基于教學(xué)過程感知的行為計(jì)算

黃榮懷 高博俊 王歡歡 徐晶晶 杜靜

[摘 ? 要] 從教與學(xué)的行為數(shù)據(jù)中洞察教與學(xué)的行為規(guī)律，打破現(xiàn)有的以經(jīng)驗(yàn)為主、人工分析課堂教學(xué)行為，轉(zhuǎn)為以大數(shù)據(jù)為支撐的智能化教學(xué)行為計(jì)算，已成為智能時(shí)代教學(xué)行為分析的重要趨勢。研究從教與學(xué)行為的視角切入，梳理傳統(tǒng)課堂教學(xué)行為分析到廣義學(xué)習(xí)行為分析的歷程，結(jié)合行為計(jì)算，提出教學(xué)行為可計(jì)算的概念，構(gòu)建教學(xué)行為計(jì)算的通用框架，并梳理學(xué)習(xí)者與參與者、學(xué)習(xí)者與環(huán)境、參與者與學(xué)習(xí)成就、學(xué)習(xí)環(huán)境與學(xué)習(xí)成就四個(gè)研究方向。大規(guī)模教學(xué)行為數(shù)據(jù)的獲取、表征、挖掘和呈現(xiàn)，將為實(shí)踐教學(xué)提供指導(dǎo)，助力智能時(shí)代新型教學(xué)模式和教學(xué)過程的構(gòu)建。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)行為; 教學(xué)行為計(jì)算; 智能教育; 教學(xué)過程

[中圖分類號] G434 ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 黃榮懷（1965—），男，湖南益陽人。教授，博士，主要從事智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、教育信息化、協(xié)作學(xué)習(xí)等研究。E-mail：huangrh@bnu.edu.cn。高博俊為通訊作者，E-mail：gaobojun@mail.bnu.edu.cn。

一、引 ? 言

智能技術(shù)的飛速發(fā)展正在潛移默化地改變現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)境、教學(xué)模式和教育制度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臎Q策論證、信服的評判依據(jù)逐漸成為從教育信息化邁向教育現(xiàn)代化的全新訴求[1]。從教與學(xué)的本質(zhì)屬性來看，教師與學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中是相互依存的，教學(xué)永遠(yuǎn)是教和學(xué)的統(tǒng)一活動(dòng)[2]，教和學(xué)的交互需要依賴對雙方行為的客觀判斷，從而使行為數(shù)據(jù)的分析顯得越來越重要。從常規(guī)課堂教學(xué)的過程來看，傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)依賴經(jīng)驗(yàn)本位的主觀判斷進(jìn)行教學(xué)媒體、教學(xué)策略和教學(xué)評價(jià)設(shè)計(jì)，缺乏依據(jù)課堂教與學(xué)的行為數(shù)據(jù)分析而得到的客觀依據(jù)。從拓展的教學(xué)情境看，在線學(xué)習(xí)作為互聯(lián)網(wǎng)與教育融合的重要產(chǎn)物，遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)支持與服務(wù)同樣需要基于對教與學(xué)行為數(shù)據(jù)的分析、診斷、預(yù)測和干預(yù)，從而精準(zhǔn)判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，為教師及時(shí)轉(zhuǎn)變教學(xué)策略以提高在線教育質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支撐。

作為大數(shù)據(jù)分析的重要發(fā)展方向，計(jì)算行為科學(xué)是聯(lián)結(jié)數(shù)據(jù)計(jì)算和教學(xué)行為研究的橋梁。計(jì)算行為科學(xué)與教育結(jié)合為教與學(xué)活動(dòng)分析提供了一種可行路徑，使重構(gòu)和優(yōu)化教學(xué)過程成為可能[3]。由此，數(shù)據(jù)成為撬動(dòng)整個(gè)教育系統(tǒng)變革和教學(xué)過程重構(gòu)的關(guān)鍵因素。隨著信息存儲技術(shù)效率的提高、數(shù)據(jù)傳輸取得的歷史性突破、大規(guī)模并行計(jì)算對數(shù)據(jù)處理速度的提升[4]，教育研究逐漸從經(jīng)驗(yàn)主義走向數(shù)據(jù)密集型的研究。從教與學(xué)的行為數(shù)據(jù)集合中洞察教學(xué)行為規(guī)律，通過教學(xué)行為計(jì)算對課堂教學(xué)行為進(jìn)行深度分析，打破現(xiàn)有以經(jīng)驗(yàn)為主的、傳統(tǒng)的人工分析課堂行為模式，轉(zhuǎn)為以大數(shù)據(jù)為支撐的智能化教學(xué)行為計(jì)算，已成為一種重要的發(fā)展趨勢。

二、教與學(xué)行為研究的歷史演變

較為系統(tǒng)的行為研究始于二十世紀(jì)二三十年代，一批心理學(xué)家（如桑代克、斯金納）從研究動(dòng)物的行為開始，探索行為與結(jié)果之間的聯(lián)系，盡管他們一直在研究人類的行為，但并沒有用客觀的工具來量化人的行為。教育學(xué)研究者雖然熱衷于探索教與學(xué)的行為，但仍難以實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)行為的精準(zhǔn)化識別并給予個(gè)性化的指導(dǎo)。對教與學(xué)行為的研究大致可分為傳統(tǒng)課堂教學(xué)行為分析階段和廣義學(xué)習(xí)行為分析階段。

傳統(tǒng)課堂教學(xué)行為分析階段始于二十世紀(jì)六七十年代。隨著行為研究的不斷深入，教育學(xué)者逐漸關(guān)注教學(xué)過程對學(xué)習(xí)成就的影響，形成一批較有影響力的課堂教學(xué)行為分析方法。1970年，美國學(xué)者弗蘭德斯提出了弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)，將課堂上師生的言語行為劃分為教師言語、學(xué)生言語和沉寂或混亂三類，共計(jì)10種編碼[5]。早期的S-T分析法，通過現(xiàn)場觀察或回看教學(xué)過程錄像，劃分學(xué)生行為（S）和教師行為（T），計(jì)算教師行為所占比例Rt和師生行為轉(zhuǎn)化率Ch，最后通過繪制Rt-Ch圖來確定課堂教學(xué)模式，反映課堂結(jié)構(gòu)、教師風(fēng)格和課堂情感氛圍等信息，進(jìn)而指導(dǎo)和改進(jìn)教學(xué)[6]。國內(nèi)許多學(xué)者從不同角度演化出多種版本，如改進(jìn)編碼過程、細(xì)化分析項(xiàng)目屬性特別是沉寂行為、構(gòu)造面向數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境或是基于教學(xué)活動(dòng)理論的分析框架[7-10]。弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)為教學(xué)活動(dòng)分析提供了量化可操作的方法，但其將課堂教學(xué)過程編碼為10類行為，容易造成分析對象過于籠統(tǒng)，且不能細(xì)化深入分析;而我國學(xué)者的改編雖然細(xì)化了很多行為類目，但編碼數(shù)量也近乎增長了一倍，不僅加重了分析編碼時(shí)的負(fù)擔(dān)，而且人工編碼仍存在誤差較大的問題。

廣義學(xué)習(xí)行為分析階段源自大數(shù)據(jù)概念的興起?；诮逃髷?shù)據(jù)的學(xué)習(xí)行為分析催生出學(xué)習(xí)分析技術(shù)，并將其推向研究的前沿。2011年，美國新媒體聯(lián)盟（NMC）首次在《地平線報(bào)告》中提出學(xué)習(xí)分析將成為影響未來教育變革的新興技術(shù)[11]。學(xué)習(xí)分析技術(shù)旨在運(yùn)用已有的算法和模型深度理解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程和行為，進(jìn)而對教學(xué)進(jìn)行評估、預(yù)測和干預(yù)[12]。顧小清團(tuán)隊(duì)提出在線學(xué)習(xí)行為分析模型，分別從數(shù)據(jù)、機(jī)制、結(jié)果三個(gè)層面進(jìn)行探討，并建立及時(shí)反饋和預(yù)測機(jī)制，通過結(jié)果可視化便于教師、家長和管理層實(shí)施教學(xué)干預(yù)[13]。武法提團(tuán)隊(duì)構(gòu)建數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下個(gè)性化學(xué)習(xí)行為分析模型，對學(xué)習(xí)者個(gè)人特征數(shù)據(jù)、社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、身體數(shù)據(jù)、課程數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)環(huán)境數(shù)據(jù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和可視化，通過個(gè)性化和自適應(yīng)引擎調(diào)整和反饋學(xué)習(xí)狀態(tài)[14]。以上兩種分析方法與傳統(tǒng)課堂教學(xué)行為分析的不同之處主要體現(xiàn)在：第一，分析顆粒度越來越細(xì)，分析結(jié)果越來越精準(zhǔn);第二，編碼方式從人工的和非實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化的和實(shí)時(shí)的，在減少教師工作量的同時(shí)，提升了分析結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性;第三，分析對象從類型單一且小規(guī)模的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄B(tài)且海量的數(shù)據(jù);第四，分析深度從僅僅識別行為的淺層外顯特征到深入理解行為的模式、演變規(guī)律，并推測行為背后的動(dòng)機(jī)等內(nèi)在意義;第五，分析的重點(diǎn)從“教”轉(zhuǎn)到了“學(xué)”。

三、技術(shù)發(fā)展與情境拓展呼喚教學(xué)行為的計(jì)算

技術(shù)發(fā)展正在或遲或早地推動(dòng)教學(xué)理念、教學(xué)方式以及教學(xué)過程等的革新。技術(shù)在潛移默化地影響教育、教學(xué)方式，改變教育、教學(xué)過程。投影技術(shù)的出現(xiàn)使得幻燈教學(xué)得以普及，電影技術(shù)拉開了視覺教育運(yùn)動(dòng)的帷幕，留聲唱片機(jī)和無線電廣播的興起開啟了視聽教學(xué)的新領(lǐng)域，電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明推動(dòng)了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)時(shí)代的來臨，慕課的大規(guī)模興起掀起了翻轉(zhuǎn)課堂的熱潮等。隨著智能時(shí)代的來臨，諸多新興技術(shù)呈指數(shù)形式發(fā)展[15]。如5G技術(shù)不僅是網(wǎng)絡(luò)帶寬的增長和延時(shí)的降低，伴隨虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，全息投影也成為可能，國內(nèi)已有成功案例將優(yōu)秀教師的課堂現(xiàn)場實(shí)時(shí)投影到教育資源不均衡的地區(qū)，實(shí)現(xiàn)“雙師”課堂。與此同時(shí)，5G技術(shù)也極大提升了原有的運(yùn)算存儲速度，可以連接千百億數(shù)量級的物理設(shè)備，為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持，為教與學(xué)過程的計(jì)算和處理奠定了基礎(chǔ)。再如語音識別技術(shù)的快速發(fā)展為言語類行為的分析與計(jì)算提供了助力。因此，技術(shù)的發(fā)展和成熟使得對多模態(tài)、大規(guī)模數(shù)據(jù)的分析和深層理解成為可能。

隨著技術(shù)逐步融入學(xué)校，教與學(xué)情境也日趨多元化，學(xué)校的邊界日趨模糊。多樣化的教與學(xué)情境帶來了大規(guī)模、多模態(tài)、復(fù)雜的教與學(xué)行為數(shù)據(jù)，如何通過對數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算來理解教與學(xué)行為背后的深層次含義已成為迫切需求。然而，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)行為分析和廣義的學(xué)習(xí)行為分析由于其數(shù)據(jù)組織形式和處理手段的局限，大多只關(guān)注行為的外顯特征，難以挖掘行為背后的驅(qū)動(dòng)因素、生命周期等，在深度理解行為方面存在一定困難，無法滿足智能時(shí)代精準(zhǔn)教學(xué)的需求。盛行的課外輔導(dǎo)及其對新型教學(xué)模式的靈活應(yīng)用正在倒逼學(xué)校課堂教學(xué)進(jìn)行改革[3]，也亟待新型教學(xué)行為研究模式的出現(xiàn)。教與學(xué)情境的演化期待更智能的教學(xué)行為分析，其基礎(chǔ)就是教學(xué)行為計(jì)算。

四、教學(xué)行為計(jì)算的內(nèi)涵

（一）教學(xué)行為

教學(xué)行為是具體的可操作的行動(dòng)方式，是教師的教學(xué)理念、專業(yè)知識、專業(yè)情意、實(shí)踐智慧等內(nèi)隱素質(zhì)的凝聚和外顯，教學(xué)行為的主體是教師[16]。學(xué)習(xí)行為是學(xué)習(xí)者在某種動(dòng)機(jī)指引下為獲得某種特定學(xué)習(xí)結(jié)果而選擇各種各樣的手段去實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)結(jié)果的活動(dòng)的總和[17]。單一從教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的視角詮釋教與學(xué)的行為，都難以支持多情境與多場域的教學(xué)分析和教學(xué)互動(dòng)訴求。在教學(xué)實(shí)踐中，教與學(xué)無法割裂，因此，研究教學(xué)行為既應(yīng)包括教和學(xué)的行為，更應(yīng)關(guān)注教與學(xué)交互的行為。正如《教育大辭典》中對教學(xué)行為的界定，教學(xué)行為是指教學(xué)過程中，為達(dá)到一定的教學(xué)目的，教師和學(xué)生所采取的行為[18]，不僅包括教師與學(xué)生之間的相互作用、學(xué)生之間的相互作用，還包括教師、學(xué)生與整個(gè)教學(xué)環(huán)境的相互作用。

（二）教學(xué)行為計(jì)算

教學(xué)行為計(jì)算的概念可追溯到賓夕法尼亞大學(xué)計(jì)算行為科學(xué)實(shí)驗(yàn)室對于計(jì)算行為研究的界定：使用行為實(shí)驗(yàn)和計(jì)算建模來研究人們?nèi)绾嗡伎?、判斷和決定[19]。該領(lǐng)域聚焦行為計(jì)算，主要通過對行為數(shù)據(jù)的獲取、表征、挖掘，實(shí)現(xiàn)深度理解和發(fā)現(xiàn)行為智能，最終支持決策，并服務(wù)于應(yīng)用和管理行為[20]。依據(jù)教學(xué)行為和行為計(jì)算的概念，教學(xué)行為計(jì)算可被認(rèn)為是通過對信息技術(shù)支持的教與學(xué)過程中，師生行為、師生互動(dòng)以及師生與環(huán)境交互等數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、表征、挖掘，發(fā)現(xiàn)教學(xué)行為的特征及規(guī)律，深度理解教學(xué)過程，既有效服務(wù)于教學(xué)設(shè)計(jì)、組織、管理、評價(jià)，又能支撐學(xué)習(xí)資源的精準(zhǔn)推送和智能教學(xué)系統(tǒng)的研發(fā)與部署。教學(xué)行為計(jì)算不但要計(jì)算穩(wěn)定的習(xí)慣性行為，還要關(guān)注偶發(fā)性的異常行為，異常行為的出現(xiàn)預(yù)示特殊的教與學(xué)狀態(tài)，需要教師及時(shí)的關(guān)注與反饋。

教學(xué)行為計(jì)算以教學(xué)行為為中心組織數(shù)據(jù)，依據(jù)行為的多維度屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，深度理解行為的模式、驅(qū)動(dòng)因素、發(fā)展機(jī)制和潛在影響，通過對大規(guī)模實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理和分析，為實(shí)踐教學(xué)提供指導(dǎo)，優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，助力智能時(shí)代新型教學(xué)模式和學(xué)習(xí)過程的構(gòu)建。

五、教學(xué)行為計(jì)算的邏輯模型

在大數(shù)據(jù)興起的背景下，為更好地支持教學(xué)行為分析，提出教學(xué)行為計(jì)算的通用框架。該框架建立在一般行為計(jì)算[21]過程的基礎(chǔ)上，主要包含三個(gè)部分：從與教學(xué)行為相關(guān)的應(yīng)用和領(lǐng)域中獲取數(shù)據(jù);教學(xué)行為的表征與推斷、行為數(shù)據(jù)的挖掘與分析;計(jì)算結(jié)果的呈現(xiàn)與應(yīng)用，如圖1所示。

（一）數(shù)據(jù)獲取

從與教學(xué)行為相關(guān)的應(yīng)用和領(lǐng)域中獲取數(shù)據(jù)，涉及教學(xué)行為發(fā)生的幾個(gè)重要情境，如課堂教學(xué)、有組織的自學(xué)和協(xié)作探究學(xué)習(xí)等。數(shù)據(jù)主要來源于物理環(huán)境和虛擬環(huán)境。在物理環(huán)境中，師生的言語、動(dòng)作、沉寂等行為產(chǎn)生了多樣的數(shù)據(jù)，可通過腦電、眼動(dòng)等可穿戴設(shè)備、智能攝像頭等智能終端進(jìn)行捕捉抓取。在虛擬環(huán)境中，對于問題解答、信息瀏覽、加工、發(fā)布、交流等行為數(shù)據(jù)[21]，可通過在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)、智能教學(xué)系統(tǒng)、社交網(wǎng)絡(luò)平臺等獲取。隨后，對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和存儲。預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)集成。數(shù)據(jù)清洗包括處理噪聲數(shù)據(jù)、無關(guān)數(shù)據(jù)和缺失值等[22]，確保數(shù)據(jù)的有效性。數(shù)據(jù)集成是將不同來源和形式的數(shù)據(jù)，根據(jù)其相關(guān)性，按照學(xué)習(xí)者與參與者、學(xué)習(xí)者與環(huán)境、參與者與環(huán)境三個(gè)大類進(jìn)行集成。存儲環(huán)節(jié)是將集成后的教學(xué)行為數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）進(jìn)行存儲，為后續(xù)的計(jì)算分析做準(zhǔn)備。

（二）教學(xué)行為的表征與推斷、行為數(shù)據(jù)的挖掘與分析

教學(xué)行為的表征與推斷、行為數(shù)據(jù)的挖掘與分析這兩個(gè)模塊是彼此關(guān)聯(lián)、相互作用的，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析教學(xué)的深度融合，也體現(xiàn)出對教學(xué)過程的深度“感知”?！案小睆?qiáng)調(diào)對外界環(huán)境和內(nèi)在心理所能感知的信息及數(shù)據(jù)的接收。行為數(shù)據(jù)的挖掘與分析中涉及數(shù)據(jù)挖掘與處理的步驟，可以廣義地理解為信息捕獲、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及處理的過程，即為“感”?！爸眱A向于對感覺到的信息進(jìn)行有組織的加工處理，實(shí)現(xiàn)對其的理解。在教學(xué)行為計(jì)算通用框架中，通過教學(xué)行為的表征和推斷，結(jié)合相應(yīng)的教育教學(xué)理論，可以更加深入闡釋和理解行為，即為“知”。在此過程中，先根據(jù)一定的教學(xué)理論和經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)建行為表征規(guī)則，指導(dǎo)教學(xué)行為的描述，即教學(xué)行為的元表征，包括描述行為的操作主體、作用對象、目標(biāo)、時(shí)間、環(huán)境、影響等。在不同的教學(xué)情境下，表征方法會(huì)有所不同。在課堂教學(xué)情境下，教師的言語可表述為：李老師在上課一開始對全班同學(xué)進(jìn)行了關(guān)于求解一元二次方程方法的提問，目的在于喚醒同學(xué)們對該知識點(diǎn)的記憶，在老師提問后，班級同學(xué)給予了積極回應(yīng)。這種行為表征方法是教學(xué)行為計(jì)算區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)行為分析方法的關(guān)鍵，通過細(xì)化行為的屬性標(biāo)簽，使得對行為的深度理解成為可能。

對于從各種傳感設(shè)備和學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)中捕獲到的數(shù)據(jù)，依據(jù)特定的標(biāo)準(zhǔn)，如弗蘭德斯互動(dòng)分析系統(tǒng)和S-T分析法等，劃分為教學(xué)行為數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)源。隨后，通過行為模式挖掘、異常行為發(fā)現(xiàn)、關(guān)聯(lián)因素分析等步驟處理。行為模式挖掘旨在從海量的教學(xué)行為數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)行為間存在的模式和隱藏在內(nèi)部的關(guān)系，與行為模型核查存在相互檢驗(yàn)的關(guān)系。行為模型根據(jù)挖掘的結(jié)果進(jìn)行核查和優(yōu)化，以便使行為表征更加準(zhǔn)確和全面。異常行為發(fā)現(xiàn)是指識別在教學(xué)過程中發(fā)生的偏離大概率事件的偶發(fā)行為，如頻繁點(diǎn)擊教學(xué)系統(tǒng)中某個(gè)按鈕、頻繁進(jìn)出教室等行為。關(guān)聯(lián)因素分析包含兩個(gè)方面：其一是促使行為發(fā)生的因素;其二是行為發(fā)生后造成的影響，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)一步解釋不同類型教育教學(xué)社群的形成和演化的狀態(tài)與規(guī)律。以上行為數(shù)據(jù)的挖掘與分析常用到聚類分析、分類分析、回歸分析、路徑分析、時(shí)間序列分析和語義分析等。常用的數(shù)據(jù)挖掘算法有Random Forrest、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、SVM和Bayes Belief Network等。

使用數(shù)據(jù)挖掘與分析的結(jié)果進(jìn)行綜合分析與評價(jià)。例如：教師教的行為、師生互動(dòng)、同伴互動(dòng)、學(xué)生與環(huán)境互動(dòng)對學(xué)習(xí)過程和結(jié)果的影響;判斷教學(xué)行為模式對學(xué)習(xí)結(jié)果的促進(jìn)作用、潛在風(fēng)險(xiǎn)和成本效益等。根據(jù)綜合分析和評價(jià)的量化結(jié)果指導(dǎo)行為關(guān)系的質(zhì)性分析，包含對行為間的關(guān)系描述和推斷。例如：發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者多次中途無故退出學(xué)習(xí)系統(tǒng)，則推斷學(xué)習(xí)者可能出現(xiàn)輟學(xué)的行為，此時(shí)，教師應(yīng)及時(shí)進(jìn)行有針對性的教學(xué)干預(yù)。行為關(guān)系分析的結(jié)論又會(huì)用于支持行為表征規(guī)則的修正和優(yōu)化。

（三）計(jì)算結(jié)果的呈現(xiàn)與應(yīng)用

通過計(jì)算和分析將產(chǎn)生的教學(xué)行為特征、教學(xué)互動(dòng)規(guī)律、學(xué)習(xí)影響因素等結(jié)果以可視化方式共享給各相關(guān)方。依據(jù)教育教學(xué)中各相關(guān)方的需要，使用表格和圖示等方式來呈現(xiàn)和報(bào)告從數(shù)據(jù)挖掘中得到的行為的動(dòng)態(tài)、關(guān)系、模式、網(wǎng)絡(luò)和規(guī)律，幫助相關(guān)人員更加深入地理解教學(xué)行為的生命周期及其影響的傳導(dǎo)機(jī)制，從而理解教學(xué)過程。典型的任務(wù)包括行為過程可視化、行為網(wǎng)絡(luò)關(guān)系可視化和行為序列可視化等。利用計(jì)算和推理的結(jié)果支持教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)組織、課堂管理、教學(xué)評價(jià)等教育教學(xué)管理與決策，同時(shí)，也為智能教學(xué)系統(tǒng)、學(xué)習(xí)資源推送系統(tǒng)等提供支持服務(wù)。

以上各部分除了依據(jù)客觀的數(shù)據(jù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算分析之外，還依賴教學(xué)理論、行為科學(xué)理論、計(jì)算機(jī)理論和數(shù)據(jù)科學(xué)等多學(xué)科理論的指導(dǎo)，為教學(xué)行為數(shù)據(jù)模型的構(gòu)造和核查提供依據(jù)，為數(shù)據(jù)分析和挖掘提供切入點(diǎn)，為行為理解提供佐證，為教學(xué)決策的優(yōu)化提供理論支撐?；诮虒W(xué)過程感知的行為計(jì)算使新的教育生態(tài)以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為特征，向個(gè)性化教學(xué)變革。通過捕捉整個(gè)教育生態(tài)中以學(xué)習(xí)者為中心，多方參與者的全流程、多模態(tài)的數(shù)據(jù)，整合應(yīng)用多種計(jì)算分析技術(shù)，從而識別、診斷、預(yù)測和干預(yù)教育教學(xué)中的問題，支持主動(dòng)、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地調(diào)整教學(xué)活動(dòng)，如規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑、配置學(xué)習(xí)資源，支持個(gè)性化的教學(xué)和管理，促進(jìn)傳統(tǒng)班級授課向個(gè)性化學(xué)習(xí)和差異化教學(xué)轉(zhuǎn)變，推動(dòng)教育從標(biāo)準(zhǔn)化供應(yīng)走向個(gè)性化服務(wù)，優(yōu)化教學(xué)過程，提高教學(xué)質(zhì)量。

六、教學(xué)行為計(jì)算的四個(gè)主要研究方向

教學(xué)行為計(jì)算研究的核心是各種教學(xué)交互行為及其影響，教學(xué)交互是在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)習(xí)者為了對知識進(jìn)行正確的意義建構(gòu)，與學(xué)習(xí)環(huán)境之間的相互交流和相互作用[23]，其內(nèi)涵為發(fā)生在學(xué)習(xí)者、參與者和學(xué)習(xí)環(huán)境之間的活動(dòng)，如圖2所示。按照抽象程度的差別，教學(xué)交互分為不同的層次，交互的層次和質(zhì)量對學(xué)習(xí)過程和結(jié)果均有重要影響，是考量教學(xué)效果的重要指標(biāo)[24]。隨著學(xué)習(xí)環(huán)境形態(tài)的演進(jìn)，技術(shù)對教學(xué)互動(dòng)的支持手段越來越豐富。對交互本身及交互涉及的各類因素之于學(xué)習(xí)成就的影響相關(guān)問題的關(guān)注、應(yīng)用和研究也越來越廣泛。

? ? ? （一）學(xué)習(xí)者與參與者的互動(dòng)行為研究

學(xué)習(xí)者與參與者的互動(dòng)可以激活學(xué)習(xí)者內(nèi)部的多種機(jī)制，最終促使學(xué)習(xí)發(fā)生并取得學(xué)習(xí)成就，是行為計(jì)算的重要研究領(lǐng)域，主要包含學(xué)習(xí)者與教師、學(xué)習(xí)者與同伴間的互動(dòng)。典型的研究主題包括構(gòu)建分析工具、探索互動(dòng)過程的特征、發(fā)現(xiàn)互動(dòng)行為的類型和模式、評價(jià)互動(dòng)效果、探索影響互動(dòng)的因素、解釋互動(dòng)的動(dòng)力機(jī)制、構(gòu)建課堂互動(dòng)理論和對未來發(fā)展趨勢的探討等八類 [25-26]。圍繞著上述研究主題，定量研究方法、定性研究方法和混合型研究方法被廣泛使用。研究的結(jié)果被用于理解學(xué)習(xí)者與參與者的行為和其中的情感、思維，識別課堂互動(dòng)和其他課堂結(jié)構(gòu)要素之間的關(guān)系，評估教學(xué)效果，發(fā)現(xiàn)教學(xué)的普遍規(guī)律，優(yōu)化課堂互動(dòng)模式，最終提升教學(xué)效果。

基于對已有研究問題的分析，我們認(rèn)為，未來的研究將包含學(xué)習(xí)者在線互動(dòng)行為數(shù)據(jù)庫的建立，從而加強(qiáng)對互動(dòng)中隱性和深度信息的分析。研究樣本的選取應(yīng)該均衡、合理，分析盡可能建立在海量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上[27]，在不同學(xué)科教學(xué)的情境中進(jìn)行分析，增加對跨時(shí)空互動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析和比較研究。此外，還可以分析學(xué)習(xí)者行為的變化趨勢，增強(qiáng)結(jié)論的可靠性。同時(shí)，注意采用多種方法和工具進(jìn)行研究[28]。

（二）學(xué)習(xí)者與環(huán)境的交互行為研究

學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)環(huán)境的有效交互能夠拓展學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、建構(gòu)知識、提升學(xué)習(xí)效果。該方向的研究聚焦五大主題，包括交互分析框架和流程的構(gòu)建、學(xué)習(xí)環(huán)境的開發(fā)、理論框架研究、學(xué)習(xí)者和環(huán)境交互的特征及影響因素研究、學(xué)習(xí)者的情感和心理過程研究[29-33]。上述研究使用的研究方法有內(nèi)容分析法、相關(guān)分析法、分類分析法、聚類分析法和案例研究法等。交互分析結(jié)果可以用來發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)行為模式的差異性和相似性，推測不同環(huán)境中的學(xué)習(xí)習(xí)慣，為學(xué)習(xí)過程涉及的各相關(guān)方提供參考，為教學(xué)干預(yù)提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。

基于已有的研究問題，未來交互學(xué)習(xí)環(huán)境的開發(fā)和研究應(yīng)考慮以下四個(gè)方面：（1）從系統(tǒng)觀視角看，以學(xué)習(xí)者為中心，關(guān)注學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)環(huán)境和其他參與者之間的多方互動(dòng)，從而使學(xué)習(xí)環(huán)境與教師和學(xué)生無縫銜接;（2）從技術(shù)視角看，進(jìn)一步增強(qiáng)語音和圖像識別精度，聚焦這類技術(shù)在特定學(xué)習(xí)環(huán)境中的情境化處理，支持多模態(tài)交互，降低認(rèn)知負(fù)荷;（3）從教學(xué)視角看，應(yīng)更加注重學(xué)習(xí)者在交互環(huán)境中切實(shí)的學(xué)習(xí)效果，確保學(xué)生的活動(dòng)和學(xué)習(xí)概念的一致性;（4）從研究視角看，應(yīng)擴(kuò)大數(shù)據(jù)規(guī)模，從而增強(qiáng)研究結(jié)論的信度和效度。

（三）參與者對學(xué)習(xí)成就的影響研究

人際互動(dòng)對學(xué)習(xí)績效具有顯著影響，而這種影響也是評價(jià)參與者與學(xué)習(xí)者互動(dòng)效果、衡量互動(dòng)是否成功的重要著眼點(diǎn)。該方向主要的研究主題包括：不同類型的參與者對學(xué)習(xí)成就的影響、與參與者的互動(dòng)對學(xué)習(xí)成就的影響、互動(dòng)對學(xué)習(xí)成就的細(xì)分領(lǐng)域的影響以及對不同因素如何影響學(xué)習(xí)成就各細(xì)分領(lǐng)域的綜合建模研究[34]。上述研究主題常用的研究方法有觀察法、問卷法、實(shí)驗(yàn)法、準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法和統(tǒng)計(jì)分析法。參與者對學(xué)習(xí)成就的影響研究能夠明確參與者如何影響學(xué)習(xí)，以及他們具體影響學(xué)習(xí)的哪些方面和影響程度，從而引導(dǎo)教師更有效地與學(xué)生互動(dòng)，幫助教師設(shè)計(jì)有效促進(jìn)學(xué)習(xí)的同伴互動(dòng)。

考慮到參與者對學(xué)習(xí)影響所呈現(xiàn)出的復(fù)雜性，建議研究者可以關(guān)注學(xué)習(xí)者和參與者關(guān)系內(nèi)涵和外延的復(fù)雜性和多元性，考慮參與者對學(xué)習(xí)影響的各類介質(zhì)性因素，采用多元研究范式，在不同類型的學(xué)習(xí)環(huán)境中進(jìn)行研究。著力于從實(shí)際教學(xué)過程或者互動(dòng)過程中產(chǎn)生的真實(shí)問題，關(guān)注微觀的、深層的教學(xué)互動(dòng)問題，擴(kuò)大數(shù)據(jù)規(guī)模，從而進(jìn)行深入研究。

（四）學(xué)習(xí)環(huán)境對學(xué)習(xí)成就的影響研究

豐富的交互環(huán)境有助于學(xué)習(xí)者進(jìn)行有效的交流并影響學(xué)習(xí)。該方向典型的研究主題包括：學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)環(huán)境的感知與學(xué)習(xí)成就的關(guān)系研究、學(xué)習(xí)環(huán)境中的不同因素對學(xué)習(xí)成就的影響及其建模研究、不同類型學(xué)習(xí)環(huán)境影響的比較研究 [35-36]。主要涉及的研究方法有實(shí)驗(yàn)法、問卷法、觀察法以及綜合使用多種方法的混合型研究。研究的結(jié)果能夠指明學(xué)習(xí)環(huán)境中的哪些因素以何種方式影響學(xué)習(xí)成就，從而支持學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)建和優(yōu)化、教師對教學(xué)活動(dòng)的安排以及學(xué)校對學(xué)習(xí)環(huán)境的管理。

在學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)建和優(yōu)化方面，在構(gòu)建技術(shù)支撐的復(fù)雜性學(xué)習(xí)環(huán)境時(shí)要重視教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)策略的使用，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)共同體，注意對教師轉(zhuǎn)化角色的支持，為學(xué)習(xí)者提供良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。同時(shí)，智能學(xué)習(xí)環(huán)境提供給學(xué)習(xí)者的支持要與學(xué)習(xí)者的個(gè)性特征相適應(yīng)。在研究內(nèi)容方面，除了關(guān)注學(xué)習(xí)環(huán)境對認(rèn)知領(lǐng)域?qū)W習(xí)成就的影響外，還要注重考察學(xué)習(xí)環(huán)境對學(xué)習(xí)者情感等多維度的影響，深入探索潛在的中介性因素對學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)成就之間的影響協(xié)調(diào)機(jī)制，通過延長研究周期和擴(kuò)大數(shù)據(jù)規(guī)模來增加結(jié)論的可靠性。

七、結(jié) ? 語

與教學(xué)行為計(jì)算相關(guān)的研究在取得突出成果的同時(shí)，仍存在以下五個(gè)方面的問題：第一，對于教學(xué)互動(dòng)行為相關(guān)的基本概念、理論基礎(chǔ)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)界尚未完全達(dá)成共識，沒有形成統(tǒng)一的理論體系;第二，構(gòu)建互動(dòng)分析模型的研究較多，而驗(yàn)證模型的可操作性和可推廣性的研究較少;第三，當(dāng)前對教與學(xué)行為的分析多集中在對參與者之間互動(dòng)的顯性分析，對深度互動(dòng)的挖掘不夠;第四，多數(shù)研究樣本抽樣不夠全面、總量偏小、實(shí)驗(yàn)周期較短，所得出的結(jié)論可推廣性和解釋力有限;第五，數(shù)據(jù)分析的工具和手段有待進(jìn)一步多樣化，當(dāng)前國內(nèi)運(yùn)用質(zhì)性工具系統(tǒng)化研究互動(dòng)分析的較少。對于教學(xué)行為研究和行為計(jì)算對教育過程的重塑潛力以及當(dāng)前研究中仍然存在的問題和挑戰(zhàn)，特別是教學(xué)行為計(jì)算的四個(gè)研究方向涉及的研究主題，我們將進(jìn)一步展開研究和實(shí)踐工作。

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[Abstract] ?It has become an important trend to analyze teaching behaviors in the intelligent age to discover the behavioral laws of teaching and learning from the behavioral data of teaching and learning， break the existing experience-based， manual analysis of classroom teaching behavior， and turn to intelligent teaching behavior computing supported by big data. From the perspective of teaching and learning behavior， combined with behavior computing， this study combs the history form the traditional classroom teaching behavior analysis to broad learning behavior analysis， proposes the concept of computable teaching behavior and constructs a general framework of teaching behavior computing. Then， this study recommends four research directions of learners and participants， learners and environments， participants and learning achievement， and learning environments and learning achievement. The acquisition， characterization， mining and presentation of large-scale teaching behavior data will provide guidance for practical teaching and help construct new teaching models and teaching processes in the intelligent era.

[Keywords] Teaching Behavior; Teaching Behavior Computing; Intelligent Education; Teaching Process