智慧课堂是一种新型教学环境，它将人工智能、云计算、大数据等新技术与移动终端融入教育，为学生提供数字化、个性化和智能化的教学体验。本书从环境建构、数据采集、数据可视化分析以及数据分析结果应用等方面，介绍了近年来作者及其研究团队在面向智慧课堂行为与表现数据的学习分析领域所做的工作和取得的成果。本书是**自然科学基金青年科学基金项目（71701071）和教育部人文社会科学研究青年基金项目（17YJC880032）的研究成果之一。 全书内容分为6章，分别讨论了云计算与大数据背景下教育信息化发展和新兴技术对教与学的影响，智慧课堂教学环境的构成要素、功能模型和教学支撑系统，智慧课堂数据类型、采集模型和采集规范，智慧课堂数据分析框架和分析方法，智慧课堂数据分析结果的有效性验证，面对智慧课堂深入研究问题的展望。 本书可供从事教育技术、教育信息化等相关领域的专业人员和有意实施智慧课堂项目的地方教育行政部门、学校管理者、教师参考，也适合计算机科学与技术等相关学科专业的教师和学生阅读。

1 技术发展对教与学的影响 1 1.1 技术环境的变化 2 1.1.1 宽带、融合、泛在的基础设施建设 2 1.1.2 移动智能终端**互联网产业发展 5 1.1.3 云计算形成终端、内容和服务一体化新型产业生态 6 1.1.4 人工智能与大数据融合发展 8 1.1.5 数字化工作、学习和生活方式快速转变 11 1.2 技术在教与学中的应用 12 1.2.1 加快教育信息化建设进程 12 1.2.2 课堂教学是教育信息化建设的** 13 1.2.3 智慧课堂**教学创新与变革 14 1.2.4 学习分析��数据挖掘赋能智慧课堂 16 2 智慧课堂教学环境 18 2.1 智慧课堂研究概述 19 2.1.1 智慧课堂的内涵与特征 20 2.1.2 智慧课堂环境建设现状 22 2.1.3 智慧课堂的教学应用现状 24 2.2 智慧课堂教学环境设计 26 2.2.1 智慧课堂教学环境构成要素 26 2.2.2 智慧课堂教学环境设计原则 31 2.2.3 智慧课堂教学环境功能模型 32 2.3 智慧课堂教学支撑系统 39 2.3.1 智慧课堂教学支撑系统结构模型 39 2.3.2 智慧课堂教学支撑系统体系结构 42 2.3.3 智慧课堂教学支撑系统调研 43 2.3.4 智慧课堂教学支撑系统功能设计与实现 50 3 智慧课堂数据采集 54 3.1 智慧课堂数据类型与特征 55 3.1.1 智慧课堂数据类型 55 3.1.2 智慧课堂数据特征 58 3.2 智慧课堂数据采集标准 59 3.2.1 xAPI规范 59 3.2.2 IMS Caliper框架 63 3.2.3 xAPI规范与IMS Caliper框架的对比 66 3.3 智慧课堂数据采集方法 67 3.3.1 智慧课堂数据分层描述框架 68 3.3.2 智慧课堂数据参数描述 70 3.3.3 智慧课堂数据存储与交换机制 79 3.4 智慧课堂数据采集技术方案 81 3.4.1 关系型数据采集 82 3.4.2 基于xAPI规范的教学行为数据采集 84 4 智慧课堂数据可视化分析 94 4.1 学习分析与教育数据挖掘研究概述 95 4.1.1 学习分析 95 4.1.2 教育数据挖掘 100 4.2 智慧课堂数据分析模型 103 4.2.1 智慧课堂数据分析流程 103 4.2.2 智慧课堂数据分析框架 106 4.2.3 智慧课堂数据分析建模 108 4.3 智慧课堂数据可视化分析方法 111 4.3.1 学习表现数据可视化分析方法 112 4.3.2 教师教学行为数据可视化分析方法 114 4.4 智慧课堂数据分析系统 124 4.4.1 智慧课堂数据分析系统体系结构 124 4.4.2 智慧课堂数据分析结果可视化 127 4.4.3 用户满意度调研 130 5 智慧课堂数据分析结果应用 133 5.1 学习表现数据应用分析 134 5.1.1 面向教师的学习表现数据应用分析 134 5.1.2 面向学习者的学习表现数据应用分析 136 5.2 教学行为序列频繁序列模式挖掘与应用 138 5.2.1 教学行为频繁序列模式挖掘应用分析 139 5.2.2 分析结果讨论 140 5.2.3 分析结论 143 5.3 教学活动聚类分析与应用 143 5.3.1 教学活动数据聚类分析应用 143 5.3.2 分析结果讨论 144 5.3.3 分析结论 149 5.4 教学互动行为分析 149 5.4.1 OOTIAS编码体系与分析方法 149 5.4.2 分析对象 151 5.4.3 分析过程 152 5.4.4 分析结论 158 6 后续研究与展望 159 6.1 基于多模态数据的学习分析研究 159 6.1.1 多模态学习分析数据 159 6.1.2 多模态学习分析的技术支撑 161 6.1.3 多模态学习分析的应用实例 163 6.2 基于智慧课堂的学习投入度评价研究 163 6.2.1 学习投入度的测量与评价 164 6.2.2 基于智慧课堂的学习投入度应用研究 165 6.3 基于智慧课堂的学习预警研究 166 6.3.1 学习预警 166 6.3.2 面向学习预警的智慧课堂数据采集技术 167 6.3.3 学习预警的应用研究 167 参考文献 170 附录 186 附录1 智慧课堂行为数据采集关键代码 186 附录2 智慧课堂数据分析系统需求调研——访谈提纲 196 附录3 智慧课堂数据分析系统需求调研——教师访谈记录 197