基于平板電腦的1對1數字化學習環境應用效果調研*

□李葆萍

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基于平板電腦的1對1數字化學習環境應用效果調研*

□李葆萍

摘要：《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》頒布以來，教育機構努力探索利用信息技術推動學校教育變革和課堂教學模式創新的方法和途徑，其中以使用平板電腦為終端構建1對1數字化課堂，開展創新教學漸成趨勢。然而盡管學界近兩年進行了諸多探索，但平板電腦的教學實踐和推廣過程依然存在阻力和困惑。為進一步揭示平板電腦的教育價值及應用情境，在英特爾?未來教育項目支持下，研究者結合自主學習特征和平板電腦特性，設計了1對1環境下的學生自主學習活動設計框架，并在4所學校開展實驗。研究發現，平板電腦構建的1對1數字化學習環境將信息技術應用從以往的教師端轉移到學生端，為學生提供了開放的學習環境、海量的學習資源和有效的認知工具支持，提升了學習的參與度和反饋效率，增強了學生的正面學習體驗，促進了課堂學習任務、學習活動、學習支持以及學習診斷方式的轉型。但其價值的發揮需要完善的學習生態系統的支持，而這取決于學校的教育管理制度、教師激勵制度、1對1軟硬件平臺與工具的完善與更新、設備的管理與控制、家校雙方持續的溝通與交流等多種因素的制約與影響。

關鍵詞：平板電腦；自主學習；教學案例；1對1數字化學習環境；教師專業發展

一、研究背景

2012年我國發布的《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》中提出在基礎教育領域要推進信息技術與教學融合的進程，提高教師信息化教學水平，培養學生信息化環境下的自主學習能力等目標。在上述目標的引領下，各中小學努力探索利用信息技術推動學校教育變革和課堂教學模式創新的方法與途徑，其中以使用平板電腦為終端構建1 對1數字化課堂，開展創新教學漸成趨勢。

平板電腦作為1對1學習終端，不僅從技術裝備上提高了學習環境的豐富性，更重要的是提供了學習方式的豐富性（顧小清等，2014）。以平板電腦為中介重構課堂內外學習活動，創建有利于學生自主學習的教學模式，成為平板電腦進入教學環境以來最受關注的問題。所謂自主學習是與傳統的接受學習相對應的學習方式，它強調學生作為學習的主體，通過獨立的分析、探索、實踐、質疑、創造等方法來達成學習目標，完成學習任務。學生需要對學習目標、過程及效果等諸方面完成自我設計、自我管理、自我調節、自我檢測、自我評價和自我轉化等富有主體性的學習活動。

表1梳理了近兩年來與平板電腦教學模式和學習活動相關文獻，發現利用平板電腦開展探究性、協作性學習活動是當前最為廣泛認可的教學模式。研究者主要通過各種自主學習活動的實施來完成學生信息獲取與加工、交流與協作、信息評價能力的培養，進而促進學生批判性思維和問題解決等高級能力的發展。

而平板電腦應用之前的信息化課堂，各類信息化設施和資源基本上都裝備在教師端，為教師的教學提供服務。學生所能利用的學習資源多局限于課本或者教師的電子講稿，難以隨時獲取學習資源或者認知工具的支持，不利于學生個性化和自主學習活動開展。平板電腦介入教室環境中，通過和教室原有教育信息裝備的協同作用，真正營造出了一個智能化1對1的學習環境，使得教室里的學生都能夠借助屏幕和終端獨立地獲取教學資源，展示教學信息和創作學習作品。智能化的學習終端賦予學生前所未有的知識選擇性和系統開放性，從而推動了以學生為中心教學模式的落實。加之平板電腦與筆記本相比在技術上的優越性和獨特性，提高了學生的學習興趣，增強了技術操作體驗，有利于創設學生自主學習活動的生態環境（李葆萍，2013）。

表1　平板電腦教學模式和學習活動相關研究

盡管上述先導性的研究成果和結論與規劃所提出的“信息化環境下的學生自主學習能力”培養目標相一致，然而平板電腦教學實踐和推廣過程中依然存在阻力和困惑。比如，在一些城市和學校，課堂中是否應當使用平板電腦依然存在較大的社會爭議（黃艷，2014；邵偉，2014）。某些已經使用平板電腦開展教學的學校主管校長認為，教師利用平板電腦的方式還比較傳統，對實質性變革教學的途徑和方法還存在較大的疑惑。還有部分學校僅僅使用平板電腦做示范課，沒有將其納入常態化的教學應用中。

國外相關研究也展示出類似的問題。由于已經在日常生活中非常熟練的掌握移動設備的使用，學生們愿意使用平板電腦開展學習活動，但是很多學校對于是否使用平板電腦支持教學持非常猶豫的態度（Liaw et al.，2010）。因為缺少必要的技術支持和教學技能培訓，而且對于學生習慣利用移動設備進行信息獲取和社會交往的現實關注不夠，教師們缺乏主動將平板電腦和教學進行整合的意識和方法（Messinger，2011）。然而，Maninger和Holden（2009）的研究顯示，當教師感受到1對1技術支持下的教學活動能夠激發學生的學習主動性和創造性后，他們會轉變成為1對1教學的擁護者。

因此，充分利用當前已配備的平板電腦環境，走進課堂，研究和揭示1對1數字化學習中師生使用平板電腦開展教學的用戶體驗、使用方式以及應用過程中存在的問題與挑戰，有助于發現和揭示平板電腦的教育價值及應用情境，改進與改變平板電腦課堂的教學方式，增進公眾對平板電腦教育應用的理解。

二、研究過程

2014年英特爾?中國為廣州（1所）和成都（3所）教學質量高、教學理念先進的學校捐贈了平板電腦教室，搭建了基于安卓和Windows系統下的1 對1學習平臺，并通過英特爾?教師專業發展項目為試點學校的實驗老師進行了如“數字化時代‘基于項目的學習’”和“21世紀課堂評價”等課程的培訓。

圖1　基于平板電腦的1對1自主學習活動設計框架

研究組結合自主學習特征和平板電腦特性，設計了1對1環境下的學生自主學習活動設計框架，如圖1所示。首先通過情境化問題導入，引發學生的學習興趣，繼而圍繞問題情境進行信息收集和處理，開展一系列的自主探究活動；接下來通過小組或全班范圍內的討論與交流，對已有結論或作品等進行反思調整，解決問題或進一步遷移到新情境下完成作品創作等。教師可基于實際問題解決過程來組織1對1教學，利用平板電腦安裝的平臺和工具作為腳手架，支持學生開展獨立學習或小組學習，增強學生對學習過程的主動參與，引導學生對信息的深度加工和積極思考，鼓勵學生利用平板電腦進行作品創作，實現知識的增量化學習。

由于知識建構是一個層次遞進、不斷深化的過程，往往需要經歷多次迭代，因此該框架呈現出循環結構，可以從任一環節切入學習活動。以“問題導入”為起點是教師習慣采用的方式。教師既可以直接提出問題引發學生自主學習，也可以在學生探究過程中利用學生的生成性問題或者問題解決方案引導學生反思，做更深層次的探究活動。

2014年4-9月，北京師范大學研究團隊先后三次走訪實驗校，基于圖1的自主學習活動設計框架與實驗教師共同備課，并指導教師完成20課時課堂授課及課后評課改進。在課堂中，研究者對平板電腦內置工具、教學平臺對學生學習的支持方式等進行了實地觀察和記錄，用以評價平板電腦的教學應用價值。項目實施后還對所有參與項目的教育部門管理者、校長、學科教師、信息技術教師、學生開展了訪談，調研了教師和學生對平板電腦構建的教學環境、教學應用、教學活動、教學體驗的實際感受。研究者希望通過收集到4校平板電腦教學應用各類一手資料，探索平板電腦環境下學生自主學習的模式可行性，評估平板電腦教育應用的價值和挑戰。訪談主要信息如表2所示。

表2　訪談提綱基本信息

三、研究發現

1.平板電腦教學的用戶使用評價

通過對訪談內容的整理，整合不同角色對平板電腦教學使用效果的總體評估，如表3所示。本次研究發現，教育管理者、教師和學生體驗到了平板電腦不同于傳統電腦的教學應用方式，平板電腦在變革學生學習環境，提升師生信息化教學能力，推動教育系統信息化管理和教學創新等方面獲得了正面的評價。但是在整體教育信息化理念轉變，教學與技術的深度融合，平板電腦設備使用的效率、效益，以及學生對數字化學習的自控力和數字化學習技能等方面存在問題和挑戰。

表3　平板電腦教學應用效果評估

2.平板電腦課堂的學習支持

表4歸納了課堂中平板電腦安裝的學習工具在學生學習活動中的使用情境及學生的使用體驗。可以看到，平板電腦上的各類認知工具和學科工具為學生獨立學習和小組學習活動提供了多方位的支持，特別是在促進學生思維可視化方面起到了獨特作用。

表4　平板電腦對學生學習的工具支持

3.平板電腦課堂的教學策略

圖2展示了各學科教師在1對1自主學習活動設計框架下采用的主要教學策略，包括：使用真實性問題引導學生主動獲取知識；利用平板電腦工具搭建多種類型的腳手架，支持意義建構的學習和課堂管理；鼓勵學生多類型的思想表達與創作，推動知識的遷移應用等。

圖2　平板電腦課堂主要教學策略

（1）以真實問題情境引發學生主動獲取知識

平板電腦創設了開放的學習環境，學生可以隨時訪問課堂外海量的學習資源，通過必要的學習工具來檢索和篩選出自己認為有意義的學習信息，拓展了學生的學習內容，為學生批判性思維的培養提供前提條件。

課堂觀察發現，所有教師都能選擇真實性的問題情境作為學生自主學習活動的起點；而圍繞著問題解決，學生們紛紛利用網絡來獲取信息資源，大幅度地擴展了課堂學習內容，并借助教師提供的必要腳手架支持完成自主學習。如C校N老師在語文課《有趣的地名》一課中，教師課前提出“什么樣的地名是有趣的，找出同學們認為有趣的地名”這樣的課前準備問題。學生通過平板電腦利用互聯網檢索和查閱一些地方的基本情況、名稱來歷等相關資料。該案例老師的課前問題巧妙地引導了學生的課前預習活動，鍛煉了學生的信息搜集和整理能力，同時又將學生們搜集到的地名信息做為后續學習活動的素材，貫穿了整個學習過程。

上述案例表明，在開放的學習環境下，教師自覺地減少課堂知識講授的時間，結合教學內容和目標明確地提出情境化的學習任務并給予必要的學習指導，學生完全有能力主動獲取學習資源，使用認知工具整理和理解學習信息，解決實際問題。

（2）搭建多種腳手架，促進知識的深度理解和有效課堂管理

課堂觀察發現，平板電腦中的各類工具可以給教師提供多種腳手架，幫助其完成深度學習和有效課堂管理。如B校G老師的數學課《圖形中的規律》很好地利用平板電腦中的可視化工具完成探究學習和小組協作學習。首先，教師要求學生課前利用平板電腦的拍攝、錄影功能記錄自然界中具有重復性結構的照片。課堂中學生以小組為單位，選取感興趣的照片研究特定結構背后的數學公式。學生各自利用平板電腦的畫圖工具對真實圖形進行結構的抽象，并使用不同顏色的線條標注圖形中的重復結構和特殊結構，推演數學公式，如圖3。隨后小組內學生分別將各自探究過程進行分享和討論，評價不同公式的差異和相互關聯，并推送小組研究成果及過程向全班展示，辨析出圖形結構中的數學規律，并將其引申到現實建筑的設計中去，完成知識的遷移，鍛煉學生的問題解決能力和協作能力。這個案例中，借助畫圖工具將抽象的數學知識顯性化，并成為個體信息處理、信息展示與分享、同伴協商的圖形化語言，發揮了學科工具和協作交流工具的雙重作用。

圖3　學生使用畫圖工具小組學習場景

對學生學習情況進行評估獲得教學反饋是課堂教學的重要環節。傳統課堂中教師無法隨時獲得全體學生的學習反饋，僅能夠憑借個人經驗選擇教學難度，調整教學進度，難以有效診斷課堂教學，實施分層化教學指導。

D校的H老師已經將使用平板電腦設計習題檢測和評價活動作為常規教學策略整合在自己的每一堂課中。他在數學課《三角形的認識》和《二次根式的加減法》教學中，利用平板電腦的測試工具，向每一位學生推送練習。學生提交后，系統會自動統計每道題的正確率等，幫助教師及時地診斷學生對于知識點的掌握情況，以便進行補救性教學。教師還可以通過系統選取作答水平不同的4名學生解答，結果以四分屏形式呈現到白板上（圖4所示），進行對比講解，實施分層化教學。

圖4　白板四分屏展示和評價學生典型作業

D校的Y老師認為隨機點名等課堂管理工具讓他的教學變得生動活潑有趣。他使用隨機點名工具，與教師或其他同學互動。這個小工具在學生課堂參與欲望較低時能夠調動學生的注意力，也能夠在學生踴躍參與課堂活動時以相對公平的方式，保護學生的參與積極性，使其在參與過程中始終獲得正面的情感體驗，這也是1對1學習環境中一種有效的學生互動管理策略。

（3）以創意作品創作方式完成學習遷移，實現知識增量學習

創作的本質就是學生用自己的方式組織外在信息，表達自己的觀點與話語體系；作品是學生思維和知識水平的外在表現，因此作品創造是對知識深度理解和應用的體現。在1對1環境下，學生可以利用平板電腦的繪畫、照相、視頻錄像和編輯等豐富功能收集和處理資料，創作較為復雜和完整的作品，展示其對所學知識的二次加工和創造，完成增量學習。

課堂觀察發現，學生的作品創作是比較復雜的學習活動，其創作水平差異較大。如B校C老師在語文課《特產》教學中，教師要求學生選擇其中一種特產用自己喜歡的方式向全班同學介紹。全班6組學生中有5組都是通過多媒體文檔的方式組織和整理特產信息完成創作，有1組同學通過舞蹈的方式展示。前者作品中創意創新成分較弱，后者體現了學生高度的學習體驗和參與感，但所展示的知識容量和信息稍顯不足。

A校L老師在《通過數據認識世界》的教學中，要求學生在收集、整理關于廣州十年變化的數據基礎上，預測三年后廣州在人口、交通、環境保護等方面的發展趨勢，以創作“數字微型故事”和“寫給廣州市長的一封信”的形式，提出對城市綠化、城市住房、城市面積、教育等方面的建議。這樣的創作，要求學生綜合數學、環境、城市規劃等多學科和領域的知識，拓展了課堂學習的廣度和深度，加深了學生對知識的理解和應用水平。再如D 校Y老師在歷史課《開放的中國走向世界》教學中，為了讓學生表達改革開放對社會生活的全面影響，他在課堂的最后環節設計了讓學生為成都設計一張名片的創意創作活動。每位學生從自己的觀察視角出發設計和制作了體現成都改革開放的個性化名片。有學生通過文字“成都是來了就不想走的城市”表現成都的吸引力；有學生將成都的特色小吃和肯德基圖片整合在一起，用來反映開放與傳承并存的主題等。這樣的創意創作活動不僅完成了本節歷史課的學習目標，還讓每位學生獲得了積極的情感體驗和自豪感，培養和發揮了學生的多元能力。

四、研究討論

以往教學備受詬病的地方就是教師用灌輸的方式向學生教授脫離了情境的知識，學生成為知識的復讀機，被動地記憶和接受知識，不善于遷移以及解決實際問題。造成這一現象固然與教師教學理念有關，也和封閉化學習環境中學生無法便利地從教師和課本以外獲取情境性知識和學習工具，用來和教師傳授的知識相互辨析、篩選、整合有關。教師在1對1自主學習框架的指導下，突破傳統課堂中多采用信息技術促進教師知識傳授的應用慣性，更多地將平板電腦和學生學習過程、學習行為融合，使得傳統信息化課堂教學產生了實質性的創新變化。

1.學習任務：從知識獲取到知識創造

關于人類學習的認識經歷了獲得隱喻、參與隱喻和創造隱喻三個階段。獲得隱喻將學習看作是個體對已有知識的轉化和建構；參與隱喻將學習看作是個體在真實的文化情境與任務之中與共同體交互并成長為共同體成員的過程；而創造隱喻則認為學習不應當僅僅被看作知識的消費和傳承的活動，更應當被看作是知識的生產和創造過程（曾文婕等，2013）。“DIY”（Do It Yourself）和“創客”文化可以看作是對學習創造隱喻的現實呼應。這些文化的產生與開放的創意交流空間、豐富便捷的創作工具、簡單有趣的創作體驗密不可分。平板電腦集交流工具、知識管理工具、認知創作工具于一體，其環境感知性能和觸控操作方式帶給使用者更加真實和自然的使用體驗，能夠給學習者帶來與產生“創客”文化相似的環境。課堂觀察發現，平板電腦包含的技術要素進入教育領域后貫通了知識獲取、小組協作學習和創意作品創作三類自主學習活動任務，推動了向“知識創造”為核心的學習活動轉變。

2.學習活動：從面對面學習到混合式學習

本次教學實驗中A校L老師以基于項目的學習設計了共15課時的《用數據認識變化的廣州》的學習項目。項目中學生可以通過微課隨時學習數學知識；通過錄音、測試和統計等評估學生的知識掌握情況；通過在線討論交流拓展師生、生生遠程交互協作的新途徑；通過視頻拍攝和編輯、班級微信群投票等讓學生們在“做中學”的過程中經歷從數據收集、內容分析，到得出結論、形成作品，再到同行評價的完整探究體驗。C校T老師的數學課《確定位置》中，則通過微課進行翻轉課堂教學，將學生課前、課中和課后三個階段的學習內容和學習任務貫通考慮。A校Z老師設計的《走進田園》課堂中，教師要求學生們實地體驗田園生活，利用平板電腦拍攝照片在“微博”分享和相互評論；或利用平板電腦進行微視頻制作，上傳至平臺與同學和教師分享，接受同伴的點評和教師的反饋。這個案例凸顯了平板電腦支持下學習空間的擴展以及學習資源的多樣化來源對傳統師生面對面學習方式的沖擊。

上述案例呈現出共同特征：第一，傳統課堂學習空間突破了物理意義的教室空間走向網絡學習空間，走向教室外，走入社會中；第二，平板電腦對教師部分教學任務的替代。平板電腦作為智能化1對1學習工具的介入，改變了傳統課堂信息來源單一的狀態，擴展了學習空間，削弱了教師在課堂中的權威地位和對課堂的絕對控制。這就要求教師完成從課堂控制者向學習支持者的角色轉變，超越學科和學習空間的限制，利用網絡資源、學科工具、社交平臺等，嘗試線上線下、課內課外相結合的混合式學習活動設計。

3.學習支持：從學習資源依賴到資源與工具的整合

優質教學資源和工具與教學實踐的整合是1對1項目教學實踐創新的基礎（顧小清等，2014）。以往的數字化學習由于受技術環境的限制不得不重視教師端的活動支持，以提供學習資源為主要途徑拓展學習內容。1對1學習環境下人手一部智能化終端既可以隨時訪問海量的學習資源，還能夠提供師生多種學科工具、認知工具、課堂管理工具等支持各類自主學習活動。從前面的課堂案例分析可見，平板電腦不僅拓展了學習內容的廣度，而且可以通過教育Apps整合課堂的各個環節（如提問、做筆記、公式推演、學習觀察、學習評價等），增加學習的參與度和知識加工的深度。伴隨著教育云平臺的建設以及基于云端的資源和應用的開發完善，平板電腦不僅能夠對課堂學習提供從內容到活動的學習支持，還能夠對移動學習提供無縫的學習支持，讓學生在真實的情境中完成自主探究。比如英特爾提供的Labcamera工具、便攜式顯微鏡、環境探針（如溫度、電阻）等能夠非常方便地支持學生對外界環境的觀察和數據采集，進而完成實驗模型構建和驗證等任務。

4.學習診斷：從基于經驗到基于數據分析

根據學生的個性化差異因材施教一直都是教育者持續努力的目標。技術的參與為有效診斷和分析學習者、破解個性化教育難題提供了良好的解決途徑。通過1對1智能終端可以持續記錄學生的學習狀態，分析并構建學習者知識模型，基于過程性學習數據提供學習診斷，進而向其推送個性化的學習內容和學習人際網絡，真正實現“以學生為中心”的個性化學習。相關研究和本次教學實驗表明，教師通過平板電腦對學生測評，完成基本的學習分析已經成為比較常用的學習診斷模式。隨著學習者分析模型日益成熟，未來基于學習結果、學習過程、學習者認知偏好、學習者情緒等的多樣化數據采集和分析，將會大大增強學習診斷的科學性和自適應性。

5.問題與挑戰：完善的1對1學習生態構建

盡管本次研究揭示了平板電腦在教育應用中的價值和潛力，但同時也發現在推動平板電腦教學常態化過程中，依然有很多挑戰和問題。比如教育管理層面存在推動教師積極性，提高設備使用效率和效益問題；教學層面存在教學工具和平臺有效支持的問題和教師教學范式轉化的挑戰；在學生層面存在設備管理、學生恰當應用設備等問題。

上述問題反映出平板電腦需要在較為完善的教學生態系統中發揮作用。本次實驗校在推動平板電腦常態化應用中注重與之配套的管理措施和技術保障制度的落實。如建立教師教學創新激勵制度；建立以年級組長、學科帶頭人、學科教師和信息技術教師等跨學科教學團隊；通過學校網站和平臺進行充分的家校溝通并定期向學生家長推送學生學習情況和作品等；技術服務商駐校蹲點提供技術調試與改進等。出于經濟成本和管理問題，對學生課后使用平板電腦的方式和保管方式上依然存在爭議。研究認為隨著教學實踐的深化，對平板電腦和移動學習的理解及觀念將會轉變，屆時BYOD的方式不失為一種值得借鑒的設備管理和使用方式。

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責任編輯汪燕曾艷

Keyword: Tablet PC; 1 to 1 Digital Learning Environment; Self-Regulated Learning; Teachers' Professional Development; Teaching and Learning Case

A Survey on the Application Effect of 1 to 1 Digital Learning Environment Based on Tablet PC

Li Baoping

Abstract：Since the promulgation of the Ten-Year Development Plan of the Education Informationalization (2011～2020), schools and education institutes have tried to explore the path and method of using information technology to change the traditional school education and to reform the pedagogical mode. Using the tablet PC as the terminal to build the 1 to 1 digital classroom to carry out innovative teaching has gradually become the trend. However, in spite of a lot of exploration implemented in recent years, some resistance and confusion within the teaching practice and promotion process still exists. In order to further discover the tablet PC's education value and application context, under the support of Intel?education project, the self-regulated learning activities design framework based on 1 to 1 learning environment is constructed, and experimented in four schools. The study found that in the 1 to 1 digital learning environment, ICT teaching and learning applications occur in students instead of teachers, providing the students with open learning environment, massive learning resources, and effective cognitive tools, and improving the learning participation and feedback efficiency. It also enhances the student's positive learning experience, and promotes the transformation of the classroom learning tasks, learning activities, learning support, and the ways of learning diagnose for students. The study also stated that a systemic learning ecosystem should be constructed to fit the feature of the tablet PC, including a variety of factors and mechanisms, like the systems of education management and teachers' incentive, the improvement and update of 1 to 1 software, platform, and hardware, the equipment management and control, as well as the sustained communication between parents and schools.

收稿日期2015-10-26

作者簡介：李葆萍，博士，碩士生導師，北京師范大學教育技術學院（北京100875）。

*基金項目：英特爾?未來教育項目及2014年度教育部人文社會科學研究“智慧教室的智能模型與評估工具研究”（14YJC880025）。

中圖分類號：G434

文獻標識碼：A

文章編號：1009-5195（2016）01-0096-08 doi10.3969/j.issn.1009-5195.2016.01.012