在線學(xué)習(xí)研究30年

理查德·梅耶

摘 要：本文介紹了作者對過去30年在線學(xué)習(xí)研究的研究進(jìn)展。研究如何設(shè)計(jì)在線教學(xué)是將學(xué)習(xí)科學(xué)應(yīng)用于教育的一個(gè)案例。在線教學(xué)設(shè)計(jì)研究有助于發(fā)展學(xué)習(xí)科學(xué)（如認(rèn)知負(fù)荷理論、多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論，以及學(xué)習(xí)的元認(rèn)知、動(dòng)機(jī)和情感的綜合），教學(xué)科學(xué)（如有研究證據(jù)的教學(xué)設(shè)計(jì)原理不斷發(fā)展）和評估科學(xué)（如多側(cè)面的遷移測試，同時(shí)輔以保持測試和自我調(diào)查報(bào)告，學(xué)習(xí)過程中的日志文件數(shù)據(jù)，以及學(xué)習(xí)認(rèn)知過程中的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)測量等）。文中反復(fù)提到的觀點(diǎn)：學(xué)習(xí)有賴于運(yùn)用教學(xué)方法，而不是單憑教學(xué)媒體就能夠奏效的，在線教學(xué)設(shè)計(jì)研究應(yīng)該關(guān)注數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境的特性;教學(xué)實(shí)踐應(yīng)建立在嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)上，包括旨在確定在線教學(xué)中有效成分的增值實(shí)驗(yàn);在線學(xué)習(xí)研究應(yīng)確定教學(xué)技術(shù)最有效的邊界條件;在線學(xué)習(xí)研究應(yīng)該起到檢驗(yàn)和發(fā)展學(xué)習(xí)理論的作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化學(xué)習(xí)，教學(xué)設(shè)計(jì)，多媒體學(xué)習(xí)，在線學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)科學(xué)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-0069（2020）02-0001-08

資料來源：Mayer RE. Thirty years of research on online learning. Appl Cognit Psychol. 2019; 33： 152-159. https：//doi.org/10.1002/acp.3482

收稿日期：2020-01-22

作者簡介：理查德.梅耶，美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校心理與腦科學(xué)學(xué)院教授，國際頂尖學(xué)習(xí)科學(xué)家;李爽（1982— ），女，遼寧興城人，浙江大學(xué)海洋學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，海洋學(xué)院教師發(fā)展中心副主任，研究方向?yàn)槲锢砗Ｑ?、教育設(shè)計(jì);盛群力（1957— ），男，上海人，浙江大學(xué)教育學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檎n程和教學(xué)論。

引言

（一） 將學(xué)習(xí)科學(xué)應(yīng)用于教育

本文簡短回顧的目的是提供作者個(gè)人有關(guān)過去30年在線學(xué)習(xí)研究的研究進(jìn)展，重點(diǎn)關(guān)注對學(xué)習(xí)科學(xué)（人如何學(xué)習(xí)）、教學(xué)科學(xué)（如何幫助人學(xué)習(xí)）和評估科學(xué)（如何確定人學(xué)到了什么）所起到的推動(dòng)作用。本綜述將把在線學(xué)習(xí)研究看成是學(xué)習(xí)科學(xué)應(yīng)用于教育的一個(gè)實(shí)例（Mayer，2011），它屬于應(yīng)用認(rèn)知心理學(xué)的大范疇。

（二）什么是在線學(xué)習(xí)？

在線學(xué)習(xí)（online learning，亦稱為電子學(xué)習(xí)、數(shù)字學(xué)習(xí)或基于計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)，e-learning，digital learning or computer-based learning），可以定義為在支持學(xué)習(xí)的數(shù)字化設(shè)備上所提供的教學(xué)（Clark & Mayer，2016）。這一定義包括什么是在線學(xué)習(xí)、如何在線學(xué)習(xí)和為什么要在線學(xué)習(xí)三個(gè)部分：（1）關(guān)于什么是在線學(xué)習(xí)，其內(nèi)容包括口頭或印刷的文字和/或圖示，如插圖、圖表、照片、動(dòng)畫或視頻;（2）關(guān)于如何在線學(xué)習(xí)，其媒體是基于計(jì)算機(jī)的設(shè)備，如臺式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)或虛擬現(xiàn)實(shí);（3）關(guān)于為什么要進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，其教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)習(xí)者的知識發(fā)生特定的變化。

在線學(xué)習(xí)已經(jīng)獲得了越來越多的關(guān)注，因?yàn)榻虒W(xué)越來越多地從傳統(tǒng)的媒體——如書籍和面對面講授——轉(zhuǎn)移到基于計(jì)算機(jī)的媒體——如解說動(dòng)畫、教學(xué)視頻、涉及印刷文本和插圖的超文本，以及教育游戲和模擬（Clark & Mayer，2016;Mayer，2017）。在線環(huán)境允許采用許多創(chuàng)新的方法來支持學(xué)習(xí)，但是我們需要的是基于研究的原理來更好地利用這些新的可能性。我們面臨的挑戰(zhàn)是，教學(xué)技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)超過了教學(xué)科學(xué)的進(jìn)步，后者能夠確定技術(shù)如何得以最佳使用。簡而言之，僅僅因?yàn)榧夹g(shù)可以完成某些事情并不意味著它非得要這樣去做。

值得說明的是，教學(xué)媒體——即便是基于計(jì)算機(jī)的媒體——本身并不會(huì)帶來學(xué)習(xí)，反而是教學(xué)方法才會(huì)引發(fā)學(xué)習(xí)（Clark，2001）。某些教學(xué)技術(shù)有可能提供那些在傳統(tǒng)媒體上無法落地或難以實(shí)現(xiàn)的教學(xué)方法。例如，基于計(jì)算機(jī)的媒體使涉及交互性或動(dòng)態(tài)圖形的教學(xué)方法成為可能，這是傳統(tǒng)的基于書本的媒體無法輕易做到的。在教學(xué)技術(shù)的歷史上，充斥著教育中尖端技術(shù)興衰的例子，包括20世紀(jì)20年代的電影，30年代的廣播，50年代的電視，以及60年代的程序化教學(xué)（Cuban，1986;Saettler，1990）。從這段早期的歷史中，我們吸取的教訓(xùn)是需要采取一種以學(xué)習(xí)者為中心的方法，即詢問如何使用技術(shù)以支持人學(xué)習(xí)，而不是問我們?nèi)绾巫屓巳ミm應(yīng)最新的前沿技術(shù)。

是的，今天我們面臨著一系列在線學(xué)習(xí)技術(shù)，這些技術(shù)可以提供令人驚嘆的圖示（虛擬現(xiàn)實(shí)）、交互學(xué)習(xí)（智能教學(xué)系統(tǒng)）和地理位置（GPS）。在線學(xué)習(xí)技術(shù)的教育潛力會(huì)像過去的教育技術(shù)一樣消失，還是我們能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)目茖W(xué)研究來指導(dǎo)在線學(xué)習(xí)的有效使用？本文總結(jié)了過去30年來如何幫助人在豐富的技術(shù)環(huán)境中學(xué)習(xí)方面所取得的進(jìn)展，并為未來的研究提出一些富有成效的途徑。特別是，我提供了一個(gè)基于研究的理論發(fā)展簡史。這些理論包括人如何借助媒體學(xué)習(xí)（學(xué)習(xí)科學(xué)），如何幫助人通過借助學(xué)習(xí)（教學(xué)科學(xué)），以及如何確定人從媒體中學(xué)到了什么（評估科學(xué)）。

二、學(xué)習(xí)科學(xué)

（一）學(xué)習(xí)觀念的改變

學(xué)習(xí)科學(xué)是關(guān)于人如何學(xué)習(xí)的科學(xué)研究（Mayer，2011）。如表1第一列所示，在20世紀(jì)經(jīng)歷了三個(gè)學(xué)習(xí)隱喻（Mayer，1992，2001a，2011）。

首先，20世紀(jì)上半葉是行為主義隱喻——學(xué)習(xí)作為反應(yīng)強(qiáng)化，在這一隱喻中，學(xué)習(xí)包括加強(qiáng)和削弱對獎(jiǎng)懲反應(yīng)的關(guān)聯(lián)。行為主義的學(xué)習(xí)理論主要是基于這樣的研究，即實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物在非自然的和極端饑餓的情況下學(xué)會(huì)作出簡單的反應(yīng)，例如小白鼠跑迷宮獲取食物。

第二，20世紀(jì)50年代和60年代迎來了信息加工革命，提出了一種認(rèn)知主義隱喻：學(xué)習(xí)包括向記憶中添加信息，這就是獲取信息。認(rèn)知主義的學(xué)習(xí)理論主要是建立在人在非自然的情況下學(xué)習(xí)記憶任意材料等研究之上的，例如記憶單詞表。

第三，再下一階段涉及建構(gòu)主義隱喻，即學(xué)習(xí)作為知識建構(gòu)，學(xué)習(xí)者在工作記憶中積極地建立起一種心理表征。盡管建構(gòu)主義在20世紀(jì)70年代和80年代發(fā)展勢頭不錯(cuò)，但其根源可以追溯到巴特利特（Bartlett，1932）關(guān)于散文閱讀文本理解，皮亞杰（Piaget，1971）關(guān)于認(rèn)知發(fā)展，韋特海默（Wertheimer，1959）和其他格式塔心理學(xué)家關(guān)于意義學(xué)習(xí)的圖式建構(gòu)研究和理論。建構(gòu)主義對信息加工的觀點(diǎn)重新作出了解釋（Mayer，2014a）。（1）信息不再被視為一種可以從外部世界傳遞到人類頭腦的客觀商品，人類學(xué)習(xí)的內(nèi)容變成了由學(xué)習(xí)者親自建構(gòu)的知識。（2）思維活動(dòng)不再是像在計(jì)算機(jī)程序或數(shù)學(xué)運(yùn)算中那樣被視為可以應(yīng)用于信息的一組嚴(yán)格的算法或計(jì)算集，而是一種建構(gòu)活動(dòng)。這涉及學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)加工，目的在于意義的形成，包括關(guān)注相關(guān)材料，在心理上將其組織成一個(gè)連貫的結(jié)構(gòu)，并與從長期記憶中激活的相關(guān)原有知識進(jìn)行整合。建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論主要是建立在人進(jìn)入到實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場環(huán)境中學(xué)習(xí)更現(xiàn)實(shí)的材料之上的，例如從科學(xué)或數(shù)學(xué)課程中學(xué)習(xí)。

如你所見，從把學(xué)習(xí)看作是強(qiáng)化反應(yīng)到獲取信息再到知識構(gòu)建的過程，與研究對象從實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物到人，從人工材料和環(huán)境到現(xiàn)實(shí)材料和環(huán)境的轉(zhuǎn)變是平行的。因此，研究教育問題的實(shí)際需求促進(jìn)了學(xué)習(xí)理論的進(jìn)步。盡管這三種關(guān)于學(xué)習(xí)如何運(yùn)作的觀點(diǎn)都影響了當(dāng)今的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，但建構(gòu)主義的觀點(diǎn)被認(rèn)為是與學(xué)習(xí)最為相關(guān)的。

（二）學(xué)習(xí)概念的最新進(jìn)展

在過去的幾十年中，建構(gòu)主義將學(xué)習(xí)作為一種生成活動(dòng)的觀點(diǎn)一直在不斷發(fā)展。從20世紀(jì)70年代開始，威特洛克（Mayer & Wittrock，1996，2006;Wittrock，1974;Wittrock，1978;Wittrock，1989;Wittrock，1992）展示了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀如何推進(jìn)教育理論和實(shí)踐?，F(xiàn)代的建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀反映在威特洛克（1974，p.89）的論點(diǎn)中，即學(xué)習(xí)取決于學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道的東西與將要學(xué)習(xí)的東西之間的同化：“理解的學(xué)習(xí)……是在刺激和儲(chǔ)存的信息之間產(chǎn)生……聯(lián)系的過程?！碧貏e是，威特洛克的生成性學(xué)習(xí)概念強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)認(rèn)知加工的作用：“在編碼過程中，當(dāng)學(xué)習(xí)者使用自己對事件和經(jīng)驗(yàn)的記憶來構(gòu)建文本的意義時(shí)，閱讀理解就變得容易?！保―octorow，Wittrock & Marks，1978，p.109）在接下來的幾年里，威特洛克（1992，p.532）更加關(guān)注生成學(xué)習(xí)過程：“有選擇地關(guān)注事件……并在概念之間、經(jīng)驗(yàn)之間或原有學(xué)習(xí)與新信息之間產(chǎn)生關(guān)系?！?/p>

與在線學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)相關(guān)的學(xué)習(xí)理論的另一個(gè)進(jìn)展是認(rèn)知負(fù)荷理論，它出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，并不斷發(fā)展（Paas & Sweller，2014;Sweller，1999，2005;Sweller，Ayres & Kalyuga，2011）。認(rèn)知負(fù)荷理論的一個(gè)中心原理是學(xué)習(xí)者工作記憶的認(rèn)知能力是有限的。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中所經(jīng)歷的總認(rèn)知負(fù)荷包括了對認(rèn)知能力提出的三個(gè)要求：外部認(rèn)知負(fù)荷是指與學(xué)習(xí)目標(biāo)無關(guān)的、由材料呈現(xiàn)方式所引起的認(rèn)知加工;內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷是指實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)所需的認(rèn)知加工，學(xué)習(xí)目標(biāo)取決于學(xué)習(xí)者的材料固有的復(fù)雜性;生成認(rèn)知負(fù)荷指的是學(xué)習(xí)者的努力所造成的認(rèn)知加工，包括圖式構(gòu)建和自動(dòng)化（Sweller，1999，2005）。這些研究總結(jié)了促進(jìn)早期研究的教學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要目標(biāo)：“教學(xué)的目的應(yīng)該是減少由不適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)程序造成的外部認(rèn)知負(fù)荷”（Sweller，2005，p.27-28）。盡管最近的調(diào)整增加了進(jìn)化的味道（Paas & Sweller，2014）以及內(nèi)在負(fù)荷和生成負(fù)荷的結(jié)合，但認(rèn)知負(fù)荷理論的中心主題仍然是如何幫助人在加工能力有限的認(rèn)知系統(tǒng)中開展學(xué)習(xí)。

我對學(xué)習(xí)理論如何應(yīng)用于在線學(xué)習(xí)的思考，受到了威特洛克關(guān)于生成學(xué)習(xí)的見解以及斯維勒關(guān)于學(xué)習(xí)過程中工作記憶能力限制的見解的影響。我（Mayer，2001b）從用來指導(dǎo)多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論發(fā)展的三個(gè)基本認(rèn)知原理開始：（1）雙重通道（dual channels）——人有不同的渠道來處理聽覺/語言和視覺/圖示信息;（2）容量有限（limited capacity）——人在任何時(shí)間只能處理每個(gè)通道中有限數(shù)量的材料;（3）主動(dòng)加工（active processing）——意義學(xué)習(xí)是指人在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼J(rèn)知加工，包括選擇相關(guān)材料，將其組織成一致連貫的結(jié)構(gòu)，并將其與從長期記憶中激活的相關(guān)知識相結(jié)合。在此基礎(chǔ)上，我（Mayer，2001b）提出了如圖1（見下頁）所示的流程圖，由四個(gè)模塊組成，分別代表材料存放的位置（多媒體展示、感覺記憶、工作記憶和長時(shí)記憶），兩個(gè)通道（頂部一行是語詞通道，底部一行是圖片通道）;三種用于認(rèn)知過程的箭頭（選擇詞語和選擇圖像將材料從感覺記憶帶入工作記憶;組織語詞和組織圖像創(chuàng)造了有組織的言語和圖示表征;整合包括將言語和圖示表征相互聯(lián)系起來以及將相關(guān)的原有知識從長時(shí)記憶中激活）。

這一基本模型是在過去30年中從20世紀(jì)90年代的研究成果發(fā)展而來的，當(dāng)時(shí)的模型沒有感覺記憶，只有三個(gè)箭頭（選擇、組織和整合）而不是五個(gè)箭頭組成（Mayer & Sims，1994），或者缺乏感覺記憶和長期記憶（Mayer，Steinhoff，Bower & Mars，1995）。它最早出現(xiàn)在梅耶、海瑟和隆恩（Mayer， Heiser & Lonn，2001）的論文中，此后在其他多篇論文中進(jìn)一步得到闡述（Mayer，2001b，2005，2009，2014b;Mayer & Moreno，2003）。在過去的30年里，其名稱從“意義學(xué)習(xí)模型”（Mayer，1989）變成了“雙編碼模型”（Mayer & Anderson，1991，1992）或“雙加工模型”（Mayer & Moreno，1998;1999;Mayer，Moreno，Boire & Vagge，1999），后來又變成了“生成理論”（Mayer，1997;Mayer，et al.，1995;Plass，Chun，Mayer & Leutner，1998），但最新的術(shù)語“多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論”最早是由梅耶、海瑟和隆恩（Mayer，Heiser & Lonn，2001a）提出的，并在后續(xù)多篇論文中進(jìn)一步闡述（Mayer，2001b，2005，2009，2014b;Mayer & Moreno，2003）。盡管基本模型在過去20年中一直保持不變，但重點(diǎn)已經(jīng)從記憶存儲(chǔ)（即四個(gè)方框）和通道（即雙重通道）遷移到了認(rèn)知過程（即五個(gè)箭頭）。

對學(xué)習(xí)過程中認(rèn)知過程的關(guān)注強(qiáng)調(diào)了在學(xué)習(xí)過程中需要更好地衡量認(rèn)知過程的需求。盡管大多數(shù)在線學(xué)習(xí)研究使用認(rèn)知負(fù)荷的主觀測量方法（Brunken，Seufert & Paas，2010;Paas，Tuovinen，Tabbers & Van Gerven，2003;Paas，Van Merrinboer & Adam，1994），但其缺點(diǎn)包括需要在學(xué)習(xí)后而不是在學(xué)習(xí)期間進(jìn)行測量，還包括依賴學(xué)習(xí)者對其認(rèn)知過程進(jìn)行準(zhǔn)確評估（DeLeeuw & Mayer，2008）。在線學(xué)習(xí)認(rèn)知理論中一些正在進(jìn)行的方法論發(fā)展涉及在學(xué)習(xí)過程中使用認(rèn)知加工的客觀測量，包括眼動(dòng)跟蹤測量（Johnson & Mayer，2012;Ponce & Mayer，2014;Wang，Li，Mayer & Liu，2018）以及腦電圖（EEG）和功能性磁共振成像（fMRI）（Mayer，2017）。隨著在學(xué)習(xí)過程中測量認(rèn)知加工的客觀技術(shù)的不斷發(fā)展，有望澄清認(rèn)知學(xué)習(xí)理論的各個(gè)方面，特別是解釋圖1中的箭頭。

在線學(xué)習(xí)認(rèn)知理論的一些擴(kuò)展包括整合情感（Mayer & Moreno，2007;Plass & Kaplan，2016）、動(dòng)機(jī)（Huang & Mayer，2016;Mayer，2014c）和元認(rèn)知（Azevedo，2014;Azevedo & Aleven，2013;Fiorella & Mayer，2015）。關(guān)于情感，莫雷諾和梅耶（Moreno & Mayer，2007）提出了媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知——情感模型，普拉斯和卡普蘭（Plass & Kaplan，2016）展示了數(shù)字材料的情感設(shè)計(jì)如何影響學(xué)習(xí)。關(guān)于動(dòng)機(jī)，研究人員已經(jīng)展示了提高學(xué)生自我效能的信念可以促進(jìn)多媒體課的學(xué)習(xí)（Huang & Mayer，2016;Mayer，2014c）。關(guān)于元認(rèn)知，研究人員展示了學(xué)生對學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)策略的意識和控制，可以影響其在多媒體環(huán)境中的學(xué)習(xí)（Azevedo，2014;Azevedo & Aleven，2013;Fiorella & Mayer，2015）。這樣的發(fā)展有望拓寬認(rèn)知學(xué)習(xí)理論。

三、教學(xué)科學(xué)

教學(xué)科學(xué)是如何幫助人學(xué)習(xí)的科學(xué)研究（Mayer，2011）。前一節(jié)所描述的三個(gè)學(xué)習(xí)隱喻暗示了不同的教學(xué)方法，如表1第三列所示（Mayer，1992，2001b，2011）。20世紀(jì)初，當(dāng)反應(yīng)強(qiáng)化隱喻占主導(dǎo)地位時(shí)，一種常見的教學(xué)方法是訓(xùn)練和練習(xí)（Cuban，1986）。例如，在背誦練習(xí)中，老師提出一個(gè)需要簡短回答的問題，要求學(xué)生做出回答，然后獎(jiǎng)勵(lì)回答正確的學(xué)生（例如，說“對”）或懲罰回答錯(cuò)誤的學(xué)生（例如，用教鞭打他或罰坐角落）。到了20世紀(jì)50年代，當(dāng)信息獲取隱喻方興未艾時(shí)，主導(dǎo)性教學(xué)方法變成了直接教學(xué)，如通過講授、教科書和演示文稿。自20世紀(jì)80年代知識建構(gòu)隱喻興起以來，流行的教學(xué)方法主要集中在主動(dòng)學(xué)習(xí)上，如對學(xué)習(xí)任務(wù)的討論和指導(dǎo)性練習(xí)。

區(qū)分死記硬背的教學(xué)方法和有意義的教學(xué)方法，在心理學(xué)和教育上已有很長的歷史，如20世紀(jì)上半葉的格式塔心理學(xué)家所證明的那樣（Katona，1940;Wertheimer，1959）。有意義的教學(xué)方法在遷移測試和保持測試中有優(yōu)異表現(xiàn);死記硬背的教學(xué)方法只是在保持測試中表現(xiàn)出色，因此，遷移測試對于區(qū)分死記硬背和有意義的教學(xué)方法產(chǎn)生的學(xué)習(xí)結(jié)果最為有用（Mayer，2011）。

諸如訓(xùn)練和練習(xí)之類的方法以及某些直接教學(xué)形式被認(rèn)為是采用了死記硬背教學(xué)方法;而指導(dǎo)性練習(xí)和某些直接教學(xué)形式被認(rèn)為是有意義的教學(xué)形式。死記硬背的教學(xué)方法不需要學(xué)習(xí)者在接受材料時(shí)予以理解（也就是說，不去建立一致連貫的心理模型）。有意義的教學(xué)方法，則要求學(xué)習(xí)者參與旨在理解材料的認(rèn)知過程（即試圖建立學(xué)習(xí)材料的一致連貫的心理模型）。

在過去的30年里，學(xué)者們對機(jī)械學(xué)習(xí)和意義學(xué)習(xí)的概念發(fā)生了重要的變化。最初，隨著建構(gòu)主義革命的開始，人們關(guān)注的焦點(diǎn)是學(xué)習(xí)過程中的行為活動(dòng)，其中意義學(xué)習(xí)與學(xué)習(xí)過程中的動(dòng)手活動(dòng)相關(guān)聯(lián)，例如發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)方法（Kirschner，Suveler & Clark，2006;Mayer，2004）。然而，過去30年的在線學(xué)習(xí)研究表明，諸如在線演示等被動(dòng)媒體可以導(dǎo)致學(xué)習(xí)者在教學(xué)過程中認(rèn)知上積極的主動(dòng)學(xué)習(xí)。因此，學(xué)習(xí)的焦點(diǎn)已經(jīng)遷移到認(rèn)知活動(dòng)上，在學(xué)習(xí)過程中，有意義的教學(xué)與引導(dǎo)認(rèn)知過程相聯(lián)系，即使此時(shí)所選用的媒體相對被動(dòng)，也沒有關(guān)系。一個(gè)重要的進(jìn)步是認(rèn)識到有意義的教學(xué)方法，其關(guān)鍵不一定在于學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的行為活動(dòng)，而在于學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知加工。這導(dǎo)致人們對在線課程的注意力從單純的動(dòng)手活動(dòng)轉(zhuǎn)移到是否指導(dǎo)學(xué)習(xí)過程中的積極認(rèn)知加工（Skuballa，Dammert & Renkl，2018）。

根據(jù)相關(guān)的認(rèn)知學(xué)習(xí)理論，如認(rèn)知負(fù)荷理論（Paas & Sweller，2014;Sweller et al.，2011）和多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論（Mayer，2009，2014b），表2列出了在線學(xué)習(xí)的三個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)。認(rèn)知負(fù)荷理論使用了外部認(rèn)知負(fù)荷、內(nèi)部認(rèn)知負(fù)荷和生成認(rèn)知負(fù)荷來描述學(xué)習(xí)過程中的三種認(rèn)知負(fù)荷（Sweller，1999;Sweller，et al.，2011），多媒體學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論使用平行術(shù)語強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知加工——冗余加工、必要加工和生成加工（Mayer，2001b，2005，2009，2014b）。

冗余加工是不能滿足教學(xué)目的的認(rèn)知加工，因此教學(xué)設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是減少冗余加工。 從1980年開始，有關(guān)在線學(xué)習(xí)環(huán)境的教學(xué)設(shè)計(jì)的許多初步研究都集中在減少冗余加工技術(shù)上。理由是如果學(xué)習(xí)者將寶貴的認(rèn)知能力用于冗余加工，那么將無法再有精力從事有意義的學(xué)習(xí)所需的認(rèn)知加工，即必要加工和生成加工。

表3總結(jié)了旨在減少冗余處理并適用于在線學(xué)習(xí)的五種教學(xué)方法的研究：前后一致原理（coherence principle）、提示結(jié)構(gòu)原理（signaling/cueing?principle）、刪除冗余原理（redundancy principle）、空間鄰近原理（spatial contiguity principle）和時(shí)間鄰近原理（temporal contiguity principle）。該表根據(jù)已發(fā)布的比較實(shí)驗(yàn)簡要介紹了每個(gè)原理和效應(yīng)量中值大小，其中，從具有該特征的在線課程的小組，學(xué)習(xí)后得到遷移或理解分?jǐn)?shù)，與接受不具有該特征的相同在線課程的小組進(jìn)行了比較。可以看出，對減少冗余加工的技術(shù)進(jìn)行了30年的研究已經(jīng)產(chǎn)生了可觀的研究基礎(chǔ)，并產(chǎn)生了與在線學(xué)習(xí)相關(guān)的幾種基于研究的設(shè)計(jì)原則（Ayres & Sweller，2014;Kalyuga & Sweller，2014;Mayer & Fiorella，2014;Van Gog，2014）。

例如，介紹人體血液循環(huán)系統(tǒng)如何工作的在線課程可以通過刪除無關(guān)事實(shí)（前后一致原理）、使用黑色墨水線條圖而不是照片上真實(shí)的心肺圖示（前后一致原理）來改進(jìn)，當(dāng)敘述提到血液循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，插圖的一部分變紅（提示結(jié)構(gòu)原理），用更多的聲音強(qiáng)調(diào)講解中的關(guān)鍵術(shù)語（提示結(jié)構(gòu)原理），而不是在屏幕上添加重復(fù)講解者所說內(nèi)容的字幕（刪除冗余原理），在屏幕上顯示的圖形的相應(yīng)部分旁邊打印名稱（空間鄰近原理），在敘述描述動(dòng)作或?qū)ο蟮耐瑫r(shí)顯示圖形中的動(dòng)作或?qū)ο螅〞r(shí)間鄰近原理）。

即使大部分或全部冗余加工予以消除后，當(dāng)課程材料過于復(fù)雜時(shí)，學(xué)習(xí)者的認(rèn)知系統(tǒng)也可能變得超載。因此，下一個(gè)主要進(jìn)展是包括研究突出重點(diǎn)的必要加工技術(shù)——認(rèn)知加工需要在心理上表征相關(guān)材料。表4總結(jié)了2000年以來關(guān)于突出重點(diǎn)的切塊呈現(xiàn)、預(yù)先準(zhǔn)備和雙重通道原理的三種教學(xué)方法的研究。可以看出，對重點(diǎn)突出處理的技術(shù)進(jìn)行了20年的研究已經(jīng)形成了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)支持與在線學(xué)習(xí)相關(guān)的幾種基于研究的設(shè)計(jì)原則（Low & Suller，2014;Mayer & Pilegard，2014）。

例如，一個(gè)描述人體血液循環(huán)系統(tǒng)如何工作的動(dòng)畫可以通過將課程分成有意義的部分來改進(jìn)，每個(gè)部分以一個(gè)“繼續(xù)”鍵結(jié)束，允許學(xué)習(xí)者進(jìn)入下一個(gè)部分（切塊呈現(xiàn)原理），在動(dòng)畫開始之前提供循環(huán)系統(tǒng)中每個(gè)部分的名稱和定義（預(yù)先準(zhǔn)備原理），并將單詞以口頭形式呈現(xiàn)為講解，而不是以印刷形式呈現(xiàn)為屏幕文本（雙重通道原理）。

教學(xué)設(shè)計(jì)研究的最新目標(biāo)是構(gòu)建以理解材料為目的的生成加工認(rèn)知過程的教學(xué)方法。這一方法自2000年以來一直備受關(guān)注，它側(cè)重于激發(fā)學(xué)習(xí)者努力理解材料的教學(xué)特點(diǎn)。如表5所示，這些原理包括“個(gè)性特征原理”（personalization principle）、“形象在屏原理”（embodiment principle）和“原音呈現(xiàn)原理”（voice principle）?？偟膩碚f，過去的20年已經(jīng)進(jìn)行了足夠的實(shí)驗(yàn)，并產(chǎn)生了一些基于社交線索的初步設(shè)計(jì)原理，未來的幾年里會(huì)更值得期待（Mayer，2014d）。

例如，描述人體血液循環(huán)系統(tǒng)如何工作的敘述動(dòng)畫可以通過使用包含“你”和“我”的會(huì)話語言而不是正式語氣（個(gè)性特征原理）來改進(jìn)，由使用類似人的手勢和面部表情的屏幕角色呈現(xiàn)的課程（形象在屏原理），以及以吸引人的真實(shí)人聲而不是機(jī)器合成的聲音呈現(xiàn)的講解（原音呈現(xiàn)原理）。

可見，研究人員最初關(guān)注于減少冗余加工，然后增加了重點(diǎn)突出加工，最近則強(qiáng)調(diào)促進(jìn)生成加工。例如，2001年對基于數(shù)據(jù)的在線教學(xué)設(shè)計(jì)原則的綜述包含五種減少冗余方法中的四種，但三種重點(diǎn)突出的方法只涉及一種，沒有促進(jìn)生成處理的方法（Mayer，2001b）。之后的研究包含了除一種促進(jìn)生成加工的方法之外的所有方法（Mayer，2005，2009），最近的研究包含了所有方法（Mayer，2014b）。在接下來的幾年里，我希望看到一些附加的原則，包括幫助學(xué)生克服焦慮、培養(yǎng)富有成效的信念、管理學(xué)習(xí)策略和感受積極情感的技能。

在過去的30年里，基于在線教學(xué)方法的研究顯示出強(qiáng)勁的增長。到2001年，已經(jīng)有足夠的研究來進(jìn)行綜合分析，包括基于30個(gè)實(shí)驗(yàn)比較的前三個(gè)表中列出的5個(gè)原則（Mayer，2001b）。到2009年，已有足夠多的研究用于綜合分析，包括基于72項(xiàng)實(shí)驗(yàn)比較的前三個(gè)表中列出的10項(xiàng)原則（Mayer，2009）。到2014年，所有11項(xiàng)原則都納入了基于219項(xiàng)實(shí)驗(yàn)比較的綜合分析（Mayer，2014d;Mayer & Fiorella， 2014;Mayer & Pilegard，2014）。近幾年來，在線教學(xué)設(shè)計(jì)的研究步伐不斷加快，包括促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)的新興教學(xué)設(shè)計(jì)研究（Parong & Mayer，2018）。

在過去30年的教學(xué)研究中，另一個(gè)重要的進(jìn)步是考慮每一個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)原理的邊界條件，特別是在過去的10年中（Mayer，2009，2014d;Mayer & Fio-rella，2014;Mayer & Pilegard，2014）。最常見的邊界條件涉及學(xué)習(xí)者的原有知識水平，上述表格列出的原理有時(shí)最適合具有低（而非高）原有知識的學(xué)習(xí)者（Kalyuga，2014）。闡明每一原則的邊界條件是今后研究的一項(xiàng)重要而持續(xù)的任務(wù)，包括為誰、為哪種學(xué)習(xí)目標(biāo)和材料、為哪種媒體場所等。

四、評估科學(xué)

評估科學(xué)是有關(guān)確定學(xué)生習(xí)得的科學(xué)研究（Mayer，2011）。如表1最右邊一欄所示，學(xué)習(xí)結(jié)果評估的最初重點(diǎn)是行為響應(yīng)（基于行為強(qiáng)化的隱喻），然后轉(zhuǎn)向記憶保持（基于信息獲取的隱喻），而最近又回歸到知識遷移（基于知識建構(gòu)的隱喻）。布盧姆的分類法（Bloom，Engelhart，F(xiàn)urst，Hill & Krathwohl，1956）為己有的教育評估保持測試增加了遷移測試的轉(zhuǎn)變，并且其新版本（Anderson，2001）表明遷移可以應(yīng)用于不同類型的知識。未來的工作需要進(jìn)一步完善基于計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)評估（或表現(xiàn)評估），其中給學(xué)生提供具有挑戰(zhàn)性任務(wù)，而“隱形評估”（stealth assessment）則將評估無縫集成到在線課程中，并用于適應(yīng)學(xué)習(xí)者的需求（Shute & Ventura，2013）。此外，未來評估學(xué)習(xí)過程的工作還包括超越自我報(bào)告評級，包括對學(xué)習(xí)過程中的日志數(shù)據(jù)和其他行為進(jìn)行分析，以及對學(xué)習(xí)過程中的腦電波及生理數(shù)據(jù)，如腦電圖、功能性磁共振成像和眼動(dòng)追蹤（eye tracking）進(jìn)行分析。

五、未來在線教學(xué)研究展望

總之，學(xué)生很可能會(huì)越來越多地接觸到在線學(xué)習(xí)——無論是正式的還是非正式的。因此，在線教學(xué)的設(shè)計(jì)將是一個(gè)重要的實(shí)踐和理論挑戰(zhàn)。以上簡短的歷史提供了一個(gè)應(yīng)用認(rèn)知心理學(xué)的實(shí)例，重點(diǎn)是將學(xué)習(xí)科學(xué)應(yīng)用到在線教學(xué)的實(shí)際問題上。作為一名教育心理學(xué)家，我認(rèn)為關(guān)于在線教學(xué)設(shè)計(jì)研究在未來的發(fā)展中會(huì)有如下幾個(gè)方面：

關(guān)于學(xué)習(xí)科學(xué)，當(dāng)前在線學(xué)習(xí)的認(rèn)知理論將受益于情感、動(dòng)機(jī)和元認(rèn)知的更強(qiáng)結(jié)合，以及對如何在學(xué)習(xí)過程中使用客觀的認(rèn)知加工方法的更好理解;同時(shí)也將受益于更好地理解如何在學(xué)習(xí)過程中使用認(rèn)知過程的客觀測量。

關(guān)于教學(xué)科學(xué)，我們需要在復(fù)制現(xiàn)有教學(xué)設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，發(fā)展其邊界條件，創(chuàng)造新的原理（包括為新的場景，如游戲、模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)和便攜式媒體等學(xué)習(xí)方式）并繼續(xù)發(fā)展研究。

關(guān)于評估科學(xué)，我們需要改進(jìn)在線學(xué)習(xí)過程和結(jié)果評估，并將其作為在線學(xué)習(xí)體驗(yàn)的一部分，從而使教學(xué)適應(yīng)個(gè)體學(xué)習(xí)者的需要。

總而言之，根據(jù)斯托克斯（Stokes，1997）的觀點(diǎn)，這一研究表明，進(jìn)行既有實(shí)際目標(biāo)（如改進(jìn)在線教學(xué)）又有理論目標(biāo)（如理解學(xué)習(xí)原理）的研究是有價(jià)值的。簡而言之，本綜述說明了為什么應(yīng)用認(rèn)知心理學(xué)是并且將繼續(xù)是一個(gè)令人興奮和富有成效的研究領(lǐng)域。

（責(zé)任編輯 杜丹丹 王策）

Abstract： This paper has introduced the latest development of the authors online learning study for the past 30 years.To study how to design online teaching is a case study of applying learning science to education.Research on online teaching design helps to develop learning science（e.g. cognitive load theory，cognitive theory of multi-media learning， and learnings metacognition，motive and emotional synthesis），teaching science（e.g.the gradual development of teaching design principle of research evidence），and evaluation science（e.g.multi-sided migration test，as well as subsidiary maintaining test and self-investigation report，log file data during learning，and cognitive neuroscience measurement during the process of learning cognition）.The viewpoints put forward repeatedly in this paper are：learning depends on applying teaching method，but doesnt work effectively with teaching multi-media，hence，the online teaching design should focus the features of digital learning environment;teaching practice should establish on the basis of rigid and systematic researches， including value-added experiment aiming to ensure the effective elements in online teaching;the study of online learning should confirm the border conditions of effectiveness of teaching design;the learning study should play a role of test and develop learning theory.

Key words： digital learning;teaching design;multi-media learning;online learning;learning science