基于视频的反思提示对情境感知的泛在学习环境中学习者反思水平的影响

基于视频的反思提示对情境感知的泛在学习环境中学习者反思水平的影响

一、摘要

文献表明，反思是学习的重要因素之一，泛在学习可以提高学习绩效、动机和效率。本研究在情境感知的泛在学习环境下，运用反思提示来提高学习者对植物物种观察活动的反思水平和学习满意度。由于植物物种观测的复杂性和移动设备屏幕尺寸的限制，以往研究中广泛采用的基于文本的反思提示的使用还相当不足。因此，本研究设计了一个基于视频的反思提示策略，其中QR码技术被用来定位学习者的位置，以提供及时和充分的指导。本研究以70名受试者为实验对象，对所开发的学习系统的有效性进行了评估。实验结果表明，基于视频的反思提示策略显著提高了学习者的反思水平，但在学习满意度上没有显著差异。

关键字：上下文感知泛在学习；反思提示；感知技术；基于视频的反思提示策略；反思水平

二、介绍

普适计算是为了构建一个普适学习系统而逐渐成熟起来的。泛在学习系统利用真实环境和真实学习对象的特征来检测和分析学习者的行为，从而为学习者提供更及时、更充分的学习支持。无处不在的学习系统可以在情境学习环境中主动地为学习者提供学习支持和帮助，以提高学习效率、学习动机和学习绩效。泛在学习系统可以通过无线网络、移动设备和传感技术跟踪学习者的学习过程。如何在特定的学习场景中提供合适的学习材料，并通过使用各种类型的上下文感知技术促进学习者之间的学习交互，是无处不在的学习系统设计的关键。

杜威首先提出了反思的概念，它描述了学习者对所学知识进行积极、持续、仔细的思考的过程。

因此，在学习过程中，不仅要鼓励学习者反思和修正他们的反思性思维，还要理解学习内容。Bain、Ballantyne、Packer和Mills通过分析学习者的反思性写作，提出了从低到高的五个层次的反思，即报告、回应、关联、推理和重构。以往的研究试图将提示作为学习者在学习过程中进行反思的学习指南，发现反思提示可以提高学习者的反思水平。此外，一些研究已经证明，一旦学习者的反思水平提高，相应的学习成绩也会提高。这就是为什么反思在学习过程中起着如此重要的作用。

在传统的课堂教学中，教师在讲授自然科学课程中的植物识别时，通常使用照片来帮助学习者区分植物种类。然而，仅凭照片中提供的少量线索，很难了解一组植物物种之间的差异。因此，需要在真实环境中进行植物观察学习活动，以提高学习者的理解能力。本研究旨在为学习者在无处不在的学习环境中进行植物观察学习活动，并利用基于视频的反思提示来提高学习者的反思水平。

大多数研究采用图文结合的方式设计学习材料，以支持植物观察学习活动。基于文本的反思提示主要基于文本信息，在学习活动中被广泛使用，被认为能有效地提高学习者的反思水平。然而，使用多媒体学习材料，包括文本、图片、声音和视频剪辑，可以在反思水平上提供更积极的影响。

因此，本研究采用多媒体作为更丰富的格式来设计基于视频的反思提示。

本研究针对学习者在户外环境中观察植物进行了一项无处不在的学习活动。由于学习场景和学习主题的复杂性，单纯使用基于文本的反思提示不足以达到预期的学习效果。

此外，有关植物种类特征的专业术语在没有实际观察的情况下很难以文本形式学习。因此，还需要对此类观察活动的反思提示的简明表示。也就是说，很简单由于移动设备屏幕较小，使用基于文本的反射提示可能会为学习者提供有限的信息。本研究利用更丰富的媒体格式（例如，视频片段）设计了一个基于视频的反思提示，以便向学习者传达适当的信息。通过基于视频的反思提示提供及时的指导，学习者有望在真实环境中更好地观察几种植物物种。为此，本研究在植物观察学习活动中设计了一种基于视频的反思提示策略。为了检验所设计的基于视频的反思提示对学习者反思水平的有效性，通过实验比较了两组学习者的反思水平和学习满意度，一组采用基于视频的反思提示，另一组采用基于文本的反思提示。

由于移动设备屏幕较小，使用基于文本的反思提示可能会为学习者提供有限的信息。本研究利用更丰富的媒体格式（例如，视频片段）设计了一个基于视频的反思提示，以便向学习者传达适当的信息。通过基于视频的反思提示提供及时的指导，学习者有望在真实环境中更好地观察几种植物物种。为此，本研究在植物观察学习活动中设计了一种基于视频的反思提示策略。为了检验所设计的基于视频的反思提示对学习者反思水平的有效性，通过实验比较了两组学习者的反思水平和学习满意度，一组采用基于视频的反思提示，另一组采用基于文本的反思提示。

三、学习系统和学习材料的设计

 情境感知反思提示系统（CRPS）本研究实现了情境感知反思提示系统（CRPS），旨在支持学习者进行观察和反思。为了构建一个户外情境感知的泛在学习环境，利用移动设备读取植物上附着的二维码。然后，CRP可以定位学习者的个人位置，并提供与特定观察植物的学习材料相对应的基于视频的具体反思提示。

为了检验媒体丰富性对反思的有效性，设计了两种类型的反思提示：基于视频的反思提示和基于文本的反思提示。对于基于视频的实验组，通过移动设备内置的Windows Media Player播放嵌入每个学习单元的基于视频的反思提示。在一段视频剪辑播放完毕后，CRP通过显示一些屏幕截图继续呈现学习材料的核心概念。对于基于文本的组，反思提示仅以纯文本描述形式表示。要求学习者在回顾反思提示后立即进行反思任务。界面设计只设计了“回放”和“结束此提示”两个按钮，每个学习单元构成一个或两个反思提示。如果第二个反思提示可用，CRP将在播放第一个提示后自动向学习者显示，而无需重新扫描二维码。

本研究设计的学习材料被用来提供观察植物的知识基础，而反思提示则被用来帮助学习者完成反思任务。学习材料的内容旨在教授观察植物、获取知识基础和理解目标植物种类内容所需的技术。

为了设计一个情境感知的泛在学习活动来增强观察和反思活动，提出了一套设计反思提示的准则（表一）。根据这一指导原则和四种目标植物的特点，设计了七个问题作为基于视频和文本的反思提示。

基于视频的反思提示的呈现方式基于本研究提出的准则和模板（表二和表三）。基于文本的反思提示简单地将问题以纯文本的形式呈现给学习者。

表一

NO	Descriptions  描述
1	Each prompt has one reflection question每个提示都有一个反思问题。
2	The content of the reflection prompts has the low and high level refection questions反思的内容应与学习环境相匹配。
3	3.1	A set of reflection prompts has the low and high level refection questions.一组反思提示包含低层次和高层次的反思问题。
	3.2	Pure observation activity forms a low level refection question; deep thinking activity forms a high level reflection question. 纯观察活动形成低层次反思问题；深度思考活动形成高层次反思问题。
	3.3	A concrete learning goal is included in a high level refection question.一个具体的学习目标包含在一个低层次的反思问题中；一个抽象的学习目标包含在一个高层次的反思问题中。

 

表二

NO	Descriptions
1	Each video-based reflection prompt contains video clips with corresponding voice instruction每个基于视频的反思提示都包含带有相应语音指令的视频片段
2	Each video-based reflection prompt only presents the name of a plant species and few professional terms without superfluous text. 每个基于视频的反思提示只显示一种植物的名称和一些没有多余文本的专业术语
3	Each video-based reflection prompt can highlight a region by applying magnification, brightness, and contrast. 每个基于视频的反思提示都可以通过应用放大率、亮度和对比度来高亮显示区域。
4	Each video-based reflection prompt can present the combination of the plant species name, photos, and characteristics. 每个基于视频的反思提示可以呈现植物种类名称、照片和特征的组合。
5	The image used in the video-based reflection prompt for guiding observation should match the life cycle of the on-site plant species. 用于引导观测的视频反思提示图像应与现场植物物种的生命周期相匹配。
6	Each video-based reflection prompt should follow the template of designing the video-based reflection prompt. 每个基于视频的反思提示都应该遵循设计基于视频的反思提示的模板。
7	The length of each video-based reflection prompt should be under one minute. 每个基于视频的反思提示的长度应小于一分钟

 

 

 

表二

T1	A low level reflection question  低水平的反思问题 Pure observation  纯粹的观察
T2	Reflection on the relationship between two plant species 两个植物品种关系的反思 The images of two compared plant species should be in similar life cycle and scale 在相似的生活圈和范围比较植物的照片
T3	A high level reflection question  高水平反思问题 Reflection on the growth process of plant specie 植物物种生长过程的反思
T4	A higher level reflection question  高水平的反思问题 Design for learners to induce and think the characteristics of the plant species 为学习者设计导入和思考的植物品种的特点 Provide two existing characteristics and one blank  characteristic of each plant species  每种物种提供两种存在的特点和一种空白的特点。

 

四、方法

如果没有反思提示的支持，学习者通常不知道如何做反思任务。通过适当的反思提示，学习者可以更有效地完成反思任务，从而提高反思水平。媒体丰富性理论指出，丰富的媒体形式可以减少信息传递过程中的模糊性和不确定性。对于一些模棱两可和不确定的学习任务，如果支持更丰富的媒体格式，学习者仍然能够理解它。以往的研究也表明，丰富的学习材料形式可以提高观察植物物种的学习绩效。

学习者在获取植物物种知识时可能会产生一些误解。不同的学习者可能对知识有不同的想象和抽象概念，这些概念属于模棱两可和不确定性信息，如果没有更丰富的媒体形式的支持，很难理解。在普遍存在的学习环境中，学习者会遇到信息量较大的学习对象。也就是说，本研究中的植物观察学习活动需要使用更丰富的形式来设计学习材料和反思提示。提出了两个假设来评价基于视频的反思提示和基于文本的反思提示对反思水平和学习满意度的影响。

假设1：在情境感知的泛在学习环境中，基于视频的反思提示组的反思水平显著高于基于文本的反思提示组。

假设2：在情境感知的泛在学习环境中，基于视频的反思提示组的学习满意度显著高于基于文本的反思提示组。

五、实验设计

以高雄原植物园为研究对象，进行植物观察学习活动实验。台湾南部资讯管理系共招收70名本科生及研究生。实验组38人，对照组32人。

一开始，向所有参与者介绍了实验的目的和程序，持续5分钟。然后，一个学习环节开始了，每个参与者都被提供了纸质材料，并被要求阅读有关植物的介绍性内容，他们要观察七分钟。

之后，进行30分钟的预测试，以获得所有参与者对学习主题的反思水平。

然后，一组反思任务开始，每个参与者手持一部内置摄像头的智能手机，使用上下文感知反射提示系统（CRPS）对目标植物物种进行一小时的观察和反思。

实验组接受基于视频的反思提示，对照组接受基于文本的反思提示。之后，所有参与者都进行了30分钟的后测，以测量他们对学习满意度的看法。完成整个实验最多需要90分钟。

本研究的测量包括前测、后测和问卷调查。为了更好地评估学习者的反思水平，为每个前测和后测设计了五个问题。前四个问题被设计用来测量四种目标植物的反思水平。最后一个问题旨在测试学习者是否能够有效地综合所学的观察植物物种的技术。问卷由三个问题项组成，三个问题项采用七点Likert量表（从1-高兴到7-一点都不满意）。此外，问卷还包括了针对参与者个人资料、智能手机用户体验和开放式问题的问题。开放式问题旨在了解学习者是否能够在反思提示策略的支持下参与反思任务。

六、结果和讨论

描述性统计显示，70名被试中男性45名（64.29%），研究生65名（92.86%）。为了了解被试对智能手机的使用体验，本研究采用了独立样本t检验来验证实验组和对照组之间的差异。表显示的结果表明，两组参与者在使用智能手机方面没有显著差异（t=-0.065，p=0.948）。---真实结果

模拟数据：使用手机的独立样本t检验

 

组统计
	group	个案数	平均值	标准差	标准误差平均值
使用智能手机的经验	E	38	74.82	10.845	1.759
	C	22	72.23	10.470	2.232

 

独立样本检验
		莱文方差等同性检验		平均值等同性 t 检验
		F	显著性	t	自由度	显著性（双尾）	平均值差值	标准误差差值	差值 95% 置信区间
									下限	上限
使用智能手机的经验	假定等方差	.059	.809	.902	58	.371	2.589	2.869	-3.155	8.332
	不假定等方差			.911	45.278	.367	2.589	2.842	-3.135	8.312

 

 

 

	N	Mean	S.D	t
E	38	74.82	10.845	.902
C	32	72.23	10.470

 

 

 

 

每个前测和后测的平均值作为学习者的反思水平。以预检验结果为协方差，进行方差分析，检验两组反思水平的差异。

ANCOVA结果显示，基于视频的反思提示组的反思水平显著高于基于文本的反思提示组

模拟数据

描述统计
因变量:   反思水平后测
group	平均值	标准偏差	个案数
E	80.58	11.334	38
C	82.59	11.567	32
总计	81.50	11.403	70

 

误差方差的莱文等同性检验a
因变量:   反思水平后测
F	自由度 1	自由度 2	显著性
4.341	1	68	.041

 

主体间效应检验
因变量:   反思水平后测
源	III 类平方和	自由度	均方	F	显著性	偏 Eta 平方
修正模型	2201.458a	3	733.819	7.154	.000	.245
截距	28192.981	1	28192.981	274.849	.000	.806
group * 反思水平前测	652.127	1	652.127	6.357	.014	.088
group	543.495	1	543.495	5.298	.025	.074
反思水平前测	1058.288	1	1058.288	10.317	.002	.135
误差	6770.042	66	102.576
总计	473929.000	70
修正后总计	8971.500	69

   

 

估算值
因变量:   反思水平后测
group	平均值	标准误差	95% 置信区间
			下限	上限
E	82.605a	1.703	79.205	86.004
C	82.304a	1.905	78.501	86.107

 

group	N	Mean	S.D	Adjusted mean	Std.error	F
E	38	80.58	11.334	82.605a	1.703	5.298
C	32	82.59	11.567	82.304a	1.905

  

根据问卷中的开放式问题，所有参与者都同意在真实的环境中学习对他们来说是真正有趣的。他们都倾向于使用这种泛在学习系统进行学习，并在未来的反思提示策略的支持下进行学习。因此，这种类似的学习满意度结果的一个可能解释是，视频和文本为基础的小组都是第一次使用反思提示策略学习的，这可能会导致较高的动机和兴趣。

此外，学习者的有用性知觉会影响学习满意度。本研究中的有用性知觉体现在学习者反思水平的提高上。尽管两组的反思水平都有所提高，但参与者可能很难察觉到他们在学习上的进步程度。这可能是由于反思任务的测量格式不同于传统的学习任务。

参与者没有类似的反思经验作为他们可以比较的基线。因此，学习满意度没有差异。

七、结论

本研究的目的是评估在情境感知的泛在学习环境中，基于视频的反思提示对反思水平的影响。研究结果表明，基于视频的反思提示组学习者的反思水平显著高于基于文本的反思提示组。虽然两组学习者的学习满意度没有显著差异，但所有被试都对所设计的反思提示策略的学习活动感到积极满意。本研究存在一定的局限性。在户外学习环境中，移动设备屏幕上偶尔闪耀的阳光会受到影响。然而，随着移动设备的发展，这个问题将在未来被消除。

此外，基于视频的反思提示的设计准则仅限于植物物种观察的主题，需要后续研究来修改本研究提出的准则，以涵盖更广泛的学习主题和活动。