(Effects of gamified interactive e‑books on students’ flipped learning performance, motivation, and meta‑cognition tendency in a mathematics course)
https://doi.org/10.1007/s11423-021-10053-0
一、摘要
研究目的：人们普遍认为，翻转学习通过颠倒安排课前学习活动和课内学习活动，在提高学生概念理解方面具有巨大潜力。然而，这种方法也提出了学生必须自己获取学习内容的挑战，特别是对于抽象概念，如分数，这是学生在数学教育中经常遇到的问题。在这项研究中，我们提出了一种游戏化的互动电子书方法来支持翻转数学课堂。
研究对象：为了评估该方法的有效性，在一所小学三年级数学课程中实施了准实验研究。有三组:在数学翻转课堂中采用游戏化互动电子书的学生(GIEBFL组)，用传统翻转学习的学生(CFL组)和用传统教学学习的学生(TI组)。
实验结果：纸笔测试的结果表明，GIEBFL学生的表现明显优于CFL和TI学生。此外，学生学习动机问卷调查显示，GIEBFL学生的学习动机优于CFL和TI学生。此外，GIEBFL学生的元认知倾向显著高于TI学生。
二、研究问题
（1）使用游戏化互动电子书翻转学习的学生是否比使用传统翻转学习和传统教学的学生有更好的数学学习表现?
（2）使用游戏化互动电子书翻转学习的学生是否比使用传统翻转学习和传统教学的学生有更高的数学学习动机?
（3）使用游戏化互动电子书翻转学习的学生在数学课上是否比使用传统翻转学习和传统教学的学生有更高的元认知倾向?
三、研究设计
（一）实验工具
本研究通过滨星公司发布的SimMagic开发环境构建游戏化互动电子书系统，包括三个模块:学习内容模块、互动练习模块和游戏化学习模块，如图1所示。图2是基于Sailer和Sailer(2021)提出的SDT的三个要素(自主性、能力和相关性)来提升学习者学习动机的游戏化电子书的理论框架。
图1 游戏化互动电子书系统的结构
图2 SDT的游戏化理论框架
图3 实验过程
本研究采用的测量工具包括前测、后测、学习动机和元认知倾向问卷以及访谈问题。
前测目的是评估三组学生在数学课程中对整数概念的先验知识是否相等。总共有25个题目，满分为100分。后测旨在评估学生在不同情境下对分数、大小和算术运算的知识。它由20个项目组成，满分为100分。
学习动机测量是参考Wang and Chen(2010)和Pintrich et al .(1991)提出的测量方法发展而来的。它包括六个项目来评估学生的学习动机(例如，“在这样的课堂上，我更喜欢能激发我好奇心的课程材料，即使它很难学”)。
元认知倾向问卷是根据Lai and Hwang(2014)修改的，其中有5个项目用于评估学生在学习过程中的元认知(例如，当我完成一个任务时，我会问自己从任务中学到的是否足够)。
（二）实验对象和方法
参与者是中国成都一所公立小学三个班的三年级学生，共有130名学生。所有学生具有相同的先验知识，并且没有学习分数知识。本实验分为两个实验组和一个对照组。实验组1 (n=42)采用基于游戏化互动电子书的游戏化互动电子书翻转学习(GIEBFL)方法。实验2组(n=40)采用基于问题的翻转学习方法的传统翻转学习方法(CFL)。对照组(n=48)采用传统教学方法进行学习。
四、研究结果
（一）学习成绩
表1为三组学生数学学习成绩后测的ANCOVA结果。结果显示，三组后测得分差异有统计学意义（F=57.10,p<0.001）。此外，进行事后分析以检查实验组之间学习表现的具体差异。经LSD (Least Significant Difference)检验，GIEBFL组的评分明显高于CFL组，差异有统计学意义(p<0.05)。GIEBFL组得分也显著高于TI组，p<0.001。此外，CFL组的得分显著高于TI组，p<0.001。结果表明，使用基于游戏化互动电子书的翻转学习方法学习的学生比使用传统翻转学习方法和传统教学的学生有更好的学习表现。
|
组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
F |
事后检验 |
|
实验组1 |
42 |
68.57 |
13.90 |
67.99 |
57.10*** |
1>2 |
|
实验组2 |
40 |
62.30 |
16.26 |
62.42 |
|
1>3 |
|
对照组3 |
48 |
38.46 |
12.82 |
38.87 |
|
2>3 |
***p < 0.001.
表1 学习成绩协方差分析结果
（二）学习动机
表2为三组学生学习动机后问卷的ANCOVA结果。结果显示，三组得分差异有统计学意义（F=3.08,p<0.05）。此外，进行事后分析以检查实验组之间学习动机的具体差异。经LSD检验，GIEBFL组的评分明显高于CFL组，差异有统计学意义(p<0.05)。GIEBFL组得分也显著高于TI组，p<0.05。结果表明，使用游戏化互动电子书学习方法的学生比使用传统翻转学习方法和传统教学的学生有更好的学习动机。
|
组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
F |
事后检验 |
|
实验组1 |
42 |
4.18 |
0.34 |
4.23 |
3.08* |
1>2 |
|
实验组2 |
40 |
4.09 |
0.45 |
4.06 |
|
1>3 |
|
对照组3 |
48 |
4.05 |
0.41 |
4.03 |
|
|
*p < 0.05;
表2 学习动机的ANCOVA结果
（三）元认知倾向
表3为三组学生数学学习成绩后测的ANCOVA结果。结果显示，三组元认知倾向差异有统计学意义（F=3.08,p<0.05）。此外，进行事后分析以检验三组之间元认知倾向的具体差异。经LSD检验，GIEBFL组的评分明显高于TI组，差异有统计学意义(p<0.05)，而GIEBFL组与CFL组的差异无统计学意义。CFL组也显著高于TI组(p<0.05)。结果表明，使用游戏化互动电子书翻转学习方法的学生和使用传统翻转学习方法的学生都比使用传统教学方法的学生获得了更好的元认知倾向。
|
组别 |
N |
M |
SD |
Adjusted mean |
F |
事后检验 |
|
实验组1 |
42 |
3.98 |
0.62 |
4.04 |
29.65*** |
1>3 |
|
实验组2 |
40 |
4.02 |
0.58 |
4.15 |
|
2>3 |
|
对照组3 |
48 |
3.76 |
0.57 |
3.61 |
|
|
***p <0.001.
表3 元认知倾向的ANCOVA结果
问题与收获
1、翻转课堂
翻转课堂是一种以学生为中心的教学模式，通过将课堂转移到课前阶段，使学生在同学和老师的帮助下有更多的练习机会(Forsey et al, 2013)。Strelan等(2020)报告说，翻转课堂对学生在人文或社会科学课程中的学习成绩具有更强的积极影响，而对数学、科学或IT课程的影响则相当弱。
2、游戏化学习
游戏化学习就是采用游戏化的方式进行学习， 主要包括数字化游戏和游戏活动两类。教师利用游戏向学习者传递特定的知识和信息。由于游戏化方法可以提供具有相关游戏元素的逼真模拟或学习情境，因此可以使学习者获得愉快的学习体验，从而提高他们主动学习的能力(Prensky, 2007)，进而提高他们的动机、自我效能感和高水平思维。
3、元认知
即对认知的认知。例如，学生在学习中，一方面进行着各种认知活动(感知、记忆、思维等)，另一方面又要对自己的各种认知活动进行积极的监控和调节，这种对自己的感知、记忆、思维等认知活动本身的再感知、再记忆、再思维就称为元认知。
4、事后多重比较（LSD）
事后多重比较是在方差分析之后进行的，用于分析定类数据与定量数据之间的关系情况。事后多重比较的方法有很多种，最常见的是LSD事后多重比较法
举例：
