基于移動終端的PBL教學(xué)對小學(xué)生元認(rèn)知能力的影響研究

張屹　陳珍　白清玉　李曉艷　朱映輝　陳蓓蕾　熊曳

摘要：隨著移動設(shè)備的快速普及，科學(xué)教育者們對利用移動設(shè)備進行教與學(xué)十分感興趣。元認(rèn)知對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控和調(diào)節(jié)通常表現(xiàn)為學(xué)習(xí)能力，信息技術(shù)支持的教學(xué)更應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力。該文融合信息化教學(xué)模型APT的教學(xué)理念，設(shè)計了基于移動終端的PBL教學(xué)模式，并以小學(xué)科學(xué)課程“地球的運動”為例開展單元系列教學(xué)活動，采用準(zhǔn)實驗研究法探究其對小學(xué)生元認(rèn)知能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)：（1）基于移動終端的PBL教學(xué)對學(xué)生的元認(rèn)知能力提升效果較好但與控制組之間的差異不顯著；（2）與傳統(tǒng)的講授教學(xué)相比，基于移動終端的PBL教學(xué)對學(xué)生成績有顯著的積極影響；（3）基于移動終端的PBL教學(xué)不會增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，可適當(dāng)減輕學(xué)生的心理負(fù)荷。

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)模式；移動終端；元認(rèn)知能力；小學(xué)生

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A

一、引言

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》明確提出“鼓勵學(xué)生運用信息技術(shù)發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，培養(yǎng)學(xué)生信息化環(huán)境下的學(xué)習(xí)能力”的發(fā)展任務(wù)。這就要求在學(xué)生運用信息技術(shù)解決問題的過程中，教師既要關(guān)注學(xué)生知識、技能的學(xué)習(xí)，更要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高。依據(jù)布魯納的認(rèn)知一發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論，學(xué)習(xí)是一種主動的認(rèn)知過程。元認(rèn)知對學(xué)習(xí)過程起著監(jiān)控和調(diào)節(jié)的作用，這種對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控和調(diào)節(jié)通常表現(xiàn)為學(xué)習(xí)能力。因此，信息技術(shù)支持的教學(xué)應(yīng)注重通過問題解決的學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力，使學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)。

科學(xué)教育的改革往往圍繞著科學(xué)學(xué)科課程的設(shè)計、開發(fā)和實施開展。隨著移動設(shè)備和無線交互技術(shù)的出現(xiàn)，越來越多的研究者開始關(guān)注移動學(xué)習(xí)，科學(xué)教育者們對利用移動設(shè)備進行教與學(xué)似乎更加感興趣?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出“探究式學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式，在教師的指導(dǎo)和組織下，讓學(xué)生主動參與、動手動腦、積極體驗，經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，強調(diào)通過合作與探究，逐步培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)問題的能力、收集和處理信息的能力、分析問題和解決問題的能力”。基于此，本研究以PBL教學(xué)法為主，探究學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)等多種教學(xué)方式為輔，充分利用移動終端中多種軟件工具以及實驗工具設(shè)計小學(xué)科學(xué)單元課程“地球的運動”學(xué)習(xí)活動，并通過準(zhǔn)實驗研究方法探究基于移動終端的PBL教學(xué)對學(xué)生學(xué)習(xí)成效的影響。

二、文獻綜述

（一）元認(rèn)知評測與應(yīng)用研究

元認(rèn)知（Metacognition）這一概念是美國著名兒童心理學(xué)家弗拉威爾（J.H.Flavell）于1976年出版的《認(rèn)知發(fā)展》中首次被提及。弗拉威爾認(rèn)為元認(rèn)知是一種調(diào)節(jié)認(rèn)知過程的認(rèn)知活動，也是認(rèn)知主體對自身能力、活動任務(wù)、個人目標(biāo)、認(rèn)知策略等方面的認(rèn)識，同時元認(rèn)知對自身的各項活動起著計劃、監(jiān)控和調(diào)節(jié)的作用。A Brown和L.Baker提出元認(rèn)知是“個人對認(rèn)知領(lǐng)域的知識和控制”，即元認(rèn)知包含“有關(guān)認(rèn)知的知識”和“對認(rèn)知的調(diào)節(jié)”兩方面的內(nèi)容。Slife、Swanson等人通過對56名小學(xué)四、五年級的學(xué)生進行實驗證明了問題解決中的元認(rèn)知具有獨立存在性。元認(rèn)知的實證研究必定涉及對元認(rèn)知能力水平的評定，其評定方式包括自我報告、對作業(yè)的評定和對個人行為表現(xiàn)的觀察等等。RayneA.Sperling是國外元認(rèn)知測量做的較為全面的學(xué)者之一，他針對大學(xué)生編制了一套元認(rèn)知測量問卷（MAI），并在此基礎(chǔ)上進行修訂，編制了適用于測量中小學(xué)生元認(rèn)知能力的問卷（Jr.MAI），問卷信效度均良好。

元認(rèn)知作為在一定知識基礎(chǔ)上發(fā)展起來的動態(tài)性技能，可以通過有意識的培養(yǎng)得到提升。國內(nèi)外學(xué)者在對元認(rèn)知深入研究的基礎(chǔ)上，提出了一些富有創(chuàng)新的智力模型。最具代表性的有國外R.J.Sternberg的智力三維理論、Dos與Maglieri的“PASS智力理論模型”和國內(nèi)學(xué)者董奇的思維結(jié)構(gòu)，上述理論可以說是培養(yǎng)、訓(xùn)練元認(rèn)知的理論基礎(chǔ)。基于元認(rèn)知理論，國內(nèi)外越來越多的學(xué)者對元認(rèn)知的研究傾向于與具體的學(xué)科教學(xué)相結(jié)合。Polva結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)科的特點最早提出可以通過教學(xué)生學(xué)會自我提問來提高他們思維的自我控制能力。Lclos和Han'ingtono利用計算機讓小學(xué)五、六年級學(xué)生解決計算機游戲——羅克的靴子（Rockys Roots）從而驗證自我提問的訓(xùn)練方法可以提高學(xué)生的元認(rèn)知。Alison在小學(xué)五年級做了一項策略提問訓(xùn)練的研究，用實驗證明了有指導(dǎo)的相互提問也有助于提高學(xué)生的元認(rèn)知能力。董奇于1991年開展了一項在兒童閱讀中培養(yǎng)元認(rèn)知的實驗研究，發(fā)現(xiàn)元認(rèn)知與思維品質(zhì)之間存在著一定的因果關(guān)系?？傮w來看，目前國外關(guān)于元認(rèn)知能力的測量，元認(rèn)知訓(xùn)練方法的理論和實踐研究更為深入全面。

（二）PBL（基于問題的學(xué)習(xí)）模式研究

在建構(gòu)主義的視野中，基于問題的學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，簡稱PBL）是一種對傳統(tǒng)教學(xué)模式的顛覆。1969年，PBL由美國醫(yī)學(xué)界教授Barrows等人始創(chuàng)于加拿大的麥克馬斯特大學(xué)。他們將PBL定義為：基于問題的學(xué)習(xí)既是一門課程也是一種學(xué)習(xí)方式。作為一門課程，它是由精心選擇、設(shè)計的問題構(gòu)成，為解決這些問題要求學(xué)習(xí)者具備自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、問題解決等技能技巧；若是作為一種學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)者要求學(xué)會使用系統(tǒng)全面的方法解決實際問題。PBL教學(xué)模式包含以下五個關(guān)鍵要素：需要解決的問題、解決問題必需的基本技能和知識、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)小組、問題解決的一般過程和學(xué)生自主協(xié)作學(xué)習(xí)的精神。在PBL的教學(xué)過程中，問題是出發(fā)點，問題的設(shè)計應(yīng)當(dāng)是真實的、劣構(gòu)的和開放的；教師作為學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，應(yīng)起到學(xué)生思維過程的支架和教練作用。

PBL在醫(yī)學(xué)教育中逐漸得到發(fā)展和精煉，并被廣泛應(yīng)用于其他學(xué)科教育領(lǐng)域中，也日益受到中小學(xué)教育的重視。在PBL教學(xué)中，小組主動協(xié)作建構(gòu)知識，處理復(fù)雜不明確的現(xiàn)實世界中的問題，學(xué)生可以自己決定哪些信息是必要的，哪些學(xué)習(xí)目標(biāo)是重要的，以了解和解決問題。PBL幫助學(xué)生成為主動學(xué)習(xí)者，使處于實際問題當(dāng)中的學(xué)生會對自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)；PBL能有效促進學(xué)習(xí)者構(gòu)建知識，培養(yǎng)高階思維能力。因此，PBL可以增強學(xué)習(xí)者獲取信息的能力以及應(yīng)用信息解決問題的能力。在PBL教學(xué)模式的實踐研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者都已開始在教育中不斷采用PBL理論來指導(dǎo)教育實踐活動。國外多名學(xué)者通過不同的研究方法得出了一個共同的結(jié)論：PBL教學(xué)模式有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。第一位在赫爾辛基科技大學(xué)系統(tǒng)比較PBL與傳統(tǒng)方法差異的學(xué)者Costa成功將PBL應(yīng)用于大學(xué)一年級“基本電路分析”的課上，研究發(fā)現(xiàn)學(xué)生更喜歡PBL的教學(xué)方式，且PBL更能提高學(xué)習(xí)成績。在教學(xué)實踐中，該教學(xué)方法最重要的一個特點是它創(chuàng)造了一個良好的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)生從中獲得自信且學(xué)會批判性地應(yīng)用已獲得的知識。然而，Hoffmann和Ritchie認(rèn)為傳統(tǒng)課堂環(huán)境下的PBL活動具有獲取的資源有限，問題情境性不強，問題情境創(chuàng)設(shè)主要由老師用語言來描述使得問題較為抽象，學(xué)生不易理解等局限性。

（三）基于移動終端的PBL教學(xué)對小學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響研究

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)在教學(xué)中的廣泛和深入應(yīng)用，技術(shù)支持的PBL教學(xué)正在成為研究的熱點。移動設(shè)備的快速普及和在教育教學(xué)中的應(yīng)用極大地改變了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式。諸如筆記本電腦、平板電腦和手機等已經(jīng)作為必不可少的移動學(xué)習(xí)工具，不管室內(nèi)學(xué)習(xí)還是戶外學(xué)習(xí)，移動學(xué)習(xí)工具都發(fā)揮著巨大的教育作用。Kose等研究者利用基于移動軟件的增強現(xiàn)實（Augmented Reality）技術(shù)在計算機科學(xué)課上幫助學(xué)生提升學(xué)習(xí)體驗。相比傳統(tǒng)課堂環(huán)境下的PBL，移動終端支持的PBL教學(xué)在無線網(wǎng)絡(luò)的支持下，具有學(xué)習(xí)不受時空的限制性、交互性、及時性、學(xué)習(xí)資源的豐富性等優(yōu)勢。近年來，越來越多的學(xué)校將移動設(shè)備（平板電腦、筆記本電腦、智能手機等）支持的PBL教學(xué)模式應(yīng)用于課堂，因為其可以使得學(xué)習(xí)活動在校園任何能連接上Wifi的地方開展。Woltering研究團隊在德國某所大學(xué)的“模型醫(yī)學(xué)課程”上對185名三年級的大學(xué)生開展了一項實驗研究，結(jié)果表明，混合式PBL相對于傳統(tǒng)課堂環(huán)境下的PBL更有助于增強學(xué)生的動機和學(xué)習(xí)興趣。Chang等人基于PBL教學(xué)模式設(shè)計開發(fā)了一個移動學(xué)習(xí)平臺，以幫助學(xué)生進行“戶外紅樹林濕地生態(tài)勘探”學(xué)習(xí)任務(wù)的探索，研究發(fā)現(xiàn)學(xué)生對于PBL教學(xué)模式和移動學(xué)習(xí)均有積極的態(tài)度。Dochy通過對比實驗探究學(xué)生在PBL學(xué)習(xí)環(huán)境中的實際表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生更樂意參與小組討論，主動解決問題，一個活躍的學(xué)習(xí)環(huán)境更容易激發(fā)學(xué)生更深層次的學(xué)習(xí)。此外，也有不少學(xué)者表示擔(dān)憂，Ang等人指出移動設(shè)備支持的PBL對課程設(shè)計者、教師甚至學(xué)生來說也許會帶來新的挑戰(zhàn)。

通過對國內(nèi)外文獻的調(diào)研，筆者發(fā)現(xiàn)國外越來越重視將PBL應(yīng)用于中小學(xué)課堂，這些研究主要集中在學(xué)生成績、學(xué)生態(tài)度、元認(rèn)知技能的獲取等多方面的研究。但是國內(nèi)關(guān)于PBL的研究主要集中在理論層面，缺乏實證性的分析和驗證，尤其是移動技術(shù)支持的PBL教學(xué)對學(xué)生高階思維能力的影響研究鮮少涉及。本研究將設(shè)計移動學(xué)習(xí)環(huán)境下的PBL教學(xué)模式，并將此模式應(yīng)用于小學(xué)課堂中，探究基于移動終端的PBL教學(xué)對小學(xué)生元認(rèn)知能力和成績的影響。

三、基于APT的PBL教學(xué)模式設(shè)計與實施

本研究選取小學(xué)五年級科學(xué)課程第四單元“地球的運動”為例進行教學(xué)模式的設(shè)計與實施，教學(xué)環(huán)境選在基于IPad的智慧教室環(huán)境中進行，且采用的是與傳統(tǒng)講授教學(xué)截然不同的PBL教學(xué)模式。因此，在PBL教學(xué)設(shè)計之初必須對學(xué)習(xí)者和教學(xué)內(nèi)容進行全面的了解，科學(xué)探究iPad環(huán)境下基于PBL教學(xué)模式的課堂教學(xué)效果。

（一）需求分析

1.學(xué)習(xí)者分析

五年級的學(xué)生對新鮮的事物和日常問題的求知欲較強，他們正處于小學(xué)高年級階段，對地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)具有一定的感性認(rèn)識，但理性認(rèn)識較為缺乏；具備一定的動手能力，能夠進行簡單的實驗操作；已多次在智慧教室中學(xué)習(xí)，對IPad的操作較為熟悉，能簡單進行網(wǎng)絡(luò)信息的搜索和篩選，會使用Keynote制作PPT文件；學(xué)生之間相互比較熟知，具有小組合作的經(jīng)驗和能力。

2.教學(xué)內(nèi)容分析

地球的運動是小學(xué)五年級科學(xué)課程里的知識內(nèi)容，屬于單元系列課，計劃學(xué)時總共為六個課時。本單元的內(nèi)容由“地球自轉(zhuǎn)及其地理意義”和“地球公轉(zhuǎn)及其地理意義”兩大部分組成。教師引導(dǎo)學(xué)生對太陽和月球等天體進行實地觀察和觀測，使學(xué)生對一天當(dāng)中太陽在天空中位置變化的規(guī)律產(chǎn)生初步的認(rèn)識，并指導(dǎo)學(xué)生通過模擬實驗和建構(gòu)模型等方法了解地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的晝夜交替、四季變化等自然現(xiàn)象和規(guī)律。

（二）教學(xué)模式的設(shè)計與實施

1.基于APT模型的教學(xué)設(shè)計

筆者所在課題組查閱分析大量信息化教學(xué)模型相關(guān)文獻，構(gòu)建了新型的APT（分別為Assessment、Pedagogy、Technology的縮寫）教學(xué)模型，該模型旨在轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)者傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，充分體現(xiàn)他們在課堂中的主體地位，著力將學(xué)習(xí)者培養(yǎng)成為合格優(yōu)秀的21世紀(jì)學(xué)習(xí)者。APT教學(xué)模型指導(dǎo)教師于教學(xué)開展前全面分析學(xué)習(xí)者特征和教學(xué)內(nèi)容特征，將評價手段A、教學(xué)法P與技術(shù)工具T等要素深度融合于課堂教學(xué)中。經(jīng)過多輪對APT教學(xué)模型的有效性驗證，研究發(fā)現(xiàn)基于該模型的課堂教學(xué)能有效提高小學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、學(xué)習(xí)興趣和課堂參與度。

在信息化環(huán)境下APT教學(xué)模型的指導(dǎo)下，本研究為“地球的運動”單元課程設(shè)計的基于APT的PBL教學(xué)模式如下頁圖1所示。

由下頁圖1可知，本次教學(xué)在智慧教室中開展，學(xué)生使用iPad通過小組合作完成基于問題的探究學(xué)習(xí)，采用同伴互評的方式對研究成果進行評價。“地球的運動”單元課程一共分為活動準(zhǔn)備階段、活動探究階段、評價總結(jié)階段三個階段。

2.教學(xué)過程實施

（1）活動準(zhǔn)備：教師對學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)內(nèi)容進行特征分析，通過問卷調(diào)研了解學(xué)生已有的知識水平，再根據(jù)調(diào)研結(jié)果調(diào)整教學(xué)設(shè)計，準(zhǔn)備所需的教學(xué)材料和實驗工具。教師通過異質(zhì)分組，指導(dǎo)學(xué)生選定小組長并開展自主預(yù)習(xí)。

（2）活動探究：該階段共由四項活動組成：研究問題的選定、研究方案的制定、研究成果的制作以及研究成果的展示。在活動探究階段，教師逐漸“隱退”課堂，化身知識建構(gòu)的促進者，僅在關(guān)鍵時刻對學(xué)生的探究活動進行點撥、指導(dǎo)，體現(xiàn)“課堂是靈魂，學(xué)生是主體，教師是關(guān)鍵”的教學(xué)理念。

活動一：研究問題的選定。本活動使用一個課時進行。首先，小組成員討論出關(guān)于“地球的運動”這一主題多個感興趣的問題。接著，學(xué)生根據(jù)教師提供的篩選原則借助iPad、瀏覽器等技術(shù)手段搜集研究問題所需的信息資料并篩選出適合研究的問題，填寫問題表單。教師收集匯總各小組研究問題，投映到大屏幕上和全班同學(xué)交流討論。最后，小組進一步完善研究問題，選定一至兩個研究問題進行探究。

活動二：研究方案的制定。本活動使用一個課時進行。學(xué)生借助iPad上網(wǎng)查詢收集與選定的研究問題相關(guān)的詳細(xì)資料，以便盡可能地解決小組研究問題。接著，小組討論制定研究方案并填寫研究記錄單。之后，教師向全班展示各小組記錄單并進行點評，小組進一步改進研究方案。最后，教師展示研究成果制作要求及評價內(nèi)容，讓學(xué)生課后思考小組探究成果應(yīng)如何制作，為下節(jié)課奠定基礎(chǔ)。

活動三：研究成果的制作。本活動使用兩個課時進行。教師向?qū)W生展示詳細(xì)任務(wù)要求，發(fā)布研究成果制作的評價量規(guī)。之后，小組使用地球儀、手電筒、乒乓球等實驗工具分工合作開展模擬實驗，借助相機或iMovie拍攝記錄模擬實驗的過程。最后，小組在iPad上自由選擇Keynote、iMovie等工具制作研究成果。

活動四：研究成果的展示。本活動使用兩個課時進行。教師向各小組發(fā)放研究成果小組互評表，組織小組按照順序進行探究成果的展示和同伴互評。在此過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生及時提出疑問，匯報小組針對大家的疑問之處著重進行講解。

（3）評價總結(jié)

教師對所有小組的表現(xiàn)進行評價和反饋，補充講解學(xué)生遺漏的知識點。最后，教師匯總各小組的評分，評選出三至四個優(yōu)秀小組給予表揚。課程結(jié)束之后，學(xué)生撰寫心得體會，教師總結(jié)在此次教學(xué)中存在的問題，為今后的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

四、基于移動終端的PBL教學(xué)模式應(yīng)用的實驗研究

（一）研究目的

本研究的目的是引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作使用移動設(shè)備對研究問題進行自主探究，并初步驗證基于移動終端的PBL教學(xué)和傳統(tǒng)的教師講授教學(xué)對小學(xué)生元認(rèn)知能力的影響差異。

（二）研究對象

本研究的研究對象為華中科技大學(xué)附屬小學(xué)五年級兩個平行班級的103名學(xué)生，由該學(xué)校一位教學(xué)經(jīng)驗豐富的科學(xué)教師分別對這兩個班的學(xué)生進行“地球的運動”教學(xué)。本次教學(xué)教師經(jīng)過多次培訓(xùn)已具備了一定的信息技術(shù)應(yīng)用能力，基本掌握了本單元課程所需的技術(shù)。研究對象相關(guān)信息如表1所示。

（三）研究過程

本實驗設(shè)計的目的在于探究兩種教學(xué)模式的應(yīng)用效果，評估學(xué)生的元認(rèn)知能力和成績，研究變量為教學(xué)法的不同。由于本次研究選取的兩個自然班為平行班，我們隨機指定一個班級作為實驗組，采用基于移動終端的PBL教學(xué)法對其實施教學(xué)；另一個班則作為控制組，采用傳統(tǒng)講授法對其實施教學(xué)，具體實驗研究過程如圖2所示。

由圖2可知，教師以三至五人為一組的標(biāo)準(zhǔn)對實驗組和控制組進行異質(zhì)分組。分組之后，對學(xué)生進行前測，主要測量學(xué)生的元認(rèn)知能力和學(xué)習(xí)成績，接著進行為期6課時的教學(xué)干預(yù)，再對學(xué)生進行教學(xué)后測，測量的是學(xué)生的元認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)成績以及認(rèn)知負(fù)荷。

（四）測量工具

在“地球的運動”單元課程教學(xué)開始之前和結(jié)束之后，教師分別組織學(xué)生進行教學(xué)前測和后測，測試內(nèi)容均為元認(rèn)知能力調(diào)查問卷和單元測試題。

1、測試題

前測測試題（共100分），包括2道單選題，2道多選題，1道判斷題，4道簡答題和1道論述題；后測測試題（共100分），包括3道單選題，2道判斷題，5道簡答題。測試題由授課教師與專家組根據(jù)“地球的運動”單元的教學(xué)目標(biāo)共同研討得出，前后測測試題的難度系數(shù)相當(dāng)，效度良好。

2.調(diào)查問卷

前測：本研究最終選定Rayne A.Sperling等人依據(jù)Brown提出的元認(rèn)知能力測量維度在原始問卷（MAI）的基礎(chǔ)上進行修訂編制而成的問卷（Jr.MA），即小學(xué)生元認(rèn)知能力調(diào)查問卷。該問卷的測量對象為小學(xué)三至五年級的學(xué)生，用于對小學(xué)生元認(rèn)知能力進行量化評定。問卷共12題，包括兩個維度：認(rèn)知知識和認(rèn)知調(diào)節(jié)，每個維度共6題，每個維度下面又分有多個不同的子維度，問卷中的問題具體分類如表2所示。問卷采用里克特五級量表記分：“從不”“很少”“有時”“經(jīng)?！焙汀翱偸恰狈謩e計做1分、2分、3分、4分、5分，問題全為正向計分，滿分為60分。因而，得分越高表示該學(xué)生的元認(rèn)知能力越強。

后測：后測問卷小學(xué)生元認(rèn)知能力、認(rèn)知負(fù)荷調(diào)查問卷在前測問卷的基礎(chǔ)上，增加了對學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的測量。本研究采用由Passl461根據(jù)Swellef認(rèn)知負(fù)荷理論編制的認(rèn)知負(fù)荷測量量表，包含心理努力與心理負(fù)荷兩個維度，從三個問題中除去了一個比較相似的問題，剩下兩題：“在此單元課上你付出的努力屬于第幾級？”和“你認(rèn)為本單元課程的學(xué)習(xí)難度屬于第幾級？”，這兩個問題均采用9級量表的形式，讓學(xué)生以自評的方式勾選等級。筆者所在研究團隊已多次采用該問卷測量學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，研究表明其信度較好。

預(yù)測：為了檢驗小學(xué)生元認(rèn)知能力調(diào)查問卷的信度，筆者隨機選取了華中科技大學(xué)附屬小學(xué)三年級52名同學(xué)對其元認(rèn)知能力進行預(yù)測，共回收有效問卷46份，回收率為88.46%。采用SPSS 22.0進行處理與分析，測量的總量表克隆巴赫系數(shù)值為0.882，說明問卷的信度較好；筆者再對問卷的兩個維度分別進行測量，“認(rèn)知知識”維度的克隆巴赫系數(shù)值為0.821，“認(rèn)知調(diào)節(jié)”維度的克隆巴赫系數(shù)值為0.772。從總量表和分量表的克隆巴赫系數(shù)值來看，該問卷的信度較高，適用于本研究對學(xué)習(xí)者元認(rèn)知能力的測量。

施測：實驗教學(xué)前后由任課教師在兩個班分別發(fā)放小學(xué)生元認(rèn)知能力調(diào)查問卷和小學(xué)生元認(rèn)知能力、認(rèn)知負(fù)荷調(diào)查問卷，當(dāng)場收回。

（五）研究假設(shè)

1.在基于移動終端的PBL教學(xué)環(huán)境下學(xué)生的元認(rèn)知能力高于傳統(tǒng)講授課堂中學(xué)生的元認(rèn)知能力；

2.在基于移動終端的PBL教學(xué)環(huán)境下學(xué)生的成績優(yōu)于傳統(tǒng)講授課堂中學(xué)生的成績；

3.在基于移動終端的PBL教學(xué)環(huán)境下學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷低于傳統(tǒng)講授課堂中學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。

五、基于移動終端的PBL教學(xué)模式應(yīng)用效果分析

（一）教學(xué)后測，實驗組學(xué)生的元認(rèn)知能力略高于控制組學(xué)生的元認(rèn)知能力，但不存在顯著性差異

對兩個班學(xué)生的元認(rèn)知能力進行前后測，實驗組前后分別回收了31份、36份有效問卷，控制組前后分別回收了38份、37份有效問卷，回收率分別為59.62%、69.23%、74.52%和72.55%。在SPSS中對兩個組學(xué)生的前后測元認(rèn)知能力進行兩獨立樣本t檢驗，結(jié)果如表3所示。根據(jù)表3呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，教學(xué)前后兩個班級學(xué)生的元認(rèn)知能力不存在顯著性差異。對各個維度以及子維度進行獨立樣本t檢驗，發(fā)現(xiàn)均不存在顯著性差異。調(diào)查結(jié)果顯示，教學(xué)后兩個組學(xué)生的元認(rèn)知能力均有提高，且實驗組學(xué)生后測的元認(rèn)知能力略高于控制組，可以認(rèn)為基于移動終端的PBL教學(xué)對學(xué)生認(rèn)知能力的提升效果較好但不顯著。出現(xiàn)上述種現(xiàn)象的原因可能是該教學(xué)實施的時間較短，只有6課時時長，而元認(rèn)知正如人的智力一樣，是一個不斷提升的過程，需要在教學(xué)中有意識的培養(yǎng)，所以短時間內(nèi)的效果可能不顯著。

（二）實驗組學(xué)生的成績高于控制組學(xué)生的成績

教師對兩個組學(xué)生的成績進行教學(xué)前后測，回收測試卷后，對學(xué)生在實驗前后的測試成績進行兩獨立樣本t檢驗，具體結(jié)果如表4所示。研究發(fā)現(xiàn)，實驗組與控制組學(xué)生前測成績不存在顯著性差異，但后測成績存在顯著性差異，且實驗組學(xué)生成績的平均值高于控制組學(xué)生成績的平均值。由此可知，經(jīng)過不同教學(xué)法的教學(xué)之后，實驗組和控制組學(xué)生的成績均有大幅提高，且實驗組學(xué)生的成績提高幅度更大，明顯優(yōu)于控制組學(xué)生的成績。

（三）實驗組和控制組學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷不存在顯著差異，但實驗組學(xué)生的心理負(fù)荷要顯著低于控制組

在單元課程結(jié)束之后，本研究對兩個班級學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷進行調(diào)研，采用兩獨立樣本t檢驗進行分析，具體分析結(jié)果如表5所示。由表5可知，實驗組和控制組的心理努力不存在顯著差異（p>0.05）；而兩個班級的心理負(fù)荷存在顯著差異（p<0.05）。總體而言，移動終端支持的PBL課堂教學(xué)并不會增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，且在心理負(fù)荷上實驗組的認(rèn)知努力要顯著低于控制組，可見基于移動終端的PBL教學(xué)可以適當(dāng)減輕學(xué)生的心理負(fù)荷，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。

（四）學(xué)生作品分析

實驗組在整個教學(xué)過程中，從研究問題的選定到研究方案的制定再到研究成果制作與展示，學(xué)生小組產(chǎn)出了較為豐富的研究成果，對提出的研究問題能進行科學(xué)合理的解釋，本研究著重從學(xué)生的研究方案及研究成果進行具體分析。

1.各小組均能較好地設(shè)計研究方案

兩位相關(guān)研究領(lǐng)域的專家根據(jù)選題的篩選原則以及研究方案的評價指標(biāo)對各個小組進行評分，各小組的平均得分為88分，各小組均能較好完成研究問題、選題原因、對所選研究問題的理解與推測、研究方案設(shè)計以及研究成果預(yù)期的填寫。

通過分析學(xué)生的研究記錄單發(fā)現(xiàn)：（1）小組研究問題表述簡潔、明確。經(jīng)過三輪的交流討論以及教師的點評指導(dǎo)，學(xué)生小組從最開始口頭提出與地球運動有關(guān)的問題到最終確定本小組的研究問題，各小組最終的研究問題匯總?cè)缦马摫?所示。學(xué)生小組的選題共有9個，本單元的知識點均有涉及。小組選定的研究問題均有清楚的界定，能夠結(jié)合模擬實驗進行探究。對于選題的原因，有的小組是出于自身的興趣，好奇心，有的小組則認(rèn)為研究的問題很有價值，能解除由地球運動引起的多種自然現(xiàn)象的困惑。（2）研究思路清楚，圖文并茂。大部分小組通過繪制研究流程圖展示研究思路，小部分小組的研究方案只有一兩句話，表述不夠全面。教師在學(xué)生制定研究方案時，應(yīng)提供適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)支架，引導(dǎo)學(xué)生一步步撰寫小組研究方案。

2.各小組積極開展模擬實驗，制作并匯報研究成果

通過觀察教學(xué)視頻以及分析學(xué)生最終研究成果發(fā)現(xiàn)：（1）小組成員分工明確，積極探索問題。在實驗?zāi)M的過程中，有的學(xué)生負(fù)責(zé)手持地球儀，有的拿著手電筒作為太陽照射到地球表面，有的則均勻的旋轉(zhuǎn)地球，還有的利用iPad里的iMovie或相機功能拍攝記錄實驗?zāi)M的過程，充分利用教師提供的實驗工具驗證自己的假說，并提出多種有根據(jù)的可能解釋，對這些解釋進行初步分析。針對模擬試驗后仍存在的疑問，各小組利用iPad中的瀏覽器積極查詢權(quán)威的資料，搜集相關(guān)圖片并匯總，科學(xué)解釋所研究的問題。（2）研究成果形式多樣，內(nèi)容豐富。各小組利用Kevnote等工具制作研究成果，學(xué)生作品中大多包含了研究的問題、假說、實驗?zāi)M時拍攝的視頻或照片、其他支撐資料，以及結(jié)論和小組分工等，內(nèi)容較為豐富。多數(shù)小組的作品制作精美，簡潔明了，在規(guī)定的時間內(nèi)能簡明扼要、重點突出地闡述研究成果的主要內(nèi)容。

（五）訪談結(jié)果分析

為了解實驗組和控制組的學(xué)生對在智慧教室中學(xué)習(xí)“地球的運動”單元課程和基于問題的學(xué)習(xí)方式的態(tài)度以及學(xué)習(xí)后的收獲和感想，在課程開展前后筆者對學(xué)生做了訪談?wù){(diào)研，訪談結(jié)果如下。

1.被訪者對在智慧教室中學(xué)習(xí)“地球的運動”單元課程和基于問題的學(xué)習(xí)方式十分感興趣。在課程開展之前，筆者調(diào)查了兩個班學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。學(xué)生表示這樣的學(xué)習(xí)方式能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，在學(xué)習(xí)和掌握關(guān)于地球運動知識的同時，還能增強同學(xué)之間的互動，提高他們自主探究以及評價的能力。但部分學(xué)生擔(dān)心自己缺乏一定的信息鑒別能力，不能正確判斷網(wǎng)上信息的真?zhèn)?，也有同學(xué)認(rèn)為這樣需要花費較長的時間，還有同學(xué)擔(dān)心有人會“不務(wù)正業(yè)”，利用iPad做一些與學(xué)習(xí)無關(guān)的事情，建議教師加強對學(xué)生的監(jiān)督。

2.實驗組的學(xué)生達成自身預(yù)期目標(biāo)的人數(shù)比例更高。在訪談的過程中，被訪者暢談了自己的收獲與感想。實驗組有84.6%的學(xué)生達到了自己預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)，10.3%的學(xué)生認(rèn)為自己只達到了部分預(yù)期目標(biāo)，5.1%的學(xué)生沒有達到預(yù)期目標(biāo)?？刂平M有63.45%的學(xué)生達到了預(yù)期目標(biāo)，26.8%的學(xué)生達到了部分預(yù)期目標(biāo)，9.8%的學(xué)生沒有達到預(yù)期目標(biāo)?？梢?，實驗組大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)效果較理想，能從中學(xué)習(xí)到相關(guān)的知識并且很享受此種學(xué)習(xí)過程；小部分的學(xué)生可能因為自控能力差，上課分心從而導(dǎo)致未能實現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

六、總結(jié)與討論

近年來，筆者所在項目組將APT教學(xué)模型應(yīng)用于華中科技大學(xué)附屬小學(xué)等多所實驗小學(xué)智慧教室中的教學(xué)并開展教學(xué)研究，目前已積累了數(shù)十個優(yōu)秀的教學(xué)案例。所做的教學(xué)研究大部分集中于驗證APT教學(xué)模型的有效性以及探究其對學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，學(xué)習(xí)興趣、認(rèn)知負(fù)荷等情感層面的影響，正如目前大多數(shù)有關(guān)移動學(xué)習(xí)的研究普遍關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)成績的提高。本研究在此基礎(chǔ)上，結(jié)合小學(xué)科學(xué)課程的特點及課程標(biāo)準(zhǔn)，嘗試探究基于移動終端的PBL教學(xué)對學(xué)生的高階思維能力——元認(rèn)知能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)：

（1）基于移動終端的PBL教學(xué)對學(xué)生的元認(rèn)知能力提升效果較好但不顯著。通過前后測對比發(fā)現(xiàn)，基于移動終端的PBL教學(xué)較傳統(tǒng)講授而言對學(xué)生認(rèn)知能力的提升效果較好但不顯著。其原因可能是：認(rèn)知活動的對象是外在和具體的，例如記憶或閱讀的對象是某篇特定的文章或某段具體的文字；而元認(rèn)知與認(rèn)知的區(qū)別在于它的對象是內(nèi)在和抽象的，是主體自身目前正在進行的認(rèn)知活動，元認(rèn)知是對認(rèn)知的再認(rèn)知。由此可見，元認(rèn)知的培養(yǎng)需要達到一定的周期，注重循序漸進。通過對學(xué)生的訪談可知，學(xué)生對在智慧教室中基于問題的學(xué)習(xí)方式十分感興趣?；诖?，筆者所在的研究團隊將適當(dāng)延長周期進一步實施基于移動終端的PBL教學(xué)，深入探究其對學(xué)生元認(rèn)知能力的影響。

（2）基于移動終端的PBL教學(xué)對學(xué)生成績有顯著的積極影響。教學(xué)前兩組學(xué)生的成績不存在顯著性差異，教學(xué)后兩組學(xué)生的成績均有提升，且實驗組的后測成績顯著高于控制組?？梢?，基于移動終端的PBL教學(xué)與傳統(tǒng)的講授相比，對學(xué)生的成績有顯著性的積極影響。

（3）基于移動終端的PBL教學(xué)可適當(dāng)減輕學(xué)生的心理負(fù)荷。通過教學(xué)后對學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的測量，研究發(fā)現(xiàn)基于移動終端的PBL課堂教學(xué)并不會增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，可適當(dāng)減輕學(xué)生的心理負(fù)荷，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。

（4）在基于移動終端的PBL課堂中，學(xué)生小組產(chǎn)出了較為豐富的研究成果，對提出的研究問題能科學(xué)合理的解釋，實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)。各小組成員均能團結(jié)協(xié)作完成研究問題的選定、研究方案的制定、實驗?zāi)M以及研究成果的制作等多項探究活動。多數(shù)小組的作品制作精美，簡潔明了，能在規(guī)定的時間內(nèi)能簡明扼要、重點突出地闡述研究成果的主要內(nèi)容，成功解決選定的研究問題。

總而言之，本研究是將技術(shù)支持下的教學(xué)法應(yīng)用于教學(xué)實踐的一次有益探索，但在研究的過程中仍存在一些不足。一是研究周期不夠長，本研究只選定了一個單元的科學(xué)課程進行教學(xué)研究，而元認(rèn)知的培養(yǎng)應(yīng)該是一個長期的過程；二是小科學(xué)課程“地球的運動”與其他學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)存在較大的差異，此種教學(xué)模式推廣到其他學(xué)科領(lǐng)域并不一定適用。在今后的研究中，盡量改進以上不足，設(shè)計更為科學(xué)有效的研究。希望本研究的研究思路及教學(xué)設(shè)計對教學(xué)研究者和教師能夠提供借鑒和指導(dǎo)。

收稿日期：2017年2月26日

責(zé)任編輯：宋靈青