一種課堂教學交互行為分析編碼方法
【專利摘要】本發明公開了一種課堂教學交互行為分析編碼方法，首先編制行為分類表，依據行為主體的教學活動過程，將教學行為劃分為教師言語行為、教師活動行為、學生言語行為和學生活動行為；然后編制教學行為類別編碼表，根據行為活動主體主導方式不同將教學行為劃分為主動或驅動兩大類、16小類，并采用16個阿拉伯數字進行編碼；最后基于課堂教學視頻，依據“轉換采樣，插值補償”方法，根據教學行為類別編碼表，動態采集行為轉換點，插值行為活動樣本的中間點，最終形成行為數據序列。本發明實現課堂教學交互行為的采集與編碼；提出了“轉換抽樣，插值補償”的教學交互行為樣本采集方法，很好的解決了現有技術存在的問題。
【專利說明】
一種課堂教學交互行為分析編碼方法
技術領域
[0001] 本發明屬于教育信息化技術領域，涉及一種課堂教學視頻分析中教與學交互行為 分析的編碼方法。
【背景技術】
[0002] 利用視頻開展課堂教學觀察的方法并不是新近誕生的研究方法。早在20世紀60年 代，課堂教學錄像分析方法已在新入職教師的培訓之中得到應用。隨著信息技術發展，課堂 教學行為分析方法逐步由錄像帶分析過渡到基于數字化視頻的分析方法。
[0003] 國內外比較有影響的課堂交互分析方法主要有弗蘭德斯互動分析系統(Flanders Interaction Analysis System，FIAS)、言語互動分類系統（Verbal Interaction Category System，VICS)、IIS圖分析法、基于信息技術的互動分析編碼系統（ITIAS)、改進 型弗蘭德斯互動分析系統（iFIAS)、學生-教師(Student-Teacher，S-T)分析等。在眾多的分 析方法中，其基本思想主要來源于幾個最典型的分類編碼系統：弗蘭德斯互動分析系統 (FIAS)、言語互動分類系統(VICS)、基于信息技術的互動分析編碼系統（ITIAS)和S-T分析 系統。
[0004] 弗蘭德斯互動分析系統(FIAS)將課堂教學言語行為劃分為三大類共10種。其中， 教師語言行為占7類，學生語言行為占2類，第三類為沉寂或混亂。言語互動分類系統(VICS) 將課堂教學言語行為劃分為兩大類共10種。其中，教師語言行為占6類，學生語言行為占4 類。基于信息技術的互動分析編碼系統（ITIAS)將課堂教學交互行為劃分為四大類共18種 行為，其中教師行為8種，學生行為4種，其余為沉寂和信息技術類型行為6種。S-T分析系統 將課堂教學交互行為劃分為兩大類，即學生行為和教師行為，其中教師行為的主要表現形 式有6種，學生行為的主要表現形式也是6種。具體如表1所示是四類課堂教學行為編碼系統 的行為類別統計。
[0005] 表1四類課堂教學行為編碼系統的行為類別統計
[0008] 在VICS、S-T、ITIAS三種分類系統中，師生行為占100%;FIAS分類系統中，師生行 為占90%，其它行為10% (沉默或混亂）；而ITIAS分類系統中，師生行為占2/3,對沉寂進行 了更詳細的劃分(無助于教學的混亂、思考問題、做練習），占行為種數的1/6;增加了技術的 分類(教師操縱技術、學生操縱技術、技術作用學生），也占行為種數的1/6。但若從行為主體 角度出發，思考問題、做練習、學生操縱技術、技術作用學生四種行為可以歸為學生行為;教 師操縱技術可以歸為教師行為，那么ITIAS分類系統中，師生行為種數實際占94.4% (17/ 18)。因此，在以上四種分類系統中，師生行為所占比重為90 %~100%，均值為96%。統計分 析發現:課堂教學交互行為分類中，不管是哪種分類系統，都是以師生的活動為中心，圍繞 師生的活動展開分析。如何圍繞學習活動對師生交互行為進行編碼是本專利研究的切入 點。
[0009] 四種課堂教學行為編碼系統的行為分類存在問題主要表現在：
[0010] 1)FIAS和VICS行為類別劃分不完整，媒體環境研究不足。弗蘭德斯互動分析系統 和VICS是最具有代表性和影響力的分類系統，主要考察的是師生的言語行為。多媒體環境 下教學內容、教師板書及多媒體課件展示等多種媒體應用情況沒有得到深入研究；
[0011] 2) "重教輕學"趨勢明顯，師生行為的劃分具有不對稱性。FIAS主要關注的是教師 行為，重視教師在課堂教學中的行為表現(有7個類別），忽視學生在課堂教學中的行為表現 (有2個類別），使我們無法真實地了解到課堂中學生的學習行為；
[0012] 3)行為劃分粗略，教學內涵難反映。FIAS對教師行為的劃分較詳細，而學生行為的 劃分較為粗略。沉寂或混亂行為難以表達課堂中出現的（沉寂)表達情形的復雜性，如無聲 可以是自學時、思考時、作業時或心不在焉時等的無聲;混亂場景也有熱烈談論、說閑話等 情況。S-T分析方法只有S行為和T行為，難以充分表現課堂教學生動豐富的意義，難以體現 過程性和課堂教學的豐富性；
[0013] 4)行為劃分具有模糊性，降低了采集數據的準確性。對課堂教學行為的劃分，表象 相似的語言行為之間的區分是非常重要的。如果使用者對其沒有準確的界定，那么采集到 的數據就不會真實，所做出的教學分析就不科學。FIAS、VICS中都存在一組表象相似的語言 行為，極易混渚；
[0014] 5)按時間機械采樣，易遺漏有效數據。受FIAS的影響，已有的課堂教學行為分類編 碼系統都采用按時間采樣的方式記錄觀察數據。由于數據采集是按每間隔一個規定時間取 一個樣本值記錄的方式，采樣方式機械，降低了課堂觀察數據的有效性。
【發明內容】
[0015] 為了解決上述技術問題，本發明提供了一種課堂教學交互行為分析編碼方法，該 方法表征了教師行為與學生行為、言語行為與活動行為的關聯特征，并建立了一套新穎的 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據采集方法。
[0016] 本發明所采用的技術方案是:一種課堂教學交互行為分析編碼方法，其特征在于， 包括以下步驟：
[0017]步驟1:編制行為分類表；
[0018] 依據行為主體的教學活動過程，將教學行為劃分為教師言語行為、教師活動行為、 學生言語行為和學生活動行為；
[0019] 步驟2:編制教學行為類別編碼表；
[0020] 根據行為活動主體主導方式不同將教學行為劃分為主動或驅動兩大類、16小類， 并采用16個阿拉伯數字進行編碼；
[0021 ]步驟3:基于課堂教學視頻，依據"轉換采樣，插值補償"方法，根據教學行為類別編 碼表，動態采集行為轉換點，插值行為活動樣本的中間點，最終形成行為數據序列。
[0022] 作為優選，步驟1中所述言語行為是課堂教學中所有語言相關的行為，包括教師言 語行為和學生言語行為;所述活動行為是課堂教學中所有教與學活動相關的行為，包括教 師活動行為和學生活動行為。
[0023] 作為優選，步驟3中所述"轉換采樣"指采用離散化采樣方法，當行為類型或行為主 體變化時，進行行為采樣；"插值補償"指以采集的關鍵行為數據為基準，根據數據分析需 要，在兩個行為采樣點間插值同類型的樣本點數據，生成新的完整的教學行為序列。
[0024] 作為優選，步驟3中，假設第i個行為起始時間為ti-i，結束時間為ti，行為的采樣周 期為T，則第i個行為的插入樣本數的值n為：
[0025] n = [ (ti-ti-i)/T]-l, i>l ,to = 0〇
[0026] 作為優選，步驟3中，獲得的行為數據序列是一維的行為時間序列，其基本結構為 {八1山}41表示行為類別編碼山表示行為的結束時刻，1表示采樣點數，{0,0}表示行為采 樣的開始。
[0027] 本發明采用了行為主體的言語行為和活動行為為基本單位，實現課堂教學交互行 為的采集與編碼;提出了 "轉換抽樣，插值補償"的教學交互行為樣本采集方法，很好的解決 了現有技術存在的問題。
【附圖說明】
[0028] 圖1:本發明實施例的教學交互行為分類框架圖；
[0029]圖2:本發明實施例的課堂教學交互行為編碼流程圖。
【具體實施方式】
[0030]為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖及實施例對本發 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明，并不 用于限定本發明。
[0031] 本發明提供的一種課堂教學交互行為分析編碼方法，包括以下步驟：
[0032] 步驟1:編制行為分類表；
[0033] -般行為分類方法是依據教學行為展開，可將教學行為劃分為言語行為（speech act)和非言語行為(non-speech act)兩大類。言語行為包括課堂教學中所有語言相關的行 為，如教師的講授、提問、師生的對話、學生的回答、討論等。非言語行為指除言語行為之外 的所有其他行為，如面部表情、眼神、手勢、體態等。與此方法不同，本發明提出的行為分類 表是依據行為主體的教與學活動過程，將教學行為劃分為言語行為和活動行為。本方法中 提出的行為分類表中活動行為特指教師的演示、板書等，以及學生的練習、實驗、思考等課 堂教與學活動;而面部表情、眼神、手勢、體態等非言語行為不是本方法關注重點。
[0034] 依據主體對象不同，本發明提出的行為分類表構成為一個二維空間，如圖1，綜合 考慮行為主體和活動行為方式兩個維度，可以把課堂教學交互行為劃分為教師言語行為、 教師活動行為、學生言語行為和學生活動行為四大類別。
[0035]步驟2:編制教學行為類別編碼表；
[0036]課堂教學交互行為編碼將師生行為活動分為四大類共16種情況。本發明中的行為 編碼表用16個阿拉伯數字對16種教學行為進行編碼。其中，教師語言行為占4種，學生語言 行為占4種，教師活動行為占4種，學生活動行為占4種，如下表2。此外，根據行為活動的主體 主動性，進一步分類為主動或驅動方式。
[0037]表2課堂教學行為類別編碼表
[0039] 步驟3:基于課堂教學視頻，依據"轉換采樣，插值補償"方法，根據教學行為類別編 碼表，動態采集行為轉換點，插值行為活動樣本的中間點，最終形成行為數據序列。
[0040] 如圖2所示，為本發明的課堂教學交互行為編碼流程圖。為準確完成課堂教學交互 行為編碼，其基本的過程和方法如下：
[0041 ] (1)確保視頻文件的完整性和可用性；
[0042]由于課堂教學行為觀察是基于視頻的播放展開的，拍攝者和觀察者往往并不是同 一人，視頻文件的完整性和可用性是進行課堂教學交互行為觀察的前提和基礎。因此，在進 行課堂教學行為觀察前，首先要對視頻文件進行檢查，確保視頻文件的完整性和可用性，必 要時可對視頻文件進行轉碼，轉換為常見的視頻文件格式。
[0043] (2)課堂教學交互行為采集方法；
[0044] 具體的教學行為觀察過程中，教學行為數據記錄依據"轉換采樣，插值補償"的方 法，根據編碼系統規定的標準，依次記錄課堂教學的行為數據，最終形成關鍵行為數據序 列。課堂教學行為編碼策略如下：
[0045] 1)語言優先，主導次之；
[0046] 語言活動是課堂教學活動中最主要的形式之一，在課堂教學活動中占據十分重要 的地位。當教學活動過程中有語言時，以語言活動行為作為主要判定依據；當沒有語言行為 時，遵循"誰主導誰優先"的基本規則，即主導課堂教學活動的主體是誰，則行為就劃分為誰 的行為類別。
[0047]如課堂教學中，教師利用多媒體進行教學，在展示的過程中同時有教師的講授，此 時的多媒體只是扮演了教師講授的一個輔助性工具的角色。那么，在行為種類劃分時，此時 的教師的行為應是講授，而不是演示或展示。
[0048]還有些特殊的行為場景，利用多媒體進行學習內容的展示，如教師播放媒體(如視 頻等），學生觀看。如果將此過程中的行為籠統的劃分為教師或學生的某一種行為，則是不 準確的，因為這一過程中教師行為和學生行為都發生了。所以應遵循"誰主導誰優先"的規 貝1J，播放過程的活動行為是老師的主導行為應歸為教師行為類別;但教師播放動作完成后， 則主要是學生觀看，此時是學生的主導行為，所以應歸為學生的行為類別。
[0049] 2)不同行為，行為類別優先；同類行為，行為主體優先；
[0050]行為種類不同時，以行為類別作為優先判定依據;如果是同一類行為，則以行為主 體作為優先判定的依據。如在課堂教學活動中，可能會有以下情況發生:教師提問，然后由A 學生進行應答，A學生應答后，B學生接著對A學生的應答進行了評價并進一步的應答。在此 場景中，出現的教師和學生的行為都是言語類行為，但教師言語和學生言語的行為種類不 同，所以統計行為時首先以種類為依據。但對于學生行為而言，A學生和B學生的言語行為屬 于同一種類，但不是同一人的行為（即行為主體不同），此時則以行為主體是否相同作為判 定依據。若同一行為主體的同一種類行為，則采集時可以不用重復統計；若是不同行為主 體，則兩個數據都是關鍵行為數據，需要采集并記錄下來。在上述情景中，由于A學生和B學 生的言語行為屬于同一種類，此時若不加以區分，則B學生的有效行為在統計中就被遺漏 了，也必然對最終行為數據的分析和評價帶來一定的不利影響。
[0051] 3)同條件下，學生優先；
[0052]在以教為主的教育理論的長期影響下，短期內難以徹底改變教師在課堂中的權威 地位，教師在課堂中仍占據主導地位。相對而言，學生在一定時期內仍處于"弱勢地位"。因 此，不難預測，學生在課堂教學中的行為數量相對教師而言是偏少的。為保證學生有效行為 數據的充分應用，在同一條件下，當教師行為和學生行為同時出現時，在采集數據時，應遵 循學生行為優先的規則進行采集統計。
[0053] (3)課堂教學交互行為的"插值補償"；
[0054]課堂教學交互行為編碼的"插值補償"目標是實現均勻的樣本點。假設第i個行為 起始時間為，結束時間為t。行為的采樣周期為T，則第i個行為的插入樣本數的值n可表 示為：
[0055] n=[(ti_ti-i)/T]_l T 為采樣周期，i>l，to = 0.
[0056]表達式中，插入樣本點的數量是等于第i個行為持續時間（U-tH)與采樣周期的 商，并進行取整減1。采樣周期T取"轉換采樣"行為序列中持續時間最小值。
[0057] (4)課堂教學交互行為的編碼
[0058]采用本發明的課堂教學交互行為編碼方法，獲得的行為數據是一維的行為時間序 列，其基本結構如下：
[0059] {A:，A:表示行為類別編碼，如"1"，表示教師言語行為"講授" ；U表示行為類型 的結束時刻，i表不米樣點數；{0，0}表不行為米樣的開始。
[0060] 通過課堂教學交互行為采集和編碼方法，可以獲得課堂教學交互的一維行為時間 序列數據，為課堂教學交互行為深度分析奠定基礎。
[0061] 應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。
[0062] 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 發明專利保護范圍的限制，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明權 利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發明的保護范圍之內，本發 明的請求保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1. 一種課堂教學交互行為分析編碼方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1:編制行為分類表； 依據行為主體的教學活動過程，將教學行為劃分為教師言語行為、教師活動行為、學生 言語行為和學生活動行為； 步驟2:編制教學行為類別編碼表； 根據行為活動主體主導方式不同將教學行為劃分為主動或驅動兩大類、16小類，并采 用16個阿拉伯數字進行編碼； 步驟3:基于課堂教學視頻，依據"轉換采樣，插值補償"方法，根據教學行為類別編碼 表，動態采集行為轉換點，插值行為活動樣本的中間點，最終形成行為數據序列。2. 根據權利要求1所述的課堂教學交互行為分析編碼方法，其特征在于：步驟1中所述 言語行為是課堂教學中所有語言相關的行為，包括教師言語行為和學生言語行為;所述活 動行為是課堂教學中所有教與學活動相關的行為，包括教師活動行為和學生活動行為。3. 根據權利要求1所述的課堂教學交互行為分析編碼方法，其特征在于：步驟3中所述 "轉換采樣"指采用離散化采樣方法，當行為類型或行為主體變化時，進行行為采樣；"插值 補償"指以采集的關鍵行為數據為基準，根據數據分析需要，在兩個行為采樣點間插值同類 型的樣本點數據，生成新的完整的教學行為序列。4. 根據權利要求1-3任意一項所述的課堂教學交互行為分析編碼方法，其特征在于:步 驟3中，假設第i個行為起始時間為，結束時間為t，行為的采樣周期為T，則第i個行為的 插入樣本數的值η為： n = [ (ti_ti-i)/T]-l，i>l，t〇 = 0〇5. 根據權利要求1-3任意一項所述的課堂教學交互行為分析編碼方法，其特征在于:步 驟3中，獲得的行為數據序列是一維的行為時間序列，其基本結構為M 1,UhA1表示行為類 別編碼，^表示行為的結束時刻，i表示采樣點數，{0,0}表示行為采樣的開始。
【文檔編號】G06Q50/20GK105894413SQ201610288748
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】劉清堂, 程云, 吳林靜, 黃景修, 王亞茹, 王虹, 雷詩捷
【申請人】華中師范大學