一种开发位置感知移动学习系统的两层测试方法自然科学课程

（A two-tier test approach to developing location-aware mobile learning systems for natural science courses）

1.摘要分解：

研究目的：当学生在使用移动设备在真实环境中学习时，可能会感到兴奋或投入；然而，他们的学习成绩可能会令人失望。为了解决这一问题，本研究提出了一种利用射频识别（RFID）技术来检测和检查学生的移动学习行为。这项研究还利用了每个学生从两个测试中得到的回答。i.e., 采用两级形式的多项选择题)，以提供个性化的学习指导(称为两级测试指导, T3G)

研究对象：本研究的参与者是57名五年级学生，由同一所小学的教师授课。他们的平均年龄是11岁。在自然科学课程中获得植物基础知识后，分别分为对照组（n=29）和实验组（n=28）。

研究方法：为了评估学生的学习效果，我们开发了前测和后测；此外，为了收集学生对无处不在的学习活动和对学习科学的态度，还对所有学生进行了感知问卷调查和态度问卷调查。
研究结果：使用了T3G系统支持u型学习活动，不仅提高了学生的学习成绩，而且提高了学生的兴趣，有更多的动力激励他们参加自然科学课程。实验组的大部分学生都表现出了他们在未来参与此类学习活动的意愿，并希望向其他同学推荐这种学习系统。

此外，问卷调查还显示，T3G方法能够为学生提供更有趣、更具挑战性的学习场景，从而显著提高了他们对学习科学的态度，这对那些有经验的教师来说甚至是一项具有挑战性的任务。因此，将这种创新方法应用于其他课程的学习活动是值得的。

此外，研究如何提高移动学习系统的质量，使学习者受益更多也是有趣和重要的

关键词：移动学习；无处不在的学习；两层试验；上下文意识

2.介绍

在过去的十年里，各种计算机辅助或基于网络的学习系统被开发出来，以提供一个更适应性的学习环境和大量的学习资源，适当的软件工具和环境关注的新学习策略，如计算机脚手架、活动理论方法和移动计算机支持意向学习环境。这些学习策略已与互联网接入一起被应用于课堂教学中。一些研究已经证明了基于计算机和基于网络的学习的好处。然而，经验丰富的教育工作者更强调“真实活动”的重要性和必要性，在这些活动中，学生能够处理来自现实世界的问题，最近无线通信和移动技术的普及为学生提供了在真实的学习环境中获得数字资源的机会。个别学生，通过使用移动设备(e。g.便携式电脑或移动电话)与无线通信，能够学习在现实世界的情况下与支持或指示从计算机系统。此外，传感技术的进步使学习系统能够在现实世界中检测和记录学生的学习行为。学习行为强调了代表个体与情境和社会因素相互作用的关键联系。研究人员指出，当学习者和他们自己之间建立积极关系时，这种联系就会了，学习者和其他人(e。g.教师和同龄人)，以及学习者和学习者环境(e。g.学习系统和学习材料)。传感技术增强的移动学习模型不仅为学习者提供了处理现实环境中问题的选择，而且使学习系统更积极地与学习者互动；因此，研究人员称之为情境感知的无处不在学习。如果没有适当的支持，新的学习场景可能会变得过于复杂，让学生无法理解和使用。教育工作者指出，“技术不应该通过试图指导学习者来支持学习，而应该作为学生学习的知识构建工具，而不是从他们那里学习”，在现有的技术中，计算机被认为是支持学习和教学的潜在工具，因此学习者作为设计师，计算机作为解释和组织他们个人知识的工具。因此，开发个性化的学习指导系统，帮助学习者解释和组织他们的个人知识，以进行移动和无处不在的学习，已成为一个重要和具有挑战性的问题。

本文提出了一种利用RFID（射频识别）技术检测学生的学习行为并在现实世界中提供学习指导的移动学习系统。此外，还提出了一种在移动学习活动中提供个性化指导的两层测试方法。已经进行了一个自然科学课程的学习活动，以评估创新方法与基于旅游的移动学习方法相比的有效性。

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3. 一个具有双层测试方法的具有位置感知的移动学习环境

在本研究中，真实的学习环境是一个小学花园，包括12个区域作为目标对象的植物。每个目标工厂都贴有一个RFID标签，而每个学生都拿着一个装有RFID 阅读器的移动设备。此外，无线提供通信以使移动设备和执行学习系统的计算机服务器之间的通信。参与学习活动的学生被要求观察和识别目标植物的特征。当他们在真实的学习环境中移动时，学习系统可以通过阅读和分析从最近的RFID标签中获得的数据来检测个别学生的位置。因此，该学习系统能够通过移动设备与个别学生进行互动，主动地为他们提供个性化的指导或提示。

3.1两层试验导向机构

在传感技术的帮助下，移动学习系统可以检测出个体学生的位置，并引导他们找到目标植物的位置。一旦一个学生到达一个目标植物，就会提出一系列的

问题来指导他们观察和识别该植物的特征。此外，学习系统根据学生对问题的回答指导他们进一步学习；即采用两层测试指导机制对学生的领域知识进行评估

，并根据评价结果指导他们进行学习。

如图所示。1 . 两层测试指导(T3G)的作用机制如下：

第一步：引导学生找到目标工厂的位置。

步骤2：对目标装置进行一级观察：提出关于目标植物的一个特征的第一级问题，以指导学生观察该特征。

步骤2.1：如果学生给出错误的描述，无法识别该植物的特征。

步骤2.1.1：引导学生使用一个比较植物，以显示该特定特征的差异。

步骤2.1.2：让学生再次回答这个问题。如果学生不能再次正确识别该特征，请向学生提供相应的补充材料。

步骤2.2：如果学生正确地识别出了该装置的特征。

步骤2.2.1：提出第二层问题，问学生一个与答案相关的高级或深入的概念。步骤2.2.2：如果学生不能正确回答二级问题，请向学生提供一些提示或补充材料，然后进入步骤2.2.1。

步骤3：重复步骤2，直到学生正确识别出工厂的所有特征，并被确认为具备相关知识。

步骤4：引导学生参观下一个目标植物，并重复步骤2-5，直到观察到所有的目标植物。

图1 . 基于两层测试方法的移动学习指导机制。

3.2面向自然科学课程的移动学习系统

基于这种创新的方法，两层测试指导(T3G)的开发是为了帮助学生在现实世界中观察和分类学习对象。T3G能够检测个别学生的位置，并通过使用配备RFID 和无线通信设备的PDA（个人数字助理）为他们提供自适应支持。图2(a)显示了一个说明性的T的例子3指导学生在校园里找到目标物体“液体”。然后要求学生观察“液体”的“树叶点”，并回答增强剧目网格模型生成的问题，如图所示2( b )，如果学生不能正确识别植物的特征，则使用T3G系统会尝试引导他/她观察另一种显示出错误答案的植物，并比较两种目标植物的特征差异。例如，在图中3，如果学生对“液体”的“叶形”给出了错误的答案“钝尖圆”，学习系统将引导学生找到植物“金叶”真正的叶点是“圆形的钝尖”，并与原始目标“液体”的叶点进行比较。为了帮助学生轻松找到植物“金叶”，T 3 G系统显示了一张校园地图，上面标记着植物“金叶”和学生的位置。当学生靠近植物“金色的叶子”时，T 3 G系统将指导其观察和比较“金叶”和“液体”的叶片形状，如图所示4 ( a )，然后要求学生走回目标植物“叶片”，再次回答有关“叶片叶片形状”的问题，如图所示4 ( b ) 。

图2 . 指导学生找到和观察目标工厂的例子。

图3 . 用“错误的特征”引导学生到工厂的例子。

图4 . 界面，指导学生比较“金叶”和“酒棒”的叶子形状。

4.实验设计

为了评估这种创新方法的有效性，我们在台湾南部一所小学的自然科学课程上进行了一项实验（实验地点）。本实验旨在探讨学习T3G的学生是否获得了更好的效果比那些在“纯粹的”（以旅游为基础的）u学习环境中学习的人有更积极的看法（实验目的）。

学习活动设计：图5显示了实验的过程。在第一阶段（四周），指导教师提供目标植物的分类知识。本实验包含13个学习对象（校园里的植物），即“梭掌”、“金色露珠”、“杂色棉豆”、“金叶”、“金叶”、“星团”、“面包果树”、“普通石榴”、“金竹”、“臭皮肉桂”、“蓝天藤”、“魔鬼的植物”和“金色露珠”。在第二阶段，在获得自然科学课程中植物的基础知识（约50 min）后，所有的学生都被要求进行预试。他们花了近40个min来回答测试项目，目的是评估他们对校园里植物的基本知识。参加预试后，安排实验组学生使用u学习系统与T 3 G方法。另一方面，对照组的学生通过普通的u-learding方法观察植物，也就是说，他们使用配备RFID阅读器的PDA学习，学习系统可以检测个别学生的位置，引导他们到目标植物，并在他们接近目标植物时为他们提供相关的学习材料。这一阶段每组大约需要160min。在进行完学习活动后，学生们被要求参加一个后测问卷，并回答一份后测问卷（45 min）。

图5 . 通过上下文感知的u-学习活动的程序来比较T3G和基于旅游的u-学习方法。

研究方法：为了评估学生的学习效果，我们开发了前测和后测；此外，为了收集学生对无处不在的学习活动和对学习科学的态度，还对所有学生进行了感知问卷调查和态度问卷调查。预测旨在确认两组学生具有同等的参加这个特定学科单元所需的基本知识。它由25个填项目组成，满分100分。后测包括两种测试项目： 15个多项选择题和8篇短篇题，满分100分。重点评价学生根据叶片特征进行比较和分类的知识。前测和后测都是由向两组学生教授自然科学课程的老师设计的。其他科学教育者也对这些测试进行了专家效度的评估。设计感知和态度问卷，收集学生在参与实验后对校园移动学习活动的感知和对学习科学的态度。它们来源于chu等人开发的一份调查问卷。（2010），信度系数为0.91。

本研究中使用的感知问卷包括19个6分李克特量表项目，其中1个表示“强烈不同意”，6个表示“强烈同意”。它包括三个关于学生对无处不在的学习活动的感知的量表，包括“使用PDA的体验”、“对移动学习系统的感受”和“对学习方法的满意度”。态度问卷包括7个6分李克特量表项目。这两份问卷均由三位专家进行了审查，以确保内容的效度。感知问卷各量表的克朗巴赫alpha值分别为0.67、0.88和0.91，态度问卷分别为0.89。这些值表明，评估学生对学习活动的感知和他们对学习科学的态度有足够的可靠性。

使用PDA的体验的t检验

对移动学习系统的感受的t检验

对学习方法的满意度的t检验

学习科学的态度

表1：对实验组和对照组学生的感知和态度进行独立t检验

		实验组（M/SD）	对照组（M/SD）	t	d
对参与u型学习活动的感知	量表1：使用PDA的经验（项目1-3）	5.29/0.46	5.28/0.45	0.081
	量表2：对移动学习系统的感受（项目4-10）	5.17/0.61	4.69/0.76	3.67
	量表3：对学习方法的满意度（第11-19项）	5.54/0.51	4.79/1.08	3.29	0.80
学习科学的态度		5.39/0.49	4.56/0.83	4.63	0.87

表1：显示了问卷调查后量表的统计结果，包括平均数。结果发现，基于学生对学习方法的满意度，实验组学生对参与u-学习活动有更积极的感知（t=3.29，p < 0.01）；此外，他们对学习科学的态度也明显高于对照组（t=4.63，p < 0.01）。此外，量表3项中“学生对学习方法的满意度”和“学生对学习科学的态度”的Cohen’sd分别为0.49和0.83，表明效应量较大。T3G辅助的u学习引领与“纯”u型学习方法相比，学生的学习满意度和对学习科学的态度都有了相当大的提高。

5.结论

综上所述，使用了T3G系统支持u型学习活动，不仅提高了学生的学习成绩，而且提高了学生的兴趣，有更多的动力激励他们参加自然科学课程。实验组的大部分学生都表现出了他们在未来参与此类学习活动的意愿，并希望向其他同学推荐这种学习系统。此外，问卷调查还显示，T3G方法能够为学生提供更有趣、更具挑战性的学习场景，从而显著提高了他们对学习科学的态度，这对那些有经验的教师来说甚至是一项具有挑战性的任务。因此，将这种创新方法应用于其他课程的学习活动是值得的。此外，研究如何提高移动学习系统的质量，使学习者受益更多也是有趣和重要的。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360131510001879