移動應用程序在學習中的應用：學習領(lǐng)域的新革命

鄭玉瑋　畢婧華

摘要：移動設備及移動應用程序正在學習領(lǐng)域進行著一場革命，它使傳統(tǒng)課堂變得更有互動性和參與性，使教育者的教學可以不受時間地點的限制，使學生在課后或者在課堂以外的時間能夠繼續(xù)學習?？v觀國內(nèi)外用于學習的移動應用程序，盡管在可利用性、內(nèi)容的科學性和可操作性方面有所不同，但在技術(shù)型支架、位置感知功能、視覺/音頻表現(xiàn)、數(shù)字化知識建構(gòu)、數(shù)字知識共享以及差異化角色等方面存在設計共性。許多研究通過測量學生的各類學習成果來評估移動應用程序的設計，范圍從科學加工技能到知識的建構(gòu)和綜合，最常見的測量結(jié)果是學生的基本科學知識或概念理解。未來有必要將測量多樣化，從而涵蓋學生的高水平認知成果、認知負荷和技能型成果。對移動應用程序的研究還發(fā)現(xiàn)，移動應用程序可能因發(fā)生多任務處理現(xiàn)象而妨礙學習。因此為了更好地將理論與實踐相結(jié)合，未來需要在教學原則和移動應用程序設計之間建立更明確的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：移動應用程序;學習領(lǐng)域;設計特點;應用效果

中圖分類號：G434? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-5195（2018）06-0105-08? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2018.06.013

*基金項目：濟南大學博士基金“社會互動中心理理論加工的神經(jīng)機制”（XBS1424）;濟南大學科研基金“自閉癥兒童心理理論加工機制研究”（14YB31）。

作者簡介：鄭玉瑋，博士，副教授，濟南大學教育與心理科學學院;畢婧華，本科生，濟南大學教育與心理科學學院（山東濟南 250022）。

隨著移動設備性能的不斷提升以及移動應用程序開發(fā)技術(shù)的不斷成熟，移動設備及移動應用程序正在學習領(lǐng)域進行著一場革命，它使傳統(tǒng)課堂變得更有互動性和參與性，從而改變“我們?nèi)绾螌W習”。它使教育者的教學可以不受時間地點的限制，并能通過傳感技術(shù)為學習者提供個性化、定制化的學習，學習者則能夠在課后或者課堂外的時間繼續(xù)學習。移動學習的研究領(lǐng)域包括：移動學習類游戲、移動設備支持的協(xié)作學習和移動應用程序（Schmitz et al.，2012）。當前，研究者對移動學習類游戲、移動設備支持的協(xié)作學習關(guān)注較多，對移動應用程序的設計特點、應用效果等，還缺乏系統(tǒng)的探討。本研究旨在提供關(guān)于移動應用程序在學習中應用的最新研究綜述。用于指導綜述的分析框架來源于學習系統(tǒng)設計概念，“該概念將學習系統(tǒng)設計的實踐與相關(guān)的理論和研究聯(lián)系起來”（Hannafin et al.，1997）。本研究首先概括了在學習領(lǐng)域使用的移動應用程序的設計特征，包括一般應用程序的特征和具體的設計特點;其次，闡釋了移動應用程序在學習領(lǐng)域的應用情況，這是檢驗移動應用程序應用效果的關(guān)鍵指標;最后，總結(jié)了移動應用程序的應用效果及其原因。

一、移動應用程序的一般特征

隨著移動開發(fā)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，移動應用程序的功能以及提供的學習服務也不斷改進?？v觀國內(nèi)外的移動應用程序，它們在可利用性、內(nèi)容的科學性和可操作性方面有所不同。

1.可利用性

移動應用程序的可利用性受多種因素的影響，包括應用程序開發(fā)人員、是否公開訪問以及平臺的新穎性等。大多數(shù)移動應用程序是由個人而不是公司開發(fā)，這就導致只有少部分移動應用程序可以通過互聯(lián)網(wǎng)搜索到。還有很多移動應用程序是在較舊的平臺上（如筆記本電腦）發(fā)展的，而智能手機、平板電腦等新平臺已經(jīng)逐漸取代了筆記本電腦等較傳統(tǒng)平臺，因此，移動應用程序在新平臺上的適用情況也是反映其可利用性的一大因素。

2.內(nèi)容的科學性

移動應用程序所包含的科學內(nèi)容有所不同。大多數(shù)應用程序，要么直接包含科學學習的內(nèi)容，要么提供一個具有豐富科學內(nèi)容的自定義模板。一個自定義的移動應用模板例子就是由Hung等（2014）建立且可以通過提供快速響應來引導學生了解植物的應用程序。該模板還包括一個學生創(chuàng)造概念圖的思維導圖區(qū)和一個學生問問題的問題構(gòu)成區(qū)。這款應用程序能通過修改學習對象和快速響應編碼中的相關(guān)內(nèi)容來定制不同的主題。

3.可操作性

隨著移動設備硬件和軟件數(shù)量的增加以及功能的增強，移動學習環(huán)境的真正優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來，特別是當學習系統(tǒng)是被設計出來處理軟件和硬件平臺的異構(gòu)性時。使用異構(gòu)的學習平臺時，移動應用程序的可操作性尤為重要。在學習領(lǐng)域，移動應用程序的可操作性主要體現(xiàn)在為學習環(huán)境提供一個銜接和連貫的用戶交互設計。標準化、開放的應用編程接口為移動應用程序可操作性的進一步發(fā)展提供了技術(shù)的支持（Kovachev et al.，2011）。

二、學習領(lǐng)域中移動應用程序的設計特點

盡管用來學習的移動應用程序變化多樣，但是也有許多相似的設計特點，包括技術(shù)型支架、位置感知功能、視覺/音頻表現(xiàn)、數(shù)字化知識建構(gòu)工具、數(shù)字知識共享機制以及差異化角色等。

1.技術(shù)型支架

移動應用程序最常見的設計特點是技術(shù)型支架的使用。學生在最小協(xié)助和支持下研究問題容易出現(xiàn)認知超負荷，這是移動學習面臨的一個共同挑戰(zhàn)，移動應用程序大多數(shù)都是利用支架來解決該挑戰(zhàn)的。關(guān)于這些移動應用程序包含的不同支架，有學者根據(jù)功能將其分為：概念、元認知、程序以及策略（Hannafin et al.，1999）。概念支架為人們提供了具有指導意義的基本概念和知識。許多應用程序通過提示、反饋、訪問專家以及即時資源來提供這種類型的指導。這種支架的一個例子是由Chu等（2010）開發(fā)的雙層指導應用程序。該應用程序為學生提供個性化的指導，幫助他們觀察和分類植物：首先，要求學生確定一種植物的特征并且引導他們通過觀察對照組來檢測這種特征的差異。一旦學生正確識別了特征，就會被詢問更深入的概念問題。在此過程中，應用程序會為學生提供所需的提示和補充材料。Chu等（2010）的研究還對雙層指導程序和循環(huán)應用程序進行比較，發(fā)現(xiàn)接受雙層指導的小學生與那些接受循環(huán)應用程序指導的小學生相比，對植物分類有更好的概念化知識。

元認知支架幫助學生監(jiān)控和管理他們自己的學習。一個關(guān)于元認知支架的例子是MyDesk應用程序（Looi et al.，2014）。在MyDesk應用程序中，KWL（Know/Want/Learned）工具使學生能通過回答“與學生自主學習相關(guān)的問題”（例如，我已經(jīng)知道了什么，我想要知道什么，我已經(jīng)學到了什么）來不斷反思自己的學習。Looi等（2011）發(fā)現(xiàn)，使用這種包含KWL及其他幾個功能提示的應用程序的學生與那些沒有使用的學生相比，在年底的考試中表現(xiàn)更優(yōu)。關(guān)于元認知支架應用前景的研究將會對證實這些結(jié)果有所幫助。

程序支架為使用某些功能或執(zhí)行某些任務提供幫助。提供這類幫助的應用程序的一個例子是Hwang等（2012）開發(fā)的普適的科學設備培訓者（Ubiquitous Scientific Device Trainer，USDT）。USDT應用程序引導學生了解博物館內(nèi)不同的科學設備并指導他們操作這些設備。與那些由教師示范來學習操作設備的學生相比，使用USDT應用程序的學生能更好地運用知識解決問題。該項研究還發(fā)現(xiàn)，程序支架能為學生提供個性化的指導，因為學生通過該幫助，可以盡可能多地接收即時信息。

策略支架為學生提供處理一個任務或問題的指導。策略支架應用程序的一個例子是Ahmed和Parsons（2013）開發(fā)的ThinknLearn。ThinknLearn應用程序通過溯因的探究過程來提供指導：探索、檢驗、選擇和解釋。在探索階段，該應用程序提示學生進行測量。在檢驗階段，該應用程序要求學生質(zhì)疑完成的測量。在選擇階段，該應用程序要求學生選擇可能的假設來解釋他們的觀察結(jié)果。在解釋階段，該應用程序提示學生為給定的問題提供完整的解釋。研究者發(fā)現(xiàn)，與沒有使用ThinknLearn的對照組學生相比，使用ThinknLearn的高中生對能量轉(zhuǎn)移問題有更深的理解，并且在生成假設的過程中表現(xiàn)出更多的批判性思維。

2.位置感知

多數(shù)移動應用程序擁有的另一個常見設計特點是具備位置感知功能。這些應用程序利用了設備的定位技術(shù)和機動性，使應用程序能檢測到用戶的位置，并提供給使用者同一個物理空間的不同信息或線索。它們主要通過GPS或在特定位置放置無線電頻率識別標簽、快速反應碼或藍牙來確定用戶所在位置。這一設計特點在不同類型的應用程序中都很常見，例如定位數(shù)據(jù)收集應用程序、身臨其境的參與游戲應用程序，以及一些LMS應用程序。一些研究將帶有位置感知特征的應用程序和紙質(zhì)版工作表或指南進行了對比，還有一些研究單獨對位置感知功能的有效性進行了檢驗（Chiang et al.，2014a;2014b）。Chiang等評定了一個引導學生通過開展調(diào)查活動來研究水生植物的應用程序。在研究中，實驗組得到了帶有位置感知功能的應用程序的幫助，該程序使用GPS技術(shù)來引導學生到特定地域并為他們提供相關(guān)活動或內(nèi)容的結(jié)果;而對照組則沒有得到這一幫助。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，位置感知功能可以明顯提高學生的學習成績和知識建構(gòu)水平。但是這種功能有時是不穩(wěn)定的，比如在網(wǎng)速下降或全球定位系統(tǒng)信號丟失的情況下，可能會降低學生使用戶外學習工具的興趣?？傮w而言，帶有位置感知特征的應用程序，能使人更好地進行戶外學習，但是這一功能也增加了該領(lǐng)域發(fā)生技術(shù)問題的可能性。

3.視覺/音頻表現(xiàn)

許多移動應用程序利用移動設備的多媒體功能提供視覺/音頻信息。這些應用程序向?qū)W生們提供了一個通過概念圖、知識網(wǎng)絡或插圖動畫來獲得信息以建立可視化表征的方法（Hung et al.，2012）。為了評估這些可視化表征方法的效果，Hwang和Kuo等（2010）比較了三組不同的被試：一組使用CMapTools應用程序在掌上電腦上建立概念圖;一組建立紙筆式的概念圖;還有一組完全不建立概念圖。三組都使用帶有定制工具的掌上電腦來幫助引導自己發(fā)現(xiàn)蝴蝶的特性，并為自己提供學習任務以及相關(guān)的資源材料。與那些建立紙筆式概念圖和完全不建立概念圖的學生相比，使用CMapTools的學生在了解蝴蝶的特性方面表現(xiàn)得更好。而紙筆式概念圖組和無概念圖組之間的知識沒有顯著差異。對于未來研究而言，對學生在學習過程中建立不同類型可視化表征的效果進行比較是十分有意義的。

其他一些移動應用程序通過視覺或音頻形式向?qū)W生呈現(xiàn)信息，從而使得他們能看到或聽到在沒有這種幫助下通?？床坏交蚵牪坏降臇|西，如化學結(jié)構(gòu)、太陽系、地理地圖（Dekhane et al.，2012）。例如，一個叫做Audio Nature的應用程序使用音頻創(chuàng)造了一個生物學概念的心理模型，該模型被用來幫助人們解決視覺障礙的問題。雖然由于樣本量小，沒有進行統(tǒng)計分析，但他們?nèi)匀话l(fā)現(xiàn)，大多數(shù)用戶在認知任務中受益。另外，有兩項研究特地分離出移動應用程序中的不同類型視覺表征對學習的影響：Schneps等（2014）在評價Solar Walk應用程序時發(fā)現(xiàn)符合比例尺的太陽系的可視化效果明顯好于太陽系儀的可視化。太陽系儀可視化為了強調(diào)星星的表面特征而夸大了規(guī)模，目的是提高學生對太陽系概念的理解，但常常造成學生很大的誤解;Lin等（2013）評估了一個名為AR Physics的應用程序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在提高學生對彈性碰撞的理解方面，三維表征比二維表征更有效。

4.數(shù)字化知識建構(gòu)

有些移動應用程序為用戶提供了數(shù)字化建構(gòu)知識的機會。例如，Chu等（2010）開發(fā)了移動知識建構(gòu)者（Mobile Knowledge Constructor，MKC），這一程序是用來引導學生觀察植物進而建立一個比較和分類不同植物的坐標系。MKC為學生提供反饋和提示來幫助他們建立坐標系。Chu等比較了使用MKC應用程序與使用工作表的小學生的表現(xiàn)差異。盡管兩組小學生在關(guān)于植物的基礎事實性知識方面沒有表現(xiàn)出差異，但是使用MKC的小學生表現(xiàn)出了更好的分類和比較能力。研究人員推測，在事實知識方面沒有呈現(xiàn)出顯著性差異的原因可能是由于樣本量較小。

技能型成果通常集中在科學探究的組成部分上，比如提出假設和發(fā)展解釋。然而，很少有研究測量與問題解決有關(guān)的結(jié)果。鑒于科學加工技能的內(nèi)在目的是解決問題，對具備問題解決技能的程序進行更多考察是有益的。另外，我們也需要進行研究來確定在整個學習過程中，除了支架和支持外，移動應用程序是如何促進問題解決的。如果能提供移動應用程序的交際或合作技能的測量，也是很有意義的。為了實現(xiàn)這一目的，研究者有必要重點考察移動應用程序是怎樣影響學習活動中小組交流的。

四、移動應用程序的應用效果及原因闡釋

通過對以往文獻的考察，我們發(fā)現(xiàn)：教育學必須推動教育技術(shù)的使用，而不是相反。新技術(shù)應用的第一階段總是伴隨著對它的優(yōu)勢、獲益和普遍適用性的不切實際的期望，緊隨其后的是將其在教育領(lǐng)域中不加選擇地推廣。隨著移動應用程序在教育領(lǐng)域的廣泛應用，其優(yōu)勢不斷得到凸顯，但是也有一些應用結(jié)果是令人失望的。關(guān)于移動應用程序?qū)τ趯W習效果的影響，當前研究出現(xiàn)了分歧：一方面，研究表明，移動學習對學生有較強的激勵作用。例如，Hwang等（2011）發(fā)現(xiàn)83%的研究表明移動應用程序能促進積極的學習效果。Hsu和Ching（2013）對移動計算機支持協(xié)作學習的研究進行了總結(jié)，發(fā)現(xiàn)在9項研究中，有6項研究表明了移動學習能夠促進學生對概念的理解和應用。另一方面，一些調(diào)查結(jié)果與此相矛盾。Schmitz等（2012）發(fā)現(xiàn)沒有足夠的證據(jù)表明移動學習程序能改善學習成績，有時其甚至會妨礙學習。與之類似的是，Cheung和Hew（2009）對關(guān)于移動設備的研究進行了總結(jié)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在使用移動設備和使用同等的紙筆進行學習方面，學生的考試成績并沒有顯著差異。

關(guān)于移動應用程序?qū)W習的促進，很多學者從程序的特點、優(yōu)勢等方面進行了闡釋。然而，在日常生活中，學生采用移動應用程序有時會妨礙學習。關(guān)于移動應用程序妨礙學習的原因，學者們沒有深入地解讀。我們認為，其主要原因是，學生在進行移動學習的同時，進行了多任務處理。多任務處理可以簡單地定義為同時做一件以上的事情。多任務處理涉及了不同的信息加工通道與學習者能力有限的問題。例如，學生在利用移動應用程序進行學習時，他們需要基本加工來理解學習內(nèi)容的意義，同時也需要表征來記憶學習的內(nèi)容，進而將現(xiàn)有知識和新知識聯(lián)系在一起。移動設備的使用可以被視為是附屬加工。因此，當學生采用移動應用程序進行學習時，附屬加工可能會消耗大量的認知容量，從而導致認知超載。為了降低認知負荷，基本加工和表征保持的能力被減弱，這阻礙了更深層次的認知加工和學習。

五、結(jié)論

移動應用程序主要有可利用性、內(nèi)容科學和可操作性等一般特征。在這些應用程序中有許多相似的設計特點，包括技術(shù)型支架、位置感知功能、視覺/音頻表征、數(shù)字知識建構(gòu)工具、數(shù)字知識共享機制以及差異化角色等。未來研究應充分利用新興的、有效的技術(shù)，發(fā)展關(guān)于使用移動應用程序來合作的策略，并對特定應用程序的特點進行分離測試。為了對移動應用程序的設計進行評估，許多研究測量了學生的各類學習成果，范圍從科學加工技能到知識的建構(gòu)和綜合，最常見的測量結(jié)果是學生的基本科學知識或概念理解。對研究人員來說，有必要將測量多樣化，從而涵蓋學生的高水平認知成果、認知負荷和像問題解決一樣的技能型成果。最后，移動應用程序如何適用于更多不同的學科主題和不同學生這一問題有必要得到更多的關(guān)注。

為了更好地將理論與實踐相結(jié)合，研究人員需要在教學原則和移動應用程序的設計特點之間建立明確的聯(lián)系。未來的研究還需要在理論基礎和測量結(jié)果之間保持更好的一致性。為使研究人員和教學設計人員理解特定背景下設計移動應用程序的最佳方式，需要進一步明確特定移動應用程序的設計特點。該獨特的設計特點應該專注于基礎的學習成果，反過來可以通過對這些設計特點的分離，來進一步確定設計特點是否充分反映了學生在特定背景下的學習。

參考文獻：

[1]Ahmed， S.， & Parsons， D. （2013）. Abductive Science Inquiry Using Mobile Devices in the Classroom[J]. Computers & Education， 63： 62-72.

[2]Cheung， W. S.， & Hew， K. F. （2009）. A Review of Research Methodologies Used in Studies on Mobile Handheld Devices in K-12 And Higher Education Settings[J]. Australasian Journal of Educational Technology， 25（2）： 153-183.

[3]Chiang， T. H. C.， Yang， S. J. H.， & Hwang， G. J. （2014a）. An Augmented Reality-Based Mobile Learning System to Improve Students， Learning Achievements and Motivations in Natural Science Inquiry Activities[J]. Journal of Educational Technology & Society， 17（4）： 352-365.

[4]Chiang， T. H. C.， Yang， S. J. H.， & Hwang， G. J. （2014b）. Students， Online Interactive Patterns in Augmented Reality-Based Inquiry Activities[J]. Computers & Education， 78： 97-108.

[5]Chu， H. C.， Hwang， G. J.， & Tsai， C. C. （2010）. A Knowledge Engineering Approach to Developing MindTools for Context-Aware Ubiquitous Learning[J]. Computers & Education， 54（1）： 289-297.

[6]Dekhane， S.， & Tsoi， M. Y. （2012）. Designing a Mobile Application for Conceptual Understanding： Integrating Learning Theory With Organic Chemistry Learning Needs[J]. International Journal of Mobile and Blended Learning， 4（3）： 34-52.

[7]Hannafin， M. J.， Hannafin， K. M.， & Land， S. M. et al. （1997）. Grounded Design and the Design of Constructivist Learning Environments[J]. Educational Technology Research and Development， 45（3）： 101-117.

[8]Hannafin， M.， Land， S. M.， & Oliver， K. （1999）. Open Learning Environments： Foundations， Methods， and Models[A]. C.M. Reigeluth （Ed.）. Instructional Design Theories and Models [M].Mahwah， New Jersey： Lawrence Erlbaum Associates， Inc.： 115-140.

[9]Hsu， Y. C.， & Ching， Y. H. （2013）. Mobile Computer-Supported Collaborative Learning： A Review of Experimental Research[J]. British Journal of Educational Technology， 44（5）：111-114.

[10]Hung， C. M.， Hwang， G. J.， & Wang， S. Y. （2014）. Effects of an Integrated Mind-Mapping and Problem-Posing Approach on Students in-Field Mobile Learning Performance in a Natural Science Course[J]. International Journal Of Mobile Learning and Organisation， 8（3）：187-200.

[11]Hung， P. H.， Hwang， G. J.， & Su， I. H. et al.（2012）. A Concept-Map Integrated Dynamic Assessment System for Improving Ecology Observation Competences in Mobile Learning Activities[J]. Turkish Online Journal of Educational Technology， 11（1）： 10-19.

[12]Hwang， G. J.， Chu， H. C.， & Shih， J. L. et al. （2010）. A Decision-Tree-Oriented Guidance Mechanism for Conducting Nature Science Observation Activities in a Context-Aware Ubiquitous Learning Environment[J]. Journal of Educational Technology & Society， 13（2）：53-64.

[13]Hwang， G. J.， Kuo， F. R.， & Yin， P. Y. et al.（2010）. A Heuristic Algorithm for Planning Personalized Learning Paths for Context-Aware Ubiquitous Learning[J]. Computers & Education， 54（2）： 404-415.

[14]Hwang， G. J.， Tsai， C. C.， & Chu， H. C. et al. （2012）. A Context-Aware Ubiquitous Learning Approach to Conducting Scientific Inquiry Activities in a Science Park[J]. Australasian Journal of Educational Technology， 28（5）： 931-947.

[15]Hwang， G. J.， Wu， P. H.， & Ke， H. R. （2011）. An Interactive Concept Map Approach to Supporting Mobile Learning Activities for Natural Science Courses[J]. Computers & Education， 57（4）： 2272-2280.

[16]Junco， R. （2012）. Too Much Face and Not Enough Books： The Relationship Between Multiple Indices of Facebook Use and Academic Performance[J]. Computers in Human Behavior， 28（1）： 187-198.

[17]Kovachev， D.， Cao， Y.， & Klamma， R. （2011）. Mobile Multimedia Cloud Computing and the Web[A].Proceedings of 2011 Workshop on Multimedia on the Web[C]. Graz， Austria： 21-26.

[18]Lin， T. J.， Duh， H. B.， & Li， N. et al. （2013）. An Investigation of Learners Collaborative Knowledge Construction Performances and Behavior Patterns in an Augmented Reality Simulation System[J]. Computers & Education， 68： 314-321.

[19]Looi， C. K.， Sun， D.， & Wu， L. et al. （2014）. Implementing Mobile Learning Curricula in a Grade Level： Empirical Study of Learning Effectiveness at Scale[J]. Computers & Education， 77： 101-115.

[20]Looi， C. K.， Zhang， B.， & Chen， W. et al.（2011）. 1：1 Mobile Inquiry Learning Experience for Primary Science Students： A Study of Learning Effectiveness[J]. Journal of Computer Assisted Learning， 27（3）： 269-287.

[21]Schmitz， B.， Klemke， R.， & Specht， M. （2012）. Effects of Mobile Gaming Patterns on Learning Outcomes： A Literature Review[J]. International Journal of Technology Enhanced Learning， 4（5）： 345-358.

[22]Schneps， M. H.， Ruel， J.， & Sonnert， G. et al.（2014）. Conceptualizing Astronomical Scale： Virtual Simulations on Handheld Tablet Computers Reverse Misconceptions[J]. Computers & Education， 70： 269-280.

[23]Song， Y. （2014）. “Bring Your Own Device （BYOD）” for Seamless Science Inquiry in a Primary School[J]. Computers & Education， 74： 50-60.

[24]Squire， K. D.， & Jan， M. （2007）. Mad City Mystery： Developing Scientific Argumentation Skills With a Place-Based Augmented Reality Game on Handheld Computers[J]. Journal of Science Education and Technology， 16（1）： 5-29.

[25]Squire， K.， & Klopfer， E. （2007）. Augmented Reality Simulations on Handheld Computers[J]. Journal of the Learning Sciences， 16（3）： 371-413.

收高日期 2018-06-16 責任編輯 汪燕