数字学习资源中线索类型对学习效果的影响
王红艳 皮忠玲 黄秀莉 胡卫平
【摘要】?? 优质的数字学习资源建设对于在线学习的发展具有非常重要的意义。但随着技术的发展，研究者更多关注数字学习资源开发的媒体表现与传播形式，很少关注如何从引导学习者思维的角度探索优质数字学习资源的教学设计问题。线索设计是数字学习资源设计过程中的一种教学设计形式。本研究运用眼动追踪技术和测量量表比较了学习者不同类型线索（无线索、视觉线索、问题线索、问题线索+视觉线索）的科技材料在线学习过程中的认知负荷、注意力和学习成绩。结果表明：一方面，视觉线索缩短了学习者筛选在线学习材料中的关键或重要信息所用的时间，但未影响学习者的在线学习认知负荷和学习成绩。另一方面，相对于视觉线索而言，问题线索的设置对学习者在线学习的影响更为突出，主要体现在以下三点：第一，问题线索的设计有效地降低了学习者的认知负荷水平;第二，问题线索的设计促使学生将更多的注意力集中于材料中的关键或重要信息;第三，问题线索的设置提高了学习者学习的迁移测试成绩。因此，为更有效地提升在线学习效果，未来数字学习资源的開发应在添加突出显示材料视觉线索的基础上结合传播材料的关键或重点知识点设计对应的问题线索。
【关键词】? 在线学习;数字学习资源;线索;视觉线索;问题线索;认知负荷;眼动追踪;测试成绩
【中图分类号】? G420? ? ? ?【文献标识码】? A? ? ? ?【文章编号】? 1009-458x（2019）9-0043-10
一、问题的提出
在线学习因其资源丰富性、传播方式便捷性和内容更新快捷性等特点已成为当今教育传播的重要途径。然而，在该环境中教育者与学习者在时空方面处于分离状态，不仅缺少教育者的管理与监控，而且缺少传统课堂中教师指向、观看、语调等具身动作，导致学习者容易产生无助感、茫然感、孤独感与厌学情绪（Bibeau， 2000; 詹泽慧， 2014; 范逸洲， 等， 2018）。另外，在线学习的数字学习资源包含大量多媒体信息，这些信息的动态变化必然消耗学习者认知资源。比如，在观看幻灯片播放的多媒体信息时，学习者不仅需要筛选多种媒体表达信息中的核心信息，而且要回忆刚消失的页面信息，进而建立理解知识框架结构（Mayer， Richard， & Chandler， 2001）。该过程缺少传统学习场景中的教科书和教师板书给予学习者的帮助信息。所以有学习者反映，在线学习虽然解决了个体时空限制问题，但学习结果多停留在表层的知识预览与识记层面，自我感知的学习体验水平较低（OBannon， Lubke， Beard， & Britt， 2011; Traphagan， Kucsera， & Kishi， 2010），难以满足学习者自身能力发展或知识结构变化的认知需求，尤其是学习者在线学习中出现的迷航现象影响学习效果（王福兴， 段朝辉， 周宗奎， 2013）。幸运的是，越来越多的研究者发现在线学习的数字学习资源设计可以利用线索的设计，引导学习者将注意力集中于重要信息的加工，从而促进学习者的学习效果（Wang， Li， Mayer， & Liu， 2018; Wang， Pi， & Hu， 2018）。
线索指多媒体学习材料中设计的具有指向、组织与整合材料的内容和结构的符号、词语等信息，其添加并不改变材料内容信息及知识结构。《多媒体学习剑桥手册》将多媒体学习中可以设计的线索分为视觉线索与言语线索。所谓视觉线索就是包括箭头、颜色、手势或目光等突出显示或方向指引的信息，可以引导学习者将注意力转向突出显示的信息或指向的信息;言语线索则是包括目录、标题和强调重要信息标记语言文字，主要作用设置为促使学习者注意力指向材料重点学习信息，进而建立知识点之间的联系（Mayer， 2001）。已有研究表明，数字学习资源中线索的设置对于学习者不仅具有注意力引导功能，而且也具有知识组织和知识整合的功能（Mautone & Mayer， 2001）。引导功能，即通过线索引导学习者注意力转向突出显示或具有联系的具体信息所在区域，可以帮助学习者筛选信息，减少信息检索消耗认知资源;组织功能指通过给定的线索将材料中分散知识点链接起来，形成可诠释该内容的完整结构体系;整合功能是学习者通过给定线索，运用大脑原有认知结构中的相关信息来加工整合新知识内容，帮助学习者将单一知识表征建构成一个连贯的心理表征模型，形成新认知平衡结构。Mayer（2017）回顾多媒体支持教学研究发现，在多媒体数字资源设计与开发中，如果将重点知识以高光，或不同颜色，或箭头指向，或边框等方式突出显示，则可以提高学习者的学习成绩。Mayer从认知心理学的角度推测这种学习成绩的提高是因为学习者在重点知识方面保留了更多的注意力。但后续线索对在线学习效果影响的研究，也有人发现线索的设计既没有改变学习者的学习成绩，也没有改变学习者的认知负荷（Kuhl， Scheiter， & Gerjets， 2012）。为此有研究者利用新出现的眼动追踪技术探究线索是否引导学习者将更多的注意力停留在线索指向的重要信息区域，结果发现线索的设计可以引导学习者的注意力，提高学生学习速度，提高学习者对材料中内容的数量记忆与结构描述（De Koning， Tabbers， Rikers， & Paas， 2007; Kuhl， et al.， 2012; Jin， 2013; 胡航， 等， 2017）。如Johnson等（2014）的研究结果指出添加视觉线索（箭头指向）的多媒体材料能有效提高学习者的学习速度，降低学习者筛选重要信息的时间，降低学习过程的认知负荷，但对于学习成绩影响不显著。为此本研究认为，视觉线索的设计仅仅是缩短了学习者重要知识筛选的时间，并没有促进学习者将更多的注意力停留并加工线索所指向的重要信息，因此对学习成绩影响不显著。目前，有关促进学习者深度学习的多媒体学习影响因素研究主要突出在不同媒体组合及线索设计两个方面，线索研究方面主要集中在指向注意引导的视觉线索（颜色、对比度、箭头、手势、目光等），忽视了能有效帮助学习者组织与整合信息的言语线索研究（王福兴， 等， 2013; Johnson， et al.， 2014; Pi， Hong， & Yang， 2016）。
著名教学设计专家David H. Jonassen提出数字化学习环境中的有意义学习内涵，不仅指学习者能将注意力分配到材料关键信息区域，而且要求学习者能投入认知资源加工材料信息，从而实现内容与原有认知结构的组织与整合（Jonassen & Hung， 2011）。所以在数字化学习材料设计过程中，教学设计者不仅要做到有效利用视觉线索引导学习者关注核心内容，还需设计一些有利于帮助学习者组织和整合材料的线索。基于问题的教学实证研究结果发现，教学活动中分层次问题的设置不仅可以引导学习者主动、全面、深入地激活原有认知，而且可以引导学习者有条理、结构化地组织和整合现有材料相关信息，最终实现知识的深度学习（赵海涛， 等， 2007; 秦枫， 等， 2013; 李呈林， 2014; 姜宛彤， 等， 2019）。如在学习材料开发过程中设置问题帮助（Question Help），能有效地帮助学习者将优先的认知资源投入到关键或相关的信息部分（Wold， 2008）。在学前儿童叙述技能问题过程中，发现学习设置问题支架的绘图书组儿童叙述故事的连贯性与全面性显著优于没有设置问题支架组的儿童叙述故事的水平（Silva， Strasser， & Cain， 2014）。原因在于教学中设置的问题解答必然高于学习者原有认知结构中的知识，而来源于当前学习者所要学习的新知识。这样的问题能有效激活学习者的思维，促使学习者主动参与整个学习活动。该结论与胡卫平教授提出的思维型教学理论一致，思维型教学模式提出在教学实施过程中教学设计者可以通过设置问题情景，引发学生认知冲突，激活学生积极主动的思维，让学生积极投入到学习活动中（林崇德， 等， 2010）。因此，本研究预测在数字学习资源设计与开发过程中，结合材料关键或重点知识、材料结构信息等方面设置一些问题线索，可能会促进学习者有效组织与整合新知识，从而实现深度学习。
近年来，技术进步使得学习研究方法不仅停留在行为方面，研究者开始用眼动追踪技术研究不同条件下学习者的眼动变化，从而揭示人类学习的认知机制。眼—脑假设理论认为，学习者对某信息的注视和对该信息的心理加工是同时进行的，即某信息的总注视时间就是对该信息的加工时间。现有眼动研究认为，个体的眼动相关指标可以用来反映学习者认知加工过程，如第一次注视时间（First Fixation Time）可以反映学习者首次到达该兴趣区的时间，可以用来衡量学习者知识的筛选速度;总注视时间（Fixation Dwell）可以用来反映学习者在该兴趣区停留的时间，总注视时间越长学习者该区域内容加工越精细;眼动注视的热点图（Heat Map）是使用不同颜色反映学习者观看材料的注意力分配区域差异，颜色越深表示学习者注视时间越长（闫国利， 等， 2013; Wang， Duan， & Zhou， 2013）。由此可见，利用眼动追踪技术开展多媒体学习研究有利于揭示学习者的认知加工过程，目前该方面的研究还较少，不够全面。
综上所述，数字学习资源中线索设置对于促进在线学习效果具有非常重要的作用。目前数字学习资源线索研究中有关知识组织和知识整合功能的言语线索研究较少。基于问题的教学研究发现，问题设置有利于促进学习者围绕问题情境利用原有认知经验组织和整合现有学习材料，从而实现有意义学习。为此，本研究的数字学习资源线索设计为四种：①无引导线索，即学习者观看的学习材料自始至终没有任何视觉突出显示的视觉线索设计，也没有关键或重点信息提示的问题言语线索设置;②视觉线索，即学习者所观看的学习材料在展示关键或重点信息方面以不同颜色的形式突出显示（本研究中材料的关键或重点信息字体以红色的形式突出显示）;③问题线索，即在学习材料内容展示过程中结合针对材料中的关键或重要信息内容设置一些问题，要求学习者结合问题线索进行材料学习;④问题线索+视觉线索，即在学习材料内容展示中，不仅提供一些结合材料中关键或重要信息内容设置的问题线索，而且在关键或重点信息展示方面设置有不同颜色突出显示的视觉线索。研究主要采用眼动追踪技术，深入探究不同类型线索（无线索、视觉线索、问题线索和视觉线索+问题线索）条件下，学习者开展在线学习过程中的认知负荷、注意力分配和学习成绩的变化，从而为在线学习资料的设计与开发提供实证依据。根据已有研究分析，本研究假设为：
① 问题线索组和问题线索+视觉线索组的学习者认知负荷水平显著低于视觉线索组和无线索组的学习者认知负荷水平。
② A. 视觉线索组、问题线索组、问题线索+视觉线索组学习者的学习时间显著短于没有线索组学习者的学习时间。B. 相对于视觉线索而言，问题线索不仅能缩短学习者学习时间，而且能较好地促使学习者将更多的时间分配于材料中的核心内容区域。
③ 视觉线索组、问题线索组、问题线索+視觉线索组学习者的保持测试成绩显著优于无线索组学习者的保持测试成绩。
④ 问题线索组和问题线索+视觉线索组学习者的迁移成绩要优于视觉线索组和无线索组学习者的迁移成绩。
二、研究设计
本研究的目的在于探索同类型线索设置对学习者多媒体学习过程中的认知负荷、注意力分配和学习效果的影响。
（一）研究对象
本研究选取某大学大一新生82名（男生20人，女生62人，年龄均在19岁～22岁之间），随机分为4组。第一组，无线索组20人（男生5人，女生15人）;第二组，视觉线索组20人（男生5人，女生15人）;第三组，问题线索组20人（男生5人，女生15人）;第四组，问题线索+视觉线索组22人（男生5人，女生17人）。所有被试均具备一定的网络学习经历，听觉正常，视觉或矫正视觉正常。研究采用单因素方差分析对四组学生的原有知识中有关实验材料方面的知识准备进行比较，结果显示四组学生的原有基础不存在差异（F（3， 81）=1.71， p>0.05），说明四组学生在实验初期处于平等的水平。
（二）实验变量与测量工具
实验设计为单因素等组实验，自变量为线索设计，即无线索、视觉线索、问题线索、问题线索+视觉线索;因变量包含学生认知负荷、眼动指标数据、保持测试成绩和迁移测试成绩几个方面。认知负荷测量工具借用PAAS（1992）研制的九段自我评定量表，主要从学习过程的心理努力与心理负荷两个方面测量学习者的认知负荷。量表有2道题，本次实验的信度检验Cronbachs Alpha值为0.814。
眼动指标主要采用学习材料的总注视时间和注视次数，材料关键信息区域（兴趣区AOI区域）的第一次注视时间与总注视时间。
保持测试成绩的测量工具主要是通过选择题和填空题对学习材料中的具体明确问题答案记忆与理解水平的测试，反应学习者对所学内容数量的积累。本研究保持测试部分设置有10个多选题和10个填空题，总分是40分。选择题，每题2分;填空题，每空2分。迁移测试成绩的测量工具主要是通过案例分析题与论述题的形式考查学生所学内容的质量方面的建构与应用。本研究迁移测试部分有2道题，每道题20分，评分标准为学生回答问题的条理性、论证支持及明确的论点。
（三）实验材料
研究选用“3D打印技术介绍与应用”为在线学习内容，材料以图文交叉的方式分屏呈现。本研究线索设计贯穿于整个学习，视觉线索设计就是将整个材料中关键语句或词语颜色改为红色，突出显示，如在3D打印技术的概念页面中将“快速成型技术”“可粘合材料”“分层打印”“层层粘合”“逐层堆砌”等信息标红。问题线索设计，即在相关内容展示页之前添加问题页，如在有关3D打印技术的概念页面呈现之前添加“3D打印机的打印原理是什么？”接下来的有关3D打印技术概念画面中的所有信息为统一颜色展示。整个材料包含8个问题线索。问题线索+视觉线索的设计就是材料展示不仅使用红色突出显示关键语句或词语，而且在相关内容页面之前添加问题页面，如在3D打印技术的概念页面呈现之前不仅添加“3D打印机的打印原理是什么？”问题，而且在内容页中将“快速成型技术”“可粘合材料”“分层打印”“层层粘合”“逐层堆砌”等信息标红。无线索设计就是在整个材料中既没有对关键词语或内容的红色突出显示，也没有在内容页前添加问题页面。整个设置有27个页面，无线索组和视觉线索组的学习材料页面是27页内容;问题线索组和视觉线索+问题线索组的学习材料除了27页学习内容之外，还包含8个问题线索页面。
（四）实验流程
实验流程包含3个阶段，历时30分钟。第一阶段，学习者学习实验流程及要求，完成前测量表，量表包含被试的人口学信息（姓名、性别、年级、年龄和专业）及3D打印技术相关试题（5道不同于后测试题的选择题）。第二阶段，学习者进入眼动实验室，学习实验指导语，完成眼动C矫正和V校对，保持头部姿势，独立完成“3D打印技术介绍与应用”数字材料在线学习。第三阶段，学习者完成后测试题，填写认知负荷测量表。在整个实验过程中，为了保证每个参加实验的学习者都是认真对待本次实验，实验培训指导语中要求参加实验的学习者“第三阶段的后测成绩”必须及格，即必须达到60分以上，否则不能获得志愿服务时间或实验报酬。学习者随机选择一种线索类型的学习材料，参与实验学习。
（五）实验设备和统计软件
研究使用加拿大SR公司开发的采样频率为1，000 Hz的Eyelink1000 Plus设备记录被试的眼动数据，并采用DataView导出被试整个学习过程中的有关眼动数据。被试进行在线学习的设备为联想台式电脑，处理器为Intel Xeon E5-2063双核4 GB，内存为64 GB，显示器的宽高比为4∶3，尺寸为19英寸，屏幕分辨率为1，280×1，024，显示器中心点与被试头部距离为60 cm。数据处理软件为SPSS。
三、结果分析
（一）在数字学习资源中线索设置对学习者认知负荷的影响
该部分统计分析的目的在于探索在数字学习资源中不同类型线索的设置对学习者在线学习认知负荷水平的影响，其结果分析对应与本研究的假设①。研究采用单因素方差分析对四组学习者的认知负荷水平进行差异分析，结果显示不同类型线索下学习者的认知负荷水平存在显著差异（F（3， 81）=1.71， p>0.05）。具体如图1所示。可以看出，视觉线索组学习者的认知负荷最高，其次是无线索组，问题线索组和问题线索+视觉线索组学习者的认知负荷水平最低。为了进一步考察不同类型线索条件下四组学习者认知负荷水平是否在各组之间也存在差异，研究实施了LSD事后差异检验。结果发现：问题线索+视觉线索组与问题线索组的学习者的认识负荷水平不存在差异（p=0.819>0.05），问题线索+视觉线索组的学习者认知负荷水平显著低于视觉线索组（p=0.000<0.001），问题线索+视觉线索组的学习者认知负荷水平显著低于无线索组（p=0.000<0.001）;问题线索组的学习者认知负荷水平显著低于视觉线索组（p=0.000<0.001），问题线索组的学习者认知负荷水平显著低于无线索组（p=0.000<0.001）;视觉线索组的学习者认知负荷水平与无线索组不存在顯著差异（p=0.375>0.05）。该结果与假设①一致，即问题线索较好地降低了学习者的认知负荷水平，而视觉线索不影响学习者的认识负荷水平。
（二）在数字学习资源中线索设置对学习者注意力的影响
该部分的目的在于探索在数字学习资源中不同类型线索设置对于学习者注意力的影响。研究采用单因素方差分析对四组学习者在线学习过程的整个材料的总注视时间、关键或重要信息区域的第一次注视时间和总注视时间的数据进行差异分析。结果显示：不同类型线索下学习者的整个材料的总注视时间存在显著差异（F（3， 81）=6.238， p<0.001）;关键与重要信息区域的第一次注视时间存在显著差异（F（3， 81）=45.138， p<0.001），关键与重要信息区域的总注视时间存在显著差异（F（3， 81）=13.055， p<0.001），具体描述性统计数据如表1所示。另外，不同线索类型条件下学习者观看材料的热点图也可以清晰地反映线索的设置有利于学习者将更多的注意力投入到学习材料的关键或重点信息展示区域（如图2所示）。为了进一步考察不同类型的线索组学习者的眼动指标是否存在差异，研究使用LSD进行事后差异检验。
整个材料的总注视时间比较结果表现为：问题线索+视觉线索组的学习者总注视时间显著低于问题线索组（p=0.008<0.001），问题线索+视觉线索组学习者的总注视时间与视觉线索组不存在显著差异（p=0.210>0.05），问题线索+视觉线索组学习者的总注视时间显著低于无线索组（p=0.000<0.001）。问题线索组学习者的总注视时间与视觉线索组和无线索组（p=0.161， 0.162>0.05）不存在差异。视觉线索组学习者的总注视时间显著低于无线索组（p=0.007<0.01）。该结论与假设②A的预期结果存在部分一致，视觉线索能有效地降低学习者在线学习的总注视时间，而问题线索对于学习者在线学习的总注视时间影响不显著。
为了解释问题线索与视觉线索影响学习者在线学习的认知加工差异，本研究进一步分析了学习者在线学习过程中对于数字科技材料的关键或重要信息区域的第一次注视时间。不同线索条件下学习者对于关键或重要信息区域的第一次注视时间比较结果表现为：问题线索+视觉线索组的学习者对于材料中的关键或重要信息区域的第一次注视时间显著短于问题线索组（p=0.000<0.001），问题线索+视觉线索组的学习者在关键或重要信息区域的第一次注视时间与视觉线索组不存在差异（p=0.858>0.05），问题线索+视觉线索组的学习者在关键或重要信息区域的第一次注视时间显著短于无线索组（p=0.000<0.001）。问题线索组学习者在关键或重要信息区域的第一次注视时间显著高于视觉线索组（p=0.000<0.001），问题线索组的学习者在关键或重要信息区域的第一次注视时间显著低于无视觉线索组（p=0.004<0.01）。视觉线索组学习者在关键或重要信息区域的第一次注视时间显著低于无视觉线索组（p=0.000<0.001）。由此可见，相对于无线索而言，视觉线索和问题线索均能较好地引导学习者较快地筛选出材料中的关键或重要信息，但问题线索对于学习者筛选关键或重要信息的引导作用显著低于视觉线索在该方面的功能。
研究进一步分析比较了不同条件下学习者对于在材料中关键或重要信息区域的总注视时间，即本研究假设②B。研究采用单因素方差检验分析了四组学习者整合在线学习过程中关注材料的关键与重要信息区域的总注视时间，结果存在显著差异（F（3， 81）=13.055， p<0.001），事后检验结果表现为：问题线索+视觉线索组的学习者对于材料中关键或重要信息区域的总注视时间显著高于问题线索组（p=0.048<0.001），问题线索+视觉线索组学习者对于材料中关键或重要信息区域的总注视时间显著高于视觉线索组（p=0.000<0.001），问题线索+视觉线索组的学习者对于材料中关键或重要信息区域的总注视时间显著高于无线索组（p=0.000<0.001）。问题线索组学习者对于材料中关键或重要信息区域的总注视时间显著高于视觉线索组（p=0.005<0.01），问题线索组学习者对于材料中关键或重要信息区域的总注视时间显著高于无线索组（p=0.001<0.01），视觉线索组学习者与无线索组学习者对于材料中关键或重要信息区域的总注视时间不存在差异（p=0.608>0.05）。该结论与研究假设②B基本一致，即相对于视觉线索而言，在在线学习过程中问题线索能较好地促使学习者将较多的时间分配于关注材料中关键或重要信息区域。
总之，数字学习材料中线索设计会影响学习者在线学习的总注视时间、关注材料关键或重要信息的第一次注视时间和总注视时间。具体表现为：①无论是问题线索还是视觉线索的设置均能较好地缩短学习者在线学习的总注视时间;②相对于视觉线索而言，问题线索的设置能较好地提高学习者将更多注意力分配于材料中关键或重要信息区域。
（三）在数字学习资源中线索设置对学习者测试成绩的影响
该部分的目的在于探索数字学习资源中不同类型线索设置对于学习者在线学习效果的影响，对应于本研究的假设③和假设④。研究采用单因素方差分析对四组学习者的学习后测的保持测试成绩和迁移测试成绩进行了差异分析。结果显示：不同线索条件的学习者在线学习数字科技材料的保持测试成绩水平存在显著差异（F（3， 81）=4.509， p<0.01），迁移测试成绩水平存在显著差异（F（3， 81）=27.729， p<0.001），具体的描述性统计数值如表2所示。为了进一步考察不同类型线索条件之下各组学习者学习效果水平是否具有显著性差异，使用LSD进行事后差异检验。
在不同线索条件下，学习者在线学习科技材料的保持测试成绩比较结果为：问题线索+视觉线索组的学习者在线科技材料学习的保持测试成绩与问题线索组之间不存在差异（p=0.263>0.05），问题线索+视觉线索组的学习者在线科技材料学习的保持测试成绩高于视觉线索组（p=0.04<0.05），问题线索+视觉线索组的学习者在线科技材料学习的保持测试成绩高于无线索组（p=0.03<0.05）。问题线索组的学习者在线科技材料学习的保持测试成绩与视觉线索组（p=0.075>0.05）和无线索组（p=0.058>0.05）之间不存在差异。视觉线索组的学习者在线科技材料学习的保持测试成绩与无线索组之间不存在差异（p=0.904>0.05）。该结论与研究假设③在很大程度上不一致。研究结果发现问题线索与视觉线索的设置对于学习者在线科技材料学习的保持测试成绩没有影响，即线索的设置不改变学习者对学习材料中知识的基本识记和知识量方面积累;只有在问题线索与视觉线索共同作用的条件下学习者的保持测试成绩才有提高，即问题线索+视觉线索组学习者在线学习数字科技材料的后测成绩显著高于视觉线索组和无线索组学习者的成绩。
不同线索条件下学习者的迁移测试成绩表现为：问题线索+视觉线索组的学习者在线学习的迁移测试成绩显著高于问题线索组（p=0.02<0.05），问题线索+视觉线索组的学习者在线学习的迁移测试成绩显著高于视觉线索组（p=0.000<0.001），问题线索+视觉线索组的学习者在线学习的迁移测试成绩显著高于无线索组（p=0.000<0.001）。问题线索组的学习者在线学习的迁移测试成绩显著高于视觉线索组（p=0.003<0.01），问题线索组的学习者在线学习的迁移测试成绩显著高于无线索组（p=0.000<0.001）。视觉线索组的学习者在线学习的迁移测试成绩高于无线索组（p=0.03<0.05）。該结论与研究假设④基本一致，问题线索能够促进学习者在线学习的深度理解与加工水平，从而较好地提高学习者在线学习的迁移成绩。
总之，数字资源设计中线索对于学习者在线学习的保持测试和迁移测试的影响存在不同。具体表现为：①无论是问题线索还是视觉线索，独立设置均对学习者在线学习学习的保持测试成绩影响不显著，但两者同时添加则显著提高学习者的保持测试成绩;②相对视觉线索而言，问题线索的设置更能较好地促进学习者对在线学习的深度水平，即显著地提高学习者的迁移成绩与总成绩。
（四）学习者在在线学习过程中注意力、认知负荷与学习成绩之间的关系
该部分的目的在于探索学习者在线学习过程中注意力、认知负荷与学习成绩之间的关系。研究对学习者的材料总注视时间、兴趣区注视时间和兴趣区第一次注视时间、认知负荷、保持测试成绩、迁移测试成绩进行了相关分析（如表3所示）。结果表明：在在线学习过程中兴趣区（材料中关键或重点信息呈现区域）总注视时间与学习效果（保持测试成绩和迁移测试成绩）各变量之间存在显著正相关，与认知负荷之间存在显著负相关。这说明在在线数字科技材料学习过程中，学习者对材料中兴趣区总注视时间越长，学习者自我感知认知负荷水平越低，保持测试成绩与迁移测试成绩越好。兴趣区第一次注视时间与迁移测试成绩的关系为负相关，即学习者对材料中兴趣区（材料中关键或重点信息呈现区域）第一次注视时间越短，学习者的迁移测试成绩越好。认知负荷水平与学习效果（保持测试成绩和迁移测试成绩）各变量之间存在显著负相关，即学习者认知负荷水平越低，学习者的保持测试成绩与迁移测试成绩越高。
四、结果讨论
研究结果表明：①问题线索有效降低了学习者在线学习认知负荷;②视觉线索提高了学习者筛选材料关键或重要信息内容的速度，问题线索引导了学习者将更多注意力分配到材料中关键或重要信息的区域;③问题线索有效提高了学习者学习效果，主要是学习内容质量方面的评价。该结论不仅有助于拓展当前的多媒体认知学习理论，而且对于数字学习资源设计与开发具有非常重要的实践意义。下面深入讨论不同类型线索的设置对数字学习资源支持的在线学习效果的影响，并试图从认知心理学的角度解释研究结果。
第一，相对于视觉线索而言，问题线索有效降低了学习者的认知负荷。研究结果表明，问题线索+视觉线索组学习者的认知负荷显著低于视觉线索组和无线索组;问题线索组学习者的认知负荷水平显著低于视觉线索组和无线索组;视觉线索组学习者的认知负荷水平最高。该结论与已有研究结论一致（Kuhl， et al.， 2012），且符合建构主义理论指导下的基于问题支架的教学模式应用研究结果（Lin & Chen， 2006; Huang， Chen， Wu， & Chen， 2015）。在数字学习资源中问题线索的设置为学习者理解材料中信息建立了结构上的链接。这种知识内部隐性的链接结构不仅能有效降低材料中的“假目标”信息干扰学习者所产生的外在认知负荷，而且能帮助学习者形成促进知识理解的相关认知负荷，从而降低学习者理解知识的内在认知负荷感知程度。该研究结果从某种程度上符合多媒体认知学习理论的已有研究，又扩展了多媒体认知学习理论研究。一方面，该研究结果充分说明视觉线索能促使学习者快速将注意力转向材料的关键或重点信息区域;另一方面，该研究在言语线索的基础上提出新的线索类型，即问题线索，并且证明了问题线索能更好地引导学习者将注意力集中于加工材料的关键或重点信息，并利用问题线索开展不同区域信息的组织与整合。所以，在数字学习资源中问题线索对于学习者在线学习具有知识组织引导与知识整合引导的功能。
第二，视觉线索与问题线索对于学习者在在线学习过程中注意力分配的影响存在差异。视觉线索对学习者的知识筛选具有非常重要的引导作用，主要体现在材料学习中的总注视时间缩短;问题线索对学习者在关键或重要信息区域的关注、组织与整合具有引导作用，主要体现在材料的关键或重点信息区域总注视时间加长。视觉线索主要引导学习者在快速筛选材料关键或重点信息，从而缩短学习者在线学习总注视时间，该研究结论也与已有视觉线索研究结果一致（Ozcelik， Arslan-Ari， & Cagiltay， 2010; Scheiter & Eitel， 2015），即學习者观看材料时个体的目光注意能快速选择变异或突出的内容。但相对于视觉线索而言，问题线索并没有非常好地缩短学习者对于关键或重点信息的筛选与提取时间，问题线索对于注意力的影响主要体现在能有效地提高学习者在材料关键或重点信息区域的总注视时间。也就是说，视觉线索能有效地提高学习者筛选方面的速度，而问题线索影响主要体现在能较好地激活学习者加工材料关键或重点信息的兴趣及深度。该结论符合基于问题的学习认知思维模式（何克抗， 2013），即问题线索不仅引导学习者在加工材料过程中的有意识注意，而且引导学习者在加工学习材料过程中的无意识注意。根据认知心理学中有关注意的相关研究理论，人类在加工信息过程中无意识注意能有效地促发学习者对关注材料的深度加工（蒋军， 等， 2012），即在学习材料中问题线索的设置激活了学习者对材料中与问题链接信息的无意识注意，这就促使学习者在领会材料重点内容的基础上利用无意识注意组织与整合全部内容，从而降低学习者材料难度感知水平及心理努力加工水平。该结论符合思维型教学理论中的问题情境创设原则 （林崇德， 等， 2010）。
第三，问题线索与视觉线索对在线学习效果影响存在不同。问题线索对于学习者在线学习的迁移成绩具有提高作用;单独设置问题线索或视觉线索不影响学习者保持测试成绩，但如果既设置问题线索又设置视觉线索，则可以显著提高学习者的保持测试成绩与迁移测试成绩。问题线索的研究结论与基于问题的教学实证研究结果一致，认为问题求解过程能促进学习者高水平思维的深度学习（张建伟， 2000）。该结论也符合建构主义学习理论指导的问题情境创设原则（刘慧， 2008）及思维型教学理论（林崇德， 等， 2010），即学习过程中的主要变量是思维，在学习过程中只有学习者投入了思维，才能成为有意义学习。问题情境的创设可以激发学生的认知冲突，激活学习者投入思维加工相关知识，进而实现知识的组织与整合。从视觉线索的作用来看，视觉线索效应的研究结论与以往在线学习过程中线索效应研究结果一致（De Koning， Tabbers， Rikers， & Paas， 2010; Johnson， et.al.， 2014）。视觉线索有效改善了学习者的注意力分配，但对于学习者的学习成绩影响不显著，尤其是在学习材料的迁移测试成绩方面。根本原因在于，视觉线索在线学习过程中的功能主要体现在引导注意力分配方面，并没有激活学习者原有认知经验，也没有创设相关情境促进学习者系统地组织与加工已有知识与原有知识。
五、研究結论
本研究比较了在在线数字科技材料学习过程中，不同类型的线索对于学习者在在线学习过程中的认知负荷、注意力分配及学习成绩的影响。结果发现：第一，视觉线索能帮助学习者快速筛选材料关键或重点信息，从而减少学习时间，但视觉线索对在线学习的认知负荷和测试成绩影响不显著;第二，问题线索有效降低了学习者在线学习的认知负荷，促使学习者将更多的注意力分配于材料中与解决问题相关的关键或重要信息的认知加工，从而提高了学习者的迁移测试成绩。因此，建议未来在数字学习资源的设计与开发过程中，除了设计引导学习者注意力转向的视觉线索外，还应结合材料相关内容设置关键与重点信息的问题线索。
本研究在实验室环境中探讨了不同线索类型对于学习者在线学习的影响，其研究结果的有效性仍需在实践教学中检验。另外，本研究材料设计中的问题有8个，而研究结果并没有细致分析不同数量问题是否影响在线学习效果。因此，未来有关在线学习的问题线索还需开展不同数量问题和不同位置问题等方面的研究。
[参考文献]
范逸洲，刘敏，欧阳嘉煜，汪琼. 2018. MOOC中学习者流失问题的预测分析——基于24篇中英文文献的综述[J]. 中国远程教育（4）：5-14，79.
何克抗. 2013. 对美国《教育传播与技术研究手册》（第三版）的学习与思考之三——关于“情境理论”与“九种情境化教学策略”[J]. 电化教育研究（9）：24-29.
胡航，董玉琦. 2017. 深度学习数字化资源表征方法与开发模式[J]. 中国远程教育（12）：5-11，20，79.
蒋军，陈安涛，张蔚蔚，张庆林. 2012. 无意识信息引发的认知控制及其神经机制[J]. 心理科学进展，20（10）：1573-1584.
姜宛彤，钱松岭，万超. 2019. 以问题解决为导向的微课知识地图构建研究[J]. 中国远程教育（3）：43-49，91.
李呈林. 2014. 基于问题设计的思维教学探究——以信息技术学科为例[J]. 电化教育研究（3）：111-115.
林崇德，胡卫平. 2010. 思维型课堂教学的理论与实践[J]. 北京师范大学学报（社会科学版）（1）：29-36.
刘慧. 2008. 建构主义视域下的问题情境[J]. 教师教育论坛，21（1）：46-48.
秦枫，洪卫，郎曼. 2013. 基于问题的教学模式在英语口语教学中的行动研究[J]. 外语电化教学（4）：70-75.
王福兴，段朝辉，周宗奎. 2013. 线索在多媒体学习中的作用[J]. 心理科学进展，21（8）：1430-1440.
闫国利，熊建萍，臧传丽，等. 2013. 学习研究中的主要眼动指标评述[J]. 心理科学进展，21（4）：589-605.
詹泽慧. 2014. 面授与远程学习者社会存在感之作用差异研究——以美国高校学生为样本[J]. 中国电化教育（2）：35-39.
张建伟. 2000. 基于问题式学习[J]. 教育研究与实验（3）：55-60.
赵海涛，刘继和. 2007. “基于问题的学习”与传统教学模式的比较研究[J]. 外国教育研究（12）：53-57.
Bibeau， S. （2000）. Social presence， isolation， and connectedness in online teaching and learning： from the literature to real life. Journal of Instruction Delivery Systems， 15， 35-39.
De Koning， B. B.， Tabbers， H. K.， Rikers， R. M. J. P.， & Paas， F. （2007）. Attention cueing as a means to enhance learning from an animation. Applied Cognitive Psychology， 21 （6）， 731-746.
De Koning， B. B.， Tabbers， H. K.， Rikers， R. M. J. P.， & Paas， F. （2010）. Attention guidance in learning from a complex animation： Seeing is understanding？ Learning and Instruction， 20 （2）， 111-122. doi：10.1016/j.learninstruc.2009.02.010
Huang， K.， Chen， C.， Wu， W.， & Chen， W. （2015）. Interactivity of question prompts and feedback on secondary students science knowledge acquisition and cognitive load. Educational Technology & Society， 18（4）， 159-171.
Jin， S. H. （2013）. Visual design guidelines for improving learning from dynamic and interactive digital text. Computers & Education， 63 （2）， 248-258.
Johnson， A. M.， Ozogul， G.， & Reisslein， M. （2014）. Supporting multimedia learning with visual signalling and animated pedagogical agent： moderating effects of prior knowledge. Journal of Computer Assisted Learning， 31 （2）， 97-115.
Jonassen， D. H.， & Hung， W. （2011）. Problem-based learning. New Directions for Teaching & Learning， （128）， 21-29.
Kuhl， T.， Scheiter， K.， & Gerjets， P. （2012）. Enhancing learning from dynamic and static visualizations by means of cueing. Journal of Educational Multimedia & Hypermedia， 21 （1）， 71-88.
Lin， H.， & Chen， T. （2006）. Decreasing cognitive load for novice learners： effects of question and descriptive advance organizers in facilitating learners comprehension of an animation-based content lesson. System， 34 （3）， 416-431.
Mautone， P. D.， & Mayer， R. E. （2001）. Signaling as a cognitive guide in multimedia learning. Journal of Educational Psychology，? 93（2）， 377-389.
Mayer， R. E.， & Chandler， P. （2001）. When learning is just a click away. does simple user interaction foster deeper understanding of multimedia messages？ Journal of Educational Psychology， 93 （2）， 390-397.
Mayer， R. E. （2001）. Cognitive theory of multimedia learning. Cambridge Handbook of Multimedia Learning （pp.31-48）， New York： Cambridge University Press.
Mayer， R. E. （2017）. Using multimedia for e-learning. Journal of Computer Assisted Learning， 33（1）.
OBannon， B. W.， Lubke， J. K.， Beard， J. L.， & Britt， V. G. （2011）. Using podcasts to replace lecture： effects on student achievement. Computers & Education， 57 （3）， 1885-1892.
Ozcelik， E.， Arslan-Ari， I.， & Cagiltay， K. （2010）. Why does signaling enhance multimedia learning？ Evidence from eye movements. Computers in Human Behavior， 26 （1）， 110-117.
Paas， F. G. （1992）. Training strategies for attaining transfer of problem-solving skill in statistics： a cognitive-load approach. Journal of Educational Psychology， 84 （4）， 429-434.
Pi， Z.， Hong， J.， & Yang， J. （2016）. Effects of the instructors pointing gestures on learning performance in video lectures. British Journal of Educational Technology， 48 （4）， 1020-1029.
Scheiter， K.， & Eitel， A. （2015）. Signals foster multimedia learning by supporting integration of highlighted text and diagram elements. Learning and Instruction， 36， 11-26.
Silva， M.， Strasser， K.， & Cain， K. （2014）. Early narrative skills in chilean preschool： questions scaffold the production of coherent narratives. Early Childhood Research Quarterly， 29 （2）， 205-213.
Traphagan， T.， Kucsera， J. V.， & Kishi， K. （2010）. Impact of class lecture webcasting on attendance and learning. Educational Technology Research & Development， 58 （1）， 19-37.
Wang， F. X.， Li， W. J.， Mayer， R. E.， & Liu， H. S. （2018）. Animated pedagogical agents as aids in multimedia learning： effects on eye-fixations during learning and learning outcomes. Journal of Educational Psychology， 110 （2）， 250-268.
Wang， F.， Duan， Z.， & Zhou， Z. （2013）. Attention guidance in multimedia learning： the role of cueing. Advances in Psychological Science， 21 （8）， 1430-1440.
Wang， H.， Pi. Z.， & Hu. W. （2018）.The instructors gaze guidance in video lectures improves learning. Journal of Computer Assisted Learning. Advance online publication doi：/10.1111/jcal.12309
Wold， L. S. （2008）. Using a question guide to scaffold productive literacy learning. Illinois Reading Council Journal. 36 （4）， 27-30.
收稿日期：2018-08-22
定稿日期：2019-05-20
作者簡介：王红艳，在读博士;皮忠玲，博士后;黄秀莉，在读硕士;胡卫平（本文通讯作者），教授，博士生导师。陕西师范大学现代教学技术教育部重点实验室（710062）。
责任编辑 韩世梅
