动。即，通过技术的支持可丰富课堂教学互动的内涵。在教学互动分析编码系统中关注评价，对于研究智慧教室环境下课堂教学互动有着重要的意义。

(三)小学数学课堂教学互动相关研究

小学数学课堂教学互动的研究对于数学课程教学改进和深化教学改革奠定着重要的基础。譬如，顾文娟等从情感互动、情境互动、知识互动、师生互动等四方面进行构建有效的互动教学策略[17]，刘兰英等围绕“对话式”课堂对小学数学师生言语互动的框架进行构建与解析[18]等。义务教育《数学课程标准》(修订稿)明确指出“把现代信息技术作为学生学习数学和解决问题的强有力工具，致力于改变学生的学习方式”[19]。结合新媒体教学环境，数学教学互动研究有了新的内涵与发展。譬如，结合电子书包这种“海量资源、多元智能学具”的特点，探究“协作式学习”的互动特征[20]，对“教学与交互式一体机”教学的深度互动途径与互动教学方法探究[21]等。伴随移动技术的投入与使用，基于智慧教室环境下的数学教学开展迫切需要研究与分析该环境下的互动情形，为教学实践改进与提高提供参考。

综上所述，本研究拟从教学互动行为分析的角度出发，首先针对智慧教室这种集成丰富技术的互动环境，设计与改进智慧教室环境下的课堂教学互动分析编码系统；其次，比较研究智慧教室和简易多媒体教室的小学数学课堂教学互动，分析智慧教室环境下的互动行为特征；最后，分析两种环境下学生的参与度情况，探究智慧教室中的教学对学生的学习影响，旨在为智慧教室环境下的教学实践创新与推进做一定的参考借鉴。

三、研究设计

(一)研究目标

为分析智慧教室环境下小学数学课堂教学互动情形与存在的问题，以及技术在课堂互动中对学生有影响，本研究采取准实验研究法和内容分析法开展。研究团队选取一位教学经验丰富的数学教师，针对智慧教室环境和简易多媒体环境，开展小学六年级数学《扇形统计图》的教学。

(二)研究对象

本研究的实验对象来自华中科技大学附属小学六年级的两个平行班，这两个班数学课由A教师一直执教，且两个班的学生成绩持均衡状态。实验组师生在智慧教室中开展教学，师生熟悉智慧教室环境，并在正式授课前得到了良好的技术培训。在智慧教室中，师生基于iPad终端开展教学活动，教师借助iBooks、iTeach等平台设置交互测试，利用云端平台诊断教学等，学生在技术支持下自学、搜索资源、合作探究，学生的作品与练习能借助分屏投影即时呈现。对照组师生则在简易多媒体教室中开展教学。本研究对两个班的课堂实录分别进行分析，并对学生进行调查，课堂教学信息如表1所示。

表1 研究对象

(三)研究工具的设计

1.内容分析工具设计

为充分把握智慧教室环境下课堂互动的特点，本文对弗兰德斯互动分析系进行改进，形成智慧教室课堂教学互动分析编码系统。首先通过邀请专家访谈，本编码系统效度结构良好；其次，选取多个课堂实录进行效果预测分析，预测结果良好。该编码系统具体改进的方面如下：(1)“教师言语”方面，分为“讲授”“言语评价”“组织指示”“开放式问题”“封闭式问题”。教师不仅仅讲授教学内容，还担任着评价、组织、引导等职责。(2)“学生言语”增加“提出问题”“讨论交流”“言语评价”。学生不仅能够回答问题或提出问题，还能参与到评价、交流讨论等学习活动。(3)“沉寂”方面，分为“有助于教学的沉寂”“无助于教学的停顿或混乱”。(4)“技术”维度分为“教师—技术”“学生—技术”，以体现出人与技术的相互作用。编码分类的具体内容如表2所示。

表2 智慧教室环境下的课堂教学互动分析编码表

2.问卷设计

调查问卷共10题，包含两部分，即知识检验、学习参与度调查。知识检验部分由学科教师和专家团队共同编制，学习参与度由Ellen Skinner[22]等人提出的“行为参与”“情感参与”量表修改，并采用里克特5级量表，其中3道行为参与题，3道情感参与题。利用SPSS20.0中对问卷信度进行计算，克朗巴哈α系数为0.80，大于0.75，说明本次调研问卷具有较高的信度。

(四)研究过程

本研究的主要流程如图1所示。

图1 研究过程

(五)研究假设

1.相较于简易多媒体教学环境，智慧教室环境下的教学更有助于学生主体性的发挥。

2.与简易多媒体环境下的教学相比，智慧教室环境下课堂教学互动类型丰富，互动更加深入、高效。

3.相较于简易多媒体教学环境，智慧教室环境下的教学更有助于学生的参与度的提高。

(六)数据采集

按照表2中的编码，每3秒取一次样本，对此行为赋予一个编码符号并记录下来。并根据弗兰德斯编码处理规则形成分析矩阵计算出各行为比率。

由于实际教学互动行为的复杂性、重叠性，在编码过程中有些互动行为往往难以判断。本研究约定以下的编码规则：(1)在单位时间内出现多种互动行为时，选择不同于上一个单位时间内的互动行为；(2)当学生进行探究、讨论活动时，教师巡视并未对小组进行指导或组织，则只记录学生探究、讨论；(3)若借助纸笔等学具完成练习，编码归为“i”。若通过技术完成练习，学生可以将练习内容能够保存、分享、及时反馈等，此种情况归为“学生—技术”；(4)当教学中出现因技术使用不当或技术故障而产生的课堂停顿，记录为“j”。

四、小学数学课堂教学互动对比分析

(一)课堂教学结构分析

智慧教室环境下更有利于学生主体性的发挥；简易多媒体教学环境下，学生与媒体接触机会较少，师生互动形式教学单一，容易形成“教师一言堂”的局面。本次研究中，智慧教室环境下的教学充分呈现学生性发挥的特点，良好地体现“教师为主导，学生为主体”的教学结构，具体如图2所示。

图2 智慧教室环境下课堂教学结构

如图2所示，在简易多媒体教学环境下，教师与学生行为失衡，学生的主体性难以发挥。在智慧教室环境下，以“教师为导”的互动行为和以“学生为主”的互动行为比例接近1：1。可见，智慧教室环境下的教学更有助于学生参与教学互动，发挥其主体性与主动性。

(二)课堂教学互动对比研究

1.课堂教学互动整体分析

智慧教室环境下与简易多媒体教学环境下的教学互动在“人—技术”方面存在显著性差异，在“言语”和“沉寂”方面有一定的区别，但不存在统计学上的显著性差异。为探究两种环境下的课堂教学互动存在着何种差异，笔者对两堂课堂实录的数据进行非参数检验，结果如表3所示：

表3 课堂教学互动非参数检验对比

如表3所示，在“言语”方面，实验组的秩和低于对照组，说明智慧教室一定程度上改善课堂师生单一言语交互特性，但两组之间无显著性差异，这可能由于同一教师的授课风格和教学方法相同所导致。在“沉寂”方面，两组之间并无显著性差异，且对照组秩和高于实验组。回顾课堂实录发现，一方面，在简易多媒体课堂中，学生的合作学习更多的是小组讨论交流，学生人数众多且各组进度不一，教师难以把握学生讨论进展情况；智慧教室中，教师根据云端及时掌握学生完成任务情况，能提高教学效率，减少无效的课堂沉寂。另一方面，简易多媒体教室中学生“思考、做练习”时间较长，教师无法一一指导与把握学生练习进度，而智慧教室中云端平台能够给予学生练习反馈信息，减少了课堂沉寂，互动类型得以丰富。

2.课堂教学互动对比分析

为探究两种教学环境下的教学互动在“言语互动”和“人—技术”互动上的差异特征，结合两种教学环境下的课堂教学互动行为编码的结果，可以得出以下结论：

(1)智慧教室中的教学互动注重师生言语信息的交流，且能激发学习者积极应答

言语互动是数学教学互动的重要特点之一，有效的数学教学对话，能让学生理解知识、建构知识，发展高阶思维能力[23]。如图3所示，整体而言，智慧教室中的“言语互动”略低于简易多媒体教室。即智慧教室环境下的教学并非忽视师生、生生之间言语对话交流，一味地追求技术上的高频率互动，同样注重启发式教学，引导学生交流分享、回答问题。此外，深入分析发现，在师生言语互动上，有着一定的差异。和简易多媒体教学相比，智慧教室环境下的教学教师讲授成分更少，注重语言上的评价、组织，学生也表现出积极的应答教师问题。

图3 课堂教学行为互动对比分析

(2)相较于简易多媒体教学环境，智慧教室课堂教学互动类型丰富，互动高效

在简易多媒体教室中，学生仅仅与教师、同伴之间的言语交互，教师也只是将技术作为辅助演示教学内容的教具。而在智慧教室中，信息化手段在辅助师生开展教学活动过程中起到重要的作用，丰富课堂互动的类型。

智慧教室环境下，技术便利教师的教学，课堂教学更加丰富高效。如图3所示，在简易多媒体教室中，教师操作技术仅仅是展示幻灯片中既定的教学内容，并且教师收集学生的学生作品、查看学生课堂练习完成情况十分麻烦，并且也不能及时给予学生反馈。如图4所示，在智慧教室中，教师借助技术手段展示“学生成果”，学生的思维成果得以展示分享，促使学生之间进行思维火花的碰撞，使得全体学生学习内容得以扩充，形成学生自我思考、生生互动、师生互动三者的巧妙融合局面。同时，教师借助云端平台可以“智能化”评价诊断教学，如图5、6所示，教师能便捷地诊断学生练习、作品提交情况，进而有效地进行教学反馈与调节。

图4 学生提交信息

图5 教师诊断教学

图6 学生答题信息

智慧教室中，技术有效地支持学生自主学习、合作探究，课堂教学互动丰富、深入。如图3所示，简易多媒体环境下的教学，学生的合作局限于“讨论”，缺乏探究、实践。在智慧教室环境下，学生借助技术进行自主学习、合作探究，通过操作、观察、提出问题、解决问题等活动，借助软件制作扇形图，由直观图形到抽象数学知识的探究，促使学生成为信息加工主体、知识意义主动建构者[24]。学生不仅能借助技术探究，还能够进行技术上的学习评价，进行自我反思总结。

(3)相较于简易多媒体环境下的教学，智慧教室环境下的“教学评价”互动形式更加多元化，教学反馈与学情分析便捷及时，促使课堂教学互动高效化

有效的教学评价旨在“为教学的评价”，即生成激励、促进、反馈、调节教学等价值[25]。由表4可知，在简易多媒体环境下，课堂评价主要是教师言语评价，学生未参与评价活动；在智慧教室环境下，技术促使“师生评价”互动行为进一步丰富，进而有助于教学互动的高效、深化。具体来说，智慧教室环境下的教学评价呈现以下特点：

表4 师生评价反馈信息

第一，评价方式不再是简单单一的言语评价。技术的支持为多元化评价的实施创造条件，除言语点评学生学习，在学生的自主学习、分享展示、探究过程中，教师实时掌握学生学习信息，发挥着引导、激励、反馈、调整教学等重要作用。第二，教学评价不再是教师的职责，学生承担一定评价者的角色。学生利用技术进行互动测试、自我诊断、自我反思、同伴评价等，这对于学生的反思与辨析能力培养有着重要作用。第三，教师的评价诊断更加高效。学生通过互动测试得到练习的反馈信息，教师借助云端平台快捷浏览并诊断任务完成情况、知识掌握情况，进行可适当的激励、调节、促进学生学习活动。

(三)学生参与度分析

学生课堂参与度一定程度上体现着学生的课堂互动的深入程度。在教学后，学生填写《学习参与度》调查问卷。实验组共回收43份问卷，对照组回收44份问卷，回收率分别86%，88%。学习参与度调查学生的情感参与和行为参与，笔者在SPSS中进行独立样本T检验，结果如表5所示。

表5 参与度对比

如表5所示，学生情感参与度方面两组存在“显示性差异”，且实验组高于对照组。即，智慧教室环境下课堂教学互动中，学生的情感参与更高。行为参与方面，在“积极参与合作学习”这一题中存在显著差异，智慧教室中的学生表现的更加积极地参与合作学习，即利用技术进行探究实践。学生在“积极回答问题”和根据“努力地解决研究问题”两题中，实验组学生成绩高于对照组，但二者之间不存在“显著性差异”，与师生课堂互动行为联系，发现智慧教室中学生的确更积极回答教师问题，但对于学生行为参与的努力程度、积极程度还有待提高。由此可见，在智慧教室环境下学生的情感投入更多，行为参与更加积极，有助于深入互动。

五、讨论与启示

本文针对简易多媒体教学环境和智慧教室环境下进行同课异构的实验设计，进而分析智慧教室环境下的小学数学课堂互动特征与存在问题，结论与问题如下：

(一)智慧教室环境下，学生“主体性”地位的提高

合作研究型的课堂教学在简易多媒体教室中，教学互动比较单一，教师以讲授、提问、指示来开展，师生之间、生生之间只有言语信息互动，且学生较为被动。在智慧教室中，教师利用技术展示教学内容、展示学生成果、教学评价，学生除积极讨论发言之外，还可以利用媒体自主学习、评价、探究等。但本研究发现，教师的言语“组织指示”过多，不自觉地引导学生探究。教师的牵引需要适可而止，做到“收”“放”自如，让学生的“主体性”能充分发挥。

(二)智慧教室中的教学互动呈现“互动形式丰富，互动高效”的特点

言语互动方面，教师讲授成分减少，引导成分更多；技术的引入使得教师与媒体之间、学生与媒体之间有更多的互动，便利教师的教，有助于促进学生深入互动。同时，评价方式不再是简单、单一的言语评价，学生承担学习评价责任，技术为学情诊断、教学调节提供依据，有助于学生进行自我、同伴之间的思辨与学习。

(三)在智慧教室中，学生的情感参与度更高，并且学生的行为参与有一定的提高，课堂教学互动更加深入

学生对智慧教室的学习表现出高度的热情，在行为参与上有一定的提高，但效果不明显。这要求在日后的教学设计与活动流程组织等方面的改进、加强，以进一步提高学生的行为参与。

随着智慧教室教学实践研究的进一步开展，结合数学学科知识特色，如“练习—反馈式”“协作式”“连接式”等教学模式开展与研究需要进一步的探讨。一些契合数学学科特色的教学APP以及智慧教室“即时反馈”功能有待深入实践应用。希望本研究能够对智慧教室的教学实践研究工作提供一定的参考依据，为信息技术与学科教学深层次整合提供参考。

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责任编辑：宋灵青

Research of the Teaching Interaction Behavior Characteristics of Primary Mathematics in the Smart Classroom

Zhang Yi1, Zhu Yuan1, Bai Qingyu1, Zhu Yinghui2, Li Xiaoyan2
(1.School of Educational Technology, Central China Normal University, Wuhan Hubei 430079; 2.Attached Primary School, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan Hubei 430079)

s: The emergence of Smart Classroom provides endless possibilities for the way of teaching and learning. Compared with the instructional method in simple multimedia environment, it is important to make sense of how the teaching interaction functions and get the way to improve it in Smart Class. This paper adapted the smart classroom interaction analysis based on Flanders interaction analysis. By taking “fan chart” as an example, this study designed two kinds of teaching situation under the Smart Classroom and simple multimedia environment in quasi-experimental research method. With the teaching interaction and student’s engagement analyzed, the results suggest the fact that teaching activities in smart classroom are helpful to the subjectivity of students, and would make interaction behavior more abundant, in-depth and ef fi cient; at the same time, it also leads the higher emotional engagement and action participation for students.

Smart Classroom; Primary Mathematics; Teaching Interaction; Assessment

G434

：A

1006—9860(2016)06—0043—06

张屹：博士，教授，博士生导师，研究方向为移动学习与智慧教育、教育信息化技术标准、教育信息化测评与发展战略研究(zhangyi@mail.ccnu.edu.cn)。

祝园：在读硕士，研究方向为移动学习与智慧教育、教育信息化测评与发展战略研究(zhuyuan_hz@163.com)。

2016年3月28日

* 本文系华中师范大学中央高校基本科研业务费专项资金“移动环境下小学英语APT教学实践及其有效性研究”(项目编号：CCNU15A06087)、青少年网络心理与行为教育部重点实验室项目“基于APT的移动学习对学生知识建构与创新能力的影响研究”(项目编号：2014C04)、华中科技大学附属小学合作项目“基于APT教学模型的智慧教室创新应用”研究成果。