□胡航 [日]村上正行 董玉琦 李瑤
教育媒體研究未來趨勢:促進學習者中心設計*
——第14屆教育媒體國際大會(ICoME 2016)綜述
□胡航 [日]村上正行 董玉琦 李瑤
第14屆教育媒體國際大會(ICoME 2016)于2016年8月在日本京都召開。此次會議的主題是“構建以‘人’為中心的數字化發展共同體”,彰顯出新媒體與新技術對促進學習者中心設計的核心價值。概覽會議所收錄的153篇論文發現,研究主題主要集中在信息化評價、學生能力發展、教學設計、資源開發、系統應用、教師專業化發展、國際合作等方面,這些研究本質上都是圍繞“促進學習者中心設計”來開展的,是“學習者中心設計”研究在廣度和深度上的延伸和拓展。在典型案例研究方面,社會性學習技術、合成式學習環境、基于腦科學的教學技術和基于AI的深度學習開始進入實證研究現場。此次會議還折射出教育媒體研究未來的發展趨勢:教育研究正在走向“學習者中心”;教育技術的研究正從關注“技術”與“模式”轉向關注“策略”、“有效性”和“人的發展”;教育學、認知科學、計算機科學與技術等跨學科的合作研究趨勢開始凸顯,已經成為推動學習技術深入發展的必要條件。
教育媒體研究;學習者中心設計;社會性學習;合成式學習環境;腦科學
第14屆教育媒體國際大會(ICoME 2016,International Conference for Media in Education)于2016年8月18-20日在日本京都外國語大學舉行。該會議始于2003年,由日本教育媒體研究學會和韓國教育信息與媒體協會共同發起并組織。近年來我國積極參加該會議,2012年由我國首次承辦,之后采取中、日、韓、美四國輪流舉辦的模式,現已成為亞洲及歐美地區具有廣泛影響的關于學習和媒體及信息技術教育的國際會議。
日本教育媒體研究學會會長Haruo Kurokami,日本教育工學會會長Junichi Yamanishi,韓國教育信息與媒體協會主席Byungro Lim,美國印第安納大學Charles M.Reigeluth,中國教育技術協會副會長李克東,美國夏威夷大學教育學院院長Bert Kimura等世界知名教授出席本次會議并做了主旨發言。同時,還有來自中國、日本、韓國、美國、瑞士、印度尼西亞、菲律賓、馬來西亞、埃及等國家50余所大學和研究機構的資深教授、知名學者、博碩士研究生以及一線中小學教師共計260余人參加。會議設“并行分論壇”26場、“圓桌論壇”14場,共計160余名學者與博碩士研究生做分論壇發言和討論。交流內容主要涉及以下四個方面:(1)教育技術國際發展的共通問題與成就;(2)在線學習、移動學習的設計、實施與評價;(3)大數據支持下的智慧學習環境構建;(4)教育學、認知科學、腦科學與計算機科學跨學科合作的教學技術。本文圍繞主旨發言和分論壇內容,重點探討新媒體、新方法對學習者中心設計的影響、策略與方法以及典型的應用案例。
著名教學設計專家、美國印第安納大學Charles M.Reigeluth教授針對其新著《Instruction-Design Theories and Models:The Learner-Centered Paradigm of Education》(第4版)做了主題發言,提出了基于學習者中心的教學設計的價值、策略與方法,尤其闡釋了學習者中心設計的內涵與原理。
1.學習者中心設計的內涵
傳統課堂通常以教師和教材為中心,形成了知識單向傳授、學生被動接受的局面,學習者的主體性難以得到充分發揮。Reigeluth在其新著中倡導的學習者中心,旨在打造基于學習者中心的教學設計范式,并提出了較為具體的設計策略,為教育技術研究與學習技術發展提供了較為明晰的線索。
Reigeluth為清晰表達學習者中心教學模式的本質特征,將其與傳統課堂從三個維度做了區分(見表1):一是從學習方式來看,學習者中心主張實施個性化學習,充分尊重學習者的主體性;二是從學習活動線索來看,學習者中心強調基于學習起點開展教學活動,而不是傳統課堂中——雖然對學習者也有所考慮,但基本是按照年級、教學計劃等時間線來安排活動;三是從知識來源來看,學習者中心強調針對同一內容多樣化、多層次的呈現資源,學習者有選擇適合自己學習起點、方式、興趣的機會。在此基礎上,Reigeluth較為具體地闡釋了學習者中心設計的核心思想(見圖1)。

表1 兩種學習中心比較

圖1 學習者中心“教-學”設計表征圖
由圖1可知,學習者是學習的中心和主體,學習者的學習目標、風格、興趣和需要可以理解為學習者的基本屬性。在學與教的過程中,教學內容、教學方法、教學進度和教學評價都應該契合或滿足學習者的基本屬性,教學過程的基本要素與學習者的基本屬性構成“教-學”雙向映射關系。同時,在學習者中心的學習活動開展過程中,教師與學生應該遵循以下“教-學”策略:(1)學習者應通過任務驅動進行做中學;(2)學習者應充分利用腳手架;(3)學習者應通過合作交流實現同伴互助;(4)學習者應學會設定自我學習目標并有效管理學習過程;(5)學習者應能有效自我反思、評價與調控學習過程。
2.學習者中心設計的原理
依據對學習者中心設計內涵的界定和理解,Reigeluth提出了基于學習者中心的教學設計原理與策略,如表2所示。該原理從學習者屬性、教學方式、學習資源等角度提出了學習起點、個性化教學、任務驅動、角色形態、課程形式5個具體維度,包含15條具體策略,為學習者中心設計提供了具有操作性的指導原則。

表2 學習者中心設計原理
由表2可以看出,學習起點是整個“學習鏈”的依據和出發點,涵蓋了學習內容選擇、教學方法設計、教學評價整合等全過程;個性化教學強調了學習者中心教學的學習方式和方法;任務驅動為學習者中心教學提供了可操作的教學模式,也是個性化教學的具體手段;角色形態科學定義了教師、學習者和技術三者在學習活動中扮演的角色以及所發揮的作用;課程形式強調了學習者中心的課程與資源形式,更加重視內容存在性,弱化學科特征。
Reigeluth教授的主旨發言為本屆會議奠定了基調,同時也顯示了國際教育技術研究的重點與趨勢——關注學習者、促進學習者個性化發展,構建信息時代的人際關系共同體;會議論文也充分表現出這一趨勢。本屆大會共收錄153篇論文,主要圍繞媒體與技術在教育及學習中的應用展開研究。
1.研究主題概覽
在對153篇會議論文主題進行分析時,筆者首先隨機選擇40篇文獻根據內容進行試編碼,該過程由3位編碼員完成,編碼結果討論后請學科專家進行指導,對部分編碼規則調整確認后進行正式編碼。正式編碼過程中,每篇文獻均由3位編碼員進行編碼,其中3位編碼員的一致性分別為:87.3%(甲與乙)、93.3%(甲與丙)、83.2%(乙與丙),對于編碼不一致的文獻經學科專家討論后最終確定。總體上,153篇會議論文在內容上呈現出如下分布:信息化評價31篇(20.3%)、學生能力發展31篇(20.3%)、教學設計28篇(18.3%)、資源開發26篇(17.0%)、系統應用20篇(13.1%)、教師專業化發展9篇(5.9%)、國際合作8篇(5.2%)。
由此可以看出,研究者對新媒體和新技術的設計、開發、運用、評價等均有充分研究,其中對學生能力發展和信息化評價關注度最高,這兩大主題在本質上是對學習者發展的關注,充分體現了學習者中心設計的主題。其次,教學設計和資源開發的關注度也較高,體現了研究者對課堂教學技術的關注,本質上也是對學習者中心的重視。最后,國際合作與交流在本次會議上也有較明顯的體現,如韓國全南大學和日本福祉大學合作開展的日韓兩國研究生如何加深體驗學習的研究。
在教學設計主題中,研究者著重關注三個方面的內容:一是基于不同學習模式的活動設計研究,如埃及亞歷山大大學將傳統課堂學習模式、基于學習平臺的在線學習模式以及基于SNS的非正式在線學習模式相結合,嘗試探究該混合學習模式下的教學設計(Forster,2016);二是深入學科內容的教學設計研究,如東北師范大學CTCL研究團隊,深入小學數學、初中物理、高中信息技術等學科開展的設計研究;三是技術營造的學習環境下的教學設計研究,如日本東北大學開展的基于具身學習環境的科學學習設計。因此可以認為,新媒體與新技術在教育領域中的實踐應用,推動了新型教學模式和學習模式的轉變,并由此導致教學設計研究視角的變化。
在資源開發主題中,研究者著重關注新媒體與新技術在教育領域中的實踐應用,不僅重視傳統的教育軟件和系統平臺開發,而且還關注近年來新型的虛擬現實、教育機器人、教育游戲、移動端APP資源的開發。由此可見,新媒體與新技術的發展推動了數字化學習資源的建設及其在教育領域的深入應用。數字化學習資源已然成為在線學習的重要組成部分,推動了學習資源在網絡空間的延伸,拓展了傳統學習資源的再現和傳播方式,滿足了學習者獲取更優質、更便捷、更經濟學習資源的需求。
在系統應用主題中,研究者關注的熱點包括:如何通過媒體和技術創建新型的學習環境,如何將建構主義學習理論和聯通主義學習理論應用于系統中,如何應用自適應學習系統和社會性學習系統等。
在信息化評價主題中,研究者利用各種學習分析技術,重點關注學習者在新媒體與新技術支持中的學習效果和互動情況。此外,研究者還對新媒體與新技術支持下的學習平臺設計進行了評價性研究,主要探討其硬件與軟件設計的合理性。
值得注意的是,本屆會議中還出現了多篇對教育技術應用的國際合作與交流研究,研究者開始由本土化研究視野轉向國際化視野,這也是教育技術學領域國際合作與交流日益密切的結果。研究者主要關注全球視野下的技術發展、第二外語學習、海外學生學習狀況,以及短期的學習交流項目對學習者的影響等內容。
此外,研究者還對教師專業化發展和學生能力發展開展了相關研究,但是相比而言更多關注對學習者的研究,例如關注學習者在社會環境和技術環境中的影響、學習者間的相互影響,以及學習者中的特殊人員(如青少年學習者、特殊教育學習者、成人學習者、處于海外留學的學習者等)。總之,新媒體與新技術的快速發展改變了知識傳播的方式,也改變了人們學習的方式,因此對教師和學習者都提出了較之傳統教與學更高的要求。在這種富媒體技術環境中,教師要適應新的傳播媒介和新的教學環境,學生要充分發揮其主動性、創造性和合作性,摒棄以往機械、刻板的學習方式,不斷應用新媒體與新技術來進行有意義的知識建構,提升信息素養和學習能力。
2.典型學習技術與案例
(1)社會性學習技術
社會性學習是基于班杜拉的社會學習理論和維果斯基的社會發展理論而興起,它是將學習看作一種社會性行為,在為技術所擴展了的“社會”中,構建這種社會性學習活動得以發生的社會生態環境,并通過社會交互、觀察、參與從而使學習發生的過程,其目的是使學習更具成效(顧小清,2010)。
美國 TDLC(Temporal Dynamics of Learning Center)組織以及斯坦福大學AAA(Awesomely Adaptive and Advanced Learning and Behavior)實驗室在這方面開展了多項研究。本次論壇中,研究團隊主要介紹了用于企業高級員工職業培訓的社會性機器人RSP(Robot of Shared Panel),如圖2所示。該機器人既有硬件實物,同時也可以是安裝在手機上的一款APP,即通過攝像頭實現機器人的部分硬件功能,以解決學員缺乏時間、或培訓活動設計不足以及內容表征不適當等問題。該機器人已經開始用于醫療、救災等領域的培訓中,主要體現出三方面的學伴角色:一是通過攝像頭獲取信號,不僅能識別學員的表情和活動,還能夠通過情感計算判斷學員的情緒狀態并與之對話;二是可視化表征培訓內容,如手術操作、救險策略等,同時根據學員的反應調整內容的順序及表征方式;三是與學員交換角色,充當“學生”。學員通過概念圖等方式向RSP“教授”培訓內容,RSP能通過學員的“教”來判斷學員的學習情況,并提出有針對性的問題,從而要求學員重構“教學內容和方法”,即幫助學員重構學習內容和知識結構(Forster,2016)。

圖2 應用RSP培訓現場(Forster,2016)
(2)合成式學習環境
合成式學習環境(Synthetical Learning Environments,SLEs)是一個以特殊技術、學習內容、學習者以及教育原則為特征的學習環境,它不同于與真實世界的交互,而是一種通過模擬、游戲或其他技術而為學習者建立的綜合經驗(J.Michael Spector等,2015)。合成式學習環境主要包括模擬和游戲兩大部分,模擬主要指專門的訓練裝置,其特征是“對現實的一種工作表征,可能是一個抽象的、簡化的或者加速的過程模型”。模擬既可以是對一個過程逼真度的表征,也可以是一個精細的、相當真實的全動感平臺。它可以提供必要線索從而引發適當行為。模擬主要關注學習環境特征,而游戲更多關注學習者的體驗特性,模擬與游戲通常相互交疊構成。一個合成式學習環境通常同時具有模擬和游戲的雙重特征,重點關注學習者合成性經驗的生成。
卡內基梅隆大學非線性學習空間實驗室團隊介紹了其研究成果:即運用一種浸入式游戲證明SLEs能提高學習效果(Cannon-Bowers et al.,2016),如圖3所示。該研究團隊開發了針對生物學和歷史學的SLEs學習環境,并將其與基于網絡的資料呈現和傳統課堂講授的學習效果進行了比較。通過測試發現,傳統課堂講授的學習效果最差;基于網絡的資料呈現對學習效果的提高有所差別:在歷史課程中差異并不顯著,而在細胞生物學課程中學習效果的顯著性從13%升至30%;SLEs對學習效果的提高程度更大:歷史課程學習效果的顯著性從12%提高到46%,而細胞生物學從27%提高到64%。該項研究表明:積極的投入比資料的可視化表征更能提高學習效果。另一個反面案例則說明SLEs并非處處有效,研究人員發現在教授解剖學課程時,SLEs的優勢十分微弱,并且實驗組的優勢效應在控制干預后就基本消失了;同時在計算機程序員受訓項目中發現,實驗組成員比接受傳統方式培訓的同伴具有更差的成績和更薄弱的知識結構(Cannon-Bowers et al.,2016)。

圖3 歷史學SLEs學習環境(Cannon-Bowers et al.,2016)

圖4 大腦功能區分布圖(Koji Nakajima,2016)
(3)基于腦科學的教學技術
本次會議顯示的另一個風向標是基于腦科學的教學技術研究。日本學者已經開始將腦科學的研究成果應用到學與教的過程中,圖4展示了大腦的功能分工區。當前基于腦科學的研究成果表明,大腦內的神經元胞體和樹突上分布著大量的突觸,突觸數量的增加在很大程度上標志著個體大腦發育的狀況。童年期大腦的變化特別是腦內神經元的聯接程度,不僅取決于基因,而且取決于環境。環境的刺激會使神經細胞的樹突變得豐富,且突觸數量也會增加。日本熊本大學國語教育研究學者Koji Nakajima基于這一研究結果設計了以兒童習得為中心的學習環境,充分體現了學習者中心的設計理念。該環境通過虛擬現實技術,創造聽、說、讀、寫活動,促使4-8歲兒童主動進行有意義的語言建構活動,將口頭語言與書面語言、生活語言與文學語言學習有機結合起來。其實驗結果表明,實驗組兒童在一個月內的突觸數量比對照組增幅高13.8%(Koji Nakajima,2016)。日本東北大學數學教育研究學者Yoko Noborimoto根據大腦中的音樂區接近數學區,音樂有助于兒童數理邏輯能力形成的原理,開發了“音樂數學教學法”及相關課程(Yoko Noborimoto et al.,2016)。
(4)基于AI的深度學習
早在1956年,以麥卡錫和明斯基等為首的一批科學家嘗試用機器模擬智能,并首次提出“人工智能”這一術語。60年來該領域的理論和技術都得到迅速發展。圖靈獎獲得者Allen Newell以認知心理學為核心提出并探索了人的認知體系結構,至今在認知心理學與人工智能領域廣泛應用于心智建模的認知體系結構SOAR與ACT-R都是在Newell直接領導下或受其啟發而發展起來的,并以此為基石實現了對人類各種認知功能的建模。此次會議上,荷蘭開放大學智慧學習研究團隊根據SOAR認知模型,應用大數據技術和人工神經網絡原理,開發了具備深度學習能力的類腦智能學習與導學系統LID(Learning and Instruction based on the Data)。該系統主要針對化學和生物等科學課程中的具體主題,通過搜索、推理等深度學習算法,使機器具備視聽觸感認知通道、長時短時記憶與決策、運動視覺等功能,從而使機器能進行深度學習并具備“問題解決”的能力。機器在深度學習后,學習者可以通過自然語言、表情、動作等與其進行交流,從而實現對學習者的指導。圖5顯示了機器對不同動物及其他運動物體進行辨別的深度學習過程。畫面中呈現了兩種機械(飛機、發動機)和8種動物(貓、狗等)的情況,每一對象分別呈現了10種運動狀態或表情,機器以數據的形式進行存儲、記憶和辨別。針對每一對象,系統會呈現50000張訓練圖片以及10000張測試圖片,通過反復“訓練和測試”后,以期使機器能夠具備“自動化”處理和分辨的能力,進而與學習者互動。

圖5 機器深度學習過程(Koper,2016)
該系統主要是基于CPU并行計算而實現的,在大規模數據上訓練多層神經網絡以使深度學習成為可能。然而,由于大數據處理和多層神經網絡的“學習”需要大量的耗能,其成本也較高。該系統共使用了202個CPU核和89個GPU核,采用了40個搜索線程來進行計算。按照這一耗能來計算,很難想象要實現一個具備大腦功能的智能系統需要多少供電,而人類大腦的功耗僅在20W左右。因此,Ailamaki等學者指出:“除人腦以外,沒有任何一個自然或人工系統能夠具有對新環境與新挑戰的自適應能力、新信息與新技能的自動獲取能力、在復雜環境下進行有效決策并穩定工作直至幾十年的能力。沒有任何系統能夠在多處損傷的情況下保持像人腦一樣好的魯棒性,在處理同樣復雜的任務時,沒有任何人工系統能夠媲美人腦的低能耗性。”(Ailamaki et al.,2012)盡管如此,人類走向“自動化”和“個性化”的智慧學習時代已勢不可擋,“學習者中心”正是這一發展趨勢的集中體現。因此,受腦信息處理機制啟發,借鑒腦神經機制和認知行為機制發展類腦智能,已成為近年來人工智能與學習技術研究領域的重要關注點。
通過對會議論文梳理、會議現場交流及典型案例介紹與解析,筆者從ICoME 2016會議中獲得如下啟示:教育研究正走向也必然走向“學習者中心”;教育技術正從“技術”屬性走向“教育”屬性;教育技術的研究正從“理論”走向“實踐”,并從“學習方式轉變”走向關注“人的發展”。
1.個性化學習:學習者中心設計的歸宿
從Reigeluth教授的“學習者中心設計”理論到RSP、SLEs和音樂數學教學法的實踐,雖研究各有側重,如有的關注技術,有的關注理論,有的關注環境,還有的關注方法,但都緊緊圍繞“學習者中心”而展開。從學習方式的角度看,以上案例其實都屬于“個性化學習”,即充分依據每一個學習者的起點來設計教學內容、掌控教學過程、把握教學評價。因此,個性化學習并不能狹義的理解為“每一個學習者各自學習”,事實上個性化學習是以個體、簇群(同一或相近類型的學習者)為學習元單位,選擇契合元單位自身學習起點、學習風格、學習內容、學習需要的社會化過程,這一過程是個體與元單位在內部與外部進行各種同質與異質交互的過程。因此,深入個性化學習的研究是實現“學習者中心設計”理念的重要途徑。
2.新媒體應用:關注“策略”與“有效性”
教育技術的興起,實則是由幻燈機和膠片等媒體技術的出現所觸發的,因此早期的教育技術繼承這一傳統,比較關注新媒體的引入,并已取得不同程度的成功,但卻忽視了到底應該如何應用以及應用效果如何的問題。“學習者中心”最終要體現在“學習者”身上,而不是“媒體與技術”面上。本次會議中,許多研究已經開始關注媒體和技術應用的策略與有效性,以及關注這些技術究竟是如何影響教學因素并提升教學質量的。技術的應用可分為三重境界:一是改變學習方式,如黑板換成了交互式電子白板;二是提升學業成就,如利用技術關注基于認知起點的學習資源開發、學習內容選取等;三是發展思維與學習品質,如關注技術觸發情緒、策略、問題解決等高階思維的發展。
3.實驗與實證研究:從“模式”走向“課堂”
教育技術研究的根在“課堂”,目的在于提升教學質量和發展學習品質。當然作為一種學術研究,教育技術應有理論系統、操作模式、研究范式,但其最終應該落實到“課堂”——它不是束之高閣的“案卷”,而是教育理論與方法的深入應用。本次會議中,很多研究已經開始關注教學實驗、數據獲取、理論總結、實踐指導,如夏威夷大學的“美國地理”遠程在線平臺,菲律賓師范大學的小學數學課堂,印度尼西亞的聽覺障礙人士學習系統等。教育技術的“根”扎得越深,教育技術學科的存在價值才會體現得更鮮明。
4.跨學科合作研究:學習技術發展的必要條件
教育問題是一個極其綜合而復雜的問題。多學科、跨領域的研究群體共同開展研究,既有利于拓寬教育研究的廣度,也有利于加深教育研究的深度。跨學科合作研究讓教育問題的解決從生理指標、內容選擇、方法設計、技術應用等方面形成了完整的“學習鏈”,改變了研究者立足單一學科看待問題的弊端,同時有助于研究者從多學科視角全面了解學習發生的機制,進而綜合運用技術手段干預學習,改進學習的效果。如基于腦科學的教學技術研究即以腦科學為依據,以教育學、心理學、認知科學為策略和手段,以計算機科學等為技術支撐,經各領域專業研究人員通力合作才能協調完成。顯然,跨學科合作研究已經成為學習技術發展的必要條件,這也恰恰是當前國內教育技術研究最值得借鑒的地方。
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Hu Hang,Masayuki Murakami,Dong Yuqi,Li Yao
ICoME2016 was held in Kyoto,Japan,in August of 2016,with the theme"Building Relationships and a Sense of Community Centered'People'in a Digital Society",which highlights the core values of new media and new technology to promote the learner-centered design.According to the 153 papers in the conference,the research topics focus on such aspects:informatization evaluation,the development of students'ability,instructional design,resourcesdevelopment,system application,teachers'professionaldevelopmentand international cooperation,which essentially center on"learner-centered design".In the terms of typical case study,social learning technology,synthetic learning environments,instructional technology based on brain-sciences and the deep learning based on AI began to enter the empirical research.The meeting also reflects the future trend of educationalmedia research:being "learner-centered" in educationalresearch;focusing on "strategy", "effectiveness"and"the development of people",instead of the"technology"and"mode"for the research into educational technology;education,cognitive science,computer science and technology and other subjects have cooperated with each other,which is the prerequisite to promote the further development of learning technology.
Educational Media Research;Learner-Centered Design;Social Learning Technology;Synthetical Learning Environments;Brain Sciences
G434
A
1009-5195(2016)06-0011-08 doi10.3969/j.issn.1009-5195.2016.06.002
2015年度教育部人文社會科學青年基金項目“基于移動智能終端的學習設計及干預研究”(15YJCZH064)。
胡航,博士研究生,東北師范大學教育學部(吉林長春 130024),講師,天津職業技術師范大學教育技術學系(天津 300222);村上正行,博士,教授,日本京都外國語大學教育學院,ICoME 2016會議主席(日本京都 6008586);董玉琦(通訊作者),博士,教授,博士生導師,上海師范大學教育技術學系(上海200234);李瑤,碩士研究生,首都師范大學教育技術系(北京 100048)。
2016-10-24 責任編輯 劉選The Future Trend of Educational Media Research: To Promote the Learner-Centered Design——Review of the ICoME2016