学生合作问题解决过程中的教师注意——基于15位职前数学教师的眼动研究

李让美，郭 衎，曹一鸣

学生合作问题解决过程中的教师注意——基于15位职前数学教师的眼动研究

李让美，郭 衎，曹一鸣

（北京师范大学 数学科学学院，北京 100875）

小组合作学习过程中教师的角色定位一直困扰着理论与实践工作者，相应的实证研究也比较匮乏．而教师注意是教师回应学生表现、发挥指导作用的重要前提．研究通过分析职前数学教师注意合作问题解决过程的眼动数据，并结合个人访谈，探索了职前数学教师对合作问题解决过程的注意特点．结果发现：职前教师习惯以学习者视角注意小组解题思路，容易关注频繁发言、善于表现的学生，忽略参与程度低、注意力不集中的成员，并且倾向于对注意到的内容提供简单描述或初步解释．

合作问题解决；教师注意；眼动技术；职前教师

21世纪以来，随着社会经济和科学技术的迅猛发展，人们的生活方式正在不断变革，合作问题解决能力已经成为公民参与未来社会生活不可或缺的基本素养之一[1]．新颁布的PISA2021数学测评框架也更加关注学生作为数学问题解决者去解决具有真实情境问题的能力[2]，并将交流视为遴选出的8项“21世纪技能”之一[3]．为适应未来社会竞争，中国基础教育数学课程改革越来越重视培养学生的合作问题解决能力，但在逐渐开展小组合作学习方式的一线课堂上常常出现徒有其表、流于形式的现象，许多教师认为只要以小组的形式进行学习，布置学习任务要求小组讨论，放任不管，学生自然就会合作[4]．事实上，在小组合作过程中，两极分化明显，一部分成员积极主动参与，另一部分成员乘机开小差或被动边缘化的低效合作现象普遍存在．这样的合作过程无法真正发挥小组合作优势．面对低质量的合作现状，数学教师如何更好地发挥促进者、指导者的作用存在诸多挑战．特别是即将踏入工作岗位的职前数学教师，他们普遍缺乏实践性知识，大多数仅在大学期间学习了教育学、心理学等理论知识，而这种理论知识是一种间接的、外在的经验[5]，将它付诸实践，绝非易事[6]．

已有研究表明教师对合作过程的有效指导可以促进小组活动的顺利开展[7]，并且教师注意是教师正确回应学生表现的重要前提[8]．在数学教学中，对学生的谈话和手势的注意可以帮助教师更好地解释学生如何互动，从而做出更有意义的决定，提升小组合作质量[9]．因此，教师注意是数学教学专业知识的重要组成部分，更好地理解职前教师的注意特点，可以帮助他们更快地生成教学实践知识，促进职前教师适应数学课堂，同时也能提供新手教师注意特征可能存在的相似问题，帮助他们提高数学课堂教学质量．这里将教师注意限定为教师对课堂活动的识别，以及如何进一步理解和解释这些特定事件[8，10]．有学者指出教师的注意能力与他们的课堂教学经验息息相关，经验型教师对学生的关注更均匀，对课堂有更全面的观察[11]．而教师如何分析自己注意到的对象和注意到什么对象同样重要[10]．将专家、新手以及职前教师对课堂教学情况的评论按照描述、解释、评价、结论和建议5类性质进行划分，发现专家教师能够更加深入地监控、理解课堂环境中发生的事情，并根据以往经验做出进一步解释和评价[12]．

目前国际上关于教师注意的研究已经成为热门话题，也取得了一些进展，但针对合作过程的教师注意研究较少．而国内关于课堂合作学习的研究大多从宏观角度展开理性思辨，侧重于讨论合作学习的问题、策略及教学模式等内容，缺乏微观化、定量化的实证分析．因此研究者将聚焦于合作问题解决视角，利用为研究注意提供每时每刻注视信息的眼动技术，试图解决如下问题：（1）职前教师在面对不同参与程度的学生时倾向于注意什么？（2）职前教师会如何分析自己注意到的内容？从而了解职前教师观察合作问题解决过程的注意特点，为提升职前教师及新手教师的注意技能、发展他们的数学教学专业知识提供理论依据．

1 方法

1.1 实验对象

为了了解职前教师对合作问题解决过程的注意特点，研究对象选自北京市两所师范大学数学教育方向在读的本科生和硕士生，他们均是即将踏入中学数学教学工作岗位的在校学生，还没有获得直接的教学经验．职前教师共15位（男生3人，女生12人），其中包含5位一年级硕士生，10位大三师范生．所有被试的视力正常或矫正视力正常，无眼部疾病．

1.2 实验材料

研究所用的材料包括一段小组合作视频和一份访谈提纲．视频来源于“澳中数学课堂中合作问题解决关键社会因素研究”项目，其内容是4位刚进入七年级的学生合作完成一个关于“塔的问题”的任务，塔由48块积木构成，宽2块，长3块，高8块，外部全刷漆成红色，拆掉之后，要求学生回答出被涂不同面数的积木数量，最终解决此任务所用时长为10分34秒．该小组采取了异质分组的形式，包含两位男生和两位女生，其中两位男生学习成绩中等，一位女生学习优异，另一位女生则是数学成绩不及格的学困生．视频画质清晰，声音明亮，小组4人均一直出现在录像中，没有授课教师或班级学生挡住摄像头的片段．

1.3 实验仪器

研究所需的仪器包括：一台型号为Tobii Pro X3-120的眼动仪，采样率是120 Hz，用来记录被试每时每刻的眼动信息，在实验过程中允许被试在头动范围内转动头部，配套的数据分析软件是Tobii Pro Lab；一台笔记本电脑，用来安装眼动仪，播放小组视频；还有一支录音笔，用于记录被试接受访谈的语音过程．

1.4 实验过程

当被试到达实验现场时，首先让被试熟悉4人小组合作任务“塔的问题”，并给出正确解答．接着在正式实验开始之前，给被试介绍整个实验流程和注意事项，引导被试坐在距离眼动仪60 cm左右的椅子上，为被试进行眼动仪校准．当校准结果符合要求后，让被试观看4人小组合作视频，记录眼动数据．最后，待视频播放结束后对被试进行个人访谈．

1.5 数据分析

先将整个合作问题解决过程大致分为分析题目和解决问题两个阶段，分析题目是小组成员弄清已知条件和待解决的问题，接着展开问题解决过程．而在探讨如何从已知条件到所求的问题解决过程中，小组成员参与程度差异较大．于是根据组内成员的不同参与程度，挑选出4人参与、3人参与和2人参与的片段，将组员出现注意力不集中、开小差等游离于活动之外的行为视为未参与，比如眼神飘忽不定、东张西望，一直玩弄桌上其它工具等，需要注意的是研究中将没有言语互动，但眼神一直跟随说话者移动或记笔记等与问题解决相关的认知行为视为参与．共挑选出4个片段，基本情况如表1所示．

表1 片段类型说明

接着，在对不同片段类型进行眼动数据分析之前，定义了研究所需的4个大小相同的椭圆兴趣区（见图1），每个兴趣区分别代表4人小组合作中的每位学生，从左往右依次称为boy1、boy2、girl1、girl2．该研究采用的眼动指标是职前教师对不同兴趣区的总注视时间．实验数据采用SPSS进行分析，对不同片段、不同兴趣区的注视时间进行方差分析．

图1 4个兴趣区划分情况

最后，确定了访谈数据分析的维度．研究者在参考Sabers（1991）的观点基础上[12]，结合具体的访谈结果，从描述、解释、评价、建议4个类别对教师如何分析自己的注意内容进行划分，具体定义为：描述是叙述看到的对象；解释是说明事件背后可能的原因；评价是做出判断并提供依据；而建议是提出恰当的指导策略．

2 结果

2.1 对整个合作过程的注意分配

整个合作过程中职前教师对不同兴趣区的注视时间如图2所示．

图2 整个合作过程中职前教师对不同兴趣区的注视时间

从整个合作问题解决过程来看，boy1和girl2属于主导者，控制小组合作的进度，掌握了话语权，boy2从最初的积极参与逐渐转变为零参与，girl1试图参与却没有发言机会，相比之下，这两位学生的话语量明显少了很多．此时，统计结果显示，不同兴趣区的主效应显著，(3, 42)=17.27，<0.01，说明职前教师对4位学生的注视时间有显著差异．

并且事后多重比较发现：职前教师对话语量多的boy1和girl2这两位学生的注视时间（boy1=82.18，girl2=77.342）显著多于其余两人boy2和girl1（boy2=43.99，girl1=47.24），<0.05，其余差异均不显著．由此可见，职前教师观察整个合作过程时，更容易注意积极发表意见、推动合作进程的主要参与成员boy1和girl2，忽略话语量少或出现问题行为的边缘参与学生boy2和girl1．

2.2 对不同片段类型的注意分配

对职前教师观察4个不同片段的注意时间进行方差分析，统计结果表明：兴趣区的主效应显著，(3, 42)=14.82，<0.01，说明不同兴趣区的注视时间存在显著差异；并且片段类型与兴趣区之间的交互作用也显著，(9, 126)=13.34，<0.01，说明对不同兴趣区的注视时间差异受到片段类型的影响．于是在片段类型的各个水平上，对不同兴趣区之间的差异进行简单效应检验，以此来考察每个片段类型中职前教师对不同兴趣区的注视时间差异（具体见表2和图3）．

表2 不同片段中职前教师对4个兴趣区的注视时间差异

注：1. 表中数据以“均值（标准差）”形式呈现，其中均值单位为秒；2. 同一行中，含有不同下标字母的平均值在0.05水平上有显著差异．

图3 不同片段类型中职前教师对4个兴趣区的注视时间差异

2.2.1 4人分析问题

在片段1“4人分析问题”过程中，boy2率先提出了解决该问题的可能路径，并主动说出了猜想的答案，而其余3人一直停留在题目的阅读上．此时，从统计分析结果来看，职前教师对boy2的注视时间最长（如表2所示，boy2=6.10），并且显著多于其他3位学生boy1、girl1和girl2，<0.01．因此对于4人分析题目、弄清问题的阶段，职前教师的注意显著不均匀，具体表现为：对提及解题思路的学生boy2的注视时间显著多于其他3人，而对剩余3人的注视时间无显著差异．

2.2.2 4人参与问题解决

在片段2“4人参与问题解决”过程中，boy1、girl1和girl2这3位成员之间均有言语互动，而boy2虽然表达了正确的想法，但基本处于自言自语的状态．此时，统计结果发现：职前教师对boy2的注视时间最短（如表2所示，boy2=1.53），并且显著少于其他3人boy1、girl1和girl2，<0.05；其余均无显著差异．也就是说，当4位学生均参与了问题解决，但其个人言语表现仍有区别时，职前教师对他们的注意时间分配也有差异，体现为更容易忽略丧失话语权的学生boy2．

2.2.3 3人参与问题解决

在片段3“3人参与问题解决”过程中，boy1和girl2两人在互相频繁地交换各自想法，建立相互理解，达成共识，girl1无法参与到其讨论中，尝试独自思考，而boy2已经完全脱离小组合作，处于持续开小差的状态．此时，从表2可以发现：职前教师对boy1的注视时间（boy1=4.27）显著多于boy2和girl1，<0.001；对girl2的注视时间（girl2=2.81）显著多于boy2和girl1，<0.05．因此在这个阶段，职前教师表现出：将更多的注意力放在积极发言、有持续互动的学生boy1和girl2身上，对开小差的学生boy2和没有话语量的学生girl1的关注较少．

2.2.4 两人参与问题解决

在片段4“2人参与问题解决”过程中，boy1主动回应girl2提出的问题，给出了详细解释，其余两人已经放弃该任务、开始翻看下一任务．此时，职前教师对boy1的注视时间显著多于girl2，<0.05．也就是说，即便在只有两人进行话语互动的阶段，职前教师依然呈现出对话语量多的学生boy1注视时间显著多于话语量较少的学生girl1．

2.3 访谈结果

另外，对这些职前教师进行了简单访谈，要求所有被试尽可能详细地回答一个问题：“请您分析一下这个小组的合作过程．”在转录完所有职前教师分享的观点之后，从描述、解释、评价、建议这4个类别分析统计了每位职前教师的回答内容，结果如表3所示．

表3 职前教师对合作过程的分析类别所占百分比及典型案例呈现

从表3可以看出：接近一半的职前教师只表面描述了他们的参与情况或问题解决过程，并且从具体的访谈结果来看，几乎每个人都提到了整个合作过程中基本只有两人参与；也有三分之一的职前教师会解释、猜测学生行为背后可能的原因；而能够根据学生表现给出主观评价，并提供证据的职前教师只有20%．也就是说，绝大部分职前教师只能根据所看到的内容进行简单叙述，或适当给出可能的解释，不会对注意到的内容赋予意义，提供解释性的评价，甚至在评价的基础上，将这些事件和实践经验建立联系，提出可解决的教学方案．

3 讨论

3.1 职前教师倾向于关注与解题思路相关的对象

在4人分析问题的片段中，职前教师对不同兴趣区的注视时间有显著差异，具体表现为：对boy2的注视时间显著多于其他3位学生，而其余均无显著差异．事实上，对这个片段进行语音转录后会发现：boy2是唯一一位提出解题方向，并直接给出自己猜想的学生，他说：“高，先看高吧，所有高的方形都是涂了2面？4面？”而其余3人均只在口头读题，分析题目含义，例如一共多少块积木，长是几块，高是几块．虽然boy2提出的猜想不一定正确，但职前教师选择更多地注意他，这说明他们倾向于关注与解题思路、任务结果相关的对象，同时忽略其他组员的表现．这些职前教师均经历了从小、初、高到大学的数学学习过程，但还没有获得较多真实数学课堂上的教学经验．这些数学学习经历使得他们习惯作为数学学习者关注整个讨论过程，而非作为教师更广泛、细致地深入观察合作过程以及问题解决过程．他们会带入学习者的身份，考虑这个数学问题应该怎么思考、如何快速做出解答，从而更加倾向观察提出解题思路的小组成员．

从生活史的角度来看，数学师范生实践性知识的构成要素主要包括学习经历、作为准教师的实践经验、经历的关键事件等[6]．大部分数学师范生提到，在教育实习期间总是习惯把现在的学生与自己学生时代的情况相比较，有时会期望学生有相似的行为，并且习惯以学生的角色去思考教学内容，而不是站在教师的角度思考怎么教[13]．而帮助他们顺利完成从学生到教师的角色转换最直接的方式则是参与到教学实践中，不断积累实践知识[5]．因此教师教育教学实践的积累在转换职前教师角色上起着关键作用．

3.2 职前教师倾向于注意频繁发言和善于表现的学生

无论是4人参与问题解决、3人参与问题解决还是2人参与问题解决过程，职前教师更容易将自己的注意力集中在说话多的学生身上，更多地注意到形式、表象．在4人参与问题解决的片段中，boy2有自己的见解，说出了想法，但表达的声音较小，且没有其他组内成员回应他．眼动数据分析表明，职前教师对boy2的注视时间显著少于其他3位学生．在3人参与问题解决的片段中，boy2已经放弃了参与小组讨论，一直低头玩桌上的计算器．而girl1拿着笔在自己的稿纸上认真记录，并偶尔细看桌上的木块，努力参与到问题解决中．只有boy1和girl2有持续的言语互动．统计分析结果指出，职前教师对boy1、girl2的注视时间均显著多于boy2和girl1．当只有boy1和girl2参与问题解决时，职前教师对boy1的注视时间显著多于girl2，其中boy1的话语量明显多于girl1．因此，针对不同参与程度的各个合作片段，职前教师在能清晰听到说话者内容的前提下，均表现出更倾向于注意频繁发言、善于表现的学生，对于那些沉默寡言、甚至出现问题行为、游离于活动之外的学生关注较少．并且在整个合作过程中，boy1和girl2属于主导者，绝大部分的互动交流在两人之间展开．职前教师对boy1的注视时间显著多于boy2和girl1，对girl2的注视时间显著多于boy2、girl1，这也印证了前述观点．因此缺乏教学经验的职前教师会更加关注确实注意到的表面信息，忽略其它重要的隐性特征，不会意识到课堂上还有许多值得关注的内容．

事实上，合作学习过程包括合作行为和认知行为，前者是方式、后者是内核，两者通过学生之间的互动并行交织在一起[14]．社会互赖理论指出只有积极互赖（合作）才能产生积极互动，个体之间相互鼓励，促进彼此学习[15]．而研究中的小组合作在后续阶段已经出现了部分无互赖的现象，如boy2从最开始的积极参与、到偶尔参与、再到完全不参与，因此没能完全发挥相互交流形成最佳问题解决思路的合作优势．为什么一个小组会从积极参与逐渐转变为局部讨论、边缘参与？有学者指出安全感是小组合作学习成为可能的重要条件，而安全感来自于信任，只有确信其他人在以尊重的态度倾听自己时，人们才会说出自己的想法和思维过程[16]．但当该小组中的boy2表达自己观点时，没有队员提供恰当回应，并且一再被他人打断；girl1则试图想要参与到boy1和girl2的讨论中，却没有得到机会．当小组成员安全感缺失、长时间游离于活动之外时，教师应作为小组合作学习的调控者和促进者，适时鼓励他们积极参与，实现组内充分合作，提升问题解决效率，让小组成员学有所获．

3.3 职前教师倾向于简单描述看到的现象

通过对职前教师的访谈结果进行类别分析，发现几乎一半的职前教师只是简单陈述所看到的对象，没有细致分析和解释．他们会大致叙述小组成员的参与情况，“只有两个人在主导整个讨论，另外两个人参与感较少，也没有跟随他们，基本不说话”，“他们两人全程都在激烈讨论”；也有职前教师叙述问题解决过程，“他们在讨论的时候特别乱，一会儿讨论一面被涂的，一会儿讨论4面被涂的”，“她一直想表达自己的观点，但自己思路又没有理清，说出来之后，别的人还没反应过来，就立刻否定自己不对”．也有33%左右的职前教师会试图解释自己看到的内容．他们会分析成员行为背后的原因，例如，“中间那个男生一开始是想要说话的，但后来发现插不进去话，就不想讨论了”；“主导的那位女生思路不是特别清晰，前期没有审题清楚，没看见底面也会被漆成红色”；“可能他在这个过程中不是那种想要占有发言权的人，可能比较喜欢倾听，其他两个同学就是比较喜欢抒发自己意见、主动交流”．而在这15位职前教师中，做出判断、评价小组表现，并给出证据支撑自己观点的只有3位，且没有一位职前教师提出了恰当方案或指导策略．有职前教师认为比较沉默的女生是属于不主动、但在积极思考的学生，因为“她伸手想试图摆动桌上的木块，但发现旁边的男生去碰木块了，所以就放弃了”，也有职前教师认为这个小组是有空间想象能力的，“后来旁边有位同学说整个木块全都要涂上，基本就提了一句，他们就很快说出被涂3面的木块有8个，说明他们的这种想象能力是存在的”．

这样的研究结果进一步推广了已有研究结论．即便在观察4人合作问题解决的过程中，职前教师也会表现出与常规课堂类似地更倾向于简单陈述看到的内容，一步一步讲述发生的事情[12]．并且较少尝试对所看到的内容进行猜测、寻找事件背后的原因和意义，并推断学生行为和具体情境之间的关系[17]．职前教师没有实际教学经验，使得他们没有针对具体课堂事件的丰富知识储备，因此不能更好地利用这些知识来理解和解释具体现象，更无从谈起可能的解决策略，他们最多只是凭借自己的学习经验对学生表现进行大胆猜测或简单评价．

4 结论与建议

在日益全球化的经济背景下，合作问题解决能力尤为重要，也是中国发展学生核心素养、培养创新实践人才的重要途径．而一线教师在培养学生合作问题解决能力方面发挥的重要作用不容忽视．研究中通过让15位职前教师在实验环境下观看一个小组合作问题解决视频，利用眼动技术并结合个人访谈，探索了职前教师对合作问题解决过程的注意分配特征，发现了一些与新手教师注意常规课堂类似的特征，并针对性地给出了一些建议．

（1）职前教师更倾向于关注与解题思路、任务结果相关的对象，说明他们习惯以学习者的视角观察学生的课堂表现，关注问题解决结果．而这样很难向职前教师提供有关专家教师如何思考以及思考什么的知识[18]，职前教师的学生角色过渡为教师角色还需要教学实践经验的积累．当面对一个复杂、多个事件同时发生的教学场景，教师不会关注视觉感知到的所有事情，所以需要教师正确评估当时情形，决定什么是有意义的、重要的[19]．在小组合作解决问题的过程中，教师不能只将自己的目光停留在问题解决或合作结果上．为了杜绝个别代表小组的现象发生，教师还应以指导者的视角，关注具体的合作过程以及成员的参与情况，等等．

（2）职前教师的注意更容易被频繁发言、善于表现的学生支配，对参与度低、游离于讨论之外的学生关注不够．专家和新手之间的区别在于对所关注内容的选择是根据具体情况需要进行调整的[20]．因此，合理区分课堂环境中有意义的特征对提升教师注意技能，帮助教师正确指导发挥着重要作用．而事实上，就合作问题解决过程本质而言，不仅强调学生对任务本身的认知互动、提取信息、探索理解，也需要团队成员之间的社会互动，通过彼此交流，建立相互理解，并达成共识．在合作过程中无论是建立双方的共同理解、对话管理，还是任务分工、汇集信息、达成共识等，都需要双方实现积极、富有成效的互动[21]．因此，小组成员的充分参与和有效互动对提升小组合作质量有显著作用，教师需注意那些游离于小组活动之外、或长时间保持沉默甚至开小差的学生，寻找学生行为背后的原因，给予及时鼓励，调动他们的积极性，让他们意识到自己是小组的一部分，可以为小组发挥作用，然后重新回归到小组的问题解决过程中．

（3）职前教师会对发生的事情形成总体印象，提供简单描述或初步解释的评论，而不像专家教师能够更系统、广泛、深入地注意全局，解释他们所描述的事件和行为，并对其含义做出结论和评价判断，提供已有教学经验中可能的解决方案，以减轻不适当的行为，增强学生的参与[12]．教师不能只注意表层，应充分发挥调控者、指导者的作用，注意深度的问题解决过程，寻找学生行为背后的原因，指点学生的思维漏洞，促进合作进程，也为今后小组合作活动的分组、任务分配等提供依据．

需要注意的是，研究中让教师观看一个小组的合作问题解决过程与真实课堂环境中教师面对多个小组的情况差异较大，并且选取的职前教师样本较小，学生合作解决的问题有一定的特殊性，因此可能会限制到研究结论的推广，部分内容还有待进一步研究．

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Teacher Noticing in the Process of Students’ Collaborative Problem Solving——Based on an Eye-Tracking Study of 15 Pre-service Mathematics Teachers

LI Rang-mei, GUO Kan, CAO Yi-ming

(School of Mathematical Sciences, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)

Many researchers and practitioners have been exploring the possible roles of teachers in the process of group collaborative learning. Empirically, there is a need for such investigations to understand teachers’ roles. Teacher noticing is the prerequisite for teachers to respond to students’ performance and guide students’ learning. By analyzing the eye-movement data of preservice teachers while attending to collaborative problem solving as well as interview data, this study explored the characteristics of pre-service teachers’ attention distribution in the process of collaborative problem solving. The results show that pre-service teachers tended to pay attention to problem-solving ideas from the perspective of learners and notice the students who spoke frequently while ignoring students who were in a low level of participation and lacked concentration, and they provided a little description or explanation of the content they attended to.

collaborative problem solving; teacher noticing; eye movement technology; preservice teachers

G451

A

1004–9894（2021）02–0042–06

李让美，郭衎，曹一鸣．学生合作问题解决过程中的教师注意——基于15位职前数学教师的眼动研究[J]．数学教育学报，2021，30（2）：42-47．

2020–11–15

全国教育科学“十三五”规划2018年度课题——中学生合作问题解决中认知互动与社会互动及其关系的实证研究（BHA180157）

李让美（1996—），女，重庆人，硕士生，主要从事数学课堂与教学研究．曹一鸣为本文通讯作者．

[责任编校：周学智、张楠]