促进儿童在替代现实游戏中的探究表现:一种基于移动概念映射的提问方法

(Promoting children's inquiry performances in alternate reality games: A mobile concept mapping-based questioning approach)

DOI: 10.1111/bjet.13095

概念

1、ARG：替代现实游戏(ARG)被认为是一种通过解谜游戏活动促进儿童探究性学习动机的潜在方法(De Beer & Bothma, 2016)。ARG可以鼓励儿童积极探索外部环境，进行探究计划，并根据收集到的信息进行批判性思维，以解决ARG中的谜题(Gilliam et al,2017)。

2、探究性学习：是指允许儿童在真实环境中进行一系列自我调节的调查活动，如观察、计划探究行动、收集信息以评估基于证据的假设(Metcalf et al,2018)。由于探究性学习涉及儿童的主动参与，它关注科学的本质，以获得科学家用来构建知识的科学过程技能和思维模式，因此在科学教育中得到了广泛的应用(Bunterm et al,2014)。许多研究表明，探究性学习促进了儿童的概念理解，儿童能够在探究过程中发展高阶认知能力，如批判性思维和创造性解决问题的能力(Hwang & Chen, 2017)。

3、概念映射：概念映射是一种学习策略，也是一种有效的可视化学习工具，可以增强有意义的学习(Rosen & Tager, 2014)。概念映射支持儿童在知识建构中连接相关概念，实现抽象概念，增强信息组织和记忆，提高学习效率(Wang et al.,2016)。

一、摘要

研究目的：主动探究在科学教育中起着至关重要的作用。为了促进儿童的学习动机，我们采用了替代现实游戏（ARG），让儿童在真实的学习环境中积极地参与探究。然而，现实世界背景的复杂性和游戏谜题的模糊性增加了儿童进行有效询问的难度。为了实现成功的探究式学习，概念图是一种有效的学习策略，可以引导儿童组织相关信息，并集思广益，寻找可能的解决方案。因此，本研究提出了一种基于移动概念图的环境教育提问方法(a mobile concept mapping-based questioning approach）,通过ARG-CMQ方法，期望儿童能够头脑风暴可能的解决方案并检查相关信息以进行有效的询问计划。

实验结果：结果表明，与传统的提问方式相比，该方法对学习成绩、批判性思维和学习态度的影响更为显著。然而，认知超负荷对儿童的学习产生了负面影响。此外，研究还发现，不恰当地使用概念图会限制他们的创造性解决问题的表现。

二、研究问题

（1）使用ARG-CMQ学习的儿童是否比使用传统提问方法(ARG-Q)学习的儿童有明显更好的学习成绩?

（2）用ARG-CMQ学习的孩子是否比用ARG-Q学习的孩子有更好的创造性解决问题的表现?

（3）用ARG-CMQ学习的孩子是否比用ARG-Q学习的孩子有更高的批判性思维倾向?

（4）使用ARG-CMQ学习的儿童是否比使用ARG-Q学习的儿童有明显更好的学习态度?

（5）使用ARG-CMQ学习的儿童的动态流状态（dynamic flow status）是否明显优于使用ARG-Q学习的儿童?

 心流被定义为儿童在活动中完全投入的心理状态(Csikszentmihalyi, 1977)。研究发现，心流与儿童的学习表现和持续学习动机呈正相关(Cheng et al .， 2021)。此外，心流与儿童的发散性思维有关，有利于儿童创造性地解决问题(Chu et al .， 2015)。许多研究都强调了挑战-技能平衡对促进儿童心流体验的重要性(Perttula et al, 2017)。

三、研究设计

（一）实验工具

如图1所示，一个名为CoboFun的移动系统被设计用来支持儿童在现实环境中进行基于探究的学习。该系统包括ARG子系统、学习内容管理子系统(LCMS)和学习者管理子系统(LMS)。

ARG子系统由单人游戏模块和多人游戏模块组成。

LMS管理游戏进度状态和行为记录。游戏过程记录了孩子们的结果和每个任务的状态(解决与否)。学习档案记录了孩子们的学习行为，包括他们的游戏日志、时间和每个任务的答案。

LCMS管理学习内容库，包括单人游戏库、多人游戏库和学习支持库。单人游戏基地为孩子们提供了一个互动模式来执行任务。每个单人游戏任务包括一个谜题，以促进儿童的探究行动，因为他们找到了正确的解决方案。地图提供了标记的任务地点，并指导孩子们的调查路径，以解决所有的任务。学习内容是为了支持儿童在游戏过程中的学习，包括文本、图像和视频，以构建解决谜题所需的知识。多人游戏库提供了进行合作任务和协作任务的交互模式。合作任务包括不同的子任务，团队的每个成员都需要解决一个子任务。协作任务提供了一个包含多个答案的谜题，团队中的每个孩子都需要提交至少一个答案才能一起解决任务。同时提供文字、图片等学习内容，支持幼儿在游戏过程中的知识建构。

图2  实验过程

关于学习成绩，预测试，满分100分。第一个后测试旨在评估“生物和环境”的概念。第二个后测试用于评估“生态系统”的概念。（Saidi&Siew，2019）

关于创造性解决问题的表现，基于创造性解决问题过程设计了前测和后测，以评估(1)识别问题和(2)实施实际解决方案的能力(Treffinger et al, 2008)。该测试从四个维度进行评分：流畅性、灵活性、独创性和精细化 (Torrance, 1972)。定性数据分析采用三角法。

关于批判性思维倾向，Chai等人编制了一份问卷，（2015）。它由六个项目组成，李克特量表为五分。

学习态度问卷由Hwang等人（2013）编制。它由七个项目组成，李克特量表为五分。

动态流体验方面，动态流状态采用Csikszentmihalyi(1977)提出的调查问卷进行测量，该问卷测量儿童在每个游戏任务中的流状态。完成每个游戏任务的挑战和技能以5分的李克特量表从“非常高”到“非常低”进行评分。每个游戏任务的流状态称为流距离量(Pearce, 2005)。可以与深度学习结合

（二）实验对象和方法

为了检验所提出的方法的学习效果，本研究采用了准实验设计，共有43名10至12岁的小学生（平均值=11.53，标准差=0.51）参加了活动。共有21名儿童（11名男孩和10名女孩）被分配到使用ARG-CMQ方法的实验组，22名儿童（10名男孩和12名女孩）被分配到使用ARG-Q方法的对照组。

四、研究结果

（一）学习成绩

1、关于单人游戏，违反了确定方差同质性的Levene检验，因此，采用了独立的t检验。结果表明，在预测试中没有显著差异，而ARG-CMQ和ARG-Q在单人游戏的学习成绩上有显著差异。如表1所示，使用ARG-CMQ学习的儿童比使用ARG-Q学习的儿童表现更好。

 

表1独立样本t检验结果

		前测			第一次后测
组别	N	M	SD	t	M	SD	t
实验组	21	65.10	6.74	-1.25	77.21	9.21	0.22**
对照组	22	68.14	8.95		68.50	8.00

**p<0.01

2、关于多人游戏的学习成绩，在确认回归同质性假设后进行ANCOVA。结果显示，实验组和对照组之间没有显著差异。

 

 

（二）批判性思维倾向

在确认回归的同质性假设后，进行ANCOVA。结果表明，两组学生的批判性思维倾向存在显著差异。如表2所示，ARG-CMQ比ARG-Q对学生的益处更大。

表2协方差分析结果

组别	N	M	SD	Adjusted mean	Std.error	F	η²
实验组	21	4.43	0.39	4.43	0.09	8.96**	0.18
对照组	22	4.07	0.40	4.07	0.09

**p < 0.01.

 

（三）创造性解决问题的表现

1、识别问题能力

在应用ANCOVA前进行方差齐性检验，流畅性、灵活性、独创性、精细化均未违反回归齐性假设。ANCOVA结果显示，两组在识别问题的流利性、灵活性、原创性和精细化方面没有显著差异。

 

 

 

 

2、实施实际解决方案的能力

在实施实际解决方案的创造性解决问题表现方面，流畅性、灵活性和精细化均未违反回归的齐性假设，但独创性不符合方差的齐性假设。表4显示了ANCOVA结果，两组在流畅性、灵活性和精化方面存在显著差异。此外，独立t检验结果显示，两组在学习活动前后的独创性差异无统计学意义。结果表明，实验组可以在不同类别和更详细的情况下进行更实际的解决方案。

表3协方差分析结果

	组别	N	M	SD	Adjusted mean	Std.error	F	η²
流畅性	实验组	21	4.17	0.38	4.15	0.10	4.53*	0.10
	对照组	22	4.42	0.47	4.44	0.09
灵活性	实验组	21	2.95	0.66	3.04	0.09	4.23*	0.10
	对照组	22	3.39	0.58	3.31	0.09
精细化	实验组	21	1.03	0.50	1.03	0.07	4.17*	0.09
	对照组	22	1.23	0.60	1.23	0.07

*p <0.05.

 

 

 思考为什么做估算边际平均值和主体间效应检验。

（四）学习态度

在确认回归同质性假设后，进行ANCOVA，两组的学习态度之间存在显著差异，表4表明，ARG-MQ比ARG-Q更好地促进了学生的学习态度。

表4协方差分析结果

组别	N	M	SD	Adjusted mean	Std.error	F	η²
实验组	21	4.45	0.52	4.41	0.11	4.36*	0.10
对照组	22	4.02	0.52	4.07	0.11

*p<0.05.

（五）动态流体验

1、单人游戏的动态流体验

采用独立样本t检验，结果显示两组之间没有显著差异。

 

 

2、多人游戏的动态流体验

图3显示了两组多人游戏的流畅体验。与对照组相比，实验组有负流体验。结果表明，采用ARG-CMQ方法的多人游戏可能会导致儿童认知过载。表5提供了多人游戏的流量体验的独立t检验结果。注意到第六到第八个任务的显著差异（p<0.05），这表明ARG-CMQ增加了解决复杂问题的挑战。

表5多人游戏流体验的独立t检验结果

 

**p<0.01，***p<0.001

结论

本研究开发了一种ARG-CMQ方法，以促进儿童在现实世界的学习环境中进行有意义的探究式学习。实验结果表明，ARG-CMQ提高了儿童的学习成绩、批判性思维和环境教育的学习态度。ARG-CMQ缩短了学习中选择、组织和整合的认知过程(Knight, 2019)。使用概念图可以帮助学生在旧概念(先验知识)和新概念之间建立联系，从而增强图式构建以整合和应用所学知识(Chen & Hwang, 2020)。此外，概念图说明和描述了概念之间的相互关系，这有助于儿童整合和反思批判性思维的相关信息(Rosen & Tager, 2014)。因此，使用ARG-CMQ学习的儿童在单人游戏中的学习表现比使用ARG-Q学习的儿童更好，批判性思维能力也更高。由于学习表现和游戏表现的改善，ARG-CMQ较ARG-Q显著改善了儿童的学习态度。

尽管ARG-CMQ提高了玩单人游戏的学生的学习成绩，但两组玩多人游戏的学生的学习成绩没有显著差异。其原因可能是使用ARG-CMQ学习的儿童在玩多人游戏时存在焦虑流状态;也就是说，挑战高于儿童完成多人游戏的能力(Pearce, 2005)。高度焦虑增加了对无关信息的注意选择性，降低了完成学习任务的注意能力(Eysenck, 2012)。结果提示，ARG-CMQ多人游戏可能导致认知超载，影响儿童的学习。

本研究还发现，使用ARG-Q学习的儿童比使用ARG-MQ学习的儿童有更好的创造性解决问题的表现。通过ARG-Q学习的孩子可以从不同方面、更详细地解决学校环境问题。这可能是因为他们的创造力受到了所提供的概念图框架的影响。研究人员解释说，儿童的创造力受到他们以前经历的影响，他们的经历强化了他们的思维模式（Starko，2013）。尽管ARG-MQ支持孩子们在所提供的指导下更快地解决任务，但灵活选择的限制可能限制了他们以其他方式思考的创造力（Starko，2013）。另一个可能的原因是认知负荷的增加对儿童创造性解决问题产生了负面影响（Yeh等人，2015）。因此，ARG-MQ在提高创造性问题解决绩效方面的作用有限。

综上所述，ARG-CMQ有效地提高了儿童的学习成绩、批判性思维和环境教育的学习态度。该研究也支持了之前的研究，即只有适当设计与其能力相匹配的挑战才能有效提高儿童的学习水平(Kiili et al, 2014)。然而，学习成绩的大标准差表明儿童之间存在巨大差异。因此，可以考虑个人素质对学习绩效的影响，以便更好地研究影响学习的因素，如认知风格或学习风格。

局限性:首先，样本量小;因此，最好以保守的方式来解释这一发现。

其次，该研究仅检查了在ARG中使用基于不完整概念映射方法的效果。考虑到复杂概念图的认知负荷增加，未来可以考虑采用不同的基于概念图的方法来有效促进儿童在学习活动中的心流体验。

第三，拟定的活动周期不长。考虑到儿童需要时间来发展技能，未来的研究可以进行一系列的博物馆学习活动来检验学习效果。此外，可以通过延迟后验来探索不同基于概念映射的ARG方法的长期效果。

问题与收获

1、为什么要分三个阶段进行实验？因为有两次差异分支

2、动态流体验为什么会出现负值？