指尖上的学习：触屏学习的作用

/指尖上的学习：触屏学习的作用【摘要】触屏学习是通过触屏软硬件设备呈现学习内容，并以手势触屏交互方式获取知识或技能的过程。目前触屏学习基础性研究处于探索阶段，在有效性上，研究发现触屏学习本身可能是有效的，但在相对优势上结果具有较大异质性；在学习后效上，触屏学习有助于提高学习动机，但没有稳定地促进知识保持、知识理解以及二维到三维的学习迁移。针对触屏学习的促进或阻碍作用，以往研究分别从具身认知或认知负荷等理论视角给予解释。学习者、学习材料、学习环境等可能是影响触屏学习效果的重要因素。广泛地将触屏设备应用于学习或课堂场景为时尚早，呼吁未来研究从理论建构、影响因素、特点分析及行为/神经机制角度考察触屏学习的作用。【关键词】触屏；学习；教育类app；数字时代 数字时代的技术更新为催生新的学习设备提供可能。随着Apple公司在触屏技术上率先取得突破及各种教育类app大规模上线，触屏的教育作用逐渐受到各界关注，并正影响着学生学习和教师教学(Apple，2017；Rideout，2017)。由此，触屏学习(touchscreenlearning/learningfromtouchscreens)应运而生(Aladé，Lauricella，Beaudoin-Ryan，&Wartella，2016；Dubé&McEwen，2015)。触屏技术行之有年，而受其使用范围影响，早期心理学界对触屏学习的研究乏善可陈。自2010年iPad等触屏设备为大众接受后，触屏学习的作用才开始引起心理学界重视，但关注度仍有限。2015年，美国天普大学KathyHirsh-Pasek博士等在著名杂志《PsychologicalScienceinthePublicInterest》上呼吁学术界“将教育置于教育类app中”(Hirsh-Paseketal.，2015)，至此触屏学习的作用被提上研究日程。围绕触屏学习这一主题，已有多篇高质论文刊于《Science》(Berkowitzetal.，2015)、《PNAS》(Lytle，GarciaSierra，&Kuhl，2018)等杂志。这些基础性研究为深入了解触屏学习的作用提供了良好开端。 1触屏学习的概念 关于触屏学习的概念，以往研究并未明释。结合“触屏”和“学习”的含义，并参考以往研究(Tarasuik，Strouse，&Kaufman，2018)，发现至少需从三方面理解触屏学习：(1)触屏学习本质上是一种学习过程，侧重于知识或技能习得，如通过触屏设备学习STEM等各领域知识或技能。(2)触屏学习内容一般被开发为一套逻辑有序的软件程序(教育类app)，该程序需在触屏手机、平板电脑等硬件设备上运行。(3)学习方式为手势触屏交互。传统学习以被动观看和聆听为主，而触屏学习过程中，个体不仅可通过视觉和听觉进行学习，还可主动地通过不同手势组合(如轻击、滑动、拖拽、旋转、缩放等)直接触摸和操纵屏幕中的学习材料元素。故触屏学习更主动，涉及视、听、触觉等多感官通道。综上，可将触屏学习概念归纳为：触屏学习是通过触屏软硬件设备呈现学习内容，并以手势触屏交互方式获取知识或技能的过程。简言之，触屏学习是基于手势触屏交互的学习。 2触屏学习的有效性与相对优势 触屏学习的有效性与相对优势是当前学术界考察触屏学习作用的重要切入点。触屏学习的有效性指手势触屏交互本身对学习的作用；触屏学习的相对优势则是手势触屏交互相对于其他非触屏交互的学习方式的对比作用。 2.1有效性 触屏学习本身的作用主要通过比较触屏学习与基线条件之差异来考察，并发现触屏学习本身可能是有效的。常见的基线条件包括非学习任务基线(Aladéetal.，2016)、猜测基线(Kwoketal.，2016；Peebles，Bonus，&Mares，2018)及前测基线(Berkowitzetal.，2015)。这些基线条件的共同特点是在未进行特定学习任务的情况下测量学习者的学习表现。Aladé等(2016)要求交互组儿童通过触屏方式测量动物身高或身长，以学习测量知识，控制组儿童仅被要求清洗游戏中的动物(而非学习)，结果发现前者总体测验成绩好于后者。Kwok等(2016)向4～8岁儿童呈现动物相关的冷知识，触屏组的这些知识由app中的卡通人物讲授且被试可进行交互，通过四选一选择题形式考察其学习效果，结果发现儿童的学习率显著高于猜测水平(25%)。前后测设计的研究发现触屏学习后的成绩要好于前测(Wang，Xie，Wang，Hao，&An，2016)。总之，尽管不同研究设置了不同基线，但总体较一致地证实了触屏学习的有效性，即基于手势触屏交互的学习方式本身具有积极作用。 2.2相对优势 相比而言，触屏学习的相对优势更令人关注。目前主要通过比较触屏学习与其他学习方式之差异来考察，然而研究结果不稳健。其他学习方式主要包括传统课堂学习(Furman，deAngelis，Prost，&Taylor，2019)、计算机学习(Chen，Cheng，Chang，Zheng，&Huang，2014；Papadakis，Kalogiannakis，&Zaranis，2018)、实物学习(Huberetal.，2016)及平板观看学习(Aladéetal.，2016；Choi&Kirkorian，2016)。其共同特点是这些组别被要求学习与触屏组相同的知识，但不能进行手势触屏交互。部分研究发现触屏学习效果优于非触屏学习方式(Agostinhoetal.，2015；Papadakisetal.，2018)，但仍有不少研究在学习效果上并未发现这种相对优势(Aladéetal.，2016；Furmanetal.，2019)，甚至在某些情况下发现触屏学习比其他学习方式更差(Parish-Morris，Mahajan，Hirsh-Pasek，Golinkoff，&Collins，2013；Schroeder&Kirkorian，2016)。因此，触屏学习相对优势的稳健性有待验证。 即使触屏学习与非触屏学习在学习效果上无差异(甚至前者比后者更差)，也不能全盘否定触屏学习，因为触屏学习与其他学习方式可能不是取代与被取代的关系。如Furman等(2019)发现，无论是触屏学习还是传统课堂学习，5岁儿童对食物分解知识的理解都比学习前有所提高，而这两种学习方式间并无差异。触屏学习与非触屏学习可能各有优势，只是发挥优势的条件也许不同，而触屏学习在哪些条件下能发挥(更大)优势，这才是需认真思考的问题。 3触屏学习的学习后效 触屏学习的作用不仅体现在上述的触屏组与基线或其他学习方式的比较上，也体现在触屏学习不同层次的学习后效上。总结发现，触屏学习在知识保持、知识理解、二维到三维的学习迁移及学习动机等后效指标上受到研究者重视。 3.1知识保持 知识保持是学习者对所学知识本身的浅层记忆效果，关注的是学习的数量。在保持测验中，学习者通常被要求尽量准确地回忆或再认所学内容，测验答案通常为学习材料本身。目前触屏学习促进知识保持得到了部分研究支持。如Zipke(2017)要求4-5岁儿童完成触屏或纸质阅读任务，单词再认测验表明，触屏组相比纸质组能更准确地再认学过的目标单词。Lee(2015)要求大学生通过iPad或计算机学习人体心脏知识，事后评定其再认效果发现iPad组相比计算机组的再认成绩更好。然而，另有研究未发现触屏学习在知识保持上的积极作用。Agostinho等(2015)要求追踪组通过用手指触屏并追踪气温折线图中相关元素的方式学习，非追踪组通过观看方式学习，后测发现追踪组与非追踪组在知识保持上无差异。同样，Pedra，Mayer和Albertin(2015)发现无论交互性高还是低，触屏学习只提高了学习兴趣，而非回忆成绩。可见，触屏学习在知识保持上的效果不稳定。 3.2知识理解 与知识保持不同，知识理解是学习者对所学知识的深层加工和应用效果，关注的是学习的质量。在理解测验中，学习者通常被要求回答与所学内容情境不一致的理解性问题，测验答案未直接在所学材料中呈现，学习者需在记忆所学知识的基础上进一步理解和推测才能解决这些问题。触屏学习促进知识理解也仅得到部分研究支持。如Peebles等(2018)要求3～5岁儿童学习诚实美德相关知识，结果发现相比观看组，触屏组对诚实事件的理解更好。而电子书阅读研究发现触屏交互不影响儿童对故事主要内容的理解(Piotrowski&Krcmar，2017)。Zipke(2017)虽然发现触屏学习促进了单词再认，但在故事理解上未表现出触屏组与纸质组的差异。甚至有研究表明，触屏组的故事理解效果比纸质组更差(Krcmar&Cingel，2014；Parish-Morrisetal.，2013)。 触屏学习在知识保持及理解效果上的不一致，可能与对照组别(如基线条件或其他学习方式)的不同有关。不同研究在对照组别上存在系统性差异，因此即使是同一后效指标，触屏学习效果也可能存在差异。除对照组别外，触屏学习内容、触屏频率、触屏方式等均在研究间存在较大异质性，它们也可能是导致上述研究结果不一致的因素，后续研究可采用元分析进一步识别。 3.3二维到三维的学习迁移 二维到三维的学习迁移(transferoflearningfrom2Dto3D)一直是媒体心理研究关注的焦点，它是学习者在二维媒介上学习，在三维媒介上测验的效果(Barr，2010)。在触屏学习研究中，通过比较二维和三维媒介测验成绩的差异可反映学习者从二维触屏学习到三维实物测验的迁移效果。Wang等(2016)要求5～6岁儿童在iPad上学习认识时间，但分别用iPad、纸质、玩具钟测试，发现触屏学习不仅本身是有效的，而且还可以迁移到三维实物上。Huber等(2016)发现4～6岁儿童iPad学习-实物测试与实物学习-实物测试的效果一样好，由此认为儿童触屏学习能较流畅地迁移到三维实物上。然而，对于记忆灵活性较差的孩子(如3岁以下婴幼儿)，这种二维到三维的学习迁移效果可能消失(Barr，2010)。总之，触屏学习具有二维到三维的学习迁移作用，但这种迁移作用不一定适用于婴幼儿。 3.4学习动机 教育技术的使用与学习动机的关系是教育心理学、教育技术学等领域的一项议题(Bekele，2010)。作为新近研究分支之一，触屏学习中的学习动机开始受到关注。触屏设备对学习者(特别是儿童)往往具有较强吸引力，有助于增强学习者主动参与学习的动力(Hatherly&Chapman，2013)。研究发现，触屏学习能提高学习兴趣、投入度、满意度、积极性和自主性等(Furió，Juan，Seguí，&Vivó，2015；Oh，Lee，Park，&Cho，2014；Pedraetal.，2015)。此外，一些研究者尝试对触屏设备如何提高学习动机进行分析。如Ciampa(2014)采用质性个案研究方法归纳出平板设备提高学习动机的六类特征：挑战和及时反馈、控制学习步调、感官和认知好奇心、竞争、合作以及认可。总之，以往研究较一致地认为，触屏学习能提高学习动机。 尽管触屏学习有助于提高学习动机，但在知识保持、知识理解、二维到三维的学习迁移等后效指标内部存在较大异质性，且在同一研究的各指标之间也不稳定(Agostinhoetal.，2015)。鉴于此，目前仍难以就触屏学习的学习后效作出明确结论(Haler，Major，&Hennessy，2016；Herodotou，2018)。 4触屏学习的理论解释 4.1具身认知理论 标准认知科学认为认知是计算的，仅发生于脑中，忽略了身体与环境的作用。而具身认知理论(embodiedcognitiontheory，ECT)认为，认知、身体与环境相依存，认知加工根植于身体与环境的交互(Shapiro，2010)。从该角度讲，学习是具身的，学习过程中的认知加工不应被视为孤立的信息加工，而是“嵌入”身体和环境的活动(叶浩生，2015；Kontra，Goldin-Meadow，&Beilock，2012)。与身体经验有关的具身学习能激活感觉运动系统，从而促进知识习得，提高学习效果(Kontra，Lyons，Fischer，&Beilock，2015)。 基于ECT，研究者建议学习工具的设计需考虑赋予其具身性(Abrahamson&Lindgren，2014)。作为基于具身性设计的数字化工具，触屏设备为具身学习提供了便利，因为学习者能够通过不同的手指运动及手势组合操作屏幕中的学习材料元素，如轻松实现对学习对象的缩放、旋转等。这些与身体直接相关的感觉运动体验可能有助于促进认知加工(Kontraetal.，2015)。不少研究者根据ECT对触屏学习的作用做出了积极预期或解释(Agostinhoetal.，2015；Aladéetal.，2016；Wangetal.，2016)。 4.2认知负荷理论 在教育研究领域，认知负荷理论(cognitiveloadtheory，CLT)被用来解释各种学习方式的作用。根据CLT，学习者在认知加工时会消耗认知资源，产生多种认知负荷(Sweller，vanMerriёnboer，&Paas，1998)。其中，外在认知负荷(extraneouscognitiveload，ECL)与学习方式的质量有关。采用某种不良学习方式的学习者在学习中所调用的认知资源往往并非针对学习任务本身，而是针对额外的认知需求，因此ECL增加且不利于学习。 CLT预测触屏交互可能会激发较高的ECL而阻碍学习。研究发现，交互性高的学习方式会导致较高的ECL(Songetal.，2014)，学习者一方面需投入一定认知资源到交互性操作(如运动协调)上(Aladéetal.，2016；Skulmowski，Pradel，Kühnert，Brunnett，&Rey，2016)，另一方面还需投入较多认知资源到任务相关信息和任务无关信息的加工转换上(Ross，Pye，&Randell，2016)，这些均是与学习任务本身无关的ECL，不利于学习。教育类app既具有高交互性，同时也包含了丰富的教学信息，游戏设计不太合理时，则容易促使学习者产生认知超负荷。部分研究者根据CLT对触屏学习的作用做出了消极预期或解释(Pedraetal.，2015；Rossetal.，2016；Schroeder&Kirkorian，2016)。 除ECT和CLT外，亦存在其他理论解释触屏学习的作用。双重表征理论(DeLoache，1987)认为符号具有双重表征功能，如平板中一只动物的照片不仅表征该二维物体本身，而且还表征它所指代的真实生活中的这类动物。该功能对学习者提出了一定要求有效的学习需要学习者具备双重表征能力。由于3岁以下婴幼儿的双重表征能力较差，他们往往只关注屏幕设备中的符号本身，而非符号所指代的实物，因此通常不能很好地理解和使用符号，最终不利于学习(Barr，2010；Sheehan&Uttal，2016)。 结合实证数据来看，上述理论都不能全面解释触屏学习的作用，某些理论(如CLT)对触屏学习的解释缺乏充足的实证支持。该问题的解决有赖于触屏学习本身理论的发展，吸取并整合不同理论或将有助于理论建构和完善。Skulmowski等(2016)尝试对ECT和CLT进行扩展，提出具身认知负荷理论，认为具身学习过程中的外在认知负荷包括感觉运动负荷(sensorimotorload，指所有用于组织学习内容的运动努力和感知觉努力)和加工负荷(processingload，指将学习内容建构成一致的心理表征时所需的额外努力)。根据ECT，感觉运动负荷有利于学习；根据CLT，加工负荷不利于学习。因此，具身学习效果需综合考虑感觉运动负荷带来的效益和加工负荷带来的成本。当效益高于成本时，学习效果是积极的；反之，学习效果可能是消极的。该理论观点是否适用于触屏学习虽有待考证，但迈出整合其他理论观点的第一步值得鼓励。 虽然ECT和CLT是目前触屏学习基础研究中引用稍多的理论，但这并不意味着传统学习理论与触屏学习都是相悖的。如皮亚杰的建构主义学习观认为，认知并非个体先天固有的内在特征，而是个体与环境交互的产物；动作(action)即为个体与环境交互的中介，个体通过动作与环境交互，因此动作成为认知和学习的源泉。这些观点既是ECT的思想基础(Kontraetal.，2012)，也适于理解触屏学习的积极作用(Duijzer，Shayan，Bakker，vanderSchaaf，&Abrahamson，2017)。当然，仍应从不同的传统学习理论中汲取营养，以实现更科学的触屏学习。 5触屏学习效果的影响因素 从实证研究和理论基础看，触屏学习的作用均未达成统一。或许进一步探讨触屏学习效果的影响因素才是使得触屏学习的作用最优化的良性选择，毕竟没有哪项技术必然有效或无效，关键在于其起作用的条件。 5.1学习者因素 触屏学习效果可能受学习者自身因素影响。Kirkorian，Choi和Pempek(2016)考察了触屏对幼儿单词学习的影响，发现无论是否触屏，3岁左右幼儿都能很好地习得物体名字；而2岁左右幼儿只有通过触摸屏幕特定位置才能较好地学习单词，在不要求触屏时则几乎毫无效果。Russo-Johnson，Troseth，Duncan和Mesghina(2017)发现，以拖拽游戏中物体的方式学习时，3岁女孩比3岁男孩习得更多单词。Chen等(2014)发现触屏熟悉度高的大学生在深层阅读理解上的表现好于低熟悉度大学生。因此，年龄、性别、触屏经验等学习者因素可能影响触屏学习效果。 5.2学习材料因素 学习材料可能是影响触屏学习效果的另一重要因素。Schroeder和Kirkorian(2016)发现当学习材料为生物生长知识时，触屏组和观看组的4～5岁儿童都学习得较好；而当学习材料为数字认知任务时，3-4岁儿童通过观看(而非触屏)方式学习得更好。Kao，Tsai，Liu和Yang(2016)探讨了学习材料的交互性水平对小学生触屏电子阅读的影响，发现高交互组的阅读动机、概念习得及故事理解效果都比低交互组更好。因此，触屏学习效果与材料内容、交互性水平等有关。 5.3学习环境因素 触屏学习效果可能还受学习环境影响。Berkowitz等(2015)的干预研究发现一年级小学生在家与父母(特别是那些对孩子数学经常感到焦虑的父母)一起利用iPad交流数学能显著提高他们在校的数学表现。触屏电子书阅读研究发现，父母能为儿童的电子故事书阅读理解提供较好的支持(Neumann，2018)。甚至有研究发现，相比独自学习，9个月大的婴儿在同伴在场时通过触屏学习得更好(Lytleetal.，2018)。因此，父母或同伴支持是影响触屏学习效果的重要环境因素。 近期Xie等(2018)汇总了36项实证研究，主要对5岁及以下年幼儿童的触屏学习及其影响因素进行了元分析。结果表明，总体而言该年龄段儿童能够获益于触屏学习，效应量大小接近中等水平(d=.46)。更为重要的是，该研究探索性地发现触屏学习效果受到儿童年龄、学习材料内容、对照组别、实验情境等因素的影响。5岁及以下年幼儿童触屏学习的效果随年龄增长而提高，且在学习STEM材料、与基线条件对照或在教室情境下学习时，触屏学习效果的效应量相对更大。该研究为进一步认识触屏学习的影响因素提供了一定的参考价值。 尽管上述因素非常重要，但触屏学习目前处于初期研究阶段，该阶段主要关注的是触屏学习的有效性和相对优势这一初级问题，对于触屏学习效果的影响因素这一次级问题缺乏足够研究支持，因此上述影响因素是否稳定还需后续检验。广泛地将触屏设备应用于学习或课堂场景仍为时尚早，呼吁研究者从触屏学习的有效性和相对优势逐渐转向探索触屏学习效果的影响因素等问题，从而更清楚地认识在什么条件下如何利用触屏能实现最优化学习。 6总结与展望 触屏学习尚处探索研究阶段，目前研究者主要从有效性、相对优势和学习后效上考察触屏学习的作用，从具身认知或认知负荷等理论视角给予了积极或消极预期和解释，且发现学习者、学习材料和学习环境等因素影响触屏学习效果。除前文提及的理论建构与影响因素外，后续需对触屏学习的其他影响机理做出探索。 第一，细致分析触屏学习起作用的关键特点。相比传统数字设备，触屏设备特点众多，如便携性、多通道性、具身交互性、即时反馈性(Muis，Ranellucci，Trevors，&Duffy，2015)、准社交性(Barr&Linebarger，2017)。哪种或哪些特点对触屏学习起关键作用，尚不明确。 第二，深入分析触屏学习的行为/神经机制。相比传统学习，触屏学习可能在行为或神经层面发生变化。眼动研究表明，指向性手势(pointinggestures)能有效引导注意，从而促进认知加工(Wang，Li，Mayer，&Liu，2018)。触屏学习中这种指向性手势的使用也可能通过引导注意而提高学习。此外，Kontra等(2015)控制学习者是否亲