动态样例学习效应及未来研究趋势

林楠，张奇

辽宁师范大学，辽宁 大连 116029

动态样例学习效应及未来研究趋势

林楠，张奇

辽宁师范大学，辽宁 大连 116029

样例学习能使新手高效地获得专家问题解决方法，动态样例利用视频或动画呈现样例，丰富了样例的呈现方式。文章阐述了动态样例的学习效果，回顾了动态样例学习中的相关效应，包括：教师代理效应、分段效应、线索效应、先前知识效应。最后，前瞻了动态样例未来研究的核心问题：动态样例适合的知识领域；动态样例学习优势的有效利用；动态样例的设计方法等。

样例；动态样例；教师代理；分段；线索；先前知识

VanLehn认为，样例（Worked-out examples）包括假设、解决步骤、结论，并认为样例是学习的重要资源。Spanjers等认为，样例（Worked examples）是逐步呈现解题步骤的例题，包括假设和目标的描述，也包括连续的问题解决步骤和要达到的目标状态。随着计算机技术的发展，相对于传统静态呈现的样例，动态样例促进了样例学习研究领域的扩大。

一、动态样例的内涵及研究的兴起

（一）动态样例的内涵

动态样例是相对于静态样例提出的。Lusk和Atkinson认为，根据呈现方式不同，样例有两种类型：静态样例（Static worked example）和动态样例（Dynamic worked example）。静态样例，是以文本或者图表的形式呈现样例，一次或者几次呈现完整样例的内容，直到学习结束，样例信息才消失。动态样例，是以视频或者动画形式呈现的样例。动态样例的信息连续呈现，前面的信息不断被后面的信息替代。

（二）动态样例研究的兴起

样例学习的研究起源于问题解决技能个体差异的比较研究，人们通常选用专家与新手对比。专家与新手在问题解决技能上的差异，主要是因为专家拥有新手不具备的相关领域的知识结构，即问题解决的图式。让新手获得问题解决图式的有效方法，就是学习样例。传统的样例学习主要应用于数学、物理等结构化程度高的学科领域。较为复杂的机械系统工作原理是否也能够通过样例进行学习？比如学习液压制动系统、自行车打气筒的工作原理等。Mayer和Anderson让没有机械方面知识的大学生观看视频动画，动画描述了自行车打气筒打气的操作过程。结果发现，在问题解决测试中，动画过程中听语言描述组成绩较好。在这项实验研究中研究者首次加入了动画演示这个变量。视频和动画的应用大大促进了样例学习研究的发展，研究者也开始关注动态样例的设计。对动态样例学习的研究集中在动态样例的学习效果、影响动态样例学习效果的因素，动态样例的设计方法、动态样例中教师代理的作用，以及动态样例的分段效果等等。

二、动态样例的学习效果及相关效应

（一）动态样例的学习效果

动态样例不同于传统的静态样例，它是利用视频或者动画的形式呈现学习内容，这种呈现是活动的、立体的、连贯的、形象的，含有很多静态样例没有的元素。Thompson等人进行了动态图表对数学论证理解影响的实验研究。这种动态演示过程能直观地呈现解决问题的程序，直观地解释程序后面的原理。动态样例的学习效果与学习的知识类型有关。研究者认为，很多任务的完成都需要使用认知技能（比如河内塔问题的解决），静态的教学材料很少能直接教授这些技能，而材料动态呈现可以让学习者获得程序性知识。

适当条件下，动态样例确实比静态样例具有一些明显的优势，信息呈现短暂，刺激连续，知识呈现连贯，有助于吸引学习者的注意力，有利于学习者以形象化的方式存储知识。动态样例的积极作用是可以肯定的，需要研究者考虑的问题是如何改进动态样例的学习效果，探讨提高动态样例学习效果的方法，及产生积极的相关效应等。

（二）动态样例学习的相关效应

1.教师代理效应。在动态样例学习的研究中，动画教师代理的作用备受关注。动画教师代理就是在动态视频播放过程中，由特殊程序产生的模拟教师形象在视频中进行教学引导。教师代理提供重要的相关辅助信息引导学习者的学习。

Atkinson研究了基于计算机学习环境的教学设计，结合使用动画教师代理，教会学生怎样解决词汇问题。设计代理传递文本的或者口语的教学解释，同时使用注视和姿势指导学习者集中注意样例的相关部分。结果发现，教师代理的口语解释有助于提高样例学习效果，证明了教师代理的积极作用。另外，Lusk和Atkinson研究了动画教师代理在学习环境中“表现程度”改变的影响。教师代理完全不动，属于低表现，或者只用教师代理的声音，也属于低表现；教师代理有简单的动作属于中等程度表现；教师代理接近真实课堂教师的表现属于高表现。在高表现条件下，教师代理非常接近真实教学环境下的教师，语言解释信息与非语言信息（运动、姿势、凝视）协调进行，辅助学生学习。在低表现条件下，教师代理仅提供口语解释信息，但代理形象静止在屏幕上；或者在只有声音的条件下，不呈现教师代理形象，只提供口语解释信息（这种条件只是用了教师代理的声音，没有形象，可以说教师代理的表现极低）。在高表现条件组，远、近迁移答案正确率高于其他两组。Mayer认为，教师代理通过多种方式提供学习加工线索，比如：姿势、面部表情、眼睛凝视、运动、声音、个人谈话风格、礼貌度等。这些线索也有助于学习者注意的保持，有助于提高学习交流的自然性，有助于形成对教师代理的同伴感觉。

对于教师代理的研究正在逐步深入，但在动态样例学习的过程中，还有些研究没有展开，譬如，如何选择具有合适特征（性别、年龄、衣着、声音等特征）的教师代理作为教学引导，以及哪些年龄阶段的学习者在与教师代理的互动中学习效果，等等。

2.分段效应。分段是在把连续的学习材料分为若干有意义的小段。动态样例是连续呈现学习材料，材料呈现时间短暂，导致记忆负荷增加。这种负荷的增加成为影响动态样例效果的因素。Hasler等研究发现，学习主体控速的动态教学比系统控速的动态教学效果好，即主体控速时动画的多次间断减少了对工作记忆的需要，降低了额外负荷，学习成绩得到提高。Spanjers等考查了动态样例中分段的学习效果，实验中采用两种分段形式，一组以分段的形式呈现样例，另一组指导学生主动分段。结果发现，学生学习已经分段的样例，与学习没有分段的样例相比，需要较少的努力就能获得相同的学习结果；而在主动分段条件下的学生，比已经分段条件下的学生，在学习中投入更多的努力，并没有获得更好的成绩。

分段对于新手学习动态材料有积极效果，Spanjers等认为有两个可能的解释：其一，分段减少了信息短暂呈现产生的高认知负荷，动态视频被分成比较小的信息单位，在多次停顿中增加了加工这些信息单元的额外时间；其二，分段把动态视频分解成有意义的片段，这给学习者提供了一个时间线索，有助于学习者理解动态样例描述的加工过程或程序的潜在结构。

3.线索效应。线索，是非内容信息的附加物，比如颜色、箭头等。在de Koning等研究中，使用线索作为指导学习者注意教学视频重要方面的策略。研究发现，观看线索指导视频的学习者，在理解和迁移问题上，比观看没有线索指导视频的学习者成绩好。结果说明：通过线索强调动态样例中的重要方面、弱化其他方面，减少了因不必要的搜索而导致的额外认知负荷。

在Kriz和Hegarty的研究中，当学习者学习描述冲洗水箱机制的动画时，记录他们眼动数据。有两种实验条件，有线索和无线索。研究发现，线索能引导学习者更多注意任务相关信息，但是并没有带来对呈现信息更好的理解。不过，de Koning的研究却发现视觉线索促进了学习者的学习。为了解决两个研究的矛盾，de Koning等利用眼动记录技术研究观看动画过程中，线索对外在注意分配的影响。结果发现，学习者对线索提示部分注视次数更多、注视时间更长。Amadieu等研究了动态视频理解中，注意引导效应和认知负荷的问题，即线索对认知负荷、对描述动态过程视频理解的影响。Spanjers等研究了动画学习中停顿和时间线索的作用。动态样例的分段对于新手学习和减少认知负荷有积极效应。对分段效应有两种不同的解释，第一，段与段之间插入停顿，为学习者提供额外时间，进行必要的认知加工；第二，分段是把视频分成有意义的片段，这提供了一种时间线索，可以支持学习者感知视频描述的程序、材料加工的潜在结构。研究发现停顿和线索在分段效应中有重要作用。

综上可见，线索的作用没有一致的结论。不过，为了保证动态呈现的效果，教学视频应该避免引起较高的额外认知负荷，这是研究者们共同的认识。

4.先前知识效应。先前知识，是指学习者具备的与即将学习的材料有关的知识。Spanjers，Wouters，van Gog，van Merrienboer的研究发现，在加工新材料过程中，具有高先前知识水平的学生，比具有低先前知识水平的学生，有更多的剩余心理资源去处理额外负荷导致的认知加工（即整合显示中完全独立部分中的相关元素），和从事导致相关认知负荷的加工（即学习不同问题的变式）。高先前知识水平学习者，可以投入很小的心理努力学习给定的主题，这样，就能使用更多的剩余认知能量来理解动态视频材料。所以，动态样例之所以产生积极的学习效果，其中一个很重要的原因可能就是因为学习者具有较高先前知识水平。

如何研究先前知识的作用呢？Amadieu，Mariné研究了先前知识（高、低）和概念图结构（等级图结构、网络图结构）的影响。实验结果表明，对于低先前知识水平的学习者，学习等级图结构的知识，自由回忆成绩更好。高先备知识水平的学习者，两种结构学习效果都好于低先前知识水平者，并且对网络图结构中知识记忆更好。但是，先前知识和结构类型没有交互作用。Wetzels，Kester，Van Merriënboer利用了两种策略：一是动员策略，就是让学习者回想他们拥有的特定领域的知识。然后阅读材料，与所回想知识相关的信息的记忆效果好。二是观点采择策略，这是文本加工和理解研究中使用的策略，加工文本前，分配被试接受两种观点中的一种。激活对应于采择观点的先前知识。发现激活信息与文本相关越高，自由回忆成绩越高。这两种策略在不同先前知识被试之间作用不同。低先前知识被试，动员策略更有效，高先前知识被试，观点采择策略更有效。

综上可知，学习者自身的知识储备影响动态样例的学习效果。同样的动态样例内容，会因为学习者先前知识水平的不同，有很大差异。这是未来进行动态样例设计和选择时应该注意的问题。

三、动态样例学习未来研究方向

样例学习的研究受到教育心理学家的极大关注，样例研究的领域不断扩大以及计算机技术的发展，为样例学习注入新的元素，产生了动态样例及动态样例学习的研究。研究者用不同的设计证明了动态样例的积极效应，以及动态样例中教师代理、分段、线索效应等。但是以往研究还有一些问题没有一致结论，需要在未来研究中继续探索。

第一，动态样例适合的知识领域是未来动态样例研究要解决的核心问题。有些研究证明动态样例有效，也有人提出相反的意见。动态样例学习效果不是总能好于静态样例，动态样例和静态样例或许各有优势。对于现代教学来说，动态样例和静态样例二者是有益的补充。对动态样例优势学习内容的研究有助于动态样例的有效使用。

第二，动态样例学习优势的有效利用是未来研究要深入探究的问题。动态样例以其呈现形式的动态性，凸显出其特殊的属性。动态呈现是连续的，可以不断改变刺激的属性，如颜色、形状、大小等，也可以改变刺激呈现的属性，如显现时间、呈现的空间位置等。动态呈现可以使具体概念视觉化，用具体事件表征抽象概念，可以从不同角度呈现物体，可以变大变小等。动态呈现也可以通过运动或者闪动来引导学习者注意关键信息等。动态样例以动画形式呈现学习材料，可以弥补有些学生想象物体运动能力的不足。尤其是在一些结构复杂设备的功能、运转原理的学习中，动态样例更是显示出无可比拟的优势。

第三，动态样例的设计依然是动态样例研究中的重要问题。动态样例的有效性依托于良好的设计，动态样例必须有助于学习者的感知和理解，动态样例的内容构思要与人类个体的思维程序适合。从前述可知，静态样例是学习者控制速度，并根据意义单位进行分段加工。而动态样例是计算机控制速度，并且连续播放。所以，动态样例不具有个体适合性，也会导致额外认知负荷增加。未来研究应该关注动态样例学习效果的改进，提高动态样例设计的质量，分段、线索、教师代理的设计与使用有积极作用。学习者的个体效应，也是未来研究需要关注的。先前知识、年龄、空间注意能力等都会影响动态样例的学习效果。研究者可以设计不同版本的动态样例，学习者有选择地进行学习，会更有针对性地提高学习效果。

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（责任编辑：武亮）

林楠（1973-），女，辽宁营口人，沈阳师范大学学前与初等教育学院副教授，辽宁师范大学心理学院博士在读，研究方向：学习与教学心理；张奇（1965-），男，辽宁辽阳人，辽宁师范大学心理学院教授，研究方向：学习与教学心理研究。

2016-05-18

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