(Impacts of an augmented reality-based flipped learning guiding approach on students’ scientific project performance and perceptions )
DOI: 10.1016/j.compedu.2018.06.007
一、摘要
研究目的：通过翻转学习的学习方式，教师可以通过引导学生进行高阶思维以及与同伴和老师的互动来设计更有效的课堂活动。与此同时，研究人员还指出，采用适当的教育技术或学习策略可以进一步提高学生的表现。因此，本研究提出了一种基于增强现实(AR)的学习引导模式，用于开发翻转学习系统。以提高学生在小学自然科学课程科学项目中的学习绩效、批判性思维倾向、学习动机和群体自我效能感。
研究对象：为了检验所提出的方法的有效性，我们利用所开发的系统在一所小学的自然科学学习活动中进行了实验。研究对象是4个班级的111名五年级学生。实验组分为两个班级，其他班级为对照组。实验组采用基于ar的翻转学习模式，对照组采用传统的翻转学习模式。
实验结果：基于游戏的电子书学习模式有效地提高了学生的数学学习成绩、自我效能感和学习动机。然而，三组学生的数学焦虑评分没有显著差异。
二、研究问题
（1）在学习成绩方面，使用基于AR的翻转学习系统学习的学生是否优于使用传统翻转学习方法学习的学生?
（2）在学习动机方面，使用基于AR的翻转学习系统学习的学生是否优于使用传统翻转学习方法学习的学生?
（3）在批判性思维倾向方面，使用基于AR的翻转学习系统学习的学生是否优于使用传统翻转学习方法学习的学生?
（4）在群体自我效能感方面，使用基于AR的翻转学习系统学习的学生是否优于使用传统翻转学习方法学习的学生?
（5）在认知负荷方面，使用基于AR的翻转学习系统学习的学生的认知负荷是否低于使用传统翻转学习方法学习的学生?
三、研究设计
（一）实验工具
本研究开发了翻转课堂教学活动和基于AR的翻转学习系统，如图1所示。图1显示了本研究的结构，包括基于AR的翻转学习系统、翻转课堂和活动管理系统、电子学习平台和服务器数据库管理机制；此外，基于AR的翻转学习系统包含多个数据库。学习资料数据库用于存储补充资料、学习表和指导说明。学生档案库和学习档案库分别用于存储学生的个人信息和学习记录。此外，教材库是为了存储教师提供的教学视频而设计的。
图1 增强现实翻转学习系统的结构
本研究的研究工具包括测量学生“学习动机”、“批判性思维”、“群体自我效能”的问卷，以及测量使用不同方法的两组学生的认知负荷的问卷。
前测旨在评估学生对自然科学课程内容的先验知识，它包括20个选择题。后测用于评估学生对电磁效应和电磁铁应用的认识，满分100分。
在此活动之前进行的第一个项目与实施电磁。学生们需要使用与带电粒子之间的物理相互作用有关的知识来使电磁体工作。此外，在实验结束时，他们还被要求完成另一个项目作为该项目的后测。两项课题均由两名从事自然科学课程教学近10年的资深教师评分。得分标准包括四个方面:准确性、完整性、复杂性和持久性。满分为100分，
学习动机问卷是在Keller(2010)的基础上改进而来的，本研究共有6个条目。采用李克特5分评分法，1分代表高度同意，5分代表高度不同意。
批判性思维倾向问卷由六个项目组成(例如“我会思考我在这次学习活动中所学到的知识是否正确”和“在这次学习活动中，我会尝试从不同的角度理解新知识”)，采用5分制评分方案。
群体自我效能感问卷由七个项目组成，采用李克特5分量表，范围从1到5。
认知负荷问卷由八个项目在两个维度;即“心理负荷”有5个条目(例如，“这次活动的学习内容对我来说很难”)，“心理努力”有3个条目(例如，“我认为我需要花很多精力来组织学习活动的信息”)。
（二）实验对象和方法
本研究在一所小学科学课堂上进行了实验，比较了学生的学习成绩、批判性思维、群体自我效能感、学习动机和心理负荷。选取的学科单元为某小学自然科学课程的“磁力”单元。本学科单元的目的是培养学生的电磁效应和电磁体应用能力。实验的参与者是来自四个班的111名五年级学生。两个班级共56名学生被随机分配到实验组，实验组采用基于ar的翻转学习系统。另外两个班的55名学生是对照组，他们用传统的翻转学习方法学习。实验组和对照组的学生被随机分配到两到三人一组的小组。团队成员可以决定他们在项目中的角色和工作。为了避免不同的讲师对实验结果的影响，所有的学生都由教授自然科学课程近10年的同一位讲师授课。
（三）实验过程
图2为为期6周的实验流程
图2 实验流程
四、研究结果
（一）知识测试学习成绩分析
结果显示(F = 1.82, p >0.05)，两组学生的知识测验成绩无显著差异;也就是说，在翻转课堂中，AR操作指导系统并没有比传统方法更有利于学生获取知识。
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组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
SE |
F |
|
实验组 |
56 |
86.55 |
6.54 |
86.54 |
0.90 |
1.82 |
|
对照组 |
55 |
84.80 |
6.91 |
84.81 |
0.91 |
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表1 学习成绩的ANCOVA结果
（二）项目绩效分析
根据结果（F=73.19，p<0.001），两组之间有显著差异；也就是说，使用AR操作指导系统和翻转课堂学习方法学习的学生比使用传统翻转课堂学习方式学习的学生表现出明显更好的项目表现。此外，η2的值为0.40，表示中等影响大小。
【科恩d值是一种衡量处理效应大小的指标。0<d<0.2效应较小；0.2<d<0.8差异中等；d>0.8效应较大】
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组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
SE |
F |
η² |
|
实验组 |
56 |
92.98 |
4.66 |
92.95 |
0.68 |
73.19 |
0.40 |
|
对照组 |
55 |
84.65 |
5.50 |
84.69 |
0.69 |
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|
表2 学生项目绩效的ANCOVA结果
（三）科学学习动机
根据结果（F=80.65，p<0.001），两组之间有显著差异。也就是说，采用翻转课堂学习方法的AR操作指导系统对提高学生的学习动机产生了显著影响。η2的值为0.43，代表中等大小的效应。
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组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
SE |
F |
η² |
|
实验组 |
56 |
4.02 |
0.88 |
4.02 |
0.11 |
80.65 |
0.43 |
|
对照组 |
55 |
2.62 |
0.76 |
2.62 |
0.11 |
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表3 学习动机的ANCOVA结果
（四）批判性思维倾向分析
根据结果（F=73.77，p<0.001），两组之间有显著差异；也就是说，使用AR操作指导系统和翻转课堂学习方法学习的学生比使用传统翻转课堂学习方式学习的学生表现出明显更好的学习成绩。η2的值为0.41，表明效应大小适中。
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组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
SE |
F |
η² |
|
实验组 |
56 |
4.02 |
0.88 |
4.04 |
0.12 |
73.77 |
0.41 |
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对照组 |
55 |
2.62 |
0.76 |
2.60 |
0.12 |
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表4 批判性思维倾向的ANCOVA结果
（五）群体自我效能感分析
根据结果（F=21.86，p<0.001），两组之间有显著差异。也就是说，采用翻转课堂学习方法的AR操作指导系统能够显著提高学生的群体自我效能。
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组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
SE |
F |
η² |
|
实验组 |
56 |
4.11 |
0.89 |
4.14 |
0.13 |
21.86 |
0.17 |
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对照组 |
55 |
3.31 |
1.18 |
3.28 |
0.13 |
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表5 群体自我效能感的ANCOVA结果
（六）认知负荷分析
为了比较使用AR操作指导系统、翻转课堂学习方法和传统翻转课堂学习方式学习的学生的认知负荷，采用t检验来检验两组之间的差异。如表6所示，对照组和实验组的问卷后得分平均值均为2.36，因此两组之间没有显著差异。
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组别 |
N |
M |
SD |
t |
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实验组 |
56 |
2.36 |
0.65 |
-0.05 |
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对照组 |
55 |
2.36 |
0.62 |
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表6 认知负荷的ANCOVA结果
五、结论
在本研究中，提出了一种基于AR的翻转学习系统方法。实验结果表明，在AR引导机制的帮助下，学生的学习成绩（即项目绩效）、学习动机、批判性思维倾向和群体自我效能感都得到了显著提高。
在知识测试方面，为了进一步调查使用所提出的模式和传统翻转课堂学习的学生的学习结果没有显著性的原因，对学生的访谈记录进行了分析。研究表明，使用基于AR的翻转学习系统的学生表示，该系统中没有可供实践的内容；实验时间太短，所以他们记不住刚教的内容了。由此可知，学生在使用AR学习时，学习内容主要集中在操作程序的技能上，很少有“记忆”类型的知识；因此，这个实验并不能帮助学生复习刚刚获得的知识。
此外，在项目式学习中，虽然协作是一个可能影响学生学习成果的因素，但本研究并未考虑到这一点。在未来，我们计划将这种方法应用到其他课程内容中，考虑到更多的因素(如协作和个人特征)。
问题：
1.方差分析和独立样本t检验结果中F值有什么意义？
2.参数B的作用？
