(Effects of digital game-based learning on students’ selfefficacy,motivation, anxiety, and achievements
in learning mathematics)
Beijing Normal University 2014
一、摘要
研究目的：本研究在电子书上开发了一个基于数学游戏的学习环境，帮助儿童减少数学焦虑，提高数学学习的自我效能感、动机和成绩。
研究对象：为了评估该方法的有效性，我们在一所小学的数学课程中进行了实验。采用准实验研究的方法，选取三个班共69名小学生作为研究对象。一个班为实验组A，另一个班为实验组B，第三个班为对照组。每组23名学生。
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）与传统的技术增强学习方法和传统教学相比，基于游戏的数学学习方法能否提高学生的自我效能感?
（2）与传统的技术增强学习方法和传统教学相比，基于游戏的数学学习方法能否促进学生的学习动机?
（3）与传统的技术强化学习方法和传统教学方法相比，基于游戏的数学学习方法能减少学生的数学焦虑吗?
（4）与传统的技术强化学习方法和传统教学方法相比，基于游戏的数学学习方法能提高学生的学习成绩吗?
三、研究设计
（一）实验工具
框架分为管理端和用户端，如图1所示。前者提供了指令管理、资料管理、同步管理和操作管理四个功能。教学管理控制学生的学习状况;利用资料管理编写教学电子书;同步管理呈现学生使用电子书的情况，记录学生的学习情况;而运营管理的目的是管理学生的作业。管理端可以直接编写电子书，并通过云学习系统提醒用户端安装或更新电子书。
图1 基于数学游戏的电子书学习环境
学习成绩前测和后测由拥有10年以上数学教学经验的老师开发的，满分为100分。
自我效能感量表、学习动机量表和数学焦虑量表源于Fennema和Sherman(1977)的测量方法。采用五点评等办法，其中5分代表“非常同意”，1分代表“非常不同意”。
（二）实验对象和方法
本研究采用测试前设计和测试后设计的准实验。自变量为不同的学习模式，即电子书上的DGBL方法、电子书上的技术增强学习方法和传统教学。因变量为学习成就、自我效能感、数学动机和数学焦虑。研究对象是一所小学三个班的68名五年级学生。其中一个班23人(男11女12)为实验组A，一个班23人(男12女11)为实验组B，另一个班23人(男13女10)为对照组。为防止不同讲师影响实验结果，所选班级由同一讲师授课。实验A组学生在电子书上采用DGBL学习方法，实验B组学生在电子书上采用技术强化学习方法，对照组学生采用传统教学方法。
（三）实验过程
实验流程如图2所示，共分为前测、工具介绍和学习任务介绍、后测和问卷调查三个阶段。第一阶段，所有学生进行数学课程预测，并完成自我效能感量表、数学动机量表和数学焦虑量表的预问卷。
在指导下，进行240分钟的学习活动。在学习活动中，实验组A学生使用电子书进行游戏式学习。实验B组学生使用电子书学习系统进行学习。另一方面，控制组的学生采用传统的教师指导教学。
在最后阶段，所有学生都进行了后测，并完成了自我效能感量表、数学动机量表和数学焦虑量表的后问卷。这一阶段的总时间为120分钟。之后，研究人员对实验组的一些学生进行了采访。
图2 实验流程
四、研究结果
数据
（一）自我效能感
表1显示了问卷前评分的方差分析结果。结果发现，三组学生的自我效能感并无显著差异，F = 0.65 (p>.05)，说明三组学生在参与学习活动前的自我效能感相当。
学习活动结束后，采用ANCOVA法对学生自我效能感的问卷后评分进行比较，剔除问卷前评分的影响。表2显示了ANCOVA结果。实验A组、实验B组、对照组的调整均值分别为3.63、3.68、3.17。此外，发现三组在自我效能评分上存在显著差异，F = 3.39 (p<0.05)。进一步的两两比较表明，实验组A和实验组B的表现都优于对照组，这意味着DGBL和电子书上的数字教材与传统教学模式相比，都能显著提高学生的自我效能感。
|
组别 |
N |
M |
SD |
F |
|
实验组A |
23 |
3.52 |
1.12 |
0.65 |
|
实验组B |
23 |
3.17 |
0.94 |
|
|
对照组 |
23 |
3.35 |
1.03 |
|
表1 三组自我效能感问卷前评分的方差分析结果
|
组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
F |
两两比较 |
|
实验组A |
23 |
3.74 |
1.05 |
3.63 |
3.39 |
实验A>对照 |
|
实验组B |
23 |
3.57 |
0.95 |
3.68 |
|
实验B>对照 |
|
对照组 |
23 |
3.17 |
0.94 |
3.17 |
|
|
表2 三组自我效能感问卷后评分的方差分析结果
（二）学习动机
如表3所示，方差分析结果显示，三组在参加学习活动前的学习动机评分无显著差异，F = 0.0 (p<.05)。
学习活动结束后，通过排除问卷前评分的影响，采用方差分析比较学生的数学学习动机。表4显示了ANCOVA结果。实验A组、实验B组、对照组的调整均值分别为3.78、3.57、3.17;此外，三组的学习动机有显著差异，F = 3.20(p<0.05)。两两比较发现实验组A的学习动机显著高于对照组，而实验组之间以及实验组B和对照组之间均无显著差异，说明游戏学习方式比传统教学更能增强学生的数学学习动机。
|
组别 |
N |
M |
SD |
F |
|
实验组A |
23 |
3.00 |
0.00 |
0.00 |
|
实验组B |
23 |
3.00 |
0.00 |
|
|
对照组 |
23 |
3.00 |
0.30 |
|
表3 三组学习动机问卷前评分的方差分析结果
|
组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
F |
两两比较 |
|
实验组A |
23 |
3.78 |
0.95 |
3.78 |
3.20 |
实验A>对照 |
|
实验组B |
23 |
3.57 |
0.90 |
3.57 |
|
|
|
对照组 |
23 |
3.17 |
0.58 |
3.17 |
|
|
表4 三组学习动机问卷后评分的方差分析结果
（三）数学焦虑
如表5所示，方差分析结果显示，参加学习活动前，三组学生的数学焦虑评分无显著差异，F = 2.74 (p>.05)。学习活动结束后，通过排除问卷前评分的影响，采用ANCOVA比较学生的数学焦虑。表6显示了ANCOVA结果。实验A组、实验B组、对照组的调整均值分别为3.32、3.58、3.41。三组间差异无统计学意义，F = 1.54 (p>.05)。
|
组别 |
N |
M |
SD |
F |
|
实验组A |
23 |
3.43 |
0.59 |
2.74 |
|
实验组B |
23 |
3.74 |
0.81 |
|
|
对照组 |
23 |
3.26 |
0.68 |
|
表5 三组数学焦虑问卷前评分的方差分析结果
|
组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
F |
|
实验组A |
23 |
3.30 |
0.56 |
3.32 |
1.54 |
|
实验组B |
23 |
3.65 |
0.49 |
3.58 |
|
|
对照组 |
23 |
3.35 |
0.57 |
3.41 |
|
表6 三组数学焦虑问卷后评分的ANCOVA结果
（四）学习成绩
表7方差分析结果显示，三组学生的前测成绩没有显著差异，F = 2.93 (p>.05)，说明三组学生在实验前具有相当的数学基础知识。实验结束后，将学生的前测成绩作为ANCOVA的协方差，排除前测对学生学习成绩的影响。表8显示了ANCOVA结果。实验A组、实验B组和对照组的校正均数分别为93.71、86.86、86.39。方差F = 18.09 (p<0.05)表明三组测验后得分存在显著差异。两两比较发现，实验组A优于实验组B和对照组，而实验组B与对照组之间无显著差异。
这一结果表明，基于数学游戏的学习模式比手机游戏学习模式和传统教学模式更能促进小学生的数学学习成果。
|
组别 |
N |
M |
SD |
F |
|
实验组A |
23 |
75.48 |
7.46 |
2.93 |
|
实验组B |
23 |
79.35 |
5.68 |
|
|
对照组 |
23 |
79.48 |
5.82 |
|
表7 三组前测成绩的方差分析结果
|
组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
F |
两两对比 |
|
实验组A |
23 |
92.13 |
5.75 |
93.71 |
18.09 |
实验A>实验B |
|
实验组B |
23 |
87.61 |
6.05 |
86.86 |
|
实验A>对照 |
|
对照组 |
23 |
87.22 |
5.66 |
86.39 |
|
|
表8 三组测试后得分的ANCOVA结果
五、结论
在未来，可以对目前的游戏模型进行一些改进。首先，目前的数字游戏是为个人设计的，尽管学生可以与他们的同龄人和老师交流。如果数学游戏的设计目的是让学生完成游戏任务，以及通过合作或竞争来学习数学，那将会更加有趣和有效。其次，大多数数学游戏，包括本研究中使用的数学游戏，并没有将学生置于真实的学习场景中，让他们用数学知识解决现实世界的问题。为了克服这些缺点，我们正计划开展一个项目，开发数学游戏，让学生通过带有无线通信的移动设备协作解决现实世界的问题。此外，我们还计划通过提供一个界面来推广游戏，使研究人员和教师可以修改游戏中的学习内容，以满足不同课程的需要。
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