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设计基于移动应用程序的协作学习系统

摘要：教育的一个重要方面是向学习者提升高阶思维技能。 然而，在讲座环境中，学习者被动地参与其中，并且不太可能发生高阶思维。 虽然诸如“答题者”之类的干预可以用来增加讲座的参与度，但这并不一定能促进高阶思维。 诸如协作学习之类的方法更适合于此，但在讲座的短时间内几乎没有空间使用这些方法。

随着智能移动设备功能的最新进展及其在学生群体中的不断增长的渗透率，可以利用这些设备来设计一个系统，以在讲座环境中提升高阶思维技能。

我们介绍了一个名为myVote的基于移动应用程序的协作学习系统的设计及其使用过程。我们的目的是提供一篇理论论文，讨论用于设计系统的相关学习理论，以及描述使用该系统在不同思维水平上实现协作学习的过程。

我们通过涉及不同思维水平的三种情景证明了系统的实用性和灵活性，范围从低级到高级。尽管这些场景是在IT教育的背景下，但该系统的通用性足以适应一般教育以及非教育环境，例如类似商业的环境。

我们的贡献是在演讲环境中使用移动应用和协作学习理论的框架，以鼓励学习者的高阶思维。

虽然系统的潜在限制是它可能不适合教授更多技术IT资料，例如编程和SQL代码片段，但是可以以不同的格式（例如伪代码）重新编写该问题，以便于在这些领域中进行教学。

关键词：高阶思维技能，协作学习，智能手机，计算机支持协作学习，Delphi调查，移动应用

介绍

协作学习是一种基于群体的学习方法，学习者以协调的方式相互参与，以实现学习目标或完成学习任务（Dillenbourg，Baker，Blaye，＆OMalley，1996）。协作学习以社会建构主义方法为中心，其中学习者负责自己的学习并参与社交以构建知识。协作学习可以提高学习者的参与度（Gokhale，1995）并促进高阶思维，例如批判性思维。

协作技术通常用于支持群组协作，但是，它们可以用于支持协作学习。协作学习和协作技术之间的这种联系与计算机支持的协作学习（CSCL）有关，其中技术用于支持或更好地实现协作学习。

技术有可能改善我们日常生活的许多方面，包括学习。它已被证明可以提高学生的参与度（Kuh＆Hu，2001）和学习成果。然而，由于现在的学生非常精通技术，而且每一代人都越来越熟悉，为了让他们与技术接触，教育工作者必须使用学生已经使用的相同的最新（如果不是前沿）技术。此外，该技术必须以学生使用它们的相同（或兼容）方式使用。这导致学生群体中更容易摄取和更好地接受。

智能手机和平板电脑等智能移动设备的普及使其成为吸引学生的明显技术选择。这些设备不再仅仅是过去的语音通信设备。它们现在是大多数学生携带的通用和移动计算机，大部分时间和影响几乎包括大学在内的生活的方方面面。为这些智能移动设备的大多数人（如果不是全部的话）生活过这些技术的新一代学生，都是热情和专注的用户。特别是，这些学生喜欢通过使用这些设备而发生的连接和社交互动，而更喜欢基于群体的活动（Cobcroft，Towers，Smith，＆Bruns，2006）。

传统的讲座，即教师在有限的时间内向一群学习者传达知识，尽管有其局限性，但却是一种常见的教学形式。讲座的一个重要限制是学生被动地参与学习。尽管已经使用了许多活动来更积极地吸引学习者进入这种环境，但许多活动并不促进高阶思维，除非它们是广泛的，例如全班讨论或案例研究分析。它们耗时并且在讲座的短时间内通常不可行。一个例子是“思考/配对/分享”，其中学生将讲座材料总结给坐在他们旁边然后到整个班级的另一名学生（Silberman，1996）。技术驱动的示例是一个可用于轮询受众的系统，通俗地称为“答题器”，或者更正式地称为个人响应系统，课堂反应系统，学生反应系统，受众响应系统或班级通信系统（Beatty， 2004; Caldwell，2007; Fies＆Marshall，2006）。答题器是学生用来回应讲师提出的多项选择题的小型移动设备。它们可以用来更好地让学生参与讲座（Beekes，2006）;然而，它们本身并不能促进高阶思维技能。

高阶思维技能的发展是教育的重要成果。学术成就不仅仅是学术成绩，还包括批判性思维和解决问题等高阶认知能力的发展。高阶认知过程是可取的，因为参与它们会导致主动学习（Bonwell＆Eison，1991），这有利于学习者的知识建构（Meyers＆Jones，1993）。

通常用于支持协作学习的技术，因此高阶思维，如在线讨论论坛，博客和维基，对于讲座中的课堂活动而言并不实用。然而，协作学习带来的好处是可取的，特别是在类似讲座的环境中，这种方法可以更好地吸引学生。

我们提出了一篇理论论文来讨论基于移动应用程序的协作学习系统的设计，以便在类似讲座的环境中提升高阶思维技能。由于低阶思维，如知识回忆和理解，为高阶思维提供了基础，系统应该足够多才能支持低阶和高阶思维。我们的贡献包括一个设计系统的框架，其中考虑了相关的学习理论，以及用于在限时和交互的教学课程中实现高阶思维技能的过程的描述，例如讲座环境。我们还说明了系统的使用，以通过一系列场景实现各种级别的思考。

背景

学生在与他人合作时似乎学得更好或正确解决问题，特别是当任务是概念性的或复杂的时（Gabbert，Johnson，＆Johnson，1986）。此外，学生之间的合作似乎也具有有益的效果，如改善社会关系或增加动力（Sharan，1980）。在本节中，我们将讨论相关的协作学习理论，支持协作学习的技术以及移动学习应用程序。

协作学习是一个总括性术语，涵盖了学习者共同实现学术目标的一系列方法。这是从传统的以教师为中心的方法转向当代学习方法，包括以学生为中心，社会学习，主动学习和建构主义（Kirschner，2001）。

与个人学习相比，协作学习有许多好处。它增强了学习者的批判性思维（Gokhale，1995）。批判性思维通常指的是做出理性判断和自主思考的能力（Paul＆Binker，1993），并且还具有元认知意识和解决问题的能力（McLoughlin＆Luca，2000）。还有证据表明，协作思维鼓励学习者掌握自己的学习（Johnson＆Johnson，1986），并且与个人学习相比，保留信息的时间更长（Totten，Sills，Digby，＆Russ，1991）。

在对问题解决团队的研究中，团队绩效被发现依赖于团队互动，因为成功团队的成员参与彼此的思考，而低绩效团队的成员忽略了彼此的解决方案（Barron，2003）。然而，协作学习的好处并不普遍，并且似乎因学习任务和个别学生而异（Tudge，1989）。

社交互动是协作学习的关键变量，许多理论为其重要性提供了哲学支持。根据维果茨基的社会学习理论（1978），社会互动在个体认知发展中起着重要作用，因为知识是通过与他人的互动（社会建构主义）来构建的。哈贝马斯的交往行为理论表明，意义以交互方式出现（引自Garrison，1992），而加里森（1992）则表明意义是通过交往行为产生的。心理学家认为，批判性思维，社会互动和深度学习之间存在明确的联系，因为认知技能是在社会背景下发展的（Newman，Webb，＆Cochrane，1995）。

为了创建一个学习社区，让学习者分享共同的价值观并积极地相互学习，必须满足几个条件。必须提供协作工作空间作为交互空间（例如使用技术中介协作时的论坛和维基）。为了实现有效的协作，假设学习者是陌生人，之前很少或根本没有合作经验，并且有不同的文化和个人经历，那么为学习者提供社交，学习和构建知识的共享社交环境非常重要（高， Baylor，＆Shen，2005）。为了实现协调协作，学习者应该意识到三种意识：社会意识（谁在身边？），行动意识（正在发生什么？）和活动意识（事情如何发展？）。可以通过学习环境中的一系列支持功能提供共享上下文，例如多个信息渠道和工具，以支持面向任务的项目中的协调协作;支持社会，行动和活动意识;环境中物体的表示;和沟通脚手架。代表环境中物体的人工制品可用于促进共同基础的建立，这是知识建构的关键过程（Ostwald，1996）。通信支架用于构建讨论，从讲师那里获取相关信息，并使学习者能够找到类似案例的不同观点（Lin，2001）。

虽然群体可以用来汇集其成员的想法和经验以获得更好的集体结果，但由于缺乏积极的群体动态，例如：缺乏关注，沟通不畅，主导性格，社交游荡和“群体思考”，可能会导致表现不佳。 ”。 Delphi方法（Linstone，Turoff，＆Helmer，2002）是一种结构化通信技术，可以解决群体动态的常见问题。这是一种可能涉及多次迭代的调查形式，其中该过程涉及在寻求解决问题或发现问题答案的一组个体之间构建异步通信。必须强调的是，Delphi是一种通信结构，旨在研究问题并将其打开讨论，而不是谈判过程（Adler＆Ziglio，1995）。

Delphi方法的主要特征是信息流的结构化，定期反馈（通过迭代）和参与者的匿名性。该过程仅涉及一系列迭代，其中正在讨论的主题在参与者（通常是该领域的专家）之间传播，他们对其进行评论，并且在每次迭代时，在审阅评论时修改他们的意见。主持人在每次迭代结束时收到参与者的所有回复。对参与者进行检查，打包和重新发送以进行后续迭代。在某些时候（可能在达成协议时），迭代停止并从结果生成报告。

诸如Delphi之类的结构化通信技术可用于改善社交互动，反过来又可以产生更高阶的思维技能。这种结构化的沟通技术提供了增强学习成果的基础，可以使用Bloom的分类法进行分类。布卢姆的教育目标分类（Krathwohl，2002）是一个众所周知的框架，用于对学生应该学习的教学内容进行分类。它概述了一系列思维技能，从低阶思维技能开始，这些技能构成了最高层次思维技能的层次结构。布卢姆（修订版）分类法的规定如图1所示。

移动学习应用程序，以促进高阶思维技能

计算机支持的协作学习（CSCL）与支持计算机社交学习有关（Stahl，Koschmann，＆Suthers，2006），可分为两个方面：协作学习和计算机支持。

顾名思义，CSCL的计算机支持方面是使用计算机来支持和促进协作学习，并且这主要集中在过去的计算机（及其网络，即因特网）上。但是，随着技术的进步，它可能应该扩大到包括其他技术。虽然有大量的工作可以调查移动CSCL（Cortez等人，2004; Zurita＆Nussbaum，2004a，2004b; Zurita，Nussbaum，＆Salinas，2005），但它基于个人数字助理（PDA），例如，掌上电脑;不再常见的设备。此外，大部分研究都与初等教育有关。考虑移动CSCL的主要候选者是智能移动设备，特别是智能手机，它们更常用。虽然目前有关这些设备和软件应用程序（称为应用程序）的研究可以在这些设备上运行，但它们往往是零碎的研究，并且与CSCL没有明显的关联。

移动学习应用程序正在迅速发展。由于它们的种类繁多且种类繁多，我们将它们分类以便于随后的讨论。我们讨论了促进当前文献中报道的高阶思维的移动学习应用，之后我们定位了我们的研究

表1列出了基于学习理论的移动学习应用程序的分类。这些类别并不相互排斥，因为教育游戏可以分类为位置学习（如果它出现在真实语境中）和协作学习（如果社交互动是用于构建知识）。

有一系列移动协作学习应用程序可用于提升高阶思维技能。这些包括讨论板（Mac Callum，2008），博客（Huang，Jen​​g，＆Huang，2009），户外教育场景（Vasiliou＆Economides，2007）和游戏（Barma＆Daniel，2011; Daniel，2009）。讨论板提供了一种媒介，学习者可以通过这种媒介相互协作并在线构建知识。博客允许学习者开发和发表一篇文章，然后其他学习者可以对其进行评论。实现高阶思维的一种方法是为学习者提供一个复杂的问题，例如案例研究，来解决，并将讨论板和博客用作共享的在线协作空间进行交互。此外，允许多渠道访问这些交互（Peter，Vantroys，＆Leprecirc;tre，2008），例如通过台式机，笔记本电脑，智能手机访问，增强了学习者的环境，因为他们可以在不同的环境下互相交流（例如，随着智能手机移动）。在户外教育场景中，学习者参与定位学习，并且根据活动，也参与协作学习。一些示例场景包括访问考古站点并使用移动设备向彼此传输适当的学习者材料的学习者，或者参与团队中的定向游戏的学习者（Vasiliou＆Economides，2007）。

虽然这些协作学习方法已被证明可以促进高阶思维技能，但它们在面对面课程之外使用以补充课堂学习大多是实用的。也就是说，这些应用程序实际上不能在限时的面对面讲座环境中使用。相比之下，答题器已成功用于演讲环境，因为它们设置快速且易于使用。他们固有的好处是，他们更好地吸引学习者并鼓励那些通常不参与课堂讨论的学习者参与（Beekes，2006）。

Clicker系统随着时间的推移而发展。在智能移动设备，特别是智能电话的普及之前，它们由“小问候”，小型物理发射器组成，它们将学生答案传送到集中系统（即，另一件硬件），其接收并聚合响应。答题器要么通过布线连接，要么在更现代的时候通过红外（IR）或射频（RF）信号连接（Caldwell，2007）。随着目前智能移动设备的普及，研究人员开始利用移动设备取代答题器（Stav，Nielsen，Hansen-Nygaring;rd，＆Thorseth，2010）。这些较新的系统具有许多优点。大多数学生已经拥有智能移动设备，特别是智能手机，因此购买额外的专业答题器是免费的。使用IR或RF的旧答题器的范围有限。也就是说，有必要在接收器的某个物理接近范围内，以便聚合一个人的响应。智能移动设备系统不需要这样做;只要它们连接到无线网络，它们的响应就会被传输。实际上，这意味着新系统可用于同步（同时）为地理位置分散的参与者聚合结果。例如，该系统可用于虚拟会议场景，其中参与者位于世界的不同地方。也可以异步（随着时间的推移）收集响应。因此，

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