实时投屏在初中科学实验教学中的实证研究

李琨 沈于

摘  要 随着Wi-Fi/4G技术的广泛应用以及移动通信设备的普及，实时投屏技术在教学领域的应用成为热点研究领域。通过问卷、课堂实践等方式，构建一套对实时投屏技术使用效果进行评价的方法。通过该评价方法，研究者发现实时投屏技术在初中科学实验教学中显著增强了学生对实验现象的观察与理解，提高了学生对上课内容的感兴趣程度、参与度和课堂整体活跃度。同时，实时投屏技术的使用便捷程度显著高于传统投影技术。

关键词 实时投屏;初中科学;实验教学

中图分类号：G633.98    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）05-0115-05

1 引言

随着Wi-Fi/4G技术的广泛应用以及手机、平板、电脑（笔记本）等移动通信设备的普及，实时投屏技术已成为通信、商业等领域的热点研究方向[1-2]。但是，目前国内外对实时投屏技术的研究多集中于软硬件的开发、生产、维护等领域[1]，而对于实时投屏技术在教学领域的应用研究仍较为薄弱。

初中科学实验教学面临的一大难题是实验操作往往难以兼顾所有学生，不少学生观察不到教师的演示实验。观察困难，不利于学生对实验现象的理解和知识的建构。而由于我国对实时投屏技术在教学领域的应用还缺乏系统的研究，现在仍不清楚实时投屏技术能否有效解决学生实验观察难的问题。因此，目前该技术还难以进行推广。

基于以上国内外的研究现状以及现实的困难，本文拟从学生的认知、情感以及实时投屏技术有效性、便捷性等维度，对该技术在初中科学实验教学中的应用进行实证研究。这一研究有利于填补我国在这一领域的空白，对实时投屏技术在初中科学实验教学中的实际应用具有指导意义。

2 本研究相关概念

实时投屏技术  根据不同端口连接方式的不同，实时投屏技术可以分为硬件投屏和无线投屏两种。传统的硬件投屏方式是利用VGA接口或HDMI接口连接线将移动设备的画面投屏在电脑上。这种方式不需要网络支持，且一般不用安装软件。但是，大多数智能设备不支持此类接口，使用时还需要搭配接口转换器。此外，硬件投屏方式的端口往往固定，很难对变化的场景进行展示，便捷性较差。如实验的操作很难使用硬件投屏进行展示。而无线实时投屏技术是一种基于无线连接，将某一移动通信设备上的操作内容实时显示在另一移动通信设备上的技术手段，输出的内容包括图片、视频等多种信息，也包括在移动通信设备上的实时操作画面[3]。

目前，大部分使用iOS以及Android操作系统的移动通信设备已具备实现实时投屏功能。如iOS操作系统的移动设备可借助自带屏幕镜像功能，结合电脑端AirPlay程序，实现实时投屏功能。而Android操作系统的移动设备可在设备端与电脑端同时下载希沃授课助手以实现实时投屏功能。与传统的投屏技术（投影仪）相比，实时投屏技术具有操作简便灵活、具备移动能力、成本低廉、不需要传输电缆等诸多优势[4-5]。本文实时投屏技术特指无线投屏技术。

初中科学  本文研究对象为浙江省杭州市滨江区某品牌初中的初一学生，其学习的初中科学教材由浙江教育出版社出版。《义务教育初中科学课程标准（2011年版）》中要求：“本课程力图超越学科界限，统筹设计，整体规划，强调各学科领域知识的相互渗透和联系整合，需体现出课程的综合性。”[6]因此，该教材的显著特点是将物理、化学、生物、地理、天文等多门学科整合在一起，形成一门综合性学科[7]。这一特点决定了科学的教学必须博采众长，采用不同学科的多种教学方法进行多样化教学。同时，初中科学是一门以实验为基础的课程。为方便学生深入理解和记忆众多科学理论和知识，需要以实验的形式直观呈现在学生面前。

实验教学  在初中阶段，实验教学是科学所特有的一种教学方式。实验教学通常分为两种：一种是学生自己动手进行的探索实驗或是验证实验;另一种是教师给学生进行的演示实验。在实际教学中往往以教师的演示实验为主，学生的动手实验为辅。因此，本文主要探讨实时投屏技术在演示实验中的应用。实验教学对发展学生的观察能力、逻辑思维能力、探究精神至关重要。而观察能力是培养逻辑思维能力、探究精神的基础，这就要求教师能给学生创造良好的观察条件。但实际演示过程中，存在一个比较普遍又难以克服的问题，即部分学生由于位置的关系，不能清楚观察到实验现象。观察困难必然导致学生对相关内容的理解不深入、不透彻，进而产生知识上的断层和漏洞。

3 研究材料与方法

实验对象及实验教学内容  浙江省杭州市滨江区某品牌初中的初一学生。样本数量为两个平行班，每班35～40人。教师演示的实验教学内容为：七年级上册第一章第三节“观察不同试剂混合后的实验现象”（课程1）;七年级上册第一章第四节“体积的测量”（课程2）;七年级上册第二章第二节“显微镜的使用方法”（课程3）。在演示实验进行过程中，由相关研究者辅助教师将实时投屏内容展示在屏幕上，同时对学生各方面的反应进行记录和评分。

问卷评价（学生）  参与研究的两个平行班分别命名为平行班A与平行班B。学生问卷调查根据教师演示的实验教学内容分三次进行，分别命名为评价卷A、评价卷B、评价卷C。在实验教学“观察不同试剂混合后的实验现象”内容时，平行班A与平行班B均使用实时投屏技术展示实验过程，课程结束后均完成评价卷A。研究者在对评价卷A的选项赋值后进行统计学检验（A选项赋值为4;B选项赋值为3;C选项赋值为2;D选项赋值为1）。

在实验教学“体积的测量”内容时，平行班A使用实时投屏技术展示实验过程，平行班B直接观察实验过程;课程结束后，平行班A完成评价卷C，平行班B完成评价卷B。在实验教学“显微镜的使用方法”内容时，平行班B使用实时投屏技术展示实验过程，平行班A学生直接观察实验过程;课程结束后，平行班B完成评价卷C，平行班A完成评价卷B。使用实时投屏技术的班级称为实时投屏组，不使用实时投屏技术的班级称为对照组。具体流程如图1A所示。

这样设计实验的目的如下。

1）在正式进行对照实验之前，平行班A与平行班B均使用实时投屏技术展示实验过程，可了解学生对实时投屏技术的了解情况。同时，使两班级全部学生对实时投屏技术具有相同的了解水平。在此基础上开展后续实验，可避免出现某班由于教师已经使用过实时投屏技术，而另一班未使用，导致实验结果偏移。

2）在正式进行对照实验时，进行两次实验：第一次实验，平行班A使用实时投屏技术展示实验过程，而平行班B不使用;第二次实验，平行班B使用实时投屏技术展示实验过程，而平行班A不使用。这一设计能增加样本量，增强实验结果的说服力，同时避免两班本身具有的差异导致实验结果偏移。

问卷评价（研究者）  评价分两次进行，分别命名为评价卷A与评价卷B。在实验教学“体积的测量”内容时，对平行班A（使用实时投屏技术）使用评价卷B进行评价，对平行班B使用评价卷A进行评价。在实验教学“显微镜的使用方法”内容时，对平行班B（使用实时投屏技术）使用评价卷B进行评价，对平行班A使用评价卷A进行评价。两位研究者两次打分取平均值，构成课堂表现最终评价结果。使用实时投屏技术的班级称为实时投屏组，不使用实时投屏技术的班级称为对照组。具体流程如图1B所示。

数据分析  使用SPSS 23.0软件，对评价卷A的第5、6题和评价卷B的第5题进行单因素方差分析，并进行LSD后续检验。以独立样本t检验分析处理其他数据，结果以均值±标准误表示。

4 实验结果

学生对实时投屏技术了解较少  研究发现，54.43%的学生是在教学过程中第一次观看该技术的使用，只有15.19%

左右的学生对该技术有所了解（图2A）。结果表明，初中阶段的学生对实时投屏技术了解较少。

并且，对选项赋值后进行统计学分析发现，平行班A（使用实时投屏技术）与平行班B（使用实时投屏技术）对实时投屏技术的熟悉程度上无显著差异（P=0.416）（图2B）。结果表明，两平行班对实时投屏技术的了解水平大致相当。

实时投屏技术有助于学生观察科学实验现象  通过学生问卷调查发现，62.03%的学生认为使用实时投屏技术后，对实验现象的观察清楚不少;还有10.13%的学生认为有一定改善，但改善作用并不特别显著;只有少部分学生认为使用该技术与直接观察并无区别（18.99%），甚至观察效果更差（8.86%）（图2C）。

对研究者评价卷进行分析后发现，与不使用实时投屏技术的对照组相比，使用实时投屏技术能显著改善学生对实验现象的观察（P=0.004）（图2D）。结果表明，使用实时投屏技术有助于学生观察科学实验现象。

并且，在使用实时投屏技术后，平行班A与平行班B对实验现象的观察无显著差异（P=0.544）（图2E）。该结果表明，使用实时投屏技术后，两平行班对实验现象的观察均有所提升。

实时投屏技术有助于学生理解科学实验现象  调查发现，50.6%的学生认为使用实时投屏技术后，更容易理解科学实验现象;但也有许多学生认为该技术与直接观察没有显著区别（36.71%）;甚至少部分学生认为比直接观察效果要差（12.66%）（图3A）。该结果与研究者评价卷结果相符。研究者评价卷结果显示，与不使用实时投屏技术的对照相比，使用实时投屏技术能显著改善学生对实验现象的理解（P=0.017）（图3B）。结果表明，使用实时投屏技术有助于学生理解科学实验现象。

在使用实时投屏技术后，平行班A与平行班B对实验现象理解无显著差异（P=0.544）（图3C）。结果表明，使用实时投屏技术后，两平行班对实验现象的理解均有所提升。

在实验教学中，学生更偏好实时投屏技术  调查发现，68.35%的学生更为希望使用实时投屏技术来展现科学实验现象;16.46%的学生对使用何种技术持中立态度;只有少部分学生更希望使用直接观察的方式观察实验现象（15.19%）

（图3D）。结果表明，在实验教学中，学生更偏好使用实时投屏技术来呈现实验现象。

并且，平行班A与平行班B对使用何种手段呈现实验现象的偏好无显著差异（P=0.544）（图3E）。结果表明，两平行班均对使用实时投屏技术更为偏好。

基于学生评价卷A研究发现，平行班A与平行班B在对实时投屏技术了解情况，对实验现象观察、理解以及偏好情况，均无显著性差异，说明两平行班对于实时投屏技术的认知、了解、使用、偏好均处于同一水平。因此，后续学生评价卷B、评价卷C的两平行班数据将作合并处理。

实时投屏技术有利于提高学生上课兴趣及参与度  通过学生问卷调查发现，与不使用实时投屏技术的对照组相比，使用实时投屏技术之后，学生对实验课上课兴趣的自我评分显著提高（P<0.001）（图4A）。该结果与研究者评价卷结果相符合。研究者评价卷结果显示，实时投屏技术可显著提高学生上课的兴趣（P=0.01）（图4B）。

并且，学生问卷调查显示，使用实时投屏技术之后，学生对实验课上课参与度的自我评分显著提高（P<0.001）（图4C）。以上結果表明，实时投屏技术的使用有利于提高学生上课兴趣及参与度。

实时投屏技术有利于提高课堂整体活跃度  通过学生问卷调查发现，与不使用实时投屏技术的对照组相比，使用实时投屏技术之后，学生对课堂整体活跃程度的评分显著提高（P<0.001）（图5A）。该结果与研究者评价卷结果相符合。研究者评价卷结果显示，实时投屏技术可显著提高课堂整体活跃程度（P<0.01）（图5B）。以上结果表明，使用实时投屏技术有利于提高课堂整体活跃度。

实时投屏技术的便捷程度高于传统投影技术  通过研究者评价卷调查发现，对于教师使用不同手段呈现实验现象，直接观察便捷性显著高于传统投影技术（P<0.001）和实时投屏技术（P<0.01）（图5C）。并且，实时投屏技术的便捷性显著高于传统投影技术（P=0.038）。以上结果说明，使用实时投屏技术的便捷程度高于传统投影技术，但低于直接观察。

5 结语

随着各种软硬件条件不断完善，实时投屏技术已经具备在教学领域普遍应用的条件。本课题通过问卷调查和课堂实践的方式，对实时投屏技术在初中科学实验教学中的应用效果进行了系统研究。研究发现，学生对实时投屏技术了解还较少，但与传统的技术手段相比，他们更偏好使用该技术。并且，与不使用实时投屏技术的对照组相比，使用该技术显著提高了学生对科学实验的观察与理解，显著提高了学生对上课内容的感兴趣程度、参与度和课堂整体活跃度。同时，实时投屏技术的使用便捷程度显著高于传统投影技术。以上结果表明，使用实时投屏技术有利于初中科学实验教学的进行。

在教学领域，实时投屏技术的应用研究方兴未艾。Rahman等人发现[8]，教师通过实时投屏技术对学生写作的部分研究报告进行反馈，能够有效地提高学生对反馈内容的关注程度并增强学生的写作能力。Denton等人也发现[9]，教师运用实时投屏技术能提高对学生写作内容的反馈质量。并且，与传统的书面反馈相比，学生更为偏好實时投屏的反馈方式。

我国的研究者也对该技术在教学领域的应用进行了一定探索，但与国外相比，研究在深度与广度上仍有很大差距。英成良在信息技术课中应用投屏技术对教师的操作进行实时展示，但对展示的过程、展示结果的评价等方面未做深入研究[10]。冯雅萍使用投屏技术对学生的作业进行实时展示，但也未涉及展示结果的评价[11]。

以上研究得出的结论与本研究结论相吻合，说明实时投屏技术对各科教学均有一定作用。在实际研究中，研究者也发现使用实时投屏技术的一些局限性，在使用过程中要注意克服。

1）实时投屏技术对设备要求较高，手机等移动设备如果摄像头像素不高，实时投屏结果会比较模糊，反而会给学生观察造成干扰。

2）实时投屏技术对网络要求较高，移动设备与投屏设备之间通过同一Wi-Fi相连接，如果Wi-Fi不够稳定，会导致投屏图像出现卡顿，影响学生观察实验。

3）如果使用手机等移动设备，操作者在握持过程中难免发生晃动，造成投屏图像不稳定，有条件可考虑使用支撑设备保持实时投屏过程中图像的稳定。

4）使用实时投屏过程中，学生可能出现过于活跃的情况，会对正常的教学秩序造成干扰。

5）使用时必须注意前后排学生观察方便程度，对于坐在前排的学生，直接观察实验较为方便，使用实时投屏技术反而使他们的观察质量有所降低。在实际教学中必须把握好两者间的平衡。

6）实时投屏技术对于某些实验并不合适，比如显微镜的使用不能完全依靠教师演示，学生自己实践操作仍极为必要。

综上所述，本研究发现实时投屏技术有助于初中科学实验教学的开展，但在使用过程中也要权衡实际情况，合理使用才能达到最佳的教学效果。

参考文献

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[2]章棋乐.基于Wi-Fi Display的多屏互动系统的设计与实现[D].武汉：武汉理工大学，2015.

[3]倪俊杰.投屏技术及其教学应用[J].中国信息技术教育，2017（9）：50-53.

[4]友文.把手机画面投射到大屏幕[J].电脑知识与技术：经验技巧，2017（8）：84-86.

[5]沈伟春.投屏技术在教学中的应用[J].中小学数字化教学，2017，2（2）：85-86.

[6]靳洪峰.初中科学与初中物理课程标准的比较和教学衔接[D].济南：山东师范大学，2018.

[7]蔡伟.浅谈以学生为主体的初中科学实验教学实践[J].中学课程辅导：教师教育，2018（18）：62-63.

[8]Rahman S A， Salam A R H， Yusof M M. Screencast Feedback Practice on Students Writing[M]//Asia-Pacific Social Science Conference.2014：966-974.

[9]Denton D. Using Screen Capture Feedback to ImproveAcademic Performance[J].Tech Trends，2014，58（6）：51-56.

[10]英成良.信息技术课应用平板电脑教学例谈[J].中国现代教育装备，2017（20）：33-34.

[11]冯雅萍.平板电脑走进生物课堂：以《神经调节的基本方式》为例[J].学周刊，2017（7）：167-168.