手機輔助教學對學生學業(yè)表現的影響

張和平　沈紅　張青根

摘要：信息技術與高等教育的不斷融合，推動了移動學習的快速發(fā)展以及智能手機廣泛用于輔助課堂教學。然而手機輔助教學能否提升課堂教學效果，目前缺乏基于中國實踐的實證檢驗。文章依托某高校大一新生公共數學課進行了準實驗設計，基于自然班級進行分組，采用手機輔助教學實施干預和控制，并利用多種計量分析模型剝離手機輔助教學之外其他干擾因素對學習成績的影響。研究發(fā)現：無論是OLS回歸分析，還是反事實分析框架下的增值分析，實驗組學生的學習成績都高于控制組，因此在課堂教學中采用手機輔助教學能有效提升學生的學習成績。高校教學應借勢“互聯網+”浪潮大膽變革，充分利用手機等移動終端輔助課堂教學，借助信息技術和學習科學改善課堂生態(tài)和教學質量。

關鍵詞：手機輔助教學;學習成績;準實驗;移動學習;混合學習

中圖分類號：G434? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-8454（2020）10-0001-08

一、引言

大學課堂教學正普遍面臨“手機入侵、課堂失守”的挑戰(zhàn)，如何讓課堂上的“低頭族”們抬起頭來，成為很多教師內心的期盼甚至是“奢求”。國內外不少大學嘗試采用諸如“堵攔、引導”等措施遏制手機進課堂，但收效甚微[1]。況且“遏制手機進課堂”其合理性與否也是一個值得商榷的問題。在“互聯網+”時代，忽視“技術改造人行為”的潛在力量，忽視網絡時代知識與學習的新特性，在傳統(tǒng)教育教學模式和管理主義思維方式下，做出的任何實踐努力可能都難以取得真正的成效。此外，忽視移動互聯技術和移動學習的快速發(fā)展對高等教育的積極影響也是一種錯誤。

相關研究表明，高等教育已成為移動學習應用的主陣地，也是不同教育層次中應用移動設備最多的，其在移動學習技術使用上呈不斷增長趨勢[2]。麥格勞-希爾教育集團（McGraw-Hill Education）和漢諾威研究中心（Hanover Research）調查的2600余名美國大學生中，約三分之二的人在使用智能手機進行學習。而一項調查顯示，中國大學生智能手機的使用呈現“普及率高和依賴程度高”兩大特征，基本實現了不同群體和各種區(qū)域的全覆蓋[3]。全球移動學習市場預計每年以36%的速度增長[4]。一項研究顯示，至少42%的美國高校實施了自帶設備（BYOD）策略，即允許學生把智能手機、平板電腦等移動設備帶到學習場所的做法。BYOD策略不僅可以減少設備投資，還順應了現代生活方式，因而備受歡迎[5]。

移動設備的普及被認為可以讓學習者隨時隨地訪問學習資源，增加人們受教育的機會。教師利用移動設備，隨時隨地傳送視頻和課程資料，創(chuàng)設機會促進學生在學習中的互動交流，幫助學生與課程內容建立聯系，構建深層學習方法[4]。那么，移動設備（或手機）輔助教學究竟能否提升大學本科生的學習成績？本文基于中國高校教學實踐，試圖采用準實驗設計來回答該問題。

二、信息技術應用于教學實踐的有效性

信息技術應用于教育領域，催生了一些新的教學模式（如遠程教育、混合學習、移動學習、在線學習等），而MOOCs、翻轉課堂、微課、智慧教育、云端大學等新名詞和新事物也不斷涌現。這些都向社會彰顯了技術對教育的巨大影響潛能——引發(fā)了新的學習機會和改變了傳統(tǒng)教學模式[6]。以信息技術為基礎的新教學模式的有效性，常常通過與傳統(tǒng)面對面教學模式的比較來加以判斷。

1.遠程教育

遠程教育是信息技術應用于教育最早的也是最成功的教學模式，至今還廣泛地應用于培訓等領域[7]。大量實證研究表明，與傳統(tǒng)課堂教學相比，遠程教育在提升學生學業(yè)成績方面更為有效或至少不遜色。但也有研究表明，遠程教育的教學滿意度相對而言略低于傳統(tǒng)模式的教學[6]。

2.在線學習

在線學習被認為是第五代遠程教育，其與遠程教育的共同之處在于：都能提供“隨時隨地”的學習，解決師生間地理間隔障礙，借助技術來訪問學習內容;不同之處在于：遠程教育一直注重內容傳遞和獨立學習，而在線學習還很注重交互性[6]。研究發(fā)現，在線學習和面對面學習模式對學習效果的影響是各不相同的，不同教學模式適合不同的任務類型。好的在線設計可以有效促進事實和陳述性知識的學習[8]，而基于問題的學習有助于能力的培養(yǎng)，卻對知識的獲取有負面影響[9]。大多數研究都證明在線學習至少跟面對面學習一樣有效[6]。

3.混合學習

混合學習將傳統(tǒng)的面對面教學與在線學習結合起來，給學生的學習帶來了積極影響，成為一種很有吸引力的教育模式。對混合學習有效性的多數研究文獻都有比較一致的結論：無論是以“在線為主面授為輔”，還是“面授為主在線為輔”的課程中，學生的學習成績都比純面授或純在線學習更高。盡管混合學習的有效性幾乎得到一致認同，但由于缺乏對復雜因素的有效控制，混合學習的效果固然很明顯，具體因果關系卻很難確定[10]?；旌蠈W習一般需要更多時間、更多教學資源、更多互動等，其中任何一種因素都可能用來解釋混合學習為什么更有效[11]。研究并沒有提供足夠的證據證明混合教學法的哪個具體方面對學習效果產生了影響[12]。明斯（Means B）等人發(fā)現混合學習中運用的教學法對學生的學習效果有積極的影響，合作互動學習和教師指導比自定進度的自主學習更有效[13]。博拉德（Bernard R M）等人也把教學相關的因素作為調節(jié)變量，發(fā)現三種交互類型（學生與學生、學生與教師、學生與內容）中，當兩種或三種互動同時出現比一種更有效[14]。斯奇米德（Schmid R F）等人發(fā)現，在課堂教學中，少用或中度使用技術比高度使用技術對教學更有效，技術使用程度對學習的不同影響還和課程內容有關[15]?；旌蠈W習中不同交互類型結合的有效性也驗證了交互等價理論，該理論假設“高水平的、多種類型的互動有可能帶來更為滿意的學習經歷” [16]。

4.移動學習

移動學習是更深入融合技術、學習者和學習科學的新型教學模式。英國密德薩斯大學（Middlesex University）在一年級解剖課程中設計了一項移動學習的實驗研究，實驗組在課堂上使用iPad開展學習活動（包括測驗和游戲功能），結果顯示實驗組的成績更好。相比講授形式，學生更喜歡從這種實踐經歷中去發(fā)現知識[4]。王小根等人基于iPad設計了對博物館實地學習活動的實驗研究，實驗組在博物館中進行移動學習，控制組采用傳統(tǒng)的多媒體教學在課堂里學習，結果發(fā)現實驗組的學習成績、學習興趣和對本土傳統(tǒng)文化的認同感，都明顯高于控制組學生[17]。有研究者利用智能手機開展對植物學習的實驗研究，發(fā)現利用智能手機開展基于游戲的學習能顯著提高學習成績和學習動機[18]。李丹等人對臨床醫(yī)學專業(yè)學生進行移動學習的實驗研究發(fā)現，參與移動學習的實驗組的課程理論考試成績顯著高于采用傳統(tǒng)教學形式的對照組;在提高學生的學習興趣、課堂參與積極性、自主學習、交流溝通表達能力、創(chuàng)新及思辨能力等方面，實驗組也顯著好于對照組[19]。鄭蘭琴等人對2011年至2017年國際英文期刊92項移動學習實驗和準實驗研究的元分析顯示，利用移動學習確實能顯著提升學生的認知類學習績效，總效應量高達0.85[20]。

但也有研究發(fā)現移動學習對學生成績的負面影響。一項采用移動學習策略引導五年級小學生在田野中學習本土文化的實驗研究發(fā)現，采用PAD移動設備學習本土文化的組別相對于采用傳統(tǒng)方式（即教師引導）學習的組別而言，學習成績更低[21]。類似的結果在杜利特和馬里亞諾（Doolittle P E & Mariano G J）的隨機實驗研究中也有出現[22]。

信息技術（移動設備、互聯網等）的普及使社會各階層都能平等享有信息資源，但對其利用卻存在娛樂和學習兩種不同偏好，用于學習可能提高學習期間的教育獲得，用于娛樂則會抑制學業(yè)表現的提高，信息技術運用上的分化會造成新的社會分化和數字鴻溝[23]。盡管如此，信息技術輔助教學的未來價值和提升教學有效性的積極作用一直備受重視，但基于事實的證據還不夠充分，尤其是利用移動終端設備輔助課堂教學的有效性方面，絕大多數實證研究均來自國外，基于我國教育教學實踐的研究較少，研究結論也不一致。因此，有必要利用中國的實驗數據做進一步檢驗。

三、研究設計

1.準實驗設計

本研究考察手機輔助教學對學生學習成績的影響效應，嚴格的實驗設計應是將學生隨機分為實驗組和控制組，讓這兩組學生學習同一課程，對課程成績實施前測與后測，比較處理效應。這是一個典型的實驗室設計模式。但限于問題情境與研究條件，本研究重點關注在自然班級狀態(tài)下，實施手機輔助教學這樣的改革是否對學生成績有積極影響，因此本研究擬采用準實驗設計。

本研究選取某省屬高校大一本科新生（非數學專業(yè)）作為實驗對象，因為這些非數學專業(yè)的本科新生都需要在大一期間修同樣的公共數學課程（由本校數學學院開設，包括《高等數學》和《線性代數》），這便于我們在一個較大樣本的基礎上對學習成績進行統(tǒng)一測量和比較。在需要學習《高等數學》的19個班級中，我們隨機選擇了8個班級作為實驗組，另外11個班級作為控制組。在實驗組，我們讓授課教師運用“雨課堂”①手機App軟件輔助教學，采用手機與傳統(tǒng)課堂講授相結合的混合教學模式;在控制組，教師仍然沿襲傳統(tǒng)的課堂講授教學。實驗期限為一個學期。

實驗組和控制組在成績評定、考勤記錄等方面都統(tǒng)一做出要求，確保一致。實驗組和控制組授課教師的差異，通過性別、學歷層次來進行匹配予以控制。為確保實驗組師生熟練使用雨課堂App軟件，我們對實驗組的師生進行了專門的軟件使用培訓，并建立專門的QQ群提供技術支持與服務。

為確保實驗組教師使用手機輔助教學，我們利用雨課堂手機軟件自帶的后臺記錄功能，監(jiān)控授課教師使用手機的情況，提醒并督促教師每次課都使用手機來輔助教學。

在實施了一個學期后，我們對實驗組和控制組的全部學生進行了統(tǒng)一的同卷期末筆試測試，同時對他們的課堂學習、課外學習性投入等方面進行了問卷調查。考慮到有效測量數學水平的難度以及同卷測試會存在練習效應，本研究沒有設計對實驗對象進行前測，而是在分析中直接將其高考數學成績、高考總分作為控制變量。最后，在排除少量無效樣本后，用于分析的有效樣本量是775人，其中實驗組307人，控制組468人。

2.計量模型

（1）傳統(tǒng)OLS估計下的計量模型

為探究實驗過程中的手機輔助教學能否有效提升學生的學習成績，本研究將基于以下模型進行實證分析：

yi是學生第一學期公共數學課期末成績。Treati是處理變量，即學生所在班級是否采用了手機輔助教學，如果融入了手機輔助教學，則為1，反之則為0。？茁1為處理變量的效應，如為正數，表明手機輔助教學能提升學生學習效果，若為負數，表明手機輔助教學降低了學生學習效果。？著為隨機誤差項。

Xi為控制變量的向量，包括四類變量：

一是基礎性變量，如性別、院系等（分別以男性、管理學院為參照組），用來控制學生的結構性差異。

二是生源變量，含高考數學成績、高考總分、生源類型（含文科和理科兩類，以文科為參照組）、生源地（分為兩類，湖北和非湖北生源，以非湖北生源為參照組），用以控制學生的生源差異。

三是學生學習投入變量，主要從兩方面考察：一方面反映學生日常時間分配的變量，用來控制整體上學生學習投入性差異;另一方面反映學生對公共數學課的投入與興趣的變量，用于控制學生對公共數學課的投入性差異。這兩種類型的變量均通過四點量表來測度，分別為“非常少”“較少”“較多”“非常多”。在統(tǒng)計分析時，將前兩者合并為一組作為參照組，取值為0，后兩者合并為另一組，取值為1。

四是班級層面變量，包括專業(yè)類別和任課教師兩種變量，用以控制因班級學生構成差異和任課教師的教學差異等造成的影響。在本研究中將以固定效應模型來控制班級層面變量差異。

（2）反事實分析框架下的計量模型

上述OLS方法估計實驗效果的前提假定是已經控制了足夠多的外生因素，不存在遺漏變量問題。然而，現實中的研究通常并不滿足這一假設，所觀察的對象并非隨機分配的，會產生內生性或樣本選擇偏誤等問題。就本研究而言，由于影響學生公共數學課成績的因素太多，實驗組與對照組的學生差異較大，無法直接進行比較。

解決該問題有兩種方法：一是使用傾向得分匹配法，通過尋找影響學生是否參與實驗的協變量來改變研究對象的隨機性，從而將實驗組與對照組個體進行一一匹配，準確衡量出實驗效果。然而本研究設計的實驗是以自然班級為單位進行的，學生是否參與實驗的隨機性不強，無法尋找這樣的協變量來改變隨機性。二是基于反事實分析框架，預測實驗組學生在對照組時的“反事實”公共數學課成績，然后將其與真實的公共數學課成績的差值比較來衡量實驗效果。

本研究擬采用反事實分析框架對實驗效果進行分析，具體步驟如下：

第一步：利用對照組樣本數據，擬合以下方程，得到各解釋變量的擬合系數：

其中，yic為對照組學生的公共數學課成績;

為對照組學生的特征指標，如性別、文理科、生源地、高考數學成績、高考綜合成績、專業(yè)、每周公共數學課學習投入、公共數學課投入、公共數學課興趣等。

第二步：利用上一步的擬合系數，計算出實驗組樣本在對照組時的“反事實”成績：

其中，是實驗組學生的“反事實”成績;是實驗組學生的特征指標。

第三步：利用實驗組學生的真實成績減去“反事實”成績，計算出實驗組學生的分數增長情況：

其中，為實驗組學生的分數增長情況，反映的是手機輔助教學對學生學習效果的影響程度，數值越大表明實驗效果越好。

四、研究結果

1.實驗結果的描述性統(tǒng)計分析

表1呈現了各相關變量的描述性統(tǒng)計分析結果。從中可知，實驗組學生的期末成績均值為70.69分，略高于對照組學生的期末成績均值（63.65分），方差分析顯示兩組均值的這種差異具有統(tǒng)計顯著性（F=21.85，p<0.001）。粗略地看，手機輔助教學能夠提升學生的公共數學課成績。但這個結果是在未控制其他變量的情況下進行的簡單比較，研究結果的可靠性仍不足。

從表1中還可以看出，實驗組和對照組在各個控制變量上的差異并不是很大，這說明實驗組和控制組學生的特征非常接近，用這兩組學生來做手機輔助教學的對照實驗，得到的這個實驗結果是有意義的。

2.傳統(tǒng)OLS估計下的實驗效果分析

在進行OLS估計之前，先簡單對比不同組別下實驗組與對照組學生的公共數學課期末成績差異，圖1呈現了不同組別下實驗組和對照組學生的期末考試成績分布情況：

由①可知，實驗組學生的中位數高于對照組學生的中位數;整體分布上，實驗組學生的期末成績高于對照組學生的期末成績，表明實驗組學生成績相對更好。從集中程度上看，實驗組學生的期末成績分布更為集中。

由②可知，對照組班級學生的公共數學課成績分布整體上較低，而實驗組班級學生的公共數學課成績分布相對較高。

由③可知，無論從男性樣本還是女性樣本來看，實驗組學生公共數學課成績中位數高于對照組學生公共數學課成績，且實驗組學生成績分布更為集中。

由④可知，文科類學生公共數學課成績在實驗組與對照組中并無明顯差異，而理科類學生公共數學課成績中，相比對照組學生而言，實驗組學生的中位數更高，且分布更為集中。這表明理科類學生在手機輔助教學實驗中提升更明顯。

由⑤可知，高數B1類課程下實驗組學生成績的中位數明顯高于對照組學生成績的中位數，且分布更為集中。但在高數C1類課程中實驗組與對照組學生成績的中位數并無明顯差異。這表明，相對而言高數B1類課程在手機輔助教學下學生成績提升更明顯。

上述比較分析并未控制其他變量的影響，接下來利用傳統(tǒng)OLS回歸模型控制其他變量進行擬合分析，分析結果見表2。模型的擬合優(yōu)度為30.9%，回歸分析是有意義的，能夠解釋學生公共數學課期末成績30.9%的差異。從回歸系數來看，手機輔助教學實驗能夠顯著提高學生公共數學課成績，在控制其他變量的影響下，實驗組學生的公共數學課成績比對照組學生的公共數學課成績高出8.913分。從標準化系數上看，在控制其他變量的影響下，參與手機輔助教學實驗后，學生公共數學課期末成績能夠提高24.47%個標準差。由此可見，手機輔助教學是有效的，能夠顯著提升學生的學習成績。

3.反事實分析框架下的實驗效果分析

為對實驗結果做進一步的穩(wěn)健性檢驗，本研究在反事實分析框架下利用增值分析法，來分析手機輔助教學能否提高學生的學習成績。按照研究設計中的分析步驟，首先利用對照組學生樣本擬合出估計系數，然后基于各變量的擬合系數估計實驗組學生在對照組時的“反事實”公共數學課期末成績，最后將實驗組學生的公共數學課真實成績減“反事實”成績，所得差值為手機輔助教學的實驗效果。圖2呈現了實驗組學生公共數學課的真實成績、“反事實”成績及其差值的分布情況。

從圖2可知，預測的實驗組學生的“反事實”成績相對更為集中，但中位數較低，整體上小于實驗組學生的真實公共數學課成績。從實驗組學生公共數學課真實成績與“反事實”成績的差值分布情況看，絕大部分學生的公共數學課成績的差值大于零，表明手機輔助教學實驗的確提高了學生的成績。

表3呈現了反事實分析框架下手機輔助教學的實驗效果，從整體來看，實驗組學生公共數學課成績提高了6.759分，男性學生公共數學課成績提高了9.347分，但女性學生的公共數學課成績只提高了5.059分，表明手機輔助教學實驗的效果存在性別差異。文科學生的公共數學課成績降低了-0.549分，而理科學生的公共數學課成績提高了9.944分，表明手機輔助教學實驗的效果存在明顯的生源類型差異。從課程類別來看，高數B1類課程的學生成績提高了14.41分，但高數C1類課程的學生成績僅提高了1.661分，表明手機輔助教學實驗對不同類型數學課程下學生學習成績的影響存在差異。

五、結論與建議

1.研究結論

首先，從描述性分析和單變量方差分析來看，實驗組學生的公共數學課成績均值（70.69分）顯著高于對照組學生（63.65分）。從公共數學課成績的中位數和整體分布來看，實驗組學生都高于對照組學生。從集中程度來看，實驗組學生的公共數學課成績分布更為集中。

其次，在OLS多元回歸模型的估計結果中，實驗組學生的公共數學課成績比對照組學生的公共數學課成績高出8.913分。從標準化系數來看，控制了其他變量影響的情況下，參與手機輔助教學實驗后，學生公共數學課成績能提高24.47%個標準差。

最后，在反事實框架下增值分析法的結果中，實驗組學生真實的公共數學課成績高于控制組的“反事實”成績，從整體上看，實驗組學生公共數學課成績提高了6.759分。

綜上所述，無論是單變量方差分析、OLS回歸分析，還是反事實分析框架下的增值分析，結果都支持一個結論：在大學公共數學課課堂中采用手機輔助教學能有效提升學生學習成績。

2.政策建議

（1）高校應積極利用手機等移動設備來支持學生課堂內外的有效學習

實證研究表明：手機輔助課堂教學能有效提升學生學習興趣、增強師生互動、提高課堂學習效率，能為實現自主學習和合作學習提供必要條件，也能有效提升學生學習成績，成功地在課堂內外支持有效學習[24]。無線互聯網技術的發(fā)展及移動終端設備的普及為移動學習奠定了技術基礎，移動設備的便利性有助于個人將學術追求納入自己的日程中，還有助于鍛煉21世紀技能，如溝通、合作和創(chuàng)建內容等方面的能力。

學習者可以借助移動設備（如手機、平板電腦、PAD等）隨時隨地訪問教育資源，培養(yǎng)自身獨立性，建立終身學習的習慣[4];可以在社交媒體上分享信息，獲取領域最新發(fā)展動態(tài)，與同伴實時交流，提高學習效率。教師利用移動設備開展教學，可以與學生進行實時互動，及時給予反饋;可以創(chuàng)建豐富的學習內容，實時搜集、分享信息，增加學生參與度（如幫性格內向的學生發(fā)表自己的觀點），增加課程學習中的師生互動與高峰體驗，更加快捷、高效地完成教學任務。

總之，既然學生在課堂上“玩”手機已成普遍之勢，與其“堵”不如“疏”。大學應革新觀念、積極變革，在課堂教學中大膽采用手機輔助教學，借助“互聯網+”的浪潮，推動手機在課堂教學和課程學習中的廣泛深入運用，借助技術促進學生學習成效，提高人才培養(yǎng)質量。

（2）高校應推進移動互聯技術在教育教學中的應用及教育教學生態(tài)重構

新技術、新媒體和互聯網的發(fā)展對行為主義、認知主義和建構主義三大傳統(tǒng)學習理論提出新挑戰(zhàn)，諸如不斷縮短的知識半衰期、非正規(guī)學習、多領域學習、技術工具對思維的影響、持續(xù)終身學習等等。加拿大學者喬治·西蒙斯（George Siemens）提出被視為“適應數字時代”的關聯主義（Connectivism）學習理論，認為知識存在于學習者之外的實體上（如網絡、組織、他人），學習就是在不同實體之間建立關系（聯結），編織個人社會知識網絡。“我們正從正式的、嚴格的學習向非正式的、基于聯結的、締結網絡的學習轉變。與知識源建立聯結遠比自己掌握的那點知識重要得多” [25]。這種社會網絡學習的思想從各種社交媒體網絡的應用中得到了很好的印證。將其用于教育教學，就是要借助技術手段搭建專門的協作學習平臺和網絡環(huán)境，引導學生構建屬于自己的個人社會知識網絡和知識生態(tài)圈[26]。從這個意義上講，智能手機等互聯網移動終端設備不僅不應成為妨礙教學的負面因素，而且應扮演促進學習的關鍵性技術角色。

（3）高校應重視學習科學和教育技術在優(yōu)化教學設計中的作用

科丁格（Kenneth R. Koedinger）等人在《科學》雜志撰文認為，教學很復雜，并且得到科學的幫助也非常少。優(yōu)化教學設計需要學生的學習行為和學習成就等作為事實基礎，把學習科學引入教學設計也需要對學生的學習過程進行科學分析[27]。很顯然，不依賴移動學習終端等技術手段來采集和積累數據是很難實現這個目標的。

主流的教學模式正在實現從面對面學習到混合學習的轉變，以學習科學為基礎的線上學習和線上線下混合學習將對高等教育的教學模式帶來變革。研究表明，移動學習與其他學習方式（如合作式學習、探究式學習、基于游戲的學習等）的有效結合，對學習成績的正向影響會更大。鄭蘭琴等人對國外92項研究的分析發(fā)現，移動學習與合作式學習結合使用對學習成績的效應量大于0.4，而與探究式學習、基于游戲的學習和自主學習結合使用的效應量均大于0.8，其中采用探究式學習的效應量最大，自主學習的效應量最小[20]。很顯然，將移動設備與教學法進行有效融合非常重要，它依賴于基于信息技術的有效教學設計，教師不僅需要掌握信息技術，而且需要對學習和教學的理論有深入的理解，這是一個挑戰(zhàn)。

美國麻省理工學院的一份報告提出培養(yǎng)“學習工程師”，其職責不是做學術研究，也不是做教師，而是幫助教師和學生運用學習科學和教育技術來設計最佳學習體驗方案，并成為推動未來大學教育教學變革的主體[28]。這可能是未來的一個解決之道。

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（編輯：李曉萍）