|
编译：耿健敏 东南大学脑与学习科学系 研究生导师：柏毅 作者：Chih-Hung Chen  【摘要】：本研究将AR技术与数字游戏相结合，设计了一种基于AR游戏的学习方法，以辅助学生学习，并探索多媒体学习的元认知因素和动机因素。并开发了一个带有反思提示的情境感知移动学习系统。此外，还进行了一个2×2的实验，四组学生使用不同的媒体机制（即AR或非AR）和游戏机制（即游戏或非游戏）学习。研究结果表明，AR和数字游戏之间不存在交互作用，两者都显著促进了学生的学习动机；然而，只有数字游戏显著提高了学生的学习成绩和流畅状态。这一结果也强调了数字游戏在促进多媒体学习中情感动机状态方面的重要作用。 【关键词】：增强和虚拟现实；游戏；教育媒体；移动学习；教学策略 1. 介绍 大量研究调查了科学课程对学生概念知识的影响。传统方法没有考虑学生在科学探索活动中的动机，以及教科书驱动式的活动导致学生对科学学习缺乏兴趣（Song et al. 2016）。随着信息通信技术的进步，利用教育技术促进学生的科学学习已成为一种趋势（So et al. 2019）。在科技辅助的科学课堂环境中，学生更喜欢有更多机会深入思考所学内容，然而，他们有时认为没有足够的机会进行深入思考或反思（Yeh et al. 2019 a, b）。 本研究运用了先进技术的多媒体设计原则，并从元认知和动机的角度出发。通过将AR技术与数字游戏相结合，设计了一种基于AR游戏的学习方法，以帮助学生在具有反思提示的情境感知移动学习活动中进行学习。此外，还进行了一个2×2的实验，以确定实施的方法对小学科学学习的影响。通过回答以下研究问题，对学习效果进行了调查。 （1）在有反思提示的情境感知移动学习活动中，AR和数字游戏对学生的学习成绩有何影响以及它们之间的相互作用？ （2）在有反思提示的情境感知移动学习活动中，AR和数字游戏对学生的学习动机有何影响以及它们之间的相互作用？ （3）在有反思提示的情境感知移动学习活动中，AR和数字游戏之间的互动对学生的流畅状态有何影响？ 具有增强现实游戏的情境感知移动学习系统 在本研究中，设计了多媒体学习材料和基于AR游戏的学习方法，以开展情境感知的移动学习活动，增强学生对昆虫的科学学习。基于该方法，使用Vuforia、Unity 3D和Xcode开发了一个基于AR游戏的学习系统，每个昆虫样本都位于一所小学学习公园的栖息地中。此外，为每位学生提供了一台平板电脑，在情境感知移动学习活动期间，平板电脑与已实施的学习系统一起安装。该系统包括上下文感知的真实学习环境，以及两种机制，即真实世界的游戏机制和基于AR的学习机制；此外，还创建了多个数据库来支持学习机制，例如游戏数据库和学习组合数据库。在设计基于AR游戏的学习系统时，考虑了基于游戏的学习的几个特点，如规则、目标、结果、反馈、竞争、挑战和互动。  图1 基于AR游戏的学习系统界面 2. 方法 2.1 参与者 在这项研究中，共有100名来自四年级四个班级的学生，平均年龄为9岁。这四个班被随机分配为实验组和对照组。其中一个被分配到实验组1（称为AR-G组，n=25），采用AR情境感知移动学习和数字游戏；一个是实验组2（称为AR-N组，N=24），使用有AR但没有游戏的情境感知移动学习；一个是实验组3（称为N-G组，N=26），利用数字游戏的情境感知移动学习，但不使用AR；另一个班是控制组（称为N–N组，N=25），在没有AR和游戏的情况下进行的情境感知移动学习。 2.2 测量工具 本研究使用的测量工具包括前测、后测以及学习动机和流畅状态的调查。在参与情境感知移动学习活动之前，前测通过20个多项选择题测试学生的动物基础知识。另一方面，后测是关于昆虫的概念，比如它们的身体特征、行为和习惯。它包括42个选择题，涉及14种昆虫。 2.3 实验程序 首先，所有参与者都参加了为期两周的常规科学学习活动。之后，他们填写了学习动机前测问卷，以评估他们对昆虫的基本知识。之后，所有参与者在反思情境中参与情境感知移动学习活动80分钟。同时，对照组（N–N组）在反思提示下进行学习活动，但既没有AR技术，也没有游戏方法。当个别学生选择错误答案时，学习系统会显示相关的图像和描述作为反思提示；实验组3（N–G组）使用带有反思提示的学习活动和数字游戏，但不使用AR功能；实验2组（AR-N组）采用有反思提示和AR的学习活动，但不采用游戏法；实验组1（AR–G组）利用带有反思提示的学习活动，将AR和数字游戏结合起来。为所有小组提供的多媒体学习材料、任务和提示内容都是相同的。在情境感知移动学习活动之后，所有参与者都进行了后测，并填写了关于学习动机和流畅状态的后测问卷。最后，每组随机招募六名学生进行一对一访谈，探讨他们对学习活动的看法。  图2 使用AR和游戏机制的学习活动场景 3. 实验结果 采用双向协方差分析（ANCOVA）探讨实施方法对学生学习成绩和学习动机的影响，同时采用双向方差分析（ANOVA）探讨其对学生流动状态的影响。 3.1 学习成绩 采用双向ANCOVA，以媒体机制（分为AR和非AR方法）和游戏机制（分为游戏和非游戏方法）为自变量，调查四组学生的学习成绩，而测试前和测试后的分数分别作为协变量和因变量。媒体机制和游戏机制之间的交互影响并不显著，F=0.29（P>0.05），表明自变量的主效应可以接受。媒体机制（F=0.60，p>0.05）没有发现显著差异，而游戏机制（F=6.40，p<0.05，η2=0.063）对学生的学习成绩有显著影响。结果表明，在情境感知移动学习中，游戏教学法比非游戏教学法对学生的学习成绩有更大的帮助。 3.2 学习动机 为了探讨四种不同的学习方式对学生学习动机的影响，以媒体机制和游戏机制为自变量，进行了双向ANCOVA分析，前测与后测的学习动机评分分别是因变量和协变量。媒体机制和游戏机制之间没有显著的交互作用（F=1.85，p>0.05），而媒体机制（F=5.92，P<0.05，η2=0.059）和游戏机制（F=6.45，P<0.05，η2=0.064）则对学生的学习动机产生了显著影响。媒介机制和游戏机制的ANCOVA结果的效应大小（η2）均显示出中等效应大小。表明AR和数字游戏方法都可以提高学生在反思提示下进行情境感知移动学习的学习动机。 3.3 流畅状态 对于学生在学习活动中的流畅状态，采用双向方差分析（ANOVA）研究了不同学习方式对参与者的影响。研究结果表明，媒介机制（F=0.40，p>0.05）对学生的流畅状态没有显著影响，表明AR技术并没有改善学生在学习活动中的流畅状态；另一方面，游戏机制（F=15.11，p<0.001，η2=0.136）证实了这种显著影响，这表明使用基于游戏的学习方法学习的学生（平均值=4.46；SD=0.61）的流畅状态显著高于使用非游戏方法学习的学生（平均值=3.93；标准差=0.74）。表明在情境感知的移动学习中，游戏方法可以通过反思提示促进学生的流畅状态。 4. 结论与讨论 为了从先进技术、元认知和动机的角度拓展多媒体学习的研究领域，本研究实施了一种基于AR游戏的学习方法，以探索学生在具有反思提示的情境感知移动学习活动中的学习。此外，还进行了一项实验，以调查AR和数字游戏对学生学习的影响。实验结果表明，AR与数字游戏的交互作用不显著；此外，AR和数字游戏都有效地促进了学生的学习动机，而只有数字游戏显著提高了学生的学习成绩和流动状态。 这两种机制（即AR和数字游戏）对学生的学习动机都有显著的有益影响。这一结果与几项研究的结论一致，描述了AR在增强学生学习动机方面的潜在优势（Chang et al. 2015; Chiang et al. 2014）。这也证实了几份报告所描述的情况，即数字游戏如果设计得当，可以提升学生的学习动机（Kalmpourtzis 2019）。这些发现表明，AR和数字游戏可以考虑在多媒体学习中满足学生的动机需求。 在这项研究中开发的所有四种学习系统在学生提交错误答案时都会提供即时反思提示。该功能符合多媒体学习中的反馈原则，确认提供学生反馈被认为是指导学生深入理解学习材料的有效方法。此外，适当的反思提示可以引导学生深入思考，通过将先前的概念与新想法联系起来，从而提高他们的学习成绩。这四种学习系统提供的反思提示对学生学习的影响与AR相似，这说明了本研究中AR未能充分发挥多媒体学习优势的原因。 另一方面，在有反思提示的情境感知移动学习活动中，数字游戏显著提高了学生的学习成绩。这样的这一发现与Kalmpourtzis（2019）的描述相符，他认为学生可以在基于游戏的学习环境中提高学习成绩。同时，数字游戏显著增强了学生的流畅状态，而AR则没有。在流畅状态下，个体学习者充分利用自己的能力来实现目标（Hong等人，2020年）。根据流动状态的特点，基于游戏的学习可以促进学习者参与具有反思提示的情境感知移动学习活动。 原文：DOI：10.1007/s11423-020-09834-w 东南大学百研工坊：21世纪是我国创新型人才培养的关键期。东南大学百研工坊（儿童发展与教育研究所）是国内从事科学教育研究的专业团队，结合教育学、心理学、认知科学和现代信息技术，开展面向基础教育阶段的科学教育研究，包括：青少年科学教育、STEM教育、人工智能教育和科学素养评价研究，希望与广大科学教育工作者一起努力，为我国科学教育事业的发展做出贡献！ |
|
|
