張屹　陳珍　白清玉　李曉艷　朱映輝　陳蓓蕾　熊曳

摘要：隨著移動設備的快速普及，科學教育者們對利用移動設備進行教與學十分感興趣。元認知對學生學習過程的監(jiān)控和調(diào)節(jié)通常表現(xiàn)為學習能力，信息技術(shù)支持的教學更應注重培養(yǎng)學生的元認知能力。該文融合信息化教學模型APT的教學理念，設計了基于移動終端的PBL教學模式，并以小學科學課程“地球的運動”為例開展單元系列教學活動，采用準實驗研究法探究其對小學生元認知能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)：（1）基于移動終端的PBL教學對學生的元認知能力提升效果較好但與控制組之間的差異不顯著；（2）與傳統(tǒng)的講授教學相比，基于移動終端的PBL教學對學生成績有顯著的積極影響；（3）基于移動終端的PBL教學不會增加學生的認知負荷，可適當減輕學生的心理負荷。

關(guān)鍵詞：PBL教學模式；移動終端；元認知能力；小學生

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

一、引言

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》明確提出“鼓勵學生運用信息技術(shù)發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，培養(yǎng)學生信息化環(huán)境下的學習能力”的發(fā)展任務。這就要求在學生運用信息技術(shù)解決問題的過程中，教師既要關(guān)注學生知識、技能的學習，更要關(guān)注學生學習能力的提高。依據(jù)布魯納的認知一發(fā)現(xiàn)學習理論，學習是一種主動的認知過程。元認知對學習過程起著監(jiān)控和調(diào)節(jié)的作用，這種對學生學習過程的監(jiān)控和調(diào)節(jié)通常表現(xiàn)為學習能力。因此，信息技術(shù)支持的教學應注重通過問題解決的學習過程，培養(yǎng)學生的元認知能力，使學生學會學習。

科學教育的改革往往圍繞著科學學科課程的設計、開發(fā)和實施開展。隨著移動設備和無線交互技術(shù)的出現(xiàn)，越來越多的研究者開始關(guān)注移動學習，科學教育者們對利用移動設備進行教與學似乎更加感興趣?！读x務教育小學科學課程標準》提出“探究式學習是學生學習科學的重要方式，在教師的指導和組織下，讓學生主動參與、動手動腦、積極體驗，經(jīng)歷科學探究的過程，強調(diào)通過合作與探究，逐步培養(yǎng)學生提出科學問題的能力、收集和處理信息的能力、分析問題和解決問題的能力”。基于此，本研究以PBL教學法為主，探究學習、小組合作學習等多種教學方式為輔，充分利用移動終端中多種軟件工具以及實驗工具設計小學科學單元課程“地球的運動”學習活動，并通過準實驗研究方法探究基于移動終端的PBL教學對學生學習成效的影響。

二、文獻綜述

（一）元認知評測與應用研究

元認知（Metacognition）這一概念是美國著名兒童心理學家弗拉威爾（J.H.Flavell）于1976年出版的《認知發(fā)展》中首次被提及。弗拉威爾認為元認知是一種調(diào)節(jié)認知過程的認知活動，也是認知主體對自身能力、活動任務、個人目標、認知策略等方面的認識，同時元認知對自身的各項活動起著計劃、監(jiān)控和調(diào)節(jié)的作用。A Brown和L.Baker提出元認知是“個人對認知領(lǐng)域的知識和控制”，即元認知包含“有關(guān)認知的知識”和“對認知的調(diào)節(jié)”兩方面的內(nèi)容。Slife、Swanson等人通過對56名小學四、五年級的學生進行實驗證明了問題解決中的元認知具有獨立存在性。元認知的實證研究必定涉及對元認知能力水平的評定，其評定方式包括自我報告、對作業(yè)的評定和對個人行為表現(xiàn)的觀察等等。RayneA.Sperling是國外元認知測量做的較為全面的學者之一，他針對大學生編制了一套元認知測量問卷（MAI），并在此基礎(chǔ)上進行修訂，編制了適用于測量中小學生元認知能力的問卷（Jr.MAI），問卷信效度均良好。

元認知作為在一定知識基礎(chǔ)上發(fā)展起來的動態(tài)性技能，可以通過有意識的培養(yǎng)得到提升。國內(nèi)外學者在對元認知深入研究的基礎(chǔ)上，提出了一些富有創(chuàng)新的智力模型。最具代表性的有國外R.J.Sternberg的智力三維理論、Dos與Maglieri的“PASS智力理論模型”和國內(nèi)學者董奇的思維結(jié)構(gòu)，上述理論可以說是培養(yǎng)、訓練元認知的理論基礎(chǔ)?；谠J知理論，國內(nèi)外越來越多的學者對元認知的研究傾向于與具體的學科教學相結(jié)合。Polva結(jié)合數(shù)學學科的特點最早提出可以通過教學生學會自我提問來提高他們思維的自我控制能力。Lclos和Han'ingtono利用計算機讓小學五、六年級學生解決計算機游戲——羅克的靴子（Rockys Roots）從而驗證自我提問的訓練方法可以提高學生的元認知。Alison在小學五年級做了一項策略提問訓練的研究，用實驗證明了有指導的相互提問也有助于提高學生的元認知能力。董奇于1991年開展了一項在兒童閱讀中培養(yǎng)元認知的實驗研究，發(fā)現(xiàn)元認知與思維品質(zhì)之間存在著一定的因果關(guān)系?？傮w來看，目前國外關(guān)于元認知能力的測量，元認知訓練方法的理論和實踐研究更為深入全面。

（二）PBL（基于問題的學習）模式研究

在建構(gòu)主義的視野中，基于問題的學習（Problem-Based Learning，簡稱PBL）是一種對傳統(tǒng)教學模式的顛覆。1969年，PBL由美國醫(yī)學界教授Barrows等人始創(chuàng)于加拿大的麥克馬斯特大學。他們將PBL定義為：基于問題的學習既是一門課程也是一種學習方式。作為一門課程，它是由精心選擇、設計的問題構(gòu)成，為解決這些問題要求學習者具備自主學習、合作學習、問題解決等技能技巧；若是作為一種學習方式，學習者要求學會使用系統(tǒng)全面的方法解決實際問題。PBL教學模式包含以下五個關(guān)鍵要素：需要解決的問題、解決問題必需的基本技能和知識、學習者學習小組、問題解決的一般過程和學生自主協(xié)作學習的精神。在PBL的教學過程中，問題是出發(fā)點，問題的設計應當是真實的、劣構(gòu)的和開放的；教師作為學習的引導者，應起到學生思維過程的支架和教練作用。

PBL在醫(yī)學教育中逐漸得到發(fā)展和精煉，并被廣泛應用于其他學科教育領(lǐng)域中，也日益受到中小學教育的重視。在PBL教學中，小組主動協(xié)作建構(gòu)知識，處理復雜不明確的現(xiàn)實世界中的問題，學生可以自己決定哪些信息是必要的，哪些學習目標是重要的，以了解和解決問題。PBL幫助學生成為主動學習者，使處于實際問題當中的學生會對自己的學習負責；PBL能有效促進學習者構(gòu)建知識，培養(yǎng)高階思維能力。因此，PBL可以增強學習者獲取信息的能力以及應用信息解決問題的能力。在PBL教學模式的實踐研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學者都已開始在教育中不斷采用PBL理論來指導教育實踐活動。國外多名學者通過不同的研究方法得出了一個共同的結(jié)論：PBL教學模式有助于提高學生的學習成績。第一位在赫爾辛基科技大學系統(tǒng)比較PBL與傳統(tǒng)方法差異的學者Costa成功將PBL應用于大學一年級“基本電路分析”的課上，研究發(fā)現(xiàn)學生更喜歡PBL的教學方式，且PBL更能提高學習成績。在教學實踐中，該教學方法最重要的一個特點是它創(chuàng)造了一個良好的學習氛圍，學生從中獲得自信且學會批判性地應用已獲得的知識。然而，Hoffmann和Ritchie認為傳統(tǒng)課堂環(huán)境下的PBL活動具有獲取的資源有限，問題情境性不強，問題情境創(chuàng)設主要由老師用語言來描述使得問題較為抽象，學生不易理解等局限性。

（三）基于移動終端的PBL教學對小學生學習效果的影響研究

隨著網(wǎng)絡技術(shù)、多媒體技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)在教學中的廣泛和深入應用，技術(shù)支持的PBL教學正在成為研究的熱點。移動設備的快速普及和在教育教學中的應用極大地改變了學習者的學習方式。諸如筆記本電腦、平板電腦和手機等已經(jīng)作為必不可少的移動學習工具，不管室內(nèi)學習還是戶外學習，移動學習工具都發(fā)揮著巨大的教育作用。Kose等研究者利用基于移動軟件的增強現(xiàn)實（Augmented Reality）技術(shù)在計算機科學課上幫助學生提升學習體驗。相比傳統(tǒng)課堂環(huán)境下的PBL，移動終端支持的PBL教學在無線網(wǎng)絡的支持下，具有學習不受時空的限制性、交互性、及時性、學習資源的豐富性等優(yōu)勢。近年來，越來越多的學校將移動設備（平板電腦、筆記本電腦、智能手機等）支持的PBL教學模式應用于課堂，因為其可以使得學習活動在校園任何能連接上Wifi的地方開展。Woltering研究團隊在德國某所大學的“模型醫(yī)學課程”上對185名三年級的大學生開展了一項實驗研究，結(jié)果表明，混合式PBL相對于傳統(tǒng)課堂環(huán)境下的PBL更有助于增強學生的動機和學習興趣。Chang等人基于PBL教學模式設計開發(fā)了一個移動學習平臺，以幫助學生進行“戶外紅樹林濕地生態(tài)勘探”學習任務的探索，研究發(fā)現(xiàn)學生對于PBL教學模式和移動學習均有積極的態(tài)度。Dochy通過對比實驗探究學生在PBL學習環(huán)境中的實際表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)學生更樂意參與小組討論，主動解決問題，一個活躍的學習環(huán)境更容易激發(fā)學生更深層次的學習。此外，也有不少學者表示擔憂，Ang等人指出移動設備支持的PBL對課程設計者、教師甚至學生來說也許會帶來新的挑戰(zhàn)。

通過對國內(nèi)外文獻的調(diào)研，筆者發(fā)現(xiàn)國外越來越重視將PBL應用于中小學課堂，這些研究主要集中在學生成績、學生態(tài)度、元認知技能的獲取等多方面的研究。但是國內(nèi)關(guān)于PBL的研究主要集中在理論層面，缺乏實證性的分析和驗證，尤其是移動技術(shù)支持的PBL教學對學生高階思維能力的影響研究鮮少涉及。本研究將設計移動學習環(huán)境下的PBL教學模式，并將此模式應用于小學課堂中，探究基于移動終端的PBL教學對小學生元認知能力和成績的影響。

三、基于APT的PBL教學模式設計與實施

本研究選取小學五年級科學課程第四單元“地球的運動”為例進行教學模式的設計與實施，教學環(huán)境選在基于IPad的智慧教室環(huán)境中進行，且采用的是與傳統(tǒng)講授教學截然不同的PBL教學模式。因此，在PBL教學設計之初必須對學習者和教學內(nèi)容進行全面的了解，科學探究iPad環(huán)境下基于PBL教學模式的課堂教學效果。

（一）需求分析

1.學習者分析

五年級的學生對新鮮的事物和日常問題的求知欲較強，他們正處于小學高年級階段，對地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)具有一定的感性認識，但理性認識較為缺乏；具備一定的動手能力，能夠進行簡單的實驗操作；已多次在智慧教室中學習，對IPad的操作較為熟悉，能簡單進行網(wǎng)絡信息的搜索和篩選，會使用Keynote制作PPT文件；學生之間相互比較熟知，具有小組合作的經(jīng)驗和能力。

2.教學內(nèi)容分析

地球的運動是小學五年級科學課程里的知識內(nèi)容，屬于單元系列課，計劃學時總共為六個課時。本單元的內(nèi)容由“地球自轉(zhuǎn)及其地理意義”和“地球公轉(zhuǎn)及其地理意義”兩大部分組成。教師引導學生對太陽和月球等天體進行實地觀察和觀測，使學生對一天當中太陽在天空中位置變化的規(guī)律產(chǎn)生初步的認識，并指導學生通過模擬實驗和建構(gòu)模型等方法了解地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的晝夜交替、四季變化等自然現(xiàn)象和規(guī)律。

（二）教學模式的設計與實施

1.基于APT模型的教學設計

筆者所在課題組查閱分析大量信息化教學模型相關(guān)文獻，構(gòu)建了新型的APT（分別為Assessment、Pedagogy、Technology的縮寫）教學模型，該模型旨在轉(zhuǎn)變學習者傳統(tǒng)的學習方式，充分體現(xiàn)他們在課堂中的主體地位，著力將學習者培養(yǎng)成為合格優(yōu)秀的21世紀學習者。APT教學模型指導教師于教學開展前全面分析學習者特征和教學內(nèi)容特征，將評價手段A、教學法P與技術(shù)工具T等要素深度融合于課堂教學中。經(jīng)過多輪對APT教學模型的有效性驗證，研究發(fā)現(xiàn)基于該模型的課堂教學能有效提高小學生的學習成績、學習興趣和課堂參與度。

在信息化環(huán)境下APT教學模型的指導下，本研究為“地球的運動”單元課程設計的基于APT的PBL教學模式如下頁圖1所示。

由下頁圖1可知，本次教學在智慧教室中開展，學生使用iPad通過小組合作完成基于問題的探究學習，采用同伴互評的方式對研究成果進行評價?！暗厍虻倪\動”單元課程一共分為活動準備階段、活動探究階段、評價總結(jié)階段三個階段。

2.教學過程實施

（1）活動準備：教師對學習者和學習內(nèi)容進行特征分析，通過問卷調(diào)研了解學生已有的知識水平，再根據(jù)調(diào)研結(jié)果調(diào)整教學設計，準備所需的教學材料和實驗工具。教師通過異質(zhì)分組，指導學生選定小組長并開展自主預習。

（2）活動探究：該階段共由四項活動組成：研究問題的選定、研究方案的制定、研究成果的制作以及研究成果的展示。在活動探究階段，教師逐漸“隱退”課堂，化身知識建構(gòu)的促進者，僅在關(guān)鍵時刻對學生的探究活動進行點撥、指導，體現(xiàn)“課堂是靈魂，學生是主體，教師是關(guān)鍵”的教學理念。

活動一：研究問題的選定。本活動使用一個課時進行。首先，小組成員討論出關(guān)于“地球的運動”這一主題多個感興趣的問題。接著，學生根據(jù)教師提供的篩選原則借助iPad、瀏覽器等技術(shù)手段搜集研究問題所需的信息資料并篩選出適合研究的問題，填寫問題表單。教師收集匯總各小組研究問題，投映到大屏幕上和全班同學交流討論。最后，小組進一步完善研究問題，選定一至兩個研究問題進行探究。

活動二：研究方案的制定。本活動使用一個課時進行。學生借助iPad上網(wǎng)查詢收集與選定的研究問題相關(guān)的詳細資料，以便盡可能地解決小組研究問題。接著，小組討論制定研究方案并填寫研究記錄單。之后，教師向全班展示各小組記錄單并進行點評，小組進一步改進研究方案。最后，教師展示研究成果制作要求及評價內(nèi)容，讓學生課后思考小組探究成果應如何制作，為下節(jié)課奠定基礎(chǔ)。

活動三：研究成果的制作。本活動使用兩個課時進行。教師向?qū)W生展示詳細任務要求，發(fā)布研究成果制作的評價量規(guī)。之后，小組使用地球儀、手電筒、乒乓球等實驗工具分工合作開展模擬實驗，借助相機或iMovie拍攝記錄模擬實驗的過程。最后，小組在iPad上自由選擇Keynote、iMovie等工具制作研究成果。

活動四：研究成果的展示。本活動使用兩個課時進行。教師向各小組發(fā)放研究成果小組互評表，組織小組按照順序進行探究成果的展示和同伴互評。在此過程中，教師引導學生及時提出疑問，匯報小組針對大家的疑問之處著重進行講解。

（3）評價總結(jié)

教師對所有小組的表現(xiàn)進行評價和反饋，補充講解學生遺漏的知識點。最后，教師匯總各小組的評分，評選出三至四個優(yōu)秀小組給予表揚。課程結(jié)束之后，學生撰寫心得體會，教師總結(jié)在此次教學中存在的問題，為今后的教學奠定基礎(chǔ)。

四、基于移動終端的PBL教學模式應用的實驗研究

（一）研究目的

本研究的目的是引導學生通過小組合作使用移動設備對研究問題進行自主探究，并初步驗證基于移動終端的PBL教學和傳統(tǒng)的教師講授教學對小學生元認知能力的影響差異。

（二）研究對象

本研究的研究對象為華中科技大學附屬小學五年級兩個平行班級的103名學生，由該學校一位教學經(jīng)驗豐富的科學教師分別對這兩個班的學生進行“地球的運動”教學。本次教學教師經(jīng)過多次培訓已具備了一定的信息技術(shù)應用能力，基本掌握了本單元課程所需的技術(shù)。研究對象相關(guān)信息如表1所示。

（三）研究過程

本實驗設計的目的在于探究兩種教學模式的應用效果，評估學生的元認知能力和成績，研究變量為教學法的不同。由于本次研究選取的兩個自然班為平行班，我們隨機指定一個班級作為實驗組，采用基于移動終端的PBL教學法對其實施教學；另一個班則作為控制組，采用傳統(tǒng)講授法對其實施教學，具體實驗研究過程如圖2所示。

由圖2可知，教師以三至五人為一組的標準對實驗組和控制組進行異質(zhì)分組。分組之后，對學生進行前測，主要測量學生的元認知能力和學習成績，接著進行為期6課時的教學干預，再對學生進行教學后測，測量的是學生的元認知能力、學習成績以及認知負荷。

（四）測量工具

在“地球的運動”單元課程教學開始之前和結(jié)束之后，教師分別組織學生進行教學前測和后測，測試內(nèi)容均為元認知能力調(diào)查問卷和單元測試題。

1、測試題

前測測試題（共100分），包括2道單選題，2道多選題，1道判斷題，4道簡答題和1道論述題；后測測試題（共100分），包括3道單選題，2道判斷題，5道簡答題。測試題由授課教師與專家組根據(jù)“地球的運動”單元的教學目標共同研討得出，前后測測試題的難度系數(shù)相當，效度良好。

2.調(diào)查問卷

前測：本研究最終選定Rayne A.Sperling等人依據(jù)Brown提出的元認知能力測量維度在原始問卷（MAI）的基礎(chǔ)上進行修訂編制而成的問卷（Jr.MA），即小學生元認知能力調(diào)查問卷。該問卷的測量對象為小學三至五年級的學生，用于對小學生元認知能力進行量化評定。問卷共12題，包括兩個維度：認知知識和認知調(diào)節(jié)，每個維度共6題，每個維度下面又分有多個不同的子維度，問卷中的問題具體分類如表2所示。問卷采用里克特五級量表記分：“從不”“很少”“有時”“經(jīng)?！焙汀翱偸恰狈謩e計做1分、2分、3分、4分、5分，問題全為正向計分，滿分為60分。因而，得分越高表示該學生的元認知能力越強。

后測：后測問卷小學生元認知能力、認知負荷調(diào)查問卷在前測問卷的基礎(chǔ)上，增加了對學生認知負荷的測量。本研究采用由Passl461根據(jù)Swellef認知負荷理論編制的認知負荷測量量表，包含心理努力與心理負荷兩個維度，從三個問題中除去了一個比較相似的問題，剩下兩題：“在此單元課上你付出的努力屬于第幾級？”和“你認為本單元課程的學習難度屬于第幾級？”，這兩個問題均采用9級量表的形式，讓學生以自評的方式勾選等級。筆者所在研究團隊已多次采用該問卷測量學生的認知負荷，研究表明其信度較好。

預測：為了檢驗小學生元認知能力調(diào)查問卷的信度，筆者隨機選取了華中科技大學附屬小學三年級52名同學對其元認知能力進行預測，共回收有效問卷46份，回收率為88.46%。采用SPSS 22.0進行處理與分析，測量的總量表克隆巴赫系數(shù)值為0.882，說明問卷的信度較好；筆者再對問卷的兩個維度分別進行測量，“認知知識”維度的克隆巴赫系數(shù)值為0.821，“認知調(diào)節(jié)”維度的克隆巴赫系數(shù)值為0.772。從總量表和分量表的克隆巴赫系數(shù)值來看，該問卷的信度較高，適用于本研究對學習者元認知能力的測量。

施測：實驗教學前后由任課教師在兩個班分別發(fā)放小學生元認知能力調(diào)查問卷和小學生元認知能力、認知負荷調(diào)查問卷，當場收回。

（五）研究假設

1.在基于移動終端的PBL教學環(huán)境下學生的元認知能力高于傳統(tǒng)講授課堂中學生的元認知能力；

2.在基于移動終端的PBL教學環(huán)境下學生的成績優(yōu)于傳統(tǒng)講授課堂中學生的成績；

3.在基于移動終端的PBL教學環(huán)境下學生的認知負荷低于傳統(tǒng)講授課堂中學生的認知負荷。

五、基于移動終端的PBL教學模式應用效果分析

（一）教學后測，實驗組學生的元認知能力略高于控制組學生的元認知能力，但不存在顯著性差異

對兩個班學生的元認知能力進行前后測，實驗組前后分別回收了31份、36份有效問卷，控制組前后分別回收了38份、37份有效問卷，回收率分別為59.62%、69.23%、74.52%和72.55%。在SPSS中對兩個組學生的前后測元認知能力進行兩獨立樣本t檢驗，結(jié)果如表3所示。根據(jù)表3呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，教學前后兩個班級學生的元認知能力不存在顯著性差異。對各個維度以及子維度進行獨立樣本t檢驗，發(fā)現(xiàn)均不存在顯著性差異。調(diào)查結(jié)果顯示，教學后兩個組學生的元認知能力均有提高，且實驗組學生后測的元認知能力略高于控制組，可以認為基于移動終端的PBL教學對學生認知能力的提升效果較好但不顯著。出現(xiàn)上述種現(xiàn)象的原因可能是該教學實施的時間較短，只有6課時時長，而元認知正如人的智力一樣，是一個不斷提升的過程，需要在教學中有意識的培養(yǎng)，所以短時間內(nèi)的效果可能不顯著。

（二）實驗組學生的成績高于控制組學生的成績

教師對兩個組學生的成績進行教學前后測，回收測試卷后，對學生在實驗前后的測試成績進行兩獨立樣本t檢驗，具體結(jié)果如表4所示。研究發(fā)現(xiàn)，實驗組與控制組學生前測成績不存在顯著性差異，但后測成績存在顯著性差異，且實驗組學生成績的平均值高于控制組學生成績的平均值。由此可知，經(jīng)過不同教學法的教學之后，實驗組和控制組學生的成績均有大幅提高，且實驗組學生的成績提高幅度更大，明顯優(yōu)于控制組學生的成績。

（三）實驗組和控制組學生的認知負荷不存在顯著差異，但實驗組學生的心理負荷要顯著低于控制組

在單元課程結(jié)束之后，本研究對兩個班級學生的認知負荷進行調(diào)研，采用兩獨立樣本t檢驗進行分析，具體分析結(jié)果如表5所示。由表5可知，實驗組和控制組的心理努力不存在顯著差異（p>0.05）；而兩個班級的心理負荷存在顯著差異（p<0.05）?？傮w而言，移動終端支持的PBL課堂教學并不會增加學生的認知負荷，且在心理負荷上實驗組的認知努力要顯著低于控制組，可見基于移動終端的PBL教學可以適當減輕學生的心理負荷，從而提升學生的學習成績。

（四）學生作品分析

實驗組在整個教學過程中，從研究問題的選定到研究方案的制定再到研究成果制作與展示，學生小組產(chǎn)出了較為豐富的研究成果，對提出的研究問題能進行科學合理的解釋，本研究著重從學生的研究方案及研究成果進行具體分析。

1.各小組均能較好地設計研究方案

兩位相關(guān)研究領(lǐng)域的專家根據(jù)選題的篩選原則以及研究方案的評價指標對各個小組進行評分，各小組的平均得分為88分，各小組均能較好完成研究問題、選題原因、對所選研究問題的理解與推測、研究方案設計以及研究成果預期的填寫。

通過分析學生的研究記錄單發(fā)現(xiàn)：（1）小組研究問題表述簡潔、明確。經(jīng)過三輪的交流討論以及教師的點評指導，學生小組從最開始口頭提出與地球運動有關(guān)的問題到最終確定本小組的研究問題，各小組最終的研究問題匯總?cè)缦马摫?所示。學生小組的選題共有9個，本單元的知識點均有涉及。小組選定的研究問題均有清楚的界定，能夠結(jié)合模擬實驗進行探究。對于選題的原因，有的小組是出于自身的興趣，好奇心，有的小組則認為研究的問題很有價值，能解除由地球運動引起的多種自然現(xiàn)象的困惑。（2）研究思路清楚，圖文并茂。大部分小組通過繪制研究流程圖展示研究思路，小部分小組的研究方案只有一兩句話，表述不夠全面。教師在學生制定研究方案時，應提供適當?shù)膶W習支架，引導學生一步步撰寫小組研究方案。

2.各小組積極開展模擬實驗，制作并匯報研究成果

通過觀察教學視頻以及分析學生最終研究成果發(fā)現(xiàn)：（1）小組成員分工明確，積極探索問題。在實驗模擬的過程中，有的學生負責手持地球儀，有的拿著手電筒作為太陽照射到地球表面，有的則均勻的旋轉(zhuǎn)地球，還有的利用iPad里的iMovie或相機功能拍攝記錄實驗模擬的過程，充分利用教師提供的實驗工具驗證自己的假說，并提出多種有根據(jù)的可能解釋，對這些解釋進行初步分析。針對模擬試驗后仍存在的疑問，各小組利用iPad中的瀏覽器積極查詢權(quán)威的資料，搜集相關(guān)圖片并匯總，科學解釋所研究的問題。（2）研究成果形式多樣，內(nèi)容豐富。各小組利用Kevnote等工具制作研究成果，學生作品中大多包含了研究的問題、假說、實驗模擬時拍攝的視頻或照片、其他支撐資料，以及結(jié)論和小組分工等，內(nèi)容較為豐富。多數(shù)小組的作品制作精美，簡潔明了，在規(guī)定的時間內(nèi)能簡明扼要、重點突出地闡述研究成果的主要內(nèi)容。

（五）訪談結(jié)果分析

為了解實驗組和控制組的學生對在智慧教室中學習“地球的運動”單元課程和基于問題的學習方式的態(tài)度以及學習后的收獲和感想，在課程開展前后筆者對學生做了訪談調(diào)研，訪談結(jié)果如下。

1.被訪者對在智慧教室中學習“地球的運動”單元課程和基于問題的學習方式十分感興趣。在課程開展之前，筆者調(diào)查了兩個班學生的學習態(tài)度。學生表示這樣的學習方式能激發(fā)他們的學習興趣，在學習和掌握關(guān)于地球運動知識的同時，還能增強同學之間的互動，提高他們自主探究以及評價的能力。但部分學生擔心自己缺乏一定的信息鑒別能力，不能正確判斷網(wǎng)上信息的真?zhèn)?，也有同學認為這樣需要花費較長的時間，還有同學擔心有人會“不務正業(yè)”，利用iPad做一些與學習無關(guān)的事情，建議教師加強對學生的監(jiān)督。

2.實驗組的學生達成自身預期目標的人數(shù)比例更高。在訪談的過程中，被訪者暢談了自己的收獲與感想。實驗組有84.6%的學生達到了自己預期的學習目標，10.3%的學生認為自己只達到了部分預期目標，5.1%的學生沒有達到預期目標?？刂平M有63.45%的學生達到了預期目標，26.8%的學生達到了部分預期目標，9.8%的學生沒有達到預期目標?？梢姡瑢嶒灲M大部分學生的學習效果較理想，能從中學習到相關(guān)的知識并且很享受此種學習過程；小部分的學生可能因為自控能力差，上課分心從而導致未能實現(xiàn)預期的學習目標。

六、總結(jié)與討論

近年來，筆者所在項目組將APT教學模型應用于華中科技大學附屬小學等多所實驗小學智慧教室中的教學并開展教學研究，目前已積累了數(shù)十個優(yōu)秀的教學案例。所做的教學研究大部分集中于驗證APT教學模型的有效性以及探究其對學生的學習成績，學習興趣、認知負荷等情感層面的影響，正如目前大多數(shù)有關(guān)移動學習的研究普遍關(guān)注學生學習成績的提高。本研究在此基礎(chǔ)上，結(jié)合小學科學課程的特點及課程標準，嘗試探究基于移動終端的PBL教學對學生的高階思維能力——元認知能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)：

（1）基于移動終端的PBL教學對學生的元認知能力提升效果較好但不顯著。通過前后測對比發(fā)現(xiàn)，基于移動終端的PBL教學較傳統(tǒng)講授而言對學生認知能力的提升效果較好但不顯著。其原因可能是：認知活動的對象是外在和具體的，例如記憶或閱讀的對象是某篇特定的文章或某段具體的文字；而元認知與認知的區(qū)別在于它的對象是內(nèi)在和抽象的，是主體自身目前正在進行的認知活動，元認知是對認知的再認知。由此可見，元認知的培養(yǎng)需要達到一定的周期，注重循序漸進。通過對學生的訪談可知，學生對在智慧教室中基于問題的學習方式十分感興趣?；诖耍P者所在的研究團隊將適當延長周期進一步實施基于移動終端的PBL教學，深入探究其對學生元認知能力的影響。

（2）基于移動終端的PBL教學對學生成績有顯著的積極影響。教學前兩組學生的成績不存在顯著性差異，教學后兩組學生的成績均有提升，且實驗組的后測成績顯著高于控制組。可見，基于移動終端的PBL教學與傳統(tǒng)的講授相比，對學生的成績有顯著性的積極影響。

（3）基于移動終端的PBL教學可適當減輕學生的心理負荷。通過教學后對學生認知負荷的測量，研究發(fā)現(xiàn)基于移動終端的PBL課堂教學并不會增加學生的認知負荷，可適當減輕學生的心理負荷，從而提升學生的學習成績。

（4）在基于移動終端的PBL課堂中，學生小組產(chǎn)出了較為豐富的研究成果，對提出的研究問題能科學合理的解釋，實現(xiàn)了教學目標。各小組成員均能團結(jié)協(xié)作完成研究問題的選定、研究方案的制定、實驗模擬以及研究成果的制作等多項探究活動。多數(shù)小組的作品制作精美，簡潔明了，能在規(guī)定的時間內(nèi)能簡明扼要、重點突出地闡述研究成果的主要內(nèi)容，成功解決選定的研究問題。

總而言之，本研究是將技術(shù)支持下的教學法應用于教學實踐的一次有益探索，但在研究的過程中仍存在一些不足。一是研究周期不夠長，本研究只選定了一個單元的科學課程進行教學研究，而元認知的培養(yǎng)應該是一個長期的過程；二是小科學課程“地球的運動”與其他學科內(nèi)容的學習存在較大的差異，此種教學模式推廣到其他學科領(lǐng)域并不一定適用。在今后的研究中，盡量改進以上不足，設計更為科學有效的研究。希望本研究的研究思路及教學設計對教學研究者和教師能夠提供借鑒和指導。

收稿日期：2017年2月26日

責任編輯：宋靈青