本發(fā)明屬于教育信息化
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種課堂教學交互深度量化分析方法。
背景技術(shù)：
：1979年，Daniel和Marquis將交互與獨立學習作為兩個對立的概念，其中交互是指學生與教師或教育機構(gòu)成員之間的交流。課堂教學中的交互行為作為教學活動開展的基礎，教學交互的水平直接反映了教學的水平，也直接影響到學習的效果。國內(nèi)外比較有影響的課堂交互行為分析方法包括弗蘭德斯互動分析系統(tǒng)(FlandersInteractionAnalysisSystem，F(xiàn)IAS)、言語互動分類系統(tǒng)(VerbalInteractionCategorySystem，VICS)、IIS圖分析法、基于信息技術(shù)的互動分析編碼系統(tǒng)(ITIAS)、改進型弗蘭德斯互動分析系統(tǒng)(iFIAS)、學生-教師(Student-Teacher，S-T)分析等。這些分析方法主要特點是建立行為分類編碼方法，運用統(tǒng)計方法觀測屬性參數(shù)的特征，探究教育特征之間的關(guān)系，但沒有提供完善的課堂教學交互深度量化分析方法。作為上述分析方法的發(fā)展，基于視頻的課堂教學交互行為分析編碼體系，將課堂教學交互行為劃分為“言語—活動”和“教師—學生”兩個維度，并建立16類行為編碼體系，綜合考察行為主體(教師、學生)與行為方式(言語、活動)兩個維度的關(guān)聯(lián)性，通過對行為序列所反映出的行為交互頻度、行為交互持續(xù)時間等因素的統(tǒng)計與分析，間接考察交互主題(學習內(nèi)容)的內(nèi)容復雜性，從而對課堂教學行為的交互深度進行探討，對課堂教學交互深度的量化分析提出新的技術(shù)課題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是依據(jù)基于視頻的課堂教學交互行為分析編碼體系和教學行為數(shù)據(jù)采集方法，通過課堂教學交互行為邏輯結(jié)構(gòu)劃分、課堂教學交互特征參數(shù)計算和課堂教學交互深度值的計算等過程，提出一套新穎的、課堂教學交互深度的量化分析方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種課堂教學交互深度的量化分析方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：課堂教學交互行為邏輯結(jié)構(gòu)劃分；依據(jù)基于視頻的課堂教學交互行為分析編碼體系和數(shù)據(jù)采集標準，采集課堂教學交互行為序列數(shù)據(jù)；結(jié)合教學內(nèi)容的特點，將教學交互行為序列數(shù)據(jù)進行邏輯結(jié)構(gòu)劃分；步驟2：課堂教學交互特征參數(shù)計算；以基本課堂教學單元的教學交互行為熵H和交互系數(shù)I為課堂教學單元的交互行為特征參數(shù)，作為課堂教學交互深度量化分析的核心指標；以基本邏輯結(jié)構(gòu)單元為基礎，對教學交互行為序列數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，通過計算每種教學交互行為的行為占有率和行為持續(xù)時間，確定基本邏輯結(jié)構(gòu)單元的特征參數(shù)；步驟3：課堂教學交互深度值的計算；依據(jù)課堂教學交互的特性，劃分為同一問題交互深度、同一主題交互深度和課堂教學整體交互深度三個層次的交互深度分析，并定義每個層次的交互深度量化統(tǒng)計與分析方法，為不同層次的交互深度值D的計算提供標準。作為優(yōu)選，步驟1的具體實現(xiàn)包括以下子步驟：步驟1.1：依據(jù)基于視頻的課堂教學交互行為分析編碼體系和數(shù)據(jù)采集標準，采集課堂教學交互行為序列數(shù)據(jù)；結(jié)合教學內(nèi)容的特點，將教學交互行為序列數(shù)據(jù)進行邏輯結(jié)構(gòu)劃分；所述結(jié)合教學內(nèi)容的特點將教學交互行為序列數(shù)據(jù)進行邏輯結(jié)構(gòu)劃分，是將課堂教學過程劃分為干個教學階段，每個教學階段由有若干個主題組成，每個主題由多個問題或知識點組成；問題或知識點是構(gòu)成教學交互行為的基本單元，是最小的交互行為邏輯單元結(jié)構(gòu)；步驟1.2：將課堂教學交互行為序列數(shù)據(jù)，以邏輯單元結(jié)構(gòu)為基礎，轉(zhuǎn)化為相對頻率分析，實現(xiàn)參數(shù)無量綱分析；轉(zhuǎn)化公式如下：Fn=tnΣn=116tn]]>其中，F(xiàn)n表示每類教學行為的持續(xù)時間占總的教學行為持續(xù)時間的比率，tn表示每類教學行為的持續(xù)時間(以秒為單位)，n取值范圍是1～16；Fn分布于[0，1]的區(qū)間，且全部類別的教學行為時間分布概率之和為1。作為優(yōu)選，步驟2中基本邏輯結(jié)構(gòu)單元的教學交互行為熵的計算過程為：設某一問題的交互過程中，有n次交互行為發(fā)生，某一次交互行為的持續(xù)時間為ti，交互持續(xù)時間占有率為Pi；則Pi與ti之間存在以下關(guān)系：Pi=tiΣi=1nti;]]>將整個交互過程的行為占有率看作一個概率分布事件，并求出其行為交互熵H：H=-Σi=1nPilog2Pi(n≥1).]]>作為優(yōu)選，步驟2中基本邏輯結(jié)構(gòu)單元的交互系數(shù)I的計算過程為：依據(jù)行為交互出現(xiàn)的先后次序，確定每次行為交互對最終探討出正確答案的貢獻率為Ii，用表示；i表示某一次交互行為；基于每次行為交互的貢獻率，得到針對該問題的交互系數(shù)I；I與每次交互行為的貢獻率之間存在以下關(guān)系：I=Σi=1nIi=1+122+132+...+1n2=Σi=1n1i2]]>其中n表示發(fā)生行為交互的次數(shù)；當只有一次交互發(fā)生時，交互系數(shù)最小，為1；當有n次交互發(fā)生時，可對I求極限，為π2/6；因此，I的有效取值范圍為[1，π2/6)。作為優(yōu)選，步驟3中同一問題交互深度值D，通過交互系數(shù)I和交互行為熵H的值計算得出：D＝I*H。作為優(yōu)選，步驟3中同一主題交互深度值D’的計算，首先假設課堂教學中圍繞某一主題展開交互，圍繞該主題進行n個子問題的討論，最終完成了該主題問題的探討；每個子問題的交互行為的持續(xù)時間為ti’，交互持續(xù)時間占有率為Ti’，對該主題學習的容易度貢獻率為Si，用表示，即i表示某一次交互行為；基于每個問題的貢獻率，得到針對該主題的容易度系數(shù)S，且S與每個問題的貢獻率Si之間存在以下關(guān)系：取容易度系數(shù)的倒數(shù)作為難度系數(shù)C，即則C的取值范圍為[1，+∞)；則該主題的交互深度值D’，與難度系數(shù)成正比，與每個子問題的交互深度Di及該問題的行為持續(xù)時間占有率Ti’的關(guān)系如下：D′=C*Σi=1n(Di*Ti′)=Σi=1n(Di*Ti′)S.]]>作為優(yōu)選，步驟3中課堂教學整體交互深度值D*的計算，首先設一節(jié)課的課堂教學由m個階段組成，每個階段有n個主題；每個主題所占時間比率為TSi，其對應的交互深度為DSi；每個階段所占時間比率作為系數(shù)TPi，其相應的交互深度為DPi，則整節(jié)課的交互深度D*為：D*=Σi=1mTPi*DPi=Σi=1m(TPi*Σi=1m(TSi*DSi)).]]>本發(fā)明實現(xiàn)課堂教學交互深度的計算，很好的解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。附圖說明圖1：本發(fā)明實施例的課堂教學交互行為邏輯結(jié)構(gòu)示意圖；圖2：本發(fā)明實施例的一個問題(知識點)行為交互過程示意圖；圖3：本發(fā)明實施例的一個主題的課堂教學過程結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明提供的一種課堂教學交互深度量化分析方法，包括以下步驟：步驟1：課堂教學交互行為邏輯結(jié)構(gòu)劃分；1)劃分邏輯結(jié)構(gòu)。依據(jù)基于視頻的課堂教學交互行為分析編碼體系和數(shù)據(jù)采集標準，采集課堂教學交互行為序列數(shù)據(jù)；結(jié)合教學內(nèi)容的特點，將教學交互行為序列數(shù)據(jù)進行邏輯結(jié)構(gòu)劃分。如圖1，一節(jié)課的課堂教學過程可以劃分為若干個教學階段(教學環(huán)節(jié))，每個教學階段可能由有多個主題組成，每個主題又可能由多個問題或知識點組成，問題(或知識點)是構(gòu)成教學交互行為的基本單元，是最小的交互行為邏輯單元結(jié)構(gòu)。圖2給出了針對一個問題(知識點)的教學行為交互過程，首先由教師根據(jù)教學需要進行提問，然后由第一個學生開始進行應答，接著第二個學生根據(jù)前面的應答進行二次應答，再由下一個學生進行三次應答……當?shù)降趎學生應答接近于正確答案，可以停止應答。在這一交互過程中，教師可以對學生的應答進行反饋或引導，學生與學生之間也可以進行交流，教師也可以根據(jù)實際教學需要選擇終止應答時間。2)相對頻率分析。為了便于課堂教學交互深度量化分析，將課堂教學行為類型的采集的行為數(shù)據(jù)序列，以邏輯單元結(jié)構(gòu)為基礎，轉(zhuǎn)化為相對頻率分析，實現(xiàn)參數(shù)無量綱分析。具體統(tǒng)計方法采用時間累積的方法進行統(tǒng)計，即將每類教學行為的持續(xù)時間進行統(tǒng)計累加，作為該類教學行為的原始統(tǒng)計數(shù)據(jù)(以秒為單位)，基本方式如下：Fn=tnΣn=116tn;]]>其中，F(xiàn)n表示每類教學行為的持續(xù)時間占總的教學行為持續(xù)時間的比率，t表示每類教學行為的持續(xù)時間(以秒為單位)，n取值范圍是1～16；Fn分布于[0，1]的區(qū)間，且全部類別的教學行為時間分布概率之和為1。通過統(tǒng)計得到每類教學行為的累積時間后，可以對數(shù)據(jù)進行標準化處理，得到教學行為持續(xù)時間的時間概率分布情況。其基本方式是每類行為的累積時間除以整個課堂教學行為的持續(xù)時間，標準化處理后的數(shù)據(jù)分布于[0，1]的區(qū)間，且全部類別的教學行為時間分布概率之和為1。步驟2：課堂教學交互特征參數(shù)計算；以基本課堂教學單元的教學交互行為熵H和交互系數(shù)I為課堂教學單元的交互行為特征參數(shù)，作為課堂教學交互深度量化分析的核心指標。以基本邏輯結(jié)構(gòu)單元為基礎，對教學交互行為序列數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，通過計算每種教學交互行為的行為占有率和行為持續(xù)時間，確定基本邏輯結(jié)構(gòu)單元的特征參數(shù)。若教學內(nèi)容只需一次交互完成，則教學內(nèi)容的不確定性就?。恍枰换サ拇螖?shù)越多，則內(nèi)容的不確定性就越大。綜合考察交互頻次、交互時間與交互內(nèi)容的不確定關(guān)系，每次交互對交互深度的貢獻以一次交互為基礎，貢獻值和效果由后面的交互情況所決定。1)基本單元的教學交互行為熵的計算；為了更加科學地表示出交互深度，便于對不同問題間的交互深入進行比較，需要考慮行為交互過程中的時間因素帶來的影響。設某一問題的交互過程中，有n次交互行為發(fā)生，某一次交互行為的持續(xù)時間為ti，交互持續(xù)時間占有率為Pi。若將針對該問題的整個行為交互過程看作一個整體，則Pi與ti之間存在以下關(guān)系：Pi=tiΣi=1nti;]]>將整個交互過程的行為占有率看作一個概率分布事件，并求出其行為交互熵H：H=-Σi=1nPilog2Pi(n≥1);]]>2)基本單元的交互系數(shù)的計算；如果把針對某一問題(知識點)的行為交互過程看作為探究正確答案的過程，那么，在這一過程中，所有交互對于最終探討出正確答案來說都有貢獻，包括所有學生的應答(不論是正確的應答還是錯誤的應答)、教師的引導或反饋等。依據(jù)行為交互出現(xiàn)的先后次序，確定每次行為交互對最終探討出正確答案的貢獻率為Ii，用表示。基于每次行為交互的貢獻率，可得到針對該問題的交互系數(shù)I，則I與每次交互行為的貢獻率之間存在以下關(guān)系：I=Σi=1nIi=1+122+132+...+1n2=Σi=1n1i2;]]>根據(jù)行為交互次數(shù)可以確定交互系數(shù)I的取值。當只有一次交互發(fā)生時，交互系數(shù)最小，為1；當有n次交互發(fā)生時，可對I求極限，為π2/6。因此，I的有效取值范圍為[1，π2/6)。步驟3：課堂教學交互深度值的計算；依據(jù)課堂教學交互的特性，劃分為同一問題交互深度、同一主題交互深度和課堂教學整體交互深度三個層次的交互深度分析，并定義每個層次的交互深度量化統(tǒng)計與分析方法，為不同層次的交互深度值D的計算提供標準。1)同一問題交互深度值的計算針對同一問題的交互深度值D，可直接通過交互系數(shù)I和交互行為熵H的值得出：D＝I*H；D的值即為針對該問題的交互深度值，通過該數(shù)值可以反映問題的交互深度，并可對不同問題間的交互情況進行比較。2)同一主題交互深度值的計算是指針對一個話題進行探討，交互過程中可能涉及多個小問題的探討，當由一個問題轉(zhuǎn)向另一個問題時，稱作一次交互轉(zhuǎn)移。經(jīng)過多步交互轉(zhuǎn)移，交互越來越深入，越接近于最終目標；交互轉(zhuǎn)移的次數(shù)越多，說明初始目標到達最終目標的概率越低，主題內(nèi)容的難度越大，需要更加深入的交互才能達到學習目標。假設課堂教學中圍繞某一主題展開交互，圍繞該主題進行n個子問題的討論，最終完成了該主題問題的探討。每個子問題的交互行為的持續(xù)時間為ti’，交互持續(xù)時間占有率為Ti’，對該主題學習的容易度貢獻率為Si，用表示，即基于每個問題的貢獻率，可得到針對該主題的容易度系數(shù)S，且S與每個問題的貢獻率Si之間存在以下關(guān)系：當該主題只有一個問題時，容易度系數(shù)取得最大值，為1；當有n個問題時，容易度系數(shù)為一個接近于0的正數(shù)，即容易度系數(shù)的取值范圍為(0,1]。我們?nèi)∪菀锥认禂?shù)的倒數(shù)作為難度系數(shù)C，即則C的取值范圍為[1，+∞)。越復雜的主題或問題，難度系數(shù)越高，需要通過更加深入的行為交互才能獲得更有效的教學。因此，針對該主題的交互深度D’，與難度系數(shù)成正比，與每個子問題的交互深度Di及該問題的行為持續(xù)時間占有率Ti’的關(guān)系如下：D′=C*Σi=1n(Di*Ti′)=Σi=1n(Di*Ti′)S;]]>圖3給出了針對一個主題的課堂教學過程結(jié)構(gòu)示意圖，該課堂教學片斷圍繞著一個主題，從割地、賠款、開放通商口岸、獲得特權(quán)四個方面，通過問題引導，師生之間通過多次交互，完成該教學內(nèi)容的學習?；谒懻搯栴}的內(nèi)容差異，該教學片斷可以明顯的分為四個部分。在問題1的教學序列中，第1個行為為教師提問，第2～9個行為為交互行為；行為持續(xù)時間共45秒，減去教師提問所耗的時間18秒，行為交互時間共27秒，如表1所示。表1問題1的教學行為數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況行為序號123456789行為類別264646464持續(xù)時間1832334534所占比率—1/92/271/91/94/275/271/94/27交互系數(shù)I：I=Σi=1nIi=Σi=181i2=1.5274;]]>交互行為熵H：H=-Σi=18pilog2pi=2.9538;]]>由交互深度計算公式可得出問題1的交互深度值D為：D＝I*H＝1.5274*2.9538＝4.5116；同理，我們可以分別求出問題2、3、4的交互深度值，分別為5.8939、4.6665、4.1406。依據(jù)教學行為序列的基本數(shù)據(jù)，可以統(tǒng)計出四個問題整體持續(xù)時間分布情況，如表2所示。表2四個問題整體持續(xù)時間分布情況問題1234持續(xù)時間(S)45987491所占比率45/3087/2237/15491/308依據(jù)上述數(shù)據(jù)，可計算出四個問題的平均交互深度數(shù)值：Σi=1n(Di*Ti′)=4.5116*45308+5.8939*722+4.6665*37154+4.1406*91308=4.8790;]]>該主題由四個子問題構(gòu)成，因此n＝4，則難度系數(shù)C的值為：C=1S=(n-1)nnnn-1=384127;]]>由同一主題的交互深度計算公式可得，該主題的整體交互深度值D′：D′=C*Σi=14(Di*Ti′)=14.7523;]]>也即，針對這一主題的教學活動開展過程中，整體的交互深度值為14.7523。3)課堂教學整體交互深度值的計算要得到整節(jié)課的行為交互深度，要先求出每個階段的交互深度；要求每個階段的交互深度，需要先求出每個主題的交互深度；每個主題的交互深度又由具體的問題或知識點的交互深度所決定。設一節(jié)課的課堂教學由m個階段組成，每個階段有n個主題。每個主題所占時間比率為TSi，其對應的交互深度為DSi；每個階段所占時間比率作為系數(shù)TPi，其相應的交互深度為DPi，則整節(jié)課的交互深度D*為：D*=Σi=1mTPi*DPi=Σi=1m(TPi*Σi=1m(TSi*DSi))]]>因此，通過逐步計算各個主題、各個階段的行為交互深度情況，可間接得到整節(jié)課的課堂教學行為交互深度情況，可為整節(jié)課的課堂教學行為交互深度的探討提供參考。應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應以所附權(quán)利要求為準。當前第1頁1 2 3