我国智慧教室研究热点及发展趋势的可视化分析

智飞飞　乜勇

摘 要：智慧教室作为“智慧地球”的“衍生产品”，以其智能化教学环境而被大众所熟知。文章使用书目共现分析系统Bicomb 2.0提取国内智慧教室相关研究的高频关键词并进行词频分析，构建共词矩阵及词篇矩阵，利用Ucinet软件自带的社会网络分析工具Netdraw绘制高频词汇的国内智慧教室共词网络图，同时使用SPSS统计分析工具进行关键词聚类分析和多维尺度分析。研究发现当前的研究主要集中在国内智慧教室的理论研究，智慧教室相关技术在多学科视野中的研究与应用，目前已应用的智慧教室课堂教学的评价与改进三个方面；未来研究需要关注智慧教室环境下的教学模式创新，有效智慧教室实施的评价指标体系构建，智慧教室环境下的教育资源建设及应用三个领域。

关键词：智慧教室；聚类分析；词频分析；共词矩阵；可视化网络关系图

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：2096-0069（2018）02-0051-06

收稿日期：2017-10-26

基金项目：陕西省基础教育重大招标课题“‘互联网+背景下的陕西省教科研工作现状调查及工作创新实践研究”（ZDKT1612）；陕西师范大学第四批信息化示范课程建设项目“微型计算机使用与维护”（2016057）

作者简介：智飞飞（1992— ），男，河北石家庄人，陕西师范大学教育学院硕士研究生，研究方向为信息技术教育应用、网络与远程教育；乜勇（1970— ），男，青海贵德人，陕西师范大学教育学院教育技术系主任，教授，博士生导师，主要研究方向为信息技术教育应用、网络与远程教育。

一、 引言

随着现代信息科学技术的迅猛发展，尤其是Web2.0、物联网、云计算、大数据、学习分析等技术的发展，人类的生产与生活变得更加方便与快捷。信息时代人类对知识的数字化应用即存储、处理、加工、传输进入了便携式终端时代。2008年以来，“智慧地球”概念走进大众视野，随之而来的智慧城市、智慧生活、智慧教育、智慧教室应运而生[1]。

智慧教室作为舶来品，目前国内的研究呈现百家争鸣之势。黄荣怀等[2]从智慧教室的概念与特征出发，提出包含内容呈现、环境管理、资源获取、及时互动和情景感知的SMART智慧教室概念模型；程敏[3]根据智慧教室的设计思路和注意事项，从以往多媒体教室和网络化教室的主要特征出发，设计出了信息技术环境下智慧教室的总体架构并提出了从软、硬件两个方面建设智慧教室；张菲菲[4]基于智慧教室的智慧化环境开展了对高职教师教学能力提升的有效性研究；李康康[5]对智慧教室的现状从群体定位，软、硬件技术，内涵特征，设计想法，以及教学模式方面进行了分析，提出了智慧教室的战略转移、纵深发展等策略。本研究基于关键词聚类分析、可视化共词网络图分析、多维尺度分析等方法，对我国智慧教室相关研究进行了归纳整理，以期呈现出智慧教室在我国目前的研究现状并预测未来的发展趋势。

二、研究过程与方法

（一）样本来源

在中国知网CNKI中以“智慧教室”“智能教室”“未来教室”为主题，并且限定时间的跨度为2008年1月1日至2017年4月9日，剔除掉通知、公告、新闻等不相关文献后共剩余154篇文章，笔者在遍览所有文章摘要的基础上将这154篇文章的题录信息导出并保存成文本文件，以便进行后期的词频分析、聚类分析、多维尺度分析 [6]。

（二）研究方法

本文在数据分析及统计过程中基于知识图谱可视化技术视角，主要采用词频分析法、相似矩阵分析法、聚类分析法、多维尺度分析法对文献数据进行定量分析，并在可视化的基础上进一步进行定性分析。词频分析法能够对所研究文献的核心关键词在整个研究样本中出现的频次进行统计，此方法可以反映所研究领域的普遍关注点及发展趋势走向。相似矩阵分析法通过统计一组词在文献中共同出现的次数来呈现词语相互之间的紧密关系，当一组词在不同文献中反复同时出现时就表明两者之间联系紧密，领域内将两者同时进行研究的学者较多[7]。聚类分析法是利用聚类的统计学方法，以共词出现的频率为研究对象，把共词网络关系简化为若干类群之间的关系，并直观地表示出来的聚类过程[8]。多维尺度分析法通过测定主题词之间的远近程度来发现主题结构，与聚类分析法相比，多维尺度分析法可以直观地判断出某研究领域在学科内的位置[9]。

（三）研究过程

在研究过程中以书目共现分析系统Bicomb 2.0进行关键词的提取、统计、清洗、生成共词矩阵；利用数据统计分析软件SPSS对收集到的数据进行聚类分析及相似矩阵分析。本研究采用图表结合的方法对样本文献进行分析 [10]。见图1。

三 、知识图谱分析过程

将题录信息导入Bicomb 2.0分析工具中进行关键词的统计。根据普赖斯计算公式确定高频阈值为4，选取词频大于4的30个关键词为主要关键词[11]。在

Bicomb 2.0分析工具中通过其統计、分析功能，设定频次阈值大于等于5，得出高频关键词，经过统计分析得到如表1 所示的高频关键词统计表。统计表1中的高频关键词的出现情况，形成词篇矩阵，在随后的研究中作为进行关键词聚类分析及多维尺度分析的基础并通过知识图谱表现智慧教室领域的研究热点。

四 、数据统计与分析

（一）关键词词频统计

通过词频统计得到关键词532个，频次大于4的共30个，如表1所示。其中，词频排在前十位的分别是教学设计（34）、互动（30）、教学模式（19）、数学课堂（18）、小学数学（15）、教学智慧（14）、学习环境（14）、云技术（13）、课堂教学（11）、智慧校园（11）。从这一结果可以看出，目前在我国有关智慧教室的研究热点主要集中在现代信息技术支撑下的智慧学习环境中的教与学的方向。

（二）Ochiai高频关键词相似矩阵及分析

在Bicomb 2.0中设置关键词的频次阈值大于等于5，对30个高频关键词进行共词分析，并生成30×30的高频关键词词篇矩阵，将该矩阵导入SPSS数据统计软件，选取Ochiai二分量度量标准生成共词相似矩阵，通过Ochiai共词相似矩阵可以对高频关键词之间的隐含关联信息进行挖掘，如表2所示。

在相似矩阵中，数值越接近于1，表示两个关键词相似程度越大；反之，相似程度越小。从表2可以看出小学数学（0.760）、教学设计（0.620）、教学模式（0.499）、学习环境（0.470）等主题为领域关注热点。相比较而言，其他的一些关键词，如互动（0.385）、云技术（0.372）、数学课堂（0.360）、教学智慧（0.339）等与智慧教室的距离较远，相似度较小。

（三）关键词聚类分析

将前文中生成的词篇矩阵导入SPSS进行聚类分析，将联系密切的关键词聚集在一起形成类团可以大致揭示智慧教室领域的研究热点与研究分类，如图2所示。类团一包含课堂教学、智慧校园、教育技术、教学评价、普适计算、远程教学、物联网；类团二包含教学模式、教学智慧、个性化教学、教学策略；类團三包含教学设计、自主学习、多通道信息融合、翻转课堂、物理课堂、云技术、协作学习、信息技术。

（四）多维尺度分析知识图谱

采用多维尺度分析法，将高频关键词相异矩阵导入到SPSS软件中进行分析，度量模型选择Euclidean 距离，可得出我国智慧教室领域的研究热点知识图谱，如图3所示。

从图3分析得出目前国内智慧教室的主要研究内容如下：

种类一：国内智慧教室的理论研究。

这主要有智慧教室的定义、特征、内涵研究，智慧教室模式构建、教学设计及教学模式的适应。智慧教室定义、特征、内涵方面主要有：李康康等[12]从智慧教室领域核心期刊、信息技术公司智慧教室宣传册、智慧教室解决方案整理出智慧教室具有交互性、便捷性、感知性、开放性、生态性、先进性等特征；程敏[13]指出智慧教室就是利用新兴技术构建教与学的环境以满足时代对教室重构的诉求；陈卫东等[14]认为智慧教室是一个依靠智慧空间技术便捷地操控教室所有软、硬件设备，能适应多种学习方式并为师生无缝地接入资源及从事教与学活动提供渠道的增强型教室；杨宗凯[15]认为智慧教室一定是包括电子课本、电子课桌的云端教室并实现教学资源由模拟媒体、数字媒体进化为网络云媒体。智慧教室模型构建典型的有：北京师范大学黄荣怀[16]教授等学者提出的包含内容呈现、环境管理、资源获取、及时互动和情景感知的SMART智慧教室概念模型；清华大学聂风华[17]等学者提出的由泛在技术系统、实时记录系统、增强现实系统、基础设施子系统、网络感知系统、可视管理系统的iSMART模型。教学设计及教学模式的适应方面，郭玉清等[18] 以云计算与物联网技术为基础，提出了一个智慧教室系统的建构模型，并总结了其对传统教育模式的改进；顾宏亮[19]结合具体课程，设计出成立开发小组、调研需求、脚本开发、样本开发、完成资源开发、资源验收等六个步骤的智慧教室课程开发模式。

种类二：智慧教室相关技术在多学科视野中的研究与应用。

软实力方面主要是智慧教室智能学习环境的搭建、设计及即时反馈系统的设计。典型的代表有：谭威[20]从智慧教室系统在小学数学课堂中的应用实践出发总结出练习模式、PPT融合模式、课件生成模式三种有效的运用模式；李红美等[21]提出教学目标、理论基础、操作序列、实现条件（教与学策略、工具资源等）及效果评价的面向智慧教室的ARS互动教学模式；胡旺等[22]提出云端存储与智慧推送、提出问题与创设情境、个人学习模式、协作学习模式、反馈评价、课后拓展六个部分的基于智慧教室的教学模式设计；赖红辉[23]提出基于云服务的包含教室建设、集控中心、无线教学终端、自动导播的高职院校智慧教室建设。硬件方面主要集中在智慧教室硬件设备的设计及应用。陈磊等[24]从高职院校的实际应用出发，设计出基于物联网技术的包含感知层、网络层、应用层的三层智慧教室架构；郑广成等[25]针对智慧教室智慧性要求，结合高职院校现有的多媒体教室、理实一体化机房、智能录播室建设基础，提出了基于物联网结构的智慧教室建构体系，并从智慧教室建构原则、功能、基于物联网的架构体系等方面进行设计，给出了基于物联网三层结构的智慧教室架构。

种类三：目前已应用的智慧教室课堂教学的评价与改进。

典型的有：普旭[26]2013年在其硕士论文中提出了智慧教室的建设规范体系；陈卫东等[27]围绕人才培养、设施、教室功能、技术维度和教室的参与性、易用性等进行评价。国内有关智慧课堂教学的评价与改进方面内容单一，没有涉及对教室其他变量或方面的评估，评价内容的针对性太强，导致无法对其他研究或评估提供一定的参考价值，评价报告多以结论为导向，较少涉及评估的具体指标、问卷及量表等内容。

五、 我国智慧教室的发展趋势分析

（一）智慧教室环境下的教学模式创新

现代信息科学技术对智慧教室的发展、演变起着至关重要的作用，在未来的发展中构建智慧教室智能学习环境，是智慧教室发展的关键。而在智能学习环境的基础之上，构建新型智慧教室环境下的教学与学习模式更是未来教育工作者的主攻方向，探索智慧教室环境下的信息技术与课程融合势必会成为未来教育信息化工作者的使命与任务。教育信息化工作者就需要考虑在这样的智慧教室环境下如何进行教学，并设计出适合智慧教室环境的教学模式。智慧教室模式需要秉承以学习者为中心的教育理念，充分发挥学习者的主体作用，设计出满足学习者多元化、个性化、智慧化发展需求的教学模式，促进学生对知识的认识理解由单点结构水平向多点结构水平发展，促进学生的深度学习与高阶思维能力的培养。

（二）有效智慧教室实施的评价指标体系构建

智慧教室所具有的智慧教学、学习环境有利于打破传统教育的壁垒，培养21世纪学生所需要的高阶思维能力。以应试教育为导向的传统教育面向结果性评价，更多的为一次性评价。而以素质教育为导向的新型教育则面向过程性评价。而在目前，国内对智慧教室的理论与实践研究处在起步阶段，未构建有关智慧教室的评價指标体系。有效智慧教室的评价指标体系可以从国家层面、省市层面、信息技术产品公司层面、学校层面进行多维度构建，基于智慧教学环境下的用户体验的角度，着重于考量智慧教室的建设是否真正服务于教与学，是否可以为有效教学与学习提供便捷，从而构建一整套有关智慧教室实施的评价指标体系。

（三）智慧教室环境下的教育资源建设及应用

智慧教室可以为学生提供新型时代化教育信息，促进优质资源的共享、使用。优质的学习资源为学习者的学习提供了有力的保障。但是目前优质资源匮乏是我国智慧教室在使用过程中面临的一个重要问题，诸如AR、VR技术在未来智慧教室中的使用等。当前亟待研究和解决的问题便是智慧教室中的教育资源（如智慧教室中资源组织形态、智慧教室中资源管理与应用机制等）的建设和开发。同时，智慧教室环境下如何实现各种教学资源的智能化推送、动态汇聚、有序进化与自适应呈现，如何满足学习者的个性化学习需要，这些问题也都有待进一步的研究和解决。

六、结束语

目前国内各大高校、中小学、社会组织都积极投身到智慧教室的理论研究与实践探索之中，并取得了一定的成果。但是，在实践过程中如何将智慧教室与学校原有资源相结合？如何正确在中小学积极推进智慧教室而不落入只对学生进行低端技术培养的模式中？这些都是智慧教室在发展过程中不可回避的难题，需要我们去积极思考并提出建设性应对策略。

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（责任编辑 杜丹丹）

Abstract： As a "derivative product" of smart planet，smart classroom is known to the public through its smart teaching environment.This study uses the bibliographic co-occurrence analysis system Bicomb 2.0 to extract the high-frequency key words from related domestic maker education articles and conduct word frequency analysis to construct the co-word matrix and the word-text matrix.Besides，we use the social network analysis tool Netdraw included in the software Ucinet to draw a high frequency vocabulary co-word network for domestic maker education.Whats more，key words clustering and multidimensional analyses were performed using SPSS.It is found that current research studies mainly focus on three aspects：the theoretical research on the domestic smart classroom，the research and application of related technologies of smart classroom in the multidisciplinary field，and the evaluation and improvement of the classroom teaching of the smart classroom.Hence，future research needs to pay attention to three areas：the innovation of teaching mode in the smart classroom environment，the construction of the evaluation index system for the implementation of effective smart classroom，and the construction and application of educational resources in the smart classroom environment.

Key words： smart classroom；keywords clustering；frequency analysis；co-word matrix；visualization of word network diagram