（发展与教育心理学专业论文）信息不同组合方式的多媒体教学效果的实验研究.pdf

摘要 内容摘要：为了考察多媒体教学中信息的不同组合方式对学习效果的影响，首先 通过前测筛选出1 8 7 名低经验水平的大学生，将其随机分成六组：同时呈现动画 和视听语言信息组、同时呈现动画和视觉语言信息组、同时呈现动画和听觉语言 信息组、先呈现动画再呈现视觉语言信息组、先呈现动画再同时呈现视觉和听觉 语言信息组、及先同时呈现动画和听觉语言信息再呈现视觉语言信息组。根据呈 现方式可以划分为同时呈现和继时呈现。通过对两种呈现方式下各组学习效果的 差异分析，及信息的不同组合方式对学习效果影响的分析，得出如下结论j ( 1 ) 同时呈现条件下，呈现动画和听觉语言信息时的学习效果最好，其次 是呈现动画和文字说明，呈现三种信息时的学习效果最差。 ( 2 ) 继时呈现条件下，先同时呈现动画和听觉语言信息再呈现文字说明时 的学习效果最好，先呈现动画再呈现文字说明时的学习效果最差。 ( 3 ) 信息的各种不同组合方式中，先同时呈现动画和听觉语言信息再呈现 文字说明时的学习效果最好，其次是先呈现动画再同时呈现视听两种语言信息及 同时呈现动画和听觉语言信息，再次是同时呈现动画和文字说明及继时呈现动画 和文字说明，同时呈现三种信息时的学习效果最差。 ( 4 ) 四个测量指标间有良好的相关，能够从主观和客观两个方面测量出认 知负荷。 关键词：认知负荷；分散注意效应；冗余效应；通道效应；时间接近效应 a b s t r a c t c o n t e n t ：t oi n v e s t i g a t et h em u l t i m e d i ai n s t r u c t i o n a le f f e c t sc a u s e db yp r e s e n t i n g m f o r m a t i o nmd i f f e r e n tp a t t e r n s ，w es e l e c t e d 1 8 7u n d e r g r a d u a t e sw h oh a v el o w e x p e n e n c eo fm e t e o r o l o g yk n o w l e d g e ，a n dd i v i d e dt h e mr a n d o m l yi n t os i xg r o u p s ： s l m u l t a n e o u sp r e s e n t i n ga n i m a t i o na n dt h ec o r r e s p o n d i n ge x p l a n a t i o ni na u d i t o r ya n d v i s u a lm o d a l i t i e sg r o u p ，s i m u l t a n e o u sp r e s e n t i n ga n i m a t i o na n d o n s c r e e nt e x tg r o u p ， s l m u l t a n e o u sp r e s e n t i n ga n i m a t i o na n dn a r r a t e d e x p l a n a t i o ng r o u p ，o n s c r e 如t e x t w l t hp r e c e d i n ga n i m a t i o ng r o u p ，r e d u n d a n te x p l a n a t i o n sw i t hp r e c e d i n ga n i m a t i o n g r o u p a n ds i m u l t a n e o u sp r e s e n t i n ga n i m a t i o na n dn a r r a t i o nw i t hs e q u e n t i a lo n s c i e e n t e x tg r o u p a c c o r d i n gt ot h ep r e s e n t i n gp a t t e r n s ，w ec a nc a t e g o r i z et h e mi n t o t w o d l m e n s i o n s ：s i m u l t a n e o u sp r e s e n t i n ga n ds e q u e n t i a lp r e s e n t i n g a f t e rc o m p a r e dt w o d l m e n s j o n sr e s p e c t i v e l ya n di n t e r c o m p a r e dt w o d i m e n s i o n s ，w em a d ef o l l o w i n g c o n c l u s i o n s ：( 1 ) w h e np r e s e n t i n g s i m u l t a n e o u s l y , t h ei n s t r u c t i o n a le 骶c to f s i m u l t a 。n e o u sp r e s e n t i n ga n i m a t i o na n dn a r r a t e de x p l a n a t i o ng r o u p i st h eb e s to n e t h e s e c o n di ss i m u l t a n e o u sp r e s e n t i n ga n i m a t i o na n do n s c r e e nt e x tg r o u p ，s i m u l t a n e o u s p r e s e n t l n ga n i m a t i o na n dt h ec o r r e s p o n d i n g e x p l a n a t i o ni na u d i t o r ya n dv i s u a l m o d a l i t i e sg r o u pi st h ew o r s t ；( 2 ) w h e np r e s e n t i n gs e q u e n t i a l l y , t h ei n s t r u c t i o n a l e f f e c to fs i m u l t a n e o u sp r e s e n t i n ga n i m a t i o na n dn a r r a t i o nw i t h s e q u e n t i a lo n - s c r e e n t e x tg r o u pi st h eb e s t ，t h es e c o n di sr e d u n d a n te x p l a n a t i o n sw i t hp r e c e d i n g a n i m a t i o n g r o u p ，t h ew o r s to n ei so n 。s c r e e nt e x tw i t h p r e c e d i n ga n i m a t i o ng r o u p ；( 3 ) i n t e r c o m p a r i n gd i f f e r e n tp r e s e n t i n gp a t t e r n s ，t h ei n s t r u c t i o n a le f f e c to fs i m u l t a n e o u s p r e s e n t i n ga n i m a t i o na n dn a r r a t i o nw i t hs e q u e n t i a lo n s c r e e nt e x tg r o u pi st h eb e s t ， t h es e c o n da r e r e d u n d a n t e x p l a n a t i o n sw i t h p r e c e d i n g a n i m a t i o n g r o u pa n d s i m u l t a n e o u sp r e s e n t i n ga n i m a t i o na n dn a r r a t e d e x p l a n a t i o ng r o u p ，t h et h i r da r e s l m u l t a n e o u sp r e s e n t i n ga n i m a t i o na n do n s c r c e nt e x tg r o u pa n do n s c r e e nt e x tw i t h p r e c e d i n ga n i m a t i o ng r o u p ，s i m u l t a n e o u sp r e s e n t i n ga n i m a t i o na n dt h ec o r r e s p o n d i n g e x p l a n a t i o ni na u d i t o r ya n dv i s u a lm o d a l i t i e sg r o u pi ss t i l lt h ew o r s t o n e ；( 4 ) t h e r ei sa g r e a ts i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n s h i pb e t w e e nf o u rm e a s u r e m e n t sw h i c hc a nr e f l e c tt h e c o g n i t i v el o a ds u b j e c t i v e l ya n do b j e c t i v e l y k e yw o r d s ：c o g n i t i v el o a d ；s p l i ta t t e n t i o ne f f e c t ；r e d u n d a n c ye f f e c t ；m o d a l i t ye f l e e t ； t e m p o r a lc o n t i g u i t ye f f e c t u 信息不同组合方式的多媒体教学效果的实验研究 学位论文独创性声明 本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文 中除特别加以标注和致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的 研究成果，其他同志的研究成果对本人的启示和所提供的帮助，均己在论文中做 了明确的声明并表示谢意。 学位论文作者签名： 林日珂葭 日 期：2 9 0 器、叭歹d 学位论文版权的使用授权书 本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文的规定，及 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交复印件或磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本文授权辽宁师范大学，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 并进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密 的学位论文在解密后使用本授权书。 学位论文作者签名： 林明l 定 3 5 指导教师签名： 厂 日期： 砂n 8 iol 加 信息不同组合方式的多媒体教学效果的实验研究 第一章问题的提出 1 1 引言 随着科学技术的发展，教学方式也发生着日新月异的变化。尤其是多媒体技 术在教学上的使用，可以用文本、语音叙述、音响、图片、图表、视频图像和动 画等多种信息组合方式呈现教学内容，使学生能够以多种感觉通道同时接收信 息。由于多媒体呈现的信息图文并茂，视听结合、形象具体，既可以改善传统教 学方式的视听效果，又可以用图形、动画等形象的材料阐述抽象的概念或原理， 因而人们普遍认为它能够促进人的信息加工，改善学生的学习。更有一些教师、 教育管理工作者、学生家长认为多媒体教学改变了传统的由教师口述与板书相结 合的教学模式，能够帮助学生学习，甚至可以提高学习效果。然而，事实并非完 全如此。已有的研究表明，应用多媒体技术组合呈现的教学内容不是总能带来好 的学习效果。在日常教学中，许多教师往往都是凭借着直觉和个人的偏好随意组 合并呈现教学材料。例如，有些教师经常会让学生先看图，再听讲；或者让学生 边看屏幕上呈现的文本内容边听讲授等等。还有些教师误认为呈现信息的方式越 多、越生动，教学效果越好。其实这些做法并不符合学生的学习规律，甚至会干 扰学生的学习，产生妨碍学习的不良效果。认知负荷理论正是这样一种关注如何 优化多媒体教学设计，在教学中减少学生不必要的信息加工的学习和教学理论。 它为改善多媒体教学设计提供了一种新的理论参照。本文报告的就是参照认知负 荷理论的基本思想，分别采用多种不同的信息组合呈现方式，考察其学习效果的 一项实验研究。其研究目的在于验证不同的信息组合呈现方式所带来的不同学习 效果，为多媒体教学内容的呈现设计提供具体的参考和指导。 1 2 文献综述 1 2 1 认知负荷理论 认知负荷( c o g n i t i v el o a d ) 是指人在信息加工的过程中所必需的心理资源的 总量。认知负荷理论是澳大利亚心理学家s w e l l e r 于2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代 初提出来的，其理论基础主要是资源有限理论和图式理论【。资源有限理论认为， 人的认知资源( 主要表现在工作记忆容量上) 是有限的，而任何学习和问题解决 活动都要消耗认知资源，都有可能造成认知上的负荷。如果加工某种信息所需要 的认知资源超过了人本身所具有的认知资源的总量，就会造成认知负荷超载 ( c o g n i t i v eo v e r l o a d ) ，从而影响学习效果。图式理论认为知识是以图式的形式存 储于长时记忆中的，在学习新知识的时候，长时记忆中的图式可以根据所面临的 情景进行快速而正确的归类，这种归类是一种自动化的加工过程，它不需要有意 识控制和资源消耗。图式的获得与认知负荷有着密切的关系【到。认知负荷理论研 究的主要目的就是在教学过程中控制工作记忆负荷，即最大限度地降低阻碍学习 信息不同组合方式的多媒体教学效果的实验研究 的认知负荷、优化促进学习的认知负荷，使学者合理地利用有限的认知资源，达 到最好的学习效果。 1 2 2 认知负荷的种类 认知负荷理论认为，影响认知负荷的基本因素有三个，即学习材料的组织和 呈现方式、学习材料的复杂性和个体的专长水平( 即先前知识经验) 。由此，也 就导致了三类认知负荷的划分，即“外在认知负荷”( e x t r a n e o u sc o g n i t i v el o a d ) 、 “内在认知负荷”( i n t r i n s i cc o g n i t i v el o a d ) 和“相关认知负荷”( g e r m a n ec o g n i t i v e l o a d ) 。 1 ，2 2 1 外在认知负荷 外在认知负荷也称为“无效认知负荷”( i n e f f e c t i v ec o g n i t i v el o a d ) 。这种认知 负荷与学习材料的组织和呈现方式有关，是由学习过程中对学习没有直接贡献的 心理活动所引起的认知负荷。当教师在教学过程中要求学生从事一些与图式获得 或自动化没有直接关联的活动时，便会产生外在认知负荷。由于外在认知负荷需 要的认知资源可能超过人的工作记忆容量，因而可能阻碍学习，影响学习效果。 大量关于认知负荷的研究都表明，在我们经常使用的与认知加工有关的教学任务 中，很多信息对学习都没有太大的帮助，有的甚至会阻碍学习。根据以往的研究， m e r d s n b o e r 和s w e l l e r 总结出了研究外在认知负荷的六个主要领域：自由目标效 应、样例效应、完成问题效应、分散注意效应、通道效应和冗余效应【3 1 。 1 2 2 2 内在认知负荷 内在认知负荷是指在工作记忆中同时进行加工的、需要被整合进将要学习的 图式中的元素的数量，这样的元素越多，表明学生的内在认知负荷越高。内在认 知负荷与学习材料的复杂性和学生专长之间的关联程度有关。s w e l l e r 等人认为， 内在认知负荷的高低是由将要学习的材料的特征与学生专业知识之间的关系决 定的【4 1 。如果学习材料较为复杂，而且学生在该领域的专业知识较为欠缺，那么 要理解所学材料就必须同时注意许多不同的元素，这些元素同时在工作记忆中进 行加工，从而增加了工作记忆的负担，产生较高的内在认知负荷。如果一个学生 对某一领域的学习有较丰富的专业知识，那么他在学习相同的材料时，就会比专 业知识更贫乏的学生产生更少的内在认知负荷。因此，在某一个领域的专家会比 新手学习该领域的新知识更快也更容易。 1 2 2 3 相关认知负荷 相关认知负荷也称“有效认知负荷”( e f f e c t i v ec o g n i t i v el o a d ) ，指在图式建构 及图式自动化过程中所产生的认知负荷。学生学习，由新手变为专家，习得新图 式，以及将新信息整合到已有图式中，这些加工都增加了工作记忆的负荷，这种 认知负荷就被称为相关认知负荷。对材料的熟悉程度及学习活动对学生要求的高 2 信息不同组合方式的多媒体教学效果的实验研究 低都会影响相关认知负荷。与外在认知负荷妨碍学习相反，相关认知负荷会促进 学习。r e n k l 等人认为在学习不完整样例的过程中，进行自我解释通常就会产生 相关认知负荷1 5 i 。 由于认知负荷的概念是建立在工作记忆容量基础之上的，所以三种负荷之间 是一种“此消彼长”的关系，即三种负荷相加起来的总量是被限制在一定范围内 的。一种负荷高了，另外两种负荷必然就低，如果三种负荷都高，就必然会阻碍 学习的进行。 1 2 3 信息的不同组合方式对学习效果的影响 1 2 3 1 分散注意效应( s p i i ta t t e n t i o ne f f e c t ) 对分散注意效应的关注源于对样例学习的研究。以往的研究证明，与呈现相 同数量的传统问题相比，样例更有利于提高学生的学习效果1 6 1 。样例效应之所以 存在，是因为它可以降低外在认知负荷，但不是所有的样例都会促进学习。以传 统的几何样例为例，其中包括图形和相应的解法。只有图形时难以理解解法。反 之，只有文字说明同样难以理解。为了理解图形和文字说明这两种信息，学生必 须对它们进行心理整合。例如，为了理解文字说明的意义，学生必须将阅读过的 说明存储在工作记忆中，并在图形中搜索对应的关系项。这种加工需要将注意分 散到各个信息源上，分散注意的呈现方式产生了外在认知负荷。分散注意效应指 在学习的过程中，必须整合不同的信息才能理解意义时，若因教材的呈现方式过 于分散所导致的阻碍学习的现象。一般是指呈现动画时附有文字说明，因为仅凭 单个信息源并不能理解意义，学生必须将注意分散到各个信息源和信息的整合 上，这样就会增加外在认知负荷。一般都通过物理整合来改善分散注意【7 1 。物理 整合是指在图形中的相应位置上标示文字说明，这样可以减少视觉搜索。用整合 的信息代替多个信息源会减少外在认知负荷，无需再对相关信息进行匹配。 许多实验都验证了分散注意效应。s w e l l e r 等人以高中生为被试，以解析几 何知识为实验材料，对比了传统的分散注意教学和信息整合两种条件下被试的学 习效果p j 。结果表明，整合组的学习时间和解题时间都显著少于传统教学组，而 且能回忆出更多正确的解题步骤。当以工厂中控制机器的数控自动编程系统为实 验材料时也得出了相同的结果。也有研究者在小学生折纸任务和科学报告写作任 务中发现了分散注意效应1 9 1 0 1 。 s w e l l e r 和c h a n d l e r 提出传统的教学技术( 即计算机屏幕呈现图片信息并辅 以手写的教学) 产生了分散注意【1 1 。12 1 。值得注意的是，只有选用复杂材料时才会 产生分散注意效应。根据认知负荷理论，当内在认知负荷低时，即使由于分散注 意教学设计引起了外在认知负荷，只要工作记忆的负荷不超载，就不会影响学习。 当材料的复杂程度较高时会产生较高的内在认知负荷，如果由于呈现方式引起了 3 信息不同组合方式的多媒体教学效果的实验研究 较高的外在认知负荷，那么就会阻碍学习。后续的研究证明可以通过整合教学设 计解决问题，分散注意的关键是学生的视觉工作记忆不能同时注意图片和文字说 明信息。 1 2 3 2 通道效应( m o d a ii t ye f f e c t ) 假设可以通过习得复杂的图式来改变工作记忆中加工的信息总量，那么当需 要加工的图式成份或组块的数量不变时，工作记忆的容量应该是固定的。通常情 况下这种说法是正确的，但在某些情况下却不完全正确。工作记忆可被再分为相 对独立的子成分。b a d d e l e y ( 1 9 9 2 ) 认为工作记忆由中枢执行系统、语音环路和 视觉一空间信息加工器三个部分组成1 1 3 j 。其中，语音环路负责言语信息的加工和 储存，视觉一空间信息加工器负责视觉和空间信息的加工和储存。中枢执行系统 是一个注意控制系统，负责认知资源在语音环路和视觉一空间信息加工器之间进 行分配及其活动的协调。p e n n e y ( 1 9 8 9 ) 在总结以往实验心理学文献的基础上进 一步指出，相对于只使用某一工作记忆子成分，同时运用听觉和视觉工作记忆可 以增加有效的工作记忆容量，“虽然这种增加并不是二者简单的相加，但容量的 增大还是不容小视的”1 1 4 j 。 这些理论和经验都涉及分散注意效应，涉及改善其负面影响的教学设计。为 了理解材料意义需要同时加工两个或多个信息源时就会产生分散注意。在心理上 整合这些不同的信息源就会增加工作记忆负荷，进而阻碍学习。在前面已经提及 解决方法就是物理整合不同的信息源。如果双通道呈现信息可以增加有效的工作 记忆容量，那么它就与物理整合两种视觉信息一样可以有效地促进学习。通道效 应是由分散注意效应发展而来的。在分散注意条件下，即必须整合文字信息与另 一种视觉呈现信息( 图表) 时，如果以听觉方式呈现文字信息，就可以增加工作 记忆的容量，从而促进学习，产生通道效应。 m o u s a v i ( 1 9 9 5 ) 等人在几何教学中证明了通道效应的存在1 1 5 1 。实验材料由 两部分组成，即图形和相应的文字说明。其中需要以视觉方式呈现图形 ( a n i m a t i o n ) ，但对语言信息的呈现，既可以是视觉的( o n s c r e e nt e x t ) ，也可以 是听觉的( n a r r a t i o n ) 。将被试分成图形与文字说明组( 灯) 、图形与听觉语言说 明组0 和图形与视听语言说明组( a n t ) 。结果表明a n 组被试所用的解题时 间最少，而且未学会者最少。但导致这一结果的原因也可能是a t 组的被试在注 意文字说明信息时需要在工作记忆中保持图形信息，视觉注意不可能同时加工两 个信息源，生产了分散注意，影响了学习。如果是双通道呈现能增加有效的工作 记忆容量，那么a n 组的信息继时呈现时也应该优于a t 组。因为继时呈现时， 被试需要在工作记忆中保持先f i 呈现的信息，再匹配后来呈现的信息。他们在后 续的实验中验证了这一假设，与仅用视觉工作记忆加工所有信息相比，以视觉方 4 信息不同组合方式的多媒体教学效果的实验研究 式呈现图形、听觉方式呈现语言信息可以增加有效的工作记忆，进而促进学习 i l 5 。t i n d a l l f o r d ( 1 9 9 7 ) 等人进一步发现，当选用低难度的实验材料时，不会 产生通道效应；只有当实验材料比较复杂时，才会出现通道效应【1 6 】。因为，内 在认知负荷的高低与材料的难度呈正相关。只有内在认知负荷高时，才容易造成 认知负荷超载。因此，通道效应对学习复杂知识时显得尤为重要。 j e u n g ( 1 9 9 7 ) 等人在实验中虽然验证了通道效应，但也指出其不具有普遍 意义【r 丌。他们对几何样例进行了研究，将实验材料分为高难度视觉搜索和低难 度视觉搜索两个水平。当被试阅读或倾听语言说明时，需要将语言信息存储到工 作记忆中，然后在图形中搜索对应项。因此，图形的复杂程度会直接影响视觉搜 索的难度。实验发现，当选用高难度视觉搜索材料时，图形和听觉语言组( a n ) 与图形和文字说明组( a t ) 对学习效果的影响无显著差异；当选用低难度视觉 搜索材料时，图形和听觉语言组( a n ) 的学习效果优于图形和文字说明组( a t ) 。 t a b b e r s 等人认为，以往的研究中听觉呈现的速度决定了被试学习图形和相关语 言信息的时间。在双通道条件下，被试能有效地利用有限的时间，可以同时边看 图形，边听语言说明。另一方面，纯视觉条件下，被试却需要将一部分时间用于 文字与图形间的转换，以便将两种信息加以整合。问题在于，如果在视觉条件下， 被试有充足的时间整合文字说明和图形信息，那么是否还能产生通道效应。因此， 他们对材料的呈现方式和学习速度进行了研究【1 引。材料的呈现方式有两种，即 图形和听觉语言( a n ) 与图形和文字说明( a t ) 。学习速度也有两种，即“机控” 和“自控”。机控的学习时间由系统决定，相当于阅读一遍文字说明的时间。自控 的学习时间由被试自己控制，可以多次听材料，也可以反复阅读。迁移测验结果 表明，机控条件下出现了通道效应，但自控条件下，单一视觉呈现组的成绩好于 双通道呈现组。为了进一步验证这一意外的结果，他们在2 0 0 4 年对自控条件下 的通道效应再次进行了实验研究1 1 9 。结果再次表明，当被试自主控制学习时间 时，单一视觉呈现组的成绩好于双通道呈现组。由此可见，当学生自主控制学习 速度时，双通道优势就不存在了。因为，在单一视觉条件下被试有充足的时间将 文字信息与图形建立联系。而且，文字说明更易于在文本中进行前后来回搜索， 而听觉语言信息是单向性的，不易快速搜索相关信息。所以，自主控制学习速度 使得单一视觉学习效果优于双通道，并产生了相反的通道效应。 1 2 3 3 冗余效应( r e d u n d a n c ye f f e c t ) 与通道效应一样，冗余效应也与分散注意效应联系密切。具体而言是从其发 展而来。在教学或学习过程中，以不同的方式呈现相同的信息内容，这种重复呈 现的信息就是冗余信息。而冗余效应是指由冗余信息引起的抑制或是阻碍学习的 现象。对冗余效应的研究由来已久，比认知负荷理论还早。m i l l e r 早在1 9 3 7 年 信息不同组合力式的多媒体教学效果的实验研究 就发现儿童在学习名词时，只看词学习得更快，而学习词和相应的图解时则进步 较慢1 2 0 j 。但在认知负荷构架下的冗余效应研究则是从上世纪9 0 代初开始的。 c h a n d l e r 和s w e l l e r 最早对科学规则学习中的冗余效应进行了研究【2 1 】。他们 以混合电路的配线作为实验材料，以公司里的实习生为被试。在实验中将被试分 为看图组、传统教学组和信息整合组。看图组的被试在教学过程中只能看到图片， 传统教学组在图片的上方附有文字说明，信息整合组则是将文字说明标注到图片 中相应的位置上。在学习过程中，被试可以自由学习，直到学会为止，实验记录 学习时间。测验包括一个迁移测验和两个保持测验。结果显示，无论是在学习时 间，还是在测验成绩上，看图组要显著好于信息整合组和传统教学组。分析其原 因，他们认为图片本身的解释性很高，被试无需文字说明也可以理解学习内容， 所以文字说明是冗余信息，产生了冗余效应，阻碍了被试的学习。随后，k a l y u g a 等人( 1 9 9 9 ) 以6 0 4 0 共晶焊锡的熔解图为实验材料再次证明了科学规则学习中 的冗余效应田j 。材料的呈现方式有三种，呈现视觉和听觉语言信息( a n t ) 、呈 现视觉语言信息( a t ) 和呈现听觉语言信息( a n ) ，其中视听两种语言信息的 内容完全相同。在迁移测验和保持测验中，a n t 组的成绩显著低于a n 组。他 们认为同时呈现视觉和听觉语言信息会产生冗余，增加认知负荷，进而抑制学习。 此外还有许多研究也都认为是三种信息同时呈现条件下的冗余信息阻碍了学习 1 1 1 儿2 3 1 。m a y e r 等人的研究中还发现同时呈现动画和完全相同的视听语言信息条件 下，与同时呈现动画和梗概相同的视听语言信息条件下的成绩都低于没有呈现视 觉语言信息条件下的成绩。他们也认为这是由冗余信息所引起的i 矧。 对样例学习中冗余效应的研究主要集中在几何教学方面。m o u s a v i 等人 ( 1 9 9 5 ) 将被试分成三组：图形和视觉语言信息组( a t ) 、图形和听觉语言信息 组( a 如、图形和视听语言信息组( a n t ) i l 引。实验分为教学阶段和测验阶段两 个部分。实验结果显示，学习过程中在练习题的重复次数上，a n 组显著少于另 两组；迁移测验中，a n 组虽然快于另两组，但差异不显著。他们认为与a n 组 相比，a n t 组多了冗余的视觉信息之后重复次数就增多了。b o b i s 等人( 1 9 9 3 ) 以在图解旁附文字说明的形式教小学生几何折纸，结果也证明了样例中的冗余信 息在学习中产生了抑制作用1 9 j 。 y e u n g 等人( 1 9 9 7 ) 通过阅读理解实验研究冗余信息如何给两种能力的学生 带来不同的认知负荷i z 5 j 。根据语言水平将被试分成高语言水平组和低语言水平 组。实验材料是一篇内含单词解释的文章( 单词解释标注于文中单词的上方) 。 结果显示高语言水平组的阅读效果显著差于低水平组。因为在阅读过程中高语言 水平组的学生可以利用上下文猜测词义，文章中单词的解释对他们帮助不大，但 它们的存在又不能被忽视，内含词义反而成了多余的信息，引起了冗余效应，妨 6 信息不同组合方式的多媒体教学效果的实验研究 碍了学生对篇章的理解。实验证明了在单一感觉通道中的冗余信息阻碍了学习， 那么双感觉通道中的冗余信息是否也能产生冗余效应呢? y a l id i a o 和s w e l l e r ( 2 0 0 7 ) 以外语学院一年级的新生为被试，以英语短文为实验材料对外语教学中 的冗余效应进行了研究1 2 6 1 。教学内容是关于对车间里女性的讨论和咖啡树的种 植。被试被随机分配到阅读并听讲组( n t ) 和纯阅读组( t ) 进行学习。在教学 前先进行前测，测验内容是翻译短文中关键的单词和短语。然后进行教学，n t 组的学生边看短文边听内容相同的讲解，t 组则只看短文。测验包括保持测验( 自 由回忆测验) 和迁移测验( 英译汉测验) 。实验结果显示，t 组的迁移测验和保 持测验成绩都显著好于n t 组。他们认为当同时呈现视觉和听觉语言信息时会产 生非常高的认知负荷，干扰了对短文的理解和保持。 在过去的几十年中，冗余效应经历了被发现，被遗忘，再被发现的过程。其 原因有两点。第一，冗余效应有违常理。许多人认为冗余材料至少不会有负面作 用，可能还有助于学习，很难相信它会阻碍学习。第二，冗余效应从未被雹于某 一具体的理论框架下进行研究。所以，以往的研究结果都被认为是而加以忽略。 我们相信冗余效应是属于认知负荷构架下的，而且与其它认知负荷效应有密切的 关系。 1 2 3 4 时间接近效应( t e m p o r a ic o n t i g u i t ye f f e c t ) ( 1 ) 传统的时间接近效应研究 根据双重编码理论，学生运用两个不同的信息加工系统分别表征语义信息和 图像信息。学生必须从呈现的语言信息中建立一个内在的语义表征，从呈现的图 像信息中建立一个内在的表象表征，以及建立语义表征和表象表征的相关联结。 以此为依据，与语言信息和图像信息继时呈现相比，同时呈现时更能促进学生建 立相关的联结。m a y e r 和a n d e r s o n 根据一系列的研究提出了接近效应( c o n t i g u i t y e f f e c t ) 。接近效应包括时间接近效应和空间接近效应。空间接近效应指语言和图 像信息在空间上接近呈现时学生的学习效果优于二者远离呈现时的学习效果。时 间接近效应指语言和图像信息在时间上同时呈现时学生的学习效果优于二者继 时呈现时的学习效果。前者与教学材料的设计有关，后者与信息的组合方式有关。 例如，m a y e r 和a n d e r s o n ( 1 9 9 1 ) 的研究中以打气筒的工作原理为实验材 料，以大学生为被试对科学规则学习中的时间接近效应进行了研究阳。被试被 分成两组：视听同时组( a n ) 和先听后看组( n a ) 。由电脑呈现教学内容，a n 组的被试边看图边听讲解，n a 组的被试先听讲再看图。测验包括迁移测验( 问 题解决测验) 和保持测验( 回忆测验) 。实验结果显示，在迁移测验中a n 组写 出的解法显著多于n a 组，而保持测验中，两组无显著差异。随后，又有一系 列研究验证了时间接近效应【强2 9 1 。 7 信息不同组合方式f 向多媒体教学效果的实验研歹 但也有一些实验在验证时间接近效应时得出了相反的结果。m o u s a v i ( 1 9 9 5 ) 的实验研究中以澳大利亚初中8 年级学生为被试，以几何样例为实验材料，对继 时呈现信息是否影响学习效果进行了研列1 5 】。他们将4 0 名被试随机成四组：同 时呈现图形和文字说明组( a t ) ，先看图形再看文字说明组( t - a ) ，视听同时组 ( a n ) ，和先听后看组( n a ) ，每组1 0 人。实验分三个阶段：学习阶段，习得 阶段和测验。实验中记录学习或解题的时间和正确率。结果表明，同时呈现组与 继时呈现组在解题时间及解题正确率上均无显著差异；在学习时间上，继时呈现 组的学习时间显著长于同时呈现组。学习时间的差异可能是由于呈现方式引起 的，因此它不足以作为考察学习效果的指标。在改进了实验设计的基础上， m o r e n o 和m a y e r 对时间接近效应再次进行了研究i 删。他们以闪电的形成过程为 实验材料，以大学生为被试，将其分成六组：同时呈现动画和文字说明组( a t ) ， 先看动画再看文字说明组( a t ) ，先看文字说明再看动画组( t a ) ，同时呈现 动画和听觉语言说明组( a n ) ，先听语言说明再看动画组( n a ) 和先看动画再 听语言说明组( a n ) 。对所有的被试进行前测，筛选低知识经验水平的学生作 为被试；然后，学习实验材料；最后，被试在主试的指导下进行测验。测验材料 包括保持测验、匹配测验和迁移测验。在保持测验中，时间接近主效应不显著， 虽然同时呈现组和继时呈现组的成绩无显著差异，但意外发现继时呈现组的成绩 反而高于同时呈现组；在迁移测验上，时间接近主效应不显著，虽然视听信息组 ( a n ，a - n ，n - a ) 中同时呈现与继时呈现的成绩无显著差异，但在视觉信息组 ( a t ，a t ，t - a ) 中，继时呈现组的成绩却显著高于同时呈现组。在匹配测验 上，时间接近主效应显著，继时呈现组的成绩显著高于同时呈现组。实验的结果 仍看似与时间接近效应相矛盾。 ( 2 ) 含有冗余信息的时间接近效应研究 关于冗余信息和时间接近混合呈现方式的研究起步较晚，但就冗余信息和时 间接近却得出了一些与以往研究不同的实验结果。 m o r e n o 和m a y e r ( 2 0 0 2 ) 以闪电的形成过程为实验材料，以大学生为被试 对冗余信息和时间接近混合呈现方式下的学习效果进行了研究1 3 1 l 。为了考察冗 余效应和继时呈现引起的时间接近效应，在实验中将被试分成4 组：同时呈现动 画和听觉语言信息组( a n ) ，同时呈现动画、文字说明和听觉语言信息组( 舢盯) ， 先看动画再听语言说明组( a n ) ，先呈现动画再同时呈现视听语言信息组 ( a - n t ) 。结果表明，在全部三个测验中，有冗余信息组的成绩与无冗余信息组 的成绩间无显著差异；在保持和匹配测验中，同时呈现与继时呈现无显著差异； 在迁移测验中，继时呈现组学生的成绩显著好于同时呈现组。k a l y u g e ，c h a n d l e r 和s w e l l e r ( 2 0 0 4 ) 改用6 0 4 0 共晶焊锡的熔解图为实验材料，再次考察了混合呈 8 信息不j 司组合方式的多媒体教学效果的实验研究 现方式对学习效果的影响| 3 引。被试被随机分成两组：语言信息同时呈现组( a n t ) 和语言信息继时呈现组( a n t ) 。语言信息同时呈现方式指同时呈现熔解图和视 听两种形式的语言说明。文字说明与听觉语言信息的内容相同。语言信息继时呈 现组的材料与同时呈现组相同，不同的是先同时呈现动画和听觉语言说明，随后 再呈现文字说明。实验结果得出，在主观心理负荷量表中，同时组显著高于继时 组；在测验成绩和教学有效性上，同时组都显著低于继时组。关于时间接近和冗 余信息混合呈现方式对学习效果的研究不多，但得出的结果看似与认知负荷理论 框架下的冗余效应与时间接近效应相矛盾。我们认为继时呈现可能会使原来促进 学习的呈现方式变得无效，可能也会改善原来阻碍学习的信息组合方式。 1 3 问题与假设 1 3 1 问题的提出 通过对已有研究的分析可以看到，心理学家对信息的不同组合方式对学习效 果的影响显然作了一些研究，也为认知负荷理论的纵深研究提供了宝贵的借鉴。 但是，我们发现在这些研究中仍有许多不足和尚待深入探讨的问题，主要有以下 几个方面。 1 3 1 1 同时呈现条件下信息的不同组合方式对学习效果的影响 同时呈现条件下信息的组合方式有三种，即同时呈现动画和文字说明( 灯) 、 同时呈现动画和听觉语言说明( a n ) 及同时呈现动画和视听语言信息( a n t ) 。 以往的研究发现，呈现三种信息( 舢叮) 时的学习效果最差。s w e l l e r 等人对此 的解释是同时呈现的冗余信息( n t ) 产生了冗余效应，阻碍了学习，致使其学 习效果差于同时呈现图像和听觉言语信息( a n ) 。如果事实如此，那么，如何解 释同时呈现三种信息时的学习效果差于同时呈现两种视觉信息( 盯) 呢? 这种 组合方式同样会阻碍学习。如何判定冗余信息产生的冗余效应的阻碍作用大于分 散注意效应呢? 前人的研究中并未对此进行解释。我们认为前一种呈现方式下不 仅会产生冗余效应，还会伴随着分散注意效应，两种抑制学习的效应致使其学习 效果差于同时呈现两种视觉信息。 1 3 1 2 继时呈现条件下信息的不同组合方式对学习效果的影响 m o r e n o 和m a y e r 在1 9 9 9 年的实验证明了呈现动画( a ) 和文字说明( t ) 时，相继呈现的学习效果并不差于同时呈现【删。继时呈现相对于同时呈现来讲 更不利于相关言语表征和表象表征间联结的建立，那么为什么其学习效果与同时 呈现无差异呢? 随后，他们在2 0 0 2 年的研究中发现先呈现动画再同时呈现视听 语言信息( a n t ) 时的学习效果要好于同时呈现三种信息( a n t ) ，并认为冗余 信息( t ) 在一定程度上促进了学习【3 1 j 。a n t 组的学习效果之所以得到了改善 是因为分离了两种视觉信息缓解了分散注意效应，还是冗余信息对学习产生了促 9 信息不同组合方式的多媒体教学效果的实验研究 进作用? 根据认知负荷理论，我们认为当时间上分离a 与t 时( a t ) ，注意不 必在两种视觉信息间来回转换，减少外在认知负荷，因此，继时呈现两种视觉信 息能够抑制分散注意效应，改善学习效果。 1 3 1 3 信息的不同组合方式对学习效果的影响 对于信息的各种不同组合方式对学习效果影响的研究目前还没有报告。同时 呈现条件下最有利于学习的信息组合方式是同时呈现动画和听觉语言信息 ( a n ) 。由于继时呈现可能会改善分散注意效应，尤其是冗余信息和时间接近混 合呈现时产生与以往研究不同的结果，因此比较复杂。我们认为时间上分离两种 视觉信息后会使工作记忆中的负荷大大减少，即使再加入听觉言语信息也不会造 成认知负荷超载。因为听觉言语信息是在听觉通道加工的，它与视觉通道是互相 独立的。这时冗余信息( n ) 不会产生冗余效应。如果继时呈现条件下的冗余信 息不会产生冗余效应，那么继时呈现的冗余信息( t ) 在学习中发挥着什么样的 作用呢? a n t 条件下的学习效果是否会优于a n 条件下的学习效果呢? 哪种 呈现方式会更利于学习呢? 1 3 2 认知负荷的测量指标 对认知负荷的测量可以分为主观测量和客观测量。主观测量是指用主观性的 方法，如自我报告法等来测量认知负荷的强度。客观测量是通过对行为、生理状 况和成绩等进行客观观察，从而得出认知负荷强度的大小。本研究中采用两个主 观测量指标( 心理努力和材料难度评定) 和两个客观测量指标( 保持测量和迁移 测验) 。 间接的主观测量法是p a s s 等人于1 9 9 4 年提出来的，通过在实验后对被试进 行问卷调查，让其回答在理解学习材料的过程中所付出的心理努力的多少，该方 法在目前关于认知负荷的研究中使用较多【3 3 1 。直接的主观测量法是让被试对与 认知负荷直接相关的学习材料的难度进行等级评定。k a l y u g a 等人的研究表明， 这种测量方法能够比较准确地测查出不同训练策略导致的结果之间的差异【2 2 1 。 保持和迁移测验是认知负荷研究中使用最多的客观测量指标。 1 3 3 研究的假设 针对上述所要研究的问题，我们提出以下假设： ( 1 ) 同时呈现条件下，呈现动画和听觉语言信息时的学习效果最好，其次是呈 现动画和文字说明，呈现三种信息时的学习效果最差。 ( 2 ) 继时呈现条件下，先同时呈现动画和听觉语言信息再呈现文字说明时的学 习效果最好，先呈现动画再呈现文字说明时的学习效果最差。 ( 3 ) 信息的各种不同组合方式中，先同时呈现动画和听觉语言信息再呈现文字 说明时的学习效果最好，同时呈现三种信息时的学习效果最差。 1 0 信息不同组合方式的多媒体教学效果的实验研究 ( 4 ) 四个测量指标间有良好的相关，能够从主观和客