謝和平,陳慧然,白炫燁,黃甫全

(華南師范大學基礎教育學院,廣東汕尾,516625)

一、問題提出

當前,我國教育信息化建設已進入構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系階段。檢驗數(shù)字技術(shù)對課堂教學的真實作用,是技術(shù)賦能教育背景下構(gòu)建高質(zhì)量教育、順利實現(xiàn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要課題。[1]智能平板作為教學活動中的重要工具性支架,被廣泛應用于我國中小學課堂教學主陣地[2],旨在探索技術(shù)賦能教育的新型課堂教學模式。智能平板是否具備賦能中小學課堂教學的潛力仍存在爭議。因此,在將智能平板規(guī)?；?、常態(tài)化應用于課堂教學之前,須進一步探明其是否具備促進教育活動發(fā)展的效果。

有研究發(fā)現(xiàn),智能平板的運用有助于提升教學效果。例如,Al-Huneini等人認為平板設備對學習具有促進作用,鼓勵在教育情境中使用智能平板。[3]Lee發(fā)現(xiàn),相比使用計算機,學生使用iPad學習后的再認測驗得分更高。[4]Cordero等人證實,智能平板能為小學生完成書寫任務起到數(shù)字腳手架的作用。[5]此外,還有研究者從具身認知理論的角度,提議數(shù)字時代學習環(huán)境與任務的設計應考慮賦予其具身特性。[6]

智能平板為創(chuàng)建這種具身環(huán)境提供了虛擬平臺,觸屏交互是智能平板的重要特點之一。在觸屏過程中,學生不僅能通過一系列手指運動或手勢組合運動在平板環(huán)境中親身操縱屏幕上的材料元素,而且能獲得智能平板的即時感覺反饋(如觸覺反饋)。例如,國外研究者要求兒童分別通過紙筆和觸控平板完成字母書寫任務發(fā)現(xiàn),用手指在平板上書寫要比紙筆書寫更有助于兒童的字母學習。[7]有研究者認為,在智能平板上用手指操作所引起的感覺運動體驗更強,對感覺運動編碼和認知加工起重要作用。[7]

智能平板提升教學效果的論點并未達成共識。也有研究者對智能平板對教學的促進作用持懷疑態(tài)度。例如,Walczak等人比較了平板教學與面對面教學在學習地理知識上的區(qū)別,發(fā)現(xiàn)二者在教學效果上沒有顯著差別。[8]智能平板對國內(nèi)中小學真實的課堂教學效果是否具有提升作用,相關(guān)準實驗研究也未有定論。張屹等人對基于平板構(gòu)建的數(shù)字化教學模型進行應用性評估,發(fā)現(xiàn)平板能夠有效提高小學生的學習成績和學習興趣。[9]而徐暉等人的一項調(diào)查發(fā)現(xiàn),當被要求完成漢字學習任務時,小學生使用智能平板學習不利于其對漢字筆畫的認知與正確筆順習慣的養(yǎng)成。[10]為分析以往研究結(jié)果的非穩(wěn)健性,數(shù)項系統(tǒng)綜述或元分析對智能平板在特定群體中的教學效果進行了整合性評估,發(fā)現(xiàn)智能平板在整體上有助于提高學生的學習成績。[11-12]需要指出的是,這些研究均關(guān)注學齡前兒童,雖然為了解智能平板在學前教育中的作用提供了參考價值,但其研究結(jié)果是否適用于中小學仍未可知。

為了更好地引導智能平板常態(tài)化應用于國內(nèi)課堂教學,本研究擬聚焦我國中小學生群體在真實課堂教學環(huán)境中使用智能平板的教學效果。綜合以往文獻基礎,本研究提出以下問題:智能平板整體上能否提高國內(nèi)中小學課堂的教學效果,尚待研究驗證;哪些因素影響智能平板對我國中小學課堂的教學效果,仍需調(diào)節(jié)效應檢驗,并深入分析智能平板課堂教學的邊界條件。

二、研究方法

本研究采用三水平元分析技術(shù),以智能平板為自變量,以課堂教學效果為因變量,并借鑒以往研究[13-14],以學段、學科、教學周期以及實驗對照類別、教學效果類別為待檢驗的調(diào)節(jié)變量,對2010—2022年的課堂教學實驗進行綜合評估和量化分析,以期為智能平板賦能國內(nèi)中小學高質(zhì)量教育體系的構(gòu)建提供數(shù)據(jù)參考和科學依據(jù)。變量關(guān)系如圖1所示。

圖1 研究變量間的關(guān)系

(一)文獻搜索與篩選

本研究采用主題詞聯(lián)合檢索中、英文獻。對中文文獻的檢索式為“(平板 + 觸屏 + 觸摸屏 + PAD + iPad + Tablet) AND (教學 + 學習 + 教育)”,數(shù)據(jù)庫為中國知網(wǎng)。對英文文獻的檢索式為“(touchscreen OR PAD OR iPad OR tablet) AND (teach* OR learn* OR education) AND (Chinese OR China)”,數(shù)據(jù)庫為Web of Science、EBSCOhost和Elsevier Science Direct。為全面獲取文獻,對初次常規(guī)搜索后符合篩選標準的論文的參考文獻進行二次逆向搜索,搜索時間為2010年1月至2022年12月,共搜索到文獻4265篇。

為保證分析的科學性,將搜索到的文獻按如下標準進行篩選:被試為我國中小學生,且不存在精神、語言等層面的特殊癥狀;研究類型須為高生態(tài)效度的課堂教學準實驗研究;設計類型為包含平板教學班的前后測設計,或為包含平板教學班和傳統(tǒng)教學班(如面對面或計算機輔助教學)的平行對照設計;以教學效果為因變量指標,測查學生的學習成績、學習能力或?qū)W習動機等;數(shù)據(jù)未重復發(fā)表(數(shù)據(jù)重復文獻僅擇其一);提供充足數(shù)據(jù)以計算效應量。最終,篩選出46項符合標準的文獻。

(二)文獻編碼

編碼內(nèi)容包括文獻基本信息(作者、年份、樣本量)、研究數(shù)據(jù)(可供計算效果量的數(shù)據(jù))和調(diào)節(jié)變量(學段、學科、教學周期、實驗對照類別、教學效果類別)三類。其中,學段被編碼為小學、初中或高中。學科被編碼為語文、數(shù)學等應屬學科,若涉及多學科,則編為“綜合”。教學周期以實際月數(shù)編碼,4周計為1個月,1學期計為5個月,因極少數(shù)研究周期不足1周,以1/4個月計。對于實驗對照類別,若對比的是平板教學班的前測與后測數(shù)據(jù),則編碼為“前后測對照”;若對比的是平板教學班和傳統(tǒng)教學班的數(shù)據(jù),則編碼為“平行對照”。對于教學效果類別,若測查的是學習成績得分,則編碼為“學習成績”;若測查的是學習活動中所需具備的各種能力(如批判思維、創(chuàng)新等),則編碼為“學習能力”;若測查的是學習動機、興趣等,則統(tǒng)一編碼為“學習動機”。文獻編碼由兩名編碼者獨立完成,編碼時須在原文獻中對編碼內(nèi)容做高亮筆記以備查驗。編碼不一致處由兩名編碼者根據(jù)高亮筆記協(xié)商確定。對比發(fā)現(xiàn),兩名編碼者的編碼結(jié)果具有較高的一致性。

(三)數(shù)據(jù)計算與評估

傳統(tǒng)元分析將誤差來源分為抽樣誤差(Level 1)和研究間誤差。本研究選用三水平元分析,進一步將研究間誤差分為簇內(nèi)誤差(Level 2)和簇間誤差(Level 3)。其優(yōu)點在于,數(shù)據(jù)分析時能將同一原始研究中效應量間的非獨立情況考慮在內(nèi),最大限度地避免因強迫效應量相互獨立而導致的原始數(shù)據(jù)缺失。[15]根據(jù)Comprehensive Meta-analysis 3.0軟件內(nèi)置的公式算出每個效應量及其方差。以Cohen’sd作為效應量指標,該指標通過計算平板教學班與傳統(tǒng)教學班或者平板教學班后測與前測在教學效果上的標準化均值差而獲得,以d±0.20、d±0.50、d±0.80為效應量小、中、大的界限值。選取常用的Q檢驗法和I2檢驗法評估異質(zhì)性,失安全系數(shù)法和p曲線分析法評估發(fā)表偏倚。采用基于R 4.2.2的metafor包進行三水平元分析。

三、研究結(jié)果

(一)主效應分析

所篩選出的46項研究均開展了一項課堂教學實驗,共獲取46項實驗,涉及5099名被試。因多數(shù)研究含多個因變量,故從46項實驗中初步得到235個效應量。對所有效應量進行影響力分析(influence analysis),去除影響力異常的效應量,最終得到231個效應量:其取值范圍處于-0.97—2.27之間,中位數(shù)為0.46,大部分效應量(90%)為正值。效應量分布如圖2a所示。通過主效應檢驗發(fā)現(xiàn):總體上智能平板在我國中小學課堂教學效果上的效應量dpooled= 0.638,介于0.5—0.8之間,達到中等偏高水平;95% CI = [0.536, 0.740],不包含0,表明該效應量不是由偶然因素引起;該效應量為正值,雙尾檢驗p值小于0.001,表明整體上,使用智能平板能顯著提高我國中小學課堂的教學效果。

(二)異質(zhì)性分析

(三)調(diào)節(jié)效應分析

1.智能平板對各學段教學效果的影響

智能平板在各學段教學效果起中等促進作用。小學、初中、高中各學段亞組的研究數(shù)量分別為20項、15項、11項,中小學智能平板課堂教學實驗主要集中于偏低學段。具體如表1所示。不同學段的合并效應量由大到小依次為小學、高中、初中,均介于0.5和0.8之間,都達到統(tǒng)計顯著水平,表明智能平板對各學段學生的教學效果都起到中等程度的促進作用,且對小學生與高中生的促進作用相差不大,但對初中生的促進作用在數(shù)值上略低于其他兩個學段。調(diào)節(jié)效應檢驗的數(shù)據(jù)顯示,各學段的調(diào)節(jié)作用總體上未達到顯著水平,說明智能平板的教學效果與不同學段的差異不大。

圖2 效應量分布(a)與p曲線圖(b)

表1 學段的調(diào)節(jié)效應分析

2.智能平板對多學科教學效果的影響

智能平板對多數(shù)學科教學效果起中等促進作用。我國智能平板教學研究目前已涉及中小學階段的多個科目,但主要集中于語文(6項)、數(shù)學(12項)、英語(10項)三大主科上。各學科的合并效應量為語文(d=0.710,p<0.001),數(shù)學(d=0.585,p<0.001),英語(d=0.694,p<0.001),生物(d=0.547,p=0.003),物理(d=0.333,p=0.200),化學(d=0.675,p=0.017),信息技術(shù)(d=0.873,p<0.001),地理(d=0.793,p=0.042),科學(d=0.663,p=0.175),音樂(d=0.758,p=0.007),綜合(d=0.575,p=0.002)。大部分學科的效應量在0.5以上,并達到顯著水平,說明智能平板對多種學科教學起到中等程度的促進作用。個別學科的效應量未達到顯著水平,甚至效應量較小(科學、物理)。調(diào)節(jié)效應檢驗的數(shù)據(jù)顯示,總體上,學科的調(diào)節(jié)作用未達到顯著水平[F(10,220)=0.384,p=0.953],但不同學科對智能平板教學效果的影響仍然值得重視。

3.智能平板教學效果與教學周期的關(guān)系

智能平板的教學效果幾乎不受教學周期的影響。智能平板課堂教學的周期長短不一,短至1個標準課時,長則2個學期。由于教學周期為連續(xù)型數(shù)據(jù),因而需進行元回歸分析以檢驗其是否對智能平板教學效果起調(diào)節(jié)作用。結(jié)果顯示,教學周期的斜率幾乎為0,95%CI=[-0.041,0.041],p=0.989,表明教學周期對智能平板教學效果不起調(diào)節(jié)作用,即隨著教學周期的增長,智能平板的教學效果幾乎一樣。

4.智能平板教學效果與實驗對照類別的關(guān)系

智能平板的教學效果因?qū)嶒瀸φ疹悇e的不同而產(chǎn)生差異。研究者往往采用前后測對照、平行對照或者二者相結(jié)合的方式開展實驗。其中,采用前后測對照的研究共33項,采用平行對照的研究共34項。具體如表2所示。不同實驗對照類別的合并效應量由大到小依次為前后測對照、平行對照,均介于0.5和0.8之間,都達到統(tǒng)計顯著水平,表明智能平板在各對照類別情況下的教學效果都起到中等程度的促進作用。調(diào)節(jié)效應檢驗的數(shù)據(jù)顯示,實驗對照類別的調(diào)節(jié)作用達到顯著水平,前后測對照的效應量高于平行對照。

表2 實驗對照類別的調(diào)節(jié)效應分析

5.智能平板教學效果與效果類別的關(guān)系

本研究發(fā)現(xiàn),智能平板對學生的學習成績、學習能力、學習動機三種指標作用效果相近。學習成績、學習能力、學習動機各教學效果亞組涉及的研究數(shù)量分別為39項、13項、13項。因此,中小學智能平板課堂教學實驗以學生的學習成績?yōu)樽钍芮嗖A的教學效果指標,輔以測量學生的學習能力和學習動機。不同教學效果類別的合并效應量依次為學習動機(d=0.684,p<0.001),學習成績(d=0.643,p<0.001),學習能力(d=0.603,p<0.001),均介于0.5—0.8之間,都達到統(tǒng)計顯著水平,表明智能平板對三種類別的教學效果都起到中等程度的促進作用。從效應量數(shù)值上看,三者接近,說明智能平板在三類教學效果上的作用差別不明顯。調(diào)節(jié)效應檢驗的數(shù)據(jù)[F(2,228)=0.242,p=0.785]驗證了這一現(xiàn)象。

(四)發(fā)表偏倚分析

通過采用Rosenthal失安全系數(shù)法分析發(fā)現(xiàn),Nfs值為182998,遠大于5k+10(k為效應量總數(shù)),說明逆轉(zhuǎn)本元分析結(jié)果的統(tǒng)計顯著性所需的額外研究數(shù)量過大,提示發(fā)表偏倚對元分析結(jié)果的影響很小。p曲線分析(圖2b)發(fā)現(xiàn),共有176個p<0.05的效應量,其中含141個p<0.025的效應量。本研究元分析統(tǒng)計功效達96%(95%CI=[93.9%,96.8%]),證據(jù)價值存在且沒有缺失或不足,p曲線呈右偏態(tài),這說明元分析結(jié)果為真實的非零效應,而非p-hacking導致?？傊?發(fā)表偏倚對本研究的影響可忽略。

四、結(jié)論與建議

(一)結(jié)論

本研究證實,使用智能平板在總體上能顯著提高我國中小學課堂的教學效果。具體而言,主效應分析的結(jié)果顯示,國內(nèi)中小學智能平板課堂教學的綜合效應量達0.638,處于中等偏高的水平,說明使用智能平板整體上對我國中小學課堂教學效果具有正向作用。這與以往一些研究結(jié)果相一致。[4]教育的高質(zhì)量發(fā)展離不開數(shù)據(jù)支撐,本研究為智能平板教學領域提供了針對我國中小學生群體的數(shù)據(jù)參考。

本研究還發(fā)現(xiàn)了智能平板教學中一些不應忽視的潛在邊界條件。第一,學段對智能平板教學效果的影響應予以關(guān)注。盡管調(diào)節(jié)效應分析沒有發(fā)現(xiàn)學段在統(tǒng)計上顯著影響智能平板教學效果,但從效應量數(shù)值上看,智能平板教學對初中生的促進作用略低于小學生和高中生?？梢?初中學段的智能平板教學效果仍存在提升空間。第二,學科對智能平板教學效果的影響不宜被忽視。智能平板對許多學科的教學效果具有顯著的提升作用,但對科學、物理等學科的教學效果不明顯。這表明智能平板并非對所有的學科教學都有效。第三,分析證實智能平板在前后測對照條件下的效應量明顯高于平行對照。前后測對照的結(jié)果反映教學方式本身是否起作用,平行對照的結(jié)果則反映其是否具有相對優(yōu)勢。換言之,智能平板自身的作用要比它相對于傳統(tǒng)課堂的作用更大。這些發(fā)現(xiàn)有助于研究者更客觀地認識智能平板在課堂教學中的應用。

通過元回歸分析發(fā)現(xiàn),教學周期對智能平板教學效果的調(diào)節(jié)作用不明顯,說明隨著教學周期的延長,即使學生對智能平板越來越熟悉和適應,但智能平板教學效果依然未減弱。這與以往教育數(shù)字化領域的元分析結(jié)果不太一致。[14]原因可能在于智能平板的具身特性為中小學生提供了持續(xù)動力。智能平板的使用要求學生主動進行人機觸屏交互。對此,學生通常需要采用指示性手勢,即一種伸出食指、其余手指自然彎曲的手勢形態(tài)對屏幕中的材料進行觸摸操縱。眼動研究表明,基于身體的指示性手勢能引導學習者將注意力持續(xù)有效地分配到學習材料中的任務相關(guān)區(qū)域[16],從而保證穩(wěn)定持久的學習動機和認知資源投入。這不僅使教學周期對智能平板教學效果沒有產(chǎn)生明顯影響,而且促使智能平板在各個教學效果類別上的效應量趨于一致。這些結(jié)果說明智能平板教學效果能得到良好的維持。

綜上,本研究得出如下結(jié)論:使用智能平板整體上能有效提高國內(nèi)中小學課堂教學效果;在應用智能平板教學或開展相應研究時應重視學段、學科、實驗對照類別的潛在影響;智能平板的積極作用具有跨教學周期和教學效果類別上的穩(wěn)健性。

(二)建議

在技術(shù)賦能背景下,本研究能夠為構(gòu)建高質(zhì)量的中小學智能平板教學提供理論和應用依據(jù)。但真正實現(xiàn)智能平板在中小學教育生態(tài)中的有機融入,仍需多方協(xié)同探索。

第一,政府應統(tǒng)籌完善數(shù)字資源與平臺建設,穩(wěn)步推進數(shù)字技術(shù)與教育深度融合。當下,人工智能領域正探索智能技術(shù)賦能教育高質(zhì)量發(fā)展路徑。[17]作為智能教育資源重要的共享與依托平臺之一,智能平板設備轉(zhuǎn)向常態(tài)化應用有助于智能技術(shù)效能的發(fā)揮。鑒于智能平板能促進中小學課堂教學,有關(guān)部門可對智能平板進課堂給予適當引導和支持,例如:出臺政策鼓勵學校配備智能平板并適度應用智能平板教學;引導數(shù)字企業(yè)針對不同學科、學段、學情生產(chǎn)教學專用的高性能智能平板,提升智能平板的課堂普及率;完善地域間智能平板課堂教學基礎設施。

第二,學校應發(fā)揮好教育數(shù)字化的主陣地作用,構(gòu)建智能平板入課堂的堅實堡壘。學校是智能平板運用于教學實踐的主陣地,教師應積極探索技術(shù)賦能型課堂教學模式。在監(jiān)管制度上,學校應規(guī)范智能平板在日常教學中的使用,引導學生合理使用數(shù)字化工具。在軟件開發(fā)上,學校應加強校企合作,針對不同學校課堂教學的實際需求設計以學習者為中心、以學習內(nèi)容為導向的專屬軟硬件。在數(shù)字素養(yǎng)上,學校應培養(yǎng)師生的人機協(xié)同意識和能力:一方面利用信息技術(shù)課程向?qū)W生傳授智能平板的基礎知識和操作技能,引導學生開展人機協(xié)同活動;另一方面調(diào)動教師學習信息技術(shù)的積極性,在不干擾正常教學進度的情況下,對教師進行智能平板教學實操和多模態(tài)數(shù)據(jù)收集分析技能培訓。

第三,研究者應加強對智能平板課堂教學應用型的研究力度,重視過程性與結(jié)果性數(shù)據(jù)。本研究一些學科亞組(科學、地理、化學)的效應量數(shù)量較少,未來研究應適當加大針對這些亞組的準實驗研究力度。此外,本研究僅分析了教學效果等結(jié)果性數(shù)據(jù),缺乏過程性數(shù)據(jù)。以往少數(shù)研究關(guān)注了智能平板對教學過程的影響,如針對中小學英語課堂所錄制的視頻,計算智能平板各功能的應用時長和次數(shù)等過程性數(shù)據(jù)[18],有助于描述智能平板教學過程的基本規(guī)律。但由于缺乏前后測或平行對照的完備數(shù)據(jù),此類研究暫未能納入本元分析。正如現(xiàn)階段對結(jié)果性數(shù)據(jù)的高度重視,未來研究應加大對過程性數(shù)據(jù)的實驗對照,為我國中小學智能平板課堂教學提供更充足的數(shù)據(jù)支持。