多媒體學(xué)習(xí)中線索原則是否存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)？-來自兩項元分析的證據(jù) *

趙婷婷 楊曉夢 張 洋 王燕青 謝和平 王福興

(1 華中師范大學(xué)心理學(xué)院，武漢 430079) (2 南京師范大學(xué)心理學(xué)院，南京 210000)

1 引言

線索原則（signaling/cuing principle）指出，個體在學(xué)習(xí)加入線索的學(xué)習(xí)材料時，學(xué)習(xí)效果更好（van Gog, 2014）。在學(xué)習(xí)材料中加入線索，能夠吸引學(xué)習(xí)者的注意，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)材料的選擇、組織和整合加工（de Koning & Jarodzka, 2017；van Gog, 2014）。但也有研究者指出，教學(xué)設(shè)計的有效性可能會受到學(xué)習(xí)者知識經(jīng)驗的影響，提出經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)（expertise reversal effect）：即對低先備知識者有效的教學(xué)設(shè)計可能對高先備知識者沒有促進(jìn)作用甚至?xí)璧K學(xué)習(xí)（Kalyuga, 2007；Kalyuga, Ayres, Chandler, & Sweller, 2003）。那么，在多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境下，線索這種教學(xué)設(shè)計是否也存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)？如果存在，其背后的原因是什么？這些問題值得探究。為此，本研究通過兩個元分析分別綜合以往線索對高、低先備知識者影響的研究，檢驗多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境下線索原則是否存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)，以及能否從認(rèn)知負(fù)荷理論視角解釋線索原則的經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)。

1.1 經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)

認(rèn)知負(fù)荷理論是經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)產(chǎn)生原因的一種理論解釋（Kalyuga, 2007； Sweller, 2005）。該理論認(rèn)為，長時記憶中儲存著大量圖式，這些圖式將概念和問題解決程序分類表征。在執(zhí)行任務(wù)時，相關(guān)圖式被激活以指導(dǎo)當(dāng)前任務(wù)的加工。此外，該理論認(rèn)為人的認(rèn)知資源是有限的，認(rèn)知負(fù)荷分為三類：內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷（intrinsic cognitive load）、外在認(rèn)知負(fù)荷（extraneous cognitive load）（阻礙學(xué)習(xí)的認(rèn)知負(fù)荷，受學(xué)習(xí)材料設(shè)計影響）、相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷（germane cognitive load）（Sweller, 2005）。學(xué)習(xí)者執(zhí)行學(xué)習(xí)任務(wù)時的總認(rèn)知負(fù)荷是內(nèi)、外兩種認(rèn)知負(fù)荷之和（Sweller, 2010； Sweller, Ayres, &Kalyuga, 2011a）。如果學(xué)習(xí)過程中的總認(rèn)知負(fù)荷超出認(rèn)知資源總量，則會發(fā)生認(rèn)知超負(fù)荷并對學(xué)習(xí)產(chǎn)生不利影響（Paas, Tuovinen, Tabbers, & van Gerven, 2003）。

對于經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，認(rèn)知負(fù)荷理論給予了解釋。對于低先備知識者，其長時記憶中缺乏任務(wù)相關(guān)圖式，在執(zhí)行任務(wù)時缺乏來自圖式的內(nèi)部指導(dǎo)。而為其提供外在教學(xué)支持則彌補(bǔ)了內(nèi)部圖式的缺失，從而避免學(xué)習(xí)者采用認(rèn)知無效的嘗試錯誤策略，降低學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知負(fù)荷并促進(jìn)學(xué)習(xí)（Kalyuga et al., 2003）。

而高先備知識者已經(jīng)獲得相關(guān)知識圖式，此時教學(xué)設(shè)計者提供的教學(xué)支持可能與來自內(nèi)部圖式的指導(dǎo)重合，外部教學(xué)支持反而成了冗余信息。加工冗余教學(xué)支持占據(jù)了高先備知識者額外的認(rèn)知資源（Kalyuga et al., 2003）。在這種情況下，一方面，高先備知識者會體驗到更高的外在認(rèn)知負(fù)荷，但總認(rèn)知負(fù)荷可能尚未超出工作記憶資源總量，從而不會對學(xué)習(xí)造成阻礙。另一方面，如果加工冗余教學(xué)支持所消耗的外在認(rèn)知負(fù)荷較高，導(dǎo)致認(rèn)知超負(fù)荷，那么額外教學(xué)支持反而會降低其學(xué)習(xí)效果（Paas et al., 2003）。外部教學(xué)支持能夠促進(jìn)低先備知識者的學(xué)習(xí)而對高先備知識者沒有促進(jìn)作用甚至阻礙學(xué)習(xí)，分別反映了部分的和完全的經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)（Kalyuga & Renkl, 2010）（見圖1）。

圖 1 基于認(rèn)知負(fù)荷理論的經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)

1.2 線索原則與經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)

對于低先備知識者，線索會為其學(xué)習(xí)帶來積極影響。由于缺乏來自長時記憶中相關(guān)圖式的內(nèi)部指導(dǎo)，低先備知識者對信息的選擇性注意更多的是一個自下而上的過程，受學(xué)習(xí)材料在視覺上的突出程度影響更大（Lowe, 1999）。但在實際學(xué)習(xí)中，視覺上較為突出的信息不一定和學(xué)習(xí)主題相關(guān)（Schnotz & Lowe, 2008）。在這種情況下，低先備知識者的注意很容易被在視覺上突出的無關(guān)元素吸引，導(dǎo)致認(rèn)知資源被用于加工與學(xué)習(xí)目標(biāo)無關(guān)的信息，從而導(dǎo)致相關(guān)信息沒有得到深入加工，不利于學(xué)習(xí)。而線索是教學(xué)設(shè)計者加入的視覺凸顯，能夠更迅速地將低先備知識者的注意吸引到相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容上（de Koning & Jarodzka, 2017；van Gog, 2014），降低了視覺搜索帶來的認(rèn)知負(fù)荷，避免了認(rèn)知超負(fù)荷現(xiàn)象的發(fā)生并促進(jìn)學(xué)習(xí)。

而對于高先備知識者，線索可能會阻礙學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)過程中，高先備知識者在長時記憶相關(guān)圖式的指導(dǎo)下能夠注意到任務(wù)相關(guān)信息（Canham &Hegarty, 2010； Jarodzka, Scheiter, Gerjets, & van Gog,2010）。線索是教學(xué)設(shè)計者加入的外部引導(dǎo)，高先備知識者需要識別線索的意義（Richter, Scheiter, &Eitel, 2016）。這些額外加工過程占據(jù)了部分認(rèn)知資源，相比于沒有線索的教學(xué)條件，高先備知識者加工有線索的學(xué)習(xí)素材會消耗更多的認(rèn)知資源。因此加入線索可能不會對高先備知識者產(chǎn)生促進(jìn)作用，甚至?xí)璧K學(xué)習(xí)。

1.3 研究目的及假設(shè)

盡管根據(jù)理論推斷，線索原則可能存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)，但目前缺少多媒體學(xué)習(xí)中線索原則是否存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)的客觀證據(jù)，以及線索如何影響高、低先備知識者學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知負(fù)荷。為此，本研究通過兩個元分析來解決上述問題。分別綜合了以往線索對高、低先備知識者認(rèn)知負(fù)荷及學(xué)習(xí)結(jié)果影響的研究。如果線索對低先備知識者學(xué)習(xí)效果的元分析結(jié)果是積極的，而對高先備知識者學(xué)習(xí)效果的元分析結(jié)果不顯著或是消極的，則可以認(rèn)為線索原則存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)。此外，通過分別對線索如何影響高、低經(jīng)驗學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行考察，以檢驗線索原則經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)的認(rèn)知負(fù)荷理論解釋是否正確。

根據(jù)以上論述，本研究提出假設(shè)1：線索原則存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)；假設(shè)2：線索能夠降低低先備知識者的認(rèn)知負(fù)荷，但會增加高先備知識者的認(rèn)知負(fù)荷。

2 研究方法

2.1 文獻(xiàn)檢索與納入標(biāo)準(zhǔn)

使用關(guān)鍵詞“cue”、“signals”與“multimedia learning”組合在谷歌學(xué)術(shù)、PsycINFO、ERIC、ProQuest 博碩士論文全文數(shù)據(jù)庫等對相關(guān)英文文獻(xiàn)進(jìn)行搜索并參照相關(guān)文章的參考文獻(xiàn)列表進(jìn)行搜索。使用關(guān)鍵詞“線索”、“信號”與“多媒體學(xué)習(xí)”組合在百度學(xué)術(shù)、CNKI 中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫等數(shù)據(jù)庫中對相關(guān)中文文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，同時參照相關(guān)研究的參考文獻(xiàn)列表對文獻(xiàn)進(jìn)行搜索。文獻(xiàn)檢索時間截至2019 年10 月。

元分析的納入標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）研究是線索對多媒體學(xué)習(xí)影響的研究，即學(xué)習(xí)材料既包含文本或講解又包含畫面信息（Mayer, 2014）；（2）研究應(yīng)明確表明被試經(jīng)驗水平或提供先前知識測驗得分；（3）研究是實證研究，需設(shè)置線索組和控制組；（4）研究應(yīng)報告能計算效應(yīng)量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

2.2 文獻(xiàn)編碼

對納入文獻(xiàn)按照以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼：（1）文獻(xiàn)基本信息（作者、時間、樣本量）。（2）被試經(jīng)驗水平。對明確表明被試經(jīng)驗的研究，按照所提供信息進(jìn)行編碼。如未提供明確信息，則參照先前研究（Schneider, Beege, Nebel, & Rey, 2018），按被試先前知識測驗得分相對于總分的百分比對被試進(jìn)行劃分，先前知識測驗得分在總分50%以下或以上，分別編碼為低或高先備知識者。（3）學(xué)習(xí)成績，若測驗考察被試對內(nèi)容的識記則將其編碼為保持，若考察對內(nèi)容的理解則將其編碼為遷移。（4）主觀認(rèn)知負(fù)荷，不同的研究會采用多種指標(biāo)測量認(rèn)知負(fù)荷，最通常使用的是感知難度和主觀評定心理努力（Sweller, Ayres, & Kalyuga,2011b）。研究者認(rèn)為這兩種指標(biāo)均是對總認(rèn)知負(fù)荷的測量（Paas et al., 2003； Sweller et al., 2011b）。考慮到元分析效應(yīng)量獨(dú)立性的基本假設(shè)，即單個研究不能生成多個主觀認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)量（Hedges,Tipton, & Johnson, 2010），本研究選擇感知難度作為主觀認(rèn)知負(fù)荷指標(biāo)，在研究未提供感知難度的情況下采用主觀評定心理努力作為認(rèn)知負(fù)荷指標(biāo)。

2.3 效應(yīng)量

本研究采用效應(yīng)量參數(shù)的無偏估計Hedge’sg作為效應(yīng)量指標(biāo)（Hedges & Olkin, 1985）。當(dāng)線索條件下的保持、遷移測驗及主觀認(rèn)知負(fù)荷低于控制組時，效應(yīng)量方向為負(fù)。

2.4 模型選取及發(fā)表偏差檢驗

鑒于元分析納入的文獻(xiàn)在使用的線索類型、學(xué)習(xí)材料等方面存在差異（Hedges & Vevea, 1998），選取隨機(jī)效應(yīng)模型計算合成效應(yīng)量，置信區(qū)間設(shè)置為95%。此外，通過事后異質(zhì)性檢驗Q檢驗進(jìn)一步考察隨機(jī)效應(yīng)模型的選取是否合理（Lipsey &Wilson, 2001）。發(fā)表偏差是指統(tǒng)計檢驗結(jié)果顯著的研究更容易發(fā)表進(jìn)而更容易被納入元分析，導(dǎo)致元分析可能會過高估計研究的真實效應(yīng)（Borenstein,Hedges, Higgins, & Rothstein, 2009）。本研究采用常用的Egger 線性回歸檢驗元分析是否存在發(fā)表偏差（Egger, Smith, Schneider, & Minder, 1997）。

本研究采用CMA 2.0（Comprehensive Meta-Analysis 2.0）進(jìn)行元分析。

3 結(jié)果

3.1 納入的研究

線索對低先備知識者效應(yīng)的元分析共納入來自40 篇文獻(xiàn)的44 項實驗，其中生成基于研究水平的保持、遷移、認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)量分別為36、38、25 個?？倶颖玖縩=3699，其中線索條件下的樣本量為n=1983。

線索對高先備知識者效應(yīng)的元分析共納入16 篇文獻(xiàn)的19 項實驗，分別生成16、17 及12 個保持、遷移及認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)量。總樣本量n=1269，其中線索條件下的樣本量n=664。

3.2 線索對高、低先備知識者保持成績的影響

對于低先備知識者的元分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)線索對保持成績有小到中等的效應(yīng)，Hedge’sg=0.32，95%CI[0.17, 0.47]，p＜0.001，表明線索能促進(jìn)低先備知識者知識的保持。

對于高先備知識者，結(jié)果表明線索對其保持成績沒有影響，Hedge’sg=-0.06，95%CI[-0.53,0.41]，p=0.793。

3.3 線索對高、低先備知識者遷移成績的影響

對于低先備知識者，線索對其遷移測驗成績有小到中等的效應(yīng)量，Hedge’sg=0.37，95%CI[0.22, 0.52]，p＜0.001，表明線索能夠促進(jìn)低先備知識者知識的遷移。

但對于高先備知識者，線索對其遷移成績沒有影響，Hedge’sg=0.15，95%CI[-0.10, 0.40]，p=0.231。

結(jié)合線索對高、低先備知識者保持、遷移成績的元分析結(jié)果，線索能促進(jìn)低先備知識者的保持和遷移，但對高先備知識者沒有影響，支持了假設(shè)1，即線索原則存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)且屬于部分經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)。

3.4 主觀評定認(rèn)知負(fù)荷

結(jié)果發(fā)現(xiàn)線索對低先備知識者的認(rèn)知負(fù)荷有顯著效應(yīng)，Hedge’sg=-0.17，95%CI[-0.31, -0.04]，p=0.012，加入線索能夠降低其認(rèn)知負(fù)荷。

而對于高先備知識者，元分析結(jié)果表明線索對其主觀認(rèn)知負(fù)荷無影響，Hedge’sg=0.05，95%CI[-0.23, 0.32]，p=0.734。

線索對高、低先備知識者認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)的兩個元分析結(jié)果部分支持了假設(shè)2：驗證了在學(xué)習(xí)材料中加入線索能夠降低低先備知識者的認(rèn)知負(fù)荷，但未驗證加入線索會增加高先備知識者認(rèn)知負(fù)荷的假設(shè)（見表1和表2）。

表 1 線索對低先備知識者的元分析

表 2 線索對高先備知識者的元分析

3.5 異質(zhì)性檢驗

對兩個元分析的3 種結(jié)果變量分別進(jìn)行異質(zhì)性檢驗（見表1和表2），結(jié)果發(fā)現(xiàn)Q檢驗均顯著，表明效應(yīng)量之間顯著異質(zhì)，因此本研究采用隨機(jī)效應(yīng)模型比較合理。

3.6 發(fā)表偏差檢驗

采用Egger 線性回歸對兩項元分析進(jìn)行發(fā)表偏差檢驗，結(jié)果表明Egger 線性回歸檢驗均不顯著，可認(rèn)為元分析不存在較大發(fā)表偏差（見表1和表2）。

4 討論

本研究通過分別綜合多媒體學(xué)習(xí)領(lǐng)域中線索對高、低先備知識者影響的研究，結(jié)合元分析結(jié)果以檢驗線索原則是否存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)，并驗證認(rèn)知負(fù)荷理論能否解釋線索原則的經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)現(xiàn)象。

關(guān)于線索原則是否存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)，元分析結(jié)果表明在保持和遷移成績上，線索對低先備知識者均有促進(jìn)作用；而線索對高先備知識者的保持和遷移成績沒有影響。學(xué)習(xí)成績的元分析結(jié)果均支持了假設(shè)1，即線索原則存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)且屬于部分經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)。該結(jié)果與Richter 等人（2016）的研究結(jié)果一致。但在Schneider 等人（2018）有關(guān)線索效應(yīng)的元分析中，并未發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者知識經(jīng)驗對線索的調(diào)節(jié)作用，這和本研究的結(jié)果不一致?？赡艿脑蚴潜狙芯康脑治黾{入文獻(xiàn)均屬于多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境下的研究，而Schneider 等人的研究納入了大量線索對純文本學(xué)習(xí)影響的文獻(xiàn)。因此，所關(guān)注學(xué)習(xí)環(huán)境的差異可能是研究結(jié)果不一致的原因。在多媒體學(xué)習(xí)領(lǐng)域，直接探究先前知識水平與線索有效性之間關(guān)系的實證研究數(shù)量有限，在本研究檢索到的文獻(xiàn)中，其中有3 項研究發(fā)現(xiàn)線索原則存在部分經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)（Arslan-Ari, 2018；Johnson, Ozogul, & Reisslein, 2015； Johnson, Ozogul,Moreno, & Reisslein, 2013）；1 項研究沒有發(fā)現(xiàn)線索原則的經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)（Wang, Zhao, Mayer, & Wang,2020）?？傮w來看，這和本研究的線索原則存在部分經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)的結(jié)論相一致。

關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷理論能否解釋線索原則的經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)，主觀認(rèn)知負(fù)荷的元分析結(jié)果部分支持了認(rèn)知負(fù)荷理論：即加入線索的確降低了低先備知識者的主觀認(rèn)知負(fù)荷；但和預(yù)期不符的是，加入線索并沒有引發(fā)高先備知識者更高的認(rèn)知負(fù)荷。這可能是因為高先備知識者并沒有耗費(fèi)較多認(rèn)知資源對加入的線索進(jìn)行深入加工。元認(rèn)知策略領(lǐng)域的研究表明，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中會對當(dāng)前信息與自身學(xué)習(xí)目標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行評估，如果特定信息被評價為與學(xué)習(xí)目標(biāo)無關(guān)，自我管理學(xué)習(xí)能力較高的學(xué)習(xí)者會避開這些無關(guān)內(nèi)容尋找更合適的內(nèi)容進(jìn)行加工（Azevedo, 2014）。對于高先備知識者，線索對他們進(jìn)一步學(xué)習(xí)的發(fā)生沒有促進(jìn)作用，高先備知識者會對這些線索的價值進(jìn)行評估并將其評價為低學(xué)習(xí)相關(guān)信息。因此，高先備知識者可能并不會進(jìn)一步加工這些線索信息，進(jìn)而沒有引發(fā)更高認(rèn)知負(fù)荷并損害其學(xué)習(xí)效果。先前研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)提供錯誤的圖文匹配線索時，眼動數(shù)據(jù)表明學(xué)習(xí)者僅會在學(xué)習(xí)初期對這些錯誤的線索進(jìn)行加工，而隨后的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者在意識到這些線索不能為學(xué)習(xí)帶來幫助后便不再注意這些線索，因此不匹配的線索并未影響學(xué)習(xí)表現(xiàn)（Scheiter & Eitel, 2015）。

5 結(jié)論與展望

通過結(jié)合線索對高、低先備知識者學(xué)習(xí)結(jié)果和認(rèn)知負(fù)荷效應(yīng)的元分析，本研究發(fā)現(xiàn)線索原則在多媒體學(xué)習(xí)情境下存在部分經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)，且部分支持了經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)的認(rèn)知負(fù)荷理論解釋。

在學(xué)習(xí)領(lǐng)域，經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)的實證研究通常采用知識經(jīng)驗測驗得分中位數(shù)二分的方式來劃分高、低經(jīng)驗學(xué)習(xí)者，也即“高經(jīng)驗學(xué)習(xí)者”并非真正意義上的專家，而是知識水平相對較高的學(xué)習(xí)者（Rey & Buchwald, 2011）。參照以往研究將先前知識測驗得分在總分50%以上或以下的被試分別劃分為高、低經(jīng)驗者的模式（Richter et al.,2016； Schneider et al., 2018），本研究也采用了類似的分類方式?？紤]到每項研究所使用的先前知識測驗難度不同，這樣的劃分方式可能不夠精確。另外，50%的標(biāo)準(zhǔn)可能降低了高、低經(jīng)驗者的差異，未來研究應(yīng)考慮差異更大的劃分方式，如：選取經(jīng)驗是前、后27%的被試。

此外，本研究采用感知難度或主觀評定心理努力作為學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中總認(rèn)知負(fù)荷的測量指標(biāo)，盡管這一做法和部分認(rèn)知負(fù)荷領(lǐng)域的研究相一致（Kalyuga, Chandler, & Sweller, 2001； Paas & van Merri?nboer, 1994），但也有研究發(fā)現(xiàn)，感知難度和心理努力是對不同類型認(rèn)知負(fù)荷的測量。如，Deleeuw 和Mayer（2008）發(fā)現(xiàn)主觀評定心理努力對內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷的變化更敏感；Cierniak，Scheiter和Gerjets（2009）通過讓學(xué)習(xí)者評價學(xué)習(xí)內(nèi)容難度及學(xué)習(xí)材料難度來分別測量學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中的內(nèi)在及外在認(rèn)知負(fù)荷。因此，認(rèn)知負(fù)荷評估方法上的爭議需要后續(xù)研究結(jié)合經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)進(jìn)行深入探討。

未來研究也可以考慮采用這種元分析方式檢驗其他教學(xué)設(shè)計原則是否存在經(jīng)驗?zāi)孓D(zhuǎn)效應(yīng)。