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摘要：以“智慧教室”为标志的智慧教育学习环境研究，推动了从数字化学习环境向智能化学习环境的根本转变。该文从某使用智慧教室系统的高中学校选取454个一年级学生样本，进行为期一年的跟踪研究，测查智慧教室使用现状、对物理学习转变深度等，同时基于时间和空间两维面板数据，建立固定效应模型以测查对不同层次、不同性别学生物理学习兴趣和物理学习成绩影响。结果显示，智慧教室系统总体使用频率和时间较高，具体功能使用频率不均，学生主导、复杂应用偏少；使用功能类型单一，主要集中在即时互动和资源共享；未达到预期“转变科学学习”方式的目标，主要以“强化”原有学习为主；整体对学生学习兴趣和学习成绩有正向显著影响，对低层次学生成绩影响高于高层次学生，而对其兴趣影响反而低于高层次学生；对男生的学习成绩影响高于女生，而对其兴趣影响反而低于女生。
关键词：智慧教室；智慧教育；智能化；学习环境；深度融合；固定效应模型
中图分类号：G434 文献标识码：A
一、引言
《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》提出建设“推进信息技术与教学融合，建设智能化教学环境”的发展任务。在新世纪第二个十年刚刚过半之际，以“智慧教室”为标志的智慧教育学习环境研究，推动了从数字化学习环境向智能化学习环境的根本转变。智慧教育是目前国际上移动学习、智能学习研究热点下的主要成果之一，其研究可追溯到1988年雷西尼奥在《教育技术的实践应用》中最早提出的Smart-Classroom概念，近些年研究热度持续攀升。特别是IBM在2008年提出“智慧地球”概念后，“智慧教室”等新型智能化学习环境被赋予新的含义，集深度融合、无缝共享、开放按需、绿色管理和大数据评价支持为主要特征的智慧教育理念正在形成。国际上一些大公司、大实验室的参与，如MTT AI Lab的“智能教室项目”、GIT的“意识家园”项目以及Microsoft的“宜居”项目等进一步推动了相关研究的发展，使其成为最具潜力的“技术改变学习”研究和实践方向，被何克抗等誉为“实现教育信息化宏伟目标的根本途径”。
然而，智慧教室的研究目前主要处于实验和推广阶段，其实践中究竟能多大程度上改变传统学习，缺乏基于长期跟踪、严格论证分析的证据。张亚珍等综述了国内外智慧教室的相关研究发现，关于其教学效果评价的研究比例尚不到1%。一些已有的研究主要是基于特定教学活动或特定教学内容，研究周期短、样本小，长期追踪式研究尚较少。本研究对某使用智慧教室系统的高中学校一年级学生进行为期1年的物理学习追踪研究，以了解其使用现状及对学习方式的转变深度，并检测了其课堂和课后使用效应对学生的物理学习兴趣和学习成绩的影响。研究数据为时间和空间两个维度面板数据，分析过程采用固定效应模型（Fixed Effects Model）对无关变量进行有效控制，保证了研究的效度。
二、研究背景
研究样本学校为典型的省属重点高中，具有一定代表性。其于2014年开始建设智慧教室系统，软件上建构了网络云平台、智慧课堂应用系统等；硬件上安装有电子白板、投影设备、教学终端机、学生端手持设备（平板电脑为主）、教师端电脑等。通过软、硬件设备的搭设，建构联系课堂学习和课后学习的智慧教室教学系统（如图1所示）。在课堂上，教师主要使用教学终端机与学生1对1手持设备建立互动关系，同时可调用教学云平台的资源以实现课堂控制、资源管理、应答反馈、电子白板互动演示等功能，学生可通过手持设备完成获取信息、交互、反馈、分享等学习任务。在课后，教师可用教师端电脑通过教学云平台实现资源共享、任务布置与回收、在线帮助、教学准备等，学生则可通过手持设备浏览教学资源（微课、视频、图片、文本资源等）、上传、获取学习帮助等。在启动项目前，对教师进行了专业培训，再由教师对学生进行培训，以保证师生均能应用该系统进行学习。
然而，实际教学过程中由于各种原因（如教学系统因素、学科因素、教师因素、学生因素等），使学生在物理学习过程中的实际使用时间、频次、方式等产生了较大的差异，进而对其学习产生了不同的影响。本研究首先遴选学生最常使用的20种功能用法，对其使用现状进行了测查，并研究了这些使用对学生的物理学业成绩和兴趣的影响。
三、研究设计
（一）研究对象
研究对象为从一年级16个班级中随机抽取的学生454人，其中男生240人，女生214人。
（二）研究工具
为了了解该智慧教室系统在物理课堂和课后的主要使用方式、使用频率及使用时间等，研究者首先阅读了该智慧教室系统使用说明，并访谈了该校物理教学组长和主管信息技术使用的教师。在此基础上针对学生的具体使用拟定了开放性题目预测试问卷，并选择了23个学生行了预测试。上述访谈和预测试结果用以指导拟定Smart Classroom测试问卷（下简称SC问卷）和物理学科具体使用情况描述文本（下简称PSC文本）的初稿。之后，将正式SC问卷和PSC文本初稿交由被试学校教师审阅，并征求修订意见，在此基础上形成正式SC使用问卷和PSC文本.（该文本包括主要使用的功能、功能特征、使用方式等）。
1.SC使用问卷
本问卷用以测查学生在课堂、课后对智慧教室系统的使用时间和使用频率。最终共拟定测量总体使用时间和使用频率测试题4个，具体使用时间和使用频率测试题20个。经内部结构性检验显示，4个题目的Cronbach系数α=.846，20个题目的Cronbach系数α=.973，說明问卷具有良好的信度。
2.SMART模型
黄荣怀等提出了智慧教室SMART概念模型，以体现其智能化功能特征。其五个维度分别为内容呈现（Showing）、环境管理（Manageable）、资源获取（Accessible）、即时互动（Real-time Interactive）、情境感知（Testing）。本研究将依据本模型对PSC文本中使用方式进行功能类型区分。 3.S-SAMR评价模型
2006年，普恩特杜拉在“缅因州学习技术倡议”项目中首次提出SAMR模型，用以鼓励通过技术改变学习。目前，该模型被广泛用于评价教育技术改变学习的程度。本研究结合翟小铭等人提出的数据探究概念，在不改变原模型要素名称前提下，将该模型的内涵与数据探究理念融合后形成S-SAMR模型用以评定教育技术对科学学习的影响深度。该模型共四个层次，从低到高依次是替代（Substitution）、强化（Augmentation）、优化（Modification）和重定义（Redefinition）。其中，前两个层次被界定为“促进科学学习（Enhancement）”，后两个层次被界定为“转变科学学习（Transformation）”（如图2所示）。本研究将依据本模型对PSC文本中使用深度进行评价。
4.物理学习兴趣问卷和学业测量
为了测查智慧教室对学生物理学习的影响，我们以学生的物理学习兴趣和物理成绩为因变量做了相关分析。从拉姆的科学兴趣量表中抽取并改编了四个测试题目，经检验其具有较高的内部一致信度（Cronbach系数α=.887）。同时，抽取了学生在一年期间的7次测试成绩。其第一次成绩为刚进入高中时的物理测试成绩，其余6次为两次期中、期末成绩和两次月考成绩。试题由研究者、任课教师及教研员等针对全年级学生学习进度统一命制，测试过程严格控制环境变量。7次成绩Cronbach系数α=.948，具有较高的内部一致性，说明测查的是学生的同一个构念——一般物理学习能力。
（三）数据与分析
1.数据收集
本研究SC使用预测试和正式测试均通过网上收集数据，学生在线完成问卷并提交。正式测试共回收454份問卷。经剔除无效问卷后，有效样本为439份。
2.分析方法和策略
本研究在编码分析学生使用类型和对学科教学影响深度时，由物理教育研究领域专家和教育技术领域专家共同讨论完成。由于学生成绩来自7次不同时间节点，439个学生随机分布于16个班级，不可测协变因素在时间上来自于不同测试的难度、题量等；在空间上来自于教师效应、同伴效应等诸多变量。为了在分析使用时间和使用频率对兴趣和成绩影响时能有效控制这些不可测因素，建立了固定效应模型。模型区分了课堂效应和课后效应，并以刚入高中后第一次成绩、性别为协变量。以学生的成绩为例，其数学模型如式（1）所示：
四、研究结果
（一）智慧教室使用情况
1.总体使用情况
学生总体使用情况如表1所示。其中59.00%的学生在大部分课堂使用，只有9.34%的学生很少在课堂使用。63.10%学生每周课后使用达3次以上，只有10%左右的学生平均每周使用次数少于1次。从上述数据可以看出，大部分学生整体使用智慧教室的频率是很高的。在使用时间上，每堂课使用达到了30分钟以上（每节课45分钟）的学生占59.23%，每堂课在15分钟以上学生占到81.32%，由此可见，智慧教室的使用时间已经在学生的课堂学习中占据了相当高的比例。课后使用时间上，每天平均大于15分钟的学生达到了81.55%，说明大部分学生在课后都使用智慧教室来帮助完成学习任务。总体来看，大部分学生的使用频率和使用时间都相当高，智慧教室已经成为学生课堂和课后学习的主要工具和手段。
2.具体使用情况
下页表2列出了学生常用的功能及其使用方式。其使用类型主要集中在资源获取（55%）、即时互动（40%），未涉及资源管理和情境感知等类型。高频使用的占20%，以中频（55%）使用的方式为主。其中高频使用的屏幕广播为教师主导的教学行为，导学本为学生自主学习行为，学生在使用时均不需要复杂的技术处理，主要为查看等。从使用深度上看，85%的使用属于“强化”学习的层次，15%属于简单的“替代”学习层次，这两个层次都属于“增强”学习，并没有达到“转变”学习的水平。总体来看，智慧教室使用功能类型较为单一，高频使用的功能集中在一些简单、易于操作的功能上，使用深度上主要是直接在原有学习方式基础上做了直接的“强化”，并未能实际转变学生的学习方式。
（二）智慧教室使用效果
1.总体影响
为了研究智慧教室对学生物理学习产生的影响，按使用频率和使用时间分别对物理学习兴趣和物理学习成绩的影响做了定量分析。结果显示，课堂使用频率和课后使用频率均对物理成绩和物理学习兴趣产生了正向显著影响。其中，课堂使用频率对物理学习兴趣影响明显高于课后使用频率；课堂和课后使用频率对物理学习成绩影响基本相当。课堂使用时间只对物理学习兴趣产生了显著影响，而课后使用时间对学习兴趣和学习成绩均产生了显著影响（如表3所示）。总体来看，使用频率和使用时间对学生的物理学习兴趣和物理学习成绩产生了积极影响。
2.对不同学习层次学生的影响
使用频率和使用时间对不同学习层次学生产生了不同的影响（如下页表4所示）。首先，使用频率的课堂效应对高、中、低三个层次学生的物理学习兴趣有正向积极影响，对低层学生影响更大，但是对其物理学习成绩均无显著影响；其课后效应对高、中层学生物理学习兴趣有积极影响，而对其学习成绩无显著影响。相反，对低层次学生学习兴趣无显著影响，而对其学习成绩有显著正向影响。其次，使用时间的课堂效应仅对高层次学生有影响，对其学习兴趣有显著性影响（但影响系数较小），对其学习成绩有负向影响；其课后效应对高、中、低层次学生学习兴趣有正向显著影响，且只对低层次学生学习成绩有显著正向影响。总体来看，智慧教室对低层次学生成绩影响要高于高层次学生，而兴趣影响则恰好相反。
3.对男、女生的影响
分别对男、女生的作答做检测后发现，使用频率的课后效应较课堂效应对男生物理成绩影响更高，但均不显著；其课堂效应较课后效应对女生物理成绩影响更高，但亦均不显著；其课堂效应对男、女生学习兴趣均产生了显著影响，而课后效应只对女生学习兴趣有显著影响。使用时间的课堂和课后效应均对男生成绩产生了显著影响，而对女生均无显著影响；其课堂效应对女生学习兴趣有显著影响，而对男生无显著影响；其课后效应对男、女生学习兴趣均产生了显著影响（如表5所示）。总体来看，智慧教室对男生的学习成绩影响显著于女生，而对女生的学习兴趣影响显著于男生。 五、讨论与建议
㈠使用层面：尚未从根本上改变传统物理学习
自从库班揭示教育信息技术的“易上手，低使用（High Access Low Use）”瓶颈问题以来，它几乎成为所有新技术应用关注的焦点。然而，与其他一些新教育技术不同，本研究发现学生对智慧教室系统的使用时间和使用频率均很高，其已经成为学生课堂和课后学习的主要工具和手段。这可能与本系统的易操作性和教师的主体推动有直接关系。如学生最常用的屏幕广播、导学本等主要以教师操作、教师建设为主，学生则主要是被动观看和查阅。而学生最不常用的功能中，如课后错题集、思维导图等均需要学生主动建构，且需要一定技术。这些发现暴露了智慧教室使用中存在的问题，促进学生主导的、建构性使用仍有待加强，学生成为学习主体的目标仍尚未显现。
清华大学史元春等是我国最早参与研发智慧教室的团队成员，他们指出智慧教室是集各种功能于一体的智能化学习环境，其功能的发挥有赖于不同功能类型间的交互协作。然而，本研究发现学生主要使用了相对单一的资源获取和即时互动功能，而像情境感知、环境管理等均未涉及。说明学生在学习中只是拣挑了一些简便、易用的功能，如此并未真正发挥智慧教室系统各功能间强大的交互作用，对功能本身的开发利用及功能类型间的交互协作应进一步加强。
信息技术与教育融合的主要特征之一是“改变教学活动的各项要素，引发教学方法、教学工具、教学内容等各环节的深刻变革”。智慧教室，被誉为“人工智能与人类智能”的最佳融合体，本应承担起“深度融合”的重任。然而，其在实践中的应用仅达到了“强化”原有学习方式的水平，并未真正转变学生的学习方式。只有将技术使用与学习活动一起设计，才能真正转变学习方式。可见，一项新的技术不管其功能本身多强大，其对学习方式的转变将更多地有赖于其与学科内容本身的融合程度以及教学设计者的引领。
（二）效果层面：对不同层次、性别学生产生了不同影响
整体来看，智慧教室的使用对学生的物理学习兴趣及成绩产生了积极影响。对物理学习兴趣的影响要优于对物理成绩的影响，这可能因为学习兴趣比较主观，影响因素相对单一；而学习成绩更为客观，影响因素更为复杂，因此物理学习兴趣通常是物理成绩提高的必要而非充分条件。例如，由于技术的使用使学生感觉物理学习更方便了，容易提高其兴趣，但未必一定能提高其成绩。课后效应要显著于课上效应，这可能是由于课上受教师主导成分较多，不同层次学生对使用效应并不敏感。在课堂效应上，使用频率要显著于使用时间，而课后效应上，则恰好相反。可见，课堂经常使用能正向影响学生成績，但是使用时间应适度，过长时间的使用并不能产生积极的效应。而课后使用时，使用时间的长短代表了学生能否深入研究问题，其对学生成绩理应有正向影响；单纯的增加使用频率，由于学习活动不能深入，反而效果不明显。
智慧教室对不同学习层次学生产生的影响差异显著。其对高、中、低层次学生物理兴趣影响依次减弱，其中课堂使用时间的减弱效应最显著。研究发现，物理学习兴趣和学习难度本身有直接关系。考虑到低层次学生物理学习兴趣本身比较低，且高中物理学习难度比较大，单纯的通过技术“强化”教学，而并未“转变”学习方式，较难改变学生的学习兴趣。以课堂使用时间为例，在未转变物理学习难度的情况下，再长时间的技术介入也不会改变低层次学生感觉学习“枯燥无味”的现实。智慧教室对物理学习成绩的影响表现在：其对低层次学生，通过课后效应产生了积极影响；对中等层次学生无显著影响；对高层次学生，课堂使用时间效应反而是负向的。这说明，技术的介入为低层次学生课后学习提供了更有力的支持，如作业辅导、导学本等，他们可以进行个性化学习。而对于中、高层次学生，并未提供有效的支持。高层次学生课堂使用时间效应为负，可能是由于技术的介入未能满足其个性化学习的需求，也可能是由于技术的使用对他们已经属于“过度使用”。依据鲁滨逊（Robinson）等的研究，过度使用信息技术反而会影响正常学习。
智慧教室对女生学习成绩并无显著影响，而对其物理学习兴趣均有显著影响。这可能是由于女生相对来讲对物理的学习处于中游的学生偏多，符合中层学生的特征。其自我效能感较低，而技术介入使其能获得更多的资源和学习帮助，从而提高了其学习兴趣。然而，这种兴趣的提高并未能从根本上提升其物理学习能力。男生的物理成绩容易两极分化，课堂使用时间和课后使用频率对其学习兴趣未产生显著影响，使用时间对其学习成绩有显著影响，这与低层学生特征相符，可能与低层学生中男生比例较大有关。
上述发现说明，智慧教室对不同层次、性别的学习者产生效果并不相同。同时也说明不同学习者对教育技术的潜在需求并不相同，这与阿尔迪托（Ardito）等的观点一致。可见，智慧教室仍需进一步加强依据不同学习者需求的个性化学习功能应用方式的开发。如对中、高层学生以更多的课堂指导以使其更好利用课堂时间。同时，应深化智慧教室与学科教学的进一步融合，转变学习方式。
六、结束语
智慧教室虽然有较高的使用频率和较长的使用时间，但是功能类型单一；高频使用的集中于一些教师主导、学生被动的功能；在促进和转变物理学科学习方面仅达到了“强化”原有学习方式的层次。因此，本研究中的智慧教室使用情况显示其并未转变传统学习方式。然而，其对学生物理学习兴趣和物理成绩均产生了积极影响，说明其具有巨大的开发潜力。其对不同层次、男女生产生的影响差异显著，说明在指导个性化学习，实现不同层次学生均有发展方面，仍有很大的开发空间。
关键词：智慧教室；智慧教育；智能化；学习环境；深度融合；固定效应模型
中图分类号：G434 文献标识码：A
一、引言
《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》提出建设“推进信息技术与教学融合，建设智能化教学环境”的发展任务。在新世纪第二个十年刚刚过半之际，以“智慧教室”为标志的智慧教育学习环境研究，推动了从数字化学习环境向智能化学习环境的根本转变。智慧教育是目前国际上移动学习、智能学习研究热点下的主要成果之一，其研究可追溯到1988年雷西尼奥在《教育技术的实践应用》中最早提出的Smart-Classroom概念，近些年研究热度持续攀升。特别是IBM在2008年提出“智慧地球”概念后，“智慧教室”等新型智能化学习环境被赋予新的含义，集深度融合、无缝共享、开放按需、绿色管理和大数据评价支持为主要特征的智慧教育理念正在形成。国际上一些大公司、大实验室的参与，如MTT AI Lab的“智能教室项目”、GIT的“意识家园”项目以及Microsoft的“宜居”项目等进一步推动了相关研究的发展，使其成为最具潜力的“技术改变学习”研究和实践方向，被何克抗等誉为“实现教育信息化宏伟目标的根本途径”。
然而，智慧教室的研究目前主要处于实验和推广阶段，其实践中究竟能多大程度上改变传统学习，缺乏基于长期跟踪、严格论证分析的证据。张亚珍等综述了国内外智慧教室的相关研究发现，关于其教学效果评价的研究比例尚不到1%。一些已有的研究主要是基于特定教学活动或特定教学内容，研究周期短、样本小，长期追踪式研究尚较少。本研究对某使用智慧教室系统的高中学校一年级学生进行为期1年的物理学习追踪研究，以了解其使用现状及对学习方式的转变深度，并检测了其课堂和课后使用效应对学生的物理学习兴趣和学习成绩的影响。研究数据为时间和空间两个维度面板数据，分析过程采用固定效应模型（Fixed Effects Model）对无关变量进行有效控制，保证了研究的效度。
二、研究背景
研究样本学校为典型的省属重点高中，具有一定代表性。其于2014年开始建设智慧教室系统，软件上建构了网络云平台、智慧课堂应用系统等；硬件上安装有电子白板、投影设备、教学终端机、学生端手持设备（平板电脑为主）、教师端电脑等。通过软、硬件设备的搭设，建构联系课堂学习和课后学习的智慧教室教学系统（如图1所示）。在课堂上，教师主要使用教学终端机与学生1对1手持设备建立互动关系，同时可调用教学云平台的资源以实现课堂控制、资源管理、应答反馈、电子白板互动演示等功能，学生可通过手持设备完成获取信息、交互、反馈、分享等学习任务。在课后，教师可用教师端电脑通过教学云平台实现资源共享、任务布置与回收、在线帮助、教学准备等，学生则可通过手持设备浏览教学资源（微课、视频、图片、文本资源等）、上传、获取学习帮助等。在启动项目前，对教师进行了专业培训，再由教师对学生进行培训，以保证师生均能应用该系统进行学习。
然而，实际教学过程中由于各种原因（如教学系统因素、学科因素、教师因素、学生因素等），使学生在物理学习过程中的实际使用时间、频次、方式等产生了较大的差异，进而对其学习产生了不同的影响。本研究首先遴选学生最常使用的20种功能用法，对其使用现状进行了测查，并研究了这些使用对学生的物理学业成绩和兴趣的影响。
三、研究设计
（一）研究对象
研究对象为从一年级16个班级中随机抽取的学生454人，其中男生240人，女生214人。
（二）研究工具
为了了解该智慧教室系统在物理课堂和课后的主要使用方式、使用频率及使用时间等，研究者首先阅读了该智慧教室系统使用说明，并访谈了该校物理教学组长和主管信息技术使用的教师。在此基础上针对学生的具体使用拟定了开放性题目预测试问卷，并选择了23个学生行了预测试。上述访谈和预测试结果用以指导拟定Smart Classroom测试问卷（下简称SC问卷）和物理学科具体使用情况描述文本（下简称PSC文本）的初稿。之后，将正式SC问卷和PSC文本初稿交由被试学校教师审阅，并征求修订意见，在此基础上形成正式SC使用问卷和PSC文本.（该文本包括主要使用的功能、功能特征、使用方式等）。
1.SC使用问卷
本问卷用以测查学生在课堂、课后对智慧教室系统的使用时间和使用频率。最终共拟定测量总体使用时间和使用频率测试题4个，具体使用时间和使用频率测试题20个。经内部结构性检验显示，4个题目的Cronbach系数α=.846，20个题目的Cronbach系数α=.973，說明问卷具有良好的信度。
2.SMART模型
黄荣怀等提出了智慧教室SMART概念模型，以体现其智能化功能特征。其五个维度分别为内容呈现（Showing）、环境管理（Manageable）、资源获取（Accessible）、即时互动（Real-time Interactive）、情境感知（Testing）。本研究将依据本模型对PSC文本中使用方式进行功能类型区分。 3.S-SAMR评价模型
2006年，普恩特杜拉在“缅因州学习技术倡议”项目中首次提出SAMR模型，用以鼓励通过技术改变学习。目前，该模型被广泛用于评价教育技术改变学习的程度。本研究结合翟小铭等人提出的数据探究概念，在不改变原模型要素名称前提下，将该模型的内涵与数据探究理念融合后形成S-SAMR模型用以评定教育技术对科学学习的影响深度。该模型共四个层次，从低到高依次是替代（Substitution）、强化（Augmentation）、优化（Modification）和重定义（Redefinition）。其中，前两个层次被界定为“促进科学学习（Enhancement）”，后两个层次被界定为“转变科学学习（Transformation）”（如图2所示）。本研究将依据本模型对PSC文本中使用深度进行评价。
4.物理学习兴趣问卷和学业测量
为了测查智慧教室对学生物理学习的影响，我们以学生的物理学习兴趣和物理成绩为因变量做了相关分析。从拉姆的科学兴趣量表中抽取并改编了四个测试题目，经检验其具有较高的内部一致信度（Cronbach系数α=.887）。同时，抽取了学生在一年期间的7次测试成绩。其第一次成绩为刚进入高中时的物理测试成绩，其余6次为两次期中、期末成绩和两次月考成绩。试题由研究者、任课教师及教研员等针对全年级学生学习进度统一命制，测试过程严格控制环境变量。7次成绩Cronbach系数α=.948，具有较高的内部一致性，说明测查的是学生的同一个构念——一般物理学习能力。
（三）数据与分析
1.数据收集
本研究SC使用预测试和正式测试均通过网上收集数据，学生在线完成问卷并提交。正式测试共回收454份問卷。经剔除无效问卷后，有效样本为439份。
2.分析方法和策略
本研究在编码分析学生使用类型和对学科教学影响深度时，由物理教育研究领域专家和教育技术领域专家共同讨论完成。由于学生成绩来自7次不同时间节点，439个学生随机分布于16个班级，不可测协变因素在时间上来自于不同测试的难度、题量等；在空间上来自于教师效应、同伴效应等诸多变量。为了在分析使用时间和使用频率对兴趣和成绩影响时能有效控制这些不可测因素，建立了固定效应模型。模型区分了课堂效应和课后效应，并以刚入高中后第一次成绩、性别为协变量。以学生的成绩为例，其数学模型如式（1）所示：
四、研究结果
（一）智慧教室使用情况
1.总体使用情况
学生总体使用情况如表1所示。其中59.00%的学生在大部分课堂使用，只有9.34%的学生很少在课堂使用。63.10%学生每周课后使用达3次以上，只有10%左右的学生平均每周使用次数少于1次。从上述数据可以看出，大部分学生整体使用智慧教室的频率是很高的。在使用时间上，每堂课使用达到了30分钟以上（每节课45分钟）的学生占59.23%，每堂课在15分钟以上学生占到81.32%，由此可见，智慧教室的使用时间已经在学生的课堂学习中占据了相当高的比例。课后使用时间上，每天平均大于15分钟的学生达到了81.55%，说明大部分学生在课后都使用智慧教室来帮助完成学习任务。总体来看，大部分学生的使用频率和使用时间都相当高，智慧教室已经成为学生课堂和课后学习的主要工具和手段。
2.具体使用情况
下页表2列出了学生常用的功能及其使用方式。其使用类型主要集中在资源获取（55%）、即时互动（40%），未涉及资源管理和情境感知等类型。高频使用的占20%，以中频（55%）使用的方式为主。其中高频使用的屏幕广播为教师主导的教学行为，导学本为学生自主学习行为，学生在使用时均不需要复杂的技术处理，主要为查看等。从使用深度上看，85%的使用属于“强化”学习的层次，15%属于简单的“替代”学习层次，这两个层次都属于“增强”学习，并没有达到“转变”学习的水平。总体来看，智慧教室使用功能类型较为单一，高频使用的功能集中在一些简单、易于操作的功能上，使用深度上主要是直接在原有学习方式基础上做了直接的“强化”，并未能实际转变学生的学习方式。
（二）智慧教室使用效果
1.总体影响
为了研究智慧教室对学生物理学习产生的影响，按使用频率和使用时间分别对物理学习兴趣和物理学习成绩的影响做了定量分析。结果显示，课堂使用频率和课后使用频率均对物理成绩和物理学习兴趣产生了正向显著影响。其中，课堂使用频率对物理学习兴趣影响明显高于课后使用频率；课堂和课后使用频率对物理学习成绩影响基本相当。课堂使用时间只对物理学习兴趣产生了显著影响，而课后使用时间对学习兴趣和学习成绩均产生了显著影响（如表3所示）。总体来看，使用频率和使用时间对学生的物理学习兴趣和物理学习成绩产生了积极影响。
2.对不同学习层次学生的影响
使用频率和使用时间对不同学习层次学生产生了不同的影响（如下页表4所示）。首先，使用频率的课堂效应对高、中、低三个层次学生的物理学习兴趣有正向积极影响，对低层学生影响更大，但是对其物理学习成绩均无显著影响；其课后效应对高、中层学生物理学习兴趣有积极影响，而对其学习成绩无显著影响。相反，对低层次学生学习兴趣无显著影响，而对其学习成绩有显著正向影响。其次，使用时间的课堂效应仅对高层次学生有影响，对其学习兴趣有显著性影响（但影响系数较小），对其学习成绩有负向影响；其课后效应对高、中、低层次学生学习兴趣有正向显著影响，且只对低层次学生学习成绩有显著正向影响。总体来看，智慧教室对低层次学生成绩影响要高于高层次学生，而兴趣影响则恰好相反。
3.对男、女生的影响
分别对男、女生的作答做检测后发现，使用频率的课后效应较课堂效应对男生物理成绩影响更高，但均不显著；其课堂效应较课后效应对女生物理成绩影响更高，但亦均不显著；其课堂效应对男、女生学习兴趣均产生了显著影响，而课后效应只对女生学习兴趣有显著影响。使用时间的课堂和课后效应均对男生成绩产生了显著影响，而对女生均无显著影响；其课堂效应对女生学习兴趣有显著影响，而对男生无显著影响；其课后效应对男、女生学习兴趣均产生了显著影响（如表5所示）。总体来看，智慧教室对男生的学习成绩影响显著于女生，而对女生的学习兴趣影响显著于男生。 五、讨论与建议
㈠使用层面：尚未从根本上改变传统物理学习
自从库班揭示教育信息技术的“易上手，低使用（High Access Low Use）”瓶颈问题以来，它几乎成为所有新技术应用关注的焦点。然而，与其他一些新教育技术不同，本研究发现学生对智慧教室系统的使用时间和使用频率均很高，其已经成为学生课堂和课后学习的主要工具和手段。这可能与本系统的易操作性和教师的主体推动有直接关系。如学生最常用的屏幕广播、导学本等主要以教师操作、教师建设为主，学生则主要是被动观看和查阅。而学生最不常用的功能中，如课后错题集、思维导图等均需要学生主动建构，且需要一定技术。这些发现暴露了智慧教室使用中存在的问题，促进学生主导的、建构性使用仍有待加强，学生成为学习主体的目标仍尚未显现。
清华大学史元春等是我国最早参与研发智慧教室的团队成员，他们指出智慧教室是集各种功能于一体的智能化学习环境，其功能的发挥有赖于不同功能类型间的交互协作。然而，本研究发现学生主要使用了相对单一的资源获取和即时互动功能，而像情境感知、环境管理等均未涉及。说明学生在学习中只是拣挑了一些简便、易用的功能，如此并未真正发挥智慧教室系统各功能间强大的交互作用，对功能本身的开发利用及功能类型间的交互协作应进一步加强。
信息技术与教育融合的主要特征之一是“改变教学活动的各项要素，引发教学方法、教学工具、教学内容等各环节的深刻变革”。智慧教室，被誉为“人工智能与人类智能”的最佳融合体，本应承担起“深度融合”的重任。然而，其在实践中的应用仅达到了“强化”原有学习方式的水平，并未真正转变学生的学习方式。只有将技术使用与学习活动一起设计，才能真正转变学习方式。可见，一项新的技术不管其功能本身多强大，其对学习方式的转变将更多地有赖于其与学科内容本身的融合程度以及教学设计者的引领。
（二）效果层面：对不同层次、性别学生产生了不同影响
整体来看，智慧教室的使用对学生的物理学习兴趣及成绩产生了积极影响。对物理学习兴趣的影响要优于对物理成绩的影响，这可能因为学习兴趣比较主观，影响因素相对单一；而学习成绩更为客观，影响因素更为复杂，因此物理学习兴趣通常是物理成绩提高的必要而非充分条件。例如，由于技术的使用使学生感觉物理学习更方便了，容易提高其兴趣，但未必一定能提高其成绩。课后效应要显著于课上效应，这可能是由于课上受教师主导成分较多，不同层次学生对使用效应并不敏感。在课堂效应上，使用频率要显著于使用时间，而课后效应上，则恰好相反。可见，课堂经常使用能正向影响学生成績，但是使用时间应适度，过长时间的使用并不能产生积极的效应。而课后使用时，使用时间的长短代表了学生能否深入研究问题，其对学生成绩理应有正向影响；单纯的增加使用频率，由于学习活动不能深入，反而效果不明显。
智慧教室对不同学习层次学生产生的影响差异显著。其对高、中、低层次学生物理兴趣影响依次减弱，其中课堂使用时间的减弱效应最显著。研究发现，物理学习兴趣和学习难度本身有直接关系。考虑到低层次学生物理学习兴趣本身比较低，且高中物理学习难度比较大，单纯的通过技术“强化”教学，而并未“转变”学习方式，较难改变学生的学习兴趣。以课堂使用时间为例，在未转变物理学习难度的情况下，再长时间的技术介入也不会改变低层次学生感觉学习“枯燥无味”的现实。智慧教室对物理学习成绩的影响表现在：其对低层次学生，通过课后效应产生了积极影响；对中等层次学生无显著影响；对高层次学生，课堂使用时间效应反而是负向的。这说明，技术的介入为低层次学生课后学习提供了更有力的支持，如作业辅导、导学本等，他们可以进行个性化学习。而对于中、高层次学生，并未提供有效的支持。高层次学生课堂使用时间效应为负，可能是由于技术的介入未能满足其个性化学习的需求，也可能是由于技术的使用对他们已经属于“过度使用”。依据鲁滨逊（Robinson）等的研究，过度使用信息技术反而会影响正常学习。
智慧教室对女生学习成绩并无显著影响，而对其物理学习兴趣均有显著影响。这可能是由于女生相对来讲对物理的学习处于中游的学生偏多，符合中层学生的特征。其自我效能感较低，而技术介入使其能获得更多的资源和学习帮助，从而提高了其学习兴趣。然而，这种兴趣的提高并未能从根本上提升其物理学习能力。男生的物理成绩容易两极分化，课堂使用时间和课后使用频率对其学习兴趣未产生显著影响，使用时间对其学习成绩有显著影响，这与低层学生特征相符，可能与低层学生中男生比例较大有关。
上述发现说明，智慧教室对不同层次、性别的学习者产生效果并不相同。同时也说明不同学习者对教育技术的潜在需求并不相同，这与阿尔迪托（Ardito）等的观点一致。可见，智慧教室仍需进一步加强依据不同学习者需求的个性化学习功能应用方式的开发。如对中、高层学生以更多的课堂指导以使其更好利用课堂时间。同时，应深化智慧教室与学科教学的进一步融合，转变学习方式。
六、结束语
智慧教室虽然有较高的使用频率和较长的使用时间，但是功能类型单一；高频使用的集中于一些教师主导、学生被动的功能；在促进和转变物理学科学习方面仅达到了“强化”原有学习方式的层次。因此，本研究中的智慧教室使用情况显示其并未转变传统学习方式。然而，其对学生物理学习兴趣和物理成绩均产生了积极影响，说明其具有巨大的开发潜力。其对不同层次、男女生产生的影响差异显著，说明在指导个性化学习，实现不同层次学生均有发展方面，仍有很大的开发空间。