【芥末翻】學習科學告訴你,設計兒童教育app的四個要素

【芥末翻】是芥末堆全新推出的一檔學術欄目，由芥末堆海外翻譯社群的小夥伴們助力完成。我們致力於將全球經典或是前沿的教育理念、教育技術、學習理論、實踐案例等文獻翻譯成中文，並希望能夠通過引進這類優質教育研究成果，在全球教育科學的推動下，讓更好的教育來得更快！

（圖片來源：maxpixel）

本文選自Psychological Science in the Public Interest，作者Kathy Hirsh-Pasek1, Jennifer M. Zosh2, Roberta MichnickGolinkoff3, James H. Gray4, Michael B. Robb5, and Jordy Kaufman6，譯者：可欣多，周莉。

編輯推薦：截至 2015 年 1 月，蘋果商店中的教育應用數量已經達到 80000，然而，如何設計和應用 app？應用效果如何？並沒有統一的檢驗標準。本論文試圖提供一種方式來評估教育 app，一方面，為從業者開發教育 app 提供支持，另一方面，幫助家長選擇對孩子最有效的 app。

在美國超過56%的人擁有智慧型手機，其中有三成以上（34%）還有自己的平板電腦。這些手持設備好像我們便攜的辦公室，從中我們可以做許多隱私的事情。這些手持設備是我們的私人移動辦公室，利用它們我們可以做任何事。比如幫助我們管理假期、更新日曆、即使訪問網絡。所有這些功能都需要通過「app」（應用程式）或者電腦程式實現。值得注意的是，十年前，App還不是數位化藍圖的一部分。2010年7月26日，iPad才進入大眾視野，推出僅3年後，蘋果宣布iTunes已經實現了50億下載量。單單2013年12月的一個月時間裡，iPhone、iPad、iPod touch中上架了50多萬款app，實現了將近30億的下載量。

這些數字告訴我們，App不僅無處不在，而且是樁大生意：2013年蘋果應用商店中營收超過100億美元。到2015年，App的營收預計將增至三倍，即380億美元。科技正在快速改變成年人每天甚至每分鐘的生活體驗。我們卻還對app的爆炸發展對經濟和社會的影響一無所知。

這種巨變已經開始影響成年人的日常生活，但App的設計和銷售最終可能會對兒童、幼兒甚至嬰兒產生重要影響。現在教育和學習類的App已經超過8萬個。據報導，在2013年，美國58%的家長曾為自己的孩子下載App。確實如此，學前/幼兒類應用程式在蘋果應用商城中最受歡迎，付費應用程式排行榜中72%都是此類程序。新的app異常快速地交付，科學家們無法在它們進入應用市場前進行評估。

本文關注針對0-8歲孩童，基於觸控螢幕平板電腦和手機終端開發的教育類應用程式。我們關注這個年齡階段的孩子對app的使用情況有四點原因：

• 第一，觸控螢幕提供直觀的交互，使得年幼的提前閱讀者甚至嬰兒更容易接觸到app中的內容。確實，市場上有太多面向少兒的app，家長和教育者身處其中卻找不到方向，他們不知道如何選擇。

• 第二，全國有大批學校開始將平板引入課堂，儘管這種引入還沒有相關的研究支持。

• 第三，學生的清醒時間當中，在學校度過的時間少於20%。學生沉浸在數字媒體以及教育App中的時間激增，這表明至少一些應用程式可能補充校外學習。如果按教育規律對app進行開發設計，它將在校外學習、非正式學習中有很大的發展前景。

• 第四，入學準備的表現預示著學生未來的學習成績。如果App可以提升兒童的技能、入學準備或者執行能力，那麼藉助App進行早期學習會對他們產生長期影響。

在本文中，我們運用幾十年來學習科學領域的研究數據來說明，在科學證據的基礎上，如何開發和評估App。重要的是，這些理論無論是直接教學還是自由遊戲中，都是從孩子學習的出發。本文的目的不是在眾多學習理論中做選擇，而是定製屬於自己的學習理論。或者說，我們試圖強調融合這個相對較新的研究領域，並把這個研究方向稱為學習科學。我們也不對任何App背書或評估，而是有針對性地運用App來描述源於科學文獻中的心理學上的四個原則（或核心）。我們認為，如果想讓教育元素融入教育App，需要對app進行設計和評估，來促進學習。研究表明，當兒童積極活躍地參與認知活動中、他們的學習經驗有意義且可以與周圍互動並且有著明確的目標導向時，他們的學習狀態最好。這不是說學習只能發生在這些條件下，而只是說這些條件為有效的學習奠定了基礎。因此，在學習情境中融入了四大學習要素的app更能促進有效學習。這個結論已經在文獻中證實並值得通過進一步實證研究加以完善。

重要的是明確界定以下概念： 「主動」、「參與」、「有意義」、「社會互動」、「為學習目標服務」。這些核心概念代表著學習科學領域融合之所在。「主動」意味著在學習體驗中，學生頭腦參與其中，此外還會有身體活動參與，例如輕觸和猛擊。兒童保持專注任務並且注意力集中的狀態也會支持學習。有意義的學習超越了簡單記憶，它的發生有賴於兒童發現學習的意義以及不僅能夠聯通新知識與已有知識，而且能通過擴展現有的知識來創造對新概念的理解。社會互動以高質量的交互為中心（例如與博學的社會夥伴交流或者在合作學習的情境下），這種高質量的交互根據情境的不同而變化，以此來適應兒童。最後，重要的是，我們認為「教育」類app是支持特定學習目標的應用程式，例如可以學習圖形或者掌握新詞彙。然而，市面上現有的所有類別的app雖然玩起來很有趣，但是卻沒有真正的教育目標。這些app可能很有吸引力，但是離我們界定的「教育」相差甚遠。

下面我們通過文獻調研的方式來找尋支持每個核心要素及其教育原理的證據。

思考教育APP開發原則的重要性

專注於兒童app開發的設計者，他們的工作並不是從一張白紙開始。相反，他們受到方方面面的影響。例如，當前的技術和設計趨勢、技術下的人機互動、學習如何發生以及兒童喜歡什麼的直觀感受。這點很容易理解，這種方法常常受到有關學習和教育的各種誤解影響，例如在21世紀初，天才寶貝系列作品以及相關「教育」類電視。儘管營銷人員一再強調這些產品對學習的顯性隱性作用，但科學研究顯示，兒童並不能從電視節目和DVD中開展有效的學習。

只有少數app的設計著眼於孩子如何學習。在小型初創企業和較大的玩具/媒體公司當中，一些開發商開始以初步研究結果為依據，運用基於研究的方法開發新應用。例如，最近一項研究發現，運用詞彙類app學習，可以使低收入群體兒童在兩周內提升詞彙量高達31%。這對開發商和用戶來說鼓舞人心，但因為這項研究幾乎沒有研究設計的具體細節，我們難以評估app的科學影響。鑑於有關app使用有效性的先例有限，我們有必要提出app設計的適當原則來為提升app在教育中的應用提供更多可能。

掀起並推動兒童使用app的浪潮

當今市場的大部分app可被定義為數字革命的第一次浪潮。在這次浪潮中，app僅僅是簡單的數字工作表、遊戲、智力測驗。因為設計者只是將現有材料轉化成數位化的呈現方式，而沒有任何關於兒童應該如何學習以及如何利用數字媒體提供特殊的學習支持的思考。我們必須要在這次浪潮中為父母找到評估現存app的方法。也許我們不能科學地研究市場上的每一款app，但至少我們可以找到一套科學原則，在科學原則的指導下開發和評估市面上的部分app。兒童技術評論、常識媒體以及小部分面向家長的app服務評估系統中已經引入初步建立的方法。

例如Common Sense Media使用五點量表來評估媒體的各個部分，如易用度、暴力和恐怖度、色情程度、語言、用戶主義、酗酒吸毒抽菸、隱私和安全性等。評論家也給出了關於質量和學習的綜合評定，來為各個年齡段的兒童提供合適的選擇。儘管這個評價系統沒有經過科學評估，但是它們已經在這個領域廣泛應用。

在這篇文章中，我們希望在app開發浪潮初期加入來自學習科學的指導方針來推動第二次浪潮。在研究人員和開發人員的共同努力下，我們一定能開發出精心設計的app。這些app可以為社會經濟地位較低的兒童提供樂趣和經驗，以此來降低長期存在的成績差距。在紐約，人們已經開始為之努力，大量在技術上的投資就是為縮小差距所做的重要努力。這些想法正慢慢地傳播著。在阿根廷貧困地區實施的「一人一臺筆記本電腦」計劃為我們展示了製作精良的教育電子遊戲是如何在學習過程（例如注意力和問題解決）和學習成績（例如閱讀）兩個方面促進入學準備的。事實上，在阿根廷計劃中，科學家與美國最頂尖的研究者合作，一起努力設計和製作能有效刺激學生學習的電子遊戲。烏拉圭的Ceibal計劃是政府主動為兒童提供數位化學習材料和課程機會的典範。這個計劃的分析正在進行之中。

我們處在一個特殊的關鍵時期。在這個時期，app迅速發展，無所不在，它們出現在學校、家庭、甚至是嬰兒床上。與此同時，過去幾十年學習科學領域的研究改變了我們對學習與教學的思考方式。通過融合多方面的研究，一方面可以讓媒介開發人員有機會獲取優化教育應用（app）開發的知識，另一方面可以幫助父母評估在app支持孩子學習方面的潛力。

學習科學作為教育原則的指南

我們應該如何評估「教育」類app，以確定它們的教育價值呢？在過去的20年中，被稱為「學習科學」全新領域讓答案浮出水面。「學習科學」一詞最早出現在20世紀90年代《學習科學雜誌》中。1999年，《人是如何學習的》一書出版，國家研究委員會將學習科學定義為教育學與心理學相結合的交叉學科。自1999年後，學習科學蓬勃發展。《人是如何學習的》一書主要作者寫道：

一種全新的學習理論開始受到人們的關注，它所提供的課程設計方法、教學方法和評價方法與我們今天在學校裡所見的相去甚遠。同樣重要的是，跨學科探索的發展和新的科研合作形式的出現，使人們更清楚地看到了將基礎研究應用於教育實踐的希望。

目前已經有一些推廣學習科學理念的努力，例如在正規教育、大學教學以及其他領域的嘗試。值得注意的是，這些方法已經用於計算機遊戲之中，但除了DreamBox Learning（少兒數學學習）、Kidaptive（學齡兒童個性化教育）、Motion Math（數字遊戲）、Next Generation Preschool Math（數學學習）這些app，其他為兒童設計的app中鮮有應用學習科學的方法。但據我們所知，這是第一次有人從學習科學的視角出發，提出了一些相對簡單的原則，並使用這些原則來設計和評估專為兒童使用的app。

學習科學是基於心理學、語言學、計算機科學、動物行為學、機器學習、腦成像、神經生物學以及其他領域而崛起的全新領域。學習科學告訴我們在21世紀，應該不僅關注如何教，或者說教授什麼內容，而且應該關注兒童如何才能更好地學習解決問題的方法，例如面對問題時兒童需要採取何種策略來靈活且富有創造性地解決問題。迄今為止，研究者已經在學習科學領域編織了一張巨網，這張巨網包括豐富的研究主題，從機器人和導航到人類、機器、動物的語言學習，再到早期數學理解以及文字掌握等等。為了讓人們對於人是如何學習的這一問題有更清晰的認識，美國國家科學基金會開啟了跨學科領域的對話（例如非正規學習與正規環境學習中心、創新學習技術中心）。事實上，針對年齡較大孩子的正規學校教育正在努力尋求學習科學與教育的結合。

這個新領域的動力不僅來自基礎的腦科學和計算機科學的進步，也源於我們當下教育系統中的問題，也就是Papert定義的教學主義。在《劍橋學習科學手冊》引言部分，Sawyer指出，教授主義是時代錯誤，僅從教師的簡單指導中，學生不能更深層次的理解概念，也不能學得更好，畢竟學生不是等待裝滿貨物的空船。事實上，Mayer為我們描繪出在過去的一個世紀中，我們是如何從教授主義（Mayer稱之為「響應獲得」）的觀念轉化到建構主義、主動學習的學習觀念的。

在關於學習的研究中，將心理學與教育實踐相結合併不新鮮。幾個世紀以來，主流觀點認為，學習是條件反射的同義詞，這種理論源於柏拉圖、亞里斯多德，而且後來得到了約翰·洛克以及大衛·休謨的支持。這種觀點認為，環境是建構聯繫的關鍵因素，而且是影響學習的唯一因素。行為主義則反映了這些觀點中更細節的部分，它強調孩子如何通過調節自身來學習。但是到了20世紀中葉，認知主義革命開始紮根。在學習的理解上，認知主義不強調如何通過調節自身或者建構聯繫引起行為的變化，取而代之的是心靈「黑箱」的重要歷史地位。通過大腦語言習得裝置，Miller和Chomsky分別開展了關於記憶、語言學習的研究，他們發現了內隱學習過程這個上世紀中葉的重要轉折點，因為內隱學習過程的發現使得心理學的地位開始與行為科學等同。

同樣的事情還發生20世紀20年代，讓·皮亞傑關於兒童早期經驗和重拾興趣的研究中。在建構主義開創者皮亞傑（1923-1965）眼中，孩子是「小科學家」，嬰兒時期他們依靠感覺運動來記憶和發現隱藏的對象（也就是物體恆存性）。而這個過程貫穿整個童年期，他們依此過程來獲得對事物象徵性的理解和複雜思考的能力，從而積極構建自己對世界的認識。布朗芬布倫納關注這個領域中情境、文化、環境的重要性，從而進一步擴充了上述理論。他還讓人們重新認識到連接教育和公共政策的論壇的重要性。他的理論更新了人們對兒童興趣發展和連接教育與公共政策之間聯繫的認識，幫助我們搭建起學習科學理論支持下的跨學科方法平臺。

跨學科方法的效果讓人印象深刻。關於螞蟻和動物物種的定位方法的研究告訴我們基本的導航和空間學習方法。機器學習的巨大進步和現存挑戰為我們揭示了我們人類思維的複雜性。統計模型徹底革新了我們思考的方式，關於孩子和成人是如何通過學習來建構對一個充滿數據的世界的認知。我們要尋求學習科學如何指導人類（特別是孩子）的學習的答案，而非機器、神經網絡、動物。

四個核心：學習科學與app的開發設計的結合點在哪裡

幾十年來，學習科學領域核心中關於學習的幾個公認要素讓學習科學一直保持穩定發展。人類學習時最好的狀態是下面的表現：他們的頭腦積極參與，認真學習相關材料，不被周邊其他事物影響，他們把有意義的學習體驗融入到自己的生活中，他們在提供了明確目標的學習情境下，與周圍新的學習材料產生高質量地社會互動。環境的教學結構決定著學習會產生何種結果。例如，訓練和實踐可讓學生機械學習，但不會促進學生對概念的深層理解。同樣，沒有任何指導或支架式的探索和發現也不能為學習提供足夠的支持。有效的學習是促進學生搭建靈活多變的環境。當學生朝著明確學習目標邁進時，這個環境可以提供支持學生探索、質疑、發現的支架。

當我們在探索有指導的教學情境下，將學習的核心要素在app中實例化呈現的時候，我們意識到，這與許多仍然在許多學校沿用的教育方式——教授主義形成鮮明對比。2015年的「現代」教室可能與早前幾代教室差異不大：一排一排的桌子、孩子在他們的座位或坐墊上聽課、教師為了評職稱一遍遍地重複講著過去的知識。《不讓一個孩子掉隊》教育法案自2001年頒布實施，影響一直到2012年。儘管《不讓一個孩子掉隊》法案描繪的宏偉目標是為所有孩子提供高質量的教育，不論其年齡、種族、社會地位或地區，但是法案的實施最終導致了強調事實性知識測試和訓練的教育系統的產生，此外法案對消除成績差距也並無實效。批評者擔心，雖然我們採用共同核心課程標準來補救這種教育現狀，但自我測試的教育系統無意中強調應試教育的觀念，這樣可能導致學習表現整體欠佳。

來自學習科學領域的發現為我們提供了另一種方法來支持教育實踐，例如為下一波教育app浪潮提供起步基礎的學習四大核心。這些並不是新奇的觀點，而是為我們創造全新app的全新想法。例如，Chi將學習分為三類：主動學習、建構學習、互動學習。她在心理學文獻中解釋說，若孩子需要提出問題，對事物產生新知，那麼與其他人一起的社會互動學習方式會優於建構學習。在Chi的分類中，在孩子主動操作物體或詳述材料時，社會互動學習和建構學習優於主動學習，而主動學習又優於只聽講不參與活動的學習方式。

儘管我們所關注的認知活動和社會互動理論與Chi的理論有重疊的部分，但是我們與她的目標不同。Chi的分類為推動學習理論提供了可檢驗的假設，而我們的四大核心則是為了報告在觸控螢幕這一特定的學習環境中，app的設計和評估。我們認為學習不需要一直保持活躍和交流，研究表明，教師運用現有材料為學生提供學習動力的直接指導方式也可以有效指導學習，甚至是較小的孩子或智力有障礙的兒童也是如此。當然，學生主動積極參與任務和社會互動也是刺激學習的強有力方式。

我們會在下面具體描述這些以兒童為中心的核心要素，即用這些核心來判斷孩子是否參與到學習過程中。孩子頭腦主動思考了嗎？孩子參與到學習過程中並專注任務了嗎？孩子有沒有在使用app的過程中發現有意義的事情呢？當孩子不斷觸控螢幕幕的時候是否與他人產生了高質量的社會互動呢？還有就是app提供了學習目標嗎？

當app開發人員設計和營銷app時，和電視、遊戲和其他數字媒體生產和開發商一樣，他們當中有人有著清晰的目標（例如教孩子識數），也有人沒有明確的學習目標而僅僅是為了娛樂。Toca Boca是著名的兒童應用開發人員，他設計的app經常在蘋果商店的教育分類排行中名列前茅。

但是最近Toca Boca的 CEO, Björn Jeffrey說：

我認為教育是偉大的並且有著不可磨滅的地位，但除了教育兒童，我們還有很多事情可做。從更廣闊的視角看學習，而不從嚴格的課程角度出發，我們有許多可以學習的內容，我們可以讓孩子們合作或充分發揮想像力、創造力。在教育環境中，還有空間讓孩子們去做其他與之前完全不同的事情，而這些事情也可以讓孩子從中受益。我從未將自己定義為教育公司。我們公司是為孩子們設計app或者數字產品的公司，或者更簡單地說，我們公司專注於兒童產品，兒童是第一位的。如果產品可以運用於教育環境，那很好，但這並不是我們的目的。

這段話突出了在我們思考「教育」類app時「教育」的決定性差異。本文中，我們使用的「學習」和「教育」是可以互換的，它們指代的都是一般意義上的學習。之所以特別澄清這個概念，是因為「教育」這個詞還可能被解釋為正式學習環境中的學習，例如學校的課程教學或輔導。幾十年的研究表明，學習和教育發生在正式（如學校）和非正式（如博物館、運動場、家）環境中。當「教育」一詞被廣泛認可為振奮人心的「學習」時，我們便可更清晰地界定我們口中的教育應用（app）究竟是什麼意思了。

作為開端，我們嘗試將核心原則應用於其他媒體中，這種嘗試引發了一大批領先於科學研究的特色「教育」節目的出現。事實上，針對教育電視節目的40年的研究，幫助我們記錄學生通過觀看視頻學習學校科目的學習是否有效，例如閱讀、數學、科學和其他學科。這些研究為孩子使用屏幕媒體（app）作為教學工具面臨的諸多挑戰、局限和機遇打開了一扇窗子。

為了做出一個全新概念化的「教育」應用，我們將：（a）深入描述和運用每個核心要素；（b）闡述如何將核心要素用於電視研究；（c）描述如何將核心要素應用於面向兒童的app的評價、開發與設計。

主動學習

>>來自學習科學的證據

自皮亞傑和維果茨基的觀點出現後，兒童在個人學習過程中發揮重要作用這一觀點不斷強化。皮亞傑和其他建構主義學者認為，孩子是知識的主動建構者，他們不會僅僅只是觀察周圍發生的事情，然後重複這個過程，也不會等著別人教他們學習。

談及app時，我們需要劃清身體活動和智力活動的界限，因為使用每款app都或多或少需要身體活動參與其中。為了達到我們定義的四大核心中的主動，孩子不能只是簡單地觸摸或滑動屏幕，而是需要頭腦參與。我們使用「頭腦參與」是為了將它與身體活動區分開，例如區分開那些需要較少腦力活動和需要大量思考和智力的活動。敲擊屏幕上的某個東西很容易讓人走神，但是有目的地讓孩子找拼圖或者學習抽象概念的活動，例如基數或加法，則容易讓孩子全身心投入其中。

文獻充分證明了主動學習或頭腦參與學習的重要性。例如，Grabinger和Dunlap將主動學習（實在內容）的多樣性環境描述為：能為學生提供持續協作建構和重塑理解的學習活動的環境。在這種學習環境下，學生自然地產生個人體驗並且與周圍環境互動，這些體驗和互動的結果能真實地反映他們周圍的世界。這就是滋養孩子知識的至關重要的主動學習方式。

另一項研究的對象是一批大學生，教師要求這些學生根據指導進行學習，並將所學內容教給其他學生。研究表明，這些學生比那些為了應付考試的學生學習效果更好。教師讓學生教其他同學的這種學習方式，會讓他們在學習材料時更加主動和全身心投入。Benware 和Deci認為，以教別人為目的的學習相比為了追求更高學習成績的學習，內在學習動機更高、參與更踴躍。此外，最近在物理教學上的實驗證明，大學生通過與他人交流建構知識的方式比聽講座的學習方式更有效。

在成人背單詞的時候，如果將單詞中的某些字母空出來讓他來填空，比他只是被動地讀這個單詞的記憶效果更好。根據答案生成反饋的好處不只是提升記憶的準確性。當成人回答錯誤並得到反饋時，比直接給他們正確答案或者他們自己選擇了正確答案的記憶效果更好。當成年人通過視頻學習如何打航海結時，學習過程中那些能夠自主控制視頻進度（例如暫停或回放）的人比那些單純觀看視頻的人表現得更好。在學習過程中，那些可以做筆記的成年人比不做筆記的人在問題解決和學習時有更好的表現。手寫筆記和計算機筆記有助於更好地理解概念，雖然學生可能寫字比較慢，但在記筆記時會接收大量的筆記信息，但正因為此，這個過程需要他們選擇和整合信息。如果手術前實習醫生要求接受心理輔導，那麼這種輔導在虛擬實境的情境下比單純觀看在線視頻的效果好。在進行主題閱讀時，那些使用其中的心理意象的大學生比僅僅朗讀文本的對照組，記憶和遷移效果更好。

這些研究成果並不局限於成人學習。主動學習也可以提升兒童學業成績和社會成果。中學生自己用手畫出化學反應比只是形象化地描述實驗過程的學習方式，在理解實驗原理上效果更好。在科學博物館中，表現活躍的孩子（例如總是提問或回答問題、評論個人所見等）比那些什麼都不做的孩子學到的東西更多。九年級的學生在閱讀化學反應過程時，那些邊寫邊畫的學生比那些只讀的孩子表現好。最後，高年級學生在學化學時，自主學習課堂比在傳統方式課堂，學生的態度更積極、學習中的迷思概念更少。

最近的研究表明，在學習過程中，學生主動和被動學習這兩種狀態存在神經差異。五六歲的孩子主動操作物體，相比只是被動地看著實驗者操作物體的孩子，一遍又一遍地被灌輸新物體名稱的學習方式，更容易激活大腦的運動區，從而在我們後來的觀察中有更好的表現。更進一步說，運動區是否被激活在很大程度上可以判斷學生是主動學習還是被動學習。大腦感覺運動區類似的變化還發生在孩子自己寫信和看他人寫信的過程中。

最近一項研究是針對表達能力較低的學前兒童的故事書閱讀。研究人員發現在對話閱讀中，成年人讓孩子扮演故事中的人物並且讓他們來閱讀和討論故事內容，相較於通過傳統老師講孩子聽的方式，孩子能學到更多詞語。同樣，那些在故事閱讀中問更多問題以及標註更多對象的孩子比那些只是被動聽講的孩子掌握更多的新詞。

主動學習還對詞彙學習有好處。三歲的孩子通過排除法找到新標籤指代的對象時，相比直接或明確告訴他們標籤的方式，孩子對標籤的記憶力更強。令人印象深刻的是Zosh et al.的研究，他發現在主動學習環境中，即使孩子們花費較少的時間觀察目標對象，仍然比被動接受的方式的孩子學到更多。

主動參與似乎是全身心投入學習的必要條件，甚至嬰兒也是如此。當三個月大的嬰兒帶上有魔術貼可以粘住其他物體的拳擊手套時，他們會學著了解目標並努力實現。反過來，這讓他們更容易理解他人行為的目標導向。類似地，這段主動經歷似乎幫助嬰兒開始自己行動，來達到自己的目標。這種作用貫穿整個嬰兒期，我們可以用行為的結果來幫助12月大的嬰兒解釋他們的其他行為的目的。
這個結果非常明確：學習不是一個被動的信息登記過程，也不僅僅是任何一種身體活動的結果。學習的「堅持」要主動、頭腦參與。

>>看電視過程中主動的頭腦參與 

研究還表明，作為觀眾時，孩子最好的學習狀態是主動參與，而不是被動。經過大腦思考複雜思考，他們最終決定選擇在什麼時間、觀看什麼節目、看多長時間電視。Huston和Wright認為，孩子最終決定觀看什麼電視節目實際上是通過迅速掃視屏幕的圖像或收聽音頻，以此對內容正在播出的節目內容做出判斷。如果孩子判斷節目易於理解而且有趣，那麼他們很可能會繼續觀看這個節目。Anderson, Choi, 和Lorch也發現，如果孩子已經看了一段時間這個節目，那麼他們很有可能繼續看下去。換言之，孩子第一次看到的電視節目換臺的可能性最高，然而，當孩子繼續觀看時，換臺的可能性會降低。這種現象稱為注意力的慣性，孩子觀看芝麻街的過程正好可以驗證上述現象。當孩子主動決定觀看和繼續任務的時候，他們會在教育節目中收穫更多。

製作方會根據電視節目內容和受眾對電視節目的多方面特徵進行修改，例如剪輯、運動、音響效果、音樂、蒙太奇、視覺效果等。例如電視節目中存在以下特徵：運用動畫或兒童導向語言，那麼可以立即把這個節目標記為有趣或與兒童相關。孩子更有可能快速判斷，這個節目是否易於理解以及值得觀看。兒童電視節目製作人也會根據這些特徵將孩子的注意力導向重要的概念或觀點，例如用音效來提示孩子注意觀察角色的外觀。設計這些方法都是為了促進孩子大腦思考。

芝麻街這個節目是將兒童發展的研究成果轉化為電視節目產品的嘗試，通過對它的研究表明，3到5歲的孩子可以通過觀看視頻有效地學習詞彙、身體部位、數字、原始聲音、編碼、計算策略。電視節目對於社會情緒的發展有著積極影響。例如在《Mister Rogers的鄰居》節目中，Fred Rogers直接與孩子對話，或在《Barney & Friends》節目將音樂融入到情節之中。

>>將主動、參與應用於教育 app 

在app這一情境下的活動有多種形式。例如，孩子可以觸控螢幕幕（如戳、刷、捏等）、行動裝置（如搖動、傾斜、指向等），對著麥克風說話或唱歌，通過揚聲器或耳機聽音樂，通過對著相機揮手連接手勢識別軟體等。但是只用一個手指點擊或滑動屏幕無法通過頭腦參與式學習活動來鞏固學習。這些點擊或滑動屏幕的行為幾乎不需要頭腦注意。要促使學生通過屏幕主動認知學習，我們必須設計出超越不用思考或是簡單的刺激——反應的活動。例如，對角線滑動屏幕可以作為在地圖遊戲中兒童解決航海問題中的移動策略，而非只是在宇宙飛船遊戲街機模式當中對移動物體產生表層響應。在app中，孩子可以通過移動她的手臂來毫不費力地吹滅蠟燭，或者在協作的音樂活動中，使用兩個無線連接的行動裝置和運動傳感器。以前玩過的孩子可以指導新手，通過改變她的手臂移動來模仿，從而創建新節奏。同樣，在很多其他方面，app可以設計相應的行動裝置來增加身體活動和其他體驗形式，最終激發孩子頭腦參與到app內容當中。

當將提升學生學習潛力的符號系統納入app中時，學生學習的心理參與度增加。考慮到一系列的認知活動涉及學習理解口頭語言、書面語言、數軸、音階、地圖、視覺圖標等等。當幼兒第一次遇到各種形式的呈現時，app可以為認知活動提供更多可能——從語言到心象的轉化和解釋、符號材料的操作等。在孩子主動參與內容的程度上，他們更可能參與由特定的符號系統支持下的學習過程。例如一個教孩子識數的app會有效地呈現真實物體的可直接操控的模擬物（例如紅色橡皮球的照片）、數值表示（「你找到了五個球」）、數量表示（「5」）。同樣，讀寫app以與其他人交流為目的，可以引導孩子連字成詞、連詞成句。在音樂app中，孩子可以觸摸音符注釋來聽到相應的聲音或者在彈奏完整旋律之前，將音符在五線譜中重新編排。

App的靈活性可以讓設計師安排學習符號材料，來支持在專業領域處於不同層次的學習者主動認知和全身心學習。剛進入市場的新款app也能夠讓孩子在屏幕上來回操作。Words for Osmo（基於Osmo的背單詞）這款app會在屏幕上顯示含有單詞的圖片，並告訴玩家它由多少個字母組成（如在這個例子中，四個字母）。當屏幕出現一幅圖片時，需要將與圖片對應的單詞字母卡放入識別區內，猜出遊戲中隱藏的單詞，並拼出正確的字母組合。在玩這個遊戲時，（不需要將字母按照正確的次序和方向放置整齊來拼成一個單詞，只需要挑出相應字母卡即可），app可以通過內置反光鏡來實現人工智慧檢測的效果。當孩子猜對了單詞並拼寫正確的時候，他們會在屏幕上得到獎勵的反饋。

最後，孩子和家長可將app視為一個平臺。如果他們可以在這個平臺上發現關於不同領域的前沿信息，他們會更積極地使用app。例如，交互式閱讀app可以促進親子交流，從而幫助孩子更好地理解故事內容。在一款促進智力活動的app中，孩子可以（在眾多人物和對象中），選擇推動今後故事情節發展的人物或對象。一款為兒童設計的音樂創作app需要具備讓孩子理解和弦和旋律的功能。

App能夠抓住用戶注意力的原因之一是它的可控性，特別是因為app涉及到軟體交互。設計精良的軟體能根據孩子的年齡和經驗，為他們提供適當水平的控制和幫助，使他們能夠按照自己的進度學習並且保持學習興趣。例如，當孩子和大人一起在電腦上閱讀電子書時，相比大人操作滑鼠，孩子自己操作滑鼠的時候閱讀故事專注度更高。當大人控制滑鼠時，兒童的閱讀注意力減弱許多。這是一個特別需要思考的地方，因為許多學齡前兒童缺乏有效控制滑鼠或者鍵盤的技能。相較之下，觸屏app面向什麼年齡段的兒童使用取決於設計師如何設計。

研究表明，孩子在全身心投入任務時學習效果最好。但是全身心投入任務還是不夠的，孩子還需要持續保持任務狀態並參與其中。如果當孩子在app上讀故事的時候，狀態積極並且提出問題，但此時火警報警器響了，那麼孩子的學習就被中途打斷。同樣，如果孩子在app上讀故事，突然彈出其他無關消息，那麼他或她的學習效果就會大打折扣。

下面我們將注意力轉向兒童的參與度上，即他們持續保持注意力、專注任務的狀態。

參與學習狀態的投入程度

>>來自學習科學的支持 

關於參與度的研究總是集中在課堂當中的學生參與度。在Fredricks, Blumenfeld, and Paris共同發表的一篇文獻綜述中，他們將參與分為三種類型：行動參與（即遵守規則、努力、堅持、參與項目）、情感參與（即情感反應）、認知參與（即學習產出、靈活解決問題）。每種類型的參與對學習都非常重要，因為他們有助於培養學生專注任務的能力。學習科學強調了關注早期童年學習參與的重要性。人們對教學情境下全身心投入和注意力分散的執行功能開展了廣泛的研究，例如思維靈活度、問題解決能力、行為抑制、注意力等。

事實上，參與的作用是在最早的年齡段中證實的。當孩子盯著一個玩具，家長放大孩子對玩具的關注並且討論孩子關注的玩具，孩子就已經參與其中了。當孩子堅持認為父母在每天睡前一遍一遍讀得都是一本相同的書，那麼孩子參與其中了。在其基礎之上，我們知道各種形式的參與是以專注任務、不分心的個人能力為基礎的。在最近的一篇文章中，Mayer得出了類似的結論。他提出了「一致性」原則，並指出排除無關信息以及通過加工使內容更容易理解的時候，人們的學習更有深度。
正規學習環境越來越要求學生具備持續的多任務處理能力，注意力分散成為學者研究學生參與度的重要領域。在一項有關成人多任務處理能力的研究中，成人要一邊開車一邊發簡訊，研究發現，只有2%的成年人是超級多任務處理者，他們可以高效地進行多任務處理而沒有認知負荷。在面向兒童的研究結論與上述類似。背景電視會分散幼兒的注意力。即使他們僅僅盯著屏幕一小會，他們的注意力也會被分散：他們玩玩具的時間縮短，他們的注意力也是如此。同樣，當開著電視的時候，親子互動的數量和質量都有所下降，相比電視開著的時候，在電視關著的狀態下，父母更容易與他們的嬰兒對話、玩耍。儘管這些發現中，Masur和Flynn在家自己玩耍和與父母一起玩耍的時間分別是44%和53%。

孩子在學習中的參與度也會受到其他方面的影響。比如，Tare, Chiong, Ganea, and DeLoache發現，孩子在認識新詞時，相對於簡單的平面故事書，孩子使用立體書的學習效果較差。雖然設計這些額外的特徵是為了吸引學生對特定學習目標的注意力（例如字母表中的字母），但是學生在他們使用設計簡潔的教材時，他們能更加專注任務，學習效果更好。Barr, Shuck, Salerno, Atkinson, and Linebarger注意到，背景音樂也會讓嬰兒在學習新動作的時候分心。Parish-Morris, Mahajan, Hirsh-Pasek, Golinkoff, and Collins發現電子書中嵌入的天花亂墜的東西經常讓3歲的孩子在理解和記憶故事的時候分心。在教科書、趣味內容或信息的研究中，我們發現與作者表達主題不相關的「錨」（誘惑信息）都會干擾孩子對目標信息的記憶。

因為學齡前兒童沒有能力控制自己對外部信息的注意力，所以他們特別容易受到幹擾。Kannass and Colombo研究了3歲半和4歲的孩子在沒有幹擾、持續幹擾、間歇性幹擾三種情況下的任務表現。他們發現，三歲半的孩子受到任何一種幹擾都會影響他們的任務表現，但是4歲的孩子只有受到持續幹擾才會影響他們的任務表現。孩子對幹擾的受影響程度還存在個體差異。Martin，Razza, & Brooks-Gunn持續關注5歲孩子，並給出了消極的預測：這些孩子在9歲時會出現注意力問題。對風險樣本的研究表明，衝動性和注意力這兩個因素與特定的行為結果相關：孩子在5歲時注意力集中預示著他們在9歲時的學習成就，相反，不斷增加的衝動性預示著更多負面行為結果。幼兒園的那些還沒有控制他們自己注意力的孩子，在經過很多裝飾的教室中學習比在經過少量裝飾的教室當中學習更容易分心，他們花費更多時間分配任務，降低了後續學習的學習效果。然而，孩子和成人在對幹擾的受影響程度是可塑的，這表明環境可以幫助或者阻礙一個人保持專注的能力。

在童年和成年之中，幹擾的危險顯而易見。當大學生在課堂上用筆記本電腦完成多個任務時，他們不僅考試分數比較低，而且在其他方面的表現也比較差。有關這方面更進一步地發現是邊上課邊發簡訊的同學學習表現更差。

 >>電視中的學習參與 

為了增強學生參與度，我們必須使用最佳的學習策略，來幫助學生專注任務，減少學習障礙，例如那些會讓學生分心和喪失興趣的認知資源等。有關電視的研究發現，不管是電視還是app，促使學生完成目標的最佳方式就是呈現中等難度的挑戰。如果把電視和app比作球場，那麼中等難度任務挑戰則是最佳擊球點。就像培育金盞花，課程難度必須得「剛剛好」，教學內容的難度要在挑戰性和可行性中找到最佳平衡。如果內容太簡單或者太熟悉，學生會放棄學習。相反，如果內容太有挑戰性或者太陌生，也會讓學生放棄學習。當課程難度處於兩者之間時，學生更容易產生學習興趣，保持專注度。這就是我們所說的在透鏡模型中行走。學生隨著年齡和對內容的熟悉度的變化，他們感興趣或有挑戰性的內容也隨之改變。合理使用剪輯、音頻、視頻線索等其他各種形式的特徵可以直接吸引孩子對重點的關注或者讓在他們走神的時候重新關注內容。隨著眼動跟蹤技術的出現，研究人員開始將眼動追蹤設備用於電視和app，來追蹤孩子們在看電視或玩遊戲時究竟在看哪裡以及看多久。這種性質的研究應該協助確定「甜蜜點」（關注度最高、時間最長）的位置以及無關的讓孩子分心的內容。

>>將參與學習應用於教育app 

教育類app的質量取決於他們支持學生參與學習過程的水平。這就意味著為了實現學習目標，在屏幕上要避免出現各種潛在的幹擾因素，並且能夠支持學生持續參與學習過程。與內容無關的動畫、音效、遊戲也許能吸引學生注意並讓他們參與其中，但是不能幫助學生理解課程主要內容，因為這位無關的內容擾亂了學生的學習體驗和參與。

下面我們驗證了促進學生深度學習的app三大設計特徵。值得注意的是，這些設計特徵的有效性在多媒體學習中得到普遍驗證。

1. 因人而異的互動

當孩子及其父母在視頻聊天當中相互交流時，即使是24-30個月大的孩子也可以學到新詞，而這些是通過電視觀看人們交流的節目中是學不到的。這種需要人與人相互交流的基本參與形式可在app中用觸控螢幕幕的方式實現。當孩子觸摸或者滑動屏幕之後可以得到即時反饋，孩子會感覺到自己可以控制學習過程，而這個過程能讓他們持續保持專注並參與互動。這種即時反饋是人機互動領域用戶界面設計的核心要素。這也是教育媒體領域研究人員越來越感興趣的研究主題。例如，學生用電腦學習《探險家羅拉》這個故事，隨著故事情節的發展，可以適當切分故事情節，在每個節點中設置一些交互性的操作，來幫助學生更好地理解故事內容。

2. 外在激勵與反饋 

當app可以對學生活動產生有意義的反饋時，能夠加深學生參與學習的潛在可能。典型的明確問答類app可以幫助孩子判斷答案的正誤，並給出相應反饋。這種反饋包含正確或錯誤的表情以及激勵信息（如「做得棒！」和「再試一次」）、仿真呈現（如歡呼聲或小動畫形式的高興跳躍的猴子）、得分或徽章、獲得遊戲進程有意義的額外內容等形式。通過精心構建反饋及學習進階材料（如基於用戶資料，通過系列不同級別或自適應遊戲來呈現更多高階內容），學生可以在使用app過程中，集中注意力，長時間參與其中。

在這種結構化的學習反饋系統中，學生參與度是通常由外部激勵驅動的。玩家都想獲得獎勵，而不想受到懲罰。然而，外部激勵不僅限於問答形式，也可以是更加自然的情境。例如，可以app中的「捉迷藏」遊戲，孩子可以在屏幕上尋找隱藏的物體，而找到物體本身就是一種獎勵。

重要的是，大人和app兩種稱讚方式對孩子產生的影響取決於他們稱讚了什麼。Dweck和他的同事們發現的一項重大研究顯示，稱讚孩子們的智力可以幫孩子建立信心，防止他們認為自己的問題很蠢或者很丟臉。此外，鼓勵孩子們的辛勤努力可以幫助他們認識到，學習不是一蹴而就的，在面對困難時要勇于堅持，才能更容易取得成功。這種方法可以培養孩子成長的心態，他們能感覺到自己可以控制思考和學習的方式。在這項研究指導下，我們知道app提供的鼓勵應該是鼓勵他們的努力而不是智力（因為app學習需要孩子的不斷堅持）。前者（鼓勵孩子的努力）可以培養孩子發展的心態，激勵孩子積極面對困難，堅持完成任務。

3.內在動機 

開放式的「沙盒」app對學生的長期發展最有意義是因為它激發了學生參與的內在動機。開放式的「沙盒」app的開放式結構是基於現實中真實的沙盒，這種app可以喚起玩家的特殊能力、個人激情、培養新興趣。比如拿Morton Subotnick設計的「Pitch Painter」app來說，app為孩子們提供了擺放音符的位置並演奏音樂的機會，以此來激發他們對音樂的興趣。他們用手指參與到音樂創作的過程中，就好像在紙上畫蠟筆畫。（學生可以畫出高度、顏色不同的方塊，不同的方塊代表不同的樂器、音高，每畫出一個方塊，就會聽到相應的樂器和音高，完成畫作後，用戶可以用多種方式播放樂曲。）這種用戶驅動、激發內在動機的體驗讓孩子和大人都深入參與到學習過程中。就像在「flow（心流）」中的體驗一樣，人們在參與活動的時候自然而然地忘卻了時間的流逝。

App提供的反饋和激勵形式應該考慮到兒童學習和解決問題的內在動機。最近在課堂教學的研究表明，雖然教師廣泛應用分發貼紙的獎勵方式，但事實上這種方式會降低學生完成任務的內在學習動機。研究發現，與其給學生分發貼紙或者給出沒什麼因果的獎勵原因作為完成任務的獎勵方式，更好的獎勵方式是告訴學生獲得獎勵的充分原因。

App開發人員、父母和研究者最後考慮的因素是注意力分散。有些app讓孩子在故事敘述中間點擊或滑動屏幕。孩子的這些行為會激活新頁面、音效或者動畫，以此來告訴孩子下一個任務是什麼。現在市面上很多講故事app都採用了上面的這種方式，學生通過激活屏幕上的某些物體進入故事發展的另一個新活動。專注於故事《大狗克利福德》的app說明了這個問題。這款app剛開始給孩子讀故事，在敘述故事的過程中介紹主要人物，突然屏幕上出現了一個按鈕並要求孩子尋找以字母C開頭的東西。很顯然這種方式打破了故事的敘述。的確，實證研究發現，在呈現故事的時候，在電子遊戲機裡面放入各種花裡胡哨的元素會干擾3歲孩子理解故事，比如故事框架。

有些孩子比其他人更容易分心。當一個孩子可能被app中某個增強元素擾亂的時候，有些人可能沒有被擾亂。同樣，研究顯示，幹擾可能對年齡較小（3歲半）的孩子比年齡較大（4歲）的孩子危害更大。這些發現都強調了構建聯繫的重要性，可以幫助父母排除幹擾孩子學習的因素。

在學習科學的指導下，我們可以得到如下結論：頭腦主動參與和持續參與是產生良好學習效果的關鍵因素。當學習效果增強時，有意義的學習隨之產生。

有意義的學習 

可持續的以及有效的學習來自於我們已有知識的連接。填鴨式學習也許能讓我們在期末考中達到及格線，但在下一周，我們卻無法回憶起或真正運用這些知識。的確如此，布朗等人的研究表明，在複雜學習領域，那些會從新的學習材料中提取主旨、在頭腦中組織並與先驗知識進行聯繫的人更有優勢。

有意義的學習有多種形式，包括有目的的學習、與個人聯繫緊密的新知識的學習以及與先驗知識進行連接的學習。學習科學領域整整幾十年的研究證實了這些事實。布蘭思福特等寫道：如果學生想要在某個領域發展能力，他們需要具備事實性知識，但「大量無法建立連接的事實是不夠的」。學生還需要將知識重新組合、置於個人建構的概念框架中，這樣他們才能學有所用。

大衛·奧蘇貝爾提出的理論被廣泛引用：只有當新的材料與已知的內容產生聯繫時，才會發生真正的學習，並區分了有意義的學習和機械學習。機械學習發生在新的信息完全無法與先前所學的內容產生實質性聯繫時。換句話說，新信息沒有被已有信息「勾住」。這就是機械學習通常不「持久」，總是輕易從記憶中消散的原因，它缺少與已知信息的有意義聯結。

Shuel在奧蘇貝爾學說的基礎上進一步發展，提出類似的論據。他認為機械學習是「真正」學習的先導，當我們將新學到的事實整合進當前的認知時，「真正」的學習就發生了。例如，當我們學習乘法表時，我們還不懂除法。但在解決除法問題時，乘法表產生了新的價值和意義，即作為下一階段學習的基礎在內部自動運行。換句話說，複雜學習和專業性知識的學習建立在可以輕易回想的基礎知識和技能上。新的心理模型和概念框架也建立在此基礎上。

Chi的框架中指出，當人們主動地將新的學習材料整合至個人心理模型時，建構式學習才真正產生意義。在機械學習中增加意義，才會推動概念理解的真正轉變。但這並不意味著所有的學習都要從機械學習出發。相反，學習一開始就可以是有意義的。機械學習可能在一些情境中有效，但通常來說，它仍然是膚淺的。讓我們來想像一個場景，五年級的孩子們正在App上玩一款按順序記憶總統名字的遊戲。雖然他們可以記住總統的名字，但若他們不明白美國是民主國家，美國的總統不是世襲的，而是人民選舉出來的，他們對「總統」的理解就會相當局限。他們在明白美國政體之前，腦海中的總統的名字會一直處於模糊的語境中。

毫無疑問，基礎知識與技能建立之後，有意義的學習才能構建起來。打基礎似乎不可避免地部分來自於反覆訓練。乘法表的反覆訓練為數學學習打基礎，詞彙意義的學習為閱讀、科學及社會研究的學習打基礎。從中學生目前的學習看，App可能在基礎知識與技能的建立方面發揮著重要作用，也在支持這類練習方面潛力無限。與自學相較，App中具現化的計算機導師能讓學生更有效地學習和保持記憶，讓更多的學生在高階的概念學習中受益，這一點非常寶貴。

對此觀點，Walker、Mickes、Bajic、Nailon和Rickard的認識更進一步，他們認為：比起概念導向的「事實三角」方法，經典乘法表的反覆訓練可以讓基礎的學習更順暢。這樣一來，什麼是有意義的學習就一目了然了：有時，遊戲化框架下的App雖然經常讓用戶操作和練習，但是也是有教育意義、有所成效的，因為這些App建立在有意義的學習基礎之上。

有時，對有意義的學習的促進依賴於更能激勵用戶動機的環境。例如，比起回答練習題中的問題，孩子們更願意為兄弟姐妹們分配萬聖節糖果，因為這種環境更能激發他們的積極性。同樣地，玩一款在劇情中融入了數學技能的遊戲更能讓孩子們了解數學概念在真實世界的應用。即使是在嬰兒期，環境和意義的創設也很重要。在嬰兒14個月時，學習新奇事物的功能有助於他們對事物進行分類。非但如此，嬰兒早期的單詞學習策略很巧妙，他們會根據對事物的了解將新的標籤擴展到合適的事物上。比如，兒童很可能將新單詞「椅子」擴展到其他形狀相似的東西上。

關於上述問題的實驗研究顯示，相較於看不到的控制組，看得到文章中的單詞的實驗組真正學會了詞彙。這很可能是因為文章中的單詞處於能體現其含義的情境。學習有意義的信息能夠激發孩子集中於當前任務。如果完成某個無聊的任務就能得到下一步的豐富信息，他們就會保持專注。例如，如果他們收到新事物的照片和關於這些東西的豐富信息，他們更可能繼續在板上釘釘子。比起收到更少信息甚至比起得到物質獎勵的人，他們更容易繼續這個無聊的任務。最後，當學習情境相似時，意義會被喚起。Hudson和Nelson發現，相較於不熟悉的敘事（如烤餅乾），4到7歲的兒童在聽到熟悉的敘事（如一個生日聚會）時，更容易回憶起故事中的事件。

有意義的學習對成人來說同樣有效。在衛生保健環境中，敘述形式的學習對病人和醫生都更有效。例如，Hinyard和Kreuter說道： 

迄今為止，健康對話中處於統治地位的方式包括使用統計資料和概率、訴諸邏輯和理性來說服和促使人們採取行為上的改變。然而，健康對話的開發者正在越來越多地轉向用敘述形式幫助人們達成以上目標，比如娛樂教育、講故事、推薦語等。 

當出現在有意義的情境中時，健康信息的效果才會提升。例如，比起僅僅告訴醫生開出的阿片類藥物的使用指南，告訴醫生關於病人的故事更有利於他的記憶。若僅僅告訴他們使用指南的方式，他們很可能很快就忘了，甚至編造出根本不存在的使用指南。 

用手寫的方式記筆記的大學生學習效果更好，很可能是因為他們在其中尋找意義。比起逐字在鍵盤上打出筆記，此時他們會對課程材料進行深層加工。實際上，大腦對熟悉的信息和新信息的加工方式不同。若成人看到熟悉的面孔，這些有意義的面孔會加入其腦區，形成一個更寬廣的網絡。而看到新面孔時不容易發生上述過程。當成人看到新面孔但只發現形態上的聯繫（如薯條長得像Elvis）時，大腦的活動模式和他們發現其中的附加意義時的狀態不同。這也許就是關鍵所在，通常，加工更有意義的信息時，我們心理更加活躍，與腦區的聯結更多。 

新學到的信息是如何在意義層面上被編碼形成新記憶的呢？加工水平理論認為，事物在心理層面上加工和描述的深度決定了記憶的強度。記憶痕跡的持久度和其在語義學層面的加工深度有關。對信息進行深層次加工，如進入詞語的語義學層面意義，會比淺層次的加工，如注意到拼寫和發音特徵，更能強化記憶痕跡。這個理論框架非常接近於奧蘇貝爾的理論，雖然它主要應用於言語學習。按照這種說法，發音層面的加工與機械學習相同，它們都產生了不夠持久的記憶痕跡。而有意義的學習和先驗知識相連，我們可以深度挖掘，在語義學層面上對其進行加工。

問題解決和認知靈活性是有意義學習真正發生的又一指示器。如果學習者真正構建了對概念的理解，他們應該能夠利用信息解決新問題以及順暢地將知識遷移到其他問題。舉例來說，如果孩子只知道「一半」是一塊餅乾分給2個兄弟姐妹，知道2加2等於4，但不知道2加1等於3，那麼他們其實並不明白數字的含義。 

電視中的有意義學習。許多研究已經證實，觀看有劇情的教育電視節目時，兒童的學習效果更好。他們更容易回憶起與節目的敘事直接相關的教育內容。例如，比起單純地重複單詞，學生觀看節目中的角色完成情節中的填字遊戲更容易讓他們記住單詞的拼寫。角色們通過目標式的教育概念或內容推動情節發展，這樣，就使這些概念在兒童的記憶中保留得更久。 

將有意義學習整合到app中。如何對app中複雜且不可見的「意義」進行評估？App的體驗和孩子廣泛的生活圈交集的數量和質量可能是一個合理的指標。比如，一個人可能問：app真的讓孩子們超越機械學習了嗎？App的體驗真的挖掘出孩子的個人歷史，激活了科目的先驗知識或是構建了豐富的敘事嗎？它幫助孩子擴展了和父母、兄弟姐妹以及同事之間的重要人際交往經驗了嗎？它是如何與孩子們的學校社區聯結起來，並最終與相關的知識領域連接？比如科學、數學或歷史。

和情節主線上的電視內容相似，比起挑戰沒有融入遊戲故事或背景的app，那些需要孩子們在大型遊戲敘事情節中解決問題或證明熟練度的app更容易獲得成功。例如，Motion Math遊戲：Pizza！這款遊戲將數學概念融入披薩店的經營中。孩子們必須理解錢的含義以及如何完成特定的數學運算，才能成功經營一家披薩餐廳。

應用市場上的許多app只要求淺層的機械記憶。例如，一款app要求孩子碰觸一個三角形，孩子還沒來得及更進一步、詢問藍色正方形，就已經被app中的掌聲淹沒。這樣的app是沒有意義的。與之相反，有這樣一款app：它解釋和證明了「三角形有三條邊」並用彩色突出三條邊，然後每天在每個有意義的場景下，讓孩子在藏起來的圖片任務裡「發現三角形」。

另外一些app可能與孩子的家庭環境建立連接。試想一款利用相機吸引孩子和家長參與家庭數學活動的app要求孩子們拍攝正方形或三角形的照片。當孩子們在家中尋找和拍攝熟悉的物體時，他們將早先的個人經驗與app中的活動聯繫在了一起。例如，根據一組肖像對三個最喜歡的娃娃進行分類，會為孩子帶來相關的數量意義，特別在第四個娃娃必然地受到忽視時。下一步，孩子們將照片展示給父母，讓父母評價它的數量，這個過程構建起app體驗和基本的人際關係間的聯繫。如果孩子們將照片展示給哥哥姐姐以及其他親人，這些意義聯繫會三倍增長。最後，通過參加其他涉及數量分組的活動，孩子們可以以一個有意義的嶄新方式將這種家庭經歷和課堂數學活動聯繫起來。

這樣一來，仔細思考的話，利用app學習a比字母A是由兩條長線和夾在其中的一條短線組成這類學習更能促進有意義的學習。A有多種發音，當後面是輔音，輔音後面是e時，a發它原本名字的音（像在ape中）；A也能表示工作很棒。不可否認的是，app教授孩子孤立的事實。但這些內容聯繫著孩子們的生活，和他們進行有意義的交互，這會使記憶保留得更久，並刺激概念的轉變。

活躍的、高參與度的以及有意義的體驗從學習科學中巧妙地遷移到app設計中，是有意義學習的3大核心。最後的一大核心是社交。乍一看，這似乎和一個小孩在長途旅行中安靜得專心致志地在SUV後面和一臺設備玩相似。然而研究認為，高質量的社交是學習的關鍵組成部分，特別是對年輕孩子而言。更多的數字體驗需要反映兒童間、兒童和成人之間甚至屏幕角色之間的社交理念，比如Elmo和觀眾或用戶刺激興趣和促進學習。

社交互動 

 >>來自學習科學的證據

Csibra and Gergely (2009)認為個人行為間的信息傳遞是一種「自然教學」。出生後一個小時內，嬰兒會模仿社會同伴吐舌頭；第12天~21天，他們會模仿面部表情和手勢。第六個月，如果某事違背了他們的期望，他們會比順應期望時更多地看向照顧者。

嬰兒會在各種情境下使用社會線索。僅僅是社會夥伴的存在就能提升嬰兒對新事物性質的學習效果。只有當任務中一張臉在他面前，指著要學的東西對他說：「Hi，寶貝，看這裡」，9個月大的嬰兒才能成功地認識刺激物。在沒有這樣的支持情況下，他們將在同樣的任務中失敗。嬰兒還能很容易地辨別交流與非交流環境，這是一種對學習有著深遠影響的能力。簡而言之，社交使學習成為可能。嬰兒在多領域使用數據推理這一點已被證實。另一些研究顯示，比起僅僅在複雜情境中給予嬰兒數據信息，給予社交提示會使他們表現得更好。

語言似乎特別受益於社會性學習。即使是在嬰兒辨別一門嶄新語言的發音時，社交也很明顯具有積極影響。在6~12個月時，嬰兒會無法辨別不在母語中的發音。然而，和用中文說話的人共同生活的經歷，足以讓之後學習英語的嬰兒保持中文發音。通常情況下，他們早已將之遺忘。Kuhl (2007)提出，對這類的早期語言學習而言，社交不只是重要的，可能也是一扇必要的大門：

我發展了這項假設：最早期，即從語言加工的普遍狀態發展過渡到特殊狀態這個階段的語言習得需要社交......我提出了關於社會性大腦打開人類語言學習計算機制大門的證據。

社交對語言的重要性不會隨著發音區別而結束。5個月時，嬰兒認識到發音影響到社交夥伴。如果他們的社交夥伴停止對他們作出反應（比如臉上沒有表情），他們就會停止說話。他們對一張面無表情的臉的反應程度預示了他們8個月大以後的語言發展水平。照顧者對嬰兒的響應能力通常預示了嬰兒隨後的發音情況和之後幾個月朝照顧者的發聲頻率。如果父母根據不同情況對嬰兒的牙牙學語作出反應，嬰兒更可能會學到語言模式，並更這些形式歸納到他們自己的發音中。10~11個月大時，嬰兒凝視、跟隨和指出的能力表示他們的詞彙處於2歲的水平。來自上述研究中吳先生等人的研究結果和以下發現一致：12個月大時，嬰兒對人類或者機器人的注視都會跟從，但當注視來自人類時，他們的目標學習能力將會增長。

在整個學前階段，孩子們從他們的同伴和長輩中學到很多。Sawyer (2006)注意到「在正式學習之外，幾乎所有的學習發生在複雜的社會環境中」，人們一致認為社交是學習的重心。事實上，根據Vygotsky (1978)研究結果發現，學齡前兒童參與的社交對話對於促進他們的認知發展至關重要。Laura Berk (2003)描述了21個月大的孩子模仿4歲大的孩子，假裝去烤一個倒置型水果蛋糕外的菠蘿。4歲大的孩子教他的弟弟妹妹這些步驟——鞏固他自己的知識——幾個小時後，21個月大的孩子表現出許多他之前看到的行為，但僅僅在角色扮演遊戲中。社交允許孩子觀察和模仿哥哥姐姐、平輩以及他們的長輩。這樣以來，他們了解了通常事件是怎樣在這個世界發生的。但幼兒可以從模仿具體行為中學到得更多。36個月大的孩子甚至通過模仿成人學習規則，比如根據可視（顏色）與不可視的特性對物體進行分類。

此外，若學齡前兒童察覺到論證者幼稚而非知識淵博，他們會選擇性地運用數據信息。4歲時，他們能理解演講者的教學目的並熟練地用來指導自己進行歸納概括。因此，當成人演講者像老師一樣說「看這裡」並給他們演示用固體物質吸起回形針時，孩子們會作出一般推理：相同的固體物也能吸起回形針。若這個現象沒有發生，他們會很驚訝。然而，若他們偶然間得知這個信息，他們不會作出這樣的概括，也不會繼續探索固體的性質。

在學校，社交還會影響孩子們的理解能力。幾十年來，我們了解了共同學習目標下的合作學習相較於獨立學習的益處。特定類型的學習看起來可能特別受益於合作學習，這就是批判性思維技巧。Gokhale (1995) 在單獨工作或小組工作時，將機械的反覆訓練學習技巧和批判性思維技巧做出直接對比。然而，在任何情形下學生對機械學習材料的學習表現都相同，而參與小組學習的學生則表現出更好的批判性思維技巧。小組學習中學生不得不向同伴解釋他們推理和論證的徹底思考，而這個過程會加深他們對當前問題的理解。

諷刺的是，即使是基於計算機的學習環境，也在利用社交讓學生學習效果最大化。電腦程式貝蒂的大腦讓學生教一個叫可教的代理人（TA）角色或讓學生僅僅學習他們自己創建的材料。TA的用處很矛盾。當學生認為他們在教TA時，他們會花更多時間學習材料，而這個過程實際上會比為自己學習時，收穫更多。有趣的是，這個效果對較差的學生而言表現更明顯。教他人時的責任感無疑增強了孩子們的個人學習動機。當與頭像的交互被真人而不是被電腦控制時，人們會經歷更高層級的喚醒水平，從而在學習過程中，注意力更加集中，收穫更多。

研究顯示，社交是學習的至關重要的關鍵因素。即當兩個對話者建立了交互式循環，一方針對另一方作出反應，就會產生強大的學習效果。雖然證據顯示，基於屏幕媒介的單詞學習在前三年效果有限，有時這個現象被稱為視頻赤字，但是，人類交互勝過電子「互動」這一點毋庸置疑。近來的工作表明，自然的意見交換發生在面對面的互動中。事實上，若通過電子形式建立社交聯繫（如通過Skype或類似的在線視頻聊天程序），孩子們與真人和與屏幕交互的學習效果是相同的。而當學生通過數字形式觀看成人與其他孩子交互時，則沒有什麼收穫。

上述研究引發了重要觀點：只有高質量的社交互動才有利於學習。你可以想像，在教室裡其他孩子的尖叫聲和玩遊戲的場景下，孩子是怎麼分心的。同樣，你還可以設想正在使用教育app的孩子被另一個孩子（或兄弟姐妹、父母）偏離主題的評論打斷而分心。社會交互必須足夠高質量才不會有損學習環境。教育研究壓倒性地發現，合作與協作學習環境是最理想的。

>>電視中的社會互動學習

數個作者指出，在社會背景下研究交互具有理論意義。考慮到任何形式的媒體都由人以及與人類類似的角色充斥，觀眾其實是在與另一個社交夥伴共同參與互動。如果媒體被視作社交夥伴的提供方，那麼即使平面的木偶表演也會影響孩子們的應對方式。若想要通過媒體提升學習效果需要對孩子們在社交中的期待保持敏感，這一點需要通過一系列方法來實現，包括不確定的回饋或者創設與孩子們有情感聯繫的角色。在這樣的情境中，電視中人機互動的特點和孩子們在媒體中的學習是相關的。

許多關於電視的研究支持這個觀點。比如，有些2歲的孩子和電視屏幕上的人進行互動，這個互動是擴展了的社交性質的偶發行為（玩遊戲、回答問題等），他們比起那些僅僅看到非偶發的、提前錄製好的視頻的孩子更容易利用屏幕中人提供的信息成功完成調查和檢索任務。同樣的，O』Doherty 等人（2011）發現，在30個月大的孩子觀察或參與社會互助交換時，他們比起參與非社會性交互，如電視上的人對孩子和對其他人都毫無反應，在詞彙學習方面學習效果更好。社交中不確定的應答對學習，特別是對幼兒的學習來說非常重要。

共視。雖然電視不是天生的社會，但它通過共視，一種一起和孩子觀看電視的行為，改變了社交活動。共視和孩子們如何更好地學習教學內容有關。教師、兄弟姐妹、同齡人以及其他孩子成長環境中的人都可以是共視者，但迄今為止的大多數研究都集中於父母輩的共視者。共視包含了一系列行為，從孩子和父母一起安靜地觀看節目到父母積極地讓孩子更容易接觸到電視轉播材料。有效的共視行為要求對孩子的個人發展水平保持敏感，包括詢問孩子他們看到、聽到什麼、提升孩子模仿別人唱歌或其他行為、以及在屏幕上指出或標記目標和行為的技巧。

共視通過多種途徑影響孩子的觀點。比如，Demers, Hanson, Kirkorian, Pempek, 和Anderson (2013) 報導稱，如果嬰兒的父母看向屏幕，嬰兒就更容易去看電視，如果父母盯著他們，他們會轉移開目光。從社會角度看這個經驗，家長也可以幹涉孩子觀看電視。看芝麻街時，比起父母自己命名數字和字母，如果讓孩子自己命名數字和字母，他們的學習效果會更好。當父母運用和共享閱讀行為類似的技巧，包括開放式問題、讓孩子在觀看後回憶故事情節，孩子們會更好地理解電視上的故事，學到更多單詞。然而，DeLoache等人的研究(2010)採用精心設計的視頻來教單詞。這項研究顯示，蹣跚學步的兒童並沒有從視頻中學習新單詞，即使父母與他們共視。只有在父母圍繞沒有視頻的單詞學習與孩子進行互動，孩子才表現出單詞學習的跡象。

人際互動因素的重要性。最近的相關研究最終表明，當節目中有熟悉的角色時，孩子們在教育上獲益更多。他們感受到自己在和屏幕中的角色交流，即使角色並沒有真正回應他們，他們也可以和這些角色發展人際關係。在電視劇《探險家朵拉》中，朵拉會問問題或給出提示並等回答。他會直直地看著相機，然後停頓幾秒，好像在等待孩子們的回答。這個節目和教育收益相關，包括提升詞彙表達能力。相比不熟悉的視頻中的角色，和2歲大的孩子建立了類人際關係的角色同樣可以幫助孩子們學習早期的數學技巧。這種類人際關係也可以幫助孩子們做出更好的食物健康決策。

>>將社會互動融入APP

APP考慮了相當大程度的不確定性，但僅僅只在一個點上。觸控螢幕上的APP，其優勢在於當孩子通過點擊或滑動屏幕進行選擇時，它能給出即時的反饋。然而，app不完全是社會交互式和自適應的。設想一個孩子通過app在書中探索，當孩子碰到奶牛的圖片時，他或她會理解看到和聽到奶牛哞哞叫，甚至可能看到奶牛在吃草。然而，若是一個幼兒正在說單詞「奶牛」或「哞」，大多數app無法給出讚揚和鼓勵（但SpeakaZoo和Winston show 這類APP在這方面有了進展；Cha，2013）。這種及時的響應已被證明是促進幼兒語言發展的關鍵。比起自然的人類交互，app中的反饋存在一定限制。

App領域有各種各樣不同的社會場景，當我們詢問社會交互和學習之間是什麼關係之時，我們需要考慮每一種情境。我們可以通過3種方式在教育app設計中實現社會互動：

• 第一，在遊戲中競爭或在項目中合作時，很多用戶可能會通過屏幕參與面對面的交流。也就是說，他們可以輪流說話。或者，app能夠促進這類交互，使之遠離屏幕，比如孩子們在尋寶活動中搜尋日常目標。無論如何，app可以為交互提供為不同層次的結構。它們可以創造潛在性社會情境，2個孩子可以同時參加一個類似的活動。另一種選擇則是app為特定的教學對話提供明確定義的任務，比如「科學家」從事系統性的探究課程。

• 第二，用戶可以通過視頻會議（如Skype或Facetime）、自動的IP語音、或不同類型的屏幕共享技術參加經過傳遞的交流活動，它們允許用戶通過打字、繪畫或和虛擬對象交互（如Drawing Together!, Kindoma, Minecraft）進行可視化協作交流。這樣的社會互動和許多（通過屏幕的）面對面交流中的結果是類似的，它們明顯缺失了人與人之間的直接物理接觸。研究結果認為這類經過傳遞的社會互動在學習方面的效果和（通過屏幕的）面對面交流的效果類似。在這個問題上，現有研究集中於傳統的視頻模式，但更新的互動媒體形式也可以提供類似的效果，這為媒體製作者設計與孩子相關的角色創造了動機。

• 第三，與電視媒介相同，app可以支持和屏幕中角色間類社會性關係的發展。不同的是，在與用戶進行雙向交流時，觸控螢幕設備上呈現的角色可以更逼真。公司正著手創建app，讓「活生生」的角色對孩子們的演講內容作出反應。在不久的未來，這種娛樂和教育目的的類社會性交互將進一步擴展。

主動的，參與性的，有意義的以及社會性的交互經驗支持有效學習。如果app能夠利用這些觀念，那麼它對於幼兒學習的潛在影響顯而易見。

我們從學習科學的文獻中學到了學習的四大元素，還學到了最後的一課：學習情境。這個情境是支持對學習目標進行探索，還是僅僅支持膚淺的機械學習？在擁有明確學習目標的情境中融合了4大元素的app最可能是真正具有教育意義的。

為學習目標的探索搭建支架（Scaffolded ） 

>>來自學習科學的證據

活躍、參與、有意義以及社會性的交互經驗這四大元素也許是娛樂和教育app的導向。學習科學領域的研究顯示，若將它們嵌入擁有明確的學習目標，支持支架式探索、提問式與發現式的教育情境，更有可能產生顯著的學習效果。學習環境本身的重要性不容忽視，這是app中的首要問題。舉例來說，你可以簡單想像下孩子在孩子中非常活躍並且參與度很高但沒有學到任何東西的場景。學習科學領域的研究表明，情境本身可以作為學習的支架或者為學習提供支持。 

根據Sigel的說法（1987）：

「孩子作為活躍的學習者需要擁有通過遊戲和其他探究式的冒險參與自我導向式活動的機會，來自我激勵、健康成長。」

Sigel及其同事相信最佳的早期學習環境提升了孩子身體和認知探索（與其他人一起），營造了溫暖的鼓勵性的氛圍。

Sigel（1987）寫道： 如果安排合理，孩子們可以學會任何事情。運用適當形式將學習材料標準化，把這些材料對幼兒的學習環境進行適當的組織，有可能使孩子學會閱讀，獲取高級詞彙和進行運算。 

關於最佳學習情境的激烈爭論已持續了幾十年。一方支持自由活動：活動情境不是強目的導向、有組織或精心設計的。另一方是說教式學習或直接教導：承認向孩子解釋事情是怎麼發生的，他們需要知道什麼。兩種方式各有千秋。最近，一項元分析測試164項研究卻表明：與無明確學習目標的自由活動相比，直接教導下學習成績更好。不過，若家長作為協助者而不是主角，運用協助發現方法，對孩子進行引導，總體上會取得最佳的學習效果。 

在教育中，控制的作用老生常談。並且它有許多實證上的支持。比如設計用以幫助孩子們親手操作用，學習數學概念的模塊。關鍵在於孩子們不僅僅是積極地參與某個情境，而是擁有了合適的工具。運用工具積極地探索，能幫助他們理解新的概念。當低收入家庭的孩子們在較少受到承認或其他孩子幹擾的情況下玩棋類遊戲，他們將顯著地提升對數字的理解。若利用動態可視化，而不是靜態圖像，來提升學生科學概念，如光合作用的學習效果，這個好處也同樣成立。 

在空間認知領域，就幾何知識的學習將直接指令式學習與另外兩種學習方式比較：孩子們可以用幾何材料做任何他們想做的事的自由活動式學習以及以孩子為中心，由具有豐富經驗的活動夥伴搭好支架的引導式學習。其中，只有通過引導式學習的孩子成功地在訓練後立刻將他們對形狀的理解遷移到非典型的形狀中（如銳角三角形），甚至是一周後。另一項研究集中於閱讀效果：若將指令與引導相結合，學齡前兒童會在讀寫能力上取得更好的表現。引導活動是以孩子為中心，根據孩子的興趣創建的，它需要孩子與了解學習目標的成人互動。請注意，運用引導活動的教學經驗仍舊處於直接指令式和遊戲式的教育爭論之間。 

在培養語言發展和讀寫能力的時候，引導活動和設置階段目標的效果是看得到的。一項先啟動的正在進行的大範圍幹預性研究表明，當孩子和故事中的副本玩時，他們在基於活動的引導性單詞幹預和在成人主導的更受控制的遊戲環境中表現地一樣好。這些都聚焦於一點：基於活動的情境同樣是成功的，且兩者都比自由活動更好。

然而，學習科學並不認為學生無法從直接的指令學習中獲益。研究表明，在一些情境中，直接的指令特別有效。David Klahr及其同事的研究發現，有支持的學習環境是掌握二級科學的關鍵。Strand-Cary and Klahr (2008)通過將發現學習和直接指令學習對比發現，當學生接受直接指導時，無論是在短期（一周）還是長期（3年），都更好地掌握了概念，這項實驗充滿迷惑。不過，對Klahr的直接指導環境的嚴密檢查，使它有點像上面討論的引導教學環境。

嚴格的、無反應的直接指導形式是一把雙刃劍，它限制了孩子們的探索精神，可能會阻礙他們在所學知識以外的拓展。Bonawitz 和 Schultz把一個有四項隱藏功能的娃娃拿到4歲的孩子面前。一種情況是，孩子們被告知娃娃可以做什麼，看到它的其中一項功能，然後他們開始自己探索。另一種情況是，在孩子們自己探索前，一個實驗員突然被某個功能（其他情形下的功能）「絆住」。在這種探究情形下的孩子更可能發現玩具的剩餘功能，直接情形下的剩餘功能對於之前展示給孩子們的是保密的。教育學是有用的，但似乎缺少探索和額外學習。

這樣就產生了未曾預料的後果，孩子們似乎學到了所有他們需要了解的玩具的一切。若不是這樣的話，「老師」會告訴他們更多。直接指導與探索相結合可能是更有效的策略。DeCaro 和Rittle-Johnson (2012) 給二、三、四年級的孩子他們不熟悉的數學問題，發現那些在接受直接指導前自己有機會主動嘗試解決問題、探索可能方法的孩子比那些收到指令後才被允許實踐的孩子在概念理解方面表現得更好。這些正是我們在教學時體會到的一些益處：自己解釋，把內容弄明白，這樣能拓寬對學科知識的理解，使它真正成為自己的。

研究顯示，在學習中，不論是讓孩子們完全自由行動還是單獨運用相反的直接指導教學方法，學習效果均非最佳。Kagan 和Lowenstein (2004) 注意到：「文獻講得很清楚：包含活動和更結構化的努力的多種策略對加快學生準備和他們的長期發展來說是有效的」引導活動提供了探索的時間，可以提升學習的收益。關鍵在於為提升學習效果的教學法對孩子們學到什麼和所學內容能在記憶中維持多久是有影響的。我們將促進探索學習目標的有效學習元素融入恰當的情境，然後設置階梯，創造真正有教育學意義的學習材料。

>>電視情境中的支架式探索

Blue’s Clues 這個節目基於一個研究結果在一周中每天播放同一段插曲。這個研究是這樣的：當孩子們掌握了內容後，他們會和節目產生更多互動。它與另一個關於幼兒閱讀的發現相似：比起閱讀呈現一系列包含相同信息的書籍，孩子們從反覆閱讀同一本書中獲益更多。多次觀看同一場演出幫助孩子們了解到他們在第一次觀看時可能沒有完全理解的內容，這和熟悉的內容更容易鞏固掌握本質上是相同的。然而，孩子們一旦開始提升對概念的理解，在不同情境下反覆遇到同樣的內容會幫助他們將內容推廣到新情境。比如，芝麻街插曲教授字母B，它把B設置在不同的情境、不同的片段（動態的VS靜態的，唱的VS說的，等等）中，比如bed，bath或bird孩子們有機會在所有這些支持學習的情境，即適應學生理解能力的學習目標的情境中進行探索。從這個意義上來說，這項關於電視的發現和引導活動中注意到的是相同的。相同之處可以說是和點擊節目有明確聯繫的課程。美國公共廣告公司準備好用附帶的學習材料和電子資源去學習，這為在屏幕時間給孩子灌輸學習目標提供了一種方法的樣例。Neuman圍繞節目Super Why的工作提供了另一種優秀樣例。

>>將支架式探索融入APP 

就app如何針對學習目標對孩子進行引導而言，我們分析認為，app體驗中的教育「情境」包含了外部的使用環境和內部的app設計。它涵蓋了人機互動領域的學習設計和教育領域的教育學。支架是幫助孩子們完成原本自己不能完成的任務的教學組織結構。隨時間移，孩子們能獨立完成同樣的任務。對於特定類型的app，外部的支架可以改變學生的經驗，從原來的相對無計劃的戳刺變成對適應年齡的內容進行引導探索。比如，視覺關聯app，如SoundTouch 或 The Human Body，提供了圖像、音頻、視頻、動畫形式的動物、交通工具、儀器、人類循環系統以及其他有吸引力的內容。幼兒獨自探索這些app可能只獲取到相當膚淺的感知體驗，不過，若有成人提供教育指導，他們可以真正對動物的分類或他們自身體內的進程提出質疑。

為學習目標搭建支架進行app設計可以採用多種形式。從提供支持性背景知識的線索系統、在活動期間或多或少提供挑戰選擇的課程水準測量策略到為相關的行為、理解和孩子的機會建模的複雜自適應學習系統。它們可以根據學習體驗為孩子開出個性化的一系列廚房。後一種類別的例子包括DreamBox Learning和 Kidaptive App，它們都基於每時每刻為孩子提供最吸引人、最有效的學習挑戰這一目的，為孩子個體調整學習內容。例如，當孩子糾結於一根1-10的數軸時，根據他們過去接受類似幫助後的行為模式及表現，他們可能會看到另外的概念支持或1根更簡單的1-5的數軸。

教育 App 分析：分類和範例

之前，我們展示了如何將學習科學的四大元素應用於實踐，去辨別在使用app時孩子們是否活躍、參與、與有意義材料連接以及產生社會性交互。同時，我們論證了情境的重要性，比如真正有教育意義的app應該支持圍繞學習目標進行支架式探索。我們認為這是一種有益於各類群體的概念性方法，包括致力於將其產品學習效果潛力最大化的app開發者，不管app設計者和銷售所聲稱的意圖對app的學習效果潛力進行評估的父母和早教工作者。這種方法能輕易地付諸實踐，有利於它擴展到各類人群。以下是如何基於學習四大元素分析app教育潛能的框架示意圖。值得注意的是，與其說這個評估框架是一套嚴格的app分析指導原則，倒不如說，它顯示了不論是否專業，從學習科學的角度評估app都是可能的。

>>配置和血統

按照學習科學的建議，在情境中運用這四大元素，我們可以開始在這些剖面分析app，如何評價app中的學習科學四大元素，這些app的血統，或者說它們是用於娛樂還是教學還是兩者兼有。下面所述中，我們首先就剖面分析檢測了app。在總體檢測中，app是怎樣落到四大元素和情境中的？在討論了app的血統關係後，我們補充了這項分析。在哪種情形下，app的剖面信號是其核心，真正具有教育意義，而不僅僅使用標籤。

>>範例分析

現在，我們看到一些說明四大元素如何被用於分析孩子們的app使用體驗的樣例。Alien Assignment是一款促進幼兒問題解決和發現的app。通過用設備的照相機吸引他們參與打獵食腐動物以及促進家長和孩子間的交流，為孩子學習搭好支架。它的敘事結構是綠色外星人家庭在地球上孤立無援，請求別人幫助他們修理宇宙飛船。外星人讓孩子拍日常事物（如燈的開關）或和他們的宇宙飛船修理需求相關（如：「後備箱卡主了，快把你能打開的東西拍下來。」）的事物分類照片（如轉彎的東西）。孩子們會收到提示，將照片給一個「成人」看，這個成人會用拇指翹起或朝下對每張圖片的準確性進行評估。在孩子的所有圖片都被認可後，外星人家庭發射升空，回到自己的家，然而隨著再次的碰撞，他們又回到地球，孩子會再次看到初始菜單。

>>積極的，投入的學習

App體驗是如何促進服務於讀寫能力學習的活動的投入性的？敘述實際上是人類溝通和思維的普遍類型，它吸引了孩子們的注意力。在每一個逼真的問題的重心，Alien Assignment連接起一系列的詞彙和概念。情節點之間的平行線（如外星人需要打開行李箱）以及孩子們的活動（為他們完成任務的潛力評估熟悉的物理目標）促進了孩子們想像自己身處故事中的能力以及構建對每一個單詞含義更加個人化的理解。此外，聽故事和參與故事很可能支持孩子對敘事結構的理解，它自身是讀寫學習的重要組成部分。

在app體驗中，象徵和感知活動值得注意，它集中於口語和對物理環境的可視化探索。敘事主要在輔助的插圖和一些偶然出現的屏幕文字（如標記著「地球」的記號）中通過錄音傳遞。完成的照片為父母與孩子的對話提供了一個提示。例如，在孩子們拍攝打開的物品的照片時，父母可以將話題擴展至包含新詞彙（如裡、外、拉、推、用鉸鏈連接、蓋蓋子）或探索相關概念（如放在門鉸鏈旁的物體可能會被弄彎或被破壞以及槓桿和力矩下相關的物理力，這一類有用或危險的潛在事實）。基於考慮了附近物理環境的每一張照片中的學科作出決策，評估潛在的學科，可視化掃描，並最終構建框架和拍照。考慮到照片的哪一方面與任務相符，這很可能是孩子搜尋合適的學科時，穿過他們自己家（或）時的全身體驗。若app升級為更高版本，還可以在故事情境中處理文學主題，如音韻學認識和詞彙認知。然而，現在集中於口語為學習詞彙和故事結構提供了適應年齡的機會

>>學習進程中的參與度

根據涉及的特定個人和設置，不同孩子玩app時注意力的集中度和持久度差異顯著。APP提供了外在和內在本質的動機、明確的反饋、和父母之間的大量高響應度的偶發交互。理想狀態下，孩子們會被來自父母的外在激勵和他們自身創造性地探索環境的內在動機所激勵。然而不幸的是，孩子們也可能會在第一次找照片時分心，繼而沒有返回app或沒有被第一處敘事所吸引。現實情況下，大多數孩子的經歷很可能會落入這兩種極端情況之間。

也許最值得注意的是Alien Assignment努力在物理和社會環境中通過提升參與度創造有教育意義的環境。雖然這款app提供了教育體驗，但仍無法更進一步控制它，以期讓父母和孩子輪流使用設備以及提供討論圖片的機會。孩子們參與的深度取決於他們在問題上維持注意的能力、父母的利用度、教育學技能以及及時環境中存在的潛在幹擾。通過將用戶的交互移到屏幕外，app為深度的持久的學習和強有力的幹擾提供了機會，最終形成了較高的參與度。因此，我們作出如下總結：就學習潛力而言，開放的情境學習設計既是app的優勢，也是它的劣勢。

>>有意義的學習

孩子會從和外星物種的交往中得到什麼？理想狀況下，若玩家在他們自己的家裡發現、拍攝和討論對象時體驗到每一個單詞和概念，這種經驗會幫助他們構建起重要的個人意義。在這個過程中，學習是父母和孩子間分享的經歷，將先前和以後的家庭活動聯繫了起來，創造了人際交往上的意義。無論如何，學習目標包含在app中，是幼兒在讀寫領域基礎知識的重要組成部分。雖然app僅僅解決了這一小部分基礎的問題，但隨之而來的學習體驗對孩子具有多層次的潛在影響。

為了說明不同層次的意義，仔細想想「某些你可以打開的東西」。試想幼兒在給客廳地板上自己經常玩的紙箱拍照，她集中注意於頂上可以開合的4片重疊的紙板。她對每一片怎麼繞軸轉動有豐富的感知理解，但她努力想把四片一起打開，做一艘想像中的船，她和最喜歡的娃娃可以坐在裡面航行。當她和爸爸一起看著照片，談論盒子的時候，她擴展了「打開」對她個人的意義。他們一起想計劃，如何用紙片做實驗能讓它們最好地展開。這種互動建立在對「打開」更深的人間交往層面意義的理解：「打開」是和爸爸一起解決問題和創建活動的一部分。當她在幼兒園和朋友一起探究另一個相似的箱子時，「打開」的意義進一步拓展。他們的老師用相機記錄下這個過程，然後用文字進行說明「正在打開和關閉船艙」，一起閱讀說明的共同經歷進一步加深了「打開」的含義。現在，「打開」涵蓋了社團和更廣闊的文化領域。

>>社會交互

用Alien Assignment來識字依靠孩子和父母（或其他成人）之間面對面的社會互動。它不只提供了觀看和討論照片的共同經歷，還促進了設備的共享和對照片準確度的評估（用翹起拇指或拇指向下），最後將交互結構化。若家長——孩子的交互受這類評估引導，那每一次對話的細節會適於涉及到的個人。這種彈性使父母能根據他們對孩子知識、經驗和興趣的了解，為孩子量身定製相關反饋。同樣，孩子們可以按他們所希望的那樣回應或者在遊戲期間保持沉默。

學習也間接受到和故事角色間的類社會關係的影響，雖然這些角色大部分並不熟悉。外星兒童直接和app使用者對話，他們解釋說明破損的飛船需要的每一項修理，並且詳細具體地提出需要照片以解決這個問題。的確，孩子們參與故事劇情線是為了幫助這個外星家庭逃離地球，返回自己的母星。因此，就這個意義上來說，這個故事強迫孩子們給真實的事物拍照，學習相關詞彙。孩子們之所以接納外星家庭、幫助他們，是因為他們關心這些角色。

>>針對學習目標進行支架式探究

這項活動的學習目標顯而易見，設計者希望讓父母和孩子交談，從而提升詞彙量、增強語言能力和前語言技能。依靠父母完成目標的稱為重度支架式，即父母事實上參與的計劃。除了在遊戲中根據數字線索進行調整以解決問題，App自身沒有考慮不同程度的難點。這些分析是如何為Alien Assignment創建形象的？我們可以根據四大元素和他們表現的情景用圖表表現學習體驗，然後在一個形象的側面創造出可視化的特質，比如圖1中描繪的那樣，通過相關的李克特量表評估app。

圖1.對Alien Assignment app中學習科學4大核心以及學習目標的評價

Alien Assignment提供認知上的活躍、意義和社會互動經驗，它會在這三項上取得最高分，但在參與度一項上取得略微稍低的份數。這是因為app運行時生理和社會環境的不可知性。

由於其情境對識字目標的作用，它取得了較高的排名，但由於上面提到的未知方面，並沒有取得最高排名。從原理圖中我們注意到，不同的app有著截然不同的配置。比如，一款叫做Toca Hair Salon Me的遊戲，允許孩子修建和設計虛擬髮型，它活躍度高、吸引力強、有意義，並且社會交互性強。但是它沒有明確的學習目標。相反，Toddler Teasers這類app有明確的學習目標但不活躍、沒有吸引力、沒有意義感、社會交互性差，與Alien Assignment相比，它截然不同。使用Toddler Teasers的孩子僅僅只是指出面積和六邊形，或者不同顏色的盒子，然後在正確回答後，接收到常見的掌聲。圖2和圖3分別展示了Toca Hair Salon Me和Toddler Teasers的配置情況。這些配置文件簡單地比較了不同類型的「教育app」的教育潛力。這一切來自各種各樣app的橫向對比。

圖2.對Toca Hair Salon Me app中學習科學4大核心以及學習目標的評價

圖3.對Toddler Teasers app中學習科學4大核心以及學習目標的評價

血統：app 的定性分類

最後，二者選一，我們可以通過app適合的定性分類來思考其教育學意義。它是一款娛樂app還是一款教育app？我們建議用2*2的網格表來反映app是否有學習目標以及在4項教育元素上的得分高低（見圖4）。請注意，我們充分認識到這個app配置和血統的概要圖僅僅只顯示了我們想像中更嚴格的評估的起點。然而，它提供了關於怎樣的app是具有教育意義的這一問題的一些見解，即使是在初級階段。

圖4.決定app血統的網格

從表格中，我們發現右上方—有著高度學習目標和高分的四項學習元素（積極性高、參與度高、有意義以及高社會交互）的app，就是真正的基於證據的有教育意義的app。當在設計上融入了促進學習科學的4項元素，app落入這個象限，很可能產生深度學習。在左上方，我們發現若一款app有低度學習目標和高分的四項學習元素，那它就是純粹的娛樂app。我們之前所說的Hair Salon Me這類app，可能玩起來有點趣味，也可能有輔助學習的功能，但在很大程度上，它仍是非教育性的（如Toca Boca所言）。

現在來到左下方，我們發現這裡的app有高度學習目標和較低的四項基本元素得分。這些「教育」app未融入學習科學，很難將使用的孩子導向深度學習。說到如何促進真正的學習，設計者沒有經過仔細思考就將現存的材料轉換成藥片，這樣的app存在很多陷阱，下面我們會進行說明。

最後，一些app落在既沒有學習目標又在四項學習元素得分較低的象限。它們既沒有教育意義也沒有娛樂性，無法抓住孩子哪怕片刻的興趣，也無法促成學習。

有了這個網格，我們可以立刻評估兒童市場上的任何一款app。設計者也受益於此。這些app體現了設計者對支持教育app發展的心理學基礎的理解。

此外，如果app聚焦於特定的內容領域，比如閱讀、數學或者空間發展，那麼重要的是開發者需要查閱如何在符合科學證據的前提下更好地建構內容框架。

回顧：第一波教育 App 浪潮

第一波 app 浪潮下，新技術取得了激動人心的進展。這些新技術既可以用於娛樂，也可用於教育。雖然開發者設計了新產品，家長和教師對產品進行了評估，但他們想要避免的陷阱始終存在，比如：

火災報警綜合症。試想你正在為孩子讀傳統書籍，火警報警器響了。你認為孩子能對這個故事回憶起多少？雖然這是一個極端的例子，但它的影響和第一波浪潮 app 中鐘聲、汽笛聲的影響差不了太遠。App 開發者以及家長們應該注意app內的各種活動，這些增強功能真的帶來了價值，提升了孩子們的參與度嗎？抑或是它們反倒讓孩子分心了呢？

多重選擇陷阱。提供適應於孩子年齡的內容是重要的，為孩子提供適宜的決策水平也極為關鍵。在超市貨架上從30種不同的花生醬中進行挑選，成人會不知所措。同樣的，app中的常陷阱在於為孩子提供太多選擇，使他們無從下手。若只給他們幾個選擇，反倒會幫助他們集中精力於app的敘事。擁有太多的選擇為分心創造了條件，也降低了孩子們的參與度。

偽「教育」app。將右下方的 app 和右上方相比，我們可以明白地看到其中的區別：什麼是真正的教育 app？是什麼支撐起了這個名字。app 開發者若要對教育性作出要求，最簡單的方法是確保app 包含了「教育」內容，比如數字和字母。然而，數字和字母的機械記憶無法產生深度學習。幼兒需要理解基數下隱藏的數字原理、次序無關原則等等。且 app 需要觸碰到學習科學已知領域的根基，去融合數字知識如何發展這一領域的研究理念。

無營養。一些 app 在維持用戶參與度上設計得很好，但不關注教育內容。首要用於娛樂的app會落入左上象限。比如，我們注意到 Candy Crush 這個遊戲會使用戶上癮，它有較低水準的、有吸引力的產品設計和正強化用以維持用戶的參與度。遊戲的成功常常（但不總是）隨機產生，它取決於運氣，而不是對學科知識的掌握。如果他們認為適應和整合流行的、非教育的 app 的特徵去提升自己 app 的質量，那麼即使是無營養的 app，對於教育 app 開發者也是有用的。也許斷斷續續的加固會提升參與性的程度或者強支持性學習。

設計上存在注意力缺陷。一些 app 努力使學生不被眼前不斷變換的事物吸引。比如，若孩子原本在屏幕上學習形狀，現在轉而學習數學、學習早期閱讀，他們就會分心，無法對知識進行深度加工，也就沒有真才實學。學習科學領域的研究顯示，孩子需要重複訓練才能學得更好。在多種情境下反覆接觸相同的內容，有助於鞏固學習，特別對幼兒而言。

預測：第二波浪潮會由學習科學引領

新美國基金會曾在 YouTube 上傳了一個視頻，開頭寫道：

「許多父母和老師認為應該儘量讓孩子遠離屏幕。通常，這是正確的反應。但最新的研究顯示，不同的屏幕交互是不一樣的。」

視頻繼續播放了一些關於何時接觸屏幕對孩子有利的例子。比如，當孩子們和祖父母在聊天節目中對話，當在上面看到數學概念，當和老師以及父母一共工作學習各個領域的新事物時，甚至在學習新單詞時。這正是在這篇文章中我們所處的立場：不是所有的屏幕時間都是有害的。有數據表明，屏幕正在變得越來越無處不在。我們已經證明，利用學習科學為孩子創造基於屏幕的經驗會使 app變得更好，使孩子們受益更多。

我們生活在第一波 app 的開發浪潮中，app 通常只是把非電子形式的遊戲和學習場景遷移過來。在這片充滿發現和變化的「蠻荒西部」，app 的生產大部分是非標準化的（除了致力於保護兒童個人信息的兒童在線隱私法案在努力）。來自學習科學領域的研究能指引和告訴消費者，在第二波app開發浪潮中如何更好地實踐。

我們怎樣才能在目標導向的情境中，培養出認知上活躍的、深度參與的、有意義的、強社會交互的數字經驗？以學習科學為基礎，我們可以採取前瞻性的方法去開發和評估教育 app。這個新的框架鼓勵研究團體、app 開發者以及評估者、教師和家長之間的對話。這是思考這種媒介的優缺點邁出的第一步。

App 提供了連接物質世界和快速增長的數字雲端的大門，我們應該利用其廣闊的潛能設計和開發第二波浪潮的教育app，而不是僅僅模仿傳統媒體，比如書本、工作表、電視甚至電子遊戲，教育 app 的設計應該創造性地將學習科學理論與更多樣化的媒介結合起來。

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