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行为信息熵在教学过程量化分析中的应用探析
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作者:杨平展 罗平 黄利红   点击:1445   更新日期:2010-05-07 16:26:16

摘要:教学是教师与学生相互交流的过程,也是教育信息传递、处理、获得和发展的过程。如何对教学过程进行客观的量化处理和评价,是教学评价中的一大关注点。本文从信息熵的原理出发,通过对微格教学课例教学行为的分析,说明了行为信息熵在教学分析中的应用。

关键词:教学行为 信息熵 冗余度 教学分析

教学过程可以看作是一个复杂而动态的系统,如果将对该系统的分析评价依赖于听课教师的点评显然具有主观性。本文尝试引入行为信息熵的概念,以本科教学实习的一堂微型课为研究对象,选取教学过程中的教学行为子系统,依据VICS分类系统,利用信息熵的相关原理对其进行量化分析和评价,并得出相关结论用于指导教学过程的改进。

一、行为信息熵

1.信息熵的概念和原理

熵在热力学中用于表征某一物理系统的无组织(或紊乱)程度。1948年,香农把它推广到信息论领域,提出了信息熵的概念,并将其定义为离散系统的不确定性,当系统各个随机事件的出现概率相同时,系统的不确定性最大。

最大熵原理指出,在一定的约束条件下,系统的熵总是朝着不断增大的方向发展,至最大时系统趋于平衡。

本文所研究的行为信息熵是依据VICS分类系统所求得的教学系统中教学行为子系统的信息熵。

2. 行为信息熵的计算

ii=1,2,3……,m)为教学实践中的某一教学行为(共有m个教学行为),Pi为发生某一教学行为(i行为)的概率,由m种教学行为构成的该行为系统的不确定性记为H,依据信息熵的原理:

          1

H被称为课堂教学行为信息熵。由(1)式不难看出,当教学行为单一的时候,H0;当各教学行为发生的概率相等时,H最大。

二、教学过程分析

1.数据采集

依据VICS分类系统,采集的教学行为按教师与学生的语言行为被划分为10类(括号内为相应行为的简称),分别是:1.教师的提示(TTS);2.教师的指示(TZS);3.教师的狭义提问(TXW);4.教师的广义提问(TGW);5.教师的接受(TJS);6.教师的拒否(TJF);7.学生向教师的应答(STD);8.学生向其他学生的反应(SSY);9.学生向教师的发言(STF);10.学生向其他学生的发言(SSF)。1

笔者通过参与听课和考察该课堂录像的方式,对研究对象(课堂讲授时长约13分钟)以10秒为采样间隔对教学行为进行了采集,并统计教学过程中各教学行为发生的概率如表1所示:

1 教学行为发生概率统计表

语言行为类别

TTS

TZS

TXW

TGW

TJS

TJF

STD

SSY

STF

SSF

发生次数

0

45

9

1

0

0

18

5

0

2

概率

0%

57%

11%

1%

0%

0%

22%

7%

0%

2%

依据信息熵的计算公式(1),取m=10,求得本实例中的信息熵H=1.74;由于有四种行为没有发生,行为概率悬殊较大使信息熵偏低。若各教学行为发生概率均等,则信息熵最大Hmax=log210=3.3219233.32

2.教学过程的量化分析

1)基于统计数据的分析

教学行为发生概率统计表(表1来看,教学行为集中在“教师的指示”(57%)和“学生的应答”(22%),学生的主动语言行为几乎为零。教师总语言行为概率与学生总语言行为概率之比接近73。可见,课堂的主动权仍掌握在教师手中。“教师的提示”发生概率为0%,可能说明问题简单到不需要教师的提示,也可能说明教师忽略了对学生思维的启发和引导。“教师的接受”发生概率为0%,反应了教师对学生回答结果的漠视,学生的回答没有得到教师的肯定与赏识,可能在接下来的学习中情绪低落。“教师的拒否”可以引起新一轮讨论的产生,其发生概率为0%,说明问题得以一次性解决,这也反映了教师在问题挖掘上缺乏深度,不利于学生的思维拓展和融会贯通。“学生向教师发言”发生概率为0%,说明学生对于教师的语言和行为都毫无异议,作出了被动接受的反应,学生缺乏对知识的自主建构。此外,“学生向其他学生的反应”和“学生向其他学生的发言”语言行为都有较小的发生概率,说明课堂中还是存在学生之间的讨论和互动,但是这样的互动却没有教师的接受和教师的拒否,说明教学活动存在着一定程度的混乱和无组织状态。整堂课,教师设置了提问和讨论环节,但是根据上述讨论分析,该堂课的教学缺乏师生的思维互动,提问偏向于为问而问,而互动也是刻意追求的结果,两者都没有达到预期目的——帮助学生实现自主的意义建构。

教师与学生之间无法产生思想上的共鸣,因而学生难以产生主动的行为。由此,笔者认为,该课堂教学信息的传递为教师向学生的单向传递,信息传递方式类似于灌输,缺少思考—辩驳——认同这样一个知识内化的过程,教学信息传递量直接由教师的视野和表现力决定。一定程度上,该课堂教学没有达到理想的“启发”和师生互动效果,属于以教师为中心的传统讲授模式。

2)基于信息熵的分析

在本课例中,信息熵反应了教学行为系统的不确定程度。信息熵越大,教学过程中的教学行为就越丰富。信息熵最大时,各个教学行为以均等的几率发生,表明教师注重了不同教学行为的穿插变换。多类教师行为的变换可以反映教师在课堂教学控制、教学指导和学生引导方面做出的努力,多类学生行为的出现及变换也可以折射出学生课堂参与、互助研究、自我意义建构的程度。本课例的信息熵为1.74,为最大信息熵的52.4%,信息熵偏小,说明该课例的教学行为不够丰富,各教学行为之间的转换比较少,教学显得比较呆板、缺乏活力。

根据信息熵原理,不平衡是系统有序的关键,要保持系统的有序性,教师的教学内容应使学生的认知结构发生平衡到不平衡的变化,这样学习才会发生,这与认知心理学的观点也是一致的。在教学内容的讲授过程中,教师应通过教学行为的变换促进这种平衡的建立和打破,从而使学习者的知识结构不断拓展和更新,达到新知识建构的目的。

需要注意的是,笔者在此求得的信息熵不能直接反应课堂教学传递的信息量的大小,它只反应教学行为的丰富性和教学行为系统的复杂程度,它可以从一个侧面折射出系统所能传递的信息量的一个可能趋势(如偏大偏小)。若要对该课进行全面的分析,则还应该选取教学内容子系统、问题子系统、课件子系统等进行求熵操作和熵值判断。

3)基于冗余度的分析

在信息论中,冗余度表示的是信息传递中多余部分的比例。在本例中,冗余度r表示了教学行为冗长部分的比例。一般而言,冗余度越大,表示信息传递的效率比较低,如英文字母的冗余度为70%80%,说明英语是一种传递效率不是很高的语言。但从心理学中意识状态的调控角度来说,适当的冗余是必要的。在教学过程中,某些看似“多余”的教学行为甚至可以起到积极的作用,提高教学效果。本例中,冗余度r=1-H/Hmax=1-0.524=0.47647.6%的冗余度略显偏高,它一方面说明该课堂有一定的行为调控,另一方面反应了教学行为不够丰富,教学传递的效率偏低。

在教学设计和实施过程中,教学者应该灵活掌握和控制“冗余度”,适当引入多种教学行为和教学手段,如综合运用多媒体等电教手段等现代信息传播技术辅助教学,以提高内容表现的生动性和形象性、激起学生学习的兴趣和热情、发挥媒体的优势。

3.本课例研究的反思

通过上文的分析,我们不难看出:该课例是一堂偏重于教师灌输、学生接受的讲授型课。课堂教学行为不够丰富,教与学两个方面的积极性没有调动起来,较高的冗余度反应了教师在引起学生注意和提高教学效果方面的努力,但较低的信息熵又折射出单一化教学行为下教学传递信息量和教学效果不甚理想的结果。

以信息熵理论为指导,熵的增加,是系统状态增加的结果。[2]反应在本课例中,熵增大是教学行为增多或教学行为概率均匀分布的结果。系统教学行为增多,意味着教学信息传递的方式增多,教学生动起来了,也就能更好地促进学生主动的思维活动。同时,教学行为增多,也表明教学信息可以在不同的教学行为中传递碰撞,进而最大限度地被学生理解和接受。

因此,适当增大教学行为系统的信息熵,恰当地运用多种教学行为是提高教学效果的一个有效途径。过大的信息熵将意味着课堂氛围的紧张,所以适度地保持系统冗余度,对于课堂调控也是必要的。

三、结语

在信息理论中,信息熵是一个十分重要的核心概念。教学行为信息熵的计算对于评价教学活动、改进教学过程、优化信息的传递和处理等方面有着重要的指导意义和启示作用。

教学行为系统信息量是以教学行为信息熵的大小来衡量的。信息熵理论认为,当一个系统中各种行为的发生频度接近直至相等的时候,信息熵最大,系统的不确定性也最大。行为信息熵反映了教学过程的复杂程度或者丰富程度,行为的分布概率更能直接反映教学互动的效果和学生意义建构的成因,有助于改革与优化课堂教学。

人的认知过程是一个复杂的过程,光靠量的评价难以得出满意的结果。我们应该以人为本,从多角度对教学过程进行综合评价,既要有理性的分析,又要有感性的认识,以实现教学的优化。

 

 

 [参考文献]

[1] 傅德荣、章慧敏编著.教育信息处理[M].北京:北京师范大学出版社,2001

[2] 曾慧玲.教学信息熵的意义及应用[J].现代教育论丛,1993(4)

(来源: