知識可視化對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)認(rèn)知負(fù)荷影響的實(shí)驗(yàn)研究

知識可視化對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)認(rèn)知負(fù)荷影響的實(shí)驗(yàn)研究〔〕:

摘要：網(wǎng)絡(luò)課程的日益開展為學(xué)習(xí)者提供了海量的學(xué)習(xí)資源，海量的信息可能會(huì)造成學(xué)習(xí)者認(rèn)知負(fù)荷超載，而知識可視化是在科學(xué)數(shù)據(jù)可視化、信息可視化的根底之上開展而來的，并且逐漸成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)?；诖?，本文以認(rèn)知負(fù)荷理論為支撐、將知識可視化和學(xué)習(xí)風(fēng)格結(jié)合在一起，試圖對學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)效果進(jìn)展實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)而討論網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中知識可視化的重要性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中適當(dāng)運(yùn)用知識可視化工具設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)資源，并根據(jù)不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格為學(xué)習(xí)者推薦相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源，在一定程度上能進(jìn)步學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：知識可視化；認(rèn)知負(fù)荷；學(xué)習(xí)風(fēng)格

本文引用格式：丁靜.知識可視化對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)認(rèn)知負(fù)荷影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].教育現(xiàn)代化，2022，6〔40〕：175-177.

一引言

許多研究指出，讀圖時(shí)代人們接收信息有視覺化趨勢。知識可視化〔KnowledgeVisualization〕是研究視覺表征在改善人與人之間知識創(chuàng)造和傳遞中的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)的日益開展，使得網(wǎng)絡(luò)教育越來越普及，知識可視化是當(dāng)今科學(xué)教育的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域?！?】通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)生可以更方便地進(jìn)展學(xué)習(xí)，由于如今在校大學(xué)生的大局部時(shí)間都處于繁重的課業(yè)學(xué)習(xí)當(dāng)中，迫切需要快速獲取、理解、掌握、交流知識。知識可視化能減少認(rèn)知負(fù)荷，解決信息過載問題，從而進(jìn)步知識的學(xué)習(xí)，內(nèi)化和運(yùn)用效率。因此對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中知識可視化和認(rèn)知負(fù)荷的研究是很有必要的，以期能幫助大學(xué)生進(jìn)展更加高效的學(xué)習(xí)。

本研究節(jié)選大學(xué)選修課?現(xiàn)代教育技術(shù)?課程中的微課的開展歷程章節(jié)為實(shí)驗(yàn)材料。根據(jù)同一學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)兩個(gè)學(xué)習(xí)材料，一個(gè)是知識可視化版的實(shí)驗(yàn)組，一個(gè)是文字版的對照組，在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中運(yùn)用兩個(gè)材料進(jìn)展實(shí)驗(yàn)。討論以下幾個(gè)問題：實(shí)驗(yàn)組和對照組的學(xué)生，哪個(gè)的認(rèn)知負(fù)荷低？在知識可視化材料中，不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷如何？在文字版材料中，不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷又如何？學(xué)習(xí)哪個(gè)材料的學(xué)習(xí)成績更好？在每個(gè)材料中，具有不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生的學(xué)習(xí)效果如何？不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生更適宜哪種學(xué)習(xí)材料？

二文獻(xiàn)綜述

如何進(jìn)步教學(xué)效率，使學(xué)生在有限的精力中投入最少、收獲最多一直是教育領(lǐng)域追求的目的。大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，不僅使人們陷入了信息迷航，也出現(xiàn)了信息超載現(xiàn)象。在教育領(lǐng)域這樣的狀況也不可防止，大量信息的涌入，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)信息超載，學(xué)習(xí)效率低下，而知識的可視化那么可以減輕信息超載現(xiàn)象。

1.知識可視化

在2022年，美國學(xué)者M(jìn)atinJ.Eppler和RemoA.Burkard給出知識可視化的定義，他們認(rèn)為，知識可視化是研究在兩個(gè)人以上之間運(yùn)用視覺表征手段進(jìn)步知識創(chuàng)造和傳遞的領(lǐng)域，因此知識可視化也可被認(rèn)為是所有能用來構(gòu)成和傳輸復(fù)雜見解的視覺化表征手段?！?】2022年學(xué)者趙國慶對知識可視化的定義提出了修訂，他認(rèn)為知識可視化是研究如何應(yīng)用視覺表征改良兩個(gè)或更多人之間復(fù)雜知識創(chuàng)造與傳遞的一個(gè)學(xué)科?！?】

在教育教學(xué)領(lǐng)域運(yùn)用知識可視化，應(yīng)基于認(rèn)知負(fù)荷理論。認(rèn)知負(fù)荷決定著教學(xué)效率的上下，例如在學(xué)習(xí)同一知識點(diǎn)時(shí)，不同的呈現(xiàn)形式會(huì)產(chǎn)生不同的認(rèn)知負(fù)荷，所以應(yīng)考慮認(rèn)知負(fù)荷。以下局部提供了與認(rèn)知負(fù)荷相關(guān)的文獻(xiàn)的綜述。

2.認(rèn)知負(fù)荷

認(rèn)知負(fù)荷理論是1988年澳大利亞新南威爾士大學(xué)的心理學(xué)家Sweller提出的，該理論假設(shè)人類的認(rèn)知構(gòu)造由工作記憶和長時(shí)記憶組成。其中工作記憶也可稱為短時(shí)記憶，它的容量有限，一次只能存儲72條根本信息或信息塊。長時(shí)記憶于1995年由Ericsson和Kintsch等提出。長時(shí)記憶的容量幾乎是無限的。長時(shí)記憶是學(xué)習(xí)的中心，假設(shè)長時(shí)記憶中的內(nèi)容沒有發(fā)生變化，那么不可能發(fā)生持久意義上的學(xué)習(xí)。

衡量教學(xué)效率的最正確方式是將認(rèn)知負(fù)荷和學(xué)習(xí)表現(xiàn)相結(jié)合。較低的認(rèn)知負(fù)荷與較高的學(xué)習(xí)表現(xiàn)是最有效的。假設(shè)研究方法為學(xué)生提供不同的學(xué)習(xí)材料呈現(xiàn)方式，那么應(yīng)搜集包括認(rèn)知負(fù)荷和學(xué)習(xí)成績在內(nèi)的數(shù)據(jù)，進(jìn)展測量分析，以多樣的方法去衡量教學(xué)效率是一種可行的方案。然而，學(xué)生有不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格。以前的研究指出，承受一樣學(xué)習(xí)方法的學(xué)生并不總是表現(xiàn)出類似的學(xué)習(xí)成績。其中一個(gè)主要原因是學(xué)生有自己的學(xué)習(xí)偏好，所以下面局部討論學(xué)習(xí)風(fēng)格。

3.學(xué)習(xí)風(fēng)格

許多學(xué)者已經(jīng)證實(shí)學(xué)習(xí)風(fēng)格對學(xué)習(xí)表現(xiàn)的影響。為了到達(dá)更好的學(xué)習(xí)效果，其他學(xué)者指出，教師不應(yīng)該假設(shè)所有學(xué)生都有一樣的學(xué)習(xí)方式，而是應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的不同偏好或要求準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。本研究選取1997年Felder和Soloman根據(jù)Felder-Silverman學(xué)習(xí)風(fēng)格模型設(shè)計(jì)的所羅門學(xué)學(xué)習(xí)風(fēng)格問卷?，F(xiàn)已得到越來越多研究者的認(rèn)可，被CS383,MASPLANG,LSAS,TANGOW等國外著名的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)所采納，在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持下，證明了其具有良好的適用性和信效度?！?】

三方法

1.學(xué)習(xí)材料的設(shè)計(jì)

在Sweller之后，經(jīng)過許多心理學(xué)不懈的努力，認(rèn)知負(fù)荷理論也逐漸得到完善。根據(jù)影響認(rèn)知負(fù)荷主要因素：學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜性、個(gè)體的先前知識經(jīng)歷與學(xué)習(xí)材料的組織和呈現(xiàn)方式的來源及性質(zhì)，本研究控制其他因素并針對學(xué)習(xí)材料的呈現(xiàn)方式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)材料。

學(xué)習(xí)材料內(nèi)容為大學(xué)選修課?現(xiàn)代教育技術(shù)?中的微課的開展歷程。本研究基于知識可視化的教學(xué)設(shè)計(jì)，可視化的教學(xué)設(shè)計(jì)就是對語言、文字進(jìn)展更加深化的信息加工，利用各種可視化的工具將復(fù)雜的教學(xué)過程用最簡單的可視化形式表征出來?？梢暬慕虒W(xué)設(shè)計(jì)要關(guān)注教學(xué)設(shè)計(jì)過程的詳細(xì)化、教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容的圖示化、教學(xué)設(shè)計(jì)思路的可視化、教學(xué)設(shè)計(jì)成果的共享化。

根據(jù)以上原理運(yùn)用可視化工具M(jìn)indManager對學(xué)習(xí)材料進(jìn)展設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后，請十多位沒有學(xué)過該材料的本科生進(jìn)展試學(xué)，對存在的問題進(jìn)展反復(fù)修改，最后確定設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)材料，并且這十位同學(xué)不參加接下來的實(shí)驗(yàn)?？梢暬O(shè)計(jì)過的材料內(nèi)容和未設(shè)計(jì)的文字版內(nèi)容是一樣的，只是表示方式不同。

2.被試

某大學(xué)面向全校學(xué)生開設(shè)選修課?現(xiàn)代教育技術(shù)?。某大學(xué)大一到大三共有96名學(xué)生選修?現(xiàn)代教育技術(shù)?課程，為使學(xué)生文理分布平衡，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)、先前知識和學(xué)習(xí)風(fēng)格類型從這96名同學(xué)中抽取40名同學(xué)作為被試。

3.測量工具

本研究采用的測量工具是學(xué)習(xí)風(fēng)格問卷、認(rèn)知負(fù)荷量表、先前知識問卷和課后測試題。前測包括學(xué)習(xí)風(fēng)格和先前知識測驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前根據(jù)所學(xué)材料進(jìn)展先驗(yàn)知識測試，以排除先前知識對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，先前知識問卷由兩位現(xiàn)代教育技術(shù)的教師編制，具有一定的信效度。學(xué)習(xí)風(fēng)格的測量用于區(qū)分兩種相反學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生，學(xué)習(xí)風(fēng)格問卷選取所羅門學(xué)習(xí)風(fēng)格問卷的表象型/言語型維度，以說明這兩種偏向的學(xué)生在哪種學(xué)習(xí)材料中的學(xué)習(xí)更好。

后測包括認(rèn)知負(fù)荷和課后測試題。對于認(rèn)知負(fù)荷的測量已形成許多主客觀的測量方法,且各有利弊，【6】使用可靠、有效的認(rèn)知負(fù)荷測量方式是本研究得到可靠結(jié)果中尤為重要的一步。本研究使用1994年P(guān)aas等開發(fā)的問卷，經(jīng)Paas驗(yàn)證，該認(rèn)知負(fù)荷測量問卷的信度系數(shù)為0.90?！?】課后測試題是根據(jù)所學(xué)材料編制的題目，有10道選擇題，5道多項(xiàng)選擇題和一道闡述題，總分值為100分。

4.實(shí)驗(yàn)程序

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)兩個(gè)自變量，一個(gè)是不同的學(xué)習(xí)材料〔即一個(gè)可視化材料，一個(gè)非可視化材料〕，另一個(gè)是不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生〔言語型和表象型〕。因變量為學(xué)習(xí)完材料后學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷以及課后測試題的成績。這項(xiàng)研究在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)展，學(xué)生每人一臺網(wǎng)絡(luò)暢通能正常運(yùn)行的電腦。作者為整個(gè)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)者。被試進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前已填過先前知識和學(xué)習(xí)風(fēng)格問卷，參加實(shí)驗(yàn)的40名同學(xué)均為低先前知識的學(xué)生，言語型和表象型各20名學(xué)生，隨機(jī)分言語型和表象型各10名學(xué)生學(xué)習(xí)知識可視化材料〔實(shí)驗(yàn)組〕，剩下20名學(xué)生學(xué)習(xí)非知識可視化材料〔對照組〕。被試進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室、熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境；指導(dǎo)者向被試介紹實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊饬x和流程；按分組進(jìn)展學(xué)習(xí)，并完成相應(yīng)的課后試卷和認(rèn)知負(fù)荷測試；實(shí)驗(yàn)完畢。

四實(shí)驗(yàn)結(jié)果

這項(xiàng)研究調(diào)查了使用兩種不同的學(xué)習(xí)方法對不同學(xué)習(xí)風(fēng)格學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷和學(xué)習(xí)成績的影響。對實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用SPSS23.0進(jìn)展分析，主要結(jié)果如表1所示。

表象型學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生在學(xué)習(xí)知識可視化材料〔即實(shí)驗(yàn)組〕時(shí)的成績最好〔84.9〕，認(rèn)知負(fù)荷也最低〔5.5〕。言語型學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生在學(xué)習(xí)非知識可視化材料〔即對照組〕時(shí)的成績高于表象型學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生，認(rèn)知負(fù)荷也低于表象型學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生。說明不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生有不同的學(xué)習(xí)偏好。

實(shí)驗(yàn)組中表象型學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷低于總體的認(rèn)知負(fù)荷，且成績高于總體成績；對照組中言語型學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷低于總體認(rèn)知負(fù)荷，且成績高于總體成績。說明相對于不按學(xué)習(xí)風(fēng)格設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)材料，按照學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)風(fēng)格設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)材料對學(xué)習(xí)者產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷低，學(xué)習(xí)效率更高。實(shí)驗(yàn)組的成績高于對照組，認(rèn)知負(fù)荷低于對照組。說明知識可視化設(shè)計(jì)后的材料能進(jìn)步學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。

五結(jié)論和討論

以前的研究證實(shí)知識可視化的教學(xué)應(yīng)用均對教學(xué)效果產(chǎn)生積極的影響，可以為學(xué)生帶來更好的學(xué)習(xí)效果。[8]許多研究也證實(shí)，不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生有不同的學(xué)習(xí)行為和要求。[9]言語型風(fēng)格的學(xué)生偏向于學(xué)習(xí)文字版的材料，而具有視覺型風(fēng)格的學(xué)生習(xí)偏向于圖片形式的學(xué)習(xí)材料。因此，在本研究中設(shè)計(jì)和討論了不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生學(xué)習(xí)可視化和非可視化兩種學(xué)習(xí)材料后的學(xué)習(xí)效果。

從本研究的結(jié)果得出結(jié)論，兩個(gè)學(xué)習(xí)材料的設(shè)計(jì)考慮了學(xué)生的認(rèn)知才能和承受才能，使學(xué)生能很好地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。研究發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格在他們的認(rèn)知負(fù)荷中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。實(shí)驗(yàn)組中表像型學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生在學(xué)習(xí)可視化材料時(shí)具有最低的認(rèn)知負(fù)荷，對照組中言語型學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生在學(xué)習(xí)非可視化材料時(shí)具有最低的認(rèn)知負(fù)荷，表象型學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生學(xué)習(xí)可視化材料的認(rèn)知負(fù)荷低于該材料的總體認(rèn)知負(fù)荷，且成績高于總體成績，所以根據(jù)學(xué)習(xí)風(fēng)格而設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)材料學(xué)習(xí)效率更高。實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的總體認(rèn)知負(fù)荷低于對照組的學(xué)生，且成績高于對照組的學(xué)生，說明知識可視化后的材料學(xué)習(xí)效率更高。因此建議不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生學(xué)習(xí)與之相對應(yīng)形式的學(xué)習(xí)材料，以及在今后的教學(xué)中可采用知識可視化的形式，以減輕學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，從而進(jìn)步學(xué)習(xí)效率。

在這項(xiàng)研究中，樣本量比擬小，學(xué)生只是在校的學(xué)生。因此，結(jié)果可能不適宜推廣到年齡較小的學(xué)生。因此，將來的研究可以擴(kuò)展到更廣的年齡范圍。此外，將來的研究可以考慮自我效能。也就是說，學(xué)生可以確定他們在現(xiàn)實(shí)生活中運(yùn)用知識可視化進(jìn)展學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)效果會(huì)不會(huì)更好。

參考文獻(xiàn)

【1】代美泉.知識可視化在數(shù)控編程與操作教學(xué)中的應(yīng)用探究[J].教育現(xiàn)代化,2022,5(06):171-172.

【2】EpplerM,BurkhardR.Knowledgevisualization:Towaxdsanewdisciplineanditsfieldsofapplications[J].WissenskommunikationinOrganisation,R.RainhardtandMaroonJ.Eppler,Eds,Springer,2022:241-254.

【3】趙國慶.知識可視化2022定義的