虚拟现实技术有助于降低学习者的认知负荷?——基于23项实验与准实验研究的元分析

虚拟现实技术因能促进学习者的概念理解、知识迁移和情感投入等而广受关注。认知负荷是衡量虚拟现实技术教育效果的重要因素。国内外均有针对虚拟现实技术影响学习者认知负荷的实证研究,但结论存在争议。本研究采用元分析方法,深入分析国内外23篇实证类研究文献,从学科、学段、干预时间等维度探讨调节变量对虚拟现实影响认知负荷的作用。结果表明,虚拟现实技术整体上对减少认知负荷起中等程度的促进作用;调节分析显示,认知负荷测量工具、虚拟现实应用场景、教学方法在虚拟现实技术影响认知负荷过程中发挥调节作用,学段、学科、干预时间和频率、虚拟现实技术类型等不存在调节效应。

多媒体学习中表征认知负荷的眼动指标研究

通过眼动设备进行认知负荷的测量已成为认知负荷测量的重要方法,尽管相当多的研究依赖眼动仪输出的测量数据进行认知负荷表征,但究竟哪些眼动数据能够准确表征学习者认知负荷状态并没有明确的指标。研究采用循证研究的元分析方法,对62篇国内外实验研究文献进行量化分析,系统检验认知负荷对眼动各项指标的影响,探究可以表征多媒体学习中认知负荷状态的眼动指标。研究发现:(1)纳入研究的总效应值为0.547(k=318),表明整体上眼动指标受认知负荷影响较大;(2)将不同测量指标作为调节变量分析,发现瞳孔直径等15项具有较大效应值的眼动指标能够较好地表征学习者的认知负荷状态;(3)在其他调节变量分析中,发现低于60Hz的采样率更适用于多媒体学习中认知负荷的测量,而知识性质和认知负荷来源不存在调节效应。

多媒体教学中通道效应的局限性及启示

为利用通道效应优化多媒体教学效果,基于通道效应的各种理论解释及局限性分析产生通道效应的外部条件,发现从加工系统本身看,注意资源的分割,认知负荷的过载,及加工通道的临近性是产生通道效应的重要因素。同时也不可忽略学习材料的呈现时间、文本与图片的关联等外部条件。教学者应综合考虑自身的认知加工能力、调整学习材料的呈现速度等因素,利用通道效应优化多媒体教学效果。

多媒体学习的认知机制

多媒体学习的认知机制是从两个层面上加以研究的。一个层面是专门的多媒体认知机制理论,包括双重编码理论、多媒体学习模型与新双重编码理论,另一个层面是一般性的认知机制理论,包括工作记忆模型、分布式认知理论、认知负荷理论以及生成学习理论等。这些理论对前一层面的模型起支撑作用,并能指导对多媒体学习的深入研究。但是,多媒体学习的认知机制研究应当是以建构主义学习理论而不是认知主义的学习理论为背景的,应当具有大脑认知神经科学的证据予以支持,应当是关注学习的情境性问题。

线索在多媒体学习中的作用

线索在多媒体学习中作为一种重要的教学设计形式,具有引导注意、组织和整合信息的功能。综述已有研究发现,线索具有引导学习者加工特定位置信息、忽视无关信息干扰的功能;在特定条件下帮助学习者整合图-文信息,并且提高学习者的学习效果;但对于线索信息组织功能尚缺少充分而有力的证据。关于线索对学习效果的影响,大部分研究证实线索能够促进学习。但是由于线索的多样性以及学习材料的复杂性,线索能否有效地提高学习效果仍然存在争议。从认知负荷理论视角综述发现,线索加入并没有明显降低学习者感知到的主观认知负荷;从知觉加工视角而言,线索作为突显的刺激会吸引学习者的注意,从而简化学习者在知觉加工阶段的视觉搜索。未来研究仍然需要关注以下问题:(1)线索是否真的被学习者所注意和加工?(2)重视学习材料多样性比较和不同线索类型差异探讨,(3)关注学习者经验影响,(4)如何在教学设计上保证线索的有效性。

视觉和听觉情绪设计对多媒体学习的影响

以大学生为被试,特异性免疫工作原理为材料,通过实验法研究视觉和听觉情绪设计对多媒体学习的影响。实验1发现视觉情绪设计诱发了学习者的积极情绪,提高了保持成绩。实验2发现听觉情绪设计可以诱发学习者的积极情绪,提高相关认知负荷、保持和迁移成绩。研究表明视觉和听觉情绪设计都能显著提高多媒体学习效果。听觉情绪设计的发现突破了已有研究仅从视觉角度优化学习材料的方式,拓展了多媒体学习情绪设计的内涵。

多媒体学习中的认知心理学因素考察——来自梅耶(Mayer)的研究和实践

本文对媒体、多媒体及多媒体学习的概念作了剖析,详细介绍了多媒体学习中的认知心理学因素,并着重介绍了梅耶(Mayer)有关多媒体学习的研究和实践,包括其认知心理学模型及设计实施原则。同时也希望能为我国的研究和实践提供一些启示。

关于高校多媒体教学影响因素的建模与分析

基于相关认知理论和前人研究结果建立了多媒体教学环境下教师授课、学生学习和学习绩效因素结构模型。采用问卷和量表法获取在杭6所高校的多媒体教学实践数据,验证性因素分析的结果证实了3个假设模型的适宜性和合理性。文章以所建的3个模型为框架,用多媒体学习认知理论和认知负荷理论分析了当前高校多媒体教学状况,并为高校多媒体教学发展提出了相应的心理学建议。

理查德·梅耶多媒体学习的理论基础

梅耶的多媒体学习理论是建立在坚实的理论基础和可靠的实证经验基础上的科学体系。多媒体学习的认知理论是理解多媒体学习的关键。双重通道假设、容量有限假设和主动加工假设是梅耶构建多媒体学习认知理论的基石,也是整个多媒体学习科学体系的逻辑起点。这三大假设赖以成立的理论前提正是双重编码理论、工作记忆模型、生成学习理论和认知负荷理论,由此构成了多媒体学习的理论基础。具体而言,双重编码理论和工作记忆模型为多媒体学习的认知理论构建提供了关键概念与元素;生成学习理论则为多媒体学习的认知理论构建提供了基本的解释性框架;多媒体学习的认知理论正是由这些关键概念、元素和解释性框架整合而成;而认知负荷理论则以多媒体学习的认知理论为基础,进而为多媒体教学的系列设计原理提供了关键支撑。

梅耶多媒体教学设计原理的生成与架构

多媒体学习理论是一个贯通了学习理论与教学理论的科学体系。作为学习理论的多媒体学习认知理论基于双重编码理论、工作记忆模型以及生成加工理论,解释了学习者通过加工语词与画面所呈现的材料来建构知识的学习机制,属于解释性理论;作为教学理论的多媒体教学设计理论发展出一系列教学设计应遵循的原则,为教育实践提供了具有处方性意义的行动指南,属于处方性理论。解释性的学习理论为处方性的教学理论提供了扎实可靠的科学基础。在多媒体学习研究从学习理论向教学理论转化的过程中,多媒体教学设计理论是实现跃迁的关键环节,而认知负荷理论则是理论跃迁成功的关键变量。基于认知负荷理论,梅耶提出多媒体学习认知负荷三元模型,包括必要认知加工、外来认知加工和生成性认知加工。围绕这三类认知加工,梅耶及其同事进行了大量的实验研究,最终确定了12项与多媒体学习认知理论及其前提假设保持高度逻辑一贯性的多媒体教学设计原则。这些原则都是经得起实践检验的,但教学设计人员在应用的过程中,应明确各项原则的问题情境、适用范围等边际条件。

知犹不及——美国AERA2012年会述评

2012年美国教育研究协会(AERA)年会,4月在加拿大温哥华市召开。在本次年会中,涉及了"教学技术"、"学习科学"、"非正式学习环境中的研究"、"教师专业发展"、"技术.教学.认知.学习"、"虚拟学习环境应用研究"、"技术作为教学变革的代理"、"在线教与学"八个有关教育技术的专题,通过评述并结合AERA2009、2010、2011年会的情况,全面梳理、总结了近几年AERA年会所体现出来的国外研究特点、热点与趋势。

信息呈现方式与认知风格对多媒体环境下学习效果的影响

采用两个实验:实验一以陈述性知识为学习内容,实验二以程序性知识为学习内容,在这两种情况下,分别用组间设计探讨信息呈现方式对不同认知风格的学习者在多媒体环境下学习效果的影响。结果表明:在多媒体环境下,(1)认知风格对陈述性知识的学习效果会产生影响,信息呈现方式则对其不会产生影响;(2)对于程序性知识的保持,信息呈现方式对学习效果会产生影响,认知风格则不会产生影响;(3)对程序性知识的迁移,信息呈现方式和被试认知风格都会对学习效果会产生影响,而且被试不同的认知风格在不同的信息呈现方式上会产生不同的影响。

认知心理学视角下的多媒体学习研究

在多媒体学习研究的历史进程中,认识心理学视角下的多媒体学习研究具有重要影响,它以认知科学为基础,力图以实证研究的方式来探讨多媒体对学习的影响,产生了大量的理论、原则与模型。对认知心理学视角下的多媒体学习研究进行回顾,有助于把握正在兴起的第三代多媒体学习研究的方向,从而推进多媒体学习研究的演进历程。

技术影响下新学习形式的心理机制研究综述

从教育心理学的角度尤其是学习心理角度进行教育技术研究,从学习心理机制知识应用的角度来考虑教育技术应用,是教育技术学学科发展的需要,也是教育心理学研究中不可回避的问题。只有技术的教育技术绝不是真正的教育技术,现代教育技术需要技术、心理与教育三者的有机结合,在学习者学习心理机制研究的基础上考虑教师教学活动的顺利高效实施。技术影响下的学习形式心理机制研究已经从认知过程机制、情感因素作用机制、心理障碍机制、社会学习机制等四个方面展开,教育技术的心理化研究取向已经初见端倪。

信息呈现方式与学习者的个性特征对多媒体环境下学习效果的影响

采用两个实验:实验一以陈述性知识为学习内容,实验二以程序性知识为学习内容,在这两种情况下,分别用组间设计探讨信息呈现方式对不同认知风格和空间能力的学习者在多媒体环境下学习效果的影响。结果表明:(1)认知风格对陈述性知识在多媒体环境下的学习效果产生影响,而选择的多媒体信息呈现方式和被试的空间能力则对其不产生影响;(2)对于程序性知识的保持,多媒体信息呈现方式和被试认知风格都会对学习效果产生影响,被试空间能力则不会产生影响,而且被试不同的认知风格在不同的多媒体信息呈现方式上会产生不同的影响;(3)对程序性知识的迁移,多媒体信息呈现方式、被试认知风格和空间能力都会对多媒体环境下的学习效果产生影响,而且被试不同的认知风格和空间能力在不同的多媒体信息呈现方式上都会产生不同的影响。

多媒体学习中的动画效应研究——基于认知负荷与学业情绪的视角

为考察媒体类型(图文、动画)和学习者空间视觉能力(高、低)对多媒体学习效果的影响,文章以120名大学生为被试对象,采用"计算机网络"课程中"传输控制协议"的相关内容作为学习材料开展研究。研究结果显示,媒体类型对认知负荷与学习成绩有显著影响,但对学业情绪没有显著影响;空间视觉能力仅对学习者认知负荷有显著影响,而对学习成绩、学业情绪无显著影响;媒体类型与空间视觉能力在学习者的学习成绩上存在交互影响。

多媒体学习的科学体系及其历史地位——兼谈教育技术学走向“循证科学”之关键问题

理查德·梅耶是国际公认的多媒体学习研究领域的开拓者和奠基人,其领衔的多媒体学习研究也已形成了由基本假设、学习科学、教学科学和应用领域构成的严谨科学体系。多媒体学习融合了学习科学(认知理论)和教学科学(教学设计)的研究成果,使得学习与教学、理论与实践之间形成了一种互惠关系。这正是多媒体学习研究称之为一门扎根于理论的循证科学的理论特质之体现。从历史的视角来看,在教育研究科学化的历史进程中,首先是学习科学破解了人类学习的理论难题,之后是学习科学向教学科学的转化实践。而多媒体学习研究中的"化归"思维在一定程度上使得多媒体学习的理论具有了在学习实践中进行普遍应用的基础性价值。教育技术学要想走向科学化,应该走出追求实用主义的"寻证"之路,走向扎根于科学理论基础的"循证"之路,同时应该在方法学上寻求突破。

基于认知负荷理论的多媒体教学呈现原则探讨

认知负荷理论与多媒体学习的认知理论是目前多媒体教学研究颇受关注的两个领域。两种理论都从人类的认知学习机制出发,通过实验研究提出了多媒体信息设计的原则。本文对其中与教学呈现有关的研究结果进行综合,具体归纳为巧用图示、巧用语音、巧用提示和图文整合呈现、去除无关的信息以及控制冗余信息等原则。对于每一条设计原则,本文梳理了相应的实验依据和应用建议,以便教师能加深理解和灵活运用。

基于认知负荷理论的远程教育微课教学设计原则

目前数字教育资源海量化,但优质教育资源依旧不足。优质教育资源的产出需要好的教学设计。根据基于认知负荷理论的梅耶多媒体教学设计原则提出了远程教育微课教学设计原则框架,包括减少外来认知加工的原则、善用必要认知加工的原则和促进生成认知加工的原则。并将其应用在城市燃气工程技术专业核心课程的微课教学设计实践中。实践与调查研究表明,利用微课教学设计原则进行教学设计的微课在各项微课评价指标测评中均占绝对优势,尤其在情景创设、问题设计、兴趣培养和思维表征等方面表现突出。

基于神经认知计算模型的高分辨率遥感图像场景分类

通过大脑对外界环境感知的神经结构与认知功能的相关研究,构建仿脑的媒体神经认知计算(multimedia neural cognitive computing,MNCC)模型。该模型模拟了感官的信息感知、新皮层功能柱的认知功能、丘脑的注意控制结构、海马体的记忆存储和边缘系统的情绪控制环路等大脑基本的神经结构和认知功能。在此基础上,构建基于MNCC的高分辨率遥感图像场景分类算法。首先,图像经仿射变换后切分为若干图块,通过深度神经网络提取图块的稀疏激活特征,采用概率主题模型获取图块初始场景类别,并利用图块分类错误信息反馈控制场景显著区特征的提取;其次,根据图块的上下文获取场景语义的时空特征,并在此基础上进行图块分类和场景预分类;最后,用场景预分类误差构造奖惩函数,控制和选择深度神经网络中场景区分度较大的稀疏激活特征,并通过增量式强化集成学习,获得最后的场景分类。在两个标准的高分辨率遥感图像数据集上的实验结果表明,MNCC算法具备较好场景分类结果。