信息呈现方式和时间压力对大学生学习的影响——来自眼动的研究

摘要: 本实验选取某学院大一到大四共32名被试,采用EyelinkⅡ眼动仪记录被试分别在有时间压力下和无时间压力下阅读心理学文本材料或文本+示意图材料,记录眼动指标和行为指标,结果表明:(1)有无时间压力下被试学习材料时候的眼跳次数、注视次数、答题正

  摘要:本实验选取某学院大一到大四共32名被试,采用EyelinkⅡ眼动仪记录被试分别在有时间压力下和无时间压力下阅读心理学文本材料或文本+示意图材料,记录眼动指标和行为指标,结果表明:(1)有无时间压力下被试学习材料时候的眼跳次数、注视次数、答题正确个数差异显著,且在有时间压力下的答题正确率和学习效率较高。(2)在不同信息呈现方式下,被试学习材料时候的眼跳次数、注视次数、答题正确个数以及学习效率有显著差异,且在有示意图的方式下成绩较好。(3)在学习时间受限时,呈现示意图的文本材料优于呈现文本材料,但在学习时间宽松时,两者无显示差异(4)时间压力不大时,呈现示意图反而不利于学习。
  关键词:信息呈现方式;时间压力;大学生;学习;眼动

  1引言

  1.1研究背景

  随着知识经济的到来,知识信息正呈几何级数增长,大学生如何在短时间内掌握丰富而又有效的知识信息,适应社会发展的需要。这是现代社会中每一个成员所面临的一个重要问题,解决这一问题的方法之一主要是通过适当的信息呈现方式,即读者能在短时间内学习尽可能多的材料,并迅速理解和提取尽可能多的信息。
  在现代课堂中,多媒体课件是许多教师辅助教学的主要手段,多媒体课件中承载着大量的信息,学生掌握信息的最直接途径就是阅读。但遗憾的是,现实的教学中出现为了技术而运用技术的情况,多媒体课件往往根据多媒体工具的技术功能进行设计,而没有遵循心理学教育学原则;往往按照设计者主观意图设计而忽视学习者的心理特点。在这种基础上设计出来的多媒体课件,其教学效果也让人值得怀疑,因此也就无法保证取得良好的教学效果。相对简单的“文本+图片”方式的呈现方式更能简单、形象地解决问题。教师课件复杂化可能会取得适得其反的效果,不利于教学。同时,学生在知识接受过程中,容易引起信息混乱;强调多而全的复习知识,但忽略适用和必需的原则,结果耗费了大量时间,却无法取得理想的教学效果;而学习本就是学习者对信息主动加工和提取意义的过程,其中文字学习和图画加工是视觉即时加工研究中的两个主要课题。
  当前大学生,学习内容越来越广泛,学习负担越来越重,往往会浪费大量时间却学习效率不高,例如在期末临考、资格证考试和研究生考试中,考试内容繁多,时间紧迫,学习效率却事倍功半,深究其原因,便是学习方法。如何在有限的时间里提高学习效率,这是学生取得成功的关键。要提高学习效率,除了要调整好自己的状态和努力养成一个好习惯外,更重要的是要寻找适合自己的好的学习方法和工具。比如“文本+图”就是这样一种工具,它能够帮助学生呈现相关知识,有利于学生学习和复习考试学科。
  众所周知,大学生的学习过程并不仅仅是对课文文字的一种简单加工,而常常是在课文文字和示意图之间不断地进行转换和整合,这也就是大学生在一定时间内完成相应任务。X教育技术界著名学者海涅克(B.Heinic)1989年指出:对学习者的一般特征,即使作一些粗略的分析,对学习方法和学习媒体的选择也是有益的。也就是学生在作笔记或自主学习时方法的选择,另外就是教师教学中知识呈现方式的选择。
  学习是一生的事,对人有着最本质的意义。大学的本质不是职业训练场,是传承文明、获取智慧、追求真知的地方。在信息化高速发展的今天,我们仍需要静下心来学习,但目前大学生学习现状不容乐观,正因如此才需要更多的人投入到这方面做研究,在科学的实验研究中完善,能够真正为人们服务。

  1.2概念界定

  1.2.1眼动的概念
  眼动(EyeMovements)是指通过测量眼睛的注视点的位置或者眼球相对头部的运动而实现对眼球运动的追踪。眼动仪是一种能够跟踪测量眼球位置及眼球运动信息的一种设备,在视觉系统、心理学、认知语言学的研究中有广泛的应用。实际上包括注视(Fixation)与眼跳(Saccade)两种最基本的运动。注视指的是获取信息时,眼睛停留在所加工的物体上;眼跳指的是转移加工对象时眼睛追随物体的移动。目前眼动采用的记录方法有20世纪50年代以前的电流记录法、主要用于动物的电磁感应法以及角膜反射法。常见的眼动仪有EyeLink系列、SMI系列以及Tobii系列。这里的实验用的是EyeLink系列。
  1.2.2各项眼动指标的概念
  基本指标包括:注视点、扫视、回视、瞳孔直径等。合成指标包括凝视时间、扫描路径等。
  注视(Fixation):在眼动过程中眼睛的相对保持静止被称为注视,一般在200~300ms。(Rayner,2009)
  眼跳(Saccade):又称眼跳动,即眼球在注视点之间产生的跳动,是受中枢神经系统控制的有规律的随意运动,表现为眼球的注视点或注视方位的突然改变。
  平均注视时间(Meanfixationduration):兴趣区内所有注视点的持续时间的平均值,反映阅读加工的总体情况。
  眼跳频率(Saccadeamplitude):指从眼跳开始到此次眼跳结束之间的距离,反映阅读效率和材料加工难度的指标。
  注视次数(Numberoffixation):指兴趣区被注视的总次数。该指标能有效反映阅读材料的认知加工负荷。研究(Henderson&Ferreira,1990)发现阅读较难材料时的注视次数明显比阅读较易材料的多,同时在年龄和熟悉度上也会有差异。
  瞳孔直径(Pupil):通常用瞳孔直径的变化来表示,用来推测认知加工的努力程度或认知负荷的大小。
  1.2.3信息呈现方式的概念
  信息呈现方式是指教学工作者通过声音、文字、图像以及媒体技术将教学内容或是要表达的意义展示给教学对象,使其能够接受到要表达的信息的方法和途径。本研究信息呈现方式主要分为有两种,一种是有示意图的文本材料和无示意图的文本材料。
  1.2.4时间压力的概念
  时间压力是指在时间限制个体的一种心理状态或情绪体验,是对时间限制的一种应激反应;也就是任务太多而时间太少的感觉–会大幅降低个人的工作效率。Svenson和Edland将时间压力定义为人们感觉完成任务的期限越来越紧迫而形成的焦虑程度,认为只要在决策进行之前,可用的时间少于正常完成一项任务的时间便会形成所谓的时间压力。[1]Maule和Svenson认为时间压力通常是作为对人们作出判断和决策所需资源的一种限制条件来定义的。[2]本研究所指的时间压力具体分为有压力和无压力,探讨其对大学生学习的影响。
  1.2.5学习的概念
  学习,是指通过阅读、听讲、思考、研究、实践等途径获得知识或技能的过程。从狭义方面说,指通过阅读、听讲、研究、观察、理解、探索、实验、实践等手段获得知识或技能的过程,是一种使个体可以得到持续变化(知识和技能,方法与过程,情感与价值的改善和升华)的行为方式;广义上是人在生活过程中,通过获得经验而产生的行为或行为潜能的相对持久的行为方式。本研究学习是指学习效果,即学习者对信息主动加工和提取意义的过程后阅读成绩的结果,其中文字学习和图画加工是研究中的两个主要变量,

  1.3研究现状

  1.3.1国外不同的信息呈现方式和时间压力对大学习学习影响的眼动研究现状
  梅耶基于艾伦•佩奥(AllanPaivio)的双编码理论、约翰•斯威勒(JohnSweller)的认知负荷理论等理论研究基础,通过总结大量实验提出多媒体学习认知理论(RichardE.Mayer,1996)。[3]总结出多种媒体原则、一致性原则、双通道原则、空间邻近原则、冗余原则等教学设计原则,发现图文组合的呈现模式比单一文本的呈现模式更能够刺激学习者的学习。沃尔夫冈•希厄茨和马利亚•班恩特(WolfgangSchnotz&MariaBannert,2003)[4]提出的文本与图片集成模型,阐释了学习者如何对图片与文本进行加工。X加利福尼亚大学圣芭芭拉分校心理学系的教育心理学家罗克珊娜•莫雷诺(RoxanaMoreno)等人研究指出,多通道表述相关的文字与图片知识比口头传授教学更加有效[5]。卡特恩•外斯特艾琳克(KatrienDe.Westelinck,2005)等人通过研究发现不同信息呈现方式对陈述性知识学习影响不同[6];拉尔夫•如阿莫(RalfRummer,2011)等人基于认知负荷理论,研究人如何对图片、文本进行加工[7];安妮·舒勒(AnneSchüler,2015)等人研究发现呈现图片与文档内容相符与否对学生多媒体学习效果有影响[8]。
  1.3.2国内不同的信息呈现方式和时间压力对大学习学习影响的眼动研究现状
  国内在信息呈现方式对学生学习影响方面的研究与国外相比较晚,但发展较快。(陶云2001)[9]经探究发现同一年级学生阅读有或无配图课文的阅读理解指标和眼动指标,配图课文大多显著优于无图课文;不同年级学生阅读有或无配图同一难度课文的阅读理解指标和眼动指标,一般都具有明显的年龄发展特征;同一年级学生阅读不同配图课文的阅读理解指标和眼动指标,示意图课文优于插图课文。陈铮(2004)[10]探究发现增加动画能显著提高学生的记忆和问题解决成绩,良好的信息呈现方式(增加了动画,文本和动画接近协同呈现)能帮助表象型学生的记忆和问题解决成绩得到较大的提高。康诚(2007)[11]发现场独立型学习者在多媒体自主学习中采用图文的信息呈现方式时,其程序性知识应用方面的学习效果最好,文字的学习效果则最差。丁道群、罗扬眉(2009)[12]研究结果得出认知风格和多媒体呈现方式对测量认知负荷的三个指标均没有显著的交互作用。吕晶(2012)[13]认为在信息呈现方式与大学生词汇记忆效果的相关研究得出词汇的呈现方式上,图片呈现要明显优于文本和音频呈现。王电建(2012)[14]探究字幕的不同呈现方式对外语学习者听力理解的影响,通过对实验的结果,得出在视频内容理解上,关键词字幕更适合语言水平高的学生,而对语言水平低的学生几乎没有作用。(张智君、杨成铭2004)研究发现学习时间受限时,超文本优于线性文本;时间压力不大时,呈现内容组织图不利于学习。[15]

  1.4已有问题不足及问题提出

  查阅前人对基于眼动的信息呈现方式对大学生学习影响的研究文献可以发现,存在以下几个问题:
  第一,在选择信息内容时,大多选择有关自己专业内容作为陈述性知识的代表,具有一定局限性,结果可能因为学习内容的代表性不强或是内容比较简单,致使学习者测验中得分偏高,这或许会导致信息呈现方式的主效应不显著。
  第二,眼动对于阅读材料的要求比较高,因此也需要我们控制行列数、字体大小、切分位置以及材料的内容,需要考量材料对被试的影响。

  2研究方法

  2.1被试

  本实验选取盐城师范学院老校区大一到大四共32名被试进行实验,男女各16名,被试没有明显躯体和精神病史,无脑损伤病史,视力正常或矫正视力正常。被试从大一到大四各个学院均有分布。
 信息呈现方式和时间压力对大学生学习的影响——来自眼动的研究

  2.2实验仪器

  实验使用加拿大SRResearch公司生产的EyelinkⅡ眼动仪,眼动仪有三个组成部分:一台HostPC,一台DisplayPC以及头盔,并另外用一台PC播放音乐。HostPC屏幕分辨率为1024*768,为彩色显示器,刺激显示在DisplayPC的中央,采样频率500Hz。被试眼睛与屏幕中心距离为55厘米。

  2.3实验材料

  2.3.1实验材料的选取
  从彭聃龄《普通心理学》这本书中找到的两个心理学原理,分别是操作性条件反射的基本规律和耶克斯多德森定律。这两个原理对非心理学专业的学生难度适中,可视作同质材料,并且字数相近,把实验材料制作成PPT,并保存为bmp格式,编辑进EyelinkⅡ编程软件中,在眼动仪的被试机上呈现。
  其中,指导语的字体为宋体,大小为40号。招聘信息的标题部分字体为宋体,大小为28号,单倍行距;心理学原理内容部分字体为宋体,大小为20号,单倍行距。对文本进行的阴影、加粗处理对应Word文档中的“字符底纹”、“加粗”按钮;斜线处理是在英文输入模式中输入“/”完成的。由于PowerPoint软件中无法对单独的字体文本做字符底纹处理,所以,所有的实验材料都是在Word文档中进行编辑,再按原大小等比例裁剪粘贴在PowerPoint软件中完成制作的。实验需要用到的材料,是心理学内容材料。
  2.3.2实验材料的处理
  时间压力分为:有时间压力(Y)和无时间压力(W)两个维度,信息呈现方式分为:文本(w)和文本+示意图(wt),实验材料:操作性条件反射(A)和耶克斯多德森定律(B).为了去除顺序效应以及学习材料和时间压力、信息呈现方式之间的交互作用,因此采用8种实验处理,有无时间压力对应不同的信息呈现方式。8种实验处理分别是:YwAB,YwtAB,WwAB,WwtAB,YwBA,YwtBA,WwBA,WwtBA。
  2.3.3实验材料的呈现
  由于实验采用的是二因素被试间实验设计,每个被试只需完成一种实验处理。为了排除顺序效应和交互作用的影响,采用两种顺序对信息呈现方式以及时间压力做人为控制。两种顺序分别为:材料A-材料B、材料B-材料A。

  2.4实验设计

  本研究采用2(时间压力:有压力、无压力)x2(信息呈现方式:文本、文本+示意图)二因素被试间实验设计。自变量为时间压力和信息呈现方式,时间压力分为:有时间压力和无时间压力两个维度,信息呈现方式分为:文本和文本+示意图。因变量为眼动指标和学习效果。为了排除学习能力、性别等无关变量对实验造成的影响,被试选择方面大一至大四都有涉及,男女各半。为了减少被试的疲劳效应对实验结果的影响,因此采用被试间设计,每个被试只需完成一种实验处理。为了去除顺序效应以及阅读材料和时间压力之间的交互作用,因此采用8种实验处理,有无时间压力对应不同的信息呈现方式。

  2.5实验步骤

  主试两人,一人调试眼动仪器,一人负责校准和观察眼动轨迹。首先呈现指导语:这是一个眼动试验,下面我们要阅读两段图文材料,每段材料呈现时间为1分钟,你尽量理解,然后做文本材料后的小测验。每个小测验共有6道题目,均为选择题,该测验不涉及任何隐私方面的问题,也不涉及智商、学业排名,请放心阅读。阅读时不要出声。整个实验过程中,要保持头部不动。准备好了吗?按手柄上任意键开始测试。在被试阅读指导语的期间一名主试调整头盔的大致位置,在被试按手柄之后开始调整摄像头的位置并且校准。在测试完成后要求被试完成测试题目,发放奖品。

  2.6结果处理

  记录被试分别在有时间压力下和无时间压力下大学生学习的眼动指标和行为指标以及不同信息呈现方式对大学生学习的眼动指标和行为指标。眼动指标主要研究的是被试阅读时的眼跳次数、注视次数、眼跳次数、平均注视时间、平均眼跳频率以及时长。行为指标指的是测验的正确个数,分析有无时间压力和不同信息呈现方式对大学生学习效果的影响。

  3研究结果

  3.1不同时间压力下大学生学习效果的行为指标差异和眼动指标差异

  3.1.1不同时间压力下大学生学习效果的行为指标差异
 信息呈现方式和时间压力对大学生学习的影响——来自眼动的研究
  表2采用单因素重复测量技术分析,自变量为时间压力,因变量为答题的正确个数,结果表明时间压力对大学生答题正确个数(学习效率)的影响不存在显著差异(p=0.254,p>0.05)。
  3.1.2不同时间压力下大学生学习效果的眼动指标差异
 信息呈现方式和时间压力对大学生学习的影响——来自眼动的研究
  表4采用重复测量方差分析后得出不同时间压力下的6个眼动指标差异均不存在显著差异,没有统计学意义。

  3.2不同信息呈现方式下大学生学习效果的行为指标差异和眼动指标差异

  3.2.1不同信息呈现方式下大学生学习效果的行为指标差异
信息呈现方式和时间压力对大学生学习的影响——来自眼动的研究
  表5采用单因素重复测量技术分析,自变量为信息呈现方式,因变量为答题的正确个数,结果表明信息呈现方式对大学生学习效率存在显著差异(p=0.014<0.05,p<0.05)。
  3.2.2不同信息呈现方式下大学生学习效果的眼动指标差异
 信息呈现方式和时间压力对大学生学习的影响——来自眼动的研究
  表6采用重复测量方差分析后得出不同信息呈现方式下的6个眼动指标均不存在显著差异,无统计学意义

  3.2信息呈现方式和时间压力对回答问题正确性的影响

 信息呈现方式和时间压力对大学生学习的影响——来自眼动的研究
  表8列出了大学生在不同信息呈现方式和不同时间压力下答对问题的平均数,结果表明呈现示意图的文本材料优于单独呈现文本材料,并且不受时间压力的影响;时间压力不大,在仅呈现文本材料下大学生答对问题数量不高,并且呈现示意图反而不利于学习。

  4讨论

  4.1大学生在不同时间压力下学习效果的行为指标和眼动指标差异讨论

  本研究结果表明在不同时间压力下,被试学习材料时的眼动指标和行为指标均不存在显著差异。从被试对于测验的成绩来看,有时间压力组回答问题的正确数量要高于无时间压力组,可以表明,时间压力会对被试心理产生干扰效果,但不并存在显著差异。
  在注视时长方面方面,无时间压力组所用时间略高于有时间压力组,但相差不大,由此可见,时间压力会影响被试学习材料的注视时间。注视时间越长则表示需要集中更多的注意力去完成学习任务,另一方面也可以说明被试本身对于学习材料的不认真阅读,产生懈怠。因此在无时间压力条件下,被试需要用更多的时间和更集中的注意力去阅读材料,被试本身没有紧张感,可以自由放松的学习。而在有时间压力组的被试,可以发现他们带着任务目的去阅读,所得的成绩自然高于无时间压力组。结合被试的测验问题正确性我们可以发现,无时间压力下的学习虽然需要的注意力少于有时间压力下的学习,但是正确率却是最低的;有时间压力下的学习效率是最高的,因为在有时间压力下,被试表现出适中的注意力,眼跳幅度可以表明被试学习材料的认真程度。通过以往的研究学者们发现时间压力有助于人们进行决策,适度的时间压力可以让被试注意集中。

  4.2大学生在不同信息呈现方式下学习效果的行为指标和眼动指标差异讨论

  从单因素重复测量分析中可以看出,不同信息呈现方式对大学生行为指标存在显著差异(p=0.014<0.05,p<0.05)。由此可见,在两种信息呈现方式下,文本+示意图对于被试的学习效果最好。这一结果与Mayer.R.E和Anderson.R.B的研究结果[3]相似,也就是说只有当示意图和文本在时间上同时呈现的时候,才能使学习者的图像加工与言语加工两个通道建立起联系,才能提高学习者的学习效果。此结论与本文研究结果相同,被试在文本+示意图的呈现方式下,答对问题数量显著高于文本组,从侧面也反映了示意图对于学习者学习的重要意义。
  不同信息呈现方式对大学生的眼动指标不存在显著差异,但从被试的平均注视时间、平均眼跳幅度、注视时长以及眨眼次数中可以看出,文本+示意图的呈现方式是明显高于文本组的,陶云和申继亮[9]也发现不同呈现范式课文的阅读成绩具有非常显著差异,图文课文优于文字课文。

  4.3信息呈现方式和时间压力对大学生回答问题正确性的影响讨论

  大学生在不同信息呈现方式和不同时间压力下答对问题的平均数,结果表明呈现示意图的文本材料优于单独呈现文本材料,并且不受时间压力的影响,这是由于示意图的呈现有利于被试把握主要知识点及其相互之间的联系,支持形成心理表征或知识框架,因而一般有助于学习。在学习时间比较受限的条件下,示意图的优越性得到了一定的肯定。但在时间压力不大时,在仅呈现文本材料下大学生答对问题数量不高,并且呈现示意图反而产生不利的效应。这应该与示意图和学习材料呈现在相同的界面有关,为利用示意图,被试需在同一界面进行认知,分散了注意的集中性,还会导致被试过度依赖于示意图而降低自主探索知识点之间联系的动机,但如果将示意图分别呈现在不同的界面的话,则会影响被试进行材料整合的注意力。

  4.4研究不足与展望

  由于研究者的能力有限,在实验设计的严谨上仍然欠考虑。
  (1)首先是被试量少,仅采用了32个被试的实验结果,因此数据不具有代表性,这样得到的实验结果可能不够稳定。
  (2)其次,在选择信息呈现内容时,选择心理学的内容作为陈述性知识的代表,尽管经过了指导老师的评定,但由于没有这方面的先例,所以无法进行对比,结果可能因为学习内容的代表性不强或是内容比较简单,致使学习者在测验中的得分偏高,这或许可能会导致信息呈现方式的主效应不显著。
  (3)本实验中的信息呈现方式仅分为文本和示意图,如果深入研究还可以将信息呈现方式进一步分为文本、音频和示意图。如此结果会更加具有说服力。

  5结论

  本研究得出以下几个结论:
  (1)在不同时间压力下,被试学习材料时的眼动指标和行为指标均不存在显著差异。
  (2)在同信息呈现方式下,被试学习材料时的眼动指标不存在显著差异,但在行为指标上差异显著,在有示意图的呈现方式下成绩较好。
  (3)在学习时间受限时,呈现示意图的文本材料优于单独呈现文本材料,但在学习时间宽松时,两者无显示差异。
  (4)时间压力不大时,呈现示意图反而不利于学习。
  (5)信息呈现方式、时间压力对大学生学习效果存在显著的交互作用。

  6对策建议

  第一,在实验研究方面,可以将实验对象进一步延伸至各个年龄段,研究不同年龄阶段和教育水平的学生在何种时间压力程度下和在何种信息呈现方式下最大程度地集中注意力,提高学生的学习效率。
  第二,在家庭教育中要注意对孩子学习习惯的观察,由于应试教育中多是在紧张的时间压力下完成一份试卷,因此从这个角度上讲,在家庭教育中不要让孩子养成学习拖拉和注意力不集中的习惯。若是有学习时无时间概念习惯的话,可能会影响应试时的发挥。
  第三,在教育教学方面,教师可以根据学生情况制作相应简单的课件,尤其是在复习迎考阶段,文本+示意图的呈现方式会有利于教学;但是课件如果一味追求好看美观,而忽略适用和必需的原则,可能对教师教学和学生学习会有事倍功半的效果,并且本研究发现示意图能促进对文字的理解,文字则更能促进对图片信息的提取,进一步证实了示意图在学习过程中的作用。
  第四,在大学生自主学习方面,可以培养自身对课文文本简单加工的能力,并用示意图的形式呈现出来,在文本和示意图之间不断进行转换和整合,这也就是在一定时间内完成相应任务,这有利于今后的学习和复习迎考;另外学生做笔记的时候,应当适当选取重要内容,避免漏听老师所说的内容。
  参考文献
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