马红梅等｜全球视域下学校信息化“数字鸿沟”及其对学生成绩的影响
作者简介：马红梅，副教授，华中师范大学教育学院，湖北省基础教育研究中心（湖北武汉 430079）；陈钰，硕士研究生，华中师范大学教育学院（湖北武汉 430079）；肖雨桐（通讯作者），硕士研究生，华中师范大学教育学院（湖北武汉 430079）。
基金项目：湖北高校省级教学研究项目“研究生培养质量评价指标体系与评估方法：基于伴随式管理过程数据和追踪调查数据的研究”（鄂教高函〔2019〕2号-2018091）。
引用：马红梅,陈钰,肖雨桐(2020).全球视域下学校信息化“数字鸿沟”及其对学生成绩的影响[J].现代远程教育研究,32(5):86-94.
摘要：学校信息化建设工作一方面可以提高部分地区教育质量、弥补师资等资源短缺；另一方面，也可能形成信息时代的“数字鸿沟”。以往对学校信息化建设的研究，主要聚焦于设备层面，且局限于某个国家或地区，缺乏系统全面的全球图景勾勒。PISA-2018面向全球79个国家2万多所学校收集的校园教育信息化建设数据，有利于研究者分析和探讨全球视域下的教育信息化差异及其对学生的影响。基于这些数据进行因素分析和回归分析发现：（1）学校信息化建设主要涉及硬软件设施配备、设备使用支持环境、设备使用状况和设备管理规范四个方面。（2）学校信息技术装备及其使用在全球范围内存在巨大的城乡差异和地区差异，农村和乡镇的学校教育信息化建设明显滞后于城市地区；拉丁美洲和加勒比海、中东和非洲等地区的校园信息化水平位于全球末端，而发达国家、亚洲、OECD成员国的学校信息化程度较高。（3）硬软件设施配备水平对学生学业成绩具有显著影响；全球学校信息化水平差距所导致的学生成绩差异在地区成绩总差值中占比1.27%~15.92%。学校教育信息化建设具有提高教育生产效率的可能性，但这个过程中也产生了明显的“数字鸿沟”问题。
关键词：教育信息化；数字鸿沟；学生成绩；城乡差距；区域差异
“数字经济”深刻地影响着全球各领域（Goldfarb et al.，2019），教育也不例外。作为“国家发展重要战略和政府主导顶层设计”的教育信息化在全球快速发展，以移动设备为载体的“数字化学习”成为教育形态的新趋势①。学校是教育信息化的主阵地，校园信息化设施配备水平和管理规范在促进“数字化学习”方面起着至关重要的作用。然而，由于各地学校资源存在较大差异，校园信息化建设过程中的 “数字鸿沟”现象不容忽视。学校层面的“数字鸿沟”一方面表现为国家范围内的城乡差距或地区差异（Yang et al.，2013；罗莉捷，2016；邢单霞，2017），另一方面表现为不同发展水平国家间的世界区域性差异（黄荣怀，2014）。虽然学界已经关注到学校信息化建设过程中的“数字鸿沟”对教育公平的影响（赵万里等，2020），然而，学校教育信息化建设体现在哪些方面？不同地区学校信息化建设维度的差距如何？不同校园信息化水平对学生学业成长有何影响？这些问题还有待进一步探讨。马宁和余胜泉（2010）指出：基础教育阶段的学校信息化建设究竟包括哪些方面是一个亟需解决的问题。很多教育信息化的研究聚焦于硬件设备层面，忽视了技术使用环境的影响。缺乏信息设备使用支持环境或未经充分使用的信息技术设备至多算闲置固定资产，且不妥善管理信息技术设备也容易造成机械故障或使用寿命缩短，无法建立教育投入与产出的内在关联。另外，目前学界关于学校信息化水平及其对教育教学影响的研究，大多将样本局限在某个国家或地区（辛林霞，2010），属于典型的个案式叙事方式，学校信息化水平的全球图景还有待进一步勾勒。
国际学生能力评估项目（Program for International Student Assessment，PISA）是OECD针对15岁在校生组织的每三年一次的全球大规模学生能力评估项目。PISA最新一次测试（PISA-2018）在全球79个国家和地区收集了2万多所学校和61万多名学生的信息。这些信息不仅包括学生的个人信息，如家庭、学习态度、性格、学校和学习经历，还包括学校管理、学校信息化情况等。利用PISA调查的数据进行研究，一方面能将学校信息化的全球图景描绘出来，展示学校信息化建设的全球概貌；另一方面，PISA精心设计的学生代码（CNTSTUID）和学校编码（CNTSCHID）便于研究者将学生数据与其所在学校数据合并起来，探讨学校信息化差异对学生学业发展的影响。
因此，本文拟基于PISA-2018数据，首先利用探索性因素分析探讨学校教育信息化的构成维度，然后利用方差分析等方法检验全球各区域间学校信息化建设的差异，最后利用回归分析技术检验学校信息化水平对学生学业发展的影响。
1.研究数据
（1）学校信息化情况
PISA-2018在全球79个国家或地区收集了2.1万所学校、61.2万名学生与10.7万名教师的信息。其中，采集的学校信息化信息非常详细，包括学校数字设备计算能力、学校宽带和网速、数字资源、电子设备使用规定等19个指标（详见表1）。这是本文关于学校信息化建设指标及其维度合成研究所用的主要数据。其中，SC155Q01HA~SC155Q11HA11
是关于学校教育信息技术硬软件设施配备水平及其支持环境的指标，采用4点式李克特量表设计，1表示“完全不同意”，4表示“完全同意”；而SC156Q01HA~SC156Q08HA是师生使用学校信息技术设备概况与规章的指标，采用“是/否”方式测量，1表示“是”，0表示“否”。
（2）学生学业成绩
PISA-2018测试了学生阅读、数学和科学三科成绩，各科成绩是均值为500、标准差为100的10个预测值。笔者将三个学科各自预测值加总平均后作为学生阅读、数学和科学的原始得分。然而，15岁学生在全球及各国的年级分布跨度较大，最小的还在七年级，而最大的已达高三。由于核心课程内容安排螺旋式上升的规律，上述计分方式低估了低学段学生的学业能力而高估了高学段学生的真实水平。笔者将初三及以下年级的学生归入初学段，将高一及以上的学生归为高学段，先分学段将各科成绩的原始分还原成均值为0、标准差为1的Z分数，再参照国内计分习惯将其平移为服从均值为70、标准差为10的分布。最终参与分析的成绩变量是将三科成绩加总平均得到的校均分数（ACHV）。在关于学校教育信息化建设对学生学业发展影响的研究中，加总平均到学校层面的成绩ACHV是结果变量。
需要说明的是：由于部分国家或地区的一些样本在某些题项上未有效答题、信息不完整，最终用于分析的样本量低于理论值。在检验学校信息化水平对学生成绩影响时，笔者将学生成绩及其课上使用电子设备的时长与使用模式②等指标加总到学校层面求均值；同时以学校代码（CNTSCHID）为基础将学生个体层面的数据与其所在的学校数据合并、形成完整的数据库。
2.分析指标及方法
教育与技术深度融合的过程中，教育信息化建设工作应该在哪些方面达到什么样的水平是一个衡量教育现代化的关键问题。总体上，关于教育信息化指标体系的研究较少且以“应该怎样”的规范分析为主。陈金华等（2017）基于文献和政策文件的内容分析结果显示：教育信息化测评指标体系在国家、省域、区域、县域、校域这几个层面略有不同，但信息技术基础设施、信息技术设备应用、人才建设和管理是教育信息化各个层次指标体系的通用维度，而基础设施、信息资源、信息素养、ICT应用、信息化管理是学校层面的教育信息化建设重点内容（王珠珠等，2005）。
不同学者在教育信息化指标体系建构方面形成的维度大同小异。例如，马宁和余胜泉（2010）认为学校信息化评价指标体系应关注过程，将教育信息化工作分为硬软件环境、设备的应用水平、师资水平和管理机制等维度。杨军（2015）将中小学教育信息化评价指标体系归纳为基础设施、软件平台、教学环境、教学资源、管理机制和师资队伍六大维度24个指标。祝新宇等（2018）基于广东省、北京市、重庆市、内蒙古自治区、广西省、河南省、吉林省、辽宁省等地3000多所学校的调查数据，以背景、输入、过程、产出的CIPP评估模型为框架，形成了涵盖建设、联通、管理、应用、效益五大维度共51个指标的体系。吴砥等（2014）通过梳理国内外文献并结合政策动态提炼出23个指标，经过德尔菲专家调查法，形成了包含基础设施、数字教育资源、教与学应用、管理信息化、保障体制五大维度的教育信息化核心指标体系。然而，同一课题组核心成员在基于2014年和2015年G市教育信息化调研数据的实证分析中却采用了基础设施、应用服务、机制保障三个维度的分析框架，共含14个指标（卢春等，2016）。由此观之，教育信息化指标体系的理论构想可能与实证研究中通过数据得到的维度略有差异，还需要补充更多的经验证据。此外，现有的文献大多局限于某一国家或地区，有关教育信息化指标体系的理论构想还有待在更广阔的空间接受检验。
鉴于以往的文献在学校教育信息化指标体系的维度划分上没有完全达成共识，笔者采用探索性因素分析对PISA-2018学校信息化调查的19个指标进行降维处理，基于主成分分析并结合最大方差旋转法提取出4个因子：学校的信息化硬软件设施配备水平（Facility）、教师使用这些技术设备的支持环境（Support）、信息技术设备的使用状况（Use）和管理规范（Rule），4个因子的内部一致性信度良好（见表1）。
（注：数据来源于PISA-2018 校长问卷SC155Q01HA-SC156Q08HA。）
这个提取结果与马宁等（2010）的理论框架较为接近。接下来笔者以上述4个因子的得分为基础，利用方差分析、普通线性回归等技术分析PISA参与国或地区的学校教育信息化建设城乡差距和地区差异及其对学生成绩的影响，初步检验学校教育信息化建设的“效益”（祝新宇等，2018）。
首先，笔者根据PISA-2018学校问卷信息将学校所在地分为3千人以下的农村、3千人以上10万人以下的乡镇、10万人口以上的城市三种类型，城市地区为后文回归分析参照组。其次，笔者采用两种分类法将79个参与国或地区所在区域进行划分：第一，按照Barro等（2013）在世界教育信息数据库中的分类方法，将全球分为发达国家（Advanced Economics）、亚太地区、中欧与中亚、拉丁美洲（以下简称“拉美”）与加勒比海地区、中东与北非、南亚、撒哈拉以南地区。由于部分地区学校数量较少，笔者将南亚合并到亚太地区形成“东亚和南亚”组别，将撒哈拉以南非洲地区合并到中东与北非，形成“中东与非洲”组别。在后文的回归分析中，笔者将发达国家作为参照组。第二，按照PISA原始数据，区分了参与国或地区是否属于OECD成员国，非OECD成员国为参照组。
信息技术设施配备充足是满足日常教与学工作需要、发挥对教育生产效率促进作用的前提条件。PISA-2018询问了学生每周阅读、数学和科学三门课程中电子设备使用时长和师生使用电子设备的模式。其中，超过50%的被访者报告课上从未使用过电子设备。笔者将学生数据转置成“学生—学科”伪面板数据后再与学校数据合并。根据学校问卷的相关信息，由学校信息技术设备严重不足导致的学生课堂上不使用电子设备辅助学习的情况在农村、乡镇和城市中分别占8.58%、5.39%和4.63%；设备非常充足但使用不充分的情况在这三类地区中分别占8.28%、10.51%和12.14%。我们也计算了各区域在学校信息技术设备极度缺乏和极其充裕的情况下不使用电子设备进行教与学的比例，然后将其投射到图像上，如图1显示：东亚和南亚地区学校信息技术设备充足而不用的情况较普遍；而拉美和加勒比海地区学生课上不使用电子设备的主要原因是学校缺少基础设施。如果学校信息化建设能对教学生产率产生促进作用，那么信息技术设备不充足和使用不充分将加剧教育过程与结果的不平等（马宁等，2010；Lim et al.，2013）。
表2将学校信息化水平的4个子维度作为结果变量，利用方差分解的方式分析了组间差异。结果显示：城市、乡镇和农村在学校信息化建设水平方面存在显著的组间差异，城市学校的信息化硬软件设施配备水平及其使用率显著优于农村。除东亚和南亚外，其他地区的学校信息化建设均滞后于发达国家，拉美和加勒比海地区、中东和非洲的学校信息化水平最低。OECD成员国学校信息化建设的领先优势明显。
为了更精确地刻画学校信息化建设水平的组间差异，笔者利用普通线性回归方法进一步控制学校物资和师资充足程度、生源质量、所有权属性等再检验城乡和地区差异。表3第（1）~（4）列结果是不考虑学校其他资源以及信息化建设其他子维度影响的结果，第（5）~（8）列结果将可能存在相互影响的因子也加入模型，例如，学校信息技术设备的使用情况（Use）可能受硬软件设施配备水平（Facility）及其支持环境（Support）、管理规范（Rule）的影响，但硬软件设施的添置不受支持环境和管理规范的影响。
第I和II组回归结果的对比分析发现：第（1）列和（5）列、第（2）列和（6）列结果无质的差异。第（3）列和（7）列结果显示：学校信息技术设备使用状况的组间差异受硬软件设施配备水平的影响，设备配置充足及其使用支持环境友好能显著提高使用率。由此观之，学校购置教育信息技术设备后不能自动转换为教育产出，需要通过教师和学生的有效使用才能助力学生的成长，学校管理者需要做好设备使用支持环境的创建工作。
将表3第（5）~（6）列估计结果投射到图像上（见图2）可以很明显地看到乡镇、农村学校的硬软件条件显著更差，但它们在设备使用支持环境方面与城市地区学校没有统计意义上的差别。从世界地理区域角度看，除了东亚和南亚外，经济发展水平高的国家的信息化硬软件设施配备水平更高，拉美和加勒比海地区与发达国家的差异不显著；而中欧和中亚、东亚和南亚、中东和非洲在学校信息技术设备使用支持环境方面显著高于发达国家。整体上，拉美和加勒比海地区、中东和非洲这两大区域的学校信息化建设工作还存在很大的改善空间。这与黄荣怀（2014）的判断完全一致：“北美、欧盟、亚太、南美、非洲（撒哈拉以南地区）因其政治结构、经济基础、产业发展、教育观念、文化背景等不同导致教育信息化态势存在明显差异、呈现多极化特征……亚太地区表现出极富特色的发展态势，其教育信息化的主要特征在于不断的探索创新”。
图3呈现了第（7）~（8）列部分结果。给定信息基础设施及其支持环境的情况下，设备使用情况（Use）和管理规范（Rule）的城乡差异较小；而发达国家设备使用情况最好。OECD成员国在设备使用和管理规范方面均低于非OECD国家。农村、东亚和南亚地区的学校信息技术设备使用管理规范力度更强。需要注意的是，信息技术设备使用过度管制可能导致设备闲置：很多中小学购置了大量技术设备，但因担心使用不当后造成设备故障等问题而设置太多的使用规则和赔偿条款，最终导致设备闲置。
我国学校信息化过程中存在着与其他亚洲国家一样的问题：资源更多的投放在设备购置上但技术设备的使用不充分，在设备使用的支持环境、师资信息素养等方面相对不足，这在农村和乡镇学校表现得更为突出。我们在中西部地区中小学的实地调研也发现了此问题：在国家大力推进信息化建设工作后，很多学校的电脑、平板等硬件设备配备均已达标，但它们较少被应用到教育教学工作中，仅供上级部门教学检查时展示或供来访人员观赏。笔者在农村或乡镇中小学经常发现很多贵重设备被陈列在布满灰尘的展览室，学校领导或负责人大多说：“用不上”“不会用”“怕学生损坏”“怕用坏了维修费贵”（钱佳等，2018）。可见，只有将教育信息技术设备的配置、使用这些技术设备的支持环境、管理规范有机结合起来，才能保障信息技术设备在教育教学过程中的有效使用，从而将技术转换成生产力。我国学校教育信息化需要实现从“配设备”到“用设备”的转型。
综上，在拉美和加勒比海、中东和非洲等欠发达地区，政府还需加大对学校信息技术设备的投入力度，国际教育援助也可以优先考虑设备物资的支持等。这是因为基础设施配备充足是利用教育信息技术提高教学效率、缩小与世界其他地区人力资本积累差距的前提。而对于东亚和南亚、中亚和中欧等地区，设备使用支持环境的优化问题更为突出，配备充足而使用不充分的教育信息技术设备也无益于改进教育教学效率。
Falck等（2018）的研究显示：利用信息技术设备辅助课堂教学能提高学生学业成绩。然而，信息技术是一把“双刃剑”，它既是可以弥补不同群体间差距的工具（Mo et al.，2013）——学校信息技术设备能给教育发展注入新活力，具有改进教育领域生产效率的可能性；也是拉开不同群体间差距的前定因素——数字鸿沟和技术环境将加剧“全球学习危机”（Willis et al.，2006；陈纯槿等，2017；杨钋等，2017）和城乡差距（郭秀旗，2020）。
笔者利用学校信息化建设的4个子维度以及学校所处地区、学校教育资源短缺程度和师资配备情况、所有权属性等变量对校均成绩ACHV进行回归，得到表3第（9）列结果。Facility的系数为0.786且在0.001的水平上显著，这意味着信息技术硬软件设施配备水平能显著提高学校效能；而技术设备的使用支持环境、使用状况和管理规范等对学生整体学业表现的影响不显著。究其原因可能是因为很多地区的学校信息技术设备的配备仍然是当前的重点工作，投资的边际收益仍然较高，而后三个方面比硬软件设施配备水平的组间差异小得多（详见表2中的方差解释比例η2和F值），导致了估计系数向零回归的衰减偏误。
笔者计算了学校信息技术设备配备水平差异所导致的学生学业成绩差异。例如，农村地区学校信息技术硬软件设施配备水平比城市低0.406个标准差，按照表3第（9）列的效应量0.786计算，农村学生因学校信息技术设备短缺所致的成绩差距是0.032个标准差，占农村学生全部差距的15.92%。换言之，如果消弭农村学校与城区学校在教育信息化硬软件设施配备水平方面的差异，可以将学生学业表现的城乡差异缩小15.92%。如果将乡镇学校的信息技术设施配备水平提高到城市学校水平，成绩差距可以缩小14.96%。
同理，如果将拉美和加勒比海地区学校的信息技术配备水平提高到发达国家水平，该地区学校学生成绩将提高0.06个标准差，相当于将当前学业成绩差距水平缩小13.46%。将所有地区的结果进行这种计算所得的比例值为1.27%~15.92%。因此，未来的校园信息化建设需要积极利用技术设备的优势将优质教育资源辐射到乡镇和农村学校，确保“信息高速公路”能普惠全民。
本研究利用PISA-2018学校数据，综合因素分析、方差分析和回归分析等方法，讨论了学校教育信息化水平的构成维度及这些子维度的城乡差距和区域差异。文章利用79个国家2万多所学校的数据建立了教育信息技术投入与产出之间的逻辑关系，初步分析了学校信息化水平对学生成绩的影响。本文的边际贡献主要体现在以下两个方面：一是用全球性的数据验证了关于学校教育信息化指标体系的理论构想，拓展了已有文献的样本来源基础；二是呈现了教育信息化的差异格局及其对学生学业发展的影响。而且，本文在构造教育信息化“投入—产出”关系时考察了信息化设备的充足性、使用信息技术设备教学的支持环境、设备投入使用频率以及设备使用管理规范等维度，较之使用“是否具有（或使用）信息化手段进行教育教学”单一指标的情形有所改进。
本文的主要发现如下：第一，学校信息化建设主要涉及硬软件设施配备水平、设备使用支持环境、设备使用状况和管理规范四个方面。第二，农村和乡镇的学校教育信息化建设明显滞后于城市地区；拉美和加勒比海、中东和非洲等地区的校园信息化水平位于全球末端，而发达国家、亚洲、OECD成员国的学校信息化程度较高。第三，提升学校信息技术硬软件设施配备水平能显著提高教育生产效率。学校信息技术设备配备水平差距所致的学生学业成绩差异相当于当前实际差异水平的1.27%~15.92%，若将农村、乡镇、拉美和加勒比海地区的学校信息化水平提升至参照水平，这些地区当前的学生发展水平差距将大幅缩减。
综上，学校信息化建设工作具有两面性：它一方面可能成为提高部分地区教育质量、弥补师资等资源短缺的工具；另一方面，由于初期引进硬软件设备时资本密度较高，乡镇及农村或欠发达地区学校可能面临资金不足的问题，由此形成信息时代的“数字鸿沟”。“教育公平已成为发展中国家教育信息化的战略重点”（张进宝等，2014）。我国教育信息化推进工作中特别关注乡镇及以下学校的信息化基础设施全覆盖问题，“以建设、应用和共享优质数字教育资源为手段，促进每一所学校享有优质数字教育资源，提高教育教学质量”③。
本研究对当前学校信息化建设的启示是：第一，继续加大欠发达地区的信息化基础设施投入，保障利用信息化手段开展教学与管理的基本设施。信息化基础设施配备的城乡差异及地区差异在各个国家内部都普遍存在，这个问题已在突发性事件暴发而影响正常教育教学秩序的情况下凸显出来（雷万鹏等，2020）。第二，将既有教育信息化设备恰当而充分地应用于教育教学过程，提高学校信息技术设备使用支持环境、管理规范等内部治理水平已是当务之急。以上两个方面实际上也可以回应国内“技术”学派和“教育”学派关于教育信息化的争论，前者主要强调信息化基础设施的配备与技术装备细节，认为技术可以改变教育生态的全貌；而后者认为技术只是一个优化教育生产过程的手段，它需要被恰当而妥帖地使用才能产生协同作用，而不是盲目地相信只要给学校配备了相关设备就会自动转换为教学生产率的“技术决定论”（雷万鹏，2018）。
文章也存在一些局限性。例如，由于原始问卷中关于学校信息化建设的指标均属于离散型数值，基于这样的变量合成的因子均是标准化的变量（均值为0、标准差为1），其统计学意义明确但现实意义模糊。而且由于缺乏必要的数据，笔者也无法判断农村或乡镇学校以及拉美和非洲等地弥补当前的“数字鸿沟”面临着多大的经济压力。如若PISA改变题项的作答方式，提高数据的测量等级（以定比变量的方式填答）将有助于更灵活的分析。同时，若能增补学校信息技术设备或管理的成本信息，研究者还可以开展学校教育信息化建设的“成本—收益”分析。
封面图片来自互联网