數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)管理躍遷研究

　　摘要：作為數(shù)字土著的學(xué)生特別是中高職學(xué)生，在課堂中表現(xiàn)為低頭族、手機(jī)族、睡覺(jué)族等現(xiàn)象較為普遍，但目前的課堂教學(xué)管理大多停留在經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)層面，難以作出精準(zhǔn)的調(diào)控和管理。因此，亟須憑借智能信息技術(shù)來(lái)改善，而數(shù)據(jù)智能的出現(xiàn)則為其提供了契機(jī)。文章在分析數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)管理優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，探討數(shù)據(jù)智能型課堂管理躍升的三步進(jìn)階法即教師主控、師生共促、自律檢測(cè)，建立學(xué)生“行為改善、習(xí)慣養(yǎng)成、能力提升、持續(xù)成長(zhǎng)”等課堂教學(xué)管理目標(biāo)的四重境界，構(gòu)建涵蓋課堂內(nèi)容、活動(dòng)、時(shí)間、問(wèn)題行為和評(píng)價(jià)五個(gè)維度的精準(zhǔn)管理策略，強(qiáng)調(diào)“教、學(xué)、管”統(tǒng)整，彰顯精準(zhǔn)教學(xué)和智慧管理的價(jià)值，希冀提高課堂教學(xué)效果，有效地促進(jìn)學(xué)生全人的發(fā)展。

　　本文源自電化教育研究,2020,41(07):100-107.《電化教育研究》創(chuàng)刊于1980年，讀者遍及英、美、日、荷蘭、韓、加拿大等國(guó)家和香港、臺(tái)灣等地區(qū)，是我國(guó)教育與電教界的學(xué)術(shù)理論園地和權(quán)威性刊物，素有“中國(guó)電化教育理論研究基地”之稱譽(yù)，倍受國(guó)內(nèi)外數(shù)萬(wàn)讀者的傾心和愛(ài)戴。

　　大數(shù)據(jù)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等新技術(shù)的涌現(xiàn)和應(yīng)用，為學(xué)校發(fā)展和教學(xué)變革創(chuàng)造了新的機(jī)遇。越來(lái)越多的智能設(shè)備、智慧系統(tǒng)或平臺(tái)進(jìn)入校園，智慧校園、智慧課堂的建設(shè)得以持續(xù)推進(jìn)。在智慧課堂的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，教學(xué)是根本，智慧是關(guān)鍵，管理是保障。作為影響課堂教學(xué)效果的重要因素，課堂教學(xué)管理是若干學(xué)校教學(xué)中的困境。教師如何在智慧課堂中結(jié)合智能設(shè)備實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，合理分析并有效進(jìn)行課堂教學(xué)管理至關(guān)重要。隨著技術(shù)的發(fā)展，智能設(shè)備不再局限于處理綜合性數(shù)據(jù)，而更多地使用場(chǎng)景中的真實(shí)數(shù)據(jù)，從而發(fā)揮數(shù)據(jù)的更大價(jià)值，改善與人的交互能力，因此“數(shù)據(jù)智能”這個(gè)新物種順應(yīng)而生。如何利用好教育過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)智能在教育教學(xué)和課堂管理中的價(jià)值，有機(jī)地成為伴隨式技術(shù)，將成為教育領(lǐng)域研究的關(guān)注點(diǎn)和方法論上的探索點(diǎn)。

　　本文以課堂教學(xué)管理的現(xiàn)狀為切入點(diǎn)，以數(shù)據(jù)智能的理念和技術(shù)作支撐，分析數(shù)據(jù)智能型與傳統(tǒng)型課堂教學(xué)管理的比較優(yōu)勢(shì)，探討傳統(tǒng)的課堂教學(xué)管理躍遷到數(shù)據(jù)智能引發(fā)的課堂教學(xué)管理創(chuàng)新和樣態(tài)，突出“三步進(jìn)階、四重境界、五維精準(zhǔn)”，強(qiáng)調(diào)“教、學(xué)、管”統(tǒng)整，彰顯精準(zhǔn)教學(xué)和智慧管理的價(jià)值，進(jìn)而提高課堂教學(xué)效果。

　　二、課堂教學(xué)管理的現(xiàn)狀及數(shù)據(jù)智能提供的改善契機(jī)

　　(一)課堂教學(xué)管理的現(xiàn)狀

　　當(dāng)今的課堂教學(xué)中，作為數(shù)字土著的學(xué)生特別是中高職學(xué)生，課堂上普遍表現(xiàn)出“低頭族”“手機(jī)族”“無(wú)書(shū)族”“睡覺(jué)族”“聊天族”等現(xiàn)象，有研究將此歸因于學(xué)生不愛(ài)學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)態(tài)度不認(rèn)真、教師的知識(shí)陳舊、教學(xué)方法單一、缺乏互動(dòng)等[1]，從中可以看出教師管理上的無(wú)奈，管理難出成效。筆者結(jié)合對(duì)真實(shí)課堂的觀察和自身實(shí)際教學(xué)過(guò)程中的感受，發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)課堂中，存在因課堂教學(xué)管理方面的難題而直接影響教學(xué)進(jìn)度，進(jìn)而影響整個(gè)教學(xué)效果和質(zhì)量的現(xiàn)象。

　　隨著教育信息化的持續(xù)推進(jìn)，越來(lái)越多的智能技術(shù)得到采用，使得課堂教學(xué)及活動(dòng)逐漸數(shù)字化，“數(shù)字驅(qū)動(dòng)教學(xué)”已成為時(shí)代的選擇，學(xué)習(xí)資源日益豐富，教師不再是學(xué)生知識(shí)的唯一源頭，教師職能也應(yīng)從以教授為中心轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;教、學(xué)、管”統(tǒng)整。教育信息化要求全方位推進(jìn)教學(xué)管理改革和創(chuàng)新[2]，但目前的課堂教學(xué)管理大多停留在經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)層面，難以作出精準(zhǔn)的調(diào)控和管理。因此，課堂教學(xué)管理應(yīng)轉(zhuǎn)向基于數(shù)據(jù)的、精準(zhǔn)的、個(gè)性化的、科學(xué)化的管理，而數(shù)據(jù)智能的出現(xiàn)則為其提供了契機(jī)。

　　(二)數(shù)據(jù)智能為課堂教學(xué)管理改善提供了契機(jī)

　　1. 數(shù)據(jù)智能的概念

　　數(shù)據(jù)智能是利用分析工具和數(shù)據(jù)挖掘等智能技術(shù)對(duì)收集的海量數(shù)據(jù)，加以智能化分析與處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可操作的信息，發(fā)現(xiàn)洞見(jiàn)和趨勢(shì)，從而改進(jìn)決策與管理的一種方法。數(shù)據(jù)智能代表著一種新的范式即認(rèn)知范式，其終極目標(biāo)是決策智能化，超越了“是什么”和“為什么”的第四范式即數(shù)據(jù)密集型范式。

　　在國(guó)內(nèi)，百度公司2014年提出了數(shù)據(jù)智能的概念，是指基于大數(shù)據(jù)引擎，通過(guò)大規(guī)模機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和挖掘，提取數(shù)據(jù)中所包含的有價(jià)值的信息和知識(shí)，使數(shù)據(jù)具有“智能”，并通過(guò)建立模型尋求現(xiàn)有問(wèn)題的解決方案以及實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)等[3]。簡(jiǎn)單地說(shuō)，數(shù)據(jù)智能就是大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的融合[4]。在國(guó)外，數(shù)據(jù)智能的定義主要有兩種：數(shù)據(jù)智能就是收集和分析海量數(shù)據(jù)以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的趨向的過(guò)程[5];數(shù)據(jù)智能是使用方為了更好地理解所收集的信息以改進(jìn)其服務(wù)或投資而使用的所有智能分析工具和方法[6]。數(shù)據(jù)智能是一系列能力的集合，其實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)是數(shù)據(jù)智能平臺(tái)(也稱為中臺(tái))。數(shù)據(jù)智能平臺(tái)能承載和調(diào)用一系列智能數(shù)據(jù)(面向特定情境和問(wèn)題的數(shù)據(jù)集)，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、分析和挖掘，提取數(shù)據(jù)中所包含的具有情境價(jià)值的信息和知識(shí)，形成不同的情境化數(shù)據(jù)處理能力，并通過(guò)建立核心模型(由人的智慧和機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化而來(lái)的模型)、構(gòu)建流程和數(shù)據(jù)產(chǎn)品，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)決策[4]。

　　數(shù)據(jù)智能提供了360°的教學(xué)環(huán)境視圖，涵蓋以教學(xué)和學(xué)生發(fā)展為中心的增強(qiáng)分析、預(yù)測(cè)和決策。(1)描述性：檢查和審核教學(xué)數(shù)據(jù)，從而了解、分析教學(xué)績(jī)效和學(xué)生行為;(2)規(guī)定性：開(kāi)發(fā)和分析教學(xué)過(guò)程中的替代性知識(shí);(3)診斷性：確定課堂中可能發(fā)生的小微事件及原因;(4)預(yù)測(cè)性：分析歷史數(shù)據(jù)以確定未來(lái)的課堂教學(xué)和管理;(5)決策性：測(cè)量課堂數(shù)據(jù)的充分性，并給出在多種可能性環(huán)境中未來(lái)要采取的最佳行動(dòng)。

　　2. 數(shù)據(jù)智能為課堂教學(xué)管理改善提供契機(jī)

　　數(shù)據(jù)智能可觀測(cè)、分析、解釋、預(yù)言和調(diào)控對(duì)象，細(xì)致入微地洞察每個(gè)人的行為模式，量化描述人的生理、人格、知識(shí)、意向、情感、行為等屬性，預(yù)測(cè)人的言行所表現(xiàn)出的意義以及行動(dòng)的傾向性和可能性，進(jìn)而透視人的心理與動(dòng)機(jī)，并進(jìn)行影響、控制和調(diào)節(jié)[7]。在課堂教學(xué)管理中，數(shù)據(jù)客觀地表征著學(xué)生的課堂行為或?qū)W習(xí)實(shí)在，而數(shù)據(jù)智能以“會(huì)自己說(shuō)話的方式”自動(dòng)介入到課堂教學(xué)治理中，生成新的課堂治理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與行動(dòng)的一體化。

　　數(shù)據(jù)智能作為數(shù)據(jù)分析的高級(jí)階段，其增強(qiáng)分析打破了現(xiàn)有學(xué)習(xí)分析的藩籬：一方面，以往的數(shù)據(jù)分析多半停留在原始學(xué)習(xí)行為屬性本身的分析層面，可理解性差，缺乏全過(guò)程關(guān)聯(lián)性分析;另一方面，難以最大限度地挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，缺少基于人機(jī)交互的可視化分析[8]。數(shù)據(jù)智能綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)處理和分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、可視化呈現(xiàn)等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)課堂教學(xué)數(shù)據(jù)中潛在的關(guān)聯(lián)并建立關(guān)系模型，實(shí)施增強(qiáng)分析和動(dòng)態(tài)自適應(yīng)，為課堂教學(xué)管理決策及有效預(yù)防提供支架。

　　數(shù)據(jù)智能是提升課堂教學(xué)及管理內(nèi)涵和助推其優(yōu)質(zhì)發(fā)展的巨擘，也是預(yù)測(cè)、決策課堂教學(xué)管理的應(yīng)然結(jié)果和必然要求。數(shù)據(jù)智能通過(guò)捕獲學(xué)生的學(xué)習(xí)反應(yīng)和行為呈現(xiàn)，量化學(xué)生自我或生成畫(huà)像，洞察其心理活動(dòng)和思維過(guò)程，積極調(diào)節(jié)和干預(yù)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)智能驅(qū)動(dòng)的教學(xué)決策和管理能力，展示精準(zhǔn)教學(xué)和智慧管理的價(jià)值，有效地促進(jìn)學(xué)生全人的發(fā)展。

　　三、數(shù)據(jù)智能型與傳統(tǒng)型課堂教學(xué)管理的比較分析

　　傳統(tǒng)課堂教學(xué)管理的特征主要表現(xiàn)為直覺(jué)化、經(jīng)驗(yàn)化。首先，教師在處理學(xué)生課堂問(wèn)題時(shí)，常出現(xiàn)“對(duì)人不對(duì)事”的現(xiàn)象。對(duì)于同一個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)對(duì)學(xué)生有經(jīng)驗(yàn)化認(rèn)識(shí)的教師，對(duì)于不同印象的對(duì)象可能會(huì)采取完全不同的問(wèn)題解決方式，這種不公平的管理方式會(huì)直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。其次，班級(jí)授課制決定了教師不可能持續(xù)關(guān)注或者照顧到每一位學(xué)生，因此會(huì)出現(xiàn)對(duì)學(xué)生課堂問(wèn)題行為管理不及時(shí)的現(xiàn)象，這可能會(huì)助長(zhǎng)學(xué)生的僥幸心理，從而增加問(wèn)題行為發(fā)生的頻次，甚至?xí)斐善渌麊?wèn)題行為的發(fā)生。

　　針對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)管理存在的問(wèn)題，結(jié)合各種智慧系統(tǒng)和智能設(shè)備進(jìn)入教室、多方打造智慧課堂的教育現(xiàn)實(shí)，以數(shù)據(jù)智能作為關(guān)鍵理念和方法來(lái)躍升課堂教學(xué)管理深具價(jià)值。數(shù)據(jù)智能“有助于堅(jiān)持以學(xué)生需求為導(dǎo)向，營(yíng)造更加人性化的管理氛圍，通過(guò)信息交流機(jī)制的多元化和人性化，消除教師與學(xué)生之間的溝通障礙”[9]。

　　在數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)管理中，多種智能技術(shù)融入課堂教學(xué)，通過(guò)記錄學(xué)生全方位、全時(shí)段的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，并配以手勢(shì)識(shí)別、表情識(shí)別、文本分析等數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)管理的全局性、實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性、可視性，保證課堂教學(xué)高效進(jìn)行和提高課堂教學(xué)質(zhì)量。數(shù)據(jù)智能可以對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和行為進(jìn)行客觀描繪，科學(xué)、公正地能幫助教師改變“先入為主”的直覺(jué)判斷，做到依據(jù)數(shù)據(jù)的科學(xué)化智能管理。

　　數(shù)據(jù)智能借助情感分析、注視分析等多模態(tài)分析技術(shù)[10]對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度分析，從而深度了解學(xué)生深層次的學(xué)習(xí)情況。教師根據(jù)智能分析的結(jié)果，不僅可以了解學(xué)生的興趣點(diǎn)、存在學(xué)習(xí)困難的知識(shí)點(diǎn)、已經(jīng)掌握的知識(shí)點(diǎn)，還可以全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，甚至通過(guò)大量學(xué)生表現(xiàn)的匯總發(fā)現(xiàn)問(wèn)題行為發(fā)生的潛在座位區(qū)，進(jìn)而利用智能設(shè)備針對(duì)性地進(jìn)行智慧化管理。兩者的比較分析如圖1所示。

　　圖1數(shù)據(jù)智能型與傳統(tǒng)型課堂教學(xué)管理的比較及優(yōu)勢(shì)分析

　　四、數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)管理躍遷

　　傳統(tǒng)的課堂教學(xué)管理狹義于管，而有效的課堂教學(xué)管理在要素上包括教、學(xué)、管，在實(shí)施上包括方法、目標(biāo)和策略。基于數(shù)據(jù)及其價(jià)值利用的課堂教學(xué)管理，數(shù)據(jù)智能則強(qiáng)調(diào)“教、學(xué)、管”統(tǒng)整的方法、目標(biāo)和策略，如圖2所示。圖2最中心的位置是“教、學(xué)、管”，其中教學(xué)互動(dòng)作為連接教師的教、學(xué)生的學(xué)和師生共同管理的橋梁，是實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)管理的必要通道。教學(xué)互動(dòng)表現(xiàn)為教師與學(xué)生個(gè)體、教師與學(xué)生小組、學(xué)生個(gè)體與學(xué)生個(gè)體、學(xué)生個(gè)體與學(xué)生小組等多元主體間的互動(dòng)。在圖2的內(nèi)環(huán)，“教師主控、科學(xué)預(yù)防”“師生共促、精準(zhǔn)調(diào)控”“自律檢測(cè)、全面發(fā)展”，是數(shù)據(jù)智能支撐課堂教學(xué)管理躍升的三步進(jìn)階。在圖2的外環(huán)，行為改善、習(xí)慣養(yǎng)成、能力提升、持續(xù)成長(zhǎng)是課堂教學(xué)管理的變革路向，也是數(shù)據(jù)智能支撐課堂教學(xué)管理目標(biāo)的四重境界。通過(guò)三步進(jìn)階的管理方法，可在改善學(xué)生日常行為的基礎(chǔ)上，幫助其自主探索、合理安排時(shí)間等良好學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成，并逐步增強(qiáng)自我管理能力，進(jìn)而為自身的可持續(xù)成長(zhǎng)提供可能。

　　圖2“教—學(xué)—管”統(tǒng)整

　　(一)三步進(jìn)階：數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)管理方法

　　數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)管理方法采用三步法，即初、中、高三階段，如圖3所示。

　　圖3課堂教學(xué)管理的三步進(jìn)階法

　　1. 初級(jí)階段：教師主控，科學(xué)預(yù)防

　　該階段是課堂教學(xué)管理的基礎(chǔ)階段。預(yù)防系防患于未然，即通過(guò)對(duì)智能教學(xué)系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，搜集學(xué)生學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)效果等客觀多維數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析、關(guān)聯(lián)分析、用戶模型、可視化分析等全方位獲得學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況，從而在教學(xué)設(shè)計(jì)的大層面上，精細(xì)設(shè)計(jì)和最佳分配各部分學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)支持與拓展資源、學(xué)習(xí)時(shí)間等，防止紀(jì)律問(wèn)題的產(chǎn)生，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率和時(shí)間利用率。

　　2. 中級(jí)階段：師生共促，精準(zhǔn)調(diào)控

　　該階段是課堂教學(xué)管理的關(guān)鍵階段，主要針對(duì)教學(xué)過(guò)程中的精準(zhǔn)調(diào)控，也是數(shù)據(jù)智能發(fā)揮價(jià)值的關(guān)鍵所在，交互式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化可幫助教師發(fā)現(xiàn)并診斷課堂管理問(wèn)題。傳統(tǒng)課堂中，由于班級(jí)人數(shù)較多，教師不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)所有學(xué)生是否在認(rèn)真聽(tīng)講，特別是有些貌似在看黑板的同學(xué)。而在數(shù)據(jù)智能支撐的課堂中，監(jiān)控視頻全方位拍下學(xué)生行為，可直觀發(fā)現(xiàn)走神、搞小動(dòng)作、睡覺(jué)、小聲聊天等行為的學(xué)生。同時(shí)，還可以通過(guò)眼動(dòng)追蹤、表情識(shí)別記錄學(xué)生的真正聚焦點(diǎn)、學(xué)習(xí)難點(diǎn)與活躍點(diǎn)等，采用多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析明了學(xué)生的真實(shí)情況，從而有的放矢，針對(duì)性講解與糾正。在整個(gè)過(guò)程中師生、生生及時(shí)互動(dòng)，互相監(jiān)督和促進(jìn)。

　　3. 高級(jí)階段：自律檢測(cè)，全面發(fā)展

　　該階段是課堂教學(xué)管理的保障階段。一次的提醒和管控不能確保完全制止學(xué)生的所有問(wèn)題行為，不良習(xí)慣的改正和好習(xí)慣的養(yǎng)成都需要時(shí)間，數(shù)據(jù)智能支撐的課堂通過(guò)采集日常課堂教學(xué)的全景數(shù)據(jù)，能持續(xù)追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)行為;同時(shí)，利用智能算法、搜索引擎、關(guān)聯(lián)分析、啟發(fā)式探索、推薦系統(tǒng)等提供給學(xué)生適切的資源，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑，維持學(xué)生持續(xù)性學(xué)習(xí)的動(dòng)力，從而改善學(xué)習(xí)效果。此外，系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)分析通過(guò)即時(shí)反饋表?yè)P(yáng)學(xué)生表現(xiàn)好的地方，指出其需要改進(jìn)的地方，逐步培養(yǎng)學(xué)生自我完善、自我管理的意識(shí)與能力。

　　(二)四重境界：數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)管理目標(biāo)

　　行為改善、習(xí)慣養(yǎng)成、能力提升、持續(xù)成長(zhǎng)等學(xué)生自我完善的能力目標(biāo)，是數(shù)據(jù)智能型課堂教學(xué)管理的四重境界，也是數(shù)據(jù)智能價(jià)值發(fā)揮的真正體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)依次增強(qiáng)，見(jiàn)表1。

　　1. 行為改善

　　數(shù)據(jù)智能結(jié)合行為改變技術(shù)(BehaviorChangeTechniques)，能建立有效的干預(yù)，改善學(xué)生的行為。IBM運(yùn)用人工智能設(shè)計(jì)了對(duì)具體場(chǎng)景有效的、具有搜索、預(yù)測(cè)、推薦和解釋功能的行為改善干預(yù)算法，具體包括：(1)無(wú)監(jiān)督和有監(jiān)督的信息提取算法，可從行為改善干預(yù)評(píng)估報(bào)告中自動(dòng)提取關(guān)鍵信息;(2)機(jī)器學(xué)習(xí)和推理算法，可對(duì)提取的信息進(jìn)行推理，給出具體場(chǎng)景的干預(yù)建議，并預(yù)測(cè)尚未經(jīng)實(shí)驗(yàn)的干預(yù)措施的可能結(jié)果[11]。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，行為改善包括學(xué)習(xí)行為和紀(jì)律行為兩個(gè)方面，基于數(shù)據(jù)智能的課堂管理是引導(dǎo)學(xué)生行為改善的基本法則。數(shù)據(jù)智能技術(shù)能自動(dòng)化生成學(xué)習(xí)情況表單、錯(cuò)題集、違反紀(jì)律情況等并實(shí)時(shí)反饋給教師，及時(shí)提醒學(xué)生正確認(rèn)識(shí)自己的表現(xiàn)。學(xué)生可以可視化地與各類數(shù)據(jù)交互，針對(duì)自身問(wèn)題改變自身行為，從而朝著成績(jī)優(yōu)異、課堂守紀(jì)的方向發(fā)展。

　　表1數(shù)據(jù)智能對(duì)四重境界的具體支撐

　　2. 習(xí)慣養(yǎng)成

　　偶爾行為的改善并不能真正改變學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，習(xí)慣的養(yǎng)成需要充足的時(shí)間和持續(xù)的自律或督促。傳統(tǒng)課堂中，雖然每節(jié)課都會(huì)注意學(xué)生好習(xí)慣的養(yǎng)成，但由于學(xué)生多且行為習(xí)慣各異，要求任課教師在完成教學(xué)任務(wù)的前提下，時(shí)刻督促每一位學(xué)生好習(xí)慣的養(yǎng)成，其效果可想而知。數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)管理恰好能在這方面有所建樹(shù)。數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)環(huán)境，可利用數(shù)據(jù)智能平臺(tái)的場(chǎng)景捕獲和機(jī)器視覺(jué)智能診斷功能，也可利用具有分析功能的攝像頭和場(chǎng)景自動(dòng)切換的智能錄播系統(tǒng)，采用面部表情自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、眼動(dòng)追蹤技術(shù)等從時(shí)空兩個(gè)維度，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為的持續(xù)性、多方位、深層次的關(guān)注，從而督促學(xué)生與同伴時(shí)刻注意自身行為的合適性，進(jìn)而促進(jìn)好習(xí)慣的養(yǎng)成。

　　3. 能力提升

　　知識(shí)的快速更新致使學(xué)生無(wú)法始終掌握所有知識(shí)，教師應(yīng)分享給學(xué)生獲取知識(shí)的方法和能力，因此關(guān)鍵在于學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)與提升，特別是學(xué)習(xí)能力與自我管理能力。數(shù)據(jù)智能在這方面可展現(xiàn)其獨(dú)特的魅力，它不僅能通過(guò)多模態(tài)資源、多元交互設(shè)備等極大地豐富教學(xué)活動(dòng)的種類與形式，還可以通過(guò)聚類或回歸分析、關(guān)聯(lián)分析、啟發(fā)式探索、即時(shí)反饋、自適應(yīng)路徑推薦等培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維與問(wèn)題檢索能力，訓(xùn)練提升自身能力，再配合教師的適當(dāng)引導(dǎo)，逐步完善自身能力結(jié)構(gòu)。Kumar等[12]提出了一個(gè)基于能力的學(xué)習(xí)分析框架，其目標(biāo)是將學(xué)生的表現(xiàn)轉(zhuǎn)化為能力檔案，主要依托于開(kāi)源框架Hackstat收集、分析、可視化、解釋、注釋以及發(fā)布軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程和產(chǎn)品數(shù)據(jù)，通過(guò)抽象語(yǔ)法樹(shù)等可視化技術(shù)將學(xué)生表現(xiàn)轉(zhuǎn)化為熟練程度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其能力表征，并在Java課程中得到驗(yàn)證。

　　4. 持續(xù)成長(zhǎng)

　　持續(xù)成長(zhǎng)是學(xué)生的終極目標(biāo)。每個(gè)學(xué)生都是獨(dú)特的、有獨(dú)立意義的人，同樣的教師在同一課堂以同一速度講授相同的知識(shí)點(diǎn)，不同學(xué)生的接受程度千差萬(wàn)別。因此，不僅在教學(xué)內(nèi)容如學(xué)習(xí)資源的提供上要因人而異，在教學(xué)管理上也要依據(jù)學(xué)生的個(gè)人性格特征、學(xué)習(xí)風(fēng)格等進(jìn)行個(gè)性化處理。個(gè)性化支持與服務(wù)是數(shù)據(jù)智能的關(guān)鍵特征，也是實(shí)現(xiàn)學(xué)生可持續(xù)成長(zhǎng)的重要支撐，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)為學(xué)生的可持續(xù)成長(zhǎng)提供了個(gè)性化參照框架。除了學(xué)生知識(shí)與技能的可持續(xù)性增長(zhǎng)之外，學(xué)生品德的持續(xù)成長(zhǎng)也是教育的重要方面。Ramberg等[13]曾基于層次化的數(shù)據(jù)，采用多級(jí)模型和兩級(jí)二元邏輯回歸分析等研究表明：學(xué)校效能和學(xué)生作弊之間的關(guān)系部分是由學(xué)生的成績(jī)和道德標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)的。

　　(三)五維精準(zhǔn)：數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)管理策略

　　數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)管理策略包含課堂教學(xué)內(nèi)容管理、活動(dòng)管理、時(shí)間管理、問(wèn)題行為管理、教學(xué)評(píng)價(jià)管理等五個(gè)維度，其技術(shù)運(yùn)用和功能展現(xiàn)如圖4所示。

　　圖4課堂教學(xué)管理的數(shù)據(jù)智能技術(shù)支撐

　　1. “語(yǔ)義關(guān)聯(lián)+可視化”實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)的精準(zhǔn)

　　教學(xué)內(nèi)容管理是課堂教學(xué)管理的根本，包括確定呈現(xiàn)哪些知識(shí)內(nèi)容和以何種方式呈現(xiàn)，以及提供哪些拓展資源。首先，在知識(shí)內(nèi)容選擇方面，要依據(jù)教學(xué)目標(biāo)、重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡和前測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有針對(duì)性地呈現(xiàn)相應(yīng)的知識(shí)內(nèi)容。其次，在知識(shí)呈現(xiàn)方式上，利用網(wǎng)狀思維和語(yǔ)義關(guān)聯(lián)分析，為相關(guān)知識(shí)節(jié)點(diǎn)建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，以思維導(dǎo)圖、學(xué)科知識(shí)圖譜、圖表、儀表盤、虛擬現(xiàn)實(shí)等可視化形式呈現(xiàn)知識(shí)，并通過(guò)智能終端將結(jié)果生動(dòng)地展現(xiàn)給學(xué)生，將語(yǔ)義、知識(shí)內(nèi)在結(jié)構(gòu)及邏輯關(guān)系作為重要力量，驅(qū)動(dòng)學(xué)生形成自己的認(rèn)知腦圖。最后，根據(jù)學(xué)生的不同知識(shí)基礎(chǔ)及理解能力，提供不同類型、不同難度的拓展知識(shí)。此外，教學(xué)示例及資源的編排都應(yīng)當(dāng)在知識(shí)內(nèi)在結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加學(xué)生對(duì)教學(xué)情境的認(rèn)同感，加深對(duì)知識(shí)的自主建構(gòu)與理解，進(jìn)一步強(qiáng)化自主學(xué)習(xí)能力。

　　2. “多模態(tài)資源+多方式共享”實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)活動(dòng)的精準(zhǔn)

　　大班授課直接導(dǎo)致課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)形式單一，學(xué)生參與度低，每位學(xué)生不能受到足夠的重視，因而降低了參與活動(dòng)的積極性，注意力分散。而學(xué)習(xí)活動(dòng)成功實(shí)施的重要條件是學(xué)生的課堂參與度，即學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容能夠積極接受和參與，而不是感到無(wú)聊。Pekrun[14]等研究表明，無(wú)聊感對(duì)學(xué)生的學(xué)業(yè)成績(jī)有負(fù)面影響。資源的豐富多態(tài)及數(shù)據(jù)智能平臺(tái)與設(shè)備的供給，對(duì)創(chuàng)新課堂活動(dòng)內(nèi)容和形式、減少學(xué)生無(wú)聊感、培養(yǎng)與維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等都具有重要作用。同時(shí)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)生成的跟蹤數(shù)據(jù)的可視化展示，有助于教師和學(xué)生直觀地解釋這些數(shù)據(jù)，并快速感知其隱藏的方面。

　　因此，通過(guò)“多模態(tài)資源+多方式共享”，不僅可以創(chuàng)設(shè)多種教學(xué)情境，調(diào)動(dòng)學(xué)生的多感官共同參與和共同構(gòu)建，還可以通過(guò)啟發(fā)式探索、自適應(yīng)系統(tǒng)等支持學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)資源及路徑。除此之外，數(shù)據(jù)智能及設(shè)備融入課堂的實(shí)況為教師及時(shí)調(diào)整活動(dòng)形式，改變活動(dòng)場(chǎng)景等提供了極大支持，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生興趣、掌握情況等隨時(shí)改變分組情況、活動(dòng)實(shí)施等，如基于智能設(shè)備設(shè)置問(wèn)題搶答環(huán)節(jié)，維持學(xué)生參與學(xué)習(xí)活動(dòng)的新鮮感與專注度，從而逐漸養(yǎng)成積極主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)的良好習(xí)慣。

　　3. “自動(dòng)識(shí)別+實(shí)時(shí)跟進(jìn)”實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)時(shí)間分配的精準(zhǔn)

　　在教學(xué)反思中，教師關(guān)注最多的是課堂教學(xué)管理，反映的問(wèn)題主要包括難以把控課堂紀(jì)律和難以把控課堂時(shí)間[15]?？梢?jiàn)，適當(dāng)調(diào)控課堂知識(shí)講解、提問(wèn)、討論等各部分活動(dòng)的時(shí)間，是教師進(jìn)行有效課堂教學(xué)管理的必備能力。數(shù)據(jù)智能支撐的課堂教學(xué)時(shí)間管理，表現(xiàn)為橫向和縱向兩個(gè)維度。橫向維度上，教師依據(jù)數(shù)據(jù)智能平臺(tái)能同時(shí)控制每位學(xué)生的智能設(shè)備，覆蓋面廣，節(jié)省時(shí)間?？v向維度上，教師在數(shù)據(jù)智能平臺(tái)上，實(shí)時(shí)了解學(xué)生進(jìn)度的情況，適應(yīng)性調(diào)控各個(gè)活動(dòng)和練習(xí)等時(shí)間，提升學(xué)生的時(shí)間利用率和學(xué)習(xí)效能。

　　傳統(tǒng)課堂上，教師需要遍歷教室才能逐個(gè)確認(rèn)每位學(xué)生的真實(shí)狀態(tài)，但數(shù)據(jù)智能型課堂教學(xué)環(huán)境卻可以通過(guò)異常檢測(cè)等自動(dòng)識(shí)別存在問(wèn)題的學(xué)生，如未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成練習(xí)、任務(wù)等，并通過(guò)后臺(tái)記錄數(shù)據(jù)可視化表征了解學(xué)生的精準(zhǔn)問(wèn)題，從而根據(jù)每位學(xué)生的具體問(wèn)題調(diào)整既定活動(dòng)時(shí)間，優(yōu)化學(xué)習(xí)過(guò)程。同時(shí)，多次優(yōu)化不僅能更好地為學(xué)生提供適切性服務(wù)，還有助于學(xué)生自我學(xué)習(xí)、自我管理能力的提升。Papamitsiou[16]通過(guò)對(duì)評(píng)估過(guò)程中時(shí)間軌跡數(shù)據(jù)的可視化研究表明：時(shí)間因素可用于學(xué)生行為的可視化;學(xué)生行為時(shí)間維度的可視化可提高教師對(duì)學(xué)生進(jìn)步狀況、迷思概念和任務(wù)難度的認(rèn)識(shí)。因此，對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、參與學(xué)習(xí)活動(dòng)、完成學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)間的可視化分析，可實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)時(shí)間的精準(zhǔn)分配。

　　4. “異常檢測(cè)+即時(shí)反饋”實(shí)現(xiàn)課堂問(wèn)題行為管理精準(zhǔn)

　　課堂問(wèn)題行為是指學(xué)生違反課堂紀(jì)律或影響課堂教學(xué)進(jìn)度及效果的行為的總稱。課堂學(xué)生問(wèn)題行為的存在，可能是個(gè)體行為，也可能是個(gè)體引發(fā)的群體行為，這不僅不利于自身學(xué)習(xí)，也可能給其他學(xué)生甚至全班學(xué)生帶來(lái)不利影響。因智能設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)的配備，學(xué)生的課堂問(wèn)題行為也發(fā)生了一些改變，例如追劇、聽(tīng)音樂(lè)、打游戲、聊天、睡覺(jué)等，但學(xué)生可能會(huì)通過(guò)遮蔽等方式佯裝學(xué)習(xí)。而在數(shù)據(jù)智能的支撐下，平臺(tái)可通過(guò)全面監(jiān)測(cè)、眼部追蹤等實(shí)時(shí)獲取所有學(xué)生的情緒狀態(tài)與行為，利用分類與聚類、特征提取、模型創(chuàng)建與驗(yàn)證、模式識(shí)別等方法快速檢測(cè)異常，因而教師可實(shí)時(shí)定位存在問(wèn)題行為的學(xué)生，根據(jù)其問(wèn)題行為的類型、性質(zhì)及特征給予即時(shí)反饋。如對(duì)于初次表現(xiàn)出問(wèn)題行為的學(xué)生，可通過(guò)發(fā)送消息等方式警告，若警告無(wú)效則可以遠(yuǎn)程控制智能設(shè)備，強(qiáng)行終止其不當(dāng)行為。此外，對(duì)課堂教學(xué)全過(guò)程、全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可為教師反思課堂教學(xué)效果提供思路及證據(jù)。

　　5. “人機(jī)共評(píng)+多維齊評(píng)”實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)與決策精準(zhǔn)

　　教師獲得學(xué)生的信息越多、越詳細(xì)、越客觀，越有利于對(duì)自己和學(xué)生行為作出公允的判斷[21]。數(shù)據(jù)智能對(duì)課堂教學(xué)全過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)與分析，為教師和學(xué)生獲取更全面信息進(jìn)行課堂教學(xué)評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。當(dāng)前評(píng)價(jià)研究強(qiáng)調(diào)關(guān)注過(guò)程的多元評(píng)價(jià)，相較于教師單方面的評(píng)價(jià)，就評(píng)價(jià)主體而言更具全面性，但在學(xué)生的自我評(píng)價(jià)與同儕評(píng)價(jià)中，通常帶有極強(qiáng)的主觀性，較大程度上受到自身喜惡、人際關(guān)系等因素的影響。數(shù)據(jù)智能型課堂教學(xué)評(píng)價(jià)管理也強(qiáng)調(diào)過(guò)程取向的多元評(píng)價(jià)，而教學(xué)全過(guò)程的數(shù)據(jù)化，可以客觀改善評(píng)價(jià)的主觀性。通過(guò)對(duì)教學(xué)全過(guò)程的音視頻、文本、圖形圖像等多模態(tài)數(shù)據(jù)分析，問(wèn)題正確率、投票結(jié)果等可視化呈現(xiàn)，能準(zhǔn)確掌握學(xué)生的參與度、知識(shí)理解度及學(xué)習(xí)體驗(yàn)感。

　　“人機(jī)共評(píng)+多維齊評(píng)”分別從評(píng)價(jià)對(duì)象和評(píng)價(jià)內(nèi)容兩方面對(duì)課堂教學(xué)管理評(píng)價(jià)進(jìn)行了補(bǔ)充，進(jìn)一步完善了管理評(píng)價(jià)體系。其中“人機(jī)共評(píng)”在彌補(bǔ)人的主觀性的基礎(chǔ)上，通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析、可視化等解開(kāi)數(shù)據(jù)的神秘面紗，從而發(fā)揮人與機(jī)器各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)評(píng)價(jià)管理的主客觀同在，科學(xué)化與人性化并存;“多維齊評(píng)”通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)內(nèi)容的多方面、多維度的共同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)管理評(píng)價(jià)內(nèi)容的完整性與可靠性。同時(shí)，深度學(xué)習(xí)可以通過(guò)將教師的優(yōu)秀決策數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集,通過(guò)不斷的“訓(xùn)練”來(lái)習(xí)得教師的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)[17]。

　　五、結(jié)語(yǔ)

　　智能平臺(tái)和設(shè)備“武裝”的課堂教學(xué)環(huán)境，需要對(duì)其管理方式方法作出相應(yīng)的技術(shù)融合和模式躍遷。本文結(jié)合當(dāng)前的課堂教學(xué)管理現(xiàn)狀，提出了“教—學(xué)—管”統(tǒng)整的轉(zhuǎn)向以及數(shù)據(jù)智能支撐的樣態(tài)，借由“三步進(jìn)階、四重境界、五維精準(zhǔn)”及相應(yīng)的伴隨式技術(shù)，展示了精準(zhǔn)教學(xué)和智慧管理的價(jià)值，希冀為教師在課堂管理方面提供借鑒，進(jìn)而提高課堂教學(xué)效果，有效地促進(jìn)學(xué)生全人的發(fā)展。

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