多媒体学习中的情绪性设计：学习者经验作用

薛　野王福兴钱莹莹周宗奎蔡　华

（1青少年网络心理与行为教育部重点实验室，武汉 430079；2华中师范大学心理学院，武汉 430079）

多媒体学习中的情绪性设计：学习者经验作用

薛野1，2王福兴1，2钱莹莹1，2周宗奎1，2蔡华2

（1青少年网络心理与行为教育部重点实验室，武汉 430079；2华中师范大学心理学院，武汉 430079）

以往研究对多媒体学习中情绪性设计的学习效果还存在争议。为探讨学习者的知识经验水平是否会对情绪性设计的效果产生影响，本研究以“人体免疫过程”动画视频为实验材料，比较情绪性设计和中性设计两种设计形式对不同知识经验水平者的情绪状态、学习成绩、内在动机等的影响。研究发现，相比于中性设计，情绪性设计学习材料可以提高学习者的内在动机水平，但是并没有激发不同知识经验水平者的积极情绪，也没能提高学习成绩。

多媒体学习；情绪性设计；经验

1　前言

随着技术的发展，多媒体学习材料中的情绪因素受到了研究者的重视［1，2］。许多研究表明，黄色、橘色等暖色调［3，4］或者圆形的娃娃笑脸［5，6］可以使学习者产生积极的情绪。根据认知情感理论（c ognitivea ffective t heory）［7，8］，教学设计者可以运用暖色调和卡通“娃娃笑脸”等对学习材料进行情绪性设计使学生产生积极的情绪，提高学习动机进而提高心理努力程度和学习成绩［9，10］。同时，也有大量研究证明，同一种学习材料对低知识经验者能够起到积极作用，但对高知识经验者不一定能够起到积极作用［11，12］。作为一种新兴的多媒体学习材料设计形式，情绪性设计的有效性同样有可能受到学习者知识经验水平的影响。

1.1多媒体学习中的情绪性设计

Um等人首次运用颜色和形状两种视觉元素对学习材料进行设计来激发学习者的积极情绪，并将这种设计称为情绪性设计（e motional d esign）［9］。研究以“人体的免疫过程”动画视频为学习材料，将材料中的细胞元素设计为娃娃笑脸的形式，整体背景采用橙色和黄色等暖色调。结果显示，学习者能够在学习过程中保持积极的情绪状态，并且学习者的学习成绩以及内在动机、心理努力水平均得到了提高。Plass等人的研究同样证实了情绪性设计可以提高学习者的积极情绪以及理解成绩［10］。但是Um等人的研究中未对学习者的知识经验水平进行控制［9］，Plass等人的研究中学习者的知识经验水平较低［10］，情绪性设计是否对高知识经验者同样起到积极作用还需进一步证实。

已有研究证明，在学习材料中加入趣味性的图片等会增加学习者的外在认知负荷而降低学习效果［13，14］，但是在Um等人［9］和Plass等人［10］的研究中都未对学习材料中的认知负荷进行测量，情绪性设计中的娃娃笑脸元素同样可能会增加外在认知负荷而影响学习者构建知识的能力。因此，本研究在比较高知识经验者和低知识经验者在情绪性设计和中性设计两种学习条件下的学习效果和情绪状态的基础上，进一步对学习材料的认知负荷等进行测量。

1.2知识经验水平对多媒体学习的影响

学习者的先验知识会影响到对知识的加工表征。高知识经验者在其长时记忆中已经存储了相关的知识结构，在学习过程中能够快速找到和学习目的相关的信息，进行组织、整理［15］。低知识经验者，由于缺乏相关知识，在加工处理新知识时，消耗的认知资源经常会超过工作记忆的认知负荷［12］。同时，对低知识经验者来说，较高的内在认知负荷对其完成任务的自我效能感，投入的心理努力和内在动机水平都会有消极的影响［16］。因此，通常情况下，高知识经验者更容易在多媒体学习环境中获益。但是，一系列的研究也发现一些对低知识经验者有效的设计形式和技术并不能使高知识经验者受益，这种效应被称为经验逆转效应（e xpertise r eversal e ffect）［11，12］。对低知识经验者起支持作用的信息可能会干扰高知识经验者在学习材料中寻找和整合与学习目的相关的知识点，从而降低学习效果。情绪性设计虽然不能提供和知识有关的帮助，但是可以激发低知识经验者的积极情绪，提高学习动机，使其保持更高的坚持性和耐挫性［17］。D'Mello和Graesser在研究智能辅导系统（a uto t utor）能否通过学习者的身体语言、面部表情等来检测其情绪状态，进而采取辅助策略帮助其管理消极情绪时发现，具有鼓励性的辅助代理人可以帮助低知识经验者管理消极情绪并提高学习效果，但是对高知识经验者没有促进作用［18］。那么针对学习材料的情绪性设计是否对高知识经验者的学习成绩也会有相似的影响仍需进一步研究。

1.3假设

综上，相比于高知识经验者，低知识经验者更需要外界提供帮助管理消极情绪［18］，本研究提出假设一：相比于中性设计，情绪性设计可以提高低知识经验者的学习效果、积极情绪状态、内在动机水平和心理努力，但是并不会对高知识经验者产生以上积极作用。高知识经验者具有相关的知识结构，能够快速整合相关知识点等，在通常的任务中要好于低知识经验者［15］，因此提出假设二：高知识经验者会比低知识经验者取得更好的学习效果，内在动机水平和心理努力也较高。基于以往研究关于装饰性图片能够增加外在认知负荷的结果［13-14］，提出假设三：相比于中性设计，情绪性设计会增加学习者的外在认知负荷。

2　方法

2.1被试

实验前共发放知识经验水平问卷400份，被试得分呈正态分布（K-S检验结果为0.10，p＞0.05），分别选取两端27%的被试为低知识经验者和高知识经验者。共邀请了126名被试参加实验，将问卷未填完整者，实验结果在总体分布3个标准差以外的得分者删除，共保留有效被试100人，低知识经验水平者50人，高知识经验水平者50人。其中男生20人，女生80人，平均年龄20岁 （SD=1.76）。

2.2设计与材料

实验为2（学习材料设计形式：情绪性设计，中性设计）×2（学习者经验水平：高知识经验者，低知识经验者）被试间设计。

学习材料参照已有研究［9，10］制作，内容为讲述“人体免疫过程”的动画，时长4分钟，其中包括“体液免疫过程”和“细胞免疫过程”。实验材料文字内容来源于人民教育出版社出版的高中生物必修3《稳态与环境》第2章中的第四节“免疫调节”。动画素材由动画制作专业学生制作。视频中的图画与相应的文字信息一一对应，文字内容以声音的形式呈现，声音是由播音专业的学生录制。中性设计的实验材料中颜色有白色、黑色和灰色，情绪性设计的实验材料中有橙色、黄色、红色等暖色调，并且情绪性设计的实验材料在中性设计材料的基础上将细胞等图形形状加入了娃娃笑脸设计（见图1）。

图1　实验用动画材料截图

前测知识问卷：由生命科学学院两名研究生从生物知识考题题库中选出，包括10道单项选择题（均为4个选项，答对得2分）和4道主观报告题目（“我高中是理科生”，“我的专业和生物知识相关”，选项为“是、否”，选择“是”记2分，选择“否”记0分；“我对生物知识的了解程度”，选项为Likert 5点评分；“高中时期，我的生物分数段”从40分至100分，每20分为一段，共四个分数段，记分为0-3分）。前测知识问卷总分为31分，基于400份前测问卷的得分结果，得出问卷的内部一致性信度α=0.85。

保持测验题目由两名生命科学学院研究生根据材料内容设置，共包括8道单项选择题（均为4个选项，答对得2分）和一道主观题（请你写出人体免疫的过程，共7个知识点，每个知识点2分），试卷总分30分。保持测验试卷内部一致性信度α=0.63。

迁移测验题目由两名生命科学学院研究生根据材料内容设置，共包括4道开放式问题，例如“小明曾被乙肝病毒感染过，经过数月的治疗，终于将体内的病毒消灭干净，身体痊愈。过了一年后，小明又一次感染乙肝病毒。但这一次和上次不同，小明的身体很快恢复，战胜了病毒，这是为什么？”试卷共涉及14个知识点，每个知识点2分，总分28分。迁移测验试卷的内部一致性信度α=0.82。

情绪状态测量选用由邱林、郑雪和王雁飞修订的积极情感量表［19］。其中包含9个项目，即“活跃的，充满激情的，快乐的，兴高采烈的，兴奋的，自豪的，欣喜的，精力充沛的，感激的”，采用5级评分（1代表“非常轻微”，5代表“非常强烈”）。量表内部一致性信度在0.85以上，重测信度为0.76。基于本实验被试的测量结果，得出量表的内部一致性信度为α= 0.86。

内在动机采用Isen和Reeve编制的包含8个项目的量表［20］，测量被试在学习过程中的兴趣和享受程度以及继续学习相关内容的意愿。采用Likert7点测量，例如“它使我充满了好奇心”，1代表非常不同意，7代表非常同意。基于本实验被试的测量结果得出内部一致性信度α=0.93。心理努力［21］（你认为自己在学习刚刚呈现的材料时，认真努力程度如何），采用Likert9点测量，1代表非常不强烈，9代表非常强烈。

认知负荷采用Leppink等人编制的用于测量学习过程中不同类型认知负荷的量表［22］。量表共包括10个项目，3个项目用于测量内在认知负荷（例如“视频中所涉及的学习主题非常复杂”），3个项目用于测量外在认知负荷（例如“视频中使用的图画颜色和细胞的形状设计干扰到我对学习内容的理解”），4个项目用于测量关联认知负荷（例如“视频促进了我对人体免疫过程中细胞相互作用机制的理解”）。采用Likert11点测量，0代表非常不同意，10代表非常同意。基于本实验被试的测量结果，内在认知负荷、外在认知负荷和关联认知负荷的题目内部一致性信度（α）分别为0.91、0.85和0.91。

2.3程序

实验室中的实验过程共包括三个部分。首先，请被试填写情绪状态问卷，测量被试在学习前的情绪状态水平。接下来，请被试坐在电脑前，带上耳机，观看学习材料，学习材料呈现4分钟，并且只看一遍，被试不能操作视频快进或回放等。学习过后，要求被试填写情绪状态问卷，测量学习过后的情绪状态水平，随后填写内在动机和心理努力测量问卷，完成保持测验和迁移测验，最后填写认知负荷问卷。不限制被试填写问卷和完成测验的时间。

3　结果

采用SPSS14.0对数据进行分析。高知识经验者和低知识经验者在情绪性设计和中性设计学习材料下的学习测验和主观感受的描述性统计结果见表1。

表1　不同知识经验水平者在不同设计材料下的测验及量表得分情况

3.1情绪状态水平

研究者采用重复测量方差分析检验每组被试前测情绪和后测情绪的变化情况。以分组条件为被试间变量，学习前和学习后的情绪状态分数为重复测量变量。结果显示，前后情绪状态分数的变化和分组条件交互作用不显著，F（3，96）=0.91，p＞0.05，ηp2= 0.028；情绪变化的主效应显著，F（1，96）=4.07，p＜0.05，ηp2=0.041，前测情绪水平高于后测情绪水平（MD=1.26）；分组条件的主效应不显著，F（1，96）= 0.71，p＞0.05，ηp2=0.022。因此，学习者在学习过后积极情绪水平有所下降，情绪性设计和中性设计的学习材料在影响学习者的情绪方面没有差别。

3.2学习成绩

保持测验上，材料设计形式和被试知识经验水平交互作用不显著，F（1，96）=1.11，p＞0.05，ηp2= 0.011；知识经验水平主效应显著，F（1，96）=153.86，p＜0.001，ηp2=0.616，高知识经验者的成绩显著高于低知识经验者（MD=12.72）；材料设计形式的主效应不显著F（1，96）=1.03，p＞0.05，ηp2=0.011。

迁移测验结果同保持测验结果一致，材料设计形式和被试知识经验水平交互作用不显著，F （1，96）=0.18，p＞0.05，ηp2=0.002；知识经验水平主效应显著，F（1，96）=128.29，p＜0.001，ηp2=0.572，高知识经验者的迁移测验成绩显著高于低知识经验者（MD=12.68）；材料设计形式的主效应不显著F （1，96）=0.02，p＞0.05，ηp2=0.001。

3.3内在动机和心理努力

就动机水平言，材料设计形式和被试知识经验水平交互作用不显著，F（1，96）=0.26，p＞0.05，ηp2= 0.003；知识经验水平主效应显著，F（1，96）=6.04，p ＜0.05，ηp2=0.059，高知识经验水平者的内在动机水平高于低知识经验者（MD=3.88）；材料设计形式的主效应显著F（1，96）=4.21，p＜0.05，ηp2=0.042，情绪性设计的学习材料所激发的内在动机水平高于中性设计的学习材料（MD=3.24）。

就心理努力而言，材料设计形式和被试知识经验水平交互作用不显著F（1，96）=0.13，p＞0.05，ηp2= 0.001；知识经验水平主效应显著，F（1，96）=7.62，p＜0.01，ηp2=0.074；高知识经验者投入的心理努力程度高于低知识经验者（MD=7.8）；材料设计形式的主效应不显著，F（1，96）=0.41，p＞0.05，ηp2=0.004。

3.4认知负荷

就学习材料的内在认知负荷而言，材料设计形式和被试知识经验水平交互作用不显著，F（1，96）= 0.02，p＞0.05，ηp2=0.001。知识经验水平主效应显著，F （1，96）=133.31，p＜0.001，ηp2=0.581，高知识经验者认为学习材料的内在认知负荷水平显著低于低知识经验者（MD=11.44）。材料设计形式的主效应不显著F （1，96）=0.86，p＞0.05，ηp2=0.009。

就学习材料所产生的外在认知负荷而言，材料设计形式和被试知识经验水平交互作用不显著，F（1，96）=1.50，p＞0.05，ηp2=0.015。知识经验水平主效应显著，F（1，96）=7.54，p＜0.01，ηp2=0.073，高知识经验水平者认为学习材料所产生的外在认知负荷显著低于低知识经验水平者（MD=3.32）。材料设计形式的主效应不显著F（1，96）=0.01，p＞0.05，ηp2=0.001。

就材料所产生的关联认知负荷而言，材料设计形式和被试知识经验水平的交互作用 （F（1，96）= 0.21，p＞0.05，ηp2=0.002），知识经验水平的主效应（F （1，96）=0.97，p＞0.05，ηp2=0.010）和材料设计形式的主效应（F（1，96）=0.14，p＞0.05，ηp2=0.001）均未发现显著效应。

4　讨论

研究发现，相比于中性设计，情绪性设计提高了高、低知识经验水平者的内在动机水平，但是没有提高积极情绪和学习成绩，因此部分验证假设一。同时，在学习成绩和各主观感受方面，高知识经验者都要好于低知识经验者，与假设二相符。通过测量学习者感知到的认知负荷水平可知，情绪性设计并未比中性设计产生更多的外在认知负荷，与假设三不符。同时，低知识经验者感受到的内在认知负荷水平明显高于高知识经验者。

4.1情绪性设计对激发学习者情绪的影响

从学习者学习前和学习后的情绪状态结果可以看出，情绪性设计并没有激发学习者的积极情绪，此外，学习者在学习过后的情绪水平较学习前有所下降，这和Um等人［9］以及Plass等人［10］的研究结果不一致。根据控制—价值理论（c ontrol-v alue t heory），当学习者在学习过程中缺乏主观控制感以及学习的内容对其价值较低时，学习者则会表现出失望、无聊和愤怒等消极情绪［23，24］。在Um等人［9］和Plass等人［10］的实验中都是让被试自由学习15分钟，同时，学习过程中被试可以控制视频的前进或后退等，被试拥有一定的控制感。而在该实验中，被试只对材料内容学习了一遍，为时4分钟，且不能对学习材料进行控制，学习的内容对其可能价值不大。另外，低知识经验学习者的内在认知负荷较高（M=19.48），这对其完成任务的自我效能感，投入的心理努力和内在动机水平都会有消极的影响［16］，这些因素综合起来可能使低知识经验学习者产生消极情绪。而高知识经验者在学习过后同样出现了积极情绪水平下降的结果，这可能是因为学习材料的内在认知负荷水平和难度对于高知识经验者都较低，学习任务不具有挑战性，从而使他们产生消极情绪［25］。

4.2情绪性设计对学习效果的影响

保持测验和迁移测验的结果发现，无论是高经验还是低经验学习者，不同的设计形式对学习成绩影响没有差别，部分支持假设一。认知负荷的结果发现，设计形式不会影响到学习者感知到的外在认知负荷，也就是说，并不是由于情绪性设计增加了外在认知负荷而没有提高学习者的学习成绩。Park和Moreno等人的研究发现，当学习材料认知负荷较高时，装饰性图片对学习者的学习效果起到消极作用［26］。维果斯基的最近发展区理论也指出，当学习任务太简单或者太难，而不在学习者通过努力可达到的最近发展区时，学习者并不能在学习任务中获益［27］。因此，对于低知识经验者来说，当学习任务太难时，情绪性设计对学习不能起到促进作用。而对于高知识经验者来说，长时记忆中已存有与学习任务相关的知识结构，并不需要外界提供鼓励性的支持［18］，因此，高知识经验者在两种设计形式下的学习效果没有差异。高知识经验者的保持测验和迁移测验成绩都要好于低知识经验者，出现经验优势效应，与假设二相符。

4.3情绪性设计对内在动机和心理努力的影响

无论是高经验还是低经验学习者，情绪性设计比中性设计的学习材料更能激发他们的内在动机，和假设一部分相符。根据认知情感理论［7，8］，内在动机水平的提高可以帮助学习者投入更多的认知资源到当前的学习内容，但是情绪性设计并未提高高、低知识经验者的心理努力程度。对于低知识经验者来说，这可能是因为他们缺乏相关的知识结构，可利用的认知资源较少，无法付出更多的认知努力［12］，而高知识经验者则无需情绪性设计激发自己付出更多的努力，因而投入到学习中的认知资源也没有因为动机水平的提高而增加。此外，高知识经验者比低知识经验者拥有更多的相关图式以及知识结构，对学习任务较熟悉，自我效能感和动机水平也较高，愿意付出的认真努力程度也更高，这与假设二相符。关联认知负荷是投入到学习过程中用于构建知识图式的认知资源［28］，和心理努力具有一定的相似性［21］，但是高知识经验者的关联认知负荷并未和心理努力一样都表现得比低知识经验者高，可能是由于高知识经验者很认真地观看学习材料，但是并不需要投入过多的认知资源建立知识图式。

综上所述，该研究考察了情绪性设计的学习材料对不同知识经验者的影响，虽然只发现了情绪性设计对提高学习者内在动机水平的积极作用，没有发现对学习成绩和其它主观感受方面的积极作用，但是可以使教学材料设计者认识到学习内容的认知负荷水平在学习过程中的重要作用，后续研究可进一步探讨学习材料的认知负荷水平对情绪性设计的调节作用，以及学习者的主观控制、学习价值感在学习过程中的重要作用。研究者还需进一步验证情绪性设计对不同知识经验者的影响机制，针对不同的学习者设计相应的学习材料。

5　结论

本实验得出以下结论：

（1）学习材料可能对于低知识经验学习者产生了巨大的内在认知负荷，导致情绪性设计并不能促使其产生积极情绪，也不能有效地提高学习成绩；而对于高知识经验者，无需情绪性设计提供鼓励性支持，因此两种设计形式下的学习效果没有差别。

（2）情绪性设计的学习材料可以提高学习者的内在动机水平，鼓励学习者融入到当前的学习过程并激发其继续学习相关内容的意愿。

（3）在多媒体学习环境中，高知识经验者比低知识经验者的动机水平更高，认真努力程度更高，学习成绩也更好。

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Emotional Design in M ultimedia Learning：The Role of Learners'Know ledge

Xue Ye1，2，Qian Ying y ing1，2，Wang Fu x ing1，2，Zhou Zong k ui1，2，Cai Hua1，2
（1 Key Laboratory of Adolescent Cyberpsychology and Behavior（CCNU），Ministry of Education，Wu h an，430079；2 School of Psychology，Central China Normal University，Wu h an，430079）

The previous studies hold different opinions on the effect of emotional design in multimedia learning.This study explored whether learners'expertise had influence on the effect of emotional design. With the immune process as learning material，this study compared the influence of the design form on emotional state，learning performance，intrinsic motivation and other subjective feelings of learners with different level of expertise.Results indicated that compared with neutral design，emotional design can improve learners'intrinsic motivation，but can not necessarily motivate their positive emotion and improve their performance.

multimedia learning；emotional design；expertise

王福兴，男，讲师，博士。Email：fuxing_wang@126.com