自我生成教学促进多媒体学习：绘图的作用.pdf

实证研究:技术支持下的大学生深度学习自我生成教学促进多媒体学习:绘图的作用王福兴 黄 宇 冷晓雪 匡子翌(华中师范大学 心理学院湖北 武汉)摘 要:近来教育心理学研究者逐渐关注帮助学习者从被动学习转变为主动建构重视生成性学习策略的运用 自我生成教学和绘图是促进多媒体学习的两种重要的生成性学习策略 基于生成学习理论和认知负荷理论探讨叠加使用自我生成教学和绘图策略能否更加有效地促进学习 绘图包括复制绘图、补充绘图和生成绘图三种形式其生成加工程度依次加深 名大学生被试被随机分配到复制绘图教学组、补充绘图教学组、生成绘图教学组以及仅教学组 结果发现复制绘图教学组、补充绘图教学组以及仅教学组的保持测验成绩均好于生成绘图教学组 本研究结果支持认知负荷理论:()叠加使用自我生成教学和绘图这两种学习策略不如只使用自我生成教学一种学习策略的学习效果好()叠加两种学习策略的效果受绘图形式的影响自我生成教学策略叠加复制绘图和补充绘图策略的学习效果优于叠加生成绘图策略()绘图的视觉特征不能影响自我生成教学对学习的促进作用关键词:多媒体学习绘图自我生成教学学习策略作者简介:王福兴华中师范大学心理学院教授、博士生导师黄宇华中师范大学心理学院研究生冷晓雪华中师范大学心理学院研究生匡子翌华中师范大学心理学院博士研究生基金项目:国家自然科学基金面上项目“教学代理促进儿童视频学习的作用机制及其干预研究”(项目编号:)的阶段性研究成果中图分类号:文献标识码:文章编号:():./.一、引言礼记学记有言:“是故学然后知不足教然后知困 知不足然后能自反也知困然后能自强也 故曰教学相长也”近期随着网络学习和翻转课堂逐渐兴起教育心理学研究者更加注重帮助学习者从被动学习转变为主动建构更加重视生成性学习策略的运用自我生成教学()是指学习者将所学知识以知识传递者角色讲给其他学习者听然而在使用这种策略时学习者往往仅对学习材料进行复述很少结合自己的知识经验进行推论这样则限制了自我生成教学的积极效果 针对这一问题研究者鼓励学习者主动建立已有知识经验与所学材料的联系更多地进行生成性加工来促进学习绘图()作为八大生成性学习策略之一其促进学习的有效性已经得到许多研究证实然而在实证层面前人研究往往只单独关注某一种生成性学习策略的效果那么叠加使用自我生成教学策略和绘图策略是否能够更加有效地促进理解呢?在理论层面叠加两种策略的学习效果究竟是更符合生成学习理论(生成加工的程度越高学习越深入效果越好)还是更符合认知负荷理论(生成加工的程度过高会造成认知超载效果反而变差)前人研究并没有揭示这一内在机制基于先前研究的不足本研究着重关注自我生成教学策略和绘图策略叠加使用的效果 此外先前研究者还关注了不同的绘图形式(包括复制绘图和生成绘图)的效果那么本研究也将通过控制不同的绘图方式来控制绘图的深度 本研究旨在探讨不同形式的绘图与自我生成教学的结合使用如何影响学习效果(一)自我生成教学自我生成教学是通过向他人解释学习材料的内容来促进学习的一种策略生成学习理论()认为在自我生成教学过程中学习者将新信息与现有的知识经验整合起来进行深层次的认知加工从而主动构建新知识同时还能促进学习者使用一些元认知策略来监控自身的理解情况并及时做出调整从而更好地理解学习材料总结以往的实证研究发现和简单的再学习相比以录视频的形式向一个想象的虚拟同伴进行自我生成教学能够有效地促进学习例如 等人发现无论是对于即时保持测验(.)和即时迁移测验(.)还是 天后的延迟保持测验(.)和延迟迁移测验(.)自我生成教学条件下学习者的学习表现均要好于再学习条件下的表现另外一项元分析综合了 项研究结果表明向一个想象的虚拟同伴进行口头解释确实能促进即时测试(.)和延迟测试的效果(.)(二)绘图学习绘图学习是指学习者主动建构表征性的、可视化的图画来加深理解的一种生成性学习策略在绘图学习中学习者通过学习文本材料构建出的言语表征转化为以图画形式存在的非言语表征从而深入理解和加工学习材料促进学习部分研究支持绘图能积极影响学习者的保持和迁移测验成绩 例如 等人对比了生成绘图组、想象组和再学习组的理解测验结果结果发现生成绘图组的理解力测验成绩要显著高于再学习组 和 的元分析研究表明生成绘图促进学习存在较高的效应量其中保持测验.迁移测验.根据 学习者主动建构或者生成图画这一过程能促进知识的选择、组织和整合同时激发自我监控等元认知层面的活动从而促进对学习材料更深入的认知加工此外 和 不仅关注到“生成化()”的作用还关注到“可视化()”这一因素的作用认为绘图本身的视觉化效果也能影响学习效果因此本研究也关注绘图本身的视觉化效果叠加在自我生成教学策略上会如何影响最终的学习结果然而也有部分研究表明绘图学习并不能起到促进学习的效果反而可能阻碍学习例如 等人对比了生成绘图组和再学习组的保持测验成绩结果发现生成绘图不但没有促进对学习材料的记忆反而阻碍了学习效果(.)根据认知负荷理论()信息超载会产生认知负荷而生成绘图需要学习者将言语表征转化成图画表征还要花费大量时间画出相应的内容这一过程会消耗学习者大量认知资源导致用于加工学习材料中的重要信息和整合连贯的心理模型的认知资源减少最终阻碍学习考虑到自我生成教学和生成绘图均可以促进生成性加工从而促进学习那么两种策略的叠加是否具有更好的效果呢?从 的角度来看两种生成性学习策略的叠加能够让学习者产生更深程度的生成加工从而更好地促进学习 但从 的角度来看两种生成性学习策略的叠加也可能会使学习者的教育科学版认知负荷超载降低学习效果 目前仅有一项研究结合了绘图和自我生成教学这两种生成性学习策略进行研究 和 通过设置仅教学组、仅绘图组、一边教学一边绘图组(以录像的形式进行教学)以及再学习组结果发现学习者在一边绘图一边教学的条件下比仅进行教学条件下的产生的解释质量更高且更精细并且保持和迁移的成绩更好除了关注“生成绘图”的效果之外部分研究者还关注了“复制绘图”(不包含生成加工的过程)的效果 例如 等人将被试分为复制绘图组、生成绘图组以及控制组结果发现生成绘图组对动画的理解要显著好于复制绘图组和控制组考虑到复制绘图的特点叠加使用复制绘图和自我生成教学策略的效果与仅使用自我生成教学策略的效果可能无较大差异 另外在本研究中还额外增加了一组“补充绘图”即让学习者部分生成绘图此时学习者的生成加工程度介于完整“生成绘图”与简单“复制绘图”之间因此叠加使用补充绘图和自我生成教学策略的效果可能介于前两者之间 另外通过比较“复制绘图教学组”和“仅教学组”的学习结果可以探讨绘图的视觉图像本身的效果此外总结前人研究发现学习者先验知识、自我概念以及教学效能感会影响自我生成教学的效果而先验知识和空间能力也会影响绘图的效果本研究将这几个变量作为控制变量 基于以上文献的总结本研究旨在探究当学习者分别用不同形式的绘图与自我生成教学策略叠加时的学习效果究竟是能进一步促进学习还是会降低学习效果(三)研究假设本研究将通过设置复制绘图教学组、补充绘图教学组、生成绘图教学组以及仅教学组四种条件来探究同时绘图学习和自我生成教学这两种学习策略是否更有利于学习并且进一步通过控制不同的绘图形式来深入探讨两种学习策略相互叠加的结果总结以往研究基于 和 本研究对差异方向没有明显倾向故提出以下假设:复制绘图教学组与仅教学组的学习效果无显著差异:补充/生成绘图教学组与仅教学组的学习效果存在显著差异:不同绘图的深度(复制/补充/生成)的学习效果存在显著差异二、方法(一)被试在实验实施之前使用 .进行了先验统计检验力分析 在单因素四水平被试间实验设计中设定统计检验力 为.设定为.预计达到.的效应量所需样本量至少为 人共招募大学生被试 名剔除不认真被试 名和极端值被试 名最终有效被试为 人 其中复制绘图教学组为 人、补充绘图教学组为 人、生成绘图教学组 人仅教学组为 人 对人口学变量进行检验发现四组间年龄差异不显著().性别比例差异也不显著().此外单因素方差分析()结果发现四组学习者之间的先验知识水平无显著差异().空间能力水平无显著差异().自我概念水平无显著差异().教学效能感也无显著差异().因此本研究较好地控制住了个体变量的影响(二)研究设计实验采用被试间单因素四水平实验设计分为复制绘图教学组、补充绘图教学组、生成绘图组仅教学组 因变量包括学习结果(保持测验和迁移测验)、主观体验感(认知负荷和学习兴趣)以及口头解释的质量(概念单元精加工语句以及自我监控语句的数量)控制变量包括学习者的先验知识水平、空间能力、自我概念以及教学效能感自我生成教学促进多媒体学习:绘图的作用(三)材料.学习材料实验材料来自 和 的研究中所使用的图文材料“人体心肺循环系统”主要学习该系统的结构、流程和作用(图)在预实验中将材料的文本内容翻译成中文后招募 名被试对学习材料的可读性和难度进行主观评定结果显示该学习材料可读性较强且难度适中.前测问卷前测问卷包括:()人口学信息调查问卷如学习者的年龄、性别和专业等()先验知识调查问卷参考 和 的研究该问卷包括 道判断题如“你可以解释肺循环的含义吗?”和 道主观题“请你写下所有你现在能回忆出的关于人体心肺循环系统的内容”其中主观题由两位研究者进行主观评分评分一致性信度.取两人平均评分作为最终结果()自我概念问卷参考 和 的研究共 个项目如“我可以很快地学会生物知识”采用 点计分 表示“非常不同意”表示“非常同意”.()教学效能问卷参考 和 的研究共 个项目如“你在教学时能在课堂上运用多种教学策略吗?”采用 点计分 表示“一点也不能”表示“非常能”.()空间能力测试问卷参考 等人的研究采用 个镶嵌图形测验项目(从复杂图形中找出一个简单图形)被试每正确找出一个计 分总分为 分.学习测验学习测验包括:()保持测验主要考察学习者对学习材料的识记情况参考 和 的研究该测验为一道主观题(“请尽可能详细地解释人体心肺循环系统所包含的结构和流程并用文字表述”)共 分()迁移测验主要考察学习者对学习材料和深度理解和推理程度参考 和 的研究该测验为四道主观题(例如:“如果只有左心室停止泵血而右心室继续泵血肺会发生什么?如果只有右心室停止泵血而左心室继续泵血身体会发生什么?请写下你的答案并解释”)每道主观题 分共 分 学习测验由两名研究者进行评分保持.迁移.取两人平均评分作为最终结果.主观体验主观体验问卷是由学习者主观评定的认知负荷和学习兴趣两部分组成 参考 的研究认知负荷由两个项目进行测量(“请你对刚才学习时你的努力程度进行评定”和“请你对刚才所学习的材料的难度进行评定”)采用 点计分 参考 等人的研究学习兴趣也由两个项目进行测量(“你有多喜欢刚才的学习内容?”和“你想进一步学习心肺交换系统相关知识吗?”)也采用 点计分 主观体验问卷分别在学习者学习阶段结束、绘图阶段结束以及教学阶段结束后这三个时间点进行施测 结果发现认知负荷问卷的 为.学习兴趣问卷的 为.(四)程序实验全程为纸笔测验在安静的实验室环境进行 分为以下五个阶段前测阶段:被试签署完知情同意书后首先完成前测问卷时间约为 分钟学习阶段:被试被随机分配到生成绘图教学组、补充绘图教学组、复制绘图教学组或仅教学组并按照指导语要求学习材料 分钟(图)被试学习完毕后完成学习体验感主观评定绘图阶段:生成绘图教学组的被试需要凭借自己的理解和记忆在一张空白 纸上画出人体心肺循环系统的示意图补充绘图教学组的被试需要补充完整一张只包含约 关键信息的人体心肺循环系统示意图复制绘图组的被试需要对照学习阶段所看到的完整的人体心肺循环系统示意图在一张空白 纸上临摹一遍而仅教学组则再次学习图文材料 绘图时长为 分钟 前三组被试绘图完毕后进行绘图体验感主观评定教育科学版教学阶段:被试被告知将以录视频的形式把刚刚所学的内容讲给一位想象的且不熟悉人体心肺循环系统的同伴听教学时长不限 教学阶段结束后被试对教学体验感进行主观评定测验阶段:被试完成保持和迁移测验最后主试给予被试一定报酬并致谢 整个实验时长为 小时左右图 实验所用学习材料(五)口头解释编码实验结束后研究者将所有学习者的教学视频逐一转换为文字稿经过人工核对后参考 等人的研究由两位研究者进行编码评分 概念单元的计分方式与后测中保持测验的采分点相同比如“肺循环是指从心脏右侧到肺再回到心脏左侧”指出了肺循环的流程计 分精加工语句指学生结合已有知识通过举例、类比等方式将学习内容与自己更熟悉的经验联系起来而产生超出学习材料的解释比如“当心脏收缩时房室瓣产生压力就像大雨中的一把伞一样紧紧抵着”将房室瓣关闭的状态比作一把伞计 分监控语句指学生评估反思自己的思维过程和理解水平而产生的表述比如评估自己是否理解了学习材料以及学习材料是否容易理解(如“这个非常好理解”计 分)评分一致性信度概念单元.精加工.以及 自我监控.三、结果(一)学习结果四种实验条件下学习者保持和迁移测验成绩的平均值和标准差见表 将先验知识、空间能力、自我概念和教学效能感等个体变量与保持、迁移测验的成绩进行相关分析学习者的先验知识与保持测验成绩存在显著正相关(.)空间能力与迁移测验成绩存在显著正相关(.)对于保持测验将先验知识作为协变量协方差分析结果发现四组学习者的保持测验成绩存在显著差异().事后比较(下同)发现复制绘图教学组(.)、补充绘图教学组(.)以及仅教学组的保持测验成绩均显著好于生成绘图教学组(.)其余两组之间均无显著差异如图 所示自我生成教学促进多媒体学习:绘图的作用表 各条件下学习者的学习结果和主观体验复制绘图教学组()补充绘图教学组()生成绘图教学组()仅教学组()总体()保持测验.迁移测验.学习阶段:认知负荷.学习兴趣.绘图阶段:认知负荷.绘图兴趣.教学阶段:认知负荷.教学兴趣.图 四种条件下的保持测验的平均值和标准差 注:.学习动机无显著差异().在绘图阶段除控制组外的三组学习者之间的认知负荷无显著差异().绘图动机无显著差异().在教学阶段四组学习者之间的认知负荷无显著差异().教学动机无显著差异().(三)口头解释质量单因素方差分析结果发现四组学习者在教学时产生的概念单元数量无显著差异().教育科学版.精加工语句的数量无显著差异().自我监控语句的数量也无显著差异().四、讨论与结论本研究发现对于保持测验的成绩首先复制绘图教学组与仅教学组的学习效果无差异这符合假设 说明复制绘图对学习者生成教学解释不能起到补充效果且绘图的视觉图像本身并没有对结果产生干扰 其次仅教学组的表现好于生成绘图教学组说明在自我生成教学的基础上叠加绘图策略其实并不如仅使用自我生成教学策略的学习效果好 补充绘图教学组与仅教学组的学习结果无差异这部分符合假设 此外复制绘图教学组和补充绘图教学组的学习表现也要好于生成绘图教学组但复制绘图教学组与补充绘图教学组无差异这部分符合假设 这可能是因为叠加使用自我生成教学和绘图两种策略已经超过了学习者的认知资源可承受的范围造成了认知超载降低了学习效果也可能是因为生成绘图是生成视觉表征而生成教学解释是生成言语表征视觉通道和听觉通道信息的转换和整合导致信息加工困难难以取得理想的学习效果然而对于迁移测验的成绩四种条件下的迁移测验成绩并无显著差异这可能是同时使用绘图和自我生成教学这两种生成性学习策略消耗了学习者大量的认知资源从而使学习者难以结合自身的先验知识整合出较好的心理模型 综上本研究发现同时使用绘图和自我生成教学这两种生成性学习策略其实会使学习者的认知负荷超载从而对学习者的学习效果表现出消极阻碍的作用研究结果支持认知负荷理论在本研究中所使用的认知负荷量表和学习兴趣量表的内部一致性信度较低(分别为.和)先前已有研究指出认知负荷的两个子维度(心理努力和感知难度)之间的相关程度较低如在 和 的两个实验中发现两者的相关分别为.和.并且这一量表普遍存在信度较低的问题针对学习兴趣的测量也同样如此重要的是本研究的两个量表系数虽然偏低但仍在可接受的范围之内且先前也有研究报告了偏低的信度系数与 和 的研究结果不一致的是本研究并没有发现绘图对自我生成教学过程中口头解释质量的促进作用 导致这一结果可能有以下几点原因:第一学习材料的难度不同 和 的研究中使用的是人类呼吸系统的文本材料这一学习材料的难度要低于本研究所使用的人体心肺循环系统的材料难度学习材料的难度会影响学习者绘图的质量从而限制绘图的积极作用先前研究也揭示了低质量绘图的阻碍作用第二绘图和教学的顺序不同 和 的研究中学习者是边教学边绘图而在本研究中学习者是先完成绘图再进行教学或者说口头解释 等人的研究中发现同时使用绘图与书面解释两种学习策略存在顺序效应这种顺序效应可能会导致差异结果 第三教学的时长不同 本研究中学习者平均教学的时长没有超过五分钟学习者可能没有充分地将较为复杂的人体心肺循环系统的内容完整地讲出来这也会影响最终的学习结果未来可以考虑从以下几个方面进行改进:第一重新对迁移测试项目进行进一步修订 认知负荷也可以考虑结合一些客观的生理指标来进行阐述学习兴趣也要采用多维度、项目数量更丰富的量表进行测量 第二探究顺序效应的作用可以通过增加实验条件深入探讨绘图和自我生成教学这两种学习策略是否存在顺序效应以及该效应如何体现 第三考虑增加纯绘图组或纯再学习组作为控制组深入探讨既有绘图又有自我生成教学是否比简单的再学习的效果要更好和纯绘图组的学习效果相比又会有怎样的结果自我生成教学对于绘图的质量会有怎样的影响等问题本研究的研究结果证实了认知负荷理论:()叠加使用自我生成教学和绘图这两种学习策略不如只使用自我生成教学一种学习策略的学习效果好()叠加两种学习策略的效果受绘图形式的影响自我生成教学策略叠加复制绘图和补充绘图策略的学习效果优于叠加生成绘图策略()绘图的视觉特征自我生成教学促进多媒体学习:绘图的作用不能影响自我生成教学对学习的促进作用五、教育启示与建议(一)对学生的启示与建议本研究发现采用自我生成教学策略具有较好的保持测验成绩建议学习者在学习材料时通过将所学内容口头讲述给他人听这种方式来促进所学新知识与先前知识经验的结合从而生成新知识表征加深对学习内容的识记效果 而当学习者在考虑结合使用两种生成性学习策略时则需要谨慎本研究发现学习者叠加使用自我生成教学和绘图策略并没有仅使用自我生成教学一种策略的学习效果好尤其是当学习者既生成绘图又生成教学解释后对所学知识的识记效果最差 这可能是因为存在不同通道信息的转换加工困难同时受到认知资源容量限制 因此相较于叠加生成绘图策略更鼓励学习者采用临摹图画的方式通过临摹材料中的图画内容同时生成教学解释增强对知识的记忆效果(二)对教师的启示与建议结合本研究发现的自我生成教学的优势效应鼓励教师倡导“以教促学教学相长”的教育理念在课堂中适当转换学生角色让学生承担“教师”的角色帮助其增强唤醒意识并集中注意力来促进学习“以教促学”有利于体现“以学生为中心”“以学生能力培养为目标”的教学原则可以充分调动学生的主观能动性这与建构主义倡导的“交互式教学”不谋而合 建构主义认为学习的实质是个体参与实践与他人、环境等相互作用的过程是形成参与实践活动能力的过程 基于这种理念的交互式教学是指激发学生主体意识使他们积极参与课堂教学即让师生共同参与知识的建构 让学生以“教师”的角色讲授内容可以激发学生的学习主动性主动消化课堂重点理解知识内涵完成知识建构 建议教师由知识的传授者转变为学生主动建构的促进者在教学过程中采用“以学生为中心”教育思想和教学模式、“以教促学”教学方法和“交互式”教学设计参考文献成美霞匡子翌冷晓雪等.以教促学:学习者自我生成教学对学习的影响.心理科学进展():.():.:.:.():.:.():.():.:.:.:.():.教育科学版():.():.!.():.():.:.:.:.王燕青王福兴谢和平等.一图抵千言:多媒体学习中的自我生成绘图策略.心理科学进展():.():.():.:.:.():.():.?.:.:.:.:.():.:.:.:.:.:.():.:.():.:?.():.?.():.:.():.:.自我生成教学促进多媒体学习:绘图的作用.:.:.:.:.():.:.:.:.:.():.:.:.():.责任编辑:杨雅婕 .教育科学版