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多媒体学习中认知负荷的优化控制

龚德英  
【摘要】: 认知负荷理论和多媒体学习的认知理论是指导多媒体学习材料设计和软件研发的两个重要理论基础,认知负荷理论认为个体在任务完成过程中要耗费由工作记忆容量所提供的认知资源,导致外在、内在和相关三类认知负荷,从而对学习和任务完成结果产生影响。多媒体学习的认知理论认为,个体在多媒体学习中使用视觉和听觉两种通道来同时对信息进行选择性积极加工,两种通道的信息表征方式不同,其认知资源也是独立的,合理利用两个通道能使学习者获得最佳的学习结果。 已有研究在这两种理论的指导下探讨了多媒体学习中如何通过教学设计来控制认知负荷,以获得最好的学习结果。但已有研究多数是对单一认知负荷或总体认知负荷的控制,较少考察同时对外在、内在和相关三种认知负荷的系统控制:对三种认知负荷的测量方法也存在争议;并且现有研究也很少考虑学习材料本身的特征和学习者个体差异对认知负荷的影响。因此,本研究以认知负荷理论和多媒体学习的认知理论为理论基础,在已有研究成果基础上,探讨优化控制外在、内在和相关三种认知负荷的教学设计方法,以及学习材料和个体差异在其中所起的调节作用,并根据已有研究成果和本研究的结果对认知负荷理论和多媒体学习的认知理论进行整合与发展,构建了多媒体学习中认知负荷的产生与结果模型。 本研究实证部分由四个研究的7个实验组成。研究一考察学习者个体差异对认知负荷的影响,通过实验1探讨了不同工作记忆容量的被试在学习相同材料时所产生的认知负荷和学习结果。研究二考察教学设计对降低多媒体学习中外在认知负荷的作用,包括实验2和实验3。实验2考察在难度不同的材料中,对与听觉叙述的内容相同的文本采用概括呈现和全文呈现对外在认知负荷和学习结果的不同影响;实验3考察在逻辑性强弱不同的材料中,屏幕上保留内容的多少对外在认知负荷和学习结果的不同影响。研究三探讨教学设计对减少多媒体学习中内在认知负荷的作用,包括实验4和实验5。实验4考察对难度不同的材料,采用分段呈现和连续呈现对内在认知负荷和学习结果的不同影响;实验5考察不同形式的先行组织者对不同难度材料的学习产生的内在认知负荷和学习结果的影响。研究四考察教学设计对增加多媒体学习中相关认知负荷的影响,包括实验6和实验7。实验6考察有无教学解释在抽象程度高低不同的材料学习中对被试的相关认知负荷和学习结果的影响;实验7考察不同形式的自我解释提示在不同难度的材料学习中产生的相关认知负荷和学习结果的差异。 根据上述四个研究的7个实验结果,本研究得出如下结论: (1)在学习相同的以言语加工为主的多媒体材料时,在内、外在认知负荷相同的条件下,词语工作记忆容量大的被试比容量小的被试相关认知负荷更高,但客体工作记忆容量的大小对相同材料的认知负荷则没有显著影响。 (2)双重任务中视觉二级任务的反应时对视觉通道中材料所产生的外在认知负荷敏感;材料难度评价对内在认知负荷的测量有效;心理努力评价可以标示相关认知负荷的大小。 (3)在较困难的材料学习中,视觉呈现图表的同时,听觉叙述内容的概括性文本呈现比全文呈现产生的外在认知负荷更低,迁移成绩更好。但在较容易的材料学习中,文本呈现的多少没有导致认知负荷和测试成绩的显著差异。 (4)在学习逻辑性强的材料时,屏幕上保留之前较早时候学习的内容会导致外在认知负荷的增加,但会促进迁移成绩的提高。而在逻辑性弱的材料中,内容保留与否都没有导致认知负荷和学习结果的差异,说明外在认知负荷与学习结果之间的关系受材料特征的影响。 (5)如果学习材料对学习者来说相对较困难,把材料分成小段呈现,比连续呈现产生的内在认知负荷更低,学习效果也更好。但如果学习材料较容易,则分段呈现的优势就不明显了。 (6)当学习者先前知识较低、学习材料较困难时,提供先行组织者有利于降低要学习材料的内在认知负荷,提高其迁移测试成绩。同时,先行组织者的形式对认知负荷也有一定影响。同样,在较容易的材料中先行组织者也没有明显的积极作用。 (7)在抽象程度高、先前知识较缺乏的材料学习中,提供教学解释可以增加相关认知负荷,在学习次数更少的情况下,记忆和迁移成绩都更好。在抽象程度低、先前知识水平更高的材料学习中,教学解释没有增加被试的相关认知负荷,但对迁移成绩有积极影响。 (8)在难度较大的材料学习中,提示自我解释降低了内在认知负荷,提高了迁移测试成绩;在难度较小的材料学习中,提示自我解释增加了被试的相关认知负荷,提高了迁移测试成绩。但问题型与问题反馈型自我解释两组之间的认知负荷和学习结果都没有显著差异。 (9)在通过多媒体教学设计控制认知负荷的过程中,学习材料和学习者个体差异在其中起着重要的调节作用,因此,多媒体学习中认知负荷是由教学设计、材料和学习者三者共同作用的结果。 (10)本研究构建的多媒体学习的产生与结果模型认为,在多媒体学习中,多媒体呈现、学习材料和学习者及其相互作用是影响认知负荷的重要因素,而认知负荷则主要从学习者的生理、主观评价、学习行为和学习结果等方面体现出来。 本研究的创新之处在于:通过系列实验研究,探讨了更多多媒体学习中控制认知负荷的教学设计方法,验证了分别测量三类认知负荷的科学方法,初步揭示了更多材料特征和学习者个体差异在教学设计和认知负荷及学习结果之间所起的调节作用,提出了多媒体学习中认知负荷的产生与结果模型,拓展了认知负荷理论和多媒体学习的认知理论,为多媒体学习软件的开发提供了理论支持和实践方法。通过更多类型的学习材料,更多的科学测量方法,以及更生态化的研究设计来拓展在多媒体学习领域内对认知负荷的优化控制,是本研究后继研究的方向。


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