智能教学系统和手机的常态化课程整合及其效果研究

张誉月 贾积有 黎宇珍

摘 要：具有联网和多媒体功能的智能手机已经在我国大学生中普及，而词汇学习仍然是外语学习中重要而又困难的一个环节。我们将智能教学系统整合到某高校一学年的大学英语课程教学中，在学生自愿参加的前提下，让学生借助手机同步学习和练习所要求的单元词汇。该校13个教学班的学生参加了这次自然实验。根据学生参加系统内活动的情况将学生分为实验组和对照组，两组在活动频次、总分和均分上都表现出显著差异。通过分析学生在实验前的考试成绩、实验中两个学期的期末成绩，发现：实验前两组学生英语考试成绩无显著差异，随着常态化应用的展开，实验组学生的学业表现逐渐高于对照组，实验结束时差异显著。以在线学习活动指数（OLAI）来衡量实验组学生词汇的学习效果，发现其不仅在整体词汇水平维度上逐步提高，而且在词汇掌握的质量（即组织能力或者深度）和速度（即自动性或者流利度）两个维度上均有显著进步，且速度维度保持连续上升状态。本研究结果表明，智能教学系统和手机的长期常态化课程整合不仅提高了学生整体词汇维度、速度和质量维度的水平，而且改善了学生在常规考试中的表现，增强了学生的听力。

关键词：智能教学系统；大学英语；移动学习；词汇学习；课程整合

中图分类号：G4文献标志码：A文章编号：2096-0069（2023）02-0039-08

引言

词汇、语音和语法是语言的三要素[1]。词汇诞生之初，就被用来指代特定的事物、现象或者行为，是表达具体信息的符号。离开了词汇，听、说、读、写等一切语言活动都无法开展。因此，词汇是语言的血肉和器官，词汇学习是语言学习的重要根基。此外，现代社会日新月异，新事物层出不穷，想要掌握语言这种交流工具，人们需要不断学习新的词汇，以适应快速发展的社会。因此，语言的学习是持续的、终生的。

然而，在現代语言学习中，学生和教师都意识到词汇学习是语言学习的一个重点和难点。学生经常会遇到词汇量不足、记不住单词、搭配不当、拼写错误较多等问题，词汇成为众多学生学习外语的瓶颈。如何有效地扩大词汇量，成为至关重要的问题。学生们在背单词上投入了大量的时间，教师设计了各种练习，书店的书架上充斥着大量快速提高单词记忆能力的“法典”，真正的效果却难以令人满意。

随着互联网技术的发展和手机的普及，现代通信技术已经被广泛应用于课堂实践中，移动辅助语言学习（Mobile-Assisted Language Learning， 简称MALL）研究得到迅猛发展[2]。手机等移动设备可以同时为学习者提供字形、音频、图片等多媒介信号，有助于学生“听、说、读、写”的整体外语学习能力的提高，使词汇学习更加情景化、丰富化、多元化，为词汇学习打开一条新的道路。当前，尽管出现了众多基于手机的单词学习APP和网站等，但其提供的方案均无法与常态化课程教学进行有机融合。如何基于大学英语常态化教学进行智能教学系统与手机设备的个性化整合设计，以有效支持外语类课程教学，受到研究者的关注。

一、关于词汇能力的相关研究

语言学习者可以短时间内突击学会语法，而浩瀚的词汇却是用毕生精力也无法全部学完的[3]。词汇习得的重点在于记忆，只有采用合理的方法才可以更快、更好地记忆更多的词汇。从心理语言学的角度来看，词汇学习实际上存在两个相互联系的环节：一是词汇的理解和记忆，二是词汇的搜索和使用[4]。记忆过程包括感觉记录、短时记忆和长时记忆，其中短时记忆需要经过加工才能变为长时记忆，加工过程包括编码、再认、回忆等阶段。因此，教师在有限的时间内，不仅要根据英语专业的知识（如联想法、词根词缀法等）指导学生记忆单词，更要在合适的时间安排适当的测试和考试。一来使学生对已经掌握的单词进行巩固、对马上遗忘的单词进行及时的回忆，二来为学生提供反馈和监测，督促学生根据测试的结果及时调整自己的学习，在学习进步时给自己奖励，强化良好的学习习惯。传统课堂模式下，教师往往通过课堂讲解词汇、发布词汇表，学生课后背诵、课上听写，教师课后手阅的方式，无法做到及时反馈和词汇的个性化练习，导致词汇学习重复低效。基于此，本研究积极应用智能教学系统，并尝试分析学生在长期使用后对词汇能力、英语能力的提升情况。

关于词汇掌握情况的衡量，保尔·米拉（Paul Meara）[5]认为词汇能力包含三个方面：词汇量、组织能力和自动性，赫尔穆特·达勒（Helmut Daller）等人[6]则从词汇广度、词汇深度和词汇流利度三个维度来判断词汇的掌握情况。笔者曾提出一种在线学习活动指数（Online Learning Activity Index，简称OLAI）模型，通过速度、质量和数量三个维度，来综合评价学生完成某次在线学习活动的情况[7]。这三种定义的三个维度是统一的：首先，保尔·米拉定义的词汇量即赫尔穆特·达勒定义的词汇广度，指储存在学习者词库中的词汇量，也就是OLAI中的数量维度；其次，保尔·米拉定义的词汇组织能力对应于赫尔穆特·达勒的词汇广度，指的是对词汇认知的程度，即学习者将词汇上升为心理词汇的能力：学习者不仅掌握本词词义，还需了解与其他词汇的关系，形成复杂的、结构清晰的词汇系统[8]，即OLAI中的质量维度；再次，保尔·米拉定义的词汇自动性即不需要思考就可以检索到词汇知识、可以毫不费力地回忆并使用的能力，即赫尔穆特·达勒定义的词汇流利度。本研究通过OLAI中的速度维度来反映。三者的关系如表1所示。

二、基于移动辅助语言学习（MALL）的实验设计

当代学生大多从小熟练使用网络、手机等智能设备查阅资料、娱乐、社交、获取资讯等。随着我国经济和技术的快速发展，智能手机的应用越来越广泛，可以供给学生课内外使用。因此，近年来越来越多的学者把目光聚焦于移动辅助语言学习上。移动学习可以使学生随时随地获取知识、交流互动、融入学习情境，充分体现学生在教学过程中的主体地位[9]。窦菊花等人[10]通过手机APP试验了大学英语翻转课堂的教学模式，发现该模式在激发学生学习兴趣、增强师生交流互动、深化知识理解方面较传统课堂教学模式更具优势。陈真真[11]将智能手机运用在课堂中，发现学生在行为投入、情感投入和认知投入方面都发生了积极的变化。李晓东等人[12]设计并使用了一款基于情境感知的移动英语学习软件，使学生们更好地提升口语能力，然而，这些研究发现，因为未能与课程教学深度整合和常态化应用，移动学习提供的知识较为碎片化，或缺少监督与指导，或交互性、个性化反馈不强[13]。

针对以上问题，本研究使用英语智能教学系统，对某高校大一的英语课程进行了长达一学年的整合研究，下面介绍基本功能和研究结果。

（一）智能教学系统使用情况

本研究使用的智能教学系统，旨在提高学生的词汇学习水平和英语专业能力。为克服传统的直接法背单词枯燥乏味的缺点，该系统包括两种趣味练习方式：一是单词填字游戏，二是单元词汇小测。在填字游戏中，系统根据本单元单词表随机生成一个纵横交错的空白词汇阵，学生点击空白的单词条，即可在右方看到中文意思，根据中文释义、字母数量和已填好的字母，学生需要推断出该词的正确拼写以完成游戏。单词填字游戏界面如图1所示。在小测验中，学生需要听音、写义、选词，即系统根据单词词汇表随机出题，学生根据发音正确拼写单词，并在四个中文选项中选择正确释义。每位学生做题顺序不同，且四个中文选项的顺序随机，从而有效地防止抄袭。单元词汇小测验的界面如图2（见下页）所示。

学生提交答案后，系统自动评分并会及时反馈，学生可以根据反馈情况再次练习。

一个单词最重要的元素就是拼写和发音。英语单词是表音文字而非象形文字，单词是语音、意义和语法特点三者统一的整体[14]，发音和拼写就像硬币的正反面密不可分，单词拼写可以从发音中寻得规律，记住单词的发音后，单词的拼写会更加简单。林至诚等人[15]发现音频输入有助于参与者在两周后回忆起新单词的意思，并减少他们学习新单词的认知负荷。因此相比于传统的移动辅助语言学习系统，智能教学系统强化了发音部分，使学生眼、脑、手、耳并用，更好地记忆单词。

（二）智能教学系统在英语教学中的常态应用设计和实施

某工科高等院校的公共英语课“大学英语教程读写译”是为大一新生开设的一门必修课，在2020—2021学年中，英语教师将智能教学系统整合到课程教学中，实现了常态化应用。为此，该系统为上学期和下学期各8个单元中的每个单元都设计了2个活动，即1个小测试和1个填字游戏，小测验是每个单元的必修内容，填字游戏则可以选择性完成。

为了对学生在课程整合前后的词汇掌握度进行比较，在每个学期初和学期末都分别设计了前测和后测，其内容相同，都包括50个单词或短语的听音、选义、拼写的小测验。50个单词为该学期8个单元所有单词的随机组合，每个单元至少含有1个单词短语，每题2分，满分100分。不同于每单元后的小测试和填字游戏，前测和后测限半小时完成，且只能做一次。

综上，该系统为每个学期提供的词汇练习活动共18次。

该高校13个班级的508位同学都有智能手机，也都能通过4G或者5G等方式上网，并通过浏览器、特定的用户名和密码访问智能教学系统。教师介绍了系统功能，并要求学生与教学进度同步、自愿使用系统进行词汇学习和练习，可以在课上教师指定的时间范围内使用，也可以在课后继续使用。为了激励学生珍惜时间、集中精力，系统设定学生只能在指定的时间内完成每周的练习，如周一的上午8点到晚上10点。

教师可以通过后台访问、下载学生的得分、错误情况、用时等数据，并用于学生学习情况分析和指导后续的教学设计。

三、实验发现

实验结束后，共收集到从2020年9月到2021年6月一学年的平台学习有效数据485条。经过数据清洗，最后得到的总样本量为241条。基于学生在前后测和所有单元测试中的参与度，将学生划分为实验组和对照组：上、下学期都参与了前后测、且两学期参与单元词汇小测次数在3次及以上的学生为实验组，共78名；其余为对照组，共163名。

本研究检查了前测成绩、后测成绩和期末成绩等数据的分布情况，结果均呈正态分布，因此可以用t检验进行统计检验和分析数据。

（一）实验组和对照组在线学习活动行为的差异比较

实验组和对照组使用该智能教学系统学习的行为差异包括三个方面：参与活动次数、所有活动的总得分、所参与活动的平均成绩。在上学期中，实验组参与活动次数、所参与活动平均成绩、参与活动总得分三项指标的均值±标准差分别为10.68±2.09、79.36±10.11、856.04±225.31，而对照组参与活动次数、所参与活动平均成绩、参与活动总得分三项指标的均值±标准差仅分别为8.21±2.65、72.30±13.60、613.27±255.67；在下学期中，实验组参与活动次数、所参与活动平均成绩、参与活动总得分的均值±标准差分别为9.32±2.16、82.70±10.63、776.36±231.40，而对照组参与活动次数、所参与活动平均成绩、参与活动总得分的均值±标准差仅为7.05±2.13、81.0±17.97、591.78±215.10。在上学期和下学期，实验组相对于对照组而言，人均参与活动的次数分别多了2.13和2.28，平均成绩分别高了7.07和1.63，总分分别多了242.77分和184.58分，两组独立样本t检验的p值均小于0.01，这说明实验组同学参加单元练习数量较多且较为认真。无论是上学期还是下学期，实验组和对照组学生在参与活动次数、所有活动的总得分两方面的表现行为差异均非常显著（p<0.01）。

如果根据上下两学期参与活动总次数、所有活动的总得分、所参与活动的平均成績3个维度进行统计，实验组相对于对照组而言，人均参与活动的次数多了4.74次、平均成绩高了2.66分、总分多了427.34分，两组独立样本t检验的p值均小于 0.01。这表明整个一学年中，两组的总体差异在统计意义上仍然非常显著。

因此，按照这种自然试验方法进行的分组是有意义的，实验组在参与系统活动的频次、总得分的均值上都显著高于对照组。

（二）实验组和对照组在常规考试中的成绩变化比较

为了探究学生常态使用该系统对其常规考试成绩是否有帮助，我们收集了学生在参加实验前的考试成绩和两个学期末的考试成绩，然后进行实验组和对照组之间的独立样本t检验，并计算实验组相对于对照组成绩差异的效果量。

结果表明，实验前考试成绩、上学期期末、下学期期末成绩的均值±标准差分别为95.28±14.73、71.30±11.08、62.62±9.96，而对照组实验前考试成绩、上学期期末、下学期期末成绩的均值±标准差分别为95.20±14.73、69.33±10.73、59.55±10.22，两组成绩均值的差异从实验前考试成绩的0.08分，增加到第一学期期末的1.97分和第二学期期末的3.07分，差距逐渐拉大；两组独立样本t检验的p值从实验前考试成绩的0.97，减小到第一学期末的0.192和第二学期末的0.03，说明这种差异性从实验前的不显著到实验中的边缘显著、再到实验结束时的显著水平，不断增加。也就是说，使用该系统时间越长，实验组和对照组的学生在常规考试中的差异越大。

（三）常规考试单项成绩分析

学生英语常规考试包含听力、词汇、写作、阅读、翻译共五个单项的内容。为考察该系统对这些单项能力的提升效果，本研究比较了实验组每次期末考试中每个单项占比的变化情况，单项占比定义为单项得分占总成绩的百分比。

实验组学生所有的单项占比中，提高最显著的是听力单项占比，由上学期的20.35%提高到下学期的23.54%，两次测试的成对样本t检验的p值小于0.01，统计结果十分显著。其次是词汇和写作单项占比成绩的提高。其原因很可能是部分省份听力成绩不计入高考总分，学生的听力能力相比其他單项能力训练不足，因此听力是学生的薄弱环节。而该系统提供的词汇听音功能较好地锻炼了学生的听力，也提高了其词汇能力。

（四）实验组词汇能力的OLAI角度分析

按照表1的词汇能力衡量维度和OLAI定义，本研究考察了实验组78名学生在词汇能力上的变化，包括四个方面：词汇测试成绩及其对应的质量变化、词汇测试用时及其对应的速度变化、词汇能力的数量变化、词汇测试总效果OLAI值的变化。OLAI值包含速度、质量和数量三个维度数值之和，即OLAI=速度（speed）+质量（quality）+数量（quantity）。学生做题越快、完成题目的质量越高、数量越大，则该学生成绩越好，这与我们平时对学生表现的认知是一致的。

在上、下两个学期，从前测到后测，实验组在测试成绩、质量、速度、OLAI总值四个方面的均值±标准差，从前测到后测的变化差异及其统计显著性t检验结果如表2（见下页）所示。图3（见下页）则进一步用折线图形象直观地刻画了OLAI总值及其三个维度的时序变化。下面分别阐述。

1. 词汇测试成绩及其对应的质量变化

实验组学生上学期的平均成绩提高了38分，中位数成绩提高了7分，后测相对于前测而言的效果量为2.309，表明有很好的效果；下学期的平均成绩提高了19分，中位数成绩提高了24分，后测相对于前测而言的效果量为0.761，表明有较好的效果。两个学期中，后测相对于前测的t检验的p值均远小于0.01，具有非常显著的统计差异。这说明经过一个学期对该系统的使用，同学们对词汇的掌握程度大大提高。

OLAI值的第一个维度是质量，质量的定义为做题准确率，在该系统中的表现为前后测得分的大小，为了方便与速度和数量进行求和计算，将其标准化为无量纲的实数，即quality = 成绩/满分。实验组上学期后测质量比前测质量平均提高了0.38，下学期平均提高了0.19，效应量的大小分别为2.309和0.761，表明有很好和较好的效果。这个结果和成绩的分析结果完全一致，原因就在于上面有关质量的定义。

2. 词汇测试用时及其对应的速度变化

通过实验过程﹐实验组学生逐渐减少了词汇测试的时间。在第一学期的前测中，学生们平均使用了27.79分钟；但是在后测中，他们平均只用了25.4分钟。在第二学期的前测中，学生们平均使用了27.86分钟；而在后测中，他们平均只使用了25.56分钟。前后测所用时间均值的差异均是负的（—2.38和—2.3），在统计学上都是非常显著的（t检验p值<0.001），且效果量的大小分别是—0.383和—0.354，为小到中等的效果。

OLAI值的第二个维度是速度，速度的定义为相对标准时间的偏离值与标准时间之比，即speed＝（标准时间 －实际完成时间）/标准时间。在该系统中，标准时间为30分钟，有的学生可能会提前完成，用时少于30分钟；有的学生会滞后完成，用时多于30分钟。提前完成的同学，其速度值为正；滞后完成的同学，其速度值为负。速度值越大，做题越快；速度值越小，做题越慢。由表2可以看出，实验组在上下学期的速度变化很大，差异均为正（0.08和0.47），说明学生做题的速度逐步提高，尤其是第二学期，效应量的大小为2.168，表明有很好的效果。速度和测试用时的变化刚好相反，原因在于速度的上述定义。

3. 词汇测试的数量

OLAI值的第三个维度是数量，即做题数量的多少。同样，为了消除量纲的影响，将其标准化为quantity = 做题数量/标准题目数量。在该系统中，对所有学生均给定了相同数量的题目，因此所有人的数量指标均为1。

4. 词汇测试总效果OLAI值变化

将速度、数量、质量三个指标相加，即可得到学生的做题表现OLAI值，OLAI值越高，表明学生在词汇上的总体表现越好。学生经过第一学期和第二学期的学习，OLAI值分别提高了0.46和0.78，且效应量分别为1.684和0.845，为非常好和很好的效果量。

图3通过折线图直观展示了学生的速度、质量、数量三个维度和总OLAI值的时序变化情况。可以看出，在上下两个学期，速度、质量和OLAI值的后测比前测均有明显提升，其中速度则是持续上升。

四、结论和讨论

我们将智能教学系统常态化应用到某高校英语课堂，让学生自愿使用自己的手机和网络访问系统、在一定时间范围内进行词汇练习，进行了整个一学年的自然实验研究。通过分析所收集的系统使用数据，将学生分为实验组和对照组，两组在系统功能使用的频次、得分总值和均值上都呈现出统计意义上的显著差异，证明本研究采用的自然实验分组方法是行之有效的，且不需要改变原来的教学计划，易于操作。

为了考察这次智能教学系统和手机的常态化整合实验对学生英语学习综合表现的影响，我们收集了学生参加实验前的考试成绩、第一学期期末和第二学期期末的成绩。通过t检验等统计方法，发现随着学生使用智能教学系统的时间增长，实验组与对照组的考试成绩差距不断拉大，差距在实验前统计意义上不显著，一个学期后已经显著，一个学年后就更加显著。这充分说明了长期使用该系统的实验组学生在常规考试中的成绩提升明显；该系统不仅提高了学生的词汇能力，还提高了整体英语素质。

对实验组学生的数据分析表明，在两个学期末进行的词汇后测成绩均比学期初的前测成绩大幅提高。借助我们提出的在线学习活动指数模型进一步分析可知，经过一学年的常态应用，总体活动指数及其速度、质量都有了显著提高，其中速度持续上升，即用时不断减少、速度不断加快，词汇掌握的流利度或者自动化水平在显著提升，而词汇深度或者词汇质量也取得了较大进步。进一步比较两个学期的期末考试成绩中各单项所占比例，发现听力部分占比的提高非常显著。这充分表明该系统所提供的发音功能不仅有助于学生调动多种感官更好地记忆词汇，更提高了学生的听力水平。

总之，通过运用智能教学系统加上手机支持的常态化混合式教学，实验组的学生不仅在英语成绩的总体表现上显著优于对照组，而且在词汇掌握的流利度和质量上有较大进步。该进步得益于智能教学系统的词汇习题和填字游戏自动生成功能、即时反馈功能和智能手机的联网和多媒体功能[16]，而该前沿技术的长达一个学年的常态化应用，更加巩固了上述功能对学生词汇学习以及综合能力的促进作用。本研究成果为我国教育在数字化转型中如何将人工智能等前沿技术和设备有机整合到常态教学中提供了有益的参考。

当然，要使记住的词汇更快、更好地成为学习者的心理词汇，学习者还要练习和掌握词汇知识的方方面面，包括与词汇相关的语音、句法、语义和语用知识。这也是语言类智能教学系统未来进一步研究的方向。

基金项目：全国教育科学规划2022年国家一般项目“基于大数据挖掘的学生智能评测和辅导研究”（BCA220208）

作者简介：张誉月（2002 — ），女，河南郑州人，硕士研究生，研究方向为人工智能教育应用；贾积有（1969 — ），男，河南获嘉人，教授、博士生导师，研究方向为教育技术学和人工智能教育应用；黎宇珍（1979 — ），女， 湖北通城人，博士研究生，讲师，研究方向为计算机辅助语言教学。

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（责任编辑 孙兴丽）

Abstract： Smartphones with networking and multimedia functions have become popular among college students in China， and vocabulary learning is still an important and difficult part of foreign language learning. We developed and integrated the intelligent tutoring system CSIEC into the English instruction in a college for one academic year. The students can voluntarily participate in this experiment， learn and practice the required unit vocabularies in the system supported by their mobile phones. Students from 13 classes participated in the natural experiment. Students were divided into experimental group and control group according to their participation in the learning activities in the system. The two groups showed significant differences in activity frequency， total score and average score. By analyzing the students' college entrance examination scores before the experiment and the final scores of the two semesters in the experiment， it is found that the students in the experimental group and those in the control group had the same foundation before the experiment. Throughout the experiment， the academic performance of the experiment students was improved gradually and higher than that of the control group， and the difference was significant at the end of the experiment. Using the online learning activity index （OLAI） proposed by us to measure the vocabulary learning effect of the experiment students， we found that the experiment students not only gradually improved their overall vocabulary mastery， but also made significant progress in both the quality （i.e. organization or depth） and speed （i.e. automaticity or fluency） of vocabulary mastery， among which the speed continued to rise. The results of this study show that the long-term and regular curriculum integration of the intelligent tutoring system and smart phones not only improves the overall level of students' vocabulary and its speed and quality dimensions， but also improves students' performance in routine examinations and enhances their listening ability.

Key words： Intelligent tutoring system; College English; Mobile learning; Vocabulary learning; Curriculum integration