教學實驗中的無關變量及其控制研究
——以高師專業信息技術類課程為例

韋德華

（梧州學院 教師教育學院，廣西 梧州）

一 引言

信息化時代下提升師范生的信息素養，培養其信息技術應用能力成為職前教師專業能力培養的重要組成部分。國家先后出臺了教師教育課程標準、教師專業標準、卓越教師培養計劃、師范類專業認證標準，這些文件對職前教師信息技術應用能力培養和教師教育信息化環境建設都給予高度重視，所提出的職前教師信息化教學能力要求與中小學教師信息技術應用能力標準緊密對接，形成了全面和持續的職前職后一體化的教師信息化教學能力發展框架。這些文件要落地開花，最終達成職前教師信息化教學能力的培養目標，需要通過高師專業信息技術類課程的教學實踐來實現。

教學實驗研究是教學改革發展的實踐基礎，在教學實踐中要檢驗新的教學模式、方法和手段是否促進了職前教師的信息化教學能力，就不得不通過嚴謹的教學實驗來予以驗證，然后才能將經過驗證、行之有效的教學改革成果推廣到更大范圍。而教學實驗的檢驗功能要具備科學性就必須在教學實驗中實施恰當的實驗控制。實驗的精髓在于實驗控制，對教學實驗中的無關因素進行恰當的控制是提高教學實驗內在效度和外在效度的必然要求。該文以高師專業信息技術類課程的教學實驗為例，探討其教學實驗中的控制問題，以期推動職前教師信息技術類課程教學實驗的規范性、科學性，優化教師教育的教學改革和人才培養質量。

二 教學實驗的內涵

教學實驗是教育研究者根據一定的理論依據，針對現實的教育教學問題，提出解決問題的假設，然后在研究過程中主動變革研究的對象或變量，控制無關因素，最后根據結果得出研究變量之間的因果關系，獲得理論上的認識[1]。從起源看，教學實驗脫胎于自然科學研究中所廣泛采用的實驗研究法，它效仿自然科學采用合理地控制或創設一定條件的方法來提高實驗結果的可靠性和實驗變量間的敏感性，揭示在自然情境中教學實驗變量之間的因果聯系，以證實教學改革中所蘊涵的教學假設、教學原理和教學原則。從操作特征看，教學實驗是一個操縱自變量，控制無關變量，使因變量發生預期變化的過程。

三 教學實驗控制的價值和特征

（一） 教學實驗控制的價值

教學實驗控制是教學實驗的靈魂。教學實驗中的無關變量是指那些除了由研究者主動操縱的教學措施（即自變量X，或稱實驗處理，它一般是教學實驗中的內容、方法和手段等因素）以外，對教學結果（即因變量Y）會產生影響的因素。教學實驗控制指的就是對教學實驗中無關因素的控制，目的是減少它們對教學結果的干擾，從而將教學結果最大程度地歸結于研究者所操縱的教學措施上。因此，教學實驗控制的價值體現在其深刻地影響著教學實驗的內在效度和外在效度，它是教學實驗取得內在價值和外在價值的基本要求，是教學實驗研究的精髓。

從教學實驗的內在效度來看：沒有控制的教學實驗是無效的實驗，原因就在于缺失了實驗控制我們將無法明確教學實驗所產生的教學結果在多大程度上是由教學措施引起的，即教改措施喪失了對教改結果的解釋能力，實驗假設將無法得到驗證。從教學實驗的外在效度來看：缺乏對無關變量的合理控制，實驗結果的代表性和推廣性將無法得到保證，即由實驗樣本（實驗組學生）得到的實驗結論無法推廣到實驗目標總體（如全系、全?；蛘咂渌麑W校的學生）中，由教學實驗情境得到的實驗結論無法推廣到一般教學情境中。

（二） 教學實驗控制的特征

由于教學情景的復雜性，在教學實驗中對無關因素的控制程度很難達到像自然科學實驗那般的精確和完全。教學實驗研究者形成了教學實驗屬于準實驗的共識——不應該也不可能按照自然科學實驗的做法在教學實驗中對無關變量實施完全控制[2]。實際上在自然科學實驗中也不可能完全做到對無關變量的絕對控制。

教學實驗的主要研究對象是具有主觀能動性的人，自然實驗的研究對象是物，人和物有著本質的不同，兩者在實驗控制上也有著不同的特點。作為研究對象的學生或者教師，其所處的教育環境是一個無時無刻不在發生人際交互作用的自然情境，同時教學實驗的開展還要符合教學實驗倫理，因此，教學實驗很難創造出一個像自然科學實驗那樣排除了所有（或絕大多數）干擾因素的“純化”了的實驗環境。這種復雜的教學情境給教學措施和教學結果之間的因果關系帶來了干擾。另外，教學實驗既具有研究性又具有教育性，它的教育性決定了其多數時候是在一般的教育情境中開展的，不可能放在一個經過“純化”處理的環境里實施。

由此可見，研究的領域不同實驗的控制程度也應該有所不同。一味地追求教學實驗控制的絕對嚴密和教學實驗環境的絕對“純化”，勢必會造成教學實驗情境脫離一般教學的自然性，造成教學實驗結論難以在一般的教學情境中推廣，失去了教學實驗的意義。綜上所述，教學實驗是一種準實驗研究，教學實驗控制是一種準控制，在教學實驗中應該實施合理得當的控制。

四 高師專業信息技術類課程教學實驗中的無關變量

高師專業信息技術類課程教學實驗是教學實驗的下位概念，其在實施過程中應具有教學實驗的屬性。本文借鑒問題微、變量簡單、周期短的微教育實驗原則[3]，結合“基于微課的翻轉課堂在‘現代教育技術’實驗課程中的應用研究”課題研究中所實施的有關實訓項目教學實驗，從被試、主試和環境及過程三個維度分析和總結了高師專業信息技術類課程在教學實驗中存在的一些主要無關變量及其合理的控制方法。

（一） 被試方面存在的無關變量

1.被試特征。被試的年齡、性別、民族、文化程度、智力水平、成熟度等相對穩定的特征，以及興趣、態度、情緒、疲勞等易于變動的特征可能會對教學結果起到解釋作用。例如，在微視頻剪輯的教學實驗中，實驗組和控制組的學生分別來自不同的兩個年級，兩組被試先前沒有視頻剪輯經驗，他們相關的先修課程，如“計算機文化基礎”的成績無明顯差異，但是高年級學生的認識能力更高、自信心更強，若高年級學生作為實驗組所取得的測試成績更優的話，則該實驗結果可能不是由基于微課的翻轉課堂教學模式引起的，而是由被試的成熟度造成的。

類似的情況還有：因為課程學習平臺的用戶體驗效果不佳而引起被試疲勞；兩組被試在性別比例、專業分布、數字設備擁有率方面的差異顯著；被試得知被分在實施翻轉教學的實驗組后情緒高漲而努力提高成績（霍桑效應），或者被試得知被分在實施常規教學的控制組后情緒受挫或是為了維護榮譽而奮起直追（約翰·亨利效應）。這些被試特征都可能對信息化教學實驗的結果發生解釋作用。

2.被試的缺失。因疾病、參加其他活動、轉學、轉專業等原因造成被試缺失，可能會影響到樣本代表性。例如：有的學生因為參加全省師范生信息化教學應用大賽而不能完成教學實驗，造成優等生缺失；在實施翻轉課堂教學模式的實驗組，缺乏學習自覺性和自主學習能力,被試中有可能中途退出教學實驗，造成后進生缺失；部分被試未完整地參與后測或未完整的提交課程設計作品，造成了被試缺失。被試缺失破壞了教學實驗初期的無偏差分組，教學實驗結論因此變得不可靠。

3.被試選擇。因為實驗組和控制組的被試分組不均，兩組被試在知識、能力和經驗上存在明顯差異會干擾實驗研究者對教學結果的分析。例如：在選擇被試時將已經完成先修課程或者相關課程的學生安排到實驗組；把有較好基礎的學生放在實驗組，如實驗組的學生多數來自“卓越教師實驗班”或者高考成績優異的學生。

4.被試經歷。被試在教學實驗過程中經歷了一些會影響實驗結果的意外事件，這種經歷即履歷效應。例如，兩組被試都參加了教學實驗計劃以外的全省師范生信息化教學應用大賽，如果教學實驗結束時實驗組的成績優于控制組，或者兩組學生的成績沒有明顯差異，都無法明確基于微課的翻轉課堂教學模式與傳統教學模式之間的優劣，因為參與比賽這個事件對兩組被試都可能起到了促進作用，造成了教學措施與教學結果之間的因果關系的不可靠。

（二） 主試及任課教師方面存在的無關變量

1.主試的偏向與特征。教學實驗設計者、主持者可能有意或無意地在被試與任課教師選擇、教學安排與實施、數據收集等環節存在偏向并影響教學實驗結果。例如：一些主試在信息化教學實驗中為了得到自己希望的結論，或者出于某些行政上的原因，在選擇實驗學校和被試，安排任課教師和教學資源上不知不覺地把優勢偏向實驗組，造成了實驗組和控制組之間的偏差。主試特征會影響教學實驗結果。例如，主試（在微教育實驗中任課教師即是主試）自身的觀念態度會影響其在課堂觀察、訪談和作品評價等數據收集環節產生偏向；使用相同的評分標準逐個評閱課程設計作品時，因為主試產生疲勞，造成主試在不同的時間段內的評分會有所不同，一般是前期評分嚴格，后期評分寬松。

2.任課教師的素質與態度。任課教師的專業素質、思想觀念直接影響著教學實驗結果，應保證實驗組和控制組的任課教師在信息化教學的經驗和能力，教育思想和工作態度等主要指標上大致相當。例如，實驗組所取得的良好教學效果可能是因為其任課教師的專業素質比控制組的任課教師高，而不是因為教學措施的原因；教學實驗中任課教師向學生傳遞了其對某種教學模式積極或消極的期望或態度，引起學生在該種教學模式中積極或者消極的行為（羅森塔爾效應）。

（三） 實驗環境和實驗過程方面存在的無關變量

1.教學實驗條件。實施教學實驗和收集教學實驗數據的軟硬件環境不對等或偏離實際情景可能會給教學實驗結論帶來其他解釋。例如，在基于微課的翻轉課堂教學實驗中，實驗組和控制組在個人擁有數字媒體設備，網絡資源分配，教學設備和學習資料配置，教材選定，教學管理制度，教學場所的通風、光照、噪音、衛生環境等軟硬件條件方面是否均等，會對兩組被試的信息技術教學應用能力水平造成不同影響。另外，如果教學實驗安排在信息化水平非常優越的教學場所進行，則獲得的研究結論將很難推廣到一般的、范圍更廣的教學環境中。

2.測評工具。教學實驗中所使用的測評工具無效、不穩定會影響教學實驗結果。測評工具無效主要體現在其本身的區分度低。例如，測試難度過低的合格性測評和測試難度較高的選拔性測評都不能對各層次能力水平的被試進行有效區分，造成實驗組和控制組的真實能力水平未能充分反映出來。測評工具不穩定主要體現在對實驗組和控制組學習效果的測量手段、評分標準和前后測難度的不統一。例如，后測難度比前測難度大時，可能實驗處理已經引起被試產生正向的教育效果，但因為后測更難，使得因變量的正向趨勢被削弱，甚至顯示出負向的教育效果；后測難度比前測難度小時，則會產生相反的效果。

3.前測。通常的教學實驗程序是：教學實驗前，通過前測測量被試的因變量水平，施加實驗處理后，通過后測測量被試的因變量水平，將前后測的差值歸結為實驗處理的作用。如果兩次測驗在內容上相似，甚至使用了同一測驗工具，并且在時間上相近，那么由于練習效應（或遷移效應），被試在前測上得到的練習（學習）會促使其后測成績的提高，另外，前測內容可能會引發被試對隨后將要學習內容的預判并做出應對，這些影響可以解釋學生后測成績獲得提高的結果。如果被試在前測中形成了慣性思維，則可能會對其后測產生負向作用。

4.教學時間精力。實驗組和控制組在教學、輔導、練習上的時間精力投入不同會影響教學實驗結果。例如，實驗組在加班加點地練習操作，或者實驗組的課程作業明顯多于控制組；兩組被試的后測時間間隔過長，使最后測試的被試組獲得了更多的學習和練習時間。

五 高師專業信息技術課程的教學實驗控制方法

影響教學實驗效度的無關變量眾多而復雜，在高師專業信息技術類課程的教學實驗中需要綜合應用多種措施對無關變量以予適當控制，常用的控制方法有以下幾種：

1.消除法。在教學實驗過程中，采用一定的措施去消除影響信息化教學實驗結果的無關變量。例如：可以通過改善教學環境中的通風、光照、噪音、衛生等問題，使兩組被試的教學環境大致相當；可以通過增加學習平臺的易用性、可用性，減少學生的技術負擔、時間成本來提升用戶體驗[4]，消除被試在平臺學習時產生的不良情緒和疲勞等被試特征；為消除前測對后測的影響，前后測應避免使用同一問卷或者量表，非用不可的話應調整后測題目的順序和呈現方式，增加前后測的時間間隔，或者使用學生的平時成績、入學成績作為前測成績，或者將前測放到教學中進行，避免引起學生的注意。需要注意的是，消除法使用過度會造成實驗情境過于“純化”進而脫離一般的教學活動情境，使教學實驗研究的外在效度降低。

2.均衡法。在信息化教學實驗中使無關變量基本相同地作用于兩組被試，將造成兩組被試實驗結果差異的原因歸結到實驗處理的差異上。例如：在信息化教學方面，使兩組被試的師資水平、教學環境、儀器設備、學習資料及作業量等方面做均衡化處理；對兩組被試做近似或者同樣的前測；保持前后測難度對等；兩組被試間個人擁有的數字化學習設備、學習資源不均衡的問題，通過課余時間免費開放學校的機房、數字資源庫等方法來尋求平衡。對一些無法消除的無關變量，可以應用均衡法使它們對兩組被試的影響大致相同，但很難實現像自然實驗那樣對無關變量進行精確的控制。

3.恒定法。在信息化教學實驗中保持無關變量恒定不變，使其不影響實驗的前后效果比較。這個方法主要應用在教學環境上。例如：在教學實驗前后保持兩組被試在信息化的教學場地、教材、學習資源及授課時間等非實驗因素上恒定不變；在微教育實驗中可以安排同一位任課教師承擔兩組被試的教學工作。由于被試和任課教師信息化背景下的知識、素養和能力總在不斷地自然增長，因此恒定法不適用于周期較長的信息化教學實驗中，避免教學實驗結果被歸因為學生信息化學習能力和教師信息化教學水平的自然增長。

4.隨機法。將參與實驗的每個被試通過隨機的方法分配到實驗組和控制組，使具有不同被試特征和經歷的學生機會均等地分配到實驗組和控制組。例如：使用隨機法分組則不論被試是否擁有計算機，性別是男或女，來自文科或者理科，有否相關學習經歷，先修課程考試成績是優或劣等情況，他被分入實驗組和控制組的幾率都是50%。隨機分組有利于提高教學實驗的內在效度，但卻常常不能隨意打亂已有的教學班級去重新分組，因而在教學實驗中運用隨機分組是有局限的。如果某專業學生在入校時是按隨機原則進行分班的，則可認為不同班級的學生在學習能力、智力和態度上是沒有顯著差異的[5]，可以直接使用現有的行政班作為實驗組和控制組?！艾F代教育技術”是師范生的公共必修課，若由學生通過自由選課的方式構成班級，則各班級學生的構成情況會很相似，可以將這些班級作為隨機組來使用[6]。

5.匹配法。以與因變量高度相關的被試特征為基礎來進行隨機分組。先將被試按照某一種或者幾種與因變量高度關聯的特征進行兩兩配對，再將每對被試中的學生通過隨機法分別分入實驗組或對照組。例如：學生的“教育心理學”和“計算機應用基礎”兩門先修課程的成績會影響其在后續課程“現代教育技術”中的學習效果，在后續課程的教學實驗中可先計算學生兩門先修課程的標準總分，按標準總分來排名配對，將排名第1、2名的學生配成一對，將排名第3、4名的學生配成一對……，再通過隨機的方法將每對里的學生分別分派到實驗組和對照組。如果原有的教學班級不宜拆散重組，可以在條件近似的兩個班級中將條件均等的學生進行配對，再將每對中的學生以其所在班級為依據分別劃分為實驗組和控制組，在比較教學實驗結果時只比較已配對的這部分學生的成績。匹配分組比隨機分組更能產生同質化（即主要條件對等）的被試組，但是操作也更為復雜，如果有多個被試特征與因變量緊密相關則很難找到足夠的被試進行匹配分組。經過匹配分組后，來自于被試的無關變量對因變量的影響就得到了降低。

6.盲法。在教學實驗中，被試不知道自己在參與實驗（即“單盲法”），甚至有時連任課教師也不知道自己在參與實驗（即“雙盲法”），由此控制被試和任課教師的實驗意識和實驗情緒。例如，當前高校使用混合式教學已成為常態，進行基于微課的翻轉課堂教學實驗就可以使用盲法控制而不會引起被試甚至任課教師的察覺。如果學生知道自己正作為被試參與教學實驗，則可使用均衡法告知學生所有組都是實驗組，使各組被試的態度變化一致，避免發生霍桑效應和約翰·亨利效應。

7.納入法。當某些無關變量無法排除時，可將其作為一個自變量納入教學實驗中，使它系統變化并分析其與因變量之間的關系，將單變量實驗發展成多變量實驗。例如，要研究在翻轉課堂教學模式和常規教學模式下師范生信息技術應用能力的提升效果，因變量也許除了和教學模式相關，可能還和師范生的性別有關，為了保證研究的外在效度，我們將性別也納入自變量中，被試的分組就由原來的實施翻轉課堂教學的實驗組和實施常規教學的控制組變成了：實施翻轉課堂教學的女生組，實施常規教學的女生組，實施翻轉課堂教學的男生組，實施常規教學的男生組。多變量實驗減少了實驗中需要控制的無關變量，能很好地檢查出每個自變量的單獨實施效果和自變量之間相互作用的實施效果。

8.協方差分析。通過協方差分析實現以前測成績或者其他變量為基礎，使各組在統計上保持等同。協方差分析綜合了方差分析和回歸分析，對于未按照隨機分組方式分組而造成的各被試組之間的特征不等同，在分析研究結果時先用回歸分析去除不等因素對因變量造成的影響，即校正實驗前被試組之間的固有差異，再用方差分析比較結果之間是否存在顯著差異。如果只能使用未經隨機分組的現有行政班進行教學實驗，若其先修課程成績存在顯著差異，在對后測數據進行分析時應以“教育心理學”和“計算機應用基礎”兩門課程的成績作為協變量進行協方差分析，將學生的學習基礎剝離出去，將分析結果明確為教學模式與學生學習效果之間的因果關系。

9.大數據法?；诖髷祿慕虒W實驗，在實驗對象方面具有“大規?！焙汀叭{式”的特點。大數據的主要特點是不用抽樣調查，而是采用全部數據進行分析處理[7]。教學實驗中運用大數據可以使教育實驗更接近真實的教育情境，可以將全體實驗對象納入實驗，可以綜合考慮多種因素，可以對全部實驗數據進行分析，最大限度地消除被試、主試和任課教師方面的干擾因素，保證教學實驗的科學性。大數據法把真實情境作為實驗，在得出因果關系上能夠和實驗室實驗有幾乎等同的效力[8]。

六 結語

信息化教學不斷發展，其教學實驗中的無關變量也會呈現出許多新形式和新特點，需要我們善于去發現和總結，對無關變量施以適當控制，提高教學實驗的內在效度和外在效度，提高我們揭示蘊含于信息化教學實驗中的因果關系、教學原理和教學原則的能力，提高師范專業的教學研究和人才培養的科學化水平。