作者：麦娟漫 东南大学脑与学习科学系，儿童发展教育研究所
研究生导师：柏毅 李骏扬
【摘要】：在本研究中，将数字逃生室（DER）的教学方法引入小学四年级学生的科学教学中，以调查这种方法对学生的学习成绩、学习动机和解决问题能力的影响。基于准实验方法，对40名学生应用了四种研究工具：科学学习表现、学习动机量表（LMS）、问题解决测试（TPS）和反馈表。学生被分为实验组和对照组，每组20名学生。实验组接受为期10周的实验教学，在此期间，将7个DER融入科学教学活动，而对照组的课堂使用直接教学方法。在每节融入DER活动的课堂上，学生们根据老师的指示，在25分钟的时间内使用平板电脑接收并完成任务，包括道具、谜语、线索、填字游戏和益智挑战。使用ANCOVA对数据进行分析。结果显示，实验组学生的学习动机和解决问题能力得分高于对照组。然而，这两组学生在科学课上的学习表现水平相同。总的来说，学生们对DER体验有积极的看法，他们认为DER教学策略是令人信服和有效的。最后，根据本研究的结果提出建议，希望为教学实践和未来的研究提供参考。
【关键词】：数字学习；逃生室；学习表现；学习动机；问题解决能力
01
引言
许多研究人员表示，融入科学技术的学习可以提高学生的创造力、解决问题的技能和对科学领域的兴趣。逃生室是一种游戏，一队人必须在给定的时间内“逃离”充满挑战的房间。此类游戏符合以学习者为中心、以解决问题为导向、合作和跨学科学习的概念，本研究的目的是调查当DER被用作教学游戏时，数字逃生室对学习成绩、学习动机和解决问题能力的影响，并评估DER学习体验对学习的影响。
1.1 DER教学方法
本研究中提出的DER是一种不同于常规数字游戏的创新教学方法。首先，DER使用数字工具作为提出问题的媒介。通过平板电脑，教师可以方便地提出问题，学生可以被分配任务、寻找线索和回答问题。其次，通过使用物理逃生室和真实游戏，DER允许学生根据课程主题进行与教学环境相关的科学实验，从而不同于简单的游戏和在计算机上解决问题。第三，DERs可以在具体认知中丰富学生的学习过程，为学生提供身临其境的学习环境。
在本研究中，将使用数字材料的DER活动引入一所小学的科学教学中。本研究侧重于教学创新，既能培养学生在DER课堂上的学习动机和解决问题的能力，又能通过强化学习体验的强化活动来提高他们的科学学习成绩。
1.2 本研究
上述讨论表明，将逃生室用于教育目的是一种创新的教学方法，有可能提高学生的学习体验、动机和解决问题的能力。在DER活动中，个人表达自己的能力非常重要，因为学生作为一个团队通过讨论和沟通进行合作。Seah评估了四年级学生在科学课程中理解和表达概念的能力，结果表明，四年级学生正处于适合提高他们进行科学观察、推测和表达能力的阶段。考虑到上述因素，采用准实验方法将DER融入小学四年级的科学教学中。实验课程是按照以游戏为基础、以学习者为中心、以解决问题为导向的学习理念来设计和操作的。课程结束后，对学生的学习成绩、学习动机和问题解决能力进行了评估，以确定DER教学方法的有效性。
本研究旨在填补这一知识空白，并评估DER对中小学生科学学习的影响，包括学习表现、学习动机和解决问题的技能。研究问题如下。
（1） DER干预在多大程度上会影响学生在中小学科学课程中的学习表现、学习动机和解决问题的能力？
（2） 学生对DER的学习过程有什么反馈，他们报告的满意度是多少？
02
方法
2.1 被试
样本由新北市城区40名年龄在10-11岁之间的台湾学生组成。由于样本由两个完整的班级组成，实验组（20名学生，45%为男性）和对照组（20多名学生，50%为男性）在人数和性别方面是平衡的。实验组将DER融入科学教学，对照组接受直接教学。DER计划包括为期十周的干预，每节课40分钟，每周三节课；在此期间，共有七项逃生室活动。这项研究得到了研究伦理委员会的批准。
2.2 材料
实验组的教材是在现有四年级科学教科书的基础上，在数字Holyo平台上设计的，课程级别由教师设计。在实验组科学课的DER教学活动中，各种材料和策略，包括道具、谜语、线索、填字游戏和益智挑战，都融入了游戏场景中，学生们通过合作和小组讨论共同学习信息并完成逃生室任务。对照组采用传统的直接教学法，从科学教科书中选择研究主题和内容。
为了将DER融入四年级学生的科学教学，第一步是在Holyo平台上设计DER课程。PowerPoint幻灯片被设计并保存为图像文件，然后上传到Holyo平台。完成的DER材料以快速响应（QR）码格式保存，学生可以用平板电脑扫描（见下图），以在DER游戏场景中提供身临其境的个人体验。对学生在教育DER活动中的课堂学习体验和学习表现进行了评估。
2.3设计与程序
本研究采用了前测后测的实验设计，这是一种准实验方法。实验期在本学期的期中考试和期末考试之间；在科学课程开始前进行的期中考试的科学成绩被用作前测成绩，在学生完成课程后进行的期末考试的成绩被用作后测成绩。干预前，实验组和对照组教师让每位学生完成学习动机量表（LMS）、问题解决测试（TPS）和期中考试。干预后，两组的后测包括相同的两项评估和期末考试工具，这些工具在前测中用于测量干预后的因变量。
在为期10周的实验课上，实验组的学生参加了融入DER的科学课程，而对照组的学生则采用直接教学法进行教学。在课堂上，学生们得到了关于DER游戏及其水平的信息，包括任务、获得帮助的方式和奖励系统。最后，对通过考试的学生进行奖励，评估他们的学习成绩，并解释每一级的学习内容。
DER科学课程由24节课组成，每节课持续40分钟，每周3节课，为期10周，在此期间共进行了7次逃生室活动（表1）。游戏的元素包括数字设备的使用和基于游戏的谜语、线索和谜题。为了参加游戏，学生们被组织成四到六人一组，在25分钟内解开教室里的谜题，找到出口钥匙，并逃脱。
科学课程的DER教学计划包括两个单元（第一单元，“水的现象”；第二单元，“光的现象”）。每个单元包括与不同课程主题相关的概念和DER任务（见表1）。以第一单元（“水的现象”）中的“毛细管现象：毛细管现象的概念”一节为例，学生们在课堂上接受了由线索、水实验和一般知识组成的DER任务的挑战。
表2给出了第一单元（“水的现象”）中“毛细管现象：毛细管现象的概念”部分的教学计划，并以该部分为例，进一步展示了DER课程的活动安排和教学设计。
2.4 工具
本研究旨在了解小学四年级学生科学课程中DER活动的有效性。学生在科学课程的期中和期末考试中的分数被用来评价他们的学习情况。科学课程中学生的期中和期末考试成绩被用来评价他们的学习成绩，LMS和TPS被用来评价学生的学习动机和解决问题的能力。因此，科学课程的期中和期末考试成绩被用来评估他们的学习成绩，LMS和TPS被用来评估学生的学习动机和解决问题的能力。此外，学生们被要求在实验后填写一份反馈表。以下是四个研究工具的描述。
2.4.1 科学学习表现
学生在科学课程中的成绩是总结性的，用来评估他们的学习成绩。期中考试和期末考试分别在实验教学期之前和之后进行。在实验教学项目实施之前，老师根据课程内容准备了试题，并安排了期中考试，以评估学生在科学课程第一单元的学习表现。项目完成后，期末考试成绩用于评估学生在科学课程第一单元和第二单元的学习成绩。
2.4.2 学习动机量表（LMS）
LMS由建立，是评估小学六年级至初中三年级学生学习动机的良好工具，用于相关研究和教育实践；它已被用于相关研究和教师使用。LMS由四个部分组成：价值、期望、影响和执行意志。完成整个35项量表大约需要20分钟。在本研究中，为了了解DER活动对参与学生学习动机的影响，使用LMS测量学生的学习动机。
2.4.3 问题解决测试（TPS）
由Chan和Wu（2007）开发的TPS评估四年级至七年级学生通过创造性思维和归纳推理解决日常生活场景问题的能力。TPS是用来测量小学生解决问题的能力的。在本研究中，为了研究学生的学习过程和解决问题的能力，我们使用TPS来测量学生解决问题的表现。
2.4.4 反馈表
本研究的研究人员设计了这种表格，以评估学生在基于DER的科学课堂上的学习体验。学生们通过回答表格上的开放式问题，分享了他们的经历和感受，并表达了他们对DER的看法，如下：关于基于DER的学习体验，
1）你对这次学习体验有何感受？；
2） 它是如何影响你学习科学的动机的？；
3） 它是如何影响你与同学的互动和关系的？
03
结果
本研究采用非等效比较组前测后测准实验设计，对评估得分进行ANCOVA。以评估的前测分数为协变量，后测分数为因变量，实验组和对照组作为固定因素。在给予单向ANCOVA之前，进行Levene检验以评估两组得分的方差同质性：发现等方差检验不显著（p>0.05），从而证实了检验参数的适当性。
3.1 定量分析
根据表3所示的描述性统计，实验组和对照组在科学学习成绩方面没有统计学上的显著差异（F（1，37）=1.00，p>0.05）。然而，实验组在学习动机方面的总分高于对照组。
ANCOVA结果表明，这些差异具有统计学意义，具有中等影响大小。此外，两组学习动机的“情感得分”有显著差异，而其他量表没有显著差异。
表5给出了两组学生在教学实验前后解决问题能力的数据。实验组的平均得分受到基于DER的教学的影响，实验组的测试后平均得分高于对照组。在控制了预测分数后，两组的表现在所有维度的解决问题能力方面都有显著差异，包括整体表现、确定原因、解决问题、预防问题、复杂性和有效性。
3.2 定性分析
根据反馈表上的回答，实验组的学生喜欢课程设计和将数字材料融入课程的教学活动。他们认为，通过DER活动，他们获得了大量的科学知识。关于学习动机，以前对科学不感兴趣的学生在参加DER活动后对学习科学产生了兴趣，并喜欢上了科学课。反馈表明，实验组的学生赞赏教师在设计基于DER的课程方面所做的努力，这使得科学课更受欢迎。
上述定性数据表明，学生对DER的认知是积极的。将DER融入传统课程可以提高学生在科学课上的学习成绩。上述所有定量和定性数据都证实，所提出的DER教学方法提高了四年级学生对科学学习的兴趣和动机。
04
发现
基于先前的研究，将DER融入小学四年级的科学教学中，以调查DER在提高学习成绩、学习动机和解决问题能力方面的有效性。实验组和对照组在科学学习成绩上没有显著差异。两组都接受了科学教学，但实验组的教学活动中引入了创新的DER教学方法，并将DER游戏内容与科学教科书中的内容联系起来。在这项研究中，使用科学测试来评估学生在基于DER的科学课程中的学习表现。在本研究中，虽然在学习成绩上没有发现明显的差异，但实验组的学生获得的学习经验超过了考试的内容。
关于DER教学对学生学习动机的影响，与对照组相比，实验组在后测中的总分显著较高。这一结果表明，融入DER的教学可以增强学生的学习动机，并在情感方面给予他们积极的认知。实验组的学习动机得分高于对照组，表明将DER融入科学教学可以有效地提高学生的整体学习动机。本研究证明，基于DER的教学可以作为一种有效的方法来积极影响学生的学习成绩。
实验组在解决问题能力方面的得分明显高于对照组。通过提供解决问题的活动，基于DER的科学教学与通过反复练习提高解决问题的灵活性和有效性以及提高学生确定原因、解决和预防问题的能力有关。上述讨论表明，基于DER的教学可以作为提高学生解决问题能力的有效工具。
与前几节所述的结果类似，学生对基于DER的教学有着总体的积极体验和积极反馈，他们积极参与了课程。在本研究应用的实验教学项目中，实验组的学生在每节课上都取得了持续的进步，他们在课堂上积极分享自己的想法和解决问题的方法，并在课后反馈自己的经验。
定性反馈证实了学生对基于DER的教学策略的积极看法，即其在增强学习动机、促进团队合作、培养思维习惯和提高解决问题能力方面的作用。
05
未来研究的局限性和方向
尽管这项研究证实了将DER融入科学教学的有效性，但它也有一些局限性。在此，对其局限性进行了讨论，并提出了建议，希望为未来的研究提供一些参考。首先，由于与DER相关的研究很少，课堂设计、DER灌输和入门指导的探索和建立需要大量的时间。其次，这项研究的样本量有限。第三，许多学生建议提高教育DER游戏的难度，使解谜更具挑战性，激发学生的学习动机。因此，未来的课程设计应根据学生的实际学习状况和水平通过率进行调整。第四，这个教学项目只持续了10周，学生的认知、情感和技能可能不会在这么短的时间内因学习经历而发生变化。因此，在未来的研究中应该考虑更长时间的实验教学。
06
总结
这项研究证实了四年级科学课引入DER教学策略的有效性，这是一个非常重要的发现。据作者所知，目前还没有任何研究考察在小学科学教育中使用创新的基于DER的教学方法，目前的研究填补了这一空白。此外，本研究采用严格的准实验方法，证明了所提出的教学策略可以有效地驱动学习动机和解决问题能力的差异效应。本研究开发了一种基于DER的教学方法，该方法在积极影响学习成绩方面是有效和实用的。作为创新教学的一个重要突破，本研究可以为教师的课程和教育活动设计提供参考，并鼓励教师在教学中应用和推广逃生室的概念。
查阅原文：Shih-Yuan Huang; Yi-Han Kuo; Hsueh-Chih Chen Thinking Skills and Creativity
DOI：10.1016/j.tsc.2020.100681
转自：“百研工坊”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
