移动课件字幕呈现形式对注意力影响的脑波实验研究

赵鑫硕　杨现民　李小杰

摘要：移动学习是当前一种重要的学习方式，如何设计能够吸引并维持学习者注意力的移动学习课件成为当前移动学习资源建设亟待解决的一个重要问题。字幕给人以视觉感受，其形式与图像有所不同，能够引起人们生理上的感官注意；也可强调画面重点和关键内容而引起人们心理上的关注。研究移动课件字幕呈现形式对注意力和学习成效的影响，能够为设计优质移动学习课件提供依据。按照全字幕、全字幕+关键词、关键词与无字幕四种字幕呈现形式， 120名大学生随机分为四组进行了移动学习实验。研究发现：（1）学习兴趣与接受度显著相关，注意力与学习成绩显著相关；（2）全字幕+关键词与关键词字幕均比无字幕更能获得较高注意力，全字幕+关键词组的注意力优于关键词组，但二者之间不存在显著差异；（3）字幕呈现形式与不同注意力水平对学习成绩存在交互作用，在低注意力水平与中等注意力水平中，全字幕+关键词组的学习成绩最好；在高注意力水平中，关键词组的学习成绩最好。因此，在设计移动学习资源时，应依据学习兴趣、学习内容、学习者自身特点等选择字幕呈现形式，以达到移动课件设计的最优化和学习效率的最大化。

关键词：移动学习；移动课件；字幕；注意力；学习成绩；实验研究

中图分类号：434 文献标识码：A 文章编号：1009-5195（2017）01-0095-10 doi10.3969/j.issn.1009-5195.2017.01.012

一、引言

随着移动通讯技术的快速发展和移动设备的快速普及，移动学习逐渐成为当今社会的一种重要学习方式。但是，学习者在移动学习过程中很容易受外界环境的干扰，这就对移动学习资源的建设提出了更高的要求。如何设计能够吸引并维持学习者注意力的移动学习课件成为当前移动学习资源建设亟待解决的一个重要问题。移动课件作为移动学习资源的主要组成部分，能够将学习内容以文本、图形、动画、声音和视频等不同的形式呈现。根据多媒体认知理论中的双通道假设，可以将移动课件分为视觉型、听觉型和视听型三种类型。其中视听型课件能够通过视觉和听觉双向通道向学习者传递信息，受到广大学习者的欢迎，如网络中比较流行的微课大多数是视听型课件。

研究视听型移动课件字幕呈现形式对学习注意力和学习成效的影响能够为设计优质移动学习课件提供依据。字幕的呈现形式大体可分为四种：全字幕、全字幕+关键词、关键词字幕与无字幕。虽然已有学者对多媒体课件字幕的设计进行了研究（徐苑，2004；汪存友，2015），但都仅限于PC端的多媒体课件，很少关注对注意力的影响。本研究专注于移动课件字幕的不同呈现形式对注意力和学习成效的影响。

二、相关研究

字幕是指以文字的形式显示电视、电影、舞台作品里面对话等非影视内容，也泛指影视作品里后期加工的内容（百度百科：字幕，2016）。字幕给人以视觉感受，其形式与图像有所不同，能够引起人们生理上的感官注意；也可强调画面重点和关键内容从而引起人们心理上的关注。近年来，国内外在字幕方面的研究主要聚焦在多媒体课件中字幕的属性（如字体、字号、颜色、对比度、行间距、位置以及显示时间等） 和字幕呈现形式（包括全字幕、关键字幕、无字幕以及滚动与静态字幕等）对阅读效果的影响两个方面。

在字幕的属性方面，早在上世纪80年代就有研究者开始对字体（Mansfield et al.，1996）、字号（Chung et al.，1998）、颜色（Legge et al.，1985）以及对比度（Legge et al.，1987）等因素对阅读效果的影响的一系列实验研究，发现这些属性均对阅读效果具有显著影响。与此同时，国内对字幕属性也做了较为全面的研究。王志军（2003）对计算机显示字幕的属性进行研究，发现字体大小对学习者的阅读效果具有显著影响，字幕的每种属性设置都有一个最佳的数值范围。水仁德等人（2008）通过多媒体教室现场实验和实验室实验发现，教学课件中字幕的字体尺寸应大于0.26°视角，并发现字幕的呈现位置对文字理解效果影响不大。胡长海等发现教学课件中字幕太小会影响学习者的学习效果，他指出教学课件中的字幕和用于个人学习课件的字幕应有不同的字号设计（胡长海等，2003）。此外，心理学的学者也对字幕的属性进行了不同的研究，认为字幕的字频（高定国等，1995）、笔画数（喻柏林等，1992）、显示速度（水仁德等，2001）和单双行显示（陶嵘等，2003）等因素都会影响学习者对学习内容的理解。

在字幕的呈现形式方面，早期的研究主要集中在有字幕和无字幕两个方面。Bernard的研究就对字幕有无是否影响学习效果进行了探讨，发现有描述性字幕组的学习效果要好于无字幕组，字幕和口语解释同时出现时学习效果更好（Bernard，1990）。钟静美在研究字幕能否促进大学生外语理解时发现，有字幕组的学习效果明显好于无字幕组（Chung，1999）。同时，王健等人的研究发现，有解说字幕的教学视频能使学习者取得较好的成绩，同时获得较高的满意度（王健等，2014）。此后，随着研究的深入，字幕的呈现形式又出现了关键词的形式。Guillory研究了全文字幕、关键词字幕和无字幕三种形式对学习效果的影响，发现全文字幕和关键词字幕组的学习效果要优于无字幕组，同时全字幕组与关键词字幕组并无大的差别（Guillory，1998）。国内在关键词字幕方面也做了一些研究。王电建测试了字幕的不同呈现形式对外语学习者视频理解效果的影响，发现全字幕和关键词字幕都有利于学习者对视频的理解，而关键词字幕更适合高水平的学生（王电建，2012）。王雪等人运用眼动仪分析了无字幕、全字幕和概要字幕三种形式对学习效果的影响，发现陈述性知识的教学视频中全字幕形式能够使学习者获得最多的学习数量，概要性字幕形式可以帮助学习者获得最好的学习质量；而在程序性知识的教学视频中，概要字幕形式能够帮助学习者获得最好的学习数量和质量（王雪等，2016）。

上述研究主要以PC端的多媒体课件字幕形式对学习效果的影响为研究内容，能够对传统多媒体课件的设计提供指导。但是由于移动设备屏幕的局限性和环境复杂性，相比于PC端的多媒体课件，移动课件需要更好的设计来吸引和维持学习者的注意力。虽然也有学者在移动端进行字幕呈现形式对学习效果的研究，如Hsu等人在让学习者运用手机进行英语学习的实验中发现，关键词字幕组的学生对英语的学习要好于全字幕和无字幕组（Hsu et al.，2013），但此类研究很少，不足以指导移动课件字幕设计。另外，从研究方法上来看，多数研究是以实验结束后的学习效果为主要依据，只有少数的研究运用眼动仪分析学习者的实时认知过程。本研究通过脑波实验，既可以实时记录移动学习者的注意力变化，又可以通过后测试卷成绩来分析学习效果，探索移动课件字幕的不同呈现形式对学习注意力和学习效果的影响。

三、研究设计

1.实验目的

本研究旨在探讨移动学习课件中字幕的不同呈现形式对学习者移动学习注意力与学习成绩的影响。同时，通过知识后测探讨注意力与学习成绩的关系，并进一步研究字幕的呈现形式与学习注意力对学习成绩是否存在交互影响。

2.被试

通过线上公开招募的形式，共招募120名江苏师范大学的本科生为实验被试，其中男生44人（36.67%），女生76人（63.33%）。120位参与者随机分配到4个实验组，每组30人。

实验参与者的平均年龄为19.64岁。每个人都有移动学习的经验，其中，4人（3.33%）在1年以下，42人（35.00%）在1～2年，44人（36.67%）在2～3年，30人（25.00%）达到3年以上。在平均每周的移动学习次数上，23人（19.17%）为4～7次，48人（40.00%）为8～14次，49人（40.83%）为14次以上。此外，在平均每次的移动学习时间上，11人（9.17%）在5～10分钟，58人（48.33%）在10～20分钟，51人（42.50%）达到20分钟以上。

3.实验工具

本研究采用实验研究法，用到的研究工具主要包括：脑波仪、电脑、手机、移动学习情况调查问卷以及后测试卷。

（1）脑波仪

本实验使用的脑波设备为神念科技（Neurosky）公司制造的Mindwave Mobile脑波仪（见图1）。Mindwave Mobile的采样频率为512Hz，它在前额部位（神经科学称之为FP1区）能够测量出可用于研究领域的高精度脑电信号，这些脑电信号经过复杂的数学运算后，被解读成多项反映人们心理状态变化的参数。此前，Rebolledo-Mendez等人对NeuroSky公司开发的耳机MindBuilder-EM （MB）做了评估，评估表明MB能够提供准确的个体阅读时注意力相关水平（Rebolledo-Mendez et al.，2009）。此外，Yasui应用NeuroSky公司的ThinkGear传感器来监测脑信号，也指出这个芯片可以获取高灵敏度的脑信号，并且不被脑内其他杂音干扰（Yasui，2009）。同时，研究利用佰意通脑电生物反馈训练系统专业版（见图2）来即时监控及获取参与者的脑电数据，通过eSenseTM演算法将被试者的心理状态量化为注意力数值，作为分析学习者专注力高低的依据，可以区分为专注度和放松度，专注度与放松度的参数值均介于0～100之间（eSense是NeuroSky公司用数字化指数的方式对人的当前精神状况进行度量的专利算法，eSense数值描述的是当前精神状况活动波动范围的相对数值，而不是绝对数值）。

（2）电脑

实验中用联想G460电脑来连接脑波仪并实时监控参与者的脑电数据，其基本配置如下：处理器为Intel（R）Core（TM）i3 CPU，安装内存为2.0 GB，操作系统为Windows 7。

（3）手机

移动学习时所采用的设备可以是个人数字助理PDA、手机、平板电脑等移动手持设备。为了避免不同屏幕尺寸对实验结果产生影响，实验中统一使用华为荣耀6手机向参与者呈现移动学习课件内容。

4.实验材料

（1）移动学习情况调查问卷

移动学习情况调查问卷旨在了解大学生移动学习的基本情况，主要包括三个方面：参与者的基本信息、移动学习兴趣与移动学习接受度。移动学习兴趣与移动学习接受度均采用李克特五点量表，以1～5分来表示“非常不同意”、“不同意”、“一般”、“同意”与“非常同意”。每项得分的平均分为学习者的学习兴趣与接受度，平均分越高，则表示学习者的学习兴趣与接受度越高。

此问卷曾被Yang等人采用，用于测试参与者的移动学习兴趣（Yang et al.，2016）。原始问卷包含6个问题，语句表达根据研究需要进行了改动，同时新增了1个问题“你今后还会继续使用手机设备进行学习吗？”和三个调查参与者基本信息的题目（年龄、性别和所在年级）。修改后的问卷内部信度值为0.82。Bland 和Krank 等人都曾指出，Cronbach's Alpha的值大于0.7时，表示一份问卷是可靠的（Bland & Altman，1997；Krank et al.，2011）。因此，本研究所使用的问卷具有良好的信度和效度。

（2）移动课件

移动课件材料共有4套，内容均为国家精品资源共享课中的一节课程——“智慧教室”，通过编辑加工，时长为5分16秒。4套课件中课程内容完全相同，只是在字幕的呈现上有所区分（见图3）。

“全字幕+无关键词字幕的课件”（以下简称“全字幕课件”）：视频下方呈现全部的解说字幕，字幕中的关键词字体不进行放大与颜色变换。

“全字幕+关键词字幕的课件”：教学视频内容一致，与“全字幕课件”唯一的差异是将字幕中的关键词进行放大并把文字颜色变为黄色。

“关键词字幕的课件”：教学视频内容一致，与“全字幕+关键词字幕的课件”唯一的差异是视频下方没有完整的字幕，只呈现关键词字幕。

“无字幕的课件”：教学视频内容一致，与前三类课件的差异是视频既无全部解说的字幕，也无关键词字幕。

（3）后测试卷

四组被试使用同一套后测试卷进行学习成效的评估，且后测试卷的题目与关键词字幕的内容高度相关。每份试卷有5道题，其中，3道为选择题，2道为填空题。试题主要考察的是参与者对概念的记忆和理解，以保证试题的客观性。后测试卷得分越高，代表学习者的学习效果越好。后测试卷由研究人员编制，编写完成后，邀请3位不参与实验的本科生进行阅读，以此来了解后测试卷的题意是否清晰、明确。最后，所有试题都由同一名研究人员批改，并由另一名研究人员随机抽取30份进行检查，以保证成绩的准确性。

5.实验过程

本实验采用单因素被试间实验设计。自变量为字幕呈现形式，分为四个水平：全字幕、全字幕+关键词、关键词与无字幕。因变量为注意力与学习成效，背景变量为移动学习水平。本研究的实验地点位于江苏师范大学一间舒适、安静的教室，研究者位于参与者后方的位置，对电脑中呈现的脑波数据进行实时观察，及时发现并处理实验过程中出现的问题。为了保证实验的准确性，实验统一在下午2∶00-5∶30进行。实验流程如图4所示。

实验开始前，参与者随机进入全字幕、全字幕+关键词、关键词和无字幕的4个组。为了确保实验能够顺利进行，研究者先向实验者介绍整体实验流程和注意事项，并示范佩戴脑波仪，告知参与者在实验过程中要保持放松，不要有压力。接着学习者需填写移动学习基本情况问卷，以便研究者获取实验者的基本信息以及移动学习年限、兴趣度、接受度等相关信息。

实验开始时，被试平心静气休息2分钟，之后由研究者帮忙戴上脑波仪观看练习性的移动学习课件，让学习者逐渐适应脑波仪的存在，降低紧张及好奇等因素。练习性学习结束之后，学习者休息1分钟，开始进行正式移动学习，时间为5分钟。

实验结束后，被试立即开始作答后测试卷，以检验学习者的移动学习成效。后测试卷共5道题，时间为5分钟。后测结束后由研究者回收试卷，用于数据统计与分析。

四、数据分析

1.学习兴趣、接受度、注意力与学习成绩的相关性分析

问卷调查发现，学习者的移动学习兴趣处于中等水平（M=3.58，SD=4.80），接受度处于中等水平（M=3.59，SD=4.72）。为了解学习者的学习兴趣、接受度、注意力与学习成绩之间的相关程度，研究采用Pearson相关分析对这四个因素进行分析，结果如表1所示。

表8显示，在全字幕+关键词组与关键词组中，三种注意力水平学习成绩之间两两存在显著性差异且三种注意力水平对学习成绩的促进作用可以排序为：高注意力水平 > 中等注意力水平 > 低注意力水平。但在全字幕组中，中等注意力水平学习成绩与低注意力水平之间不存在显著性差异（p=0.068>0.05）。这说明在学习成绩上，中等注意力水平对全字幕+关键词组与关键词组学习者的帮助大于低注意力水平，而对于全字幕组的学习者，这种差异不明显。在无字幕组中，高注意力水平学习成绩与中等注意力水平之间也不存在显著性差异（p=0.124>0.05）。这说明在学习成绩上高注意力水平对全字幕组、全字幕+关键词组与关键词组学习者的帮助大于中等注意力水平，而对于无字幕组的学习者，这种差异不明显。

五、结果讨论

1.字幕呈现形式对移动学习注意力的影响

研究发现，参与者在实验过程中能够维持较高注意力水平的很少，大多保持中等注意力水平。学习者在使用手机进行学习时，由于受到环境的干扰和手机屏幕的限制，很难将注意力维持在学习内容和学习活动上。这种移动学习注意力分散特性在其他研究中也被提到过（Herro et al.，2013；Hwang et al.，2014）。

当学习者用手机进行学习的时候，注意力与字幕呈现形式是显著相关的，其中全字幕+关键词组与关键词组均比无字幕组和全字幕组更能获得较高注意力，全字幕+关键词组的注意力稍优于关键词组，但二者之间的差异不是很明显。这与连宝静等人的研究结果是一致的，她指出通过对关键词标红提示，能够引导学习者将注意力集中在学习内容上，避免注意力被不重要的内容吸引（连宝静等，2011）。同时，这个结果与刘苏红等的研究也具有一致性，她发现内容的呈现形式和学习专注度之间存在显著相关关系（Liu et al.，2009）。我们可以这样理解，当呈现全字幕信息时，视觉通道的信息（字幕+画面）会超出我们的注意资源范围，同一通道上的两种信息会出现竞争现象，这就很容易造成Lavie所提到的高知觉负载（Lavie，1995），所以出现了注意力较低的结果。与此相比，带有关键词字幕组的被试可以只看关键词，其阅读量降低，视觉通道所需资源就会减少，空出的注意资源就容易集中于目标所在的位置。而无字幕组中，被试的视觉通道中只有画面存在，缺失了字幕对听力的弥补作用，导致被试难以理解视频内容，可能会造成思维中断，影响情绪从而影响注意力。

此外，研究还发现，在无字幕组，注意力与学习兴趣显著相关，但其他三个实验组的移动学习注意力与学习兴趣关系不显著。一般来说，一个人对某件事情或活动感兴趣时，才能更加关注。杨现民等人的研究曾发现对移动学习感兴趣的学生往往能保持较高的专注度（Yang et al.，2015）。根据技术接受模型（Davis，1986），行为意向直接影响用户接受信息所使用的技术，如果学生对移动学习的兴趣较低，那么通常他们缺少使用移动设备学习的动机。因此，兴趣较低的学生很难具有较高的注意力。此研究结果可以从学习者的移动学习年限和学习经验方面解释。移动学习年限较低的参与者可能更多是兴趣在驱使其对移动学习产生注意，而随着学习年限的增长和经验的不断丰富，学习者逐渐形成了学习习惯，有能力排除一定的外界干扰，集中注意力。因此，结果呈现出学习兴趣与注意力不再具有显著的相关关系。

在设计视听型移动学习课件时，既要注意字幕的呈现形式，又要考虑到提升学习者的兴趣。关键词字幕是移动课件设计的最佳选择，这样能够使学习者同时关注字幕和视频画面的内容。

2.字幕呈现形式对移动学习成绩的影响

在上述提及的四种字幕呈现形式中，全字幕+关键词组与关键词组的学习成绩均显著高于无字幕组。这与Guillory的研究结果一致，他在分析不同字幕形式中学习者对视频理解方面差异的实验中也发现关键词字幕组和全字幕组之间的成绩并无显著差异，但是要明显高于无字幕组（Guillory，1998）。另外，Hsu的研究发现对视频内容进行适当的文字解释能够促进学习者对内容的理解（Hsu，2015）。这符合多媒体学习认知负荷理论，当文字繁多时会加重学习者的认知负荷。杨燕（2014）曾指出当视觉通道达到上限后，再添加更多的视觉信息就会分散注意力，导致信息的流失从而降低学习成效。因此，从认知负荷角度看，关键词字幕是视听型课件的优先选择。但是研究中发现，全字幕+关键词组和关键词组的成绩并无显著差别，且全字幕+关键词字幕的成绩稍高于关键词组。这可能是由于移动学习外界环境的干扰，很容易导致学习者的注意力分散，当学习者重新集中注意力到学习活动上时，全字幕能够帮助学习者整体把握课件，及时了解课件进程，跟上课件进度。所以，全字幕+关键词字幕对于容易走神的学习者来说是不错的选择。

但是，也有一些研究得出了与此不同的结果，如Barron和Atkins的研究发现不同形式的字幕呈现方式在学习者对视频理解方面并不存在较大影响（Barron & Atkins，1994）。这种结果可能是由于他们的实验中被试可以反复观看视频内容，导致字幕的作用被弱化了，从而降低字幕的形式对内容理解的影响。

此外，研究发现移动学习注意力与学习成绩显著相关，四组字幕的呈现形式中，具有较高注意力的参与者学习成绩普遍都高。在全字幕组中，中等注意力水平与低注意力水平的参与者成绩并无显著差异。同时字幕的呈现形式与不同注意力水平对学习成绩存在交互作用。当注意力水平较高时，关键词组的成绩最好；当注意力水平处于中等和低等时，全字幕+关键词组的成绩最好。当学习者注意力高度集中时，其需要付出较高的认知努力，全字幕+关键词的形式就会造成认知容量的超载，而关键词字幕在一定程度上能够有效降低认知负荷，因而学习者能够获得较高的成绩。

六、总结

这项研究探讨了移动学习兴趣、课件字幕呈现形式对移动学习注意力和学习成绩的交互作用。主要发现有三点：第一，移动学习中兴趣与接受度显著相关，注意力与学习成绩显著相关；第二，字幕呈现形式对注意力具有显著影响，其中全字幕+关键词与关键词字幕均比无字幕更能获得较高注意力，全字幕+关键词组的注意力优于关键词组，但二者之间不存在显著差异；第三，字幕呈现形式与不同注意力水平之间对学习成绩存在交互作用，在低注意力水平与中等注意力水平中，全字幕+关键词组的学习成绩最好；在高注意力水平中，关键词组的学习成绩最好。

高质量的移动课件一定要能够“抓住”学习者的注意力，给学习者更优的体验和沉浸感。根据上述结论，设计和选择移动课件时应该注意以下三个方面：第一，应充分考虑兴趣、字幕呈现形式和注意力等因素对学习成效的影响，如在课件开始部分通过添加动画、提问等形式提升学习者的兴趣。第二，设计视听型移动课件，应根据视频内容分别选择全字幕+关键词或者关键词字幕的形式，当视听型移动课件语境较强时，可使用关键词字幕；在零语境视听课件中，可使用全字幕+关键词的字幕形式。第三，移动学习者应根据自己的特征，选择适合自己的移动课件。如注意力容易分散的学生应尽可能地选择全字幕+关键词的字幕呈现形式，听力理解能力较强的同学可以选择关键词或者无字幕的视听型课件，视觉能力较强的同学可选择全字幕或全字幕+关键词字幕的课件。

由于人力、物力等条件的限制，本研究仍存在一些不足之处，比如本研究运用的视听型课件仅是教师出镜讲授类的视频材料，并不能代表所有的视听型课件；另外，被试的选取方面虽然采用了随机的方式，能够保证一定的科学性，但是并不能完全排除被试自身对注意力的干扰。因此，后续研究将进一步扩大研究样本，尽可能控制各类影响因素，同时充分考虑被试性别、年龄、学习风格、先验知识和地域等因素对实验数据的影响，提高实验数据的准确性、可推广性。另外，实验结论还需要教学实践的进一步验证。

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收稿日期 2016-11-23 责任编辑 汪燕