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多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 浙江大学硕卜学位论文 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 摘要 多媒体教学界面的良好设计是提高学习者学习绩效的关键。在多媒体学习环境中，学习 材料往往有多重表征。多重表征的相互作用容易产生较高的认知负荷而影响学习，这时提供 适当的帮助可以帮助学习者在多重表征中建立参照性联系，形成聚合心理表征而提高学习绩 效。本研究试图对多媒体教学界面设计中提供适当帮助来提高学习者的学习绩效进行实验探 索，以期为多媒体教学界面设计提供工效学依据。 本研究包括两个实验：实验一为多媒体教学界面设计中帮助形式的实验研究，探索当学 习目标不同时，对不同水平先前知识的学习者来说，哪种帮助形式是最好的。实验二为多媒 体教学界面设计中帮助呈现方式的实验研究，探求帮助以什么方式呈现能给学习者带来最好 的学习绩效。 本研究获得以下主要结论： 1 定向帮助对回忆绩效有效，非定向帮助对理解绩效尤其有效。这个效果受学习者先 前知识水平的影响。 2 定向和非定向帮助对不同水平先前知识学习者有不同的效果，中、高先前知识学习 者从这两种帮助中获得的支持要高于低先前知识学习者。 3 当以视觉方式呈现学习材料时，学习绩效的总体趋势是帮助信息以听觉呈现时为最 好，视觉呈现为其次，视听呈现为最差。 4 帮助信息的呈现方式对不同学习绩效的影响不同，定向帮助的不同呈现方式在回忆 绩效上差异显著，非定向帮助的不同呈现方式在理解绩效上差异显著。 关键词；认知负荷聚合心理表征定向帮助非定向帮助 第2 页 兰堡竺塾兰墨重! 望塾查茎墅兰翌塑塾墅堕堕堑窒 塑里查兰堡! ：兰些堡苎 a s t u d yo ne f f e c to fh e l p f o r m a to nl e a r n i n gp e r f o r m a n c e i nm u l t i m e d i ai n s t r u c t i o ni n t e r f a c e a b s t r a c t m u l t i m e d i ai n s t r u c t i o ni n t e r f a c ed e s i g n e dw e l li sv e r yi m p o r t a n tf o ri m p r o v i n gl e a r n e r s p e r f o r m a n c e i nm u l t i m e d i al e a r n i n ge n v i r o n m e n t s ，l e a r n i n gm a t e r i a l su s u a l l y h a v em u l t i p l e r e p r e s e n t a t i o n s i n t e r a c t i o no fm u l t i p l er e p r e s e n t a t i o n se a s i l yl e a dt oh i g h e rc o g n i t i v el o a da n d l o w e rp e r f o r m a n c e a tt h i st i m e ，s u i t a b l eh e l pm a yh e l pl e a r n e rc r e a t er e f e r e n t i a lc o n n e c t i o n s b e t w e e nm u l t i p l er e p r e s e n t a t i o n s ，c o n s t r u c tac o h e r e n tm e n t a lr e p r e s e n t a t i o n a n di m p r o v e l e a r n e r s a c h i e v e m e n t s t h i ss t u d yi n t e n d st op r o v i d es o m ee r g o n o m i c sg u i d e l i n e sf o ri n t e r f a c e d e s i g nt h r o u g hr e s e a r c ho ug i v i n gs u i t a b l eh e l pi nm u l t i m e d i a i n s t r u c t i o n i nt h i ss t u d y ，t w oe x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e d t h ef i n , s to o ew a sar e s e a r c ho ff o r mo fh e l p i nm u l t i m e d i ai n s t r u c t i o ni n t e r f a c ed e s i g n t h es e c o n dw a sar e s e a r c ho fp r e s e n t a t i o nf o r m a to f h e l pi nm u l t i m e d i ai n s t r u c t i o ni n t e r f a c ed e s i g n t h em a i nf i n d i n g so ft h i ss t u d ya r ea sf o l l o w s ： 1 d i r e c t i v eh e l pi se f f e c t i v e f o rr e c a l lp e r f o r m a n c e ，n o n - d i r e c t i v eh e l pi se f f e c t i v ef o r c o m p r e h e n s i o np e r f o r m a n c e 2 l e a r n e r s w i t hd i f f e r e n t l e v e l so f p r i o r k n o w l e d g es h o w d i f f e r e n tr e a c t i o n s w h e nh e l p i s g i v e n l e a r n e r sw i t ham e d i u ml e v e lo fp r i o rk n o w l e d g ea n dw i t hh i g hl e v e l so fp r i o r k n o w l e d g eh a v em o r es u p p o r t i v ef r o md i r e c t i v eh e l pa n dn o n - d i m c t i v eh e l pt h a n l e a r n e r sw i t hl o wl e v e lo fp r i o rk n o w l e d g e 3 w h e np r e s e n ts t u d ym a t e r i a li nv i s u a lm o d a l l t y ，t h el e a r n i n gp e r f o r m a n c et r e n dw a s ： t h el e a r n e r s p e r f o r m a n c ew a sb e s t ，w h e nh e i pi na u d i t o r ym o d a l i t yp r e s e n t a t i o n ， s e c o n dw a sv i s u a lm o d a l i t yp r e s e n t a t i o n ，t h el a s to n ew a sv i s u a l a u d i t o r yp r e s e n t a t i o n 4 p r e s e a t a t i o no fh e l pi n f o r m a t i o nh a dd i f f e r e n ti n f l u e n c eo nd i f f e r e n tl e a r n i n g p o r f o r m a n c e d i f f e r e n tp r e s e n t a t i o no fd i r e c t i v eh e l pd i f f e rs i g n i f i c a n t l yi nr e c a l l p e r f o r m a n c e ；d i f f e r e n tp r e s e n t a t i o no fn o n - d i r e c t i v eh e l pd i f f e rs i g n i f i c a n t l yi n c o m p r e h e n s i o np e r f o r m a n c e k e yw o r d s ：c o g n i t i v el o a d ，c o h e r e n tm e n t a lr e p r e s e n t a t i o n ，d i r e c t i v eh e l p ，n o n - d i r e c t i v e h e l p 第3 页 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩散影响的研究 浙江大学砸士学位论空 l 引言 多媒体技术是基于计算机的以文本、敏述、音响、图片、图表、视频图像和动画等多 种表征形式组合的信息显示技术。以多媒体技术设计的界面使人能够以多感觉通道平行、协 同地接收信息，同时，它呈现的信息既可卢图并茂，生动活泼、形象具体，又可用文本或叙 述阐述抽象的概念或原理，觚而人们普遍认为它能够促进入的信息加工，广大的教育工作者、 父母和学生也都认为多媒体教学改变了传统的由教师口述与板书的单调的教学模式，能够帮 助学生学习。然而，事实并不像人们所期望的那样。应用多媒体的教学不是总能带来好的学 习效果。如l i a o ( 1 9 9 8 ) 考察了3 5 个研究，他的元分析结果表明，总昀来说，基于多媒体 的教学优于传统教学。但是在这3 5 个研究中有】0 个显示了负效应，即传统教学优于多媒体 教学。多媒体教学效果不一致的主要原因是教学界面设计的优劣性。队往多媒体教学界面的 设计主要基于专家的经验或设计者的思想，而不是基于学习者的学习特点即它是“以设计 者为中心”而不是“以用户为中心”。近年来人们越来越认识到要提高多媒体教学的效 果必须依据多媒体环境下学习者的学习特点设计多媒体教学界面，因此，这方面的研究也 日益增多。 1 1 以往研究回顾 1 1 1 多媒体学习环境中如何学的研究 多媒体学习环境与传统的教学环境不同在此特定环境中的学习有新的特点和规律。最 早把关于人是如何学习的理论应用与多媒体学习的研究者是m a y e r ( 1 9 9 0 ) 。在上世纪末他 进行了一系列有关多媒体学习的实验研究，如闪电暴风雨的形成，人的呼吸系统是怎么运作 的，自行车的轮胎泵是怎么工作的等等。m a y e r 艇j 研究集中在词语和图画相组合的多媒体呈 现方式上，如词语和图画结合呈现好还是单一语词或图画好，词语和图画同时呈现好还是继 时呈现好，词语和图画邻近呈现好还是远离呈现好，词语、图画和文本结合呈现好还是语词 和图画结合呈现好等等。他的研究突出了通过良好的多媒体教学方式来帮助学生理解科学系 统是如何工作的目的是要促进建构主义学习，提高学习者的学习能力。在这些研究和他人 研究的基础上，m a y e r 提$ 了基于主动学习、双通道和能量有限的3 个假设的多媒体学习认 知理论。按照这个理论，建构主义学习需要学习者主动投入认知加工，认知加二 出现在视觉 通道和听觉通道中，每个通道的能量都是很有限的。 最近，他又进行了一些这方面的研究，井把多媒体学习认知理论进步理论化和系统化， 建立了以双编码理论、认知负荷理论和建构主义学习理论为基础的多媒体学习认知理论模型 建立了以飘编码理论、认知负荷理论和建构主义学习理论为基础的多媒体学习认知理论模型 第4 页 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 浙江大学硕士学位论文 l 引言 多媒体技术是基于计算机的以文本、叙述、音响、图片、图表、视频图像和动画等多 种表征形式组合的信息显示技术。以多媒体技术设计的界面使人能够以多感觉通道平行、协 同地接收信息，同时，它里现的信息既可声图并茂，生动活泼、形象具体，又可用文本或叙 述阐述抽象的概念或原理，从而人们普遍认为它能够促进人的信息加工，广大的教育工作者、 父母和学生也都认为多媒体教学改变了传统的由教师口述与板书的单调的教学模式，能够帮 助学生学习。然而，事实并不像人们所期望的那样。应用多媒体的教学不是总能带来好的学 习效果。如l a a o ( 1 9 9 8 ) 考察了3 5 个研究，他的元分析结果表明，总的来说，基于多媒体 的教学优于传统教学，但是在这3 5 个研究中有】o 个显示了负效应，即传统教学优于多媒体 教学。多媒体教学效果不一致的主要原因是教学界面设计的优劣性。以往多媒体教学界面的 设计主要基于专家的经验或设计者的思想，而不是基于学习者的学习特点，即它是“以设计 者为中心”而不是“以用户为中心”。近年来，人们越来越认识到要提高多媒体教学的效 果，必须依据多媒体环境下学习者的学习特点设计多媒体教学界面，因此，这方面的研究也 日益增多 1 1 以往研究回顾 1 1 1 多媒体学习环境中如何学的研究 多媒体学习环境与传统的教学环境不同，在此特定环境中的学习有新的特点和规律。最 早把关于人是如何学习的理论应用与多媒体学习的研究者是m a y o r ( 1 9 9 0 ) 。在上世纪末他 进行了一系列有关多媒体学习的实验研究，如闪电暴风雨的形成，人的呼吸系统是怎么运作 的，自行车的轮胎泵是怎么工作的等等。m a y e r 的研究集中在词语和图画相组合的多媒体呈 现方式上，如词语和图画结合呈现好还是单一语词或图画好。词语和图画同时呈现好还是继 时呈现好，词语和图画邻近呈现好还是远离呈现好，词语、图画和文本结合呈现好还是语词 和图画结合呈现好等等。他的研究突出了通过良好的多媒体教学方式来帮助学生理解科学系 统是如何工作的，目的是要促进建构主义学习，提高学习者的学习能力。在这些研究和他人 研究的基础上，m a y e r 提出了基于主动学习、双通道和能量有限的3 个假设的多媒体学习认 知理论。按照这个理论，建构主义学习需要学习者主动投入认知加工，认知加工出现在视觉 通道和听觉通道中每个通道的能量都是很有限的。 最近，他又进行了一些这方面的研究，并把多媒体学习认知理论进一步理论化和系统化， 建立了以双编码理论、认知负荷理论和建构主义学习理论为基础的多媒体学习认知理论模型 第4 页 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 浙江人学硕t 学位论文 ( 见图1 1 ) 。如图1 所示，多媒体教学信息主要以叙述和动画方式呈现；认知主动的学习者 将注意叙述的相关部分( 选择词汇) ，并把这些词汇保持在语词j ：作记忆( 词汇库) 中，同 样地，他们也将注意动画的相关部分( 选择图像) ，并把这些图像保持在视觉工作记忆( 图 像库) 中；接着他们将在词汇问建立心理联系( 组织词汇) ，把它们组织成因果链( 语词心 理模型) ，还将在图像间建立心理联系( 组织图像) ，把它们组织成因果链( 视觉心理模型) ； 最后他们将在视觉与语词心理模型之间及与长时记忆中的先前知识之间建立互为参照的联 系( 信息整合) 。上述加工过程可能会重复出现，而不是遵循固定的步骤。该理论模型强调 了：( 1 ) 在多媒体学习中，视觉和语词材料是在不同的加工系统中加工的，视觉通道最终产 生图表征，语词通道最终产生语词表征；( 2 ) 认知建构取决于学习过程中学习者主动的认知 加工，只有当学习者主动选择相关的词与图信息，把它们组织成聚合的语词和视觉表征并 且把相对应语词和视觉表征及相关的其它知识整合在一起时才出现有意义学习；( 3 ) 视觉和 语词工作记忆的加工能量是严重有限的，因此，若对视觉或听觉通道呈现太多要加工的元素 ( 如太多的词或太复杂的画) ，将会引起认知超负荷而阻碍学习。 图1 - 1m a y e r 的多媒体学习认知理论模型 s e h n o t z 和他的同事们( 1 9 9 4 ，1 9 9 9 和2 0 0 3 ) 也开发了多通道主动认知加工的多媒体学 习理论。他们认为，在多媒体学习期间，由尖端教育技术提供的外部表征与在这样的教学条 件下学习者建构的内部表征之间发生复杂的交互。与m a y e r 一样，这些作者假设学习者以面 向任务的方法主动选择、组织和整合词和图信息，从而建构适合于预期要求的心理表征。与 m a y e r 不同的是，他们区分了描述表征( d e s c r i p t i v er e p r e s e n t a t i o n ) 和描绘表征( d e p i c t i v e r e p r e s e n t a t i o n ) 。描述表征是由符号加工产生的。而描绘表征是由模拟的结构映射产生的。 由于图画允许给定的主题材料以各种不同的方法可视化，所以一幅图所用的特殊的可视化形 式会影响所产生的心理模型结构及该模型对特殊学习任务的效率。这样，给文本加图画对学 习未必一定有益，如果与学习任务匹配不好的话，会产生负效应。这就是说，对任务适宜的 附图将支持学习，而对任务不适宜的附图将干扰构建有效的心理模型而妨碍学习。因此，多 媒体教学界面的设计应该促进外部与内部表征之间的适宜交互。 第5 页 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 浙江丈学硕f 二学位论文 1 1 2 多媒体学习环境中的认知负荷的研究 随着多媒体学习研究的深入，人们越来越意识到，用多媒体呈现知识的两面性，一方面 是多重表征可以相互补充从而提高学习绩效，另一方面是多重表征也会竞争认知资源，而人 的认知资源是有限的，当由此导致超出人的认知能量限度时，就会出现多媒体呈现的负效应。 因此对多媒体学习中学习者的认知负荷( c o g n i t i v el o a dc l ) 问题越来越受到众多研究者的 关注。 1 1 2 1 多媒体学习中的认知负荷理论的研究 当前许多研究者指出了用认知负荷理论( c o g n i t i v el o a dt l a e a r yc l t ) 指导多媒体教学界 面设计的重要性。c l t 的一个主要假设是人的工作记忆只有有限的能量。在学习时学习者 将大部分认知资源分配给学习活动，然而在许多情况中不良的教学形式引起了学习者超负 荷。因此应该减少这些无关负荷，使学习者能将更多的可用能量用于实际的学习。 c l t 的概念是i 扫s w e l l e r 和其他人( 1 9 8 8 ) 在8 睥代末提出来的。k i r s c h n e r 舜j 该理论进 行进一步研究，提出在学习时，学习者的c l ；肯3 个来源：( 1 ) 内部认知负荷( i n t r i n s i c c o g n i t i v e l o a d ，i c l ) ，它与学习材料的性质相联系，当学习材料具有高元素交互性而学习者又未充分 掌握适宜的图式时出现高内部认知负荷。( 2 ) 外部认知负荷( e x t r a n e o u sc o g n i t i v el o a d ，e c l ) ， 它是由教学材料的拙劣设计引起的，指的是加工拙劣设计的教学材料时所做的努力，这种 c 嘣学习没有贡献，而且减少了用于学习的工作记忆能量。( 3 ) 密切相关的认知负荷 ( g e r m a n ec o g n i t i v el o a d ，g c l ) ，指学习中学习者将工作记忆能量投入更深层的图式建构和 存储时产生的c l 。 v a l c k e ( 2 0 0 2 ) 对该理论进行更新，建立了多媒体教学中的认知负荷理论模型。在该模 型中，他提出了元认知负荷( m e t a - - c o g n i t i v e l o a d m c l ) 的概念，他把密切相关认知负荷分 为加工认知负荷和元认知负荷，后者指的是将工作记忆能量投入学习活动的监控和对学习策 略的关注时产生的c l 。图1 2 是v a l c k e 的多媒体教学中的认知负荷理论模型，该模型揭示了 各种c l z 间的关系，并且它将先前知识放入了c l t 中，进而说明c l 与学习者的努力成正比， 而与学习者的能力成反比。 在当前的多媒体教学中存在着一种错误的观念，即假设丰富的多媒体学习环境会引起多 方面的认知加工，从而可产生精细加工的知识结构。这个观点意味着要尽可能从“多”、“丰 富”的角度开发多媒体教学界面，对同一个知识向学习者提供不同通道的各种形式的外部表 征。然而，研究表明不良的多媒体组合会增加学习过程中的e c l ( b e e e u e ，b ，2 0 0 1 ) 。因此。 最佳的多媒体教学界面应能减少e c l ，增加g c l ，并使总认知负荷不超出学习者的工作记忆 第6 页 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 浙江大学硕上学位论文 能量限度。 图i - 2v a l c k e 的认知负荷理论模型 1 1 2 2 认知负荷管理的研究 任何学习过程中，原则上，工作记忆的认知加工能通过呈现某种教学格式而从外部加以 控制的。例如，在教学中人们能够通过呈现某种类型和数量的信息来控制对工作记忆的输入。 另外，学习者也可从内部控制c l ，例如，通过决定学什么和如何学来调节学习过程。通过 理想的教学格式来减少c l ，本身还不能保证学习者将所有的心理资源分配给更深层的图式 建构。因此，对于学习中的c l 管理包括通过适宜教学格式的外部管理和基于适宜的学习者 处理高c l 的策略的内部管理。 关于学习c i 肭外部管理最经典的方法是减少e c l 。例如，s w e l l e r 等人( 1 9 9 8 ) 对常 规的“练习问题”( p r a c t i c ep r o b l e m s ) 与“教过的例题”( w o r k e de x a m p l e s ) 两种学习 方式进行了比较实验。前者就是传统的教学方式，指学习结束后让学习者直接做与教学内容 相关的练习，后者指在学习结束后，让学习者先重新做一遍教过的例题，然后再做相关的练 习。结果表明“教过的例题”方式的训练效率明显较高，因为它们减少了e c l ，但是常规的 “练习问题”方式产生较好的知识迁移。由于随着人的认知年龄增加，工作记忆逐步衰退， v a l lg e r v e n 、p a a s 、v a nm e r r i e n b o e 刚s c b m i d t 认为特别是年龄较大的人可以从“教过的例 题”的训练方式中获得好处。他们的实验结果证实了这个假设，即与常规问题组相比，教过 的例题组中年龄较大的被试的训练效率显著较高。 在多媒体教学上，一些研究者根据实验研究结果提出了一些有效多媒体教学的设计原 则，比如，接近性原则，指应该同时而不是相继地( 时问接近性) ，应该邻近而不是远离地 第7 页 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 浙江大学硕t 学位论文 ( 空间接近性) ，呈现相应的词与图信息；聚合性原则，指应该以支持性而不是装饰性方式 使用多媒体；通道原则，指应该以听觉叙述方式而不是视觉屏幕文本方式呈现语词信息：冗 余性原则，指应该以叙述与图组合丽不是以叙述、图和屏幕文本组合呈现信息。按照这些原 则来设计多媒体教学节目可有效降低e c l 另一种认知负荷的外部管理方法是操作i c l 。i c l 黾学习材料本身固有的，我们虽不能 改变，但能通过适宜的教学设计进行控制。p o l l o c k 、c l l a n d l e r 和s w e l l e f 对学习高复杂度的信 息时的i c l 操作进行实验研究。在他们的实验中有2 种教学方式，第一种方式是将教学分为2 个阶段，在第一阶段提供可进行系列加工的单个元素，这样，由于未呈现整个信息而减少了 i c l ；在第二阶段，所有的信息一次( 即混合地) 呈现，这样使学习者必须在工作记忆中对 这些信息进行同时加工。第二种方式是在一开始就同时呈现信息的所有元素。实验结果表明。 前一种方式显著提高了训练效率和理解绩效。研究者认为，尽管在教学的第一个阶段理解绩 效有所降低。但由于第二阶段的弥补而得到了较好的理解绩效。在教学的最初阶段对缺乏初 步图式( r u d i m e n t a r ys c h e m a t a ) 的初学者来说，使用孤立相互作用元素的程序是一种适宜的 教学技术。但是，这种方法对已经拥有学习主题的复杂图式的有经验的学习者来说，它就无 优越性了。p 0 1 1 0 c k 等人的实验表明了学习者经验在i c l 管理中的关键作用。学习者的先前知 识不同，在学习同样的学习材料时会有不同程度的i c l 。学习材料是否具有是高元素交互作 用的特征，即i c l 是否高，与学习者的先前知识有关。一般而言，只有在高i c l 的情况下， 或者通过适当的e c l 的降低，或者通过人工降低i c l ，才会获得上述c l t 训练格式的效应。 还有一种有前途的c l u b 部管理方法是在把c i 胸总量保持在一定范围内的条件下而增 加g c l 。在低i ( l 或低e c l f 苛况中，应该激发学习者将“未使用”的工作记忆能量用于图式 建构。这可通过优化g c l 来实现，即激发学习者更深入地精细加工学习材料。v a nm e m e n 慨 s c h u u r m = 、d ec r o o c k 和p a a s 的研究体现了将学习者注意再指向( r e d i r e c t i n gl e a r n e r s a t t e n t l o n ) 的思想。这就是说把学习者的注意力从不相关的外部认知加工再指向于相关的图 式建构的密切相关加工中。这个思想主要是基于e ( ：u n g c 啪同时管理。他们进行了3 个实 验，前两个实验分别分析了e a 并g c l 的效应。在第一个实验中，他们发现当用填空问题 ( c o m p l e t i o np r o b l e m ) 学习时由于有效地减少了e c l 而获得有较高的训练效应。在第二个实 验中，他们用高上下文干扰问题的学习增加了g c l 。实验结果表明，这一方法产生了轻微的 高迁移绩效趋势。在第三个实验中，他们把两个准则同时组合到一个训练措施中，以此试图 把学习者的注意力从外部再指向密切相关的加工。实验结果表明，两个因素的最优组合导致 了最高的训练效率，然而没有产生预期的最高迁移绩效。 第8 页 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 浙江大学硕上学位论文 前面所论述的都是如何通过教学格式优化学习，然而，学习者也有一些自主的策略可 有效地处理高c l 。这种处理c l 的方式可称为c l 的内部管理。在上述的v a nm e r r i e n b o e r 等人 的实验中有一个学习者控制组。这个处理组中的学习者能自由选择训练格式，即选择在学习 期间用填空问题还是传统问题。实验结果表明，学习者控制组具有晟好的迁移绩效。研究者 认为，由于采用不同训练格式的灵活性，所以该组学习者能更好地管理和调节c l 。当前关 于c l 内部管理的研究还不多，但这是一个非常值得研究的问题，因为如果能够深入揭示学 习者实际上是如何处理外部和内部引起的c l 的，就能够更好地优化训练格式来提高训练效 率和迁移绩效。 1 1 3 影响多媒体学习效果的因素的研究 鉴于关于多媒体教学效果研究结果存在不一致性，h e d e ( 2 0 0 2 ) 对影响多媒体学习效 果的因素进行了研究，并提出了多媒体对学习效应的整合模型( 见图1 - 3 ) 。h e d e 区分了多 媒体学习中的4 类1 2 个元素，这些元素可作为变量进行操作。模型的第1 类元素是与多媒 体输入有关，包括：视觉输入、听觉输入和学习者控制。学习者通过输入访问教授材料的内 容。视觉和听觉是两个主要的输入通道。视觉输入可取文本、图片、图表、视频图像和动画 等形式，听觉输入可取叙述、讲授、提示声和音乐等形式。多媒体可以由这些输入的任何组 合来形成。但是，并不是所有的组合都是充分有效的。多媒体教学界面还提供给学习者对输 入的不同程度的控制和交互。界面设计特征将帮助多媒体环境中的信息导航。链接( 包括超 链接) 可使学习者能够访问内容丰富的数据库。研究( k a l y u g a 等，2 0 0 1 ) 表明，多媒体界 面中学习者的控制量应根据他们的能力来设计 第2 类元素与认知加工有关，包括：注意和工作记忆。注意的作用是在某一时间让学习 者专注于一种输入。认知加工发生在工作记忆中，多媒体的复杂性主要在工作记忆中起作用。 工作记忆由执行处理器与称为“语音回路”和“视觉空间画板”的2 个寄存器组成( m a y e r ， r e s i m s ，v i c ，1 9 9 4 ) 。因此，有一些因素影响工作记忆加工多媒体信息；如双重编码 使听觉和视觉输入能够同时被加工，而文本与图同时呈现将导致通道效应：多媒体输入若超 过工作记忆能量限度就会发生认知超负荷；多个信源的信息之间可产生语义干扰；信息是否 得到复述将影响信息的保持等。 第3 类元素与学习者的动力特性有关。包括：动机、认知参与和学习者风格。动机是学 习的关键变量。一般认为，外部动机因素例如多媒体界面的设计特点是学习者访问材料的虽 初诱因，但是只有在遇到由令人感兴趣和挑战性的内容提供的内部动机因素时，学习者才会 出现持续的努力。后者引起了认知参与。各种动机因素影响学习者的控制，特别是影响学习 第9 页 多媒体教学界卣中帮助方式对学习绩效影响的研究浙江大学硕士学位论文 者用多媒体进行学习所花的时间和投入的努力。学习者的风格影响他们访问和加工多媒体信 息的方法。例如，表面信息处理者的学习依赖丁记忆和复述，而深层信息处理者的学习使用 建立内容结构的技术。从而在多媒体环境中似乎更有效。s m i t h 和w o o d y 区分了视觉加工者 和语词加工者，他们认为多媒体最适合于高视觉风格的学习者。 图1 - 3h c d c 的多媒体对学习效应的整合模型 第4 类元素与知识和学习有关，包括：智力、反省、长时记忆和学习。智力是多方面的， 学习者的智力被多媒体信息激发得越多，则学习越有效。反省过程与面向自我的学习 ( s e r f - d i r e c t e dl e a r n i n g ) 有关，并引起学习者批评性地思考当前的知识和他们的学习策略。 长时记忆是人存储知识的地方。长时记忆从工作记忆中接收经过加工的信息，但也为工作记 忆提供了认知链接的基础，而认知链接建立了新内容与己知知识的联系。整合模型将学习过 程中所涉及的知识分为说明性、条件性和过程性知识。不同多媒体策略的相对有效性将随着 学习者的知识和经验水平而变化。最后一个元素是学习，它包括对通过多媒体获得的材料的 直接理解水平及回忆和应用已获得的知识的能力。 第1 0 页 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 浙江大学硕士学位论文 在整合模型中，学习者风格是自变量，学习是困变量，其余的元素为中介变量，调节变 量，或者两者。如学习者控制是中介变量，它是由学习者风格和认知参与( 调节变量) 决定 的。而认知参与是由动机调节的，动机又受学习者控制的影响。视觉输入和听觉输入是由学 习者控制决定的中介变量。这就是说，多媒体的特殊设计和内容成分( 文本、叙述等) 只有 在学习者投入时间去注意它们时才真正成为“输入”。模型的核心是工作记忆，它被作为中 介变量，受各种调节变量( 认识参与、智力、反省) 的影响，也受学习者风格( 自变量) 与 注意和长时记忆( 中介变量) 的影响。尽管工作记忆内有许多因素影响怎样加工信息，但是 上述附加的调节变量则进一步增加了工作记忆操作的复杂性。整合模型提供了研发多媒体教 学界面时需要考虑的主要因素，同时也说明多媒体对学习效应是复杂的，它告诫人们，必须 根据学习者的信息加工的复杂性质和学习者的个体差异仔细地应用多媒体，否则多媒体对学 习会产生不良的效应。 1 2 本研究的目的和内容 多媒体学习环境是一种特殊的环境，有广泛的潜力和独有的特点。它的教学界面特点之 一是学习材料的多重表征。像任何事物一样，多重表征也有两面性。一方面，多重表征能对 学习提供了很多功能：( 1 ) 多重表征可以对内容彼此补充。例如，把复杂的信息分解开来， 采用多重表征这样可以避免单一表征的超负荷；( 2 ) 多重表征可以在表征效率和计算效率 上彼此补充，因为对不同的目标，不同的表征形式可以有不同的用处( l a r k i n s i m o n ， 1 9 8 7 ) ，例如，文本更适合于抽象内容或说明假设，而图画更适合呈现空间关系或时空关系： ( 3 ) 一种表征可以限制对另一种表征的解释。另一方面，多重表征可能会使学习者在形成 聚合的心理表征中出现困难。具体地说，彼此补充和限制的表征组合使学习者从不同的角度 和用不同的策略处理学习材料，因此对构建聚合的知识结构有协同增效效应( s y n e r g e t i c e f f e c t ) 。然而。这种协同增效本身不会出现，学习者必须把外部表征相互联系起来，并积 极地构建聚合的心理表征，以此从多重表征的补充和限制功能中获益。然而，学习者可能不 能有效地使用多重表征。 在多媒体学习环境中，多重表征的聚合形成需要学习者对不同表征中的对应元素和对应 的结构之间建立参考性联系，这是一种结构映射。假设在多媒体学习中提供给学习者的材料 是文本和图画的组合。那么他必须理解来自两个信息源的信息。在文本理解中，这包括在文 本内搜索相关元素和辨别这些元素的相关关系。在图画理解中，对应的过程必须基于图的信 息。这些过程可称为表征内的聚合形成。此外，学习者还必须找到文本与图画中的对应元素， 必须把这些元素相互联系起来。这些过程可称为表征间的聚合形成。只有当学习者能够在不 第1 1 页 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 浙江大学硕i ：学位论史 同的表征之内和之间构建这样的关系时，他们才能对所学材料获得更深的理解，并构建了聚 合的知识结构。这个复杂的映射过程对学习者的认知和元认知技能提出了巨大的要求。许多 研究表明，有些学习者，特别对于低先前知识的学习者，他们在协调和整合多重表征上存在 问题，会产生认知超负荷。 在这种情况下，可以用帮助来支持学习者聚合多重表征。目前已有一些帮助方式，例如 突显技术和语义辅助等。突显技术用如颜色或箭头等指示不同表征问的对应元素的映射，但 这种方式可能会使学习者关注表面特征，而不注意对给定表征的高阶语义分析。语义辅助可 克服上述缺点。语义辅助可分为定向帮助( d i r e c t i v eh e l p ) 和非定向帮助( n o n d i r e c t i v eh e l p ) 两种。定向帮助是向学习者说明每个表征内什么元素是相关的和它们存在什么关系，给定的 表征问哪些元素和哪些关系是能够跌射的。非定向帮助则提示学习者以自我定向的方式发现 相关的方面。它是一种较内隐的方法，只是向学习者提示在材料的一种显示中有某种东西可 以映射到该材料的另一种显示上。定向和非定向帮助各有利弊。前者直接引导学习活动，因 此能降低认知负荷。而且它以外显方式重复学习材料的元素和关系，因此导致了对学习内容 的进一步编码。后者对于结构映射是一种非定向引导，因此有较高的要求。然而，当前的教 学理论强调学习者不是学习材料的被动接受者，他们应该主动处理他们的环境。根据这个观 点，教学应该是较不定向的或者说是非定向的。 另一方面，定向帮助和非定向帮助也可有多种呈现方式：视觉呈现、听觉呈现或视听呈 现。视觉里现指以屏幕文本方式呈现帮助信息，听觉呈现指用言语方式呈现帮助信息视听 呈现即是以上2 种方式的组合。这3 种呈现方式也各有利弊视觉呈现可使帮助信息与学习 材料的呈现方式相同，便于学习者以相同的策略对帮助信息进行加工，但可引起通道效应。 听觉呈现可克服通道效应，但其代价是学习者不能利用相同的策略加工2 个信息。视听呈现 可获得以上2 种方法的好处，但冗余的帮助信息也可能会增加认知负荷。 本研究着重考察多媒体教学界面中不同的帮助信息( 定向与非定向) 和不同的帮助信 息呈现方式( 视觉呈现、听觉呈现或视听呈现) 对学习续效的影响。众所周知，学习者之间 存在明显的个体差异。对学习者的学习有直接影响的个体差异因素之一是他们的先前知识。 因此，不同的帮助方式对不同学习者的学习绩效可能会产生不同的影响，因此，在本研究的 部分实验种还考察了学习者的先前知识效应。本研究有2 4 实验：实验一主要研究多媒体教 学界面中定向与非定向帮助对不同水平先前知识的学习者的学习绩效的影响：实验二主要研 究多媒体教学界面中定向与非定向帮助信息的呈现方式对学习绩效的影响。本研究的目的是 要为多媒体教学界面的设计提供心理学依据。 第1 项 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩散影响的研究 浙江天学硕士学位论文 2 实验一多媒体教学界面中不同帮助信息对学习绩效的影响研究 本实验主要研究多媒体教学界面中定向与非定向帮助对不同水平先前知识的学习者的 学习绩效的影响。 2 1 实验方法 2 1 1 实验材料 本实验中采用了关于晶体点阵的对称操作的学习材料，以文本和图相结合的多媒体方 式呈现在p 4 计算机上，材料难度适中。本学习材料共有旋转、对称操作和晶体点阵3 个知 识点，由1 1 组不同的图画和文字组成，屏幕左边为文字，右边为相应的图画。右下角是控 制按钮，可以自由地前后翻页。整个学习内容按固定的顺序先后呈现。帮助条件分3 种：( 1 ) 定向帮助( 见图2 - 1 ) 在学习材料的f 面有总结性的提示语言，帮助学习者总结出学习材 料的核心内容是什么，如，“注意：1 、晶体的性质由晶胞决定。2 、a l m 表示在这个平面的 一个顶点上( 左上方的顶点) 有1 4 个a 原子，因为a 原子为4 个平面所共有，所以一个 平面中只有1 4 个，同理得b l h 。”；( 2 ) 非定向帮助( 见图2 - 2 ) ，向学习者呈现启发式的提 问，引导学习者主动对学习材料进行深度加工，如，“注意：为什么在这个平面的一个项点 上只含有1 4 个原子? ”要求学习者在1 5 2 0 分钟内学完整个学习材料( 一般学1 0 分钟， 正常情况下1 5 分钟一定能学完) ；( 3 ) 无帮助，即控制组( 见图2 - 3 ) 。只呈现学习材料， 不提供任何帮助信息。 图2 - 1 定向帮助条件下的学习材料 第1 3 页 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 浙江人学顾l 学位论文 图2 - 2 非定向帮助条件下的学习材料 图2 - 3 控制组用的学习材料 正式学习前有一个前测，用于测试学习者的先前知识，并根据这个测试结果把被试分为 低先前知识组、中先前知识组和高先前知识组。前测试卷。共有1 2 个题目，这些题目是根 据学习晶体点阵的对称操作所需的背景知识设计的。为了保证题目的有效性，让2 0 名非材 化专业的大学生完成最初试卷，踢掉没有区分度的题目后，取通过率低于3 3 n 的题目4 道， 通过率为3 3 - - 6 6 的4 道。通过率高于6 6 的4 道。然后把1 2 道题随机化排列，形成了 最终的前测试卷。其中每题1 分，共1 2 分。 学习结束后学习者接受一个后测。后测由两部分组成：一是回忆绩效测试，二是理解 绩效测试。回忆绩效由两类题型组成：填空题( 每空0 5 分，共7 分) 和名词解释( 每个2 分，共8 分) ，总分1 5 分。题目的难度分简单、中等和较难3 个层次。这部分题目考察学习 者对关键知识点的记忆情况。理解绩效由1 1 个不定向选择题和2 个计算题组成，其中不定 项选择题要求多选或少选一律不得分。选择题每题1 分，计算题每题2 分。整个理解绩效共 计1 5 分。题目的难度也分简单、中等和较难3 个层次。后测题目的筛选与前测题目的筛选 第1 4 页 多媒体教学界面中帮助方式对学习绩效影响的研究 浙江大学硕士学位论文 相同，有一定的代表性和区分度。 2 1 2 实验设计与步骤 本实验采用3 3 被试问实验设计，即被试的先前知识( 低、中、高) 帮助条件( 定 向帮助、非定向帮助和无帮助) 。同等水平先前知识的被试被随机分配到三种帮助条件下。 以学习后的回忆绩效和理解绩效作为因变量。 实验分三步进行：( 1 ) 前测，测试学习者的先前知识水平，根据得分将被试分为低先 前知识组( 肛_ 4 4 分) 、中先前知识组( 4 5 8 4 分) 和高先前知识组( 8 5 1 2 分) 前测 时间控制在1 0 1 5 分钟；( 2 ) 自定步速的学习，在学习过程中，学习者可以自由地前后翻 页，但与其他同学讨论，学习时间控制在1 5 分钟左右，最长不超过2 0 分钟；( 3 ) 后测，后 测分为两部分，第一部分是回忆绩效测试，在1 0 1 5 分钟内完成，然后是理解绩效测试， 在1 0 2 0 分钟之内完成。 2 1 3 被试 7 2 名大学本科生和研究生参加实验( 男2 5 名，女4 7 名) ，年龄在1 9 2 8 之间，为非 材化、物理、数学等专业的学生，均末参加过类似实验。 2 2 实验结果 2 2 1 前测结果 根据学习者的前测成绩把他们分为三组：低先前知识组( 0 4 4 分) 、中先前知识组 ( 4 5 8 4 分) 和高先前知识组( 8 5 1 2 分) ，每组各2 4 名被试。低、中、高先前知识组 的平均分分别为3 5 2 ，6 6 7 和8 9 2 。对不同水平先前知识组的前测成绩进行统计检验，结果 表明差异显著i f ( 2 ，6 9 ) = 3 7 5 4 ，p 加0 1 。低、中、高先前知识学习者又被随机分配到 三种帮助条件中( 无帮助组、定向帮助组、非定向帮助组) ，产生9 组被试，对他们的前测 成绩分别进行统计检验，结