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基于行为表现的教师数字化教学能力智能测评研究
杨丽君 赵 刚 李嘉源 刘 闪
摘要: 教育数字化的转型对教师数字化教学的能力提出了更高的要求, 针对当前测评的方法在客观性、规模化及证据的深度等方面所存在的问题, 研究提出一种基于行为表现的教师数字化教学能力的智能测评框架, 该框架以评价三角的理论为指导, 构建了教师数字化教学的能力模型, 并设计了细粒度的数字化教学行为双编码体系, 实现对教师行为的多样性、创新性等多维度测评证据的深度挖掘。此外, 通过融合视觉和语义信息的教学行为识别算法, 从教学视频里自动识别及提取特征变量, 进而构造贝叶斯多维等级反应模型对教师数字化教学能力展开评量。基于一百二十节真实课堂的视频所做实证研究表明, 该框架能够有效测评教师不同维度的能力水平, 并区分各类行为的模式差异, 为实现客观、精准、规模化, 覆盖多场景的教师数字化教学能力智能测评提供了足够充足的理论框架核心与对应技术路径体系。
教师数字化教学能力之下结合真实课堂的智能测评相关框架设计里, 精准映射其内在行为表现。
一、问题的提出
于当前环球数位进程的推动下, 数位技术与教育讲授的深度结合已成为环球教育转变的共识, 这也对应教师的数位讲授本事提出了更高要求。2022年11月, 教诲部公布《教师数字素养》行业守则, 明晰提出教师要提拔利用数位技巧优化创新以致厘革教育讲授举止的意识与本领。2025年公布的《教育部构造实施数位赋能教师成长举措的关照》同样指出, 到2030年教师应娴熟运用数字化体系手法常态化举行平时讲授。在此环境境况中, 推行科学靠谱的测评研析是教师数字化教学力气增进的条件与底层。但是, 时下的测评要领多借助仰仗于自行对自身进行表述的教师、定出的问题调研等吐露己见式器械, 测评成果单方面性突出彰亮光显或然很高。纵使固然是一小方面研析试图加入引用专家在课堂内的说课评定或者课内的动作举动审视察看等要领门径以抬高测评的单方面性是客观性, 但在推行中体验着人力支付价格消耗和功夫高低处治效能不高的这类障碍, 难以供应合意供给范围巨年夜、经常化、平宁进行测评的实景实情必要。另外就是现有的测评对行为证据的识别与分析多数情况下还留在粗粒度的频次统计一类层面, 缺了对具备深度的表现性一类特征的挖掘, 这些某种程度的状况限制了测评应有的准确性。以上面说的这些为前提, 咱们本次的这个研究所用的评价三角理论的引导之下, 搭建起了靠行为表现来做支撑的教师数字化教学这类能力的智能测评的某一框架。该框架以真实存在的课堂教学这类情境为自身的立足点, 深度挖掘与提取能把该能力展现出来的多位一体式行为表现这类特征变量, 还通过搭建测量模型来达成对于教师数字化教学能力应有的精准评价。
二、文献综述
（一）数字化教学能力内涵与构成要素
数字化教学能力是多维交织的复杂概念, 其内涵形成是对教师能力研究基础上随技术变革不断发展演变的过程, 大致可分应用、融合、创新三个阶段。21世纪初, 在教学场域普及的多媒体技术和计算机网络促使教师初步建立技术赋能教学的认知, 这一阶段能力内涵聚焦教师对信息技术基础知识的掌握和对常规数字工具的操作与使用。李勇帆指出该能力是教师在数字化教育场域中必备素养, 涵盖信息技术知识、信息获取以及处理、资源使用和开发等基础技术应用维度。进入二十一世纪一十年代, 以互联网和大數據为代表的信息技术促使数字化社会加速发展, 能力内涵扩展至将数字技术与教学深度融合, 强调技术在優化教学和解决教学问题中的作用。比如刘清堂等提出该能力呈现为教师在数字化境域中整合资源、开展多式教学活动及解决疑难教学问题的综合素养, 并把它划分成活动设计、资源开发、学生数字技能培育与课程搭建四大模块。同时候, 国际视野下的能力界定也趋向于体系化, 像欧盟《教育工作者数字能力框架》将数字资源运用、教学互动与学习架构、学习成效评定等归入教师数字能力的范畴。近些年, 生成式人工智能等新兴技术的长进, 推进数字化转变迈入深水圈层。在此背景下, 该能力进一步强调教师应批判并灵活地应用数字技术创新或变革教学模式。例如, 刘妍等提出数字化教学要求教师利用数字技术创新课堂组织形式, 实现人机深度协同, 并将该能力解构为数字化教学设计、实施、评价与反思四个进阶维度。综上所述, 国内外关于教师数字化教学能力内涵及构成要素的研究不断深化, 为后续的测评研究提供了参考依据。
（二）数字化教学能力测评方法研究
目前, 学界对教师数字化教学能力测评用的方法研究, 主要包含依托标准化测验和自陈式量表的问卷调查法、依托行为编码的课堂观察法以及数据驱动的过程性评价方法。其中, 问卷调查法是最常见的测评手段, 例如: 闫寒冰等人用李克特五点量表对师范生的信息技术应用能力水平做测评；欧盟依托教师数字胜任力等框架开发DigCompEdu Check-in这类自评工具。该方法适用于大规模的测试与调查, 但其结果易受被试者的主观倾向与社会期望效应影响, 导致评价结果不够准确。课堂观察法相比之下能够直接捕获教师在真实教学场域中的外显行为, 将其作为能力评价的重要证据。庞敬文等人例如通过观察和编码智慧课堂中的信息化教学行为, 构建了小学数学教师信息技术应用能力测评事理图谱, 并评价了观察联想、归纳猜想、表达、验证与证明等活动中的教师信息技术应用能力。然而, 该方法仍依赖于人工对各类视频进行编码, 存在效率较为低下且难以完全避免观察者主观偏差以及其他类局限。近年来, 智能相关技术和测评各类理念的不断进步, 使得针对挖掘课堂教学过程中的伴随性各类数据和以各类证据为核心中心的智能测评各类方法逐渐开始被研究者所广泛关注研究。例如, 刘妍等人提出应在各类交互场景中挖掘教师各类行为、各类言语等各类多模态相关数据, 对相应其数字化各类过程教学能力进行诊断相应方法和特定具体实施路径。基于行为证据开展能力智能测评是未来发展的趋势, 综上所述, 教師數位化教學能力外在表徵依托教学行为得到精确刻画。
三、基于行为表现的教师数字化教学能力智能测评框架
（一）理论支撑
为做到对教师数字化教学能力的科学、客观测评, 本研究以评价三角理论为本其核心理论支撑, 该理论为美国国家研究委员会在2001年提出的教育评价理念, 其核心思想是将评价视作一个“基于证据展开推理”的系统过程, 且强调任何科学严谨的评价范式都需锚定在“认知、观察、解释”三大基本支柱之上。在这一评价三角结构内, 认知是整个测评逻辑的起点, 指向被评价者在特定领域中的知识基础、思维图式和能力结构；观察主要解决怎样去诱发并获取评价证据的问题, 强调经由创设真实或模拟状态下的评估情境, 诱发并提取向外显示的评价证据；解释是连接证据与抽象概念的枢纽, 核心在于建立外显的评价证据同内隐能力维度之间的对应机制, 并通过构建科学的测量模型以及算法, 实现对其内隐能力的合理推断。当该理论被提出之后便在教育界之中引发了广泛展开的理论拓展以及实践探索。一方面, 基于该理论的基底之上, 学界先后不断衍生研发起证据中心设计、计算心理测量理论等前沿测评范式；另一维度上, 该理论既已深入彻底内化嵌合对接于PISA、ATC21S、NAEP等大规模测评实操实践体系之内, 且已深刻完备印证核验证实了评价三角理论在复杂的真实能力测评场景体系中具备专业科学性与深度适用性。
（二）教师数字化教学能力智能测评框架构建
测评三角评价理论主张将评价测评内隐的实施逻辑视为一个系统化的测评过程, 主张建构能客观映射理论内隐评价能力的外显行为测评要素, 并通过测评行为对数字化外显认知理论的内隐逻辑起点与理论本研究基点进行依据的构建。基于对教师研究框架与测评的数字化依据评价三者三者要素的核心认知结构观察, 为能力推理系统化的框架三角能力教师评价解读该系统智能奠定基础测评理论本研究的测评内隐实施逻辑与理论的系统化框架依据, 本研究对“教师数字化评价教学研究能力的实践观察”。该认知维度确立的是能力内涵及理论模型, 观察维度需要真实课堂情境里提取出来的多维外显行为证据, 解释维度能将客观证据利用智能算法与测量模型来转化成对教师内隐能力的精准量化评价是它要完成的工作。
认知维度里的核心任务是完成科学解构动作并建立起教师数字化教学能力匹配模型。我们的这句本研究呀, 先来从人技关系持续演进的历时性视角展开, 结合国内外各类能力评价标准和相关框架。再去提取整理核心层面的要素后, 初次形成可供参考的能力模型初稿内容。紧接着, 运用专家函询法这类德尔菲工具, 组织多轮覆盖情况较广的线上线下专家咨询环节, 汇聚各方专家所提的各类专业相关意见建议后, 再对初稿内容进行持续不息的、系统性的修订、优化以及与实际应用场景适配的整合完善。最后, 剖析并厘清各项能力指标在真实课堂教学情境下的外在行为表现, 明确各指标的可操作性释义, 形成科学、系统且具备可操作性的教师数字化教学能力模型, 为后续的能力评价证据获取奠定坚实的理论基础。
观察维度聚焦于如何诱发以及获取表征能力的可靠外显证据。本研究将真实课堂情境里的教学活动视为测评任务, 经由对细粒度的数字化教学行为编码系统的构建, 对过程性行为表现开展编码与量化分析, 挖掘可量化、可计算的能力测评特征变量。最后, 运用计算机视觉、自然语言处理等多模态特征提取算法, 于非结构化的课堂教学视频中实现对特征变量的自动识别以及精准的提取。
解释维度则外显维度行为证据与内隐能力水平之间的逻辑映射建立, 实现对教师数字化教学能力的科学评价与阐释, 首先通过数学建模将提取并识别到的教学行为数据转特征变量数值化, 并通过阈值法进行等级划分, 其次此基础上要确立数字化教学能力各维度与所提取特征变量之间的映射关联, 最后采取多维项目反应理论模型进行群体参数的拟合与估量, 并输出教师在各个潜在能力维度上的评价结果。
四、基于行为表现的教师数字化教学能力智能测评设计
（一）教师数字化教学能力模型设计
从教的时间脉络维度省察人和技术的关联对教育相关范畴的作用, 是划清任课老师本位与水平认定的逻辑开端。依托技术哲学问阈, 技术已不再是呈中立状态的对象, 而是深度介入并再造教学实施的能动因子。故而, 教员数字智能教学本事也并非单纯的技巧堆叠, 而是根植于人和技术关联的本体论动向之中。切实来说, 教学场域里的人和技术关联历经了“操控—互动—协作”三个梯度提升的衍变经过。先是属于做的操作层面里工具化的阶段, 技术多半当作辅助外在的手段来持住基础教学相关的信息给传达出去；接着又是交互层面的要素化的阶段, 技术跟教学法来做到深度融合之后, 引发出师生与各自的资源还有相应环境那多维层面的一些互动, 以及教学时的流程怎么优化怎么重构；末尾才是协同层面的主体化的阶段, 技术要上移跃升到老师们的认知里面作为伙伴的阶段了, 在复杂多变的教育情境之中来实现人工跟机电的设备共生以及一起协同做出相应的决策。这种人和技术相互系的这种关系的演进呀直接促就引发了课堂自然形成的一些生态的变化, 顺着势头这样进而呢就对老师们他们的数字化的教学拥有的能力来提出来了从低等次阶往高端阶那里跨越的一定是要的需求了么。
顺着这样的演进逻辑, 本研究将教师数字化教学能力解构作数字化基础操作、数字化教学应用和数字化协同创新三个一级指标。在这样的基础之上, 对欧盟《教育者数字胜任力框架》还有我国《教师数字素养》这类指导性文件, 做关键词的提取、整理与合并, 还结合课堂观察实际情况细化了二级指标, 敲定了每个指标可观测行为的操作性释义, 形成了教师数字化教学能力模型初稿。最终, 本次研究采用德尔菲法, 邀请了十六位学科领域专家连同一线教育工作者, 经由多轮匿名征询、意见汇总及调整反馈, 就此最终达成一致, 形成教师数字化教学能力模型, 详见表1。
（二）教师数字化教学能力测评特征变量设计
教师的数字化教学能力是一类内隐属性的复杂能力范畴, 很难经由直接层面被观测与评价, 却可以仰赖师生双方贴合真实课堂教与学的情境之中一系列数字化的教学行为展现实施表征。想要达成精准、无偏差的评价效果, 需对庞杂宽泛的课堂行动表现予以挖掘剖析, 还应将其转化成能够呼应能力层级且可被计量的特征性变量。
1. 面向能力测评的数字化教学行为分析
教师数字化教学能力的评价不仅关注行为有没有发生, 更得深挖行为背後显现和潜藏的表现与意图, 结合现有框架分类粒度偏粗的问题, 针对其不适配复杂数字化课堂的现实局限性, 本研究梳理了韩后等人在数字化环境下提出的课堂教学互动行为分析编码体系以及郭炯提出的智慧课堂技术应用行为分析框架等具有代表性的分类编码体系, 并梳理完毕后, 在此基础上构建了面向教师数字化教学行为双编码体系, 其面向教师能力测评工作, 相关内容见表二。该体系首先采用双编码模式, 将数字化教学行为分为活动行为和操作行为两个独立且平行的维度进行分析, 同步解析教师的具体行为意图与技术交互方式；其次基于行为的复杂度和创新性, 将行为从低到高划分不同层级作为二级细粒度编码, 以反映技术与教学融合深度的差异；最后纳入学生数字化活动行为, 以表征教师赋能教与学和促进学生数字能力发展的综合能力。
基于上述编码体系, 本研究选取高、中、低数字化教学能力水平组各40节真实课堂视频进行背对背编码, 综合运用时间序列与滞后序列分析, 从行为频次时间分布及转换概率等维度, 深度挖掘表征能力的外显行为表现。结果表明, 教师能力差异不仅体现在频率与时间占比上, 更集中映射于技术应用的层次性与交互复杂性中。如图2所示, 随着数字化教学能力提升, 教学行为的交互结构逐渐由单向线性向多维复杂网络演变。高水平组具体形成了网络化闭环结构, 技术融入深度程度极高全过程中为突出显示（如图2（a）所示, 含如TD→SE→SS等显著序列）；序列核心为ST→TA的中水平组Z值（Z=23.77）, 表明该组教师尝试了技术的高阶整合, 但TL→N→TL等序列依然突出明显（如图2（b）所示）, 仍暴露出技术与讲授衔接不畅衔接不佳、操作不熟练不到位等诸多问题；低水平组行为转换内部高度集中于常规教学循环中（N与TL的互转包含其中）（如图2（c）所示）, 技术仅做简单辅助工具实用, 完全未能与教学原有过程达到有机融合的程度状态。
2. 教师数字化教学能力测评特征变量确立
遵循可观测、可量化原则依据上述行为表现分析结果本研究最终提炼出8大类合计52个特征变量见表3针对13类具体数字化教学行为确立了行为频率（F1~F13）、行为占有率（M1~M12）、行为多样性（V1~V7,V10~V13）和行为创新性（I1~I7,I10~I13）四类特征变量。行为频率衡量一种数字化教学行为每单位时间内发生的平均次数，行为占有率衡量某种数字化教学行为累计发生时长占课堂总时长的比重, 行为多样性衡量某种数字化教学行为实施类别和方式等多方面体现的丰富性, 行为创新性衡量数字化教学行为所具备的丰富层次性。除此之外, 针对所谓的"数字化学生端操作行为"新引入了定义为P13的操作熟练度变量, 用其衡量教师掌握数字技术后的具体操作效率。针对覆盖完整个课堂教学的环环衔接课堂连续行为整序, 则确立整体行为多样性（V14）、课堂教学技术元素应用丰富度（R14）、数字化教学行为流转舒展度（T14）与教学序列特征匹配度最优（S14）乃此四类特征与变量范畴。这里头, 教学技术应用丰富度丈量整堂课里技术整合应用层面的多元程度, 数字化教学活动行为流转舒展度考核数字课堂教学各个行为节点转换衔接的顺畅与连贯程度, 教学序列特征匹配度最优则表征当下课堂行为序列和业内高水平施教者团体惯用课堂行为序列模式的匹配贴合程度。
五、教师数字化教学能力智能测评框架的实践应用
为验证所构建测评框架有效性, 本团队依托自主研发的该教师数字化教学能力智能测评系统, 选取涵盖不同学科不同学段的百名教师的百节真实中小学课堂教学视频作为实证数据, 用以实证来源, 对授课这类教师的数字化教学能力进行评价与结果分析。
（一）特征变量提取
本研究应用语音活动检测及视觉特征对照与提取技术, 从完整视频之中自动定位并提取获取数字化教学行为序列的片段内容基础上, 运用多模态大语言模型的视频识别能力生成对应场景的语义描述信息, 且通过协同留意力完成视觉内容与语义要点的跨领域融合及增强, 达成复杂课堂环境内部细处粒度数字化教学行为的自动认识, 得到精准时间戳与行为类别标签固然这般, 分散零散的行为序列难以直接同隐藏隐性的教学能力建立对应映射关系, 更为难于直接纳入数理模型予以能力评判。因此需进一步借由数学建模、参数定义乃至量化计算等, 依照特征变量计算公式, 把从课堂视频当中提取出的非结构化教学行为序列, 转化成连续、可度量的数值指标。
（二）映射关系建立
本研究引入功能—行为—结构（
Function-Behavior-Structure，FBS）映射模型构建教学行为与能力之间的映射关系，该方法已在学理和实践中得到了检验。在FBS框架下, 抽象的能力维度构成了底层驱动的结构, Structure, S）, 52个可观测的特征变量代表了外显的行为, Behavior, B）, 而各类数字化教学行为在教学过程中的功能属性则构成连接外显行为证据与内隐能力结构的功能, Function, F）。依照功能定位、行为聚类与能力匹配的内在演绎逻辑, 明确了“行为能力”映射关联内容, 具体内容展现于列数为数字“四”的图集中。
（三）测量模型构建
凭借映射关系的成立本次研究构筑贝叶斯多维等级反应模型去实施教师数字化教学能力的评价, 有用搞定高维潜在机构与小样本数据情景之中的参数估计稳定性困惑。首要依据特征变量数据的具有秩序并且多级别特征, 选用多维等级反应模型和马尔可夫链蒙特卡洛算法去进行能力参数估算。次之结合特征变量还有特定能力维度的映射关联去构建Q矩阵, 用以搞明白模型的结构化约束条件。最后, 设定模型参数的先验概率分布, 构建出联合后验概率模型, 实现能力参数有效的科学估计, 并基于个体实际得到的能力分数进行了高、中、低三个级别的精确能力等级划分。为保证能够让最终的评价结果更加科学可靠, 该研究团队针对建好的模型系统开展了严格全面的信效度双重维度检验。实际所采集的各类数据清晰表明, EAP/PV组合式信度结果指标主要处于总体密度区间0.75~0.90, 整体呈现展现出了超出预期的优秀的测量学信度表现。Spearman秩相关分析的结果同时显示, 智能模型的评价结果和专家的人工评判结果呈现高度吻合的特征, 其ρ值为0.846, 整个测评工作的准确率达到了85.0%, 这项结果充分验证了本模型在所处在真实教学情境之下的有效性和可靠性。
（四）测评结果分析
1. 教师数字化教学能力测评整体结果分析
基于上述评价结果, 本研究绘制了教师数字化教学能力各维度水平的分布情况, 如图3所示。可见, 当前120名参评教师整体数字化教学能力处于中等常态化的合格水平, 各能力维度之间呈现显着的阶梯分布特征。具体而言, 绝大多数教师已跨越技术接入门槛于数字化技术操作与资源开发等基础维度上表现出较高水平。然而, 在教学应用维度呈现了显著性的结构性分化, 参评教师大多具有出色的数字化课程教学规划与教学事项落地执行能力, 然而在对数字化背景下学生学习成效评测和日常教学协同管理的层面, 低水准层面的教师占比相对较高。这意味着现下教师虽然表现出了较佳的技术融合意愿和落地执行力度, 却主要将数字化相关技术当作展示教学内容和教学活动组织实施的辅助型工具, 无法借助智能信息技术和多角度动态数据完成学生学习情况动态监测诊断和课堂教学过程中的操控调度。尤其在协同人机实现、复杂创造性解決面向教师当較弱的群体的達成當前高達率, 40.83%占比低水平與結果薄弱決策能協同在維度師範當前的協同創新數字化外此。實際教師層面當前這戰挑大方面對雜題的程度教關於面師群體解現性, 作正合複方教學在深度方。
2. 不同能力水平教师行为表现差异分析
本研究针对不同能力水平教师在数字化教学行为层面的表现差异展开了更进一步的量化剖析, 如图4所示。结果明晰, 高水平教师在数字化教学行为的多样性与创新性指标维度上基本处于高位层级, 不只惯于创设技术作为支撑的认知支架, 引动学生开展自主探究与双向交互, 还可借助数据对学生实施有效的动态化诊断。这说明高水平教师已超越了需关注各类具体功能调用的表层局限, 将各类工具型数字技术内化为支持学生深层认知建构、个性化自主学习与跨领域复杂问题解决的关键内核驱动力, 切实达成了在技术合理应用层面上覆盖范围与应用深度的高度有机统一。中水平教师在数字化教学内容讲授的触发频率与各类资源页面切换及形式展播多样性等多数常规定量指标上体现出良好表现, 总体上基本跨越了单向技术机械操作的基础门槛并初步展现出面向学情适配的一定整合应用意愿。然而其在数字化课堂的组织管理与互动测试等行为维度上的表现相对薄弱, 表明其技术应用仍多局限于特定环节的辅助, 尚未迈入人机深度协同与高阶决策的相关阶段。低水平教师则高度依赖常规范畴内的数字化课堂讲授以及课堂提问, 在行为多样性与创新性这两大维度的相关指标上普遍处于低位区段。同时, 受限于自身的技术操作熟练度与熟悉度, 其课堂中的技术内容介入常伴随较为漫长的操作等待时间与相关时段。由这可得, 这个群体的教学行为呀被局限性到只是单向型的知识传递的模式里, 数字这个技术, 也只能被用作为外在呈现给人看的展出物件工具, 所以呀根本还不能够与本质真实意义上的具体教学过程能够达到彻底完整的有机态融合的地步。
六、结束语
在评价三角理论的指导下, 本研究构建并验证了基于行为表现的教师数字化教学能力智能测评框架, 为推动该领域评价体系向客观化、规模化发展提供了坚实的理论支撑与实践路径。本研究的主要贡献包括以下三个方面: 其一, 从人技关系演进的视角系统重构了教师数字化教学能力内涵, 明确了教师数字化教学能力模型, 为测评确立了认知锚点。其二, 搭建了细粒度数字化教学行为双向编码体系范式, 突破了传统简单粗粒统计方法局限, 达成了对教与学者的多面多模态行为表现全量证据精准捕捉与对应智能分析。其三, 建立了基于贝叶斯网络体系中多维递进式等级反应测评模型方法, 并在真实化真实课堂跨场景特定环境教学特定场合真实情境当中全范围完整开展了全周期完整详实实证阶段应用性系统化实践活动论证应用, 从而最终完成验证了教师教学全过程数字化智能教育能力综合测评体系框架具备真实应用实践中客观真实性、广泛有效性与具体实际应用性相结合的双重维度实用特性。后续工作当中基于地方区域正常日常常态化教学研究业务培训活动全链条开展更大规模跨校域数据全样本全量采集, 进一步系统评估各维度证据效能来优化上述该测评体系相关实用框架其整体不同场景通用范围普适标准性指标与内在逻辑结构稳健性实践应用属性特征。
