Xintian Tu，Lena Lee

【摘要】隨著數(shù)字媒體設備在兒童早期教育環(huán)境中的應用越來越多，包括平板電腦在內(nèi)的設備對兒童尤其是學齡前兒童的認知和學科學習有著重要影響。本研究以美國中西部低收入家庭為主的幼兒園（參與者均為三至五歲的兒童）為例，深入考察了平板電腦（iPad）是否能夠融入學前教育課堂，以提高科學學習能力的可能性。本研究運用方差分析方法，針對來自低收入家庭中的非英語母語學習者、有特殊教育需要的兒童和無特殊教育需要的英語母語兒童，對其整體的提高和差異進行檢驗。結(jié)果顯示平板電腦（iPad）教學使所有參與者都提高了科學學習能力。在所有組別中，非英語母語的兒童在具有較少英語語言指令的游戲中比其他組別兒童受益更多。

【關(guān)鍵詞】兒童教育；數(shù)字媒體；科學教育

【中圖分類號】G612 【文獻標識碼】A 【文章編號】1005-6017（2019）07/08-0054-06

【作者簡介】Xintian Tu（1990-），女，遼寧大連人，印第安納大學學習與科技研究中心研究助理、學習科學專業(yè)博士生；Lena Lee（1971-），女，韓國首爾人，邁阿密大學師范教育系早期與學前教育專業(yè)教授，印第安納大學學前教育博士，法國巴黎第八大學女性研究博士。

一、問題的提出

進入21世紀以來，視頻游戲和多媒體設備逐漸演變成一種主要的娛樂和教育中介[1]，數(shù)字媒體為兒童和成人提供了豐富的非正式學習環(huán)境。兒童也有更多的途徑與數(shù)字媒體互動，這幫助了他們獲得新的知識并開始接觸學習環(huán)境[2][3][4][5][6]。在這樣的環(huán)境下，為學前兒童設計一種適合他們的數(shù)字媒體課堂使用方式是具有重要意義的。鑒于平板電腦（iPad）是較為常見的數(shù)字媒體工具，在許多的學前教育機構(gòu)以及小學都有使用，本研究將平板電腦作為主要的科學教育的課堂教學使用的數(shù)字媒體工具，旨在幫助開端教育（Head Start）中非英語母語以及有特殊教育需要的兒童能夠更有效地通過運用平板電腦來學習科學知識。

早在2012年，全美幼兒教育協(xié)會（NA E YC [7]）表示互動媒體應該作為中介來幫助兒童增加與多媒體技術(shù)的中介，而且相關(guān)研究也證明了數(shù)字媒體與平板電腦是有價值的學習工具[8]。但是，相比高收入家庭，來自低收入家庭的兒童，非英語母語的兒童以及一些美國少數(shù)族群的兒童獲得的教育資源及其他得益更少。對于他們來說，家中缺乏接觸平板電腦以及智慧手機等高科技工具的途徑，同時家長對兒童使用多媒體監(jiān)管有限，這些兒童更容易通過電視或者網(wǎng)路看到更多沒有教育意義的東西[9][10]。

科學學習的定義是“通過觀察系統(tǒng)地獲得知識和信息，通過多種方法包括實驗法對信息進行驗證”[11]?？茖W學習的過程其實是一個看不到的過程，兒童可以通過日常生活經(jīng)驗來幫助他們發(fā)展科學概念[12][13]。在幼兒對自然環(huán)境的科學探索中，他們?nèi)粘ＳH自體驗到的活動經(jīng)歷和交互式教學對于讓他們參與學習過程是有效的[14][15][16]。這種學習過程可以發(fā)生在不同的日常活動中：體育活動，或者進行一些游戲等[17][18]。隨著技術(shù)的逐漸發(fā)展，平板電腦逐漸成為新興的學習工具，為兒童提供了科學學習比較好的條件。其次，大量的科學學習中涉及可視化的科學模型，也說明可視化的學習能夠更好地對兒童的科學學習進行輔助[19]。視頻游戲和平板電腦應用能夠?qū)⑤^為抽象的科學概念進行可視化，從而幫助兒童建立情境理解教學內(nèi)容。通過平板電腦游戲，兒童能學習如何操作對科學學習至關(guān)重要的材料和程序，教育者也可以通過數(shù)字應用來幫助兒童學習科學，激發(fā)他們的學習興趣[20][21][22][23]。

除此之外，在使用科技產(chǎn)品來學習的過程中的性別差異也越來越被研究者所重視[24]，但在不同情境中，研究者對性別差異所得出的結(jié)論并不完全一致。Hallstr m， Elvstrand，and Hellberg（2015）[25]在瑞典幼兒園中的實驗調(diào)查了兒童使用科技產(chǎn)品中，分別對參與兒童和教師進行了問答，結(jié)果顯示該研究中沒有明顯的性別差異。在2016年美國中西部幼兒園兒童使用平板電腦學習數(shù)學和社會科學的研究中，研究者也發(fā)現(xiàn)了類似結(jié)果，即3～5歲的兒童沒有明顯的性別差異[26]。但是在其他驗證青少年使用電腦或平板電腦學習的其他研究中，卻出現(xiàn)了顯著的性別差異[27][28]，例如女孩在對如何使用相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的時候接受較慢，而男孩則在后測的表現(xiàn)更好。因此，我們也將會比較參與的兒童中是否有顯著的性別差異。

雖然數(shù)字媒體在科學學習中的實踐的論文有很多，但大部分還是停留于中學以及大學的范圍，針對小學以及學齡前兒童的相關(guān)文章還很少。本研究中我們主要關(guān)心的不僅僅是技術(shù)和數(shù)字媒體是否應該加入到兒童的課堂，而是這些工具應該如何作為一種有效的媒體來豐富兒童的學習經(jīng)驗。本研究的目的是檢驗數(shù)字媒體工具，即平板電腦，是否能夠為來自低收入家庭的學前兒童的科學學習培養(yǎng)出一個有吸引力的基礎(chǔ)的學習環(huán)境。因為本研究主要關(guān)注的低收入階層的幼兒園群體包括非英語母語兒童（English Language Learner）和有特殊需要（Special Education Need）的兒童，同時探討兩種群體是否在使用數(shù)字媒體的學習過程中與英語母語的兒童有顯著差異。

二、研究方法

（一）研究對象

本文按照方便取樣的原則，選取來自4個位于美國中西部的幼兒園為研究對象，總計為10個班級。一共有161名幼兒參加了本研究，其中包括90名男孩和71名女孩；平均年齡3.5歲（SD=4個月）。37名是非英語母語的兒童即英語學習者（English Language Leaner），這37名兒童全部以西班牙語為母語的兒童，18名有特殊教育需要的兒童，其余的106名是英語母語并沒有其他特殊教育需要的兒童。

（二）研究工具

研究者根據(jù)Hillman 和 Marshall 在2010年提出的適宜兒童使用的教學工具主要標準——互動、恰當性、結(jié)果的知識和參與性，2010年的美國科學教師協(xié)會（National Science Teacher Association）[29]提供的對幼兒科學教育的指導、全美幼兒教育協(xié)會針對幼兒數(shù)字媒體的評估指南（2014）[30]，以及咨詢了參與教師的教學需要后，選取教育應用“GazzliScience”中的圍繞 “季節(jié)”“五感”“植物”三個主題游戲為本研究主要教學工具。本項目的前后測評估包括6個針對科學概念的條目。其中第一項到第三項檢測兒童對四季知識的概念，第四項檢測兒童對五個感官感覺的理解，第五、第六項檢測兒童對植物的理解（見表1，下頁）。針對這六項的評估標準，研究者使用了項目反應理論里的Rasch 模型進行了檢測[31]，通過WINSTEP 3.8 的分析結(jié)果，這六項評估標準的信度為0.95。

（三）研究過程

在這個研究項目中，我們調(diào)查了平板電腦教學對上述161名學前兒童這一學期在上述六個評估條目上的表現(xiàn)。本研究包括1名研究兒童早期課程的大學教授以及10名研究助理。研究一共持續(xù)10周，第一周和最后一周進行前測和后測。其余時間中研究助理作為主試每人會負責1～2個班級，他們每周都有兩次和兒童一起用平板電腦科學APP進行獨立教學的時間，每次教學持續(xù)60分鐘左右。在教學中，我們采取一對一的輔導制，上面提及了每個科學游戲有一個側(cè)重的科學概念，在教學課程中研究助理會使用該游戲進行兩周到三周。

在前測中，研究助理根據(jù)評估標準對參與的兒童進行一對一的問答，也會借圖片來評估兒童對科學概念的理解。前測之后，每個項目團隊成員在他指導的班級里給兒童介紹平板電腦工具，著重強調(diào)平板電腦是來幫助兒童學習的， 并告訴他們會一個一個地和研究助理一起在平板電腦上完成游戲。在兒童完成所有的平板電腦游戲后，我們會在最后一周進行后測。前測和后測使用相同的設備、道具和用法來更加精確地評估每個兒童的進步。在兒童第一次使用和他們第一次玩新游戲時，研究團隊成員會給兒童示范如何去用平板電腦。當兒童開始一個游戲，研究團隊成員會觀察兒童如何解決游戲問題，策略的使用，并及時發(fā)現(xiàn)兒童缺乏理解和困惑的地方。需要注意的是，雖然本研究中有一些非英語母語學齡前兒童，但所有的研究助理全部使用英語。

研究團隊成員負責進行自己班級兒童的前測以及后測問答，在評估中，所有研究團隊的成員對每個科學概念評估條目使用相同的評估編碼：是，即兒童完全掌握技能，能夠獨立完成和對研究項目成員做出反應，計2分；部分，即兒童能夠理解該問題，但并不能回答出全部內(nèi)容，計1分；否，兒童不能理解題目且不能對評估項目做出反應，計0分。

三、研究結(jié)果與分析

（一）APP互動對學生提高的影響

如上所述，這6個評估條目的總和被記成兒童的總成績，其中后測減去前測的成績被記為該幼兒的提高值。針對全體161名幼兒的提高，我們使用了配對t檢驗，結(jié)果顯示在前測和后測成績之間有顯著差異（t=-3.32，p<0.001），兒童在后測中獲得的分數(shù)（M=8.22，SD=3.47）顯著高于他們在前測中獲得的分數(shù)（M = 5.42，SD = 3.40）。這表明所有兒童在10周和平板電腦的互動后，他們在6個評估項目上的表現(xiàn)都有了顯著提高，掌握了更多科學相關(guān)的概念知識。在下一步針對三組兒童：英語母語、非英語母語和有特殊教育需要的兒童，是否在這10周互動中有差異，我們進行了一個2×3的多因素方差分析來測試三個不同的兒童組以及兩個性別組是否差異顯著。結(jié)果顯示，兒童組別和性別沒有顯著的交互作用，F(xiàn)（2， 159）=0.31，p>0.05；兒童組別的主效應顯著，F(xiàn)（2，159）= 7.31，p<0.001，η2=0.08；性別的主效應不顯著，F(xiàn)（1，160）= 0.17，p>0 .05 。

然而，數(shù)據(jù)的顯著差異僅僅是在有代表性的沒有特殊需要的英語母語兒童和非英語母語兒童中出現(xiàn)。非英語兒童的評估成績顯著低于英語母語兒童，但英語母語兒童和有特殊需要的兒童之間差異是不顯著的。三個兒童組的整體進步的差異也是不顯著的。

（二）兒童在各個主題上的提高

為了更好地了解兒童在每個科學主題中的提高情況，我們針對每一個評估條目進行前測和后測分數(shù)的配對樣本 t 檢驗，結(jié)果顯示六個條目上所有兒童的后測分數(shù)相比前測分數(shù)都有明顯提高。

對于三個兒童組的成績提高是否存在差別，采用了六個獨立的單因素方差分析來確定在沒有特殊教育需要的英語母語兒童、非英語母語的英語學習兒童和有特殊教育需要的兒童間是否有顯著的差異性，結(jié)果顯示在評估條目3和條目6中，不同組兒童有極其顯著的差異，其中在條目3“兒童能夠描述不同季節(jié)的事物”中，F(xiàn)（2，161）=8.527，p<0.001，英語母語的兒童比非英語母語的兒童提高得更多；在測評條目6即“兒童能夠說出幫助植物生長的元素”中，F(xiàn)（2，161）= 4.522，p<0.01，在三個組中，非英語母語兒童提高得最少，有特殊需要的兒童比英語母語且沒有特殊教育需要的兒童少。

在后續(xù)的分析中，我們單獨使用獨立t檢驗比較了非英語母語以及英語母語兒童在每一個評估條目上的差異。結(jié)果顯示，英語母語的兒童和非英語母語的兒童在條目1、條目3、條目5和條目6的提高上有顯著性差異。首先，在條目1上，英語母語的兒童明顯提高多于非英語母兒童，t（1，141）=2.142，p<0.05。在評估條目3上，同樣英語母語的兒童比非英語母語的兒童提高得更多，t（1，141）=4.298，p<0.001。在評估條目6中，也是英語母語的兒童提高更多，t（1，141）=3.133，p<0.01。在項目5上，非英語母語的兒童提高得比英語母語的兒童更多，t（1，141）=–2.208，p<0.05。

我們還使用了單因素方差分析來測量男孩和女孩之間是否存在顯著的性別差異。結(jié)果表明，盡管男孩和女孩在一些項目上平均得分有所差別，但性別在所有的項目上沒有顯著的統(tǒng)計差異，p>0.05。我們認為在本研究中兒童在使用數(shù)字媒體學習科學的時候性別差異不顯著。

四、討論

這個研究探索了將平板電腦設備在幼兒園科學課堂中運用的可能，基于前測和后測的數(shù)據(jù)，3個組別的兒童（非英語母語的兒童、有特殊教育需要兒童、和沒有特殊需要英語母語兒童）在本項目的科學知識評估條目上都有顯著性提高，并且性別上沒有差異。兒童在評估條目1上有較少的提高，這是關(guān)于四季的順序。季節(jié)的觀念是一個早期兒童科學課程的主要部分之一，這鼓勵幼兒發(fā)展將他們的現(xiàn)實生活與自然科學相關(guān)聯(lián)。另外，四季順序的概念是與順序、時間和改變的概念理解緊密相關(guān)的——所有的這些抽象概念是幼兒很難感知到的。有時，四季順序的概念對于年長一點的兒童都不容易理解。一些能夠區(qū)分四季差異的研究項目的兒童在后測中不能夠說對四季的順序。其次對于參與研究的助理來說，他們能夠提供的幫助也是有限的，它不同于評估條目4即五感相關(guān)的問題，五感對于兒童來說是相對較簡單的概念，在進行五感相關(guān)的游戲和評估時，兒童們能夠和研究成員討論以及運用自己的身體部分來學習對應的感覺。但是在四季的順序的學習上，因為這是一個相對五感比較宏觀而且抽象的概念，參與的兒童并不能直接地將這個概念與他們每天的生活相聯(lián)系。這也讓參與研究的幼兒教育工作者明白，即使平板電腦中的教育應用提供了豐富的畫面素材，為兒童提供了更直觀的情境，但在實際應用中，即便兒童多次完成該游戲，在評估中他們其實并不能夠準確地理解四季的順序。

如上文結(jié)果中所述，我們發(fā)現(xiàn)盡管在本研究中三個組全部成績有了明顯的提高，但是我們也發(fā)現(xiàn)非英語母語兒童的進步相比其他兩個組別的兒童幅度較小。其中一個可能性是因為本次平板電腦使用的應用Gazzili Science，以及參與項目的研究助理全為英語使用者有關(guān)。例如在條目3和條目6中，研究助理會在前后測的問答中問學生“你可以描述不同的季節(jié)中都有什么事物嗎”，以及“你可以告訴老師植物（蘋果、向日葵）生長需要什么嗎”，這些指令在進行問答時對于非英語母語的兒童來說，都是難度較高的詞匯，盡管我們用了照片和圖片卡來幫助兒童理解我們的問題，也允許兒童借助圖片來表達，但受到其語言能力的限制，兒童能夠理解的和回答的內(nèi)容都很有限，這也是本研究中的一個限制因素。但在評估條目5，植物種植需要的步驟中，非英語母語的兒童則提高得比英語母語的兒童更多。考慮到在植物游戲中，比較少見高級的英語詞匯，而且游戲情境有大量的重復。例如雖然兒童在該應用中需要指引動畫里的小人進行向日葵、蘋果、玫瑰等的種植，但是這些植物種植的順序是完全相同的：即先挖坑，再撒種，接著按時澆水，而后豐收。在這種需要理解的高級詞匯較少，而情境又有大量重復的應用中，非英語母語的兒童更容易理解情境，因此能夠比其他的評估問題更準確地回答問題。其次，在條目4中也有類似發(fā)現(xiàn)，雖然在條目4中三個組別的兒童差距并沒有顯著性的差異，但是就平均值來說，英語母語兒童的提高相對較少，非英語母語的兒童和有特殊教育需求的兒童在該項目上的提高比其他概念項目的更多。像先前討論的，條目4評估的是兒童對五感的理解，也是將感覺與身體相關(guān)部位進行匹配，是這個研究項目中最簡單的評估條目。在這里，非英語母語的兒童和有特殊需要兒童表現(xiàn)出更大的提高。從這個觀點出發(fā)，如果在這個研究項目中通過平板電腦應用能夠使兒童要學習的概念變得更加容易理解，那么平板電腦教學對于非英語母語的兒童和有特殊教育需求的兒童將成為更有效的學習工具。

五、建議

雖然本研究的參與者全部為美國中西部開端教育課堂以及低收入班級中的兒童，但是對中國幼兒教育中數(shù)字媒體的引入還是有一定的借鑒意義。首先，中國現(xiàn)有幼兒教育中，有些幼兒園已經(jīng)引入了英語教育以及英語主導的課堂和學習資料。鑒于本研究的數(shù)據(jù)采集于全英文課堂，并且所有的數(shù)字媒體英語都是全英文，研究團隊中可以使用西班牙語交流的研究助理也比較少，對我國實施雙語教育的幼兒園比較有借鑒意義。本研究中，參與者的組別覆蓋的兒童類型比較廣泛，包括非英語母語的兒童和有其他特殊教育需求的兒童，這也是比較少見于其他研究的。相對于美國定義的較為寬泛的有其他特殊教育需求的兒童，在本研究中非英語母語兒童的學習和進步更值得國內(nèi)的教育者思考。本研究表明非英語母語的兒童在學習的過程中處于劣勢，參加本研究的非英語母語兒童，對英語課堂理解有限，他們使用數(shù)字媒體的時候，更多的是依靠他們對圖像程序的記憶，而不是對科學概念的理解。因此，在使用英語多媒體的過程中，中國教育者應該更多注意到兒童在使用多媒體的時候，是單純地對圖像和應用流程做出反應，還是對科學概念的理解。針對兒童不理解的部分，應該著重練習。對于中國數(shù)字媒體的應用來說，如何去發(fā)展和設計適合非英語學習者，以及適合我國兒童發(fā)展情況的數(shù)字媒體應用而不是單單地選擇英文原版的應用也是一個值得思考的事情。

第二個啟示源于本文教師在多媒體的使用方法上的設計，本研究設計在開端教育的科學教育課堂中。值得注意的是，這些班級本身并沒有統(tǒng)一的科學教材，教學目標是由研究團隊的教授以及研究助理根據(jù)全美幼兒教育協(xié)會（NAEYC）來制定的。同時在使用上，不同于傳統(tǒng)課堂中兒童在較少引導下獨自使用多媒體，每一個兒童在本研究中使用多媒體的時候都是由一個研究助理或者本科志愿者一對一進行引導。這些研究助理在幫助兒童使用數(shù)字媒體中也擔當了重要的角色，例如當兒童注意力不集中，或者對應用內(nèi)容不理解的時候，能夠及時發(fā)現(xiàn)兒童面臨的困難，并及時地幫助他們突破他們的最近發(fā)展區(qū)。在這些研究助理的輔導下，兒童經(jīng)常展現(xiàn)出較高的用平板電腦學習的興趣。從這個角度出發(fā)，早期教育工作者和父母都應該注意到，雖然市場上有很多教育應用，但是實際使用中，兒童的注意力很容易轉(zhuǎn)移，他們在使用教育軟件的時候很容易過于被卡通畫面以及數(shù)字媒體里預存的其他軟件所干擾，因此成人的存在對于提高兒童用數(shù)字媒體學習的能力是至關(guān)重要的。在兒童使用數(shù)字媒體的時候，教育者以及家長都應該盡可能地進行輔導，及時發(fā)現(xiàn)兒童在使用中所出現(xiàn)的困難，對其進行積極正向的引導。

最后，科學教育以及平板電腦的使用在我國幼兒教育中所占比重尚有限，筆者希望借此論文能為國內(nèi)從事幼兒教育的教師提供借鑒，從而幫助幼兒教師以及教育研究者思考如何用數(shù)字媒體來支持學齡前兒童的科學學習，為他們提供更加有趣的學習體驗。我們希望在未來的課堂教學中，幼兒教師也能夠從本文中學習適合他們的平板電腦在班級內(nèi)的使用方法。

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本文系由低收入幼兒園強化PNC基金項目（Low Income Preschool Enhancement， funded by PNC foundation）支持的“低收入家庭學前兒童的ipad學習項目”的中期成果。

通訊作者：Xintian Tu，tuxi@iu.edu

（責任編輯 張付慶）