芥末翻｜学习科学告诉你，设计儿童教育 App 的四个要素（上篇）
芥末翻
芥末堆全新推出的一档学术栏目，由芥末堆海外翻译社群的小伙伴们助力完成。我们致力于将全球经典或是前沿的教育理念、教育技术、学习理论、实践案例等文献翻译成中文，并希望能够通过引进这类优质教育研究成果，在全球教育科学的推动下，让好的教育来得更快！
芥末堆编译
本文选自Psychological Science in the Public Interest
作者：Kathy Hirsh-Pasek1, Jennifer M. Zosh2, Roberta Michnick Golinkoff3, James H. Gray4, Michael B. Robb5, and Jordy Kaufman6
译者：可欣多，周莉。
长文预警：本文分为上下两篇，略有删减，全文请点击阅读原文查看。
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截至 2015 年 1 月，苹果商店中的教育应用数量已经达到 80000，然而，如何设计和应用 App？应用效果如何？并没有统一的检验标准。本论文试图提供一种方式来评估教育 App，一方面，为从业者开发教育 App 提供支持，另一方面，帮助家长选择对孩子最有效的 App。
（图片来源：maxpixel）
据报道，在2013年，美国58%的家长曾为自己的孩子下载App。确实如此，学前/幼儿类应用程序在苹果应用商城中最受欢迎，付费应用程序排行榜中72%都是此类程序。新的App异常快速地交付，科学家们无法在它们进入应用市场前进行评估。
我们认为“教育”类App是支持特定学习目标的应用程序，例如可以学习图形或者掌握新词汇。然而，市面上现有的所有类别的App虽然玩起来很有趣，但是却没有真正的教育目标。这些App可能很有吸引力，但是离我们界定的“教育”相差甚远。
我们处在一个特殊的关键时期。在这个时期，App迅速发展，无所不在，它们出现在学校、家庭、甚至是婴儿床上。与此同时，过去几十年学习科学领域的研究改变了我们对学习与教学的思考方式。通过融合多方面的研究，一方面可以让媒介开发人员有机会获取优化教育应用（App）开发的知识，另一方面可以帮助父母评估在App支持孩子学习方面的潜力。
在本文中，我们运用几十年来学习科学领域的研究数据来说明，在科学证据的基础上，如何开发和评估App。本文关注针对0-8岁孩童，基于触摸屏平板电脑和手机终端开发的教育类应用程序。
（图片来源：500px）
几十年来，学习科学领域核心中关于学习的几个公认要素让学习科学一直保持稳定发展。人类学习时最好的状态是下面的表现：他们的头脑积极参与，认真学习相关材料，不被周边其他事物影响，他们把有意义的学习体验融入到自己的生活中，他们在提供了明确目标的学习情境下，与周围新的学习材料产生高质量地社会互动。环境的教学结构决定着学习会产生何种结果。例如，训练和实践可让学生机械学习，但不会促进学生对概念的深层理解。同样，没有任何指导或支架式的探索和发现也不能为学习提供足够的支持。有效的学习是促进学生搭建灵活多变的环境。当学生朝着明确学习目标迈进时，这个环境可以提供支持学生探索、质疑、发现的支架。
当我们在探索有指导的教学情境下，将学习的核心要素在App中实例化呈现的时候，我们意识到，这与许多仍然在许多学校沿用的教育方式——教授主义形成鲜明对比。2015年的“现代”教室可能与早前几代教室差异不大：一排一排的桌子、孩子在他们的座位或坐垫上听课、教师为了评职称一遍遍地重复讲着过去的知识。《不让一个孩子掉队》教育法案自2001年颁布实施，影响一直到2012年。尽管《不让一个孩子掉队》法案描绘的宏伟目标是为所有孩子提供高质量的教育，不论其年龄、种族、社会地位或地区，但是法案的实施最终导致了强调事实性知识测试和训练的教育系统的产生，此外法案对消除成绩差距也并无实效。批评者担心，虽然我们采用共同核心课程标准来补救这种教育现状，但自我测试的教育系统无意中强调应试教育的观念，这样可能导致学习表现整体欠佳。
来自学习科学领域的发现为我们提供了另一种方法来支持教育实践，例如为下一波教育App浪潮提供起步基础的学习四大核心。这些并不是新奇的观点，而是为我们创造全新App的全新想法。例如，Chi将学习分为三类：主动学习、建构学习、互动学习。她在心理学文献中解释说，若孩子需要提出问题，对事物产生新知，那么与其他人一起的社会互动学习方式会优于建构学习。在Chi的分类中，在孩子主动操作物体或详述材料时，社会互动学习和建构学习优于主动学习，而主动学习又优于只听讲不参与活动的学习方式。
（图片来源：pexels）
尽管我们所关注的认知活动和社会互动理论与Chi的理论有重叠的部分，但是我们与她的目标不同。Chi的分类为推动学习理论提供了可检验的假设，而我们的四大核心则是为了报告在触摸屏这一特定的学习环境中，App的设计和评估。我们认为学习不需要一直保持活跃和交流，研究表明，教师运用现有材料为学生提供学习动力的直接指导方式也可以有效指导学习，甚至是较小的孩子或智力有障碍的儿童也是如此。当然，学生主动积极参与任务和社会互动也是刺激学习的强有力方式。
我们会在下面具体描述这些以儿童为中心的核心要素，即用这些核心来判断孩子是否参与到学习过程中。孩子头脑主动思考了吗？孩子参与到学习过程中并专注任务了吗？孩子有没有在使用App的过程中发现有意义的事情呢？当孩子不断触摸屏幕的时候是否与他人产生了高质量的社会互动呢？还有就是App提供了学习目标吗？
当App开发人员设计和营销App时，和电视、游戏和其他数字媒体生产和开发商一样，他们当中有人有着清晰的目标（例如教孩子识数），也有人没有明确的学习目标而仅仅是为了娱乐。Toca Boca是著名的儿童应用开发人员，他设计的App经常在苹果商店的教育分类排行中名列前茅。
但是最近Toca Boca的 CEO, Björn Jeffrey说：
我认为教育是伟大的并且有着不可磨灭的地位，但除了教育儿童，我们还有很多事情可做。从更广阔的视角看学习，而不从严格的课程角度出发，我们有许多可以学习的内容，我们可以让孩子们合作或充分发挥想象力、创造力。在教育环境中，还有空间让孩子们去做其他与之前完全不同的事情，而这些事情也可以让孩子从中受益。我从未将自己定义为教育公司。我们公司是为孩子们设计App或者数字产品的公司，或者更简单地说，我们公司专注于儿童产品，儿童是第一位的。如果产品可以运用于教育环境，那很好，但这并不是我们的目的。
这段话突出了在我们思考“教育”类App时“教育”的决定性差异。本文中，我们使用的“学习”和“教育”是可以互换的，它们指代的都是一般意义上的学习。之所以特别澄清这个概念，是因为“教育”这个词还可能被解释为正式学习环境中的学习，例如学校的课程教学或辅导。几十年的研究表明，学习和教育发生在正式（如学校）和非正式（如博物馆、运动场、家）环境中。当“教育”一词被广泛认可为振奋人心的“学习”时，我们便可更清晰地界定我们口中的教育应用（App）究竟是什么意思了。
作为开端，我们尝试将核心原则应用于其他媒体中，这种尝试引发了一大批领先于科学研究的特色“教育”节目的出现。事实上，针对教育电视节目的40年的研究，帮助我们记录学生通过观看视频学习学校科目的学习是否有效，例如阅读、数学、科学和其他学科。这些研究为孩子使用屏幕媒体（App）作为教学工具面临的诸多挑战、局限和机遇打开了一扇窗子。
为了做出一个全新概念化的“教育”应用，我们将：
深入描述和运用每个核心要素；
阐述如何将核心要素用于电视研究；
描述如何将核心要素应用于面向儿童的App的评价、开发与设计。
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来自学习科学的证据
自皮亚杰和维果茨基的观点出现后，儿童在个人学习过程中发挥重要作用这一观点不断强化。皮亚杰和其他建构主义学者认为，孩子是知识的主动建构者，他们不会仅仅只是观察周围发生的事情，然后重复这个过程，也不会等着别人教他们学习。
谈及App时，我们需要划清身体活动和智力活动的界限，因为使用每款App都或多或少需要身体活动参与其中。为了达到我们定义的四大核心中的主动，孩子不能只是简单地触摸或滑动屏幕，而是需要头脑参与。我们使用“头脑参与”是为了将它与身体活动区分开，例如区分开那些需要较少脑力活动和需要大量思考和智力的活动。敲击屏幕上的某个东西很容易让人走神，但是有目的地让孩子找拼图或者学习抽象概念的活动，例如基数或加法，则容易让孩子全身心投入其中。
文献充分证明了主动学习或头脑参与学习的重要性。例如，Grabinger和Dunlap将主动学习（实在内容）的多样性环境描述为：能为学生提供持续协作建构和重塑理解的学习活动的环境。在这种学习环境下，学生自然地产生个人体验并且与周围环境互动，这些体验和互动的结果能真实地反映他们周围的世界。这就是滋养孩子知识的至关重要的主动学习方式。
另一项研究的对象是一批大学生，教师要求这些学生根据指导进行学习，并将所学内容教给其他学生。研究表明，这些学生比那些为了应付考试的学生学习效果更好。教师让学生教其他同学的这种学习方式，会让他们在学习材料时更加主动和全身心投入。Benware 和Deci认为，以教别人为目的的学习相比为了追求更高学习成绩的学习，内在学习动机更高、参与更踊跃。此外，最近在物理教学上的实验证明，大学生通过与他人交流建构知识的方式比听讲座的学习方式更有效。
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在成人背单词的时候，如果将单词中的某些字母空出来让他来填空，比他只是被动地读这个单词的记忆效果更好。根据答案生成反馈的好处不只是提升记忆的准确性。当成人回答错误并得到反馈时，比直接给他们正确答案或者他们自己选择了正确答案的记忆效果更好。当成年人通过视频学习如何打航海结时，学习过程中那些能够自主控制视频进度（例如暂停或回放）的人比那些单纯观看视频的人表现得更好。在学习过程中，那些可以做笔记的成年人比不做笔记的人在问题解决和学习时有更好的表现。手写笔记和计算机笔记有助于更好地理解概念，虽然学生可能写字比较慢，但在记笔记时会接收大量的笔记信息，但正因为此，这个过程需要他们选择和整合信息。如果手术前实习医生要求接受心理辅导，那么这种辅导在虚拟现实的情境下比单纯观看在线视频的效果好。在进行主题阅读时，那些使用其中的心理意象的大学生比仅仅朗读文本的对照组，记忆和迁移效果更好。
这些研究成果并不局限于成人学习。主动学习也可以提升儿童学业成绩和社会成果。中学生自己用手画出化学反应比只是形象化地描述实验过程的学习方式，在理解实验原理上效果更好。在科学博物馆中，表现活跃的孩子（例如总是提问或回答问题、评论个人所见等）比那些什么都不做的孩子学到的东西更多。九年级的学生在阅读化学反应过程时，那些边写边画的学生比那些只读的孩子表现好。最后，高年级学生在学化学时，自主学习课堂比在传统方式课堂，学生的态度更积极、学习中的迷思概念更少。
最近的研究表明，在学习过程中，学生主动和被动学习这两种状态存在神经差异。五六岁的孩子主动操作物体，相比只是被动地看着实验者操作物体的孩子，一遍又一遍地被灌输新物体名称的学习方式，更容易激活大脑的运动区，从而在我们后来的观察中有更好的表现。更进一步说，运动区是否被激活在很大程度上可以判断学生是主动学习还是被动学习。大脑感觉运动区类似的变化还发生在孩子自己写信和看他人写信的过程中。
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最近一项研究是针对表达能力较低的学前儿童的故事书阅读。研究人员发现在对话阅读中，成年人让孩子扮演故事中的人物并且让他们来阅读和讨论故事内容，相较于通过传统老师讲孩子听的方式，孩子能学到更多词语。同样，那些在故事阅读中问更多问题以及标注更多对象的孩子比那些只是被动听讲的孩子掌握更多的新词。
主动学习还对词汇学习有好处。三岁的孩子通过排除法找到新标签指代的对象时，相比直接或明确告诉他们标签的方式，孩子对标签的记忆力更强。令人印象深刻的是Zosh et al.的研究，他发现在主动学习环境中，即使孩子们花费较少的时间观察目标对象，仍然比被动接受的方式的孩子学到更多。
主动参与似乎是全身心投入学习的必要条件，甚至婴儿也是如此。当三个月大的婴儿带上有魔术贴可以粘住其他物体的拳击手套时，他们会学着了解目标并努力实现。反过来，这让他们更容易理解他人行为的目标导向。类似地，这段主动经历似乎帮助婴儿开始自己行动，来达到自己的目标。这种作用贯穿整个婴儿期，我们可以用行为的结果来帮助12月大的婴儿解释他们的其他行为的目的。
这个结果非常明确：学习不是一个被动的信息登记过程，也不仅仅是任何一种身体活动的结果。学习的“坚持”要主动、头脑参与。
看电视过程中主动的头脑参与
研究还表明，作为观众时，孩子最好的学习状态是主动参与，而不是被动。经过大脑思考复杂思考，他们最终决定选择在什么时间、观看什么节目、看多长时间电视。Huston和Wright认为，孩子最终决定观看什么电视节目实际上是通过迅速扫视屏幕的图像或收听音频，以此对内容正在播出的节目内容做出判断。如果孩子判断节目易于理解而且有趣，那么他们很可能会继续观看这个节目。Anderson, Choi, 和Lorch也发现，如果孩子已经看了一段时间这个节目，那么他们很有可能继续看下去。换言之，孩子第一次看到的电视节目换台的可能性最高，然而，当孩子继续观看时，换台的可能性会降低。这种现象称为注意力的惯性，孩子观看芝麻街的过程正好可以验证上述现象。当孩子主动决定观看和继续任务的时候，他们会在教育节目中收获更多。
制作方会根据电视节目内容和受众对电视节目的多方面特征进行修改，例如剪辑、运动、音响效果、音乐、蒙太奇、视觉效果等。例如电视节目中存在以下特征：运用动画或儿童导向语言，那么可以立即把这个节目标记为有趣或与儿童相关。孩子更有可能快速判断，这个节目是否易于理解以及值得观看。儿童电视节目制作人也会根据这些特征将孩子的注意力导向重要的概念或观点，例如用音效来提示孩子注意观察角色的外观。设计这些方法都是为了促进孩子大脑思考。
芝麻街这个节目是将儿童发展的研究成果转化为电视节目产品的尝试，通过对它的研究表明，3到5岁的孩子可以通过观看视频有效地学习词汇、身体部位、数字、原始声音、编码、计算策略。电视节目对于社会情绪的发展有着积极影响。例如在《Mister Rogers的邻居》节目中，Fred Rogers直接与孩子对话，或在《Barney & Friends》节目将音乐融入到情节之中。
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将主动、参与应用于教育 App
在App这一情境下的活动有多种形式。例如，孩子可以触摸屏幕（如戳、刷、捏等）、移动设备（如摇动、倾斜、指向等），对着麦克风说话或唱歌，通过扬声器或耳机听音乐，通过对着相机挥手连接手势识别软件等。但是只用一个手指点击或滑动屏幕无法通过头脑参与式学习活动来巩固学习。这些点击或滑动屏幕的行为几乎不需要头脑注意。要促使学生通过屏幕主动认知学习，我们必须设计出超越不用思考或是简单的刺激——反应的活动。例如，对角线滑动屏幕可以作为在地图游戏中儿童解决航海问题中的移动策略，而非只是在宇宙飞船游戏街机模式当中对移动物体产生表层响应。在App中，孩子可以通过移动她的手臂来毫不费力地吹灭蜡烛，或者在协作的音乐活动中，使用两个无线连接的移动设备和运动传感器。以前玩过的孩子可以指导新手，通过改变她的手臂移动来模仿，从而创建新节奏。同样，在很多其他方面，App可以设计相应的移动设备来增加身体活动和其他体验形式，最终激发孩子头脑参与到App内容当中。
当将提升学生学习潜力的符号系统纳入App中时，学生学习的心理参与度增加。考虑到一系列的认知活动涉及学习理解口头语言、书面语言、数轴、音阶、地图、视觉图标等等。当幼儿第一次遇到各种形式的呈现时，App可以为认知活动提供更多可能——从语言到心象的转化和解释、符号材料的操作等。在孩子主动参与内容的程度上，他们更可能参与由特定的符号系统支持下的学习过程。例如一个教孩子识数的App会有效地呈现真实物体的可直接操控的模拟物（例如红色橡皮球的照片）、数值表示（“你找到了五个球”）、数量表示（“5”）。同样，读写App以与其他人交流为目的，可以引导孩子连字成词、连词成句。在音乐App中，孩子可以触摸音符注释来听到相应的声音或者在弹奏完整旋律之前，将音符在五线谱中重新编排。
App的灵活性可以让设计师安排学习符号材料，来支持在专业领域处于不同层次的学习者主动认知和全身心学习。刚进入市场的新款App也能够让孩子在屏幕上来回操作。Words for Osmo（基于Osmo的背单词）这款App会在屏幕上显示含有单词的图片，并告诉玩家它由多少个字母组成（如在这个例子中，四个字母）。当屏幕出现一幅图片时，需要将与图片对应的单词字母卡放入识别区内，猜出游戏中隐藏的单词，并拼出正确的字母组合。在玩这个游戏时，（不需要将字母按照正确的次序和方向放置整齐来拼成一个单词，只需要挑出相应字母卡即可），App可以通过内置反光镜来实现人工智能检测的效果。当孩子猜对了单词并拼写正确的时候，他们会在屏幕上得到奖励的反馈。
最后，孩子和家长可将App视为一个平台。如果他们可以在这个平台上发现关于不同领域的前沿信息，他们会更积极地使用App。例如，交互式阅读App可以促进亲子交流，从而帮助孩子更好地理解故事内容。在一款促进智力活动的App中，孩子可以（在众多人物和对象中），选择推动今后故事情节发展的人物或对象。一款为儿童设计的音乐创作App需要具备让孩子理解和弦和旋律的功能。
App能够抓住用户注意力的原因之一是它的可控性，特别是因为App涉及到软件交互。设计精良的软件能根据孩子的年龄和经验，为他们提供适当水平的控制和帮助，使他们能够按照自己的进度学习并且保持学习兴趣。例如，当孩子和大人一起在电脑上阅读电子书时，相比大人操作鼠标，孩子自己操作鼠标的时候阅读故事专注度更高。当大人控制鼠标时，儿童的阅读注意力减弱许多。这是一个特别需要思考的地方，因为许多学龄前儿童缺乏有效控制鼠标或者键盘的技能。相较之下，触屏App面向什么年龄段的儿童使用取决于设计师如何设计。
研究表明，孩子在全身心投入任务时学习效果最好。但是全身心投入任务还是不够的，孩子还需要持续保持任务状态并参与其中。如果当孩子在App上读故事的时候，状态积极并且提出问题，但此时火警报警器响了，那么孩子的学习就被中途打断。同样，如果孩子在App上读故事，突然弹出其他无关消息，那么他或她的学习效果就会大打折扣。
下面我们将注意力转向儿童的参与度上，即他们持续保持注意力、专注任务的状态。
（图片来源：500px）
来自学习科学的支持
关于参与度的研究总是集中在课堂当中的学生参与度。在Fredricks, Blumenfeld, and Paris共同发表的一篇文献综述中，他们将参与分为三种类型：行动参与（即遵守规则、努力、坚持、参与项目）、情感参与（即情感反应）、认知参与（即学习产出、灵活解决问题）。每种类型的参与对学习都非常重要，因为他们有助于培养学生专注任务的能力。学习科学强调了关注早期童年学习参与的重要性。人们对教学情境下全身心投入和注意力分散的执行功能开展了广泛的研究，例如思维灵活度、问题解决能力、行为抑制、注意力等。
事实上，参与的作用是在最早的年龄段中证实的。当孩子盯着一个玩具，家长放大孩子对玩具的关注并且讨论孩子关注的玩具，孩子就已经参与其中了。当孩子坚持认为父母在每天睡前一遍一遍读得都是一本相同的书，那么孩子参与其中了。在其基础之上，我们知道各种形式的参与是以专注任务、不分心的个人能力为基础的。在最近的一篇文章中，Mayer得出了类似的结论。他提出了“一致性”原则，并指出排除无关信息以及通过加工使内容更容易理解的时候，人们的学习更有深度。
正规学习环境越来越要求学生具备持续的多任务处理能力，注意力分散成为学者研究学生参与度的重要领域。在一项有关成人多任务处理能力的研究中，成人要一边开车一边发短信，研究发现，只有2%的成年人是超级多任务处理者，他们可以高效地进行多任务处理而没有认知负荷。在面向儿童的研究结论与上述类似。背景电视会分散幼儿的注意力。即使他们仅仅盯着屏幕一小会，他们的注意力也会被分散：他们玩玩具的时间缩短，他们的注意力也是如此。同样，当开着电视的时候，亲子互动的数量和质量都有所下降，相比电视开着的时候，在电视关着的状态下，父母更容易与他们的婴儿对话、玩耍。尽管这些发现中，Masur和Flynn在家自己玩耍和与父母一起玩耍的时间分别是44%和53%。
孩子在学习中的参与度也会受到其他方面的影响。比如，Tare, Chiong, Ganea, and DeLoache发现，孩子在认识新词时，相对于简单的平面故事书，孩子使用立体书的学习效果较差。虽然设计这些额外的特征是为了吸引学生对特定学习目标的注意力（例如字母表中的字母），但是学生在他们使用设计简洁的教材时，他们能更加专注任务，学习效果更好。Barr, Shuck, Salerno, Atkinson, and Linebarger注意到，背景音乐也会让婴儿在学习新动作的时候分心。Parish-Morris, Mahajan, Hirsh-Pasek, Golinkoff, and Collins发现电子书中嵌入的天花乱坠的东西经常让3岁的孩子在理解和记忆故事的时候分心。在教科书、趣味内容或信息的研究中，我们发现与作者表达主题不相关的“锚”（诱惑信息）都会干扰孩子对目标信息的记忆。
因为学龄前儿童没有能力控制自己对外部信息的注意力，所以他们特别容易受到干扰。Kannass and Colombo研究了3岁半和4岁的孩子在没有干扰、持续干扰、间歇性干扰三种情况下的任务表现。他们发现，三岁半的孩子受到任何一种干扰都会影响他们的任务表现，但是4岁的孩子只有受到持续干扰才会影响他们的任务表现。孩子对干扰的受影响程度还存在个体差异。Martin，Razza, & Brooks-Gunn持续关注5岁孩子，并给出了消极的预测：这些孩子在9岁时会出现注意力问题。对风险样本的研究表明，冲动性和注意力这两个因素与特定的行为结果相关：孩子在5岁时注意力集中预示着他们在9岁时的学习成就，相反，不断增加的冲动性预示着更多负面行为结果。幼儿园的那些还没有控制他们自己注意力的孩子，在经过很多装饰的教室中学习比在经过少量装饰的教室当中学习更容易分心，他们花费更多时间分配任务，降低了后续学习的学习效果。然而，孩子和成人在对干扰的受影响程度是可塑的，这表明环境可以帮助或者阻碍一个人保持专注的能力。
在童年和成年之中，干扰的危险显而易见。当大学生在课堂上用笔记本电脑完成多个任务时，他们不仅考试分数比较低，而且在其他方面的表现也比较差。有关这方面更进一步地发现是边上课边发短信的同学学习表现更差。
电视中的学习参与
为了增强学生参与度，我们必须使用最佳的学习策略，来帮助学生专注任务，减少学习障碍，例如那些会让学生分心和丧失兴趣的认知资源等。有关电视的研究发现，不管是电视还是App，促使学生完成目标的最佳方式就是呈现中等难度的挑战。如果把电视和App比作球场，那么中等难度任务挑战则是最佳击球点。就像培育金盏花，课程难度必须得“刚刚好”，教学内容的难度要在挑战性和可行性中找到最佳平衡。如果内容太简单或者太熟悉，学生会放弃学习。相反，如果内容太有挑战性或者太陌生，也会让学生放弃学习。当课程难度处于两者之间时，学生更容易产生学习兴趣，保持专注度。这就是我们所说的在透镜模型中行走。学生随着年龄和对内容的熟悉度的变化，他们感兴趣或有挑战性的内容也随之改变。合理使用剪辑、音频、视频线索等其他各种形式的特征可以直接吸引孩子对重点的关注或者让在他们走神的时候重新关注内容。随着眼动跟踪技术的出现，研究人员开始将眼动追踪设备用于电视和App，来追踪孩子们在看电视或玩游戏时究竟在看哪里以及看多久。这种性质的研究应该协助确定“甜蜜点”（关注度最高、时间最长）的位置以及无关的让孩子分心的内容。
将参与学习应用于教育App
教育类App的质量取决于他们支持学生参与学习过程的水平。这就意味着为了实现学习目标，在屏幕上要避免出现各种潜在的干扰因素，并且能够支持学生持续参与学习过程。与内容无关的动画、音效、游戏也许能吸引学生注意并让他们参与其中，但是不能帮助学生理解课程主要内容，因为这位无关的内容扰乱了学生的学习体验和参与。
下面我们验证了促进学生深度学习的App三大设计特征。值得注意的是，这些设计特征的有效性在多媒体学习中得到普遍验证。
（图片来源：摄图网）
1. 因人而异的互动
当孩子及其父母在视频聊天当中相互交流时，即使是24-30个月大的孩子也可以学到新词，而这些是通过电视观看人们交流的节目中是学不到的。这种需要人与人相互交流的基本参与形式可在App中用触摸屏幕的方式实现。当孩子触摸或者滑动屏幕之后可以得到即时反馈，孩子会感觉到自己可以控制学习过程，而这个过程能让他们持续保持专注并参与互动。这种即时反馈是人机交互领域用户界面设计的核心要素。这也是教育媒体领域研究人员越来越感兴趣的研究主题。例如，学生用电脑学习《探险家罗拉》这个故事，随着故事情节的发展，可以适当切分故事情节，在每个节点中设置一些交互性的操作，来帮助学生更好地理解故事内容。
2. 外在激励与反馈
当App可以对学生活动产生有意义的反馈时，能够加深学生参与学习的潜在可能。典型的明确问答类App可以帮助孩子判断答案的正误，并给出相应反馈。这种反馈包含正确或错误的表情以及激励信息（如“做得棒！”和“再试一次”）、仿真呈现（如欢呼声或小动画形式的高兴跳跃的猴子）、得分或徽章、获得游戏进程有意义的额外内容等形式。通过精心构建反馈及学习进阶材料（如基于用户资料，通过系列不同级别或自适应游戏来呈现更多高阶内容），学生可以在使用App过程中，集中注意力，长时间参与其中。
在这种结构化的学习反馈系统中，学生参与度是通常由外部激励驱动的。玩家都想获得奖励，而不想受到惩罚。然而，外部激励不仅限于问答形式，也可以是更加自然的情境。例如，可以App中的“捉迷藏”游戏，孩子可以在屏幕上寻找隐藏的物体，而找到物体本身就是一种奖励。
重要的是，大人和App两种称赞方式对孩子产生的影响取决于他们称赞了什么。Dweck和他的同事们发现的一项重大研究显示，称赞孩子们的智力可以帮孩子建立信心，防止他们认为自己的问题很蠢或者很丢脸。此外，鼓励孩子们的辛勤努力可以帮助他们认识到，学习不是一蹴而就的，在面对困难时要勇于坚持，才能更容易取得成功。这种方法可以培养孩子成长的心态，他们能感觉到自己可以控制思考和学习的方式。在这项研究指导下，我们知道App提供的鼓励应该是鼓励他们的努力而不是智力（因为App学习需要孩子的不断坚持）。前者（鼓励孩子的努力）可以培养孩子发展的心态，激励孩子积极面对困难，坚持完成任务。
3. 内在动机
开放式的“沙盒”App对学生的长期发展最有意义是因为它激发了学生参与的内在动机。开放式的“沙盒”App的开放式结构是基于现实中真实的沙盒，这种App可以唤起玩家的特殊能力、个人激情、培养新兴趣。比如拿Morton Subotnick设计的“Pitch Painter”App来说，App为孩子们提供了摆放音符的位置并演奏音乐的机会，以此来激发他们对音乐的兴趣。他们用手指参与到音乐创作的过程中，就好像在纸上画蜡笔画。（学生可以画出高度、颜色不同的方块，不同的方块代表不同的乐器、音高，每画出一个方块，就会听到相应的乐器和音高，完成画作后，用户可以用多种方式播放乐曲。）这种用户驱动、激发内在动机的体验让孩子和大人都深入参与到学习过程中。就像在“flow（心流）”中的体验一样，人们在参与活动的时候自然而然地忘却了时间的流逝。
App提供的反馈和激励形式应该考虑到儿童学习和解决问题的内在动机。最近在课堂教学的研究表明，虽然教师广泛应用分发贴纸的奖励方式，但事实上这种方式会降低学生完成任务的内在学习动机。研究发现，与其给学生分发贴纸或者给出没什么因果的奖励原因作为完成任务的奖励方式，更好的奖励方式是告诉学生获得奖励的充分原因。
App开发人员、父母和研究者最后考虑的因素是注意力分散。有些App让孩子在故事叙述中间点击或滑动屏幕。孩子的这些行为会激活新页面、音效或者动画，以此来告诉孩子下一个任务是什么。现在市面上很多讲故事App都采用了上面的这种方式，学生通过激活屏幕上的某些物体进入故事发展的另一个新活动。专注于故事《大狗克利福德》的App说明了这个问题。这款App刚开始给孩子读故事，在叙述故事的过程中介绍主要人物，突然屏幕上出现了一个按钮并要求孩子寻找以字母C开头的东西。很显然这种方式打破了故事的叙述。的确，实证研究发现，在呈现故事的时候，在电子游戏机里面放入各种花里胡哨的元素会干扰3岁孩子理解故事，比如故事框架。
有些孩子比其他人更容易分心。当一个孩子可能被App中某个增强元素扰乱的时候，有些人可能没有被扰乱。同样，研究显示，干扰可能对年龄较小（3岁半）的孩子比年龄较大（4岁）的孩子危害更大。这些发现都强调了构建联系的重要性，可以帮助父母排除干扰孩子学习的因素。
在学习科学的指导下，我们可以得到如下结论：头脑主动参与和持续参与是产生良好学习效果的关键因素。当学习效果增强时，有意义的学习随之产生。
《芥末翻｜学习科学告诉你，设计儿童教育App的四个要素（下篇）》请见2017年4月18日芥末堆公众号第二条。
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