張屹　陳珍　白清玉　李曉艷　朱映輝　陳蓓蕾　熊曳

摘要：隨著移動(dòng)設(shè)備的快速普及，科學(xué)教育者們對(duì)利用移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行教與學(xué)十分感興趣。元認(rèn)知對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控和調(diào)節(jié)通常表現(xiàn)為學(xué)習(xí)能力，信息技術(shù)支持的教學(xué)更應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力。該文融合信息化教學(xué)模型APT的教學(xué)理念，設(shè)計(jì)了基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)模式，并以小學(xué)科學(xué)課程“地球的運(yùn)動(dòng)”為例開展單元系列教學(xué)活動(dòng)，采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法探究其對(duì)小學(xué)生元認(rèn)知能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)：（1）基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)對(duì)學(xué)生的元認(rèn)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(xué)相比，基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)對(duì)學(xué)生成績有顯著的積極影響；（3）基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)不會(huì)增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，可適當(dāng)減輕學(xué)生的心理負(fù)荷。

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)模式；移動(dòng)終端；元認(rèn)知能力；小學(xué)生

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(lì)學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，培養(yǎng)學(xué)生信息化環(huán)境下的學(xué)習(xí)能力”的發(fā)展任務(wù)。這就要求在學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)解決問題的過程中，教師既要關(guān)注學(xué)生知識(shí)、技能的學(xué)習(xí)，更要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提高。依據(jù)布魯納的認(rèn)知一發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論，學(xué)習(xí)是一種主動(dòng)的認(rèn)知過程。元認(rèn)知對(duì)學(xué)習(xí)過程起著監(jiān)控和調(diào)節(jié)的作用，這種對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控和調(diào)節(jié)通常表現(xiàn)為學(xué)習(xí)能力。因此，信息技術(shù)支持的教學(xué)應(yīng)注重通過問題解決的學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。

科學(xué)教育的改革往往圍繞著科學(xué)學(xué)科課程的設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施開展。隨著移動(dòng)設(shè)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(dòng)學(xué)習(xí)，科學(xué)教育者們對(duì)利用移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行教與學(xué)似乎更加感興趣?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出“探究式學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式，在教師的指導(dǎo)和組織下，讓學(xué)生主動(dòng)參與、動(dòng)手動(dòng)腦、積極體驗(yàn)，經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，強(qiáng)調(diào)通過合作與探究，逐步培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)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”?；诖?，本研究以PBL教學(xué)法為主，探究學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)等多種教學(xué)方式為輔，充分利用移動(dòng)終端中多種軟件工具以及實(shí)驗(yàn)工具設(shè)計(jì)小學(xué)科學(xué)單元課程“地球的運(yùn)動(dòng)”學(xué)習(xí)活動(dòng)，并通過準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究方法探究基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成效的影響。

二、文獻(xiàn)綜述

（一）元認(rèn)知評(píng)測(cè)與應(yīng)用研究

元認(rèn)知（Metacognition）這一概念是美國著名兒童心理學(xué)家弗拉威爾（J.H.Flavell）于1976年出版的《認(rèn)知發(fā)展》中首次被提及。弗拉威爾認(rèn)為元認(rèn)知是一種調(diào)節(jié)認(rèn)知過程的認(rèn)知活動(dòng)，也是認(rèn)知主體對(duì)自身能力、活動(dòng)任務(wù)、個(gè)人目標(biāo)、認(rèn)知策略等方面的認(rèn)識(shí)，同時(shí)元認(rèn)知對(duì)自身的各項(xiàng)活動(dòng)起著計(jì)劃、監(jiān)控和調(diào)節(jié)的作用。A Brown和L.Baker提出元認(rèn)知是“個(gè)人對(duì)認(rèn)知領(lǐng)域的知識(shí)和控制”，即元認(rèn)知包含“有關(guān)認(rèn)知的知識(shí)”和“對(duì)認(rèn)知的調(diào)節(jié)”兩方面的內(nèi)容。Slife、Swanson等人通過對(duì)56名小學(xué)四、五年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明了問題解決中的元認(rèn)知具有獨(dú)立存在性。元認(rèn)知的實(shí)證研究必定涉及對(duì)元認(rèn)知能力水平的評(píng)定，其評(píng)定方式包括自我報(bào)告、對(duì)作業(yè)的評(píng)定和對(duì)個(gè)人行為表現(xiàn)的觀察等等。RayneA.Sperling是國外元認(rèn)知測(cè)量做的較為全面的學(xué)者之一，他針對(duì)大學(xué)生編制了一套元認(rèn)知測(cè)量問卷（MAI），并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂，編制了適用于測(cè)量中小學(xué)生元認(rèn)知能力的問卷（Jr.MAI），問卷信效度均良好。

元認(rèn)知作為在一定知識(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的動(dòng)態(tài)性技能，可以通過有意識(shí)的培養(yǎng)得到提升。國內(nèi)外學(xué)者在對(duì)元認(rèn)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(xué)者董奇的思維結(jié)構(gòu)，上述理論可以說是培養(yǎng)、訓(xùn)練元認(rèn)知的理論基礎(chǔ)?；谠J(rèn)知理論，國內(nèi)外越來越多的學(xué)者對(duì)元認(rèn)知的研究傾向于與具體的學(xué)科教學(xué)相結(jié)合。Polva結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)最早提出可以通過教學(xué)生學(xué)會(huì)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(jì)算機(jī)讓小學(xué)五、六年級(jí)學(xué)生解決計(jì)算機(jī)游戲——羅克的靴子（Rockys Roots）從而驗(yàn)證自我提問的訓(xùn)練方法可以提高學(xué)生的元認(rèn)知。Alison在小學(xué)五年級(jí)做了一項(xiàng)策略提問訓(xùn)練的研究，用實(shí)驗(yàn)證明了有指導(dǎo)的相互提問也有助于提高學(xué)生的元認(rèn)知能力。董奇于1991年開展了一項(xiàng)在兒童閱讀中培養(yǎng)元認(rèn)知的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)元認(rèn)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(rèn)知能力的測(cè)量，元認(rèn)知訓(xùn)練方法的理論和實(shí)踐研究更為深入全面。

（二）PBL（基于問題的學(xué)習(xí)）模式研究

在建構(gòu)主義的視野中，基于問題的學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning，簡稱PBL）是一種對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的顛覆。1969年，PBL由美國醫(yī)學(xué)界教授Barrows等人始創(chuàng)于加拿大的麥克馬斯特大學(xué)。他們將PBL定義為：基于問題的學(xué)習(xí)既是一門課程也是一種學(xué)習(xí)方式。作為一門課程，它是由精心選擇、設(shè)計(jì)的問題構(gòu)成，為解決這些問題要求學(xué)習(xí)者具備自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、問題解決等技能技巧；若是作為一種學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)者要求學(xué)會(huì)使用系統(tǒng)全面的方法解決實(shí)際問題。PBL教學(xué)模式包含以下五個(gè)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(shí)、學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)小組、問題解決的一般過程和學(xué)生自主協(xié)作學(xué)習(xí)的精神。在PBL的教學(xué)過程中，問題是出發(fā)點(diǎn)，問題的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是真實(shí)的、劣構(gòu)的和開放的；教師作為學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，應(yīng)起到學(xué)生思維過程的支架和教練作用。

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

（三）基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)對(duì)小學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響研究

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)在教學(xué)中的廣泛和深入應(yīng)用，技術(shù)支持的PBL教學(xué)正在成為研究的熱點(diǎn)。移動(dòng)設(shè)備的快速普及和在教育教學(xué)中的應(yīng)用極大地改變了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式。諸如筆記本電腦、平板電腦和手機(jī)等已經(jīng)作為必不可少的移動(dòng)學(xué)習(xí)工具，不管室內(nèi)學(xué)習(xí)還是戶外學(xué)習(xí)，移動(dòng)學(xué)習(xí)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(dòng)軟件的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality）技術(shù)在計(jì)算機(jī)科學(xué)課上幫助學(xué)生提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)。相比傳統(tǒng)課堂環(huán)境下的PBL，移動(dòng)終端支持的PBL教學(xué)在無線網(wǎng)絡(luò)的支持下，具有學(xué)習(xí)不受時(shí)空的限制性、交互性、及時(shí)性、學(xué)習(xí)資源的豐富性等優(yōu)勢(shì)。近年來，越來越多的學(xué)校將移動(dòng)設(shè)備（平板電腦、筆記本電腦、智能手機(jī)等）支持的PBL教學(xué)模式應(yīng)用于課堂，因?yàn)槠淇梢允沟脤W(xué)習(xí)活動(dòng)在校園任何能連接上Wifi的地方開展。Woltering研究團(tuán)隊(duì)在德國某所大學(xué)的“模型醫(yī)學(xué)課程”上對(duì)185名三年級(jí)的大學(xué)生開展了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，混合式PBL相對(duì)于傳統(tǒng)課堂環(huán)境下的PBL更有助于增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)興趣。Chang等人基于PBL教學(xué)模式設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，以幫助學(xué)生進(jìn)行“戶外紅樹林濕地生態(tài)勘探”學(xué)習(xí)任務(wù)的探索，研究發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于PBL教學(xué)模式和移動(dòng)學(xué)習(xí)均有積極的態(tài)度。Dochy通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究學(xué)生在PBL學(xué)習(xí)環(huán)境中的實(shí)際表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生更樂意參與小組討論，主動(dòng)解決問題，一個(gè)活躍的學(xué)習(xí)環(huán)境更容易激發(fā)學(xué)生更深層次的學(xué)習(xí)。此外，也有不少學(xué)者表示擔(dān)憂，Ang等人指出移動(dòng)設(shè)備支持的PBL對(duì)課程設(shè)計(jì)者、教師甚至學(xué)生來說也許會(huì)帶來新的挑戰(zhàn)。

通過對(duì)國內(nèi)外文獻(xiàn)的調(diào)研，筆者發(fā)現(xiàn)國外越來越重視將PBL應(yīng)用于中小學(xué)課堂，這些研究主要集中在學(xué)生成績、學(xué)生態(tài)度、元認(rèn)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(shí)證性的分析和驗(yàn)證，尤其是移動(dòng)技術(shù)支持的PBL教學(xué)對(duì)學(xué)生高階思維能力的影響研究鮮少涉及。本研究將設(shè)計(jì)移動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境下的PBL教學(xué)模式，并將此模式應(yīng)用于小學(xué)課堂中，探究基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)對(duì)小學(xué)生元認(rèn)知能力和成績的影響。

三、基于APT的PBL教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)施

本研究選取小學(xué)五年級(jí)科學(xué)課程第四單元“地球的運(yùn)動(dòng)”為例進(jìn)行教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)施，教學(xué)環(huán)境選在基于IPad的智慧教室環(huán)境中進(jìn)行，且采用的是與傳統(tǒng)講授教學(xué)截然不同的PBL教學(xué)模式。因此，在PBL教學(xué)設(shè)計(jì)之初必須對(duì)學(xué)習(xí)者和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行全面的了解，科學(xué)探究iPad環(huán)境下基于PBL教學(xué)模式的課堂教學(xué)效果。

（一）需求分析

1.學(xué)習(xí)者分析

五年級(jí)的學(xué)生對(duì)新鮮的事物和日常問題的求知欲較強(qiáng)，他們正處于小學(xué)高年級(jí)階段，對(duì)地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)具有一定的感性認(rèn)識(shí)，但理性認(rèn)識(shí)較為缺乏；具備一定的動(dòng)手能力，能夠進(jìn)行簡單的實(shí)驗(yàn)操作；已多次在智慧教室中學(xué)習(xí)，對(duì)IPad的操作較為熟悉，能簡單進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息的搜索和篩選，會(huì)使用Keynote制作PPT文件；學(xué)生之間相互比較熟知，具有小組合作的經(jīng)驗(yàn)和能力。

2.教學(xué)內(nèi)容分析

地球的運(yùn)動(dòng)是小學(xué)五年級(jí)科學(xué)課程里的知識(shí)內(nèi)容，屬于單元系列課，計(jì)劃學(xué)時(shí)總共為六個(gè)課時(shí)。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(dǎo)學(xué)生對(duì)太陽和月球等天體進(jìn)行實(shí)地觀察和觀測(cè)，使學(xué)生對(duì)一天當(dāng)中太陽在天空中位置變化的規(guī)律產(chǎn)生初步的認(rèn)識(shí)，并指導(dǎo)學(xué)生通過模擬實(shí)驗(yàn)和建構(gòu)模型等方法了解地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(xué)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.基于APT模型的教學(xué)設(shè)計(jì)

筆者所在課題組查閱分析大量信息化教學(xué)模型相關(guān)文獻(xiàn)，構(gòu)建了新型的APT（分別為Assessment、Pedagogy、Technology的縮寫）教學(xué)模型，該模型旨在轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)者傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，充分體現(xiàn)他們?cè)谡n堂中的主體地位，著力將學(xué)習(xí)者培養(yǎng)成為合格優(yōu)秀的21世紀(jì)學(xué)習(xí)者。APT教學(xué)模型指導(dǎo)教師于教學(xué)開展前全面分析學(xué)習(xí)者特征和教學(xué)內(nèi)容特征，將評(píng)價(jià)手段A、教學(xué)法P與技術(shù)工具T等要素深度融合于課堂教學(xué)中。經(jīng)過多輪對(duì)APT教學(xué)模型的有效性驗(yàn)證，研究發(fā)現(xiàn)基于該模型的課堂教學(xué)能有效提高小學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、學(xué)習(xí)興趣和課堂參與度。

在信息化環(huán)境下APT教學(xué)模型的指導(dǎo)下，本研究為“地球的運(yùn)動(dòng)”單元課程設(shè)計(jì)的基于APT的PBL教學(xué)模式如下頁圖1所示。

由下頁圖1可知，本次教學(xué)在智慧教室中開展，學(xué)生使用iPad通過小組合作完成基于問題的探究學(xué)習(xí)，采用同伴互評(píng)的方式對(duì)研究成果進(jìn)行評(píng)價(jià)?！暗厍虻倪\(yùn)動(dòng)”單元課程一共分為活動(dòng)準(zhǔn)備階段、活動(dòng)探究階段、評(píng)價(jià)總結(jié)階段三個(gè)階段。

2.教學(xué)過程實(shí)施

（1）活動(dòng)準(zhǔn)備：教師對(duì)學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行特征分析，通過問卷調(diào)研了解學(xué)生已有的知識(shí)水平，再根據(jù)調(diào)研結(jié)果調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備所需的教學(xué)材料和實(shí)驗(yàn)工具。教師通過異質(zhì)分組，指導(dǎo)學(xué)生選定小組長并開展自主預(yù)習(xí)。

（2）活動(dòng)探究：該階段共由四項(xiàng)活動(dòng)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(dòng)探究階段，教師逐漸“隱退”課堂，化身知識(shí)建構(gòu)的促進(jìn)者，僅在關(guān)鍵時(shí)刻對(duì)學(xué)生的探究活動(dòng)進(jìn)行點(diǎn)撥、指導(dǎo)，體現(xiàn)“課堂是靈魂，學(xué)生是主體，教師是關(guān)鍵”的教學(xué)理念。

活動(dòng)一：研究問題的選定。本活動(dòng)使用一個(gè)課時(shí)進(jìn)行。首先，小組成員討論出關(guān)于“地球的運(yùn)動(dòng)”這一主題多個(gè)感興趣的問題。接著，學(xué)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(xué)交流討論。最后，小組進(jìn)一步完善研究問題，選定一至兩個(gè)研究問題進(jìn)行探究。

活動(dòng)二：研究方案的制定。本活動(dòng)使用一個(gè)課時(shí)進(jìn)行。學(xué)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(xì)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(jìn)行點(diǎn)評(píng)，小組進(jìn)一步改進(jìn)研究方案。最后，教師展示研究成果制作要求及評(píng)價(jià)內(nèi)容，讓學(xué)生課后思考小組探究成果應(yīng)如何制作，為下節(jié)課奠定基礎(chǔ)。

活動(dòng)三：研究成果的制作。本活動(dòng)使用兩個(gè)課時(shí)進(jìn)行。教師向?qū)W生展示詳細(xì)任務(wù)要求，發(fā)布研究成果制作的評(píng)價(jià)量規(guī)。之后，小組使用地球儀、手電筒、乒乓球等實(shí)驗(yàn)工具分工合作開展模擬實(shí)驗(yàn)，借助相機(jī)或iMovie拍攝記錄模擬實(shí)驗(yàn)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(dòng)四：研究成果的展示。本活動(dòng)使用兩個(gè)課時(shí)進(jìn)行。教師向各小組發(fā)放研究成果小組互評(píng)表，組織小組按照順序進(jìn)行探究成果的展示和同伴互評(píng)。在此過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)提出疑問，匯報(bào)小組針對(duì)大家的疑問之處著重進(jìn)行講解。

（3）評(píng)價(jià)總結(jié)

教師對(duì)所有小組的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)和反饋，補(bǔ)充講解學(xué)生遺漏的知識(shí)點(diǎn)。最后，教師匯總各小組的評(píng)分，評(píng)選出三至四個(gè)優(yōu)秀小組給予表揚(yáng)。課程結(jié)束之后，學(xué)生撰寫心得體會(huì)，教師總結(jié)在此次教學(xué)中存在的問題，為今后的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

四、基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)模式應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究

（一）研究目的

本研究的目的是引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作使用移動(dòng)設(shè)備對(duì)研究問題進(jìn)行自主探究，并初步驗(yàn)證基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)和傳統(tǒng)的教師講授教學(xué)對(duì)小學(xué)生元認(rèn)知能力的影響差異。

（二）研究對(duì)象

本研究的研究對(duì)象為華中科技大學(xué)附屬小學(xué)五年級(jí)兩個(gè)平行班級(jí)的103名學(xué)生，由該學(xué)校一位教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的科學(xué)教師分別對(duì)這兩個(gè)班的學(xué)生進(jìn)行“地球的運(yùn)動(dòng)”教學(xué)。本次教學(xué)教師經(jīng)過多次培訓(xùn)已具備了一定的信息技術(shù)應(yīng)用能力，基本掌握了本單元課程所需的技術(shù)。研究對(duì)象相關(guān)信息如表1所示。

（三）研究過程

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的在于探究兩種教學(xué)模式的應(yīng)用效果，評(píng)估學(xué)生的元認(rèn)知能力和成績，研究變量為教學(xué)法的不同。由于本次研究選取的兩個(gè)自然班為平行班，我們隨機(jī)指定一個(gè)班級(jí)作為實(shí)驗(yàn)組，采用基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)法對(duì)其實(shí)施教學(xué)；另一個(gè)班則作為控制組，采用傳統(tǒng)講授法對(duì)其實(shí)施教學(xué)，具體實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)驗(yàn)組和控制組進(jìn)行異質(zhì)分組。分組之后，對(duì)學(xué)生進(jìn)行前測(cè)，主要測(cè)量學(xué)生的元認(rèn)知能力和學(xué)習(xí)成績，接著進(jìn)行為期6課時(shí)的教學(xué)干預(yù)，再對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)后測(cè)，測(cè)量的是學(xué)生的元認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)成績以及認(rèn)知負(fù)荷。

（四）測(cè)量工具

在“地球的運(yùn)動(dòng)”單元課程教學(xué)開始之前和結(jié)束之后，教師分別組織學(xué)生進(jìn)行教學(xué)前測(cè)和后測(cè)，測(cè)試內(nèi)容均為元認(rèn)知能力調(diào)查問卷和單元測(cè)試題。

1、測(cè)試題

前測(cè)測(cè)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(cè)測(cè)試題（共100分），包括3道單選題，2道判斷題，5道簡答題。測(cè)試題由授課教師與專家組根據(jù)“地球的運(yùn)動(dòng)”單元的教學(xué)目標(biāo)共同研討得出，前后測(cè)測(cè)試題的難度系數(shù)相當(dāng)，效度良好。

2.調(diào)查問卷

前測(cè)：本研究最終選定Rayne A.Sperling等人依據(jù)Brown提出的元認(rèn)知能力測(cè)量維度在原始問卷（MAI）的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂編制而成的問卷（Jr.MA），即小學(xué)生元認(rèn)知能力調(diào)查問卷。該問卷的測(cè)量對(duì)象為小學(xué)三至五年級(jí)的學(xué)生，用于對(duì)小學(xué)生元認(rèn)知能力進(jìn)行量化評(píng)定。問卷共12題，包括兩個(gè)維度：認(rèn)知知識(shí)和認(rèn)知調(diào)節(jié)，每個(gè)維度共6題，每個(gè)維度下面又分有多個(gè)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(jí)量表記分：“從不”“很少”“有時(shí)”“經(jīng)常”和“總是”分別計(jì)做1分、2分、3分、4分、5分，問題全為正向計(jì)分，滿分為60分。因而，得分越高表示該學(xué)生的元認(rèn)知能力越強(qiáng)。

后測(cè)：后測(cè)問卷小學(xué)生元認(rèn)知能力、認(rèn)知負(fù)荷調(diào)查問卷在前測(cè)問卷的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的測(cè)量。本研究采用由Passl461根據(jù)Swellef認(rèn)知負(fù)荷理論編制的認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量量表，包含心理努力與心理負(fù)荷兩個(gè)維度，從三個(gè)問題中除去了一個(gè)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(jí)？”和“你認(rèn)為本單元課程的學(xué)習(xí)難度屬于第幾級(jí)？”，這兩個(gè)問題均采用9級(jí)量表的形式，讓學(xué)生以自評(píng)的方式勾選等級(jí)。筆者所在研究團(tuán)隊(duì)已多次采用該問卷測(cè)量學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，研究表明其信度較好。

預(yù)測(cè)：為了檢驗(yàn)小學(xué)生元認(rèn)知能力調(diào)查問卷的信度，筆者隨機(jī)選取了華中科技大學(xué)附屬小學(xué)三年級(jí)52名同學(xué)對(duì)其元認(rèn)知能力進(jìn)行預(yù)測(cè)，共回收有效問卷46份，回收率為88.46%。采用SPSS 22.0進(jìn)行處理與分析，測(cè)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(duì)問卷的兩個(gè)維度分別進(jìn)行測(cè)量，“認(rèn)知知識(shí)”維度的克隆巴赫系數(shù)值為0.821，“認(rèn)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(duì)學(xué)習(xí)者元認(rèn)知能力的測(cè)量。

施測(cè)：實(shí)驗(yàn)教學(xué)前后由任課教師在兩個(gè)班分別發(fā)放小學(xué)生元認(rèn)知能力調(diào)查問卷和小學(xué)生元認(rèn)知能力、認(rèn)知負(fù)荷調(diào)查問卷，當(dāng)場(chǎng)收回。

（五）研究假設(shè)

1.在基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)環(huán)境下學(xué)生的元認(rèn)知能力高于傳統(tǒng)講授課堂中學(xué)生的元認(rèn)知能力；

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

3.在基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)環(huán)境下學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷低于傳統(tǒng)講授課堂中學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。

五、基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)模式應(yīng)用效果分析

（一）教學(xué)后測(cè)，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的元認(rèn)知能力略高于控制組學(xué)生的元認(rèn)知能力，但不存在顯著性差異

對(duì)兩個(gè)班學(xué)生的元認(rèn)知能力進(jìn)行前后測(cè)，實(shí)驗(yàn)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(duì)兩個(gè)組學(xué)生的前后測(cè)元認(rèn)知能力進(jìn)行兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，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(xué)前后兩個(gè)班級(jí)學(xué)生的元認(rèn)知能力不存在顯著性差異。對(duì)各個(gè)維度以及子維度進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)均不存在顯著性差異。調(diào)查結(jié)果顯示，教學(xué)后兩個(gè)組學(xué)生的元認(rèn)知能力均有提高，且實(shí)驗(yàn)組學(xué)生后測(cè)的元認(rèn)知能力略高于控制組，可以認(rèn)為基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)對(duì)學(xué)生認(rèn)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(xué)實(shí)施的時(shí)間較短，只有6課時(shí)時(shí)長，而元認(rèn)知正如人的智力一樣，是一個(gè)不斷提升的過程，需要在教學(xué)中有意識(shí)的培養(yǎng)，所以短時(shí)間內(nèi)的效果可能不顯著。

（二）實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的成績高于控制組學(xué)生的成績

教師對(duì)兩個(gè)組學(xué)生的成績進(jìn)行教學(xué)前后測(cè)，回收測(cè)試卷后，對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前后的測(cè)試成績進(jìn)行兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，具體結(jié)果如表4所示。研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)組與控制組學(xué)生前測(cè)成績不存在顯著性差異，但后測(cè)成績存在顯著性差異，且實(shí)驗(yàn)組學(xué)生成績的平均值高于控制組學(xué)生成績的平均值。由此可知，經(jīng)過不同教學(xué)法的教學(xué)之后，實(shí)驗(yàn)組和控制組學(xué)生的成績均有大幅提高，且實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的成績提高幅度更大，明顯優(yōu)于控制組學(xué)生的成績。

（三）實(shí)驗(yàn)組和控制組學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷不存在顯著差異，但實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的心理負(fù)荷要顯著低于控制組

在單元課程結(jié)束之后，本研究對(duì)兩個(gè)班級(jí)學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行調(diào)研，采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，具體分析結(jié)果如表5所示。由表5可知，實(shí)驗(yàn)組和控制組的心理努力不存在顯著差異（p>0.05）；而兩個(gè)班級(jí)的心理負(fù)荷存在顯著差異（p<0.05）?？傮w而言，移動(dòng)終端支持的PBL課堂教學(xué)并不會(huì)增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，且在心理負(fù)荷上實(shí)驗(yàn)組的認(rèn)知努力要顯著低于控制組，可見基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)可以適當(dāng)減輕學(xué)生的心理負(fù)荷，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。

（四）學(xué)生作品分析

實(shí)驗(yàn)組在整個(gè)教學(xué)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(xué)生小組產(chǎn)出了較為豐富的研究成果，對(duì)提出的研究問題能進(jìn)行科學(xué)合理的解釋，本研究著重從學(xué)生的研究方案及研究成果進(jìn)行具體分析。

1.各小組均能較好地設(shè)計(jì)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(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)各個(gè)小組進(jìn)行評(píng)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(duì)所選研究問題的理解與推測(cè)、研究方案設(shè)計(jì)以及研究成果預(yù)期的填寫。

通過分析學(xué)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(diǎn)評(píng)指導(dǎo)，學(xué)生小組從最開始口頭提出與地球運(yùn)動(dòng)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(xué)生小組的選題共有9個(gè)，本單元的知識(shí)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。對(duì)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(rèn)為研究的問題很有價(jià)值，能解除由地球運(yùn)動(dòng)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(xué)生制定研究方案時(shí)，應(yīng)提供適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)支架，引導(dǎo)學(xué)生一步步撰寫小組研究方案。

2.各小組積極開展模擬實(shí)驗(yàn)，制作并匯報(bào)研究成果

通過觀察教學(xué)視頻以及分析學(xué)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(shí)驗(yàn)?zāi)M的過程中，有的學(xué)生負(fù)責(zé)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(jī)功能拍攝記錄實(shí)驗(yàn)?zāi)M的過程，充分利用教師提供的實(shí)驗(yàn)工具驗(yàn)證自己的假說，并提出多種有根據(jù)的可能解釋，對(duì)這些解釋進(jìn)行初步分析。針對(duì)模擬試驗(yàn)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(xué)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(xué)生作品中大多包含了研究的問題、假說、實(shí)驗(yàn)?zāi)M時(shí)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(shí)間內(nèi)能簡明扼要、重點(diǎn)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(shí)驗(yàn)組和控制組的學(xué)生對(duì)在智慧教室中學(xué)習(xí)“地球的運(yùn)動(dòng)”單元課程和基于問題的學(xué)習(xí)方式的態(tài)度以及學(xué)習(xí)后的收獲和感想，在課程開展前后筆者對(duì)學(xué)生做了訪談?wù){(diào)研，訪談結(jié)果如下。

1.被訪者對(duì)在智慧教室中學(xué)習(xí)“地球的運(yùn)動(dòng)”單元課程和基于問題的學(xué)習(xí)方式十分感興趣。在課程開展之前，筆者調(diào)查了兩個(gè)班學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。學(xué)生表示這樣的學(xué)習(xí)方式能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，在學(xué)習(xí)和掌握關(guān)于地球運(yùn)動(dòng)知識(shí)的同時(shí)，還能增強(qiáng)同學(xué)之間的互動(dòng)，提高他們自主探究以及評(píng)價(jià)的能力。但部分學(xué)生擔(dān)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(xué)認(rèn)為這樣需要花費(fèi)較長的時(shí)間，還有同學(xué)擔(dān)心有人會(huì)“不務(wù)正業(yè)”，利用iPad做一些與學(xué)習(xí)無關(guān)的事情，建議教師加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的監(jiān)督。

2.實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生達(dá)成自身預(yù)期目標(biāo)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(shí)驗(yàn)組有84.6%的學(xué)生達(dá)到了自己預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)，10.3%的學(xué)生認(rèn)為自己只達(dá)到了部分預(yù)期目標(biāo)，5.1%的學(xué)生沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)?？刂平M有63.45%的學(xué)生達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，26.8%的學(xué)生達(dá)到了部分預(yù)期目標(biāo)，9.8%的學(xué)生沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)?？梢?，實(shí)驗(yàn)組大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)效果較理想，能從中學(xué)習(xí)到相關(guān)的知識(shí)并且很享受此種學(xué)習(xí)過程；小部分的學(xué)生可能因?yàn)樽钥啬芰Σ?，上課分心從而導(dǎo)致未能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

六、總結(jié)與討論

近年來，筆者所在項(xiàng)目組將APT教學(xué)模型應(yīng)用于華中科技大學(xué)附屬小學(xué)等多所實(shí)驗(yàn)小學(xué)智慧教室中的教學(xué)并開展教學(xué)研究，目前已積累了數(shù)十個(gè)優(yōu)秀的教學(xué)案例。所做的教學(xué)研究大部分集中于驗(yàn)證APT教學(xué)模型的有效性以及探究其對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，學(xué)習(xí)興趣、認(rèn)知負(fù)荷等情感層面的影響，正如目前大多數(shù)有關(guān)移動(dòng)學(xué)習(xí)的研究普遍關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)成績的提高。本研究在此基礎(chǔ)上，結(jié)合小學(xué)科學(xué)課程的特點(diǎn)及課程標(biāo)準(zhǔn)，嘗試探究基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)對(duì)學(xué)生的高階思維能力——元認(rèn)知能力的影響。研究發(fā)現(xiàn)：

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

（2）基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)對(duì)學(xué)生成績有顯著的積極影響。教學(xué)前兩組學(xué)生的成績不存在顯著性差異，教學(xué)后兩組學(xué)生的成績均有提升，且實(shí)驗(yàn)組的后測(cè)成績顯著高于控制組。可見，基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)與傳統(tǒng)的講授相比，對(duì)學(xué)生的成績有顯著性的積極影響。

（3）基于移動(dòng)終端的PBL教學(xué)可適當(dāng)減輕學(xué)生的心理負(fù)荷。通過教學(xué)后對(duì)學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的測(cè)量，研究發(fā)現(xiàn)基于移動(dòng)終端的PBL課堂教學(xué)并不會(huì)增加學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，可適當(dāng)減輕學(xué)生的心理負(fù)荷，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。

（4）在基于移動(dòng)終端的PBL課堂中，學(xué)生小組產(chǎn)出了較為豐富的研究成果，對(duì)提出的研究問題能科學(xué)合理的解釋，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)。各小組成員均能團(tuán)結(jié)協(xié)作完成研究問題的選定、研究方案的制定、實(shí)驗(yàn)?zāi)M以及研究成果的制作等多項(xiàng)探究活動(dòng)。多數(shù)小組的作品制作精美，簡潔明了，能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)能簡明扼要、重點(diǎn)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(xué)法應(yīng)用于教學(xué)實(shí)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(gè)單元的科學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)研究，而元認(rèn)知的培養(yǎng)應(yīng)該是一個(gè)長期的過程；二是小科學(xué)課程“地球的運(yùn)動(dòng)”與其他學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)存在較大的差異，此種教學(xué)模式推廣到其他學(xué)科領(lǐng)域并不一定適用。在今后的研究中，盡量改進(jìn)以上不足，設(shè)計(jì)更為科學(xué)有效的研究。希望本研究的研究思路及教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)教學(xué)研究者和教師能夠提供借鑒和指導(dǎo)。

收稿日期：2017年2月26日

責(zé)任編輯：宋靈青