A hybrid approach to promoting students’ web-based problem-solving competence and learning attitude

A hybrid approach to promoting students’ web-based problem-solving competence and learning attitude --------12年

提高学生基于网络的问题解决能力和学习态度的混合方法

一、摘要

培养问题解决能力一直被认为是教育中的一个重要问题；然而，过去的研究表明，要找到有效的学习策略或工具来提高学生解决问题的能力是困难和具有挑战性的。为了解决这个问题，在本研究中，提出了一种整合认知学徒模型与协作学习策略的混合方法，以进行基于网络的问题解决活动。在这种混合学习的背景下，研究了学生解决问题的表现。此外，以往的研究表明，认知负荷会影响学习者的表现，从而深入研究了认知负荷对学生解决问题效果的影响。实验结果表明，与用传统方法学习的学生相比，实验组中低成绩的学生通过混合方法获得了显著的效益。因此，本文讨论了如何适应不同学习能力组的需求。

关键词：教学策略 学科领域 互动学习环境应用

二、介绍

在以往的学习模式中学生仅仅是模仿教师的行为，并不能提高自己的高阶思维能力，为了解决这一问题Brown, Collins and Duguid (1989)提出的认知学徒的学习模式，关注学生的学习技能和元认知能力的发展，以往的研究也表明，认知学徒模式能够有效的提高学生的高阶思维。

传统的课堂上，教师不可能面面俱到的关注所有的学生， 因此将协作学习策略引入倒学习活动中，使高成绩的学生可以在学习活动中发挥导师的作用。

三、文献综述

问题解决能力

解决问题的能力不仅对工作至关重要，而且也是适应环境的关键技能。Sternberg （1988)指出，解决问题的能力应该包括六种技能：

(1) 识别问题的性质；

(2) 选择解决问题的步骤；

(3) 选择解决问题的策略；

(4) 选择适当的信息；

(5) 分配适当的资源；

(6) 监控解决问题的过程。

最近，许多研究人员发现，整合解决问题策略和计算机技术可以促进学生的问题解决能力。Chen and Hsiao (2010)在一个大学的两个音乐欣赏课程中进行了一项基于网络的问题解决活动来检查学生的学习行为和认知变化。他们发现，这种学习方法提高了学生的学习成绩，提高了他们的高阶思维能力。然而，之前的研究也发现，学生在寻求帮助下解决复杂问题的信息时，很容易在互联网上感到迷惑。因此，提出一种学习方法，培养学生在互联网上解决问题的能力。

认知学徒

学徒制是指通过大师的解释和演示实践，以及学徒对特定技能和知识的观察来获得实践经验。因此，大师扮演知识载体的角色，而学徒扮演知识接受者的角色。

认知学徒(CA)注重学习认知技能和元认知技能，从而持续参与学习。它为初学者或初学者提供了一个机会，以观察教师或专家如何在认知构建的真实背景下一步一步地解决复杂问题。 Collins et al. (1989) （1989）列出了应用此模型的六个主要步骤：

（1) 建模：专家演示和解释他们的思维方式，让学生观察和理解；

（2) 指导：学习者练习方法，专家建议和纠正；

（3) 脚手架：通过增加问题的复杂程度，降低学习者进步的帮助水平，逐步帮助学习者逐步接近独立完成任务的目标

（4) 表达：学习者有机会表达和阐明自己的思维方式；

（5) 反思：学习者将自己的想法与专家和同行进行比较；

（6) 探索：学习者操纵和探索所学到的技能或知识，以促进他们的真正理解。

早期的研究也表明，认知学徒能够有效的提高学生的高阶思维能力，因此如何学习活动中有效的运用CA模型来提高学生的问题解决能力是值得研究的。

协作学习

通过协作和头脑风暴，成员能够快速接受大量新信息，并产生新想法来完成任务（Lipponen，2002）。然而，在这个竞争的社会中，仅仅是尊重他人的观点是不够的，这也导致学生忽视团队中合作的重要性。因此，学生不仅可以学习尊重他人的精神，还可以通过协作学习机制促进他们的学习表现。

学习能力

学习能力通常意味着获得知识或技能的能力（Horn，1976）。以往的研究表明，学生参与学习活动时的学习成绩水平可能会影响他们的学习结果（Adesoji&Ibraheem，2009；Lee，2007；Peterson，Janicki&Swing，1981；Saleh，Lazonder&Jong，2005），这意味着学生在学习活动之前的学习成绩可能是影响他们在学习过程中学习表现的决定因素。因此，在本研究中，“学习能力”代表了社会科学专业学生在参加实验前的学习成就水平。

四、基于Web的搜索行为分析系统

(Chu et al., 2010; Hwang, Tsai et al., 2008; Panjaburee et al., 2010),开发了基于web的搜索行为分析系统，协助教师追踪和分析特定问题的信息搜索行为。为了通过元分析器有效地进行解决问题或搜索过程，给出了几个建设性的便于查询的问题，以方便学习者在线搜索有关相关学习单元的信息。每个问题都需要通过适当的关键字采用、信息选择、摘要和集成的过程来正确地回答，如图所示。学生的搜索行为，包括所使用的关键字、所浏览的页面、所浏览的网页的时间和用户上的行为网络等，完全记录在服务器中进行进一步分析，这对教育工作者相应调整他们的教学策略很有用。-------用以前的系统，不是本次开发的。

 

五、研究问题

1. 实验组和控制组在解决问题的能力和在线解决问题的成绩上是否存在显著差异？（研究这个问题是为了看看那些使用认知学徒策略合作学习的学生在解决问题的能力和在线解决问题的表现方面是否显著优于那些使用传统认知学徒方法学习的学生）。
2. 教学策略和学习能力这两个独立变量之间是否存在相互作用效应？（这个问题将衡量不同学生解决能力是否会受到不同教学策略的影响）。
3. 实验组与对照组对社会科学课程的学习态度是否有显著差异？（研究这个问题，以了解使用认知学徒课程策略合作学习的学生，在对社会科学课程的学习态度方面，是否显著优于使用传统认知学徒课程方法学习的学生）。
4. 实验组与对照组之间的认知负荷是否有显著差异？（研究这个问题，看看使用认知学徒策略合作学习的学生在认知负荷方面是否显著优于使用传统认知学徒方法学习的学生）。

六、研究对象

这项研究发生在台湾南部的一所城市公立学校进行。来自一所小学两个班的58名五年级学生（11-12岁）参加了这个实验。两班的学生入学后通过正常班分组，学习成绩相当，四年级也经历过信息搜索课程。一名教师在一天的不同时间在同一间电脑教室教两门课。这位老师有5年的教学经验。一个班被分配为实验组，而另一个班是对照组。实验组的学生采用协同学习策略和认知学徒策略的混合方法学习，而对照组的学生只用认知学徒策略学习。----（混合、去掉学徒。只有认知学徒、去掉认知学徒）

七、实验设计

 

 

 

八、测量工具

问题解决能力测量问卷Speeddie, Houtz, Ringenbach, and Feldhusen (1973)

对社会科学的学习态度问卷是Loo and Thorpe (2005)

认知负载是Bratfifisch, Borg, and Dornic (1972)

协作学习策略的问卷调查表Johnson and Johnson (1984)

九、结果分析

问题解决能力、在线问题解决能力及认知负荷分析

根据一般线性模型分析，下表显示两组对解决问题的能力（PSA、F=35.595、p<0.001）、在线解决问题的效果（OPSP；F=16.686、p<0.001）和认知负荷方面（F=37.961、p<0.001）有显著差异。由部分eta方块计算出的效应尺寸分别为0.389、0.230和0.404，该效应尺寸较大（Cohen，1988）。

Source	Dependent variables	F	P value	η 2
Group	PSAa	35.595	0.000	0.389
	OPSPb	16.686	0.000	0.230
	MEc	0.039	0.845	0.001
	MLd	37.961	0.000	0.404

总之，实验组学生解决问题能力和在线解决问题表现明显优于对照组学生，如下表所示，协作学习干预可促进学生解决问题。就认知负荷而言，两组精神负荷方面的平均得分显示中高水平负荷（平均得分>中值）在4.53到6.10之间，有显著差异(F=37.961.49，p<0.001)，这意味着学生在学习活动中会感到分心。即对照组的精神负荷明显高于实验组。

Dependent Variable	Group	Mean	S.E	Post hoc（LSD）
PSAa	(1)Experimental (2)Control	16.2.07 13.069	0.372 0.372	(1)>(2)
OPSPb	(1)Experimental (2)Control	21.000 16.017	0.863 0.863	(1)>(2)
MEc	(1)Experimental (2)Control	2.707 2.741	0.124 0.124
MLd	(1)Experimental (2)Control	4.534 6.103	0.180 0.180	(2)>(1)

 

学习能力与教学策略方面之间的交互效应

使用单变量一般线性模型分析发现，在问题解决能力测试后，学习能力与教学策略之间有显著差异(F=3.951，p<0.001)。下表显示了初始结果，表明两个独立变量（F=3.95，p<0.05）之间存在显著差异，这表明学习能力和教学策略之间存在显著的交互作用。也就是说，具有不同学习能力的学生的学习表现可能会受到不同学习策略的影响。

 

Source	Type III SS	Mean square	F	P value
Ability	18.528	9.264	4.637	0.014
Group	59.727	59.727	29.897	0.000
Ability*Group	15.788	7.894	3.951	0.025
Error	101.886	1.998
Corrected total	425.655

 

因此，需要对不同学习能力进行分析，如下表所示，两组高成绩学生的学习结果无显著差异（F=0.16，p>0.05）。然而，两组中低成绩的学生表现出显著差异(F=25.34，p<0.001；F=37.75，p<0.001),表明采用协作的中低成绩学生比采用非协作的学生取得较高的学习成绩

 

Learning ability(achievement level）	Exp.group Mean (S.D)	Control group mean(S.D)	F	η 2
High	17.43(1.72)	17.01(1.01)	0.16	0.02
middle	16.46(1.39)	13.65(1.24)	25.34	0.56
low	14.89(2.15)	12.12(1.63)	37.75	0.61

对社会科学研究的学习态度

为了调查学生在使用两种不同学习策略时对社会科学的学习态度，实验前后对两研究组进行了由“学习社会研究的兴趣”、“沉浸在学习社会研究中”、“学习社会研究的能力”、“学习社会研究的实用性”和“解决问题的态度”五个维度组成的问卷。共提交了58份有效问卷，回复率为100%。采用配对样本t测试分析检验了两个不同群体在社会研究学习态度前后的差异。

下表显示了两组的分析结果，表明两组在“沉浸于学习社会研究”、“学习社会研究能力”、“解决问题态度”三个方面存在显著差异，整体学习态度规模存在显著差异.

Dimensions		Experiment group（N=29）		Control group（N=29）
		Mean（S.D）	t	Mean（S.D）	t
Interest  in learning social studies	Pre-test Post-test	2.88（0.66） 3.04（0.54）	-1.46	2.97（0.57） 3.16（0.54）	-2.16
Immersion in learning social Studies	Pre-test Post-test	2.65（0.48） 2.97（0.74）	-4.28	2.89（0.50） 3.07（0.38）	-2.20
Capability of learning social Studies	Pre-test Post-test	2.78（0.69） 3.20（0.52）	-3.98	3.07（0.38） 3.05（0.48）	-1.55
Usefulness of learning social Studies	Pre-test Post-test	3.18（0.74） 3.36（0.47）	-1.15	3.22（0.65） 3.40（0.59）	-0.43
Attitude toward Problem -solving	Pre-test Post-test	3.17(0.72) 3.47(0.52)	-2.50	3.26(0.59) 3.29(0.39)	-0.25
Total scale	Pre-test Post-test	2.90(0.52) 3.18(0.39)	-3.83	3.08(0.43) 3.22(0.40)	-2.71

 

 

此外，研究进一步研究了实验组学生解决问题的能力与社会研究学习态度之间的相关性。采用皮尔逊相关分析，结果见下表：下表显示这两个变量显示中正相关（r=0.479，p<0.01）这意味着他们对社会科学课程的学习态度越高，他们获得的学习成绩就越高，这意味着所提出的混合方法既可以促进学生的学习态度和学习表现。--相关

 

		Problem-solving ability	Learning attitude
Problem-solving ability	Pearson correlation Sig	1	0.479 0.009
Learning attitude	Pearson correlation Sig	0.479 0.009	1

 

十、总结

本研究旨在提出一种结合认知学徒模型和协作学习机制的混合方法，在互联网上进行解决问题的学习活动。研究结果如下：实验组学生解决问题和在线解决问题的表现明显优于对照组学生。此外，实验组中低成绩学生表现更显著，这表明提出的混合方法可以培养中低成绩学生解决问题的能力。至于认知负荷，在没有协作学习机制的情况下，认知学徒制的教学会给学生带来更多的压力，甚至分散他们对学习的注意力，而实验组的学生则没有感知到如此高的压力或分心。