互联网教学对学生认知能力的影响

王永军，杨 真，汤 博

（1.山东大学 经济学院，山东 济南 250100；2.山东管理学院 经贸学院，山东 济南 250307；3.北卡罗来纳大学 夏洛特分校 数学与统计系 28223）

传统理论通常将人力资本简化为受教育年限这一最基本的外壳，并将其作为衡量一国或个体人力资本水平的最常用变量，因此，促进人力资本积累的政策倡议也主要集中在延长个体受教育年限上。我国已步入高等教育普及化时代，进一步延长受教育年限的空间有限。同时，传统的人力资本理论无法解释专业知识与职位不相匹配的“学非所用”问题，即教育如何提高劳动力质量，也无法解释受教育程度相同的个体之间为何存在巨大的收入差异。

新人力资本理论认为教育通过提高个体的认知能力提高劳动者质量，不能有效提升认知能力的教育对于个体发展和经济增长影响有限。认知能力是指人脑加工、储存和提取信息的能力，即人们对事物的构成、性能与他物的关系、发展的动力、发展方向以及基本规律的把握能力。认知能力反映了人所具备的内在能力，是个体成功完成社会活动的重要条件，也是教育提高劳动生产力的关键。因此新人力资本理论认为，认知能力可以作为公共教育产出的合理度量，提高受教育者的认知能力比延长受教育年限更重要。虽然认知能力已引起经济学等各学科的广泛关注，其对个体和经济社会发展的重要影响不断被证实，但是如何通过公共教育提高国民认知能力仍是现有研究的薄弱环节。

国务院于2015年将“互联网+”上升为国家战略，并在国家教育事业发展“十三五”规划中提出积极发展“互联网+教育”。互联网与教育的深度融合，是增强教育创新力和生产力的战略性和全局性变革。教育部在《教育信息化2.0行动计划》指出，“教育信息化2.0行动计划是推进“互联网+教育”的具体实施计划”，“必将成为提高教育质量的有效手段”，同时要“强化以能力为先的人才培养理念”。认知能力既反映了个体所具备的内在能力，又是教育产出的合理度量，因此教育信息化能否提高学生的认知能力，可以作为其是否践行能力为先的育人理念、是否提高教育质量的合理标志。由于信息技术本身并非教育质量提高的充分条件，还须有机地渗透到教学过程当中，与教学过程全面深度融合。因此本文旨在探讨互联网教学对学生认知能力的影响，以为信息化与教育深度融合、为更大程度上发挥公共教育在促进人力资本积累，提高劳动力质量，支撑高质量发展等方面的作用提供理论支撑和经验对策。

1 文献综述

1.1 认知能力提升的经济社会影响及机制

认知能力是个体参与经济社会活动的必要投入要素，从而会对其产生长期和深刻的影响。认知能力的提升有助于提高个体的最终教育成就和教育回报率[1]、有助于提高个体职业地位和劳动收入、有助于提高家庭金融市场参与率和投资收益[2]、有助于提升个体健康水平、有助于提升居民的创业概率和创业收入、有助于缓解金融排斥，提高融资可能性、有助于降低个体吸烟、吸毒、犯罪、早孕概率[3]。

总体来看，认知能力更高的个体具有更大的潜能[2]，发现问题、解决问题的能力更强，快速学习新知识、认知新环境的能力更强，因此更具生产力。具体来看：认知能力较高的个体能够更加精确的计算预期风险，投资决策失误的概率更低，具有更强的收集、整理和分析信息的能力[4]，具有更高的决策能力和资源配置能力，在连续博弈中选择合作策略的概率更大，更容易构造高质量的人际网络，弥补初始资源的不足[5]。

1.2 互联网教学对学生认知能力的影响

教学是知识和能力传授的核心路径。目前，关于互联网教学对学生认知能力影响的实证文献较少。有学者探讨了学生使用互联网对学业成绩的影响，但研究结论并不统一：有些研究得到了较为积极的结论，Jackson（2006）的结果表明，浏览网页有助于提高美国学生的GPA成绩[6]。但是也有研究得到了不确定的结论，陈纯槿和顾小清（2017）基于PISA上海数据的分析认为，互联网对成绩的影响与学生的互联网使用偏好有关[7]。还有学者得到了否定的结论，方超和黄斌（2018）的研究表明，互联网使用抑制学业成绩[8]。上述文献与我国正在推行的教育信息化存在较大差异，而且大都以学业成绩为研究对象，因此无法从中推断互联网教学对学生认知能力的影响。

1.3 互联网教学对学生认知能力的影响机制

学者们探讨了使用互联网对个体认知能力的影响机制，但研究结论也不统一。有学者认为互联网使用有利于提高用户的认知能力。Granic&Lamey（2000）认为，互联网的自组织性有助于增强用户认知的灵活性、多样性和批判性，引导用户的思维模式从线性向非线性转变[9]。Fitz&Reiner（2016）的分析表明互联网及硬件设施的信息储存功能和方案即时供给功能有助于提高用户的分析能力[10]。也有学者认为过度或不当使用互联网不利于青少年认知能力发展。如Hadlington（2015）的结果表明，互联网使用不当会降低用户的记忆力和注意力，从而导致认知失败[11]。生理学、医学、心理学研究也认为过度使用互联网通过影响用户睡眠模式、记忆力、情绪管理能力、注意力集中度、决断能力、社会互动、视觉信息处理、对外界的反应速度、电磁辐射暴露影响其认知能力发展。

上述文献侧重于个体使用互联网，与互联网教学并不完全相同，但是目前很少有文献探讨互联网教学对学生认知能力的影响机制。为数不多的研究，如姜强等（2018）的结果表明，网络学习空间中支持自主型教授风格显著提高学生的学习投入[12]。相反的结论，如 Risko（2013）的结果表明，在互联网教学方式下，学生的出勤率和认真程度均有所下降[13]。然而上述文献并非以认知能力为研究对象。

关于认知能力的研究，多以定性描述和理论探讨为主，并认为互联网教学有利于促进学生的认知能力发展，但大多并未基于现实数据严格论证。张生等（2018）以华西小学为例，探讨了“互联网+语文教学”对学生思维发展的影响[14]。第一，互联网教学更加注重学生的个性发展，有助于学生自主探索创造。第二，基于网络的批判性阅读以及学伴之间的互动和互评，有助于学生认知自身不足，博采众长，提高创新能力和批判性思维。第三，互联网阅读有助于建立学生与他人、社会、自然、科技和环境之间的广泛链接，这是学生进行批判性创造的基础，有利于促进学生社会化能力发展。因此他们认为，“互联网+语文教学”有利于促进学生的认知能力等高阶思维发展。何克抗（2019）以互联网“教与学”平台为例，探讨了互联网教学在技术方面的应用对学生的影响[15]。第一，网络直播平台通过“同步课堂”、“外地名师课堂”等教学形式，有助于贫困偏远地区的学生同步享受本地甚至全国的优质教育资源，通过“专递课堂”等形式，有助于后发地区学校开齐音乐、体育和美术课程，提升学生的人文素养，促进学生全面发展。第二，以“生成”、“进化”、“适应”、“社会认知”等全新理念为支撑的学习元平台，通过知识内容进化版本对比、全文批注、资源讨论与评价、社会知识网络、社区学习与交互、知识网络可视化、社会知识网络可视化、多维评价结果展示等功能，有助于支持学生进行深度学习，促进学生个性化学习能力和适应性学习能力发展。作者认为，互联网教学具有极强的联通性、协同性和交互性，对于推动适应性教学、个性化学习、科学评估和精确管理等教育变革和创新具有前所未有的优势。

可见，现有文献关注的重点在于学生使用互联网而非互联网教学、在于学业成绩而非认知能力。虽然少数学者通过案例分析认为互联网教学可能有利于学生的认知能力发展，但目前缺乏严格的计量检验。公共教育是提高国民认知能力的重要途径，而且可能是最重要的途径[2]。因此，有必要研究互联网教学对学生认知能力的影响，这对于评估教育信息化的实际成果，对于进一步指导互联网与教育深度融合，对于充分发挥公共教育在促进人力资本积累中的作用具有一定的现实意义。

2 研究设计

2.1 数据来源和变量选择

本研究使用由中国人民大学设计并负责实施的中国教育追踪调查（CEPS）基线数据。该调查以人口平均受教育水平和人口比例作为分层变量，根据多阶段概率与规模成比例的抽样方式，首先从全国范围内随机抽取28个县级单位作为调查点，然后从入选的县级单位中随机抽取112所学校，最后每所学校分别抽取2个7年级班和2个9年级班，所选班级19487名学生全体入样。CEPS对全体被调查学生及其家长 （监护人）、班主任和任课老师、学校负责人进行了详细的问卷调查。

特别的，CEPS提供了学生的认知能力测试得分，该测试并不涉及与所学课程相关的具体记忆性知识，而是着重测量学生的逻辑思维和问题解决能力，包含语言、图形、计算与逻辑3个维度11个构念，具有全国标准化和国际可比性的特点，并采用三参数IRT模型对测试原始得分进行了标准化处理。CEPS调查了任课老师 “您在给所调查班级教学的时候，是否使用互联网”，备选答案包括从不、偶尔、有时、经常、总是5个。因此，本文以标准化认知能力测试成绩为因变量，以互联网教学作为自变量，探讨教育信息化对学生认知能力的影响。

2.2 模型设定与内生性处理

本文的总体模型如下：

其中，cog表示学生的认知能力标准化测试成绩，用于衡量学生的人力资本。intedu表示互联网教学，若所在班级采用了互联网教学形式，则intedu取值1（处理组），否则为0（控制组）。α表示与控制组相比，互联网教学对学生认知能力的影响。control表示控制变量，由学生特征和家庭特征构成。学生特征包括：性别（女生取值为1，男生为0）、民族（汉族取值为1，其他民族取值为0）、来本县（区）的年龄、是否独生子女（是取值为1，否取值为0）、是否有独立的书桌（有取值为1，无取值为0）。家长（家庭）特征包括：父亲受教育水、父亲职业、本学期的课外辅导费用、家人是否辅导孩子功课(是取值为1，否取值为0)、对孩子的教育期望、对孩子的成绩要求、家庭藏书量、家庭收入、家庭所在区域、家庭是否有电脑和网络。此外，本文还控制了班级固定效应，以控制班级人数、师资状况、生均经费、年级、区位等班级以及班级所属学校和县区等特征。

为探讨互联网教学频率对学生认知能力的异质性影响，我们进一步拓展模型（1）：

其中，intedulow表示低频率的互联网教学，若任课教师偶尔或者有时采用互联网教学，则intedulow取值1，否则为0。inteduhigh表示高频率的互联网教学，若任课教师经常或者总是采用互联网教学，则其值为1，否则为0。α1表示与未采用互联网教学的班级相比，低频率的互联网教学对学生认知能力的影响，α2表示与未采用互联网教学的班级相比，高频率的互联网教学对学生认知能力的影响。

为进一步探讨其他因素对互联网教学效果的影响，本文对模型（1）进行如下拓展：

factor为可能影响互联网教学效果的学校特征、教师特征、家庭特征。η表示上述特征对互联网教学效果的影响。

若直接对上述模型进行回归分析，可能存在内生性问题，主要表现在择校和分班两个方面。若成绩较好的学生倾向于入读较好的学校①，或者学校对学生按成绩分班，同时较好的学校或班级更倾向于采用互联网教学模式，那么我们很容易得出互联网教学提高学生认知能力的结论。所以我们在实证过程中对部分样本进行了剔除：首先根据家长问卷中问题C2：“为了让孩子上这所学校，您家有没有做下列这些事情”，备选选项包括找朋友帮忙、送礼、购买学区房等8种方式，我们剔除了具有以上8种常见择校行为的样本。第二，根据学校管理人员问卷问题E15、E16和E17“学校对新生编排班级的标准是什么”、“本学期开学以后，学校是否将八年级/九年级学生重新分班”、“分班是否根据成绩”把按成绩进行分班的学校样本剔除。此时，学生所在班级是否采用互联网教学模式，完全取决于教师、学校或管理部门，对学生而言是外生的，模型（1）和模型（2）能够有效识别互联网教学与学生认知能力的因果关系。此外，由于班级内部学生之间具有较强的关联性，普通标准误可能高估系数显著性，因此本文使用班级层面的聚类标准误。最后，本文通过分别更换估计方法、认知能力变量标进行稳健性检验。

3 计量结果及分析

3.1 总体分析

表1报告了互联网教学对学生认知能力的总体影响。方程（1）表明，若数学老师采用互联网教学，学生的认知能力标准化得分提高约0.41分。总体来看，互联网与三科教育的融合均有助于提高学生的认知能力。

表1 互联网教学对学生认知能力的影响

从控制变量来看，父亲受教育程度、对子女的教育期望、对子女的学业要求、家庭藏书量与学生的认知能力正相关，而且与女生相比，男生的认知能力较高。多数班级虚拟变量较为显著，这表明班级及其所属的学校和县区特征对学生的认知能力具有重要影响。

认知能力是新人力资本理论的核心概念之一，能够解释个体绩效差异的55%[16]，同时也是经济社会发展的原动力。我国的教育信息化有力的促进了学生的认知能力发展，从而有助于提高我国劳动力质量、促进我国人力资本积累。不仅如此，认知能力也可以合理地度量教育产出。因此，我国的教育信息化有效的提高了教育质量和教育产出，总体上较好的践行了能力为先的教育理念。

3.2 互联网教学频率越高越好吗？

表2报告了互联网教学频率对学生认知能力的影响。方程（4）的结果表明，低频率的互联网教学提高学生认知能力标准化得分约0.41分，仅比高频低0.034。而且在方程（5）中，高频率可能并不利于学生的认知能力发展。上述结果意味着，在数学和英语教学中，高频互联网教学尚未实现报酬递增，甚至可能会出现副作用。

表2 互联网教学频率对学生认知能力的影响

教育信息化在我国尚处于起步、摸索阶段。《教育信息化2.0行动计划》指出，我国目前仍然存在 “信息化学习环境建设与应用水平不高，教师信息技术应用能力基本具备但信息化教学创新能力尚显不足，信息技术与学科教学深度融合不够”的问题。比如与以教师为中心的传统教学模式不同，互联网教学模式更加强调学习自主性，这就需要教师激励风格进行相应转变，但这种转变可能在目前尚未完成。因此，当前应进一步推动信息化与教育深度融合，不断提高教师信息化教学水平以及学生在信息化环境下的学习能力。

3.3 交互作用

3.3.1 互联网教学与教师特征的交互作用

表3报告了教师学历和年龄对互联网教学效果的影响。学历为二值变量，以任课老师学历表示，若为成人高等教育大学本科及以下，则取值为1，若为正规高等教育大学本科及以上则为0。交互项系数表示，与高学历的任课老师采用互联网教学相比，低学历任课老师对学生认知能力的影响差异。从结果来看，教师学历的系数均显著为负，这表明较低的师资会制约学生的认知能力发展。但是在方程（7）-方程（9）中，交互项系数均显著为正，这表明与高学历老师相比，较低学历老师采用互联网教学对学生认知能力发展的边际影响更大。因此，教育信息化有利于弥补师资不足，两者具有替代性。在传统教学模式下，高学历老师对知识点的讲解可能更加深入浅出，也可能更有能力延申和拓展课本知识，从而更有利于学生发展。信息化为低学历老师提供了丰富的教学案例以及向名师学习教学的机会，而且互联网的链接性也有利于弥补低学历老师知识面的不足。因此，低学历老师采用互联网教学对学生认知能力发展的边际效果更大。

表3 互联网教学与教师学历的交互效应

从低学历教师分布来看，以班主任为例，东部地区校均1.72个、中部地区3.2个、西部地区2.08个；农村和乡镇地区2.49个、城市中心和城市边缘以及城乡结合处1.82个。因此，教育信息化可能会弥补农村地区和中西部地区人力资本培育短板，这会通过提高劳动力质量，促进我国经济长期增长。

教师年龄为连续变量，以数学教师为例，最小值为 22，最大值为 61。方程（10）-方程（12）中，交互项均显著为负，这意味着互联网教学效果随教师年龄递增而减小。年龄较大的教师与信息化的融合程度较低，采用互联网教学反而可能会限制其能力发挥。因此，在推动教育信息化的过程中，要注重加强老年教师的信息化素养，进一步提高信息化授课效果。

3.3.2 互联网教学与学校特征的交互作用

表4报告了信息化硬件对互联网教学效果的影响。信息化硬件以学校是否有供学生使用的电脑表示，若有则取值为1，若无则取值为0。

表4 教育信息化与信息化硬件的交互作用

从交互项来看，与无公用电脑的学校相比，有公用电脑的学校更有利于学生的认知能力发展，这可能是因为公用电脑有利于提高学生的信息技术应用能力，因此互联网教学与学校信息化设施具有互补性。而且在方程（15）中，互联网教学的系数为负，因此在尚未配置公用电脑的学校引入互联网教学，甚至不利于学生发展。所以应逐步增加学校互联网、公用电脑、智能设备、生用平板供给，以更好地促进信息化与教育深度融合。

表5报告了互联网教学与学校所处地区类型和区域类型的交互作用。地区类型为虚拟变量，若学校位于农村或乡镇则为1，若位于城市中心、城市边缘或城乡结合处则为0；区域类型同样为虚拟变量，若学校位于中西部地区则为1，若位于东部地区则为0。交互项系数大多显著为负，这意味着互联网的教学授课效果在中西部学校、农村和乡镇学校较差②。因此，互联网教学可能会扩大城乡学校间、区域学校间教育质量差异。

表5 教育信息化与地区和区域类型的交互作用

3.3.3 互联网教学与家庭特征的交互作用

一方面，互联网教学对学生认知能力的影响可能与家庭信息化相关。从本文的样本数据来看，在无电脑和网络的家庭中，农村家庭占79.53%；在中西部地区，45.01%的家庭无电脑和网络，而在东部，仅为19.60%；58.54%的经济困难家庭无电脑和网络，而在富裕家庭中仅占18.15%。若两者呈替代关系，则互联网教学有助于缩小不同家庭间子代的认知能力差距；若两者呈互补关系，则可能会引致更大的差距。另一方面，教育信息化对城乡学生认知能力的影响也可能存在异质性。根据表3的估计结果，互联网教学与授课教师学历具有替代关系，因此可能对农村学生的影响更大；但是因为农村学校信息化硬件设施配套不足、城乡家庭资源差异、城乡学生互联网使用偏好差异，互联网教学对农村学生的影响也可能相对较小。

表6报告了家庭信息化和居住区域对互联网教学效果的影响。家庭信息化为二值变量，若家庭无电脑和网络则取值为1，有电脑和网络则取值为0。居住区域同样为二值变量。若学生家庭所在地为乡镇或农村，则居住区域为1，若所在地为城市中心、城市边缘或城乡结合处，则为0。从方程（22）-方程（27）来看，互联网教学的系数均显著为正，因此有助于学生的认知能力发展，这与前文的估计结果一致。但是交互项系数均不显著，因此家庭信息化差异和城乡差异并不会影响教育信息化效果。

表6 教育信息化与家庭特征的交互作用

3.4 稳健性检验

学业成绩是认知能力的重要体现[8]，CEPS同样报告了学生的数学、英语和语文考试成绩。我们首先将三门课程成绩加总，然后在年级层面进行排序 （不同学校、不同年级的分数不具可比性），以最高分为第1名，次高分为第2名，依次类推，排序数值越小，学生的成绩越好，最后使用年级排名作为学生认知能力的代理变量，再次对模型（1）进行估计。表7的结论同总体分析部分结论一致，互联网教学显著提高了学生的年级排名，因此上文的估计是稳健的。

表7后两列以班主任老师是否采用互联网教学进行稳健性检验。同特定的任课老师不同，班主任老师所授科目具有多样性，在438个班级中，有127位教授数学、109位教授英语、123位教授英语、79位教授其他科目。方程（31）以认知能力标准化分数为因变量，方程（32）以年级排名为因变量。可见，班主任互联网教学显著提高了学生的认知能力，这再次表明本文的估计结果是稳健的。而且表7的结论可能更具普遍性：与所授科目无关，互联网教学均有助于促进学生的认知能力发展。

表7 更换度量指标的的稳健性检验

表8使用家长工作之余的平均上网频率和学生课余上网的时间作为互联网教学的工具变量，在剔除择校和分班行为的基础上，使用二阶段最小二乘（2SLS）进一步进行了稳健性检验。其中，不可识别检验的原假设为工具变量不可识别，表中报告的是Kleibergen-Paap rk LM统计量所对应的P值。弱工具变量检验的原假设为工具变量与内生解释变量无关，表中报告的是F统计量所对应的P值。过度识别检验的原假设为所有工具变量均外生，表中报告的是Hansen J统计量对应的P值。从检验结果来看，本文选取的工具变量不存在不可识别和弱工具变量问题，同时均具有外生性，因此是合理的。从估计系数来看，三门学科任课老师的互联网教学均有利于促进学生的认知能力发展，因此前文的估计是稳健的。

表8 更换估计方法的稳健性检验

4 结论

经济学等各学科的研究基本表明，认知能力对个体和经济社会发展具有重要作用。然而如何提高个体进而国民的认知能力仍是现有研究中的薄弱环节。我国正在推行的教育信息化2.0是推进“互联网+教育”的具体实施计划”，坚持以能力为先的人才培养理念，旨在提升教育质量，促进学生全面发展，实现教育现代化。认知能力是教育产出的合理度量，而且与学历相比，更能体现个体的人力资本。因此本文检验了互联网教学对学生认知能力的影响。

总体而言，无论是数学、英语或语文老师采用互联网形式教学，均显著提高了学生的认知能力。因此教育信息化践行了能力为先的培养理念，有效的提升了我国的教育质量和教育产出，有利于促进人力资本积累。但是总体而言，高频率的互联网教学尚未实现报酬递增，而且互联网授课效果随教师年龄提高而降低，因此应继续提高教师，尤其是“老教师”的互联网授课能力以及学生在信息化环境下的学习能力，进一步推动信息化与教育深度融合。互联网教学与教师学历呈替代关系，因此有利于减轻师资对学生人力资本积累的影响。同时与学校信息化设施呈互补关系，这意味着在推动互联网教学的同时，应加强校内网络、公用电脑、生用平板等硬件设施建设。需要引起注意的是，目前阶段，互联网教学可能会扩大城乡学校间、区域学校间学生的认知能力差距，其中的原因即可能是互联网运用偏好差异，也可能是家庭或学校资源差异，尚需进一步探讨和验证，以在更大程度上促进学生人力资本积累。

注释：

①学业成绩是认知能力的重要体现。

②虽然英语老师互联网教学有助于提高青少年的认知能力测试成绩，但是与数学老师和语文老师相比，交互项的绝对值较小，因此互联网教学在农村地区的效果整体而言较小。