臺灣地區小學生戶外移動學習案例分析

趙柯杉　梁林梅

關鍵詞：臺灣;小學生;移動學習;戶外教育

一、研究背景

隨著互聯網技術和無線通信技術的飛速發展，以智能手機為代表的移動終端的迅速更新以及無線Wi-Fi的普及，改善了過去移動學習中硬件帶來的局限性。當每個人都能夠擁有移動設備，并且可以隨時隨地上網的時候，移動學習將會使現有的人類學習格局發生巨大改變，指尖上的學習將會無處不在。

我國臺灣地區很早就開始了移動學習的研究，在臺灣地區，移動學習又被稱為“行動學習”。研究廣泛關注中小學領域，尤其是小學階段。臺灣學者的相關研究成果在全球移動學習領域亦處于領先地位，也推進了中小學移動學習實踐的開展。因此，系統分析和研究臺灣地區移動學習的典型案例和成功經驗，具有獨特的理論和現實意義。

戶外移動學習，是指學習場所位于教室之外的學習。因為移動設備具有個性化、便攜性、交互性等特點，是固定的機器設備、臺式計算機、筆記本電腦等無法做到的。戶外移動學習可以隨時隨地為學習者搭建學習環境，使學習不局限于固定的時間和地點。戶外移動學習可以讓學習者置身于真實的環境，在情境中學習。在實踐中，學習者自發獲得知識，積極主動參與學習，而非被動接受知識，能夠加強對知識的理解和在真實情境中的應用。無論是在戶外，還是在場館等教室之外的場所，移動設備和技術可以為學習者提供及時的學習支持，幫助學習者根據問題和需要獲取、學習、理解、掌握、應用知識。

二、國內外中小學戶外移動學習研究現狀

（一）國外中小學戶外移動學習已有研究

移動學習應用于K-12階段，通常是促進、改善現有的學校教與學的過程，作為教室內正式學習的一部分或學習內容的補充，為教室之外的學習提供指引和輔助。國外移動學習的項目實踐開始時間較早，成果也較為豐富，在中小學領域也有較多的應用案例。

在美國，卡馬拉寧（Kamarainen）等人[1]設計和實施了EcoMobile試點項目。EcoMobile結合了增強現實（AR）體驗和環境探測器的使用，用于當地池塘環境的實地考察。71名來自某小學六年級5個班級的學習者，學習池塘水質特征、生物因素與非生物因素之間的關系以及生態系統中的生物體的作用。整個學習過程包含了實地考察前的培訓、當地池塘環境的實地考察、考察后的教室討論三個階段。在歐洲，英國的查里托諾（Charitonos）等人[2]整合了學校教室和博物館場景，用于九年級歷史課程的學習，旨在了解學習者在博物館內如何通過推特（Twitter）互動來進行有意義的學習。29名學習者被分為8組，每組配備一部或兩部移動設備，按照預先設定好的軌跡參觀3個畫廊，并給予他們小冊子或開放式選擇作為指引，學習場所為英國某博物館。在瑞典，斯德哥爾摩的某小學開展了應用于自然科學的戶外移動探究學習活動，學習者為15名當地某小學五年級的學生。這個活動通過室內介紹、戶外探究、室內匯報三個階段的移動探究學習活動，讓學生學習斯德哥爾摩北部地區的植物種類及特征。[3]

（二）國內中小學戶外移動學習已有研究

在我國大陸地區，中小學移動學習較多應用于校內教育，學習內容涉及不同學科，目前關于戶外移動學習的研究和應用較少。鐘正等人[4]設計并開發了一個基于移動地理信息系統（GIS）的戶外探究學習系統，應用于八年級地理課程的教學活動，對武漢東湖自然人文景觀進行實地考察。教師借助戶外教學系統以發布學習任務、監控學生位置、了解學生的反饋;學生則根據景區指引和知識庫進行自主探究學習;系統可以記錄學習過程，分享學習成果，并對學習結果進行在線測試。

在我國臺灣地區，中小學移動學習開展得較早，而且應用和研究范圍非常廣泛。這首先得益于臺灣地區與數字化學習、移動學習相關政策和計劃的支持。臺灣在2013年啟動《中小學行動學習推動計劃》，由各縣市推薦試辦學校，實施移動學習的教學活動，至今約有300所學校參與[5]。2014年全面啟動《數位學習推動計劃》，甄選各個縣市的中小學參與《中小學行動學習推動計劃》，并資助其建設移動學習環境[6]。計劃還設立“中小學行動學習推動計劃網站”，收集各地實施的創意教學活動，進行教學課程分享和交流。臺灣在2018年1月11日發布了《中小學行動學習推動計劃》實施方案，實施的學習階段為小學三年級以上。方案要求參與移動學習計劃的學校使用移動設備進行兩學期的教學。由來自移動學習領域的專家組成輔導團隊，設立教師專業發展工作坊，開展學校經驗分享與交流活動，評估移動學習成效，為學校提供移動學習的支持與咨詢服務。各縣市監督、配合參與學校，規劃配備與移動學習相關的軟硬件設備。[7]

三、臺灣地區小學生戶外移動學習

典型案例分析

筆者在Web of Science文獻庫的SSCI核心期刊中，依據被引次數和發表時間，篩選出2010-2016年間，以小學生為研究對象，學習場所為戶外的4個移動學習案例。文獻1篇來自《計算機和教育》，2篇來自《教育技術與社會》，1篇來自《計算機輔助學習》。在研究方法上，幾乎都采用了準實驗研究設計、問卷法、觀察法和訪談法。本論文從理論基礎、系統設計、活動流程和研究結果四個維度進行分析與總結。

（一）案例一：臺南大學校園內的植物學習活動

臺灣成功大學的黃（Huang）等人[8]開發了名為移動植物學習系統（MPLS）的戶外生態移動學習系統，用來促進小學科學課程中的植物學習。研究選取了平均年齡為11歲的32名小學生，分為實驗組和控制組各16人，每組再分為4個小組，由一位課程教師帶隊指導。其中，實驗組的學生采用裝有MPLS的“掌上電腦”（PDA）進行戶外學習，控制組則用參考書和紙筆進行學習，學習場景為臺南大學校園。

1.理論基礎

研究以社會情境、知識情境和技術情境三個層面作為理論基礎，社會情境和知識情境之間可以相互補充，技術情境可以輔助社會情境，也可以增強知識情境。三者之間相互聯系，旨在為學生提供直接的學習經驗和體驗真實環境的機會。

2.系統設計

MPLS主要有內容同步、植物查詢、植物導航、知識分享四個功能，如圖1所示。內容同步功能由本地知識數據庫和遠端知識數據庫構成，旨在為教師和學生構建無縫的教育環境。植物查詢功能可以由人工進行查詢和相機進行查詢。植物導航功能利用位置感知，有發現和獲得兩個模式。知識分享功能可以讓學生利用圖片、文本、個人注釋與他人分享自己的發現。

3.活動流程

整個戶外學習活動包含6個步驟，持續4個小時。第一步，實驗組和控制組都在教室聽教師講解關于植物的基本知識，以及如何使用MPLS和參考書。第二步，兩組學生都需要選擇特定的植物，來觀察葉子的特征。第三步，實驗組用MPLS來尋找葉子，并確定葉子的名稱、生態性、功能、類型和分類，控制組則使用指導書來尋找。在這一步，教師要求學生進行口頭匯報，交流獲得的新知識。第四步，實驗組利用MPLS提供的電子地圖，選擇自己喜歡的植物，記錄自己的學習歷程。控制組則在教師的帶領下，用紙筆記錄。第五步，實驗組和控制組分別用MPLS和紙筆形成學習報告，并與同伴分享交流。第六步，教師自由提問，整合學生的答案，并對他們的學習進行評價。

4.研究結果

結果表明，使用MPLS進行戶外學習，對激發學生學習興趣、同伴之間的互動和學習成果都有顯著作用。需要指出，相比使用參考書和紙筆的學習者，使用MPLS進行戶外學習的學習者更為吵鬧和缺乏秩序。研究者將這一現象解釋為學習者對MPLS有極大的興趣，以及對學習活動的積極參與。

（二）案例二：臺南和平寺的探究學習

臺南大學的施（Shih）等人[9]開發了一個移動學習系統，用來支持真實學習環境中的探索活動。研究選取32名小學五年級學生，手持PDA在臺南和平寺（Peace Temple）進行探究式學習。結合寺廟的真實環境和移動學習系統中的數字化資源，設計了學習內容和活動，以及與主題相關的移動探究式學習模型。不同于其他應用于自然科學的研究，該研究提出的移動探究式學習系統支持應用于社會科學領域的學習。

1.理論基礎

基于探究式學習策略，通過探索、調查、觀察的探究式學習不僅使學生能深入理解學習主題，而且使他們學會如何學習。基于認知負荷理論，在移動學習系統和PDA上展示學習材料，可降低學生的認知負荷。

2.系統設計

移動探究式學習系統包含2個任務，每個任務有4個主題。PDA的探究界面設計包括探究主題、探究線索提示和探究建議。探究主題在界面的頂部，以動態菜單的形式呈現。提示的線索包含可供選擇的選項，或給出開放性問題作為提示，讓學習者根據問題，做出觀察記錄。在PDA的界面底端，呈現相應的探究建議。另外，每個學生擁有個人賬號和密碼，用來記錄自己探究過程中的觀察筆記，在探究任務結束時進行回顧，便于成果匯報。

3.活動流程

在活動開始之前，教師帶領學生進行80分鐘的“學習熱身”，包括帶領學生去圖書館尋找與當地文化相關的材料，介紹和平寺的歷史、文化、宗教背景等，使學生對此次探究活動有基本的認識和一定的知識儲備。整個探究式學習過程分為如下三個階段。一是戶外探究式學習（2小時），學生被隨機分成不同的小組，利用PDA進行不同主題的探究。二是討論探究成果（80分鐘），學生回到教室進行探究活動的討論。他們要整合、分類活動中收集到的信息，形成報告與同學分享，由教師、同伴和自己進行評價。三是小組成果匯報。這一階段要求學生進行學習成果展示，包含兩個任務。任務一是創造性地使用戶外探究時收集的素材，小組合作講述有關和平寺的歷史故事;任務二是通過觀察寺廟的建筑、裝飾和陳列，向同伴描述寺廟的特征，并用紙設計出一個新的廟宇。

4.研究結果

結果表示，學生的認知學習成就得到明顯提升，他們的滿意度也較高。當采用移動探究式學習策略時，發現不同程度的學生在認知負荷上沒有明顯差異。說明移動探究學習方式可以顯著改善學生的學習狀態，也能夠提升學生的學習滿意度。而基于認知負荷理論設計移動學習系統，也是一種成功的方法。

（三）案例三：水生植物的探究學習

臺灣中央大學的蔣（Chiang）等人[10]提出了一個基于AR技術的移動學習系統（MLS），研究選取了臺灣南部57名四年級小學生，應用于自然科學課程的戶外探究學習活動。小學生來自2個班級，一個班級的學生作為實驗組，采用基于AR技術的移動探究學習方式;另一個班級的學生作為控制組，采用傳統的移動探究學習方式。基于AR技術和移動設備的移動學習系統，可以指導學習者完成學習任務，并通過感知學習者的位置為他們提供學習支持。

1.理論基礎

案例基于探究式學習策略，整個學習過程采用2002年布魯斯（Bruce）和畢肖普（Bishop）提出的五步學習策略，包含提問、調查、創造、分享、反思。問卷的設計基于ARCS動機設計模型①和認知負荷理論。

2.系統設計

系統結構有定位模塊，用來探測學生的當前位置，引導他們發現目標區域，展示學習任務和學習材料。相機模塊和圖像編輯模塊，可用以捕捉真實情景中的圖像并對圖像進行注釋和評論。數字指南針模塊和三軸陀螺，區分學習位置、學習者位置和學習物件之間的聯系。加速度計模塊，學生通過微電子機械系統，搖晃移動設備來捕捉真實圖像。AR顯示模塊，顯示整合后的圖像，包含學習物件、編輯過的圖像和相關信息。系統功能有基于AR的移動學習功能、分組聊天室和記錄探索歷程。

3.活動流程

首先，教師向學生介紹水生植物（90分鐘），學生練習如何使用這些移動學習設備。然后，開始探究式學習活動（120分鐘）。探究式學習過程為以下步驟。一是提問，教師對要探究的學習對象進行定義，讓學生主動搜尋要學習的對象。二是調查，學生到達要探索的學習對象的位置時，利用移動設備所呈現的探究問題進行真實情景的探究。在探究過程中，學生可以拍照、記錄、與同伴分享，還可以將結果上傳，讓教師隨時掌握學習情況。三是創造，學生進行探究學習內容的連接，內化形成新的知識。四是分享，學生利用學習歷程系統交流自己的學習步驟和心得。五是反思，學生對習得概念進行深入反思。在結束戶外探究活動后，學生回到教室進行探究活動的匯報和分享（40分鐘）。

4.研究結果

結果顯示，基于AR的移動學習系統可以顯著提升學習者在探究活動中的學習表現和學習成就。學習動機方面，采用基于AR的移動探究學習的學習者，在注意、關聯、信心方面顯著高于傳統的移動探究學習的學習者，并且學習者對使用基于AR的移動學習設備進行學習表現出較高的滿意度。

（四）案例四：游戲化學習昆蟲知識

樹德科技大學的蘇（Su）等人[11]開發和實施了移動游戲化學習系統（MGLS），內容包含與昆蟲有關的學習活動，將游戲元素融入課程設計，應用于小學自然科學課程的學習。研究選取102名高雄某小學四年級的學生，并隨機分為實驗組34人，控制一組34人，采用智能手機搭配不同應用程序進行學習，控制二組34人，在教室進行學習。

1.理論基礎

研究基于游戲化學習、社會建構主義理論、自我決定理論、ARCS動機設計模型和合作學習的策略。教師通過使用媒體來吸引學生的注意，MGLS與學生學習內容相關聯。通過完成任務獲得獎勵，使學生獲得自信和滿足感。

2.系統設計

MGLS分為教師模塊和學生模塊，教師模塊可以由教師設計合作學習的活動、游戲對象，安排學習位置和學習材料，準備學習流程和幫助學生的學習線索等。學生模塊基于讓學生利用智能手機進行戶外移動學習的應用程序，如圖2所示。它的主要功能有發現周圍游戲、選取探索任務、選取學習對象、進行學習活動、記錄個人觀察。

3.活動流程

整個學習活動持續6周，包括四個階段。第一階段（第一周）：在自然科學課中學習目標昆蟲的基本知識和分類（40分鐘）。第二階段（第二周）：對3組學生進行昆蟲知識的實驗前測試和活動前問卷（40分鐘）。第三階段（第三周到第五周）：實驗組、控制一組、控制二組采用不同的學習策略進行學習活動（240分鐘）。實驗組學生使用智能手機和MGLS應用程序，進行學習對象的觀察和分類;控制一組使用傳統的移動學習方式，利用智能手機上“發現昆蟲”應用程序進行昆蟲學習;不同于前兩組在戶外進行學習，控制二組則在教室進行學習，沒有任何技術支持。第四階段（第六周）：對實驗組進行后測和活動后問卷調查，對兩個控制組進行后測（40分鐘）。

4.研究結果

結果表示，利用MGLS進行戶外游戲化移動學習，學生的學習動機和學習成就有顯著改善。使用MGLS學習的學習者，學習成就顯著高于傳統的移動學習和室內學習。此外，研究發現男生比女生更有興趣，有智能手機學習經驗的學習者有較好的學習表現。

四、啟示

（一）政府的重視和政策推動

臺灣地區一系列活動的開展，與政府對移動學習活動的重視和相關政策文件的支持息息相關。臺灣先后發布了《中小學行動學習推動計劃》和《數位學習推動計劃》，每年都會頒布下一年度的《中小學行動學習推動計劃》實施方案，來推動各個縣市的中小學校和教師參與計劃并實施移動學習活動。除了建立網站，還舉辦了教師研習和交流活動，供參加計劃的學校和教師相互學習，分享實踐經驗。與此同時，還對參與計劃的學校建設移動學習環境進行資助，為實施移動學習掃除障礙。

（二）科學的理論基礎支撐和高校研究團隊的支持

臺灣地區開展的戶外移動學習活動，都依據相應的教學策略和學習理論進行設計與開發，將其作為學習活動的支撐。在戶外環境下，合作學習策略、探究式學習策略廣泛應用于戶外教學。活動理論、情境學習理論、建構主義理論、認知負荷、動機模型等也能較好地詮釋戶外移動學習。

另外，一線教師能夠帶領學生順利實施移動學習的教學活動，離不開臺灣高校研究團隊的支持。2018年的《中小學行動學習推動計劃》實施方案中指出，來自高校的移動學習領域的專家、學者共同組成輔導團隊，為教師提供移動學習的支持與咨詢，學校也可以定期邀請他們進行針對性輔導。

（三）戶外移動學習軟件系統的多元結構和適切功能

在戶外移動學習中，無論是移動學習系統還是移動應用程序的設計，都需要軟件開發人員、研究專家和任課教師的參與，共同確定移動學習系統的結構和功能。移動學習系統的功能設計應滿足活動的需要，與具體的學習場所相匹配。移動學習資源的選擇可以基于教材，也可以依據真實場景重新設計。學習資源的設計應簡潔明確、生動活潑，符合中小學生的認知結構。中小學生還無法自己選擇學習內容，也不知道如何在戶外進行學習。因此，移動學習軟件的結構應整合學習任務與學習資源，發揮移動系統的優勢，提供及時的學習支持、過程監控、信息交互、反饋與評價等功能。

（四）戶外移動學習活動的精心設計和實施

戶外移動學習不再是單純地由教師帶領學生學習，而是讓學生在移動設備的幫助和指引下進行合作或自主學習。研究表明，戶外移動學習可以激發學生的學習興趣。小組成員通過移動設備提供的指引，先進行自主學習，再與同伴合作交流完成任務，最后由教師對活動與學習內容進行總結。實施過程中，移動設備可以記錄每個學生的學習歷程，為學生提供個性化的學習幫助與支持。每一個學生都可以在“做中學”，獲得直接學習經驗，解決了傳統教學中教師無法照顧到所有學生的問題。移動學習活動的設計是整個戶外移動學習活動的核心，學生才是活動的主角，教師起到的是引導學生探究、觀察學生行為、總結學習結果的作用。

五、結語

現如今，教與學已不再受限于教室，而走向戶外。隨著智能手機的普遍應用，定位技術、情境感知、AR技術的不斷發展，利用移動終端開展戶外教學已成為教育未來發展的趨勢，值得各界關注。

注釋：

①ARCS動機設計模型是由美國佛羅里達州立大學的約翰·M·凱勒教授于20世紀80年代提出的，包含注意（Attention）、關聯（Relevance）、信心（Confidence）、滿意（Satisfaction）4個可以增強學習者動機的要素。

參考文獻：

[1]Kamarainen A M， Metcalf S， Grotzer T， et al. EcoMOBILE： Integrating Augmented Reality and Probeware with Environmental Education Field Trips[J].Computers & Education，2013（68）：545-556.

[2]Charitonos K， Blake C， Scanlon E， et al. Museum Learning via Social and Mobile Technologies： （How） Can Online Interactions Enhance the Visitor Experience？[J]. British Journal of Educational Technology， 2012， 43（5）：802-819.

[3]Nouri J， Cerratto-Pargman T. Characterizing Learning Mediated by Mobile Technologies： Acultural-historical Activity Theoretical Analysis[J].IEEE Transactions on Learning Technologies，2015，8（4）：357-366.

[4]鐘正，張曉露，周東波，等.基于LBS的戶外地理教學系統設計與應用[J].中國教育信息化，2014，（8）：14-18.

[5]陳怡君，吳聲毅.小學推動行動學習的覺察與省思[J].臺灣教育評論月刊，2016，5（12）：16-20.

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

[11]Su C H， Cheng C H. A Mobile Gamification Learning System for Improving the Learning Motivation and Achievements[J]. Journal of Computer Assisted Learning， 2015，31（3）：268-286.