基于平板电脑的1对1数字化学习环境应用效果调研*

□李葆萍



基于平板电脑的1对1数字化学习环境应用效果调研*

□李葆萍

摘要：《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》颁布以来，教育机构努力探索利用信息技术推动学校教育变革和课堂教学模式创新的方法和途径，其中以使用平板电脑为终端构建1对1数字化课堂，开展创新教学渐成趋势。然而尽管学界近两年进行了诸多探索，但平板电脑的教学实践和推广过程依然存在阻力和困惑。为进一步揭示平板电脑的教育价值及应用情境，在英特尔®未来教育项目支持下，研究者结合自主学习特征和平板电脑特性，设计了1对1环境下的学生自主学习活动设计框架，并在4所学校开展实验。研究发现，平板电脑构建的1对1数字化学习环境将信息技术应用从以往的教师端转移到学生端，为学生提供了开放的学习环境、海量的学习资源和有效的认知工具支持，提升了学习的参与度和反馈效率，增强了学生的正面学习体验，促进了课堂学习任务、学习活动、学习支持以及学习诊断方式的转型。但其价值的发挥需要完善的学习生态系统的支持，而这取决于学校的教育管理制度、教师激励制度、1对1软硬件平台与工具的完善与更新、设备的管理与控制、家校双方持续的沟通与交流等多种因素的制约与影响。

关键词：平板电脑；自主学习；教学案例；1对1数字化学习环境；教师专业发展

一、研究背景

2012年我国发布的《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中提出在基础教育领域要推进信息技术与教学融合的进程，提高教师信息化教学水平，培养学生信息化环境下的自主学习能力等目标。在上述目标的引领下，各中小学努力探索利用信息技术推动学校教育变革和课堂教学模式创新的方法与途径，其中以使用平板电脑为终端构建1 对1数字化课堂，开展创新教学渐成趋势。

平板电脑作为1对1学习终端，不仅从技术装备上提高了学习环境的丰富性，更重要的是提供了学习方式的丰富性（顾小清等，2014）。以平板电脑为中介重构课堂内外学习活动，创建有利于学生自主学习的教学模式，成为平板电脑进入教学环境以来最受关注的问题。所谓自主学习是与传统的接受学习相对应的学习方式，它强调学生作为学习的主体，通过独立的分析、探索、实践、质疑、创造等方法来达成学习目标，完成学习任务。学生需要对学习目标、过程及效果等诸方面完成自我设计、自我管理、自我调节、自我检测、自我评价和自我转化等富有主体性的学习活动。

表1梳理了近两年来与平板电脑教学模式和学习活动相关文献，发现利用平板电脑开展探究性、协作性学习活动是当前最为广泛认可的教学模式。研究者主要通过各种自主学习活动的实施来完成学生信息获取与加工、交流与协作、信息评价能力的培养，进而促进学生批判性思维和问题解决等高级能力的发展。

而平板电脑应用之前的信息化课堂，各类信息化设施和资源基本上都装备在教师端，为教师的教学提供服务。学生所能利用的学习资源多局限于课本或者教师的电子讲稿，难以随时获取学习资源或者认知工具的支持，不利于学生个性化和自主学习活动开展。平板电脑介入教室环境中，通过和教室原有教育信息装备的协同作用，真正营造出了一个智能化1对1的学习环境，使得教室里的学生都能够借助屏幕和终端独立地获取教学资源，展示教学信息和创作学习作品。智能化的学习终端赋予学生前所未有的知识选择性和系统开放性，从而推动了以学生为中心教学模式的落实。加之平板电脑与笔记本相比在技术上的优越性和独特性，提高了学生的学习兴趣，增强了技术操作体验，有利于创设学生自主学习活动的生态环境（李葆萍，2013）。

表1　平板电脑教学模式和学习活动相关研究

尽管上述先导性的研究成果和结论与规划所提出的“信息化环境下的学生自主学习能力”培养目标相一致，然而平板电脑教学实践和推广过程中依然存在阻力和困惑。比如，在一些城市和学校，课堂中是否应当使用平板电脑依然存在较大的社会争议（黄艳，2014；邵伟，2014）。某些已经使用平板电脑开展教学的学校主管校长认为，教师利用平板电脑的方式还比较传统，对实质性变革教学的途径和方法还存在较大的疑惑。还有部分学校仅仅使用平板电脑做示范课，没有将其纳入常态化的教学应用中。

国外相关研究也展示出类似的问题。由于已经在日常生活中非常熟练的掌握移动设备的使用，学生们愿意使用平板电脑开展学习活动，但是很多学校对于是否使用平板电脑支持教学持非常犹豫的态度（Liaw et al.，2010）。因为缺少必要的技术支持和教学技能培训，而且对于学生习惯利用移动设备进行信息获取和社会交往的现实关注不够，教师们缺乏主动将平板电脑和教学进行整合的意识和方法（Messinger，2011）。然而，Maninger和Holden（2009）的研究显示，当教师感受到1对1技术支持下的教学活动能够激发学生的学习主动性和创造性后，他们会转变成为1对1教学的拥护者。

因此，充分利用当前已配备的平板电脑环境，走进课堂，研究和揭示1对1数字化学习中师生使用平板电脑开展教学的用户体验、使用方式以及应用过程中存在的问题与挑战，有助于发现和揭示平板电脑的教育价值及应用情境，改进与改变平板电脑课堂的教学方式，增进公众对平板电脑教育应用的理解。

二、研究过程

2014年英特尔®中国为广州（1所）和成都（3所）教学质量高、教学理念先进的学校捐赠了平板电脑教室，搭建了基于安卓和Windows系统下的1 对1学习平台，并通过英特尔®教师专业发展项目为试点学校的实验老师进行了如“数字化时代‘基于项目的学习’”和“21世纪课堂评价”等课程的培训。

图1　基于平板电脑的1对1自主学习活动设计框架

研究组结合自主学习特征和平板电脑特性，设计了1对1环境下的学生自主学习活动设计框架，如图1所示。首先通过情境化问题导入，引发学生的学习兴趣，继而围绕问题情境进行信息收集和处理，开展一系列的自主探究活动；接下来通过小组或全班范围内的讨论与交流，对已有结论或作品等进行反思调整，解决问题或进一步迁移到新情境下完成作品创作等。教师可基于实际问题解决过程来组织1对1教学，利用平板电脑安装的平台和工具作为脚手架，支持学生开展独立学习或小组学习，增强学生对学习过程的主动参与，引导学生对信息的深度加工和积极思考，鼓励学生利用平板电脑进行作品创作，实现知识的增量化学习。

由于知识建构是一个层次递进、不断深化的过程，往往需要经历多次迭代，因此该框架呈现出循环结构，可以从任一环节切入学习活动。以“问题导入”为起点是教师习惯采用的方式。教师既可以直接提出问题引发学生自主学习，也可以在学生探究过程中利用学生的生成性问题或者问题解决方案引导学生反思，做更深层次的探究活动。

2014年4-9月，北京师范大学研究团队先后三次走访实验校，基于图1的自主学习活动设计框架与实验教师共同备课，并指导教师完成20课时课堂授课及课后评课改进。在课堂中，研究者对平板电脑内置工具、教学平台对学生学习的支持方式等进行了实地观察和记录，用以评价平板电脑的教学应用价值。项目实施后还对所有参与项目的教育部门管理者、校长、学科教师、信息技术教师、学生开展了访谈，调研了教师和学生对平板电脑构建的教学环境、教学应用、教学活动、教学体验的实际感受。研究者希望通过收集到4校平板电脑教学应用各类一手资料，探索平板电脑环境下学生自主学习的模式可行性，评估平板电脑教育应用的价值和挑战。访谈主要信息如表2所示。

表2　访谈提纲基本信息

三、研究发现

1.平板电脑教学的用户使用评价

通过对访谈内容的整理，整合不同角色对平板电脑教学使用效果的总体评估，如表3所示。本次研究发现，教育管理者、教师和学生体验到了平板电脑不同于传统电脑的教学应用方式，平板电脑在变革学生学习环境，提升师生信息化教学能力，推动教育系统信息化管理和教学创新等方面获得了正面的评价。但是在整体教育信息化理念转变，教学与技术的深度融合，平板电脑设备使用的效率、效益，以及学生对数字化学习的自控力和数字化学习技能等方面存在问题和挑战。

表3　平板电脑教学应用效果评估

2.平板电脑课堂的学习支持

表4归纳了课堂中平板电脑安装的学习工具在学生学习活动中的使用情境及学生的使用体验。可以看到，平板电脑上的各类认知工具和学科工具为学生独立学习和小组学习活动提供了多方位的支持，特别是在促进学生思维可视化方面起到了独特作用。

表4　平板电脑对学生学习的工具支持

3.平板电脑课堂的教学策略

图2展示了各学科教师在1对1自主学习活动设计框架下采用的主要教学策略，包括：使用真实性问题引导学生主动获取知识；利用平板电脑工具搭建多种类型的脚手架，支持意义建构的学习和课堂管理；鼓励学生多类型的思想表达与创作，推动知识的迁移应用等。

图2　平板电脑课堂主要教学策略

（1）以真实问题情境引发学生主动获取知识

平板电脑创设了开放的学习环境，学生可以随时访问课堂外海量的学习资源，通过必要的学习工具来检索和筛选出自己认为有意义的学习信息，拓展了学生的学习内容，为学生批判性思维的培养提供前提条件。

课堂观察发现，所有教师都能选择真实性的问题情境作为学生自主学习活动的起点；而围绕着问题解决，学生们纷纷利用网络来获取信息资源，大幅度地扩展了课堂学习内容，并借助教师提供的必要脚手架支持完成自主学习。如C校N老师在语文课《有趣的地名》一课中，教师课前提出“什么样的地名是有趣的，找出同学们认为有趣的地名”这样的课前准备问题。学生通过平板电脑利用互联网检索和查阅一些地方的基本情况、名称来历等相关资料。该案例老师的课前问题巧妙地引导了学生的课前预习活动，锻炼了学生的信息搜集和整理能力，同时又将学生们搜集到的地名信息做为后续学习活动的素材，贯穿了整个学习过程。

上述案例表明，在开放的学习环境下，教师自觉地减少课堂知识讲授的时间，结合教学内容和目标明确地提出情境化的学习任务并给予必要的学习指导，学生完全有能力主动获取学习资源，使用认知工具整理和理解学习信息，解决实际问题。

（2）搭建多种脚手架，促进知识的深度理解和有效课堂管理

课堂观察发现，平板电脑中的各类工具可以给教师提供多种脚手架，帮助其完成深度学习和有效课堂管理。如B校G老师的数学课《图形中的规律》很好地利用平板电脑中的可视化工具完成探究学习和小组协作学习。首先，教师要求学生课前利用平板电脑的拍摄、录影功能记录自然界中具有重复性结构的照片。课堂中学生以小组为单位，选取感兴趣的照片研究特定结构背后的数学公式。学生各自利用平板电脑的画图工具对真实图形进行结构的抽象，并使用不同颜色的线条标注图形中的重复结构和特殊结构，推演数学公式，如图3。随后小组内学生分别将各自探究过程进行分享和讨论，评价不同公式的差异和相互关联，并推送小组研究成果及过程向全班展示，辨析出图形结构中的数学规律，并将其引申到现实建筑的设计中去，完成知识的迁移，锻炼学生的问题解决能力和协作能力。这个案例中，借助画图工具将抽象的数学知识显性化，并成为个体信息处理、信息展示与分享、同伴协商的图形化语言，发挥了学科工具和协作交流工具的双重作用。

图3　学生使用画图工具小组学习场景

对学生学习情况进行评估获得教学反馈是课堂教学的重要环节。传统课堂中教师无法随时获得全体学生的学习反馈，仅能够凭借个人经验选择教学难度，调整教学进度，难以有效诊断课堂教学，实施分层化教学指导。

D校的H老师已经将使用平板电脑设计习题检测和评价活动作为常规教学策略整合在自己的每一堂课中。他在数学课《三角形的认识》和《二次根式的加减法》教学中，利用平板电脑的测试工具，向每一位学生推送练习。学生提交后，系统会自动统计每道题的正确率等，帮助教师及时地诊断学生对于知识点的掌握情况，以便进行补救性教学。教师还可以通过系统选取作答水平不同的4名学生解答，结果以四分屏形式呈现到白板上（图4所示），进行对比讲解，实施分层化教学。

图4　白板四分屏展示和评价学生典型作业

D校的Y老师认为随机点名等课堂管理工具让他的教学变得生动活泼有趣。他使用随机点名工具，与教师或其他同学互动。这个小工具在学生课堂参与欲望较低时能够调动学生的注意力，也能够在学生踊跃参与课堂活动时以相对公平的方式，保护学生的参与积极性，使其在参与过程中始终获得正面的情感体验，这也是1对1学习环境中一种有效的学生互动管理策略。

（3）以创意作品创作方式完成学习迁移，实现知识增量学习

创作的本质就是学生用自己的方式组织外在信息，表达自己的观点与话语体系；作品是学生思维和知识水平的外在表现，因此作品创造是对知识深度理解和应用的体现。在1对1环境下，学生可以利用平板电脑的绘画、照相、视频录像和编辑等丰富功能收集和处理资料，创作较为复杂和完整的作品，展示其对所学知识的二次加工和创造，完成增量学习。

课堂观察发现，学生的作品创作是比较复杂的学习活动，其创作水平差异较大。如B校C老师在语文课《特产》教学中，教师要求学生选择其中一种特产用自己喜欢的方式向全班同学介绍。全班6组学生中有5组都是通过多媒体文档的方式组织和整理特产信息完成创作，有1组同学通过舞蹈的方式展示。前者作品中创意创新成分较弱，后者体现了学生高度的学习体验和参与感，但所展示的知识容量和信息稍显不足。

A校L老师在《通过数据认识世界》的教学中，要求学生在收集、整理关于广州十年变化的数据基础上，预测三年后广州在人口、交通、环境保护等方面的发展趋势，以创作“数字微型故事”和“写给广州市长的一封信”的形式，提出对城市绿化、城市住房、城市面积、教育等方面的建议。这样的创作，要求学生综合数学、环境、城市规划等多学科和领域的知识，拓展了课堂学习的广度和深度，加深了学生对知识的理解和应用水平。再如D 校Y老师在历史课《开放的中国走向世界》教学中，为了让学生表达改革开放对社会生活的全面影响，他在课堂的最后环节设计了让学生为成都设计一张名片的创意创作活动。每位学生从自己的观察视角出发设计和制作了体现成都改革开放的个性化名片。有学生通过文字“成都是来了就不想走的城市”表现成都的吸引力；有学生将成都的特色小吃和肯德基图片整合在一起，用来反映开放与传承并存的主题等。这样的创意创作活动不仅完成了本节历史课的学习目标，还让每位学生获得了积极的情感体验和自豪感，培养和发挥了学生的多元能力。

四、研究讨论

以往教学备受诟病的地方就是教师用灌输的方式向学生教授脱离了情境的知识，学生成为知识的复读机，被动地记忆和接受知识，不善于迁移以及解决实际问题。造成这一现象固然与教师教学理念有关，也和封闭化学习环境中学生无法便利地从教师和课本以外获取情境性知识和学习工具，用来和教师传授的知识相互辨析、筛选、整合有关。教师在1对1自主学习框架的指导下，突破传统课堂中多采用信息技术促进教师知识传授的应用惯性，更多地将平板电脑和学生学习过程、学习行为融合，使得传统信息化课堂教学产生了实质性的创新变化。

1.学习任务：从知识获取到知识创造

关于人类学习的认识经历了获得隐喻、参与隐喻和创造隐喻三个阶段。获得隐喻将学习看作是个体对已有知识的转化和建构；参与隐喻将学习看作是个体在真实的文化情境与任务之中与共同体交互并成长为共同体成员的过程；而创造隐喻则认为学习不应当仅仅被看作知识的消费和传承的活动，更应当被看作是知识的生产和创造过程（曾文婕等，2013）。“DIY”（Do It Yourself）和“创客”文化可以看作是对学习创造隐喻的现实呼应。这些文化的产生与开放的创意交流空间、丰富便捷的创作工具、简单有趣的创作体验密不可分。平板电脑集交流工具、知识管理工具、认知创作工具于一体，其环境感知性能和触控操作方式带给使用者更加真实和自然的使用体验，能够给学习者带来与产生“创客”文化相似的环境。课堂观察发现，平板电脑包含的技术要素进入教育领域后贯通了知识获取、小组协作学习和创意作品创作三类自主学习活动任务，推动了向“知识创造”为核心的学习活动转变。

2.学习活动：从面对面学习到混合式学习

本次教学实验中A校L老师以基于项目的学习设计了共15课时的《用数据认识变化的广州》的学习项目。项目中学生可以通过微课随时学习数学知识；通过录音、测试和统计等评估学生的知识掌握情况；通过在线讨论交流拓展师生、生生远程交互协作的新途径；通过视频拍摄和编辑、班级微信群投票等让学生们在“做中学”的过程中经历从数据收集、内容分析，到得出结论、形成作品，再到同行评价的完整探究体验。C校T老师的数学课《确定位置》中，则通过微课进行翻转课堂教学，将学生课前、课中和课后三个阶段的学习内容和学习任务贯通考虑。A校Z老师设计的《走进田园》课堂中，教师要求学生们实地体验田园生活，利用平板电脑拍摄照片在“微博”分享和相互评论；或利用平板电脑进行微视频制作，上传至平台与同学和教师分享，接受同伴的点评和教师的反馈。这个案例凸显了平板电脑支持下学习空间的扩展以及学习资源的多样化来源对传统师生面对面学习方式的冲击。

上述案例呈现出共同特征：第一，传统课堂学习空间突破了物理意义的教室空间走向网络学习空间，走向教室外，走入社会中；第二，平板电脑对教师部分教学任务的替代。平板电脑作为智能化1对1学习工具的介入，改变了传统课堂信息来源单一的状态，扩展了学习空间，削弱了教师在课堂中的权威地位和对课堂的绝对控制。这就要求教师完成从课堂控制者向学习支持者的角色转变，超越学科和学习空间的限制，利用网络资源、学科工具、社交平台等，尝试线上线下、课内课外相结合的混合式学习活动设计。

3.学习支持：从学习资源依赖到资源与工具的整合

优质教学资源和工具与教学实践的整合是1对1项目教学实践创新的基础（顾小清等，2014）。以往的数字化学习由于受技术环境的限制不得不重视教师端的活动支持，以提供学习资源为主要途径拓展学习内容。1对1学习环境下人手一部智能化终端既可以随时访问海量的学习资源，还能够提供师生多种学科工具、认知工具、课堂管理工具等支持各类自主学习活动。从前面的课堂案例分析可见，平板电脑不仅拓展了学习内容的广度，而且可以通过教育Apps整合课堂的各个环节（如提问、做笔记、公式推演、学习观察、学习评价等），增加学习的参与度和知识加工的深度。伴随着教育云平台的建设以及基于云端的资源和应用的开发完善，平板电脑不仅能够对课堂学习提供从内容到活动的学习支持，还能够对移动学习提供无缝的学习支持，让学生在真实的情境中完成自主探究。比如英特尔提供的Labcamera工具、便携式显微镜、环境探针（如温度、电阻）等能够非常方便地支持学生对外界环境的观察和数据采集，进而完成实验模型构建和验证等任务。

4.学习诊断：从基于经验到基于数据分析

根据学生的个性化差异因材施教一直都是教育者持续努力的目标。技术的参与为有效诊断和分析学习者、破解个性化教育难题提供了良好的解决途径。通过1对1智能终端可以持续记录学生的学习状态，分析并构建学习者知识模型，基于过程性学习数据提供学习诊断，进而向其推送个性化的学习内容和学习人际网络，真正实现“以学生为中心”的个性化学习。相关研究和本次教学实验表明，教师通过平板电脑对学生测评，完成基本的学习分析已经成为比较常用的学习诊断模式。随着学习者分析模型日益成熟，未来基于学习结果、学习过程、学习者认知偏好、学习者情绪等的多样化数据采集和分析，将会大大增强学习诊断的科学性和自适应性。

5.问题与挑战：完善的1对1学习生态构建

尽管本次研究揭示了平板电脑在教育应用中的价值和潜力，但同时也发现在推动平板电脑教学常态化过程中，依然有很多挑战和问题。比如教育管理层面存在推动教师积极性，提高设备使用效率和效益问题；教学层面存在教学工具和平台有效支持的问题和教师教学范式转化的挑战；在学生层面存在设备管理、学生恰当应用设备等问题。

上述问题反映出平板电脑需要在较为完善的教学生态系统中发挥作用。本次实验校在推动平板电脑常态化应用中注重与之配套的管理措施和技术保障制度的落实。如建立教师教学创新激励制度；建立以年级组长、学科带头人、学科教师和信息技术教师等跨学科教学团队；通过学校网站和平台进行充分的家校沟通并定期向学生家长推送学生学习情况和作品等；技术服务商驻校蹲点提供技术调试与改进等。出于经济成本和管理问题，对学生课后使用平板电脑的方式和保管方式上依然存在争议。研究认为随着教学实践的深化，对平板电脑和移动学习的理解及观念将会转变，届时BYOD的方式不失为一种值得借鉴的设备管理和使用方式。

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责任编辑汪燕曾艳

Keyword: Tablet PC; 1 to 1 Digital Learning Environment; Self-Regulated Learning; Teachers' Professional Development; Teaching and Learning Case

A Survey on the Application Effect of 1 to 1 Digital Learning Environment Based on Tablet PC

Li Baoping

Abstract：Since the promulgation of the Ten-Year Development Plan of the Education Informationalization (2011～2020), schools and education institutes have tried to explore the path and method of using information technology to change the traditional school education and to reform the pedagogical mode. Using the tablet PC as the terminal to build the 1 to 1 digital classroom to carry out innovative teaching has gradually become the trend. However, in spite of a lot of exploration implemented in recent years, some resistance and confusion within the teaching practice and promotion process still exists. In order to further discover the tablet PC's education value and application context, under the support of Intel®education project, the self-regulated learning activities design framework based on 1 to 1 learning environment is constructed, and experimented in four schools. The study found that in the 1 to 1 digital learning environment, ICT teaching and learning applications occur in students instead of teachers, providing the students with open learning environment, massive learning resources, and effective cognitive tools, and improving the learning participation and feedback efficiency. It also enhances the student's positive learning experience, and promotes the transformation of the classroom learning tasks, learning activities, learning support, and the ways of learning diagnose for students. The study also stated that a systemic learning ecosystem should be constructed to fit the feature of the tablet PC, including a variety of factors and mechanisms, like the systems of education management and teachers' incentive, the improvement and update of 1 to 1 software, platform, and hardware, the equipment management and control, as well as the sustained communication between parents and schools.

收稿日期2015-10-26

作者简介：李葆萍，博士，硕士生导师，北京师范大学教育技术学院（北京100875）。

*基金项目：英特尔®未来教育项目及2014年度教育部人文社会科学研究“智慧教室的智能模型与评估工具研究”（14YJC880025）。

中图分类号：G434

文献标识码：A

文章编号：1009-5195（2016）01-0096-08 doi10.3969/j.issn.1009-5195.2016.01.012