胡曉燦+丁革建+江惠

【摘要】課堂觀察作為一種重要的教育研究方法，一直以來(lái)得到教師的關(guān)注。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外課堂觀察研究進(jìn)行分析，了解課堂觀察的歷史、發(fā)展以及當(dāng)前的應(yīng)用情況，發(fā)現(xiàn)課堂觀察因操作繁瑣而沒(méi)有充分發(fā)揮應(yīng)有的作用。本文討論了在大數(shù)據(jù)背景下，運(yùn)用技術(shù)來(lái)支持課堂觀察，探討視頻監(jiān)控和模式識(shí)別技術(shù)，機(jī)器學(xué)習(xí)等等在課堂觀察中的應(yīng)用，進(jìn)而探討大數(shù)據(jù)如何支持學(xué)生的成長(zhǎng)和教師的專業(yè)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù)；課堂觀察；機(jī)器學(xué)習(xí)

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

課堂觀察是指通過(guò)觀察對(duì)課堂的運(yùn)行狀況進(jìn)行記錄、分析和研究，并在此基礎(chǔ)上謀求學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的改善、促進(jìn)教師發(fā)展的專業(yè)活動(dòng)。通過(guò)課堂觀察，可以幫助改善學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)和促進(jìn)教師的專業(yè)發(fā)展。

一、傳統(tǒng)的課堂觀察方法

課堂觀察作為一種研究課堂的方法，發(fā)展于20世紀(jì)五六十年代。1950年貝爾思的“互動(dòng)過(guò)程分析”，第一次提出“人際互動(dòng)12類行為編碼”，構(gòu)建了課堂討論互動(dòng)框架，也開(kāi)啟了課堂研究的量化序幕。1960年美國(guó)課堂研究專家弗蘭德斯的“互動(dòng)分類系統(tǒng)”，釆用編碼程序，將課堂師生互動(dòng)情況進(jìn)行系統(tǒng)記錄，然后分析、改進(jìn)教學(xué)。從70年代開(kāi)始，人種志研究等質(zhì)性研究方法開(kāi)始走入課堂觀察。完整的文字描述呈現(xiàn)了課堂全貌，使原本被剝離出來(lái)的課堂事件、課堂行為回歸情境本身，從而研究者利用個(gè)人經(jīng)驗(yàn)可以更好地理解、詮釋課堂。從此，課堂觀察的方法更加豐富，定量和定性的方法相互結(jié)合、相互補(bǔ)充成了課堂觀察發(fā)展的主要趨勢(shì)。

我國(guó)的課堂觀察研究在借鑒國(guó)外研究的基礎(chǔ)上，并通過(guò)對(duì)課堂觀察的深入研究，取得了不小的成就。隨著技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的輔助設(shè)備和器材被用來(lái)幫助教師觀察和分析課堂，基于視頻的課堂觀察越來(lái)越普遍，例如弗蘭德斯分析法等等。這些課堂觀察的方法在一定程度上幫助了教師對(duì)課堂的觀察，但是在整個(gè)過(guò)程中，教師起主要的作用，教師不僅需要觀看視頻，還要對(duì)視頻中的師生行為進(jìn)行分類、編碼，整個(gè)過(guò)程需要消耗大量的人力物力，工作量非常大，這一系列繁瑣的工作使得課堂觀察在平時(shí)沒(méi)有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。因此，我們結(jié)合大數(shù)據(jù)的背景，尋找能夠幫助教師減輕工作量的課堂觀察方法。

二、技術(shù)應(yīng)用于課堂觀察

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，可以幫助教師從技術(shù)層面上使學(xué)生在課堂中的表現(xiàn)得以顯現(xiàn)和量化。學(xué)生在一堂課中的表現(xiàn)，經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)的處理變得可視化，教師也能獲取更多了解學(xué)生的途徑和方法。如果更進(jìn)一步的設(shè)想，不是通過(guò)教師的觀察，而是直接應(yīng)用信息化的技術(shù)對(duì)學(xué)生的行為進(jìn)行記錄，就能夠真正實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的收集與處理，從而實(shí)現(xiàn)與課堂的結(jié)合。通過(guò)對(duì)學(xué)生課堂行為的大數(shù)據(jù)的收集，可以幫助教師了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的感興趣程度以及掌握程度，進(jìn)而反思教師的教學(xué)是否滿足了學(xué)生的需求。

在大數(shù)據(jù)的背景下，我們可以借助視頻監(jiān)控和模式識(shí)別技術(shù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生個(gè)體在整個(gè)課堂中的表現(xiàn)進(jìn)行觀察，了解個(gè)別學(xué)生與其他學(xué)生在課堂中的學(xué)習(xí)行為差異，從而來(lái)尋找學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)行為存在的問(wèn)題。

之前的課堂觀察雖然已經(jīng)采用攝像機(jī)將課堂拍攝下來(lái)，但只是一個(gè)記錄的作用，而現(xiàn)在的攝像機(jī)已經(jīng)包括一系列完整的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并且視頻監(jiān)控系統(tǒng)大多已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景內(nèi)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)或跟蹤，也就是說(shuō)，當(dāng)學(xué)生的行為發(fā)生變化的時(shí)候，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)學(xué)生的行為進(jìn)行檢測(cè)和追蹤。而模式識(shí)別是指對(duì)表征事物或現(xiàn)象的各種形式的（數(shù)值的、文字的和邏輯關(guān)系的）信息進(jìn)行處理和分析，以對(duì)事物或現(xiàn)象進(jìn)行描述、辨認(rèn)、分類和解釋的過(guò)程，是信息科學(xué)和人工智能的重要組成部分。我們可以借助模式識(shí)別對(duì)學(xué)生的行為進(jìn)行量化分析和描述。視頻監(jiān)控系統(tǒng)和模式識(shí)別技術(shù)可以對(duì)不一樣的行為進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和存儲(chǔ)，從而讓老師及時(shí)發(fā)現(xiàn)不一樣的行為，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine Learning， ML）是一門多領(lǐng)域交叉學(xué)科，專門研究計(jì)算機(jī)怎樣模擬或?qū)崿F(xiàn)人類的學(xué)習(xí)行為，以獲取新的知識(shí)或技能，重新組織已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)使之不斷改善自身的性能。它是人工智能的核心，是使計(jì)算機(jī)具有智能的根本途徑，其應(yīng)用遍及人工智能的各個(gè)領(lǐng)域，它主要使用歸納、綜合而不是演繹。借助機(jī)器學(xué)習(xí)，讓計(jì)算機(jī)成為老師進(jìn)行課堂觀察的助手，可以在一定程度上減輕老師的工作量。

可以將課堂觀察分為兩個(gè)階段，第一階段是機(jī)器學(xué)習(xí)的過(guò)程，最終形成一個(gè)機(jī)器識(shí)別系統(tǒng)，來(lái)輔助教師進(jìn)行課堂觀察；第二階段是運(yùn)用機(jī)器識(shí)別系統(tǒng)來(lái)完成學(xué)生課堂學(xué)習(xí)行為的診斷，從而尋找課堂行為與成績(jī)之間的相關(guān)性。

在第一階段，首先對(duì)學(xué)生在課堂中的行為進(jìn)行分類并標(biāo)注，對(duì)不同的行為進(jìn)行編碼。然后隨機(jī)選取n個(gè)學(xué)生作為觀察對(duì)象，對(duì)他們?cè)谡n堂中的行為進(jìn)行實(shí)錄。根據(jù)之前的行為編碼，先對(duì)視頻中的一個(gè)學(xué)生的行為進(jìn)行人工標(biāo)識(shí)，畫出關(guān)于時(shí)間-行為變化的曲線圖，生成行為曲線s；再對(duì)同一個(gè)學(xué)生的行為用機(jī)器標(biāo)識(shí)的方法生成曲線m，然后對(duì)比曲線s和曲線m，如果兩者的差異不在誤差范圍內(nèi)，則不斷改善機(jī)器學(xué)習(xí)的過(guò)程，調(diào)整相關(guān)的變量，直到兩者的差異在誤差范圍內(nèi)，曲線s與m基本符合，就完成機(jī)器學(xué)習(xí)的過(guò)程，從而完成一個(gè)機(jī)器識(shí)別系統(tǒng)。在改善機(jī)器學(xué)習(xí)的過(guò)程中，可以在事先選取的n個(gè)對(duì)象中選擇不同的學(xué)生作為觀察對(duì)象，也可以不斷調(diào)整時(shí)間的選取點(diǎn)，來(lái)提高機(jī)器學(xué)習(xí)的精確度。

第二階段需要借助之前生成的機(jī)器識(shí)別系統(tǒng)，重新選取研究對(duì)象O和參照對(duì)象R，根據(jù)他們?cè)谡n堂中的表現(xiàn)，分別生成行為曲線MO和MR，對(duì)比兩者的行為曲線并尋找差異性，從而生成關(guān)于研究對(duì)象O的診斷報(bào)告，在選取研究對(duì)象與參照對(duì)象前，教師需要對(duì)學(xué)生在本堂課的知識(shí)掌握情況做個(gè)測(cè)試，選取成績(jī)?cè)谥械人降膶W(xué)生作為參照對(duì)象，選取成績(jī)較差或者較好的學(xué)生作為研究對(duì)象，然后結(jié)合診斷報(bào)告與學(xué)生的隨堂測(cè)試成績(jī)，尋找學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)行為與成績(jī)之間的相關(guān)性。

整個(gè)分析過(guò)程一開(kāi)始需要借助人為標(biāo)識(shí)和機(jī)器標(biāo)識(shí)相結(jié)合來(lái)完成，通過(guò)一次次的分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的過(guò)程，最終形成一個(gè)機(jī)器識(shí)別系統(tǒng)，在這過(guò)程中也形成了一系列大數(shù)據(jù)。因此，借助于大數(shù)據(jù)的理念和機(jī)器學(xué)習(xí)等相關(guān)的技術(shù)，整個(gè)課堂觀察的過(guò)程可以讓機(jī)器來(lái)幫助完成，老師只需要查看診斷報(bào)告，結(jié)合學(xué)生的成績(jī)，制定相應(yīng)的改善措施。觀察得到的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行詳細(xì)的記錄并重復(fù)利用，同時(shí)可以鏈接到具體事件，比較不同學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)行為，可以幫助教師了解學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)，進(jìn)而反思自己的教學(xué)實(shí)踐。在這些條件下，老師的工作量會(huì)減少很多，課堂觀察的流程也會(huì)變得更簡(jiǎn)單，可以使老師更容易進(jìn)行課堂觀察。

三、困難與展望

目前，要做到只靠機(jī)器識(shí)別來(lái)對(duì)課堂進(jìn)行觀察與分析，還是存在一定困難的。首先，雖然貝爾思提出了12類人類行為編碼以及之后學(xué)者提出的編碼系供人們參考，但人的行為是復(fù)雜多樣的，并且很多動(dòng)作都很細(xì)微，不容易被發(fā)現(xiàn)，更不容易被機(jī)器識(shí)別。其次，在完善機(jī)器學(xué)習(xí)的過(guò)程中，不可避免會(huì)存在誤差，對(duì)結(jié)果會(huì)有影響。最后，每個(gè)人都有不同的個(gè)性，并且在不同的課學(xué)生的表現(xiàn)不一樣，要尋找適合所有學(xué)生的一個(gè)系統(tǒng)，也將是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。

因此，我們現(xiàn)在需要做的就是尋找合適的工具與方法，運(yùn)用技術(shù)來(lái)幫助收集數(shù)據(jù)和分析學(xué)生在課堂中的表現(xiàn)。在大數(shù)據(jù)的背景下，我們通過(guò)對(duì)課堂中的數(shù)據(jù)的分析，可以了解學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)情況，從而可以判斷他在課堂上進(jìn)行的是有效學(xué)習(xí)還是無(wú)效學(xué)習(xí)。然后將分析結(jié)果與學(xué)生的平時(shí)測(cè)試中的表現(xiàn)相聯(lián)系，可以很容易發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況以及學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題，這對(duì)于教師改善學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)和提高自身的專業(yè)化發(fā)展都能有所幫助。

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作者簡(jiǎn)介：胡曉燦，1992年生，碩士，主要研究信息技術(shù)教育應(yīng)用。

（編輯：龍賢東）