多媒体学习中的情绪设计：理论基础和设计方法
郑玉玮 毕婧华 陆畅
[摘要]伴随着在多媒体环境中学习的学生人数不断增多，教师们越来越关心多媒体学习环境中学生的情绪倾向对学习的影响。而情绪研究的深入，使得学者们提出几个与多媒体学习的情绪设计相关的理论：情感计算理论、成就情绪的控制-价值理论、多媒体学习的交互式通道学习模型和多媒体学习的认知-情绪综合模型。在理论的指导下，学者们主要通过信息呈现方式和互动的情绪设计来考察情绪对多媒体学习的影响。多媒体学习中的情绪研究对于理解多媒体学习至关重要，它打开了综合理解多媒体学习本质的新视角。
[关键词]多媒体学习;情绪设计;理论;方法
[中图分类号] G42 [文献标识码] A[文章编号]1005-5843（2019）02-0134-07
[DOI]10.13980/j.cnki.xdjykx.2019.02.026
情绪和学习的关系正日益成为教育学、心理学等领域的重要研究课题。关于情绪投入、情绪技能以及情绪交流等的研究都表明，学习与情绪在各个层面上都交织在一起。由于多媒体学习的普及，通过更广的视角进行情绪与学习关系研究的重要性不断提高。伴随着在多媒体环境中学习的学生人数不断增多，教师们越来越关心多媒体学习环境中学生的情绪倾向对学习的影响。在传统的教学环境中，教师可以较容易地衡量学生的情绪状态。而在多媒体学习环境中，面对面接触的频率不断下降，教师们很难了解学生在以技术为中介的环境中学习时的情绪感受。研究表明，情绪支持对保存信息和获取知识具有重要作用[1]。因此，了解多媒体学习环境中的情绪设计对于提高多媒体学习效果具有重要意义。为更好地促进多媒体学习中的情绪设计，本文首先回顾了与多媒体学习情绪设计有关的理论基础，然后分析了多媒体学习中情绪设计的方法。
一、多媒体学习中情绪设计的理论基础
在多媒体学习研究的早期，大多数教育研究者更多的关注学生的认知，情绪在多媒体学习和教学中常被忽视。随着考察情绪在多媒体学习中扮演角色的研究不断增加，学者们越来越注重情绪在多媒体学习中发挥的作用。情绪和认知是相互联系的，学习的每一个信息加工处理步骤既是认知的又是情绪的。研究表明，在多媒体环境中，学习者只有在认知和情绪两个水平建立起一致性的表征才能取得较好的学习效果[2]。情绪从教育研究和实践的边缘转到了中心，这种转变改变了教师的教学设计和使用教学材料的方式，大大提高了教学实践效果。而情绪研究的深入，使得学者们逐渐清晰地总结出多媒体学习中情绪设计的理论机制，提出了多个相关理论。
（一）情感计算理论
情感计算就是研究和开发能够识别、解释、加工和模拟人类情感的系统和设备。该研究领域认为，机器应该能够解释人类的情绪状态，进而调整它们的行为以对人类的情绪状态做出适当的反应[3]。
检测情感信息从传感器开始，传感器可以捕捉个体的物理状态和行为数据，但是不能解释这些数据的详细信息。传感器收集的数据类似于人类用来感知他人情绪的线索。例如，摄像机可以捕捉面部表情、身体姿势和手势，而麦克风可以捕捉讲话。其他传感器可以直接测量生理数据，如皮肤温度和皮肤电，以此来检测情绪。识别情绪信息需要从收集到的数据中提取出有意义的信息。这就需要使用机器学习技术处理不同的模式，如语音识别、自然语言处理、或面部表情检测，进而在效价-唤醒空间内产生一个标签或坐标。
情感计算的另一个领域是设计计算设备，该设备具有情绪加工和模拟情绪的能力。基于当前的技术水平，一个更加实际的方式是在会话代理方面模拟情绪，从而丰富和促进人类和机器的互动。人类的情绪与激素和神经肽有关，而机器的情绪可能与自主学习系统中的抽象状态有关。
情感计算理论意味着人类情绪在人际互动和人机交互中扮演的重要角色具有共同的基本特征。这种想法可能对于以计算机技术为中心的多媒体教学设计来说至关重要。多媒体教学设计者不必看到这两种交互环境之间固有的分裂和分歧。相反，多媒体教学设计可能会受益于了解它们的共同特征。
Picard 和 Klein认为，解决用户的情绪需求不需要计算机具有人类的情绪品质。即使用户知道与他进行相互作用的不是人类时，人类用户的情绪需求仍然可以得到解决[4]。在这个方向上的重大发展，可以看作是计算机从作为工具到作为合作伙伴、社会智能代理以及智能辅助决策的转变。情感计算领域蓬勃发展，带动了许多项目，如建造具有多种情绪能力的机器，尤其是：情绪识别、情绪表达和情绪沟通。
情感计算可以服务于“减少用户的挫折感和用户满意度最大化”，所以教育领域中的情绪设计可以大大改善学习者的学习。与情感计算的作用类似，教育领域中的情绪设计可以通过在智能交互和决策中给予情绪帮助的方式来促进学习。因此，情绪设计可以使多媒体学习和教学更加符合人类心智运作和变化的实际情况。通过情绪设计，多媒体学习环境可以更好地服务于学习的需要。
（二）成就情绪的控制-价值理论
Pekrun在教育研究和实践的基础上，提出了成就情绪的控制-价值理论[5]（图1）。控制和价值评估构成了情绪的前因，而情绪能够反过来影响控制和价值评估。同样，环境能够影响情绪的形成，而学生的情绪能够对教室内的环境感知产生影响。另外，情绪能够影响学习和成绩，而成功的学习又能够影响学生的评估和情绪。也就是说，伴随着时间的推移，情绪、它的个体和社会前因以及它的影响是相互联系在一起的，互为因果。这种因果关系可以由正反馈信息组成（如对学习的喜爱和学习掌控力的增强之间），也可能由负反馈信息组成（如考试焦虑诱发避免失败的动机）。这种动态反馈系统的形成可以在短时间内形成，也可以在几天、几周甚至几年内形成。
图1成就情绪的控制-价值理论
控制的作用包括：（1）直接处理成就情緒的相关组成部分，即情绪倾向的控制，如将注意力集中或离开情绪，使用放松技术，或使用药物;（2）处理情绪形成的前因，即评估倾向的控制，如重新建构预期和归因;（3）致力于提高学习和成绩的控制感，如获得学习技能;（4）尝试改变学习情境的可控性和价值，如降低任务的要求，或从课程中脱离。
个体成就情绪的发展依赖于一系列因素，包括认知评估、学习环境、学习过程和学习成绩。认知评估能够产生与成绩相关的预期和归因，还可以产生相关的价值评估，这些在个体的学前期和小学早期就可以获得。在学生教育的后期，教育环境和学生对教育环境的加工会促进成就情绪的持续发展。例如，不断的成功和失败可以影响到相应的成就预期的建立，进而影响与成功或失败相关情绪的发展。
成就情绪的控制-价值理论是一个综合框架，它描述了学习者所经历情绪的前因和影响。该理论表明，可以通过积极的成就情绪促进学习，所以这个理论是与教学设计相关的。这就使教学设计能够促进学习者对学习对象的控制和理解，并使得学习者对学习对象积极价值的评估成为可能。
那么，提高学习者的学习能力和对学习材料积极价值评估的情绪设计途径有哪些呢？关键因素之一是支持学习者自主意识的设计功能：在维护个体自主性的同时，个体必须学会如何适应环境的要求。在这种情况下，支持自主性要求的设计特点要向学习者表达清楚学习任务的重要意义和特征。另一个关键因素是学习活动的内在价值。内在价值是指为了自己而积极地参与学习活动的动机。控制-价值理论指出，在较高的内在价值与认为学习活动对学习者来说是充分可控的评价相结合时，快乐是最强烈的。通过建立控制与价值的结合，情绪设计可以促进积极活动情绪，如快乐，并且可以减少消极活动情绪的可能性，如愤怒和沮丧。
此外，在某种程度上，人们可以同时或先后在很短的时间内体验多重的情绪，情绪体验会受活动和结果评估的影响[6]。人们可以有与不同程度的活动相关的情绪，如快乐，放松，沮丧，或厌倦，也可以有与结果相关的情绪，如焦虑、绝望、骄傲、悲伤和失望。人机互动的情绪智能设计必须考虑到可能触发活动和结果评估的任务特点和可能的个体自身特征。考慮到负性情绪，如焦虑、厌倦、绝望，会阻碍学习者的学习，情绪设计的一个重要功能是当负性情绪将要出现时，尽量减少这种情绪出现的可能性并且促进学习者的自我调节。
Pekrun和Stephens列出了通过对成就情绪的积极影响来促进学习的教学设计的重要品质清单[7]：（1）教学的认知品质;（2）教学的动机品质;（3）自主性支持;（4）目标结构和期望值;（5）成就的反馈和结果。在这些因素中，教学的动机品质和自主性支持是与情绪设计最直接相关的因素，而且这两个因素是互相联系的，因为自主性支持会提高学习者的动机水平。
（三）多媒体学习的交互式多通道学习模型
图2表明，教学媒体包括用口语和书面语表示的言语表征以及图片和声音等非言语表征。为了进行有意义学习，学习者需要首先注意和选择相关的言语和非言语信息，以便在工作记忆中进行进一步的加工。然后，学习者需要将多重表征整合到一个一致性心理模型，并将整合的信息与学习者先前知识联系起来。在互动的学习环境中，这些认知加工过程一部分受到学习者先前知识的影响（也就是自上而下的箭头表示：从长时记忆到注意、知觉和工作记忆），另一部分受到学习环境中的教学反馈和教学方法的影响。如模型所示，学习者可能会使用元认知技能来调节学习中的动机和认知加工。意识到知识、策略、情绪和动机力量和局限的学生，能够通过监控理解过程中的认知加工来调节学习过程。元认知、动机和情绪对于学习的影响通过自下而上的箭头表明，即从长时记忆到工作记忆的箭头所示。
交互式多通道学习模型是Moreno对多媒体学习认知理论的补充，他承认了情绪、动机和元认知对多媒体信息认知加工的调节作用。他将非认知因素整合到多媒体学习模型中，指出，在长时记忆影响工作记忆的过程中，情绪发挥了重要作用。因此，在多媒体学习中应该注重情绪的作用，采用良好的教学设计发挥正性情绪的积极作用，减少负性情绪对学习的阻碍作用。
（四）多媒体学习的认知-情绪综合模型图3展示了Plass等提出的多媒体学习的认知-情绪综合模型[9]。该模型将Moreno和Mayer的多媒体学习认知-情绪理论与 Russell的核心情绪观念和情绪归因以及Izard情绪图式概念相结合。该模型的主要观点是，情绪过程离不开认知过程，它们是交织在一起的。
多媒体环境引起的情绪反应，称之为核心情绪，是当学习者从环境中感知听觉和视觉信息时体验到的情绪。一些体验到的情绪可能归因于特定的来源，但有些情绪可能产生于不特定的来源，比如心情等。这个归因受学习者选择的信息来源影响，而且影响选择过程。当学习者在工作记忆中组织视觉和言语心理表征时，涉及评价的情绪可能被学习者体验为兴趣和动机，进而影响学习者对视觉和言语心理表征的组织。不同的心理表征在传统意义上只包括视觉和言语的心理表征，现在也包括体验过的情绪形成的情绪图式，它们在长时记忆中被储存。
Mayer 和 Moreno的研究认为，有效的教学设计必须最大限度地减少来自非必要加工过程的认知负荷，即减少不服务于学习的加工处理过程[10]。同样地，多媒体学习的认知-情绪综合模型认为有效的教学设计必须唤起和观察有效的情绪体验，这包括与个人的情绪调节能力兼容的设计。在多媒体学习过程中有时会发生情绪超负荷，比如当任务唤起的情绪超出用户情绪的自我调节能力。有效的教学设计需要使情绪超负荷最小化。此外，导致用户的注意力从学习对象或活动上分散开的情绪也将是不利因素。
情绪对学习有害的一个现象是刻板印象威胁。研究显示，对特定个体的偏见，比如非洲裔美国人、女性，会产生影响认知加工过程的情绪反应，消耗管理资源，并且，最终影响学习与绩效[11]。
当个体情绪体验的多样性和强度低于最佳水平时，学习也受到损害。在这种情况下，特别是当积极的成就情绪，如快乐和希望没有被足够强烈地体验时，学习者可能缺乏学习动机和参与度。这种动机的缺乏可能会减少创造力，并妨碍学习过程，阻止个人实现其发展潜力。例如，当学习者缺乏动机，即使他们认知能力很高，可能也无法进行生成加工过程。生成加工包含了建构新的理解，它需要将新的信息与已有的知识结合起来。
二、多媒体学习中情绪设计的方法
在上述相关理论的指导下，很多学者在多媒体学习环境中进行了情绪设计，考察情绪对多媒体学习的影响。学习者在多媒体学习环境中所体验到的情绪不同于在其他类型的学习环境中体验到的。在多媒体学习环境中，很多学者提供了影响学习者情绪的不同方法。其中部分与信息呈现方式的设计特征有关，其他与环境互动有关。
（一）信息呈现的情绪设计
在信息呈现方面，学习材料的视觉设计本身就可以影响情绪，进而影响学习。有观点认为，对个体有吸引力的刺激对学习有积极的影响：美丽的事物是好的[12]。事实上，研究表明，颜色的亮度与儿童的情绪相关，色彩越明亮，情绪越积极;色彩越深，情绪越消极[13]。多媒体学习的若干研究显示，不同的审美设计可以诱导情绪，而这些情绪影响了学习者的表现和认知加工过程[14]。其他研究人员发现，各种多媒体元素的设计，如在多媒体环境中的视觉设计、设计布局、颜色和声音，可以导致用户对学习的积极感知[15]。
另外被经常采用的情绪设计方法是娃娃脸偏见，它描述了有着圆圆的特征和大眼睛的事物或人被认为是像婴儿的过程。这些圆圆的特征通过在学习中唤起婴儿般的人格属性-天真、诚实，从而诱发了积极的情绪。很多拟人化的研究考察了人类特性和非人类特性对多媒体学习者的影响，也报告了类似的效果。Mayer和Estrella研究发现，采用拟人图片的学习效果要好于非拟人图片[16]。Park等采用2（积极情绪、中性情绪）*2（拟人、非拟人）实验设计发现，学习者在积极情绪状态下，理解和迁移成绩更好。尽管拟人化没有诱发学习者的积极情绪，但是眼动数据表明，学习者的注意力被设计部分所吸引，所以，在正性情绪和拟人化学习环境下，学习者表现出最好的学习效果[17]。國内学者龚少英等考察了颜色和拟人化两个因素对学习者情绪和学习的影响。结果发现，彩色设计可以诱发学习者的积极情绪，但拟人化只有与彩色结合才能诱发学习者的积极情绪;彩色和拟人化都可以促进学习迁移[18]。以上研究表明，拟人化可能需要与其他因素结合才能诱发学习者的情绪。
有研究考察了形状和色彩等视觉情绪设计元素是否可以在本质上影响学习。结果发现，在学习环境的视觉设计中使用圆形和暖色能激发学习者的积极情绪，这种情绪反过来促进了学习者对学习材料的理解和迁移[19]。该研究设计采用了两种视觉相结合的方法：色彩和形状，以此来控制学习材料对情绪的影响。在后续研究中，研究者进一步调查了这些设计元素分别在何种程度上影响情绪和学习[20]。研究结果显示，圆脸形状无论是单独呈现还是和暖色结合，都可以诱导积极情绪。然而，研究还发现，暖色本身并不影响学习者情绪。温暖的颜色、圆脸的形状以及两个设计特点的结合促进了理解。另外，圆脸形状促进了学习者的知识迁移。这表明，颜色、形状以及二者的结合可能对学习者的情绪、知识理解和知识迁移具有不同的影响。另外，该研究还使用了情绪感应程序，其中包括观看有趣的卡通电影的个体与那些没有观看卡通电影的个体相比，产生了较强的兴奋、热情;然而，这种增强在学习过程中并没有持续下去。与此相反，视觉的情绪设计功能使人产生受鼓舞、感兴趣、热情高涨的感觉，并在学习过程中一直持续。以上研究表明，在多媒体学习中，教师应该选择合适的颜色和形状来呈现学习材料，并根据不同的学习目的采用不同的设计组合，可以促使学习者达到良好的学习效果。
（二）互动的情绪设计
多媒体学习的行为、认知和情绪互动模型描述了多媒体学习者的行为、认知和情绪活动是如何在学习过程中相互影响的[21]（见图4）。根据此模型，研究者使用了一些不同的方法考察了互动对多媒体学习者情绪的影响。下面我们将讨论其中两个，即对活动产生的情境兴趣和指导活动的使用。
1.情境兴趣。情境兴趣是指对源于学习环境的外界刺激和条件的直接情绪响应，这种响应可以短暂也可以持久，而且能够引导学习者对学习任务的注意[22]。情境兴趣与学习者的个人兴趣不同，它描述了随着时间推移，学习者的内在愿望和从事特定主题或活动的趋势。情境兴趣是非常重要的研究发现，其在个人兴趣的发展中是必不可少的。有证据表明，互动学习环境中许多不同的设计元素，如学习游戏，可以影响学习者的情境兴趣。其中包括游戏机制、社交模式和徽章的使用。有一项研究比较了中学生几何拼图游戏的两个版本，Noobs和Leets[23]。两个版本的唯一区别是游戏机制，即游戏所需的基本游戏玩法。在一个版本中，玩家被要求通过计算一个缺角的四边形的角度来解决几何问题（数值条件）;在另一个版本中，他们被要求选择需要采用的解决问题的规则（规则条件）。结果表明，基于数值条件下的情况较规定条件下的更有趣，这表明游戏机制的选择对学生情绪有影响。后来，这些研究者又进一步考察了三个版本的游戏对中学生情绪的影响：个人玩、两个玩家竞争和两个玩家合作[24]。这项研究的结果表明，与个人游戏相比，竞争和合作引起了更大的情境兴趣，这表明社会模式是能够影响学习者情绪的。最后，这些研究者还设计了一个Noobs和Leets的版本，可以将不同类型的游戏数字徽章授予完成相关游戏任务的学习者[25]。结果发现，除了学习结果以外，徽章的设计还会影响学习者的情境兴趣。以上研究表明，在多媒体学习中，教师应该关注学习规则、学习模式以及奖励物品的设计，这些因素会影响学习者的情境兴趣，进而影响其学习效果。
2.指导活动原则：动画教学代理。根据多媒体学习的认知-情绪理论的活动指导原理，学生在与指导他们进行认知加工的教学代理互动时会学得更好。动画教学代理在多媒体学习中经常被直观地表示出来，它常带有人的特征，以及可选的听觉（语音）特征。一个有技巧的教师不仅会调节她的情绪表达（如语音音调），而且会根据她感知到的学生情绪动态变化来进行教学内容。当前应对情绪变化的系统表明，在技术和科学理解方面的进步可以实现上述目标。这表明情绪智能人机交互不仅是可能的，而且对于增加用户的幸福感和效率是必要的。
有研究表明，動画教学代理可以提高动机水平，并导致更高的学习兴趣[26]。当动画教学代理的情绪设计引发困惑和参与度，它们与学习就具有显著的正相关，但当它们产生厌倦，相关就是负性的。通过设计，学习材料可以使学习者产生一系列的认知失衡状态，它可能是对学习者目标完成的阻碍、中断等。在这种情况下，可能会出现不同的学习效果。学习者可以体验负面情绪和脱离，或者，当他们设法克服不平衡状态时，可以体验到积极的情绪和更高的参与度[27]。在研究中，学习者的情绪被持续监测，而代理通过同情、支持，甚至无礼的评论回应学生的情绪状态，该研究发现上述因素对学习结果产生了不同的影响。
三、结论
多媒体学习中的情绪研究正成为一个富有活力和希望的研究领域，虽然目前处于研究的早期阶段，但是未来对该领域的深入研究将会显著地加深我们对多媒体学习的理解。情绪不仅对多媒体学习环境的设计必不可少，而且对于理解和考察多媒体学习也至关重要，它打开了综合理解多媒体学习本质的新视角。
在未来，我们需要更充分地考虑情绪对多媒体学习的影响。首先，需要全面、科学地认识情绪的复杂性，因为它们发生在个体的真实生活中。未来，需要对情绪进行跨学科的深入研究。第二，多媒体教学研究与实践必须将情绪作为多媒体学习过程中重要的、有价值的组成部分。最近的证据表明，通过诱发积极情绪的教学设计来促进多媒体学习是可行的。但是，也有研究表明积极情绪妨碍了多媒体学习，因为它使得学习者产生注意分散[28]。因此，情绪和多媒体学习的关系还需要未来进行深入研究，将情绪影响多媒体学习的路径揭示清晰。相信，情绪理论的研究进展会促进多媒体教学的研究与实践，而多媒体教学的研究与实践也会反过来推动情绪理论的研究，最终实现理论与实践相互促进协调发展。
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（責任编辑：邹曌）
