多媒体课堂冗余信号效应探究

    郑碧波

    

    〔关键词〕心理实验；多媒体课堂；冗余信号效应

    一、问题的提出

    认知心理学指出：当多个信号（刺激）同时出现时，人们对于多个信号的反应速度要比单个信号来得快。这种现象被称为“冗余信号效应”（Redundant Signal Effect， RSE）[1]。教育场域中的刺激是立体的、多维的。冗余信号效应的提出，也使我们重新正视教学中长久以来被忽视的问题：教师在改进教学方法的同时，是否遵循了学生认知发展的特点，是否注意到了教学的科学性。

    很多中小学都在教学中融入了多种材料，教学变得生动、活泼。例如，教师利用多媒体进行汉字教学时，通常会在教学课件中加入动态的图片、变化的文字、优雅的音乐、丰富的旁白等，用来吸引学生的注意，加深其记忆。这种方式与传统的“视—听—写”相比，刺激内容更多。此时，教师是否注意到丰富的刺激可能会使学生分心，影响教学效果呢？中小学生自控能力较弱，注意力集中时间短。例如在学习汉字时，旁白的声调、汉字出现的形式等无关刺激在一定程度上可能比学习目标本身更吸引他们，从而影响学习效果，甚至形成认知负荷[2]。冗余信号效应引进教育领域，将帮助教师们更好地利用多种教学资源，增加教学的有效性。

    冗余信号在促进大脑对多个信号进行加工的同时，也需要大脑对无关刺激的加工进行抑制。这和反应抑制执行功能有关。反应抑制较强的学生，能够更快更好地集中注意力，避免无关刺激的进一步干扰，反应抑制能力在很大程度上影响了学生对内部信息行为和自我导向行为的控制[3]。

    有关反应抑制的研究，通常采用信号停止任务这一经典范式[4]，它模拟真实的生活情境，要求被试在实验中快速而准确地执行或停止一个行动。通过该任务我们可以测量出被试的反应速度，从而评估其抑制能力。在信号停止任务中，刺激类型主要有视觉刺激和听觉刺激两种，这两种刺激通过不同的感觉通道作用于人的感官。那么，刺激的冗余程度是如何影响学生对学习目标的信息加工呢？本研究将从不同冗余条件入手，探究冗余信号效应对小学生的反应抑制能力是否产生影响以及如何影响？

    二、实验设计

    （一）研究对象

    实验被试共41人（10～13岁），均来自浙江省金华市某小学。被试智力正常，无品行问题、心身障碍和焦虑障碍等。被试视力或矫正视力正常，无色盲色弱，听力正常，右利手。

    （二） 实验过程

    研究主要探究小学生在3种信号冗余条件（无冗余信号、反应信号冗余、停止信号冗余）下的反应抑制情况。全部被试接受所有的实验处理。

    1.实验仪器和刺激材料

    （1）实验仪器为带有耳麦的17英寸台式计算机。

    （2）该实验程序用Delphi语言进行编写，实验中计算机刺激呈现和计时精度为1ms。

    （3）每一试次开始前都有注视点位于屏幕中央。该注视点为0.76o×0.8o视角的黑色十字。

    （4）靶刺激为一个红色五角形，其外接圆直径为1.5o视角，随机出现于注视点两边。靶刺激在注视点中心水平线两侧0.96o视角处。

    （5）停止信号为蜂鸣声，频率为1000Hz，响度以耳朵舒适为准。

    2.实验程序

    被试离计算机屏幕60cm。主试向被试介绍实验任务，待被试完全理解实验要求后，主试按“开始”键进行实验。

    下面以“无冗余信号条件”为例介绍实验的具体过程。

    实验开始，计算机屏幕上先出现黑色十字注视点，呈现500ms。随后注视点消失，呈现靶刺激。靶刺激随机呈现在注视点的某一边，要求被试看到靶刺激后做出又快又准的按键反应：当靶刺激呈现于注视点左边，被试按小键盘上的“1”键；当靶刺激呈现于注视点右边，被试按小键盘上的“2”键。靶刺激呈现时间为1000ms。靶刺激呈现后消失，计算机显示为灰屏，灰屏持续时间为1000ms。被试对靶刺激的反应时间不能超过2秒钟，否则视为出错。

    被试被告知：在靶刺激出现后的某个不恒定的时间后，有时会出现一个表示停止的蜂鸣声，要求被试在听到蜂鸣声后马上停止按键。如果他们不能停止按键反应也不用担心，因为蜂鸣声是随机出现的，有时候可以停止按键有时却不可以。当然，被试也被告知无须等待停止信号。主试多次强调被试必须作出又快又准的按键反应。蜂鸣声的呈现时间为100ms。

    在信号冗余条件下，被试分别被告知靶刺激或停止声音出现的形式将有所改变：反应信号冗余时，在靶刺激出现的同时伴有一个声音，这个声音和蜂鸣声完全不同；停止信号冗余时，在蜂鸣声出现的同时伴有一个小红太阳。

    实验共有3个区段（Block）。每个区段的实验试次（Trial）为48个，共有144个试次。停止信号由计算机随机产生，停止信号的数量为靶刺激的25%，每个区段的停止信号为12个。为了更好地测量被试的反应抑制能力，在一个区段中，对停止信号的设置，遵循以下要求：（1）停止信号不在每个区段的第一个试次中产生；（2）不能在三个及以上试次中连续出现停止信号。对于停止信号出现的时间设置遵循Schachar和Logan等人的追踪算法。

    每一试次呈现的时间为500ms（注视点）+1000ms（刺激呈现）+1000ms（灰屏），共计2500ms。其中第一个区段为练习组。在这个区段中，被试只须完成反应任务，对靶刺激作按键反应，有停止信号出现时，被试不需要停止按键。在这一区段，停止信号的作用是让被试习惯停止信号的出现形式，感受到停止信号的出现是随机的。区段二和区段三为正式实验，这两组实验区段中，被试必须完成反应任务和停止任务。如果没有停止信号出现，被试只需对靶刺激进行按键反应，如果有停止信号出现，被试必须马上停止按键。

    3.三种实验条件对刺激特征设置的要求

    与“无冗余信号”条件相比，“反应信号冗余”和“停止信号冗余”条件除了在刺激信号的冗余度上有所不同外，其余全部相同。

    “反应信号冗余”条件改变了靶刺激的冗余度。在靶刺激（红色五角形）呈现的同时，增加了另一个提示声音，和红色五角形同时呈现并同时消失。该提示声音的频率为500Hz，持续时间为1000ms。

    “停止信号冗余”条件改变了停止信号的冗余度。在蜂鸣声出现的同时，在屏幕中上方、离靶刺激中心水平线2o视角处出现一个小红太阳（直径为0.8o视角）。和蜂鸣声同时呈现。该小红太阳呈现时间为200ms。

    （三）数据处理和统计

    全部数据采用SPSS11.0软件进行统计。为了保证数据的有效性，尽量避免被试提前按键的情况，实验剔除了反应时小于250ms的数据。

    三、结果分析

    （一）不同冗余信号条件下，被试的反应任务执行情况分析

    由表1可知，反应任务存在冗余信号效应。对被试组在三种信号冗余条件下的反应时作进一步方差分析，结果表明，被试的反应时差异显著（F=9.43，p<0.01）。

    LSD检验表明，被试在三种条件下的反应时（MRT）差异都极其显著，MRT（停止信号冗余）

    （二）不同冗余信号条件下，被试的停止任务执行情况分析

    由方差分析可知，停止任务存在冗余信号效应。停止信号冗余条件下的反应时显著短于其他两种条件（F=3.13，p<0.01），反应信号冗余与无冗余信号差异不显著。

    四、讨论与建议

    （一）冗余信号效应对儿童反应抑制能力的影响

    对于反应任务来说，冗余信号效应普遍存在于反应信号冗余和停止信号冗余这两种条件下。这对于我们进一步探究教学环境的刺激类型和数量是有现实意义的。

    更有意思的是，实验显示，在停止信号冗余条件下，被试的反应时显著短于其他两种条件。这似乎意味着停止信号冗余反而提高了被试在反应任务中的反应速度。

    对于停止任务来说，冗余信号效应存在于停止信号冗余条件下。

    综上所述，用于停止信号的刺激越丰富，占用的刺激通道越多，那么学生不仅更容易停止正在进行的反应，而且能促进反应任务中的反应，即对目标学习行为的反应。

    （二）冗余信号效应的实践意义分析

    我们的研究表明，在对学生进行教学时，我们可以通过改善学习环境，来改变环境中的冗余信号。比如要尽量减少无关刺激的干扰，避免让儿童分心；同时要增强目标刺激的强度，对于课堂分心行为进行有利的控制，使儿童把注意力高度集中起来。教学上对于环境的控制，主要包括增加学习目标冗余度和减少与学习目标不一致的分心物两方面。有研究者指出，许多和多动冲动有关的行为似乎都是对环境的即时反应，因此控制环境会对个体产生一定的作用[5]。

    在具体教学实践中，可以使用黑色印刷体字作为作业和考试用字，尽量避免使用手写或彩色字体；将重要知识部分用线、圈等符号表示；如果可能的话，用彩色笔在作业或考卷中作为提醒，减少学生可能犯错误的机会；允许学生在阅读时用铅笔或手指指着念；教会学生在说话之前对自己说“停下——想想”，鼓励深思熟虑的反应；利用多感觉通道来呈现课程，但一定要注意使用视听帮助时要让干扰因素保持最小，例如，保证有趣的图片或声音与学习内容相关，千万不要盲目使用多媒体材料。

    参考文献：

    [1]杨治良.实验心理学[M].杭州：浙江教育社.2003，（2）：126-133.

    [2]Cristiana Cavina-Pratesi， Emanuela Bricolo Massimo Prior.Redundancy Gain in the Stop-Signal Paradigm： Implications for the Locus of Coactivation in Simple Reaction Time[J].Journal of Experimental Psychology， 2001， 27（4）：932-941.

    [3]Logan G D， Cowan W B.On the Ability to Inhibit Thought and Action： A Theory of an Act of Control[J].Psychological Review， 1984（91）：295-327.

    [4]Pennington B，Ozonoff S.Executive Functions and Developmental Psychopathology[J].Journal of Child Psychology and Psychiatry，1996，37：51-87.

    [5]张明，陈骐.注意定势及时间不确定性对基于空间的返回抑制的影响[J].应用心理学， 2002， 8（3）：15-21.

    （作者单位：浙江省绍兴市稽山中学，绍兴，）

    编辑/王抒文 终校/于 洪