移动应用程序在学习中的应用：学习领域的新革命

2023.03.01

郑玉玮　毕婧华

摘要：移动设备及移动应用程序正在学习领域进行着一场革命，它使传统课堂变得更有互动性和参与性，使教育者的教学可以不受时间地点的限制，使学生在课后或者在课堂以外的时间能够继续学习。纵观国内外用于学习的移动应用程序，尽管在可利用性、内容的科学性和可操作性方面有所不同，但在技术型支架、位置感知功能、视觉/音频表现、数字化知识建构、数字知识共享以及差异化角色等方面存在设计共性。许多研究通过测量学生的各类学习成果來评估移动应用程序的设计，范围从科学加工技能到知识的建构和综合，最常见的测量结果是学生的基本科学知识或概念理解。未来有必要将测量多样化，从而涵盖学生的高水平认知成果、认知负荷和技能型成果。对移动应用程序的研究还发现，移动应用程序可能因发生多任务处理现象而妨碍学习。因此为了更好地将理论与实践相结合，未来需要在教学原则和移动应用程序设计之间建立更明确的联系。

关键词：移动应用程序;学习领域;设计特点;应用效果

中图分类号：G434? ?文献标识码：A? ? 文章编号：1009-5195（2018）06-0105-08? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2018.06.013

*基金项目：济南大学博士基金“社会互动中心理理论加工的神经机制”（XBS1424）;济南大学科研基金“自闭症儿童心理理论加工机制研究”（14YB31）。

作者简介：郑玉玮，博士，副教授，济南大学教育与心理科学学院;毕婧华，本科生，济南大学教育与心理科学学院（山东济南 250022）。

随着移动设备性能的不断提升以及移动应用程序开发技术的不断成熟，移动设备及移动应用程序正在学习领域进行着一场革命，它使传统课堂变得更有互动性和参与性，从而改变“我们如何学习”。它使教育者的教学可以不受时间地点的限制，并能通过传感技术为学习者提供个性化、定制化的学习，学习者则能够在课后或者课堂外的时间继续学习。移动学习的研究领域包括：移动学习类游戏、移动设备支持的协作学习和移动应用程序（Schmitz et al.，2012）。当前，研究者对移动学习类游戏、移动设备支持的协作学习关注较多，对移动应用程序的设计特点、应用效果等，还缺乏系统的探讨。本研究旨在提供关于移动应用程序在学习中应用的最新研究综述。用于指导综述的分析框架来源于学习系统设计概念，“该概念将学习系统设计的实践与相关的理论和研究联系起来”（Hannafin et al.，1997）。本研究首先概括了在学习领域使用的移动应用程序的设计特征，包括一般应用程序的特征和具体的设计特点;其次，阐释了移动应用程序在学习领域的应用情况，这是检验移动应用程序应用效果的关键指标;最后，总结了移动应用程序的应用效果及其原因。

一、移动应用程序的一般特征

随着移动开发技术的不断进步和发展，移动应用程序的功能以及提供的学习服务也不断改进。纵观国内外的移动应用程序，它们在可利用性、内容的科学性和可操作性方面有所不同。

1.可利用性

移动应用程序的可利用性受多种因素的影响，包括应用程序开发人员、是否公开访问以及平台的新颖性等。大多数移动应用程序是由个人而不是公司开发，这就导致只有少部分移动应用程序可以通过互联网搜索到。还有很多移动应用程序是在较旧的平台上（如笔记本电脑）发展的，而智能手机、平板电脑等新平台已经逐渐取代了笔记本电脑等较传统平台，因此，移动应用程序在新平台上的适用情况也是反映其可利用性的一大因素。

2.内容的科学性

移动应用程序所包含的科学内容有所不同。大多数应用程序，要么直接包含科学学习的内容，要么提供一个具有丰富科学内容的自定义模板。一个自定义的移动应用模板例子就是由Hung等（2014）建立且可以通过提供快速响应来引导学生了解植物的应用程序。该模板还包括一个学生创造概念图的思维导图区和一个学生问问题的问题构成区。这款应用程序能通过修改学习对象和快速响应编码中的相关内容来定制不同的主题。

3.可操作性

随着移动设备硬件和软件数量的增加以及功能的增强，移动学习环境的真正优势逐渐显现出来，特别是当学习系统是被设计出来处理软件和硬件平台的异构性时。使用异构的学习平台时，移动应用程序的可操作性尤为重要。在学习领域，移动应用程序的可操作性主要体现在为学习环境提供一个衔接和连贯的用户交互设计。标准化、开放的应用编程接口为移动应用程序可操作性的进一步发展提供了技术的支持（Kovachev et al.，2011）。

二、学习领域中移动应用程序的设计特点

尽管用来学习的移动应用程序变化多样，但是也有许多相似的设计特点，包括技术型支架、位置感知功能、视觉/音频表现、数字化知识建构工具、数字知识共享机制以及差异化角色等。

1.技术型支架

移动应用程序最常见的设计特点是技术型支架的使用。学生在最小协助和支持下研究问题容易出现认知超负荷，这是移动学习面临的一个共同挑战，移动应用程序大多数都是利用支架来解决该挑战的。关于这些移动应用程序包含的不同支架，有学者根据功能将其分为：概念、元认知、程序以及策略（Hannafin et al.，1999）。概念支架为人们提供了具有指导意义的基本概念和知识。许多应用程序通过提示、反馈、访问专家以及即时资源来提供这种类型的指导。这种支架的一个例子是由Chu等（2010）开发的双层指导应用程序。该应用程序为学生提供个性化的指导，帮助他们观察和分类植物：首先，要求学生确定一种植物的特征并且引导他们通过观察对照组来检测这种特征的差异。一旦学生正确识别了特征，就会被询问更深入的概念问题。在此过程中，应用程序会为学生提供所需的提示和补充材料。Chu等（2010）的研究还对双层指导程序和循环应用程序进行比较，发现接受双层指导的小学生与那些接受循环应用程序指导的小学生相比，对植物分类有更好的概念化知识。

元认知支架帮助学生监控和管理他们自己的学习。一个关于元认知支架的例子是MyDesk应用程序（Looi et al.，2014）。在MyDesk应用程序中，KWL（Know/Want/Learned）工具使学生能通过回答“与学生自主学习相关的问题”（例如，我已经知道了什么，我想要知道什么，我已经学到了什么）来不断反思自己的学习。Looi等（2011）发现，使用这种包含KWL及其他几个功能提示的应用程序的学生与那些没有使用的学生相比，在年底的考试中表现更优。关于元认知支架应用前景的研究将会对证实这些结果有所帮助。

程序支架为使用某些功能或执行某些任务提供帮助。提供这类帮助的应用程序的一个例子是Hwang等（2012）开发的普适的科学设备培训者（Ubiquitous Scientific Device Trainer，USDT）。USDT应用程序引导学生了解博物馆内不同的科学设备并指导他们操作这些设备。与那些由教师示范来学习操作设备的学生相比，使用USDT应用程序的学生能更好地运用知识解决问题。该项研究还发现，程序支架能为学生提供个性化的指导，因为学生通过该帮助，可以尽可能多地接收即时信息。

策略支架为学生提供处理一个任务或问题的指导。策略支架应用程序的一个例子是Ahmed和Parsons（2013）开发的ThinknLearn。ThinknLearn应用程序通过溯因的探究过程来提供指导：探索、检验、选择和解释。在探索阶段，该应用程序提示学生进行测量。在检验阶段，该应用程序要求学生质疑完成的测量。在选择阶段，该应用程序要求学生选择可能的假设来解释他们的观察结果。在解释阶段，该应用程序提示学生为给定的问题提供完整的解释。研究者发现，与没有使用ThinknLearn的对照组学生相比，使用ThinknLearn的高中生对能量转移问题有更深的理解，并且在生成假设的过程中表现出更多的批判性思维。

2.位置感知

多数移动应用程序拥有的另一个常见设计特点是具备位置感知功能。这些应用程序利用了设备的定位技术和机动性，使应用程序能检测到用户的位置，并提供给使用者同一个物理空间的不同信息或线索。它们主要通过GPS或在特定位置放置无线电频率识别标签、快速反应码或蓝牙来确定用户所在位置。这一设计特点在不同类型的应用程序中都很常见，例如定位数据收集应用程序、身临其境的参与游戏应用程序，以及一些LMS应用程序。一些研究将带有位置感知特征的应用程序和纸质版工作表或指南进行了对比，还有一些研究单独对位置感知功能的有效性进行了检验（Chiang et al.，2014a;2014b）。Chiang等評定了一个引导学生通过开展调查活动来研究水生植物的应用程序。在研究中，实验组得到了带有位置感知功能的应用程序的帮助，该程序使用GPS技术来引导学生到特定地域并为他们提供相关活动或内容的结果;而对照组则没有得到这一帮助。结果发现，位置感知功能可以明显提高学生的学习成绩和知识建构水平。但是这种功能有时是不稳定的，比如在网速下降或全球定位系统信号丢失的情况下，可能会降低学生使用户外学习工具的兴趣。总体而言，带有位置感知特征的应用程序，能使人更好地进行户外学习，但是这一功能也增加了该领域发生技术问题的可能性。

3.视觉/音频表现

许多移动应用程序利用移动设备的多媒体功能提供视觉/音频信息。这些应用程序向学生们提供了一个通过概念图、知识网络或插图动画来获得信息以建立可视化表征的方法（Hung et al.，2012）。为了评估这些可视化表征方法的效果，Hwang和Kuo等（2010）比较了三组不同的被试：一组使用CMapTools应用程序在掌上电脑上建立概念图;一组建立纸笔式的概念图;还有一组完全不建立概念图。三组都使用带有定制工具的掌上电脑来帮助引导自己发现蝴蝶的特性，并为自己提供学习任务以及相关的资源材料。与那些建立纸笔式概念图和完全不建立概念图的学生相比，使用CMapTools的学生在了解蝴蝶的特性方面表现得更好。而纸笔式概念图组和无概念图组之间的知识没有显著差异。对于未来研究而言，对学生在学习过程中建立不同类型可视化表征的效果进行比较是十分有意义的。

其他一些移动应用程序通过视觉或音频形式向学生呈现信息，从而使得他们能看到或听到在没有这种帮助下通常看不到或听不到的东西，如化学结构、太阳系、地理地图（Dekhane et al.，2012）。例如，一个叫做Audio Nature的应用程序使用音频创造了一个生物学概念的心理模型，该模型被用来帮助人们解决视觉障碍的问题。虽然由于样本量小，没有进行统计分析，但他们仍然发现，大多数用户在认知任务中受益。另外，有两项研究特地分离出移动应用程序中的不同类型视觉表征对学习的影响：Schneps等（2014）在评价Solar Walk应用程序时发现符合比例尺的太阳系的可视化效果明显好于太阳系仪的可视化。太阳系仪可视化为了强调星星的表面特征而夸大了规模，目的是提高学生对太阳系概念的理解，但常常造成学生很大的误解;Lin等（2013）评估了一个名为AR Physics的应用程序，结果发现，在提高学生对弹性碰撞的理解方面，三维表征比二维表征更有效。

4.数字化知识建构

有些移动应用程序为用户提供了数字化建构知识的机会。例如，Chu等（2010）开发了移动知识建构者（Mobile Knowledge Constructor，MKC），这一程序是用来引导学生观察植物进而建立一个比较和分类不同植物的坐标系。MKC为学生提供反馈和提示来帮助他们建立坐标系。Chu等比较了使用MKC应用程序与使用工作表的小学生的表现差异。尽管两组小学生在关于植物的基础事实性知识方面没有表现出差异，但是使用MKC的小学生表现出了更好的分类和比较能力。研究人员推测，在事实知识方面没有呈现出显著性差异的原因可能是由于样本量较小。

技能型成果通常集中在科学探究的组成部分上，比如提出假设和发展解释。然而，很少有研究测量与问题解决有关的结果。鉴于科学加工技能的内在目的是解决问题，对具备问题解决技能的程序进行更多考察是有益的。另外，我们也需要进行研究来确定在整个学习过程中，除了支架和支持外，移动应用程序是如何促进问题解决的。如果能提供移动应用程序的交际或合作技能的测量，也是很有意义的。为了实现这一目的，研究者有必要重点考察移动应用程序是怎样影响学习活动中小组交流的。

四、移动应用程序的应用效果及原因阐释

通过对以往文献的考察，我们发现：教育学必须推动教育技术的使用，而不是相反。新技术应用的第一阶段总是伴随着对它的优势、获益和普遍适用性的不切实际的期望，紧随其后的是将其在教育领域中不加选择地推广。随着移动应用程序在教育领域的广泛应用，其优势不断得到凸显，但是也有一些应用结果是令人失望的。关于移动应用程序对于学习效果的影响，当前研究出现了分歧：一方面，研究表明，移动学习对学生有较强的激励作用。例如，Hwang等（2011）发现83%的研究表明移动应用程序能促进积极的学习效果。Hsu和Ching（2013）对移动计算机支持协作学习的研究进行了总结，发现在9项研究中，有6项研究表明了移动学习能够促进学生对概念的理解和应用。另一方面，一些调查结果与此相矛盾。Schmitz等（2012）发现没有足够的证据表明移动学习程序能改善学习成绩，有时其甚至会妨碍学习。与之类似的是，Cheung和Hew（2009）对关于移动设备的研究进行了总结，结果发现，在使用移动设备和使用同等的纸笔进行学习方面，学生的考试成绩并没有显著差异。

关于移动应用程序对学习的促进，很多学者从程序的特点、优势等方面进行了阐释。然而，在日常生活中，学生采用移动应用程序有时会妨碍学习。关于移动应用程序妨碍学习的原因，学者们没有深入地解读。我们认为，其主要原因是，学生在进行移动学习的同时，进行了多任务处理。多任务处理可以简单地定义为同时做一件以上的事情。多任务处理涉及了不同的信息加工通道与学习者能力有限的问题。例如，学生在利用移动应用程序进行学习时，他们需要基本加工来理解学习内容的意义，同时也需要表征来记忆学习的内容，进而将现有知识和新知识联系在一起。移动设备的使用可以被视为是附属加工。因此，当学生采用移动应用程序进行学习时，附属加工可能会消耗大量的认知容量，从而导致认知超载。为了降低认知负荷，基本加工和表征保持的能力被减弱，这阻碍了更深层次的认知加工和学习。

五、结论

移动应用程序主要有可利用性、内容科学和可操作性等一般特征。在这些应用程序中有许多相似的设计特点，包括技术型支架、位置感知功能、视觉/音频表征、数字知识建构工具、数字知识共享机制以及差异化角色等。未来研究应充分利用新兴的、有效的技术，发展关于使用移动应用程序来合作的策略，并对特定应用程序的特点进行分离测试。为了对移动应用程序的设计进行评估，许多研究测量了学生的各类学习成果，范围从科学加工技能到知识的建构和综合，最常见的测量结果是学生的基本科学知识或概念理解。对研究人员来说，有必要将测量多样化，从而涵盖学生的高水平认知成果、认知负荷和像问题解决一样的技能型成果。最后，移动应用程序如何适用于更多不同的学科主题和不同学生这一问题有必要得到更多的关注。

为了更好地将理论与实践相结合，研究人员需要在教学原则和移动应用程序的设计特点之间建立明确的联系。未来的研究还需要在理论基础和测量结果之间保持更好的一致性。为使研究人员和教学设计人员理解特定背景下设计移动应用程序的最佳方式，需要进一步明确特定移动应用程序的设计特点。该独特的设计特点应该专注于基础的学习成果，反过来可以通过对这些设计特点的分離，来进一步确定设计特点是否充分反映了学生在特定背景下的学习。

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收高日期 2018-06-16 責任编辑汪燕