教师引导行为与学习者先前知识水平对视频学习的交互影响

杨九民 章仪 李丽 皮忠玲

关键词：教学视频;教师引导行为;手势引导;目光引导;经验反转效应;视觉注意

一、引言

在互联网技术的发展下，教学视频以其生动形象、图文声像并茂等特征，成为了当下学习者首选的学习资源。但视频呈现的信息内容具有转瞬即逝的特点，使得学习者在使用过程中可能面临着信息加工超载的情况，从而阻碍学习。因此，如何合理设计教学视频以帮助学习者学习，成为研究者关注的话题。

以往研究表明在视频中加入注意力线索，能够有效提高学习者的信息搜索效率，帮助他们在转瞬即逝的视觉画面中快速找到教师正在讲的内容。注意力线索（Attention Cue）是指通过不增加教学内容的方式吸引学习者关注到教学内容的方式。注意力线索包括物理线索和社会线索，常见的物理线索有高亮、箭头、闪烁等，社会线索则包括教师的手势、目光和面部表情等。研究发现相比于物理线索，社会线索能够更快地引导并且从社交层面上激发学习者关注到相关内容上，如教师手势引导能够更好地引导学习者注意相应的教学内容，并提高他们的学习成绩。

此外，学习者作为学习发生的主导者，其个人先前知识水平也必然会影响到教学视频设计的有效性。根据梅耶的多媒体学习原则相关研究发现，多媒体的设计原则适用于低经验的学习者，但未必适用于高经验的学习者。例如，Arslan等人比较了高低经验学习者在学习具有颜色线索的动画和无线索的动画时学习效果的差异，结果发现，对于低经验学习者，他们学习具有颜色线索的动画学习效果好于无线索的动画;相反，对于高经验学习者，他们学习无线索的动画的学习效果好于具有颜色线索的动画。

基于此，本研究考察教学视频中作为社会线索的教师引导行为和学习者的先前知识水平对学习者视觉注意和学习效果的交互影响，以期探究符合不同经验水平学习者的教学视频设计规律。

二、教师引导行为与学习者先前知识经验对视频学习效果影响相关研究

教学视频中教师的引导行为，可以分为手势引导与目光引导。手势引导是指教师通过手指或手掌指向特定教学内容，以引导学习者注意力集中到教学内容的一种引导方式，通常发生在教学讲述过程中。目光引导是指在讲述教学内容过程中，教师不只是看镜头，而是在镜头和教学内容之间转换，将目光从摄像机转向正在讲述的学习内容。多媒体学习认知理论认为这两种教师行为引导都属于社会线索。

人们普遍认为，在教学视频中加入教师的引导行为能够有效提升学习效果。一方面，根据Mayer多媒体学习认知理论（CTML：Cognitive Theoryof Multimedia Learning），教师的引导行为能够激发学习者的社交反应，如努力试图理解教师讲授的内容。当学习者更加努力地选择、组织和整合信息时，这种社会反应导致学习者增加主动认知处理，为解决问题提供更好的支持;另一方面，根据Sweller认知负荷理论（CTJT：Cognitive Load Theory），学习者的认知负荷是有限的，在不断切换呈现内容的教学视频上，需要学习者在有限的认知负荷下，时刻调配认知资源，搜索有效信息进行加工。

教师引导手势在视频学习中的作用并未达成一致结论。大部分研究发现，教学视频中教师引导手势能提高学习者的学习成绩。有研究者通过眼动追踪技术发现，教师引导手势通过影响注意力分配来影响视频学习，具体表现为观看具有手势教学视频的学习者比观看无手势教学视频的学习者，在相关学习内容上关注的时间更多，在教师和教学内容之间眼跳次数更少，认知负荷更低，学习成绩更好。然而，还有部分研究发现，手势引导并不总是有利于学习的。Yeo等人通过给82名中学生观看有关线性方程和相应图形关系的教学视频（无手势引导VS引导图形VS引导方程VS引导方程和图形）之一，发现无论教师是否引导图形，学习者学习效果无显著差别，无手势引导组学习者的成绩反而比手势引导方程组的学习者高。产生这种与以往研究结论矛盾的结果，可能是因为忽略了被试的个体特征。

教师目光引导作为教学视频中另一种重要的教师引导行为，能够有效提升视频学习者的学习成绩么？目前研究一致认为目光引导能够有效引导学习者的注意分配，但是对学习成绩没有明显的促进作用。Van Gog等人通过对比无教师、有教师无引导目光、有教师有目光引导三种实验条件下学习者在观看视频过程中的眼球运动情况，发现教师的目光引导能有效地引导学习者的注意力到教学内容上，但是对学习者的成绩没有影响。Pi等人的研究也支持了这个结论，并且通过对比手势引导和目光引导对注意力的影响，发现手势引导优于目光引导，能够提高信息搜索效率。

手势引导和目光引导在教学视频中的作用结论不一致的重要可能原因是，这两种引导方式对学习的影响可能存在边界条件，如学习者的先前知识水平。学习者的先前知识水平对两种加工方式具有一定的影响。多媒体学习中的认知加工方式可以分为自上而下和自下而上。这里，自上而下的加工，是指一种在知觉过程中运用已有知识和经验对知觉信息进行加工的方式;而自下而上的加工，是指一种由外部刺激开始和推动的加工。

研究表明，高经验学习者，在两种不同的加工方式上都优于低经验的学习者。在自上而下的加工方式上，高经验学习者因具有更多更复杂的图式，在认知加工过程中，能更好地区分任务相关信息和无关信息，迅速将当前知识与先前的图式进行整合，因而有更好的学习表现。Henderson等通过探究学习者是如何观看复杂视觉显示（如自然场景图片），发现先前知识经验会引导学习者注视到有意义的学习场景，如场景图示知识畅景中物体的典型位置）。先前知识经验对自下而上加工方式的影响更多体现在抽象的知识上（如x射线图像、国际象棋图），研究发现高低经验学习者在视觉注意上有显著差别，可以在相同的内容显示中提取不同的信息。Lowe等在一系列气象学领域的研究中发现，低经验学习者主要关注的是天气图的表面特征，而高知识经验的学习者则关注与主题相關的元素。

这种经验优势效应让研究者们逐渐关注先前知识水平与教学方法之间的交互作用，如经验反转效应。经验反转效应（Expertise Reversal Effects）是指在某些情况下，对低经验学习者有效的设计原则，对高经验学习者来说是无效的，甚至是负面的。在有关线索引导的研究中发现，视觉线索（例如，颜色）仅促进了低经验学习者的学习效果，但对高先前知识经验水平的学习者无影响甚至是负面影响。在教学视频中教师的手势引导和目光引导对学习的影响是否也存在着经验反转效应呢？

本研究旨在探索不同先前知识水平的学习者运用不同社会线索引导（手势引导与目光引导）教学视频的学习效果和视觉注意力分配。为了理解不同先前知识水平的学习者在含有手势引导与目光引导的教学视频中学习过程与学习效果的内在机制，本研究运用实验研究法，采用眼球追踪技术实时记录学习者学习教学视频时的眼球运动轨迹。基于以上文献综述，本研究提出以下4个研究假设：

假设一：低经验学习者在学习手势+目光引导的教学视频中视觉搜索速度最陕，其余速度快慢依次为手势引导、目光引导、无引导;高经验学习者在学习四种线索类型的教学视频时，视觉搜索效率没有差异。

假设二：低经验学习者在学习手势+目光引导的教学视频中视觉注意时间最长，其余注视时间长短依次为手势引导、目光引导、无引导;高经验学习者在学习四种线索类型的教学视频时，视觉注意时间没有差异。

假设三：低经验学习者在学习目光+手势引导的教学视频中保持成绩最好，其余成绩高低依次为手势引导、目光引导、无引导;高经验学习者在学习四种线索类型的教学视频时，保持成绩没有差异。

假设四：低经验学习者在学习手势+目光引导的教学视频中迁移成绩最好，其余成绩高低依次为手势引导、目光引导、无引导;高经验学习者在学习四种线索类型的教学视频时，迁移成绩没有差异。

三、方法

（一）被试与实验设计

本研究首先从某大学随机招募360名本科生和研究生填写有关繁殖与克隆的先前知识测验，根据测验成绩，筛选得出高低经验学习者（具体信息如表1所示）。所有被试均能够熟练使用计算机，具备一定的网络学习经历，听觉正常，视觉或矫正视力正常。在实验前，均进行了知情同意，实验结束后被试获得一份礼品作为实验报酬。

高经验和低经验学习者的描述性统计信息

高低经验的被试被随机分配到四种实验条件之一：无引导行为的教学视频组（高经验被试=26，低经验被试=24）;仅目光引导的教学视频组（高经验被试=24，低经验被试=25）;仅手势引导的教学视频组（高经验被试=25，低经验被试=23）;目光+手势引导的教学视频组病经验被试=25，低经验被试=24）。

（二）实验仪器

本研究采用Eyelink 1000（SR Research Ltd，Canada）眼动仪记录被试的眼动数据。视频在21英寸的屏幕上播放，分辨率为1024*768，刷新率为75HZ。被试坐在距离显示器60cm的距离，眼动仪的采样率为1000Hz，采用9点矫正。

（三）实验材料

1.视频材料

研究材料采用Pi等人使用的实验材料，以“繁殖和克隆”为知识点。在实验的教学视频中，采用融入式拍摄。四种材料的教学视频时长一致，即8分40秒。教师在录制的过程中，除无引导的教学视频外，其余三种视频均在相同内容处进行引导，共引导15次，引导总时长在174s-195s之间。其中仅目光引导的教学视频，教师仅以目光对知识点进行引导;仅手势引导的教学视频，教师仅用手势引导;目光加手势引导的教学视频，教师在目光引导的同时用手势进行引导。研究有效摒除实验变量外的其他干扰变量，如所有视频中的教师的形象、语气、语调、措辞等要求基本一致，拍摄过程中机位、灯光均保持不变。视频以1倍的播放速度进行。教学视频示意如图1所示。

不同教师引導类型教学视频示意

2.测量工具

先前知识测验，采用Pi等人开发的前测问卷，具体信息如下：

由录制实验材料的教师开发，包括3道填空题，每空1分，共8分;6道单选题，每题2分，共12分，总分为2吩（M=9.85，SD=3.57）。题目检验的是学习者对“繁殖与克隆”知识的了解情况，题目没有涉及与视频教学内容完全一致的内容，以避免影响后测学习效果。分数越高表示被试的先前知识经验越高，本实验选择的高低经验被试在先前知识测验上的得分有显著的差异（M=13.01，SD=1.61;M=6.56，SD=1.38;t（194）=29.5，p<.001），难度中等（p=.49）。

学习效果测验。本研究学习效果由保持测验与迁移测验构成，为更好地区分学习成绩，在Pi等人开发的学习效果问卷的基础上，请录制视频的实验教师增加了相关题目：

保持测验主要考察被试对繁殖与克隆知识的识记情况，由授课教师开发。题目包括5道填空题（共8空，每空1分），2道单项选择题（每题2分）和4道多项选择题（每题3分，全部选对得3分，错选或漏选不得分），总分为24分（M=12.65，SD=4.51）。保持测验具有良好的区分度（t（115）=26.80，p<.001），难度中等（p=53）。

迁移测验主要考察被试将从教学视频中学习到的内容应用到新情境中的能力。测验包括10道单项选择题（每题2分）和2道材料题（包括2个填空题，每空1分;2个单项选择题，每题2分），总分为26分（M=16.90，SD=4.60）。迁移测验具有良好的区分度（t（125）=25.31，p<.001），难度中等（p=.65）。

3.眼动数据分析

先前研究表明，学习者的注视和视觉注意力之间存在积极的联系。到达某一特定的区域的时间越短，表示该时间段信息搜索的效率就越强;对某一特定区域的注视持续时问越长，对该区域的视觉关注就越多。因此，本研究计算了在教学视频中教师出现手势引导、目光引导15次线索出现时，学习者的平均首次到达兴趣区的注视时间（First Time To Fixation;单位ms）和平均注视时间比例PercentageDwellTime;注视时间/总时间），以考察学习者在观看教学视频的视觉信息搜索和注意分配的情况。

4.实验流程

本研究实验在眼动实验室进行，时间约为40min。首先，被试了解实验流程，知情同意后，填写人口统计学量表及生物学先前知识经验前测。主试将根据被试前测得分，判断是否参与后续试验。主试引导符合要求的被试进入眼动实验室。被试被随机分到四组实验条件之一，单独观看教学视频，视频观看过程记录其眼动轨迹，观看结束后填写实验后测题。

四、结果

本研究以教师引导类型（无引导VS仅目光引导VS仅手势引导VS目光+手势引导）和学习者先前知识水平（高经验VS低经验）为被试问变量，以平均首次到达注视时间（Average First Fixation Time OnAOIs，首次到达兴趣区时间，单位ms）、平均注视教学内容时问比例（Average Percentage Dwell TimeOn AOIs，注视兴趣区时间/总视频时间）、保持测试成绩和迁移测试成绩为因变量，进行方差分析。所有变量的描述性统计如表2所示。

高先前知识经验水平和低先前知识经验水平学习者各变量的描述性统计（标准差）

（一）教师引导行为和学习者先前知识经验对其视觉注意的影响

为更细致地了解不同先前知识经验水平的学习者，在学习过程中的注意力是如何被教师的目光和手势引导所影响的，本研究比较了高低经验的学习者在四种实验条件下的平均首次到达兴趣区注视时间（假设一）和平均注视兴趣区时间比例（假设二）。

1.首次到达兴趣区注视时间

为检验教师手势和目光引导是否能够引导学习者的注意力到讲授内容上（假设一），本研究以被试首次到达兴趣区的平均时间为因变量，进行方差分析。结果显示，引导类型主效应显著（F（3，196）=8.29，MSE=970931.61，p=.000，n2=117），学习者知识经验水平主效应不显著（F（1，196）=8.29，MSE=129661.96，p=.294，n2=006），两者交互效应不显著（F（3，196）=2.26，MSE=264245.94，p=.083，n2=.035）。具体表现为，观看仅手势引导教学视频的学习者首次到达兴趣区注视时间小于其他三组（ps<.001），未发现其他显著性差异（ps>.05），如图2所示。该结果说明，相比于无引导、目光引导和手势+目光引导，仅手势引导能够使学习者更快地定位到相关教学内容，部分支持假设一。

在不同教師引导类型中学习者视频学习首次到达注视兴趣区时间差异情况

2.注视兴趣区时间比例

为检验教师手势和目光引导是否能够使学习者更加关注讲授内容（假设二），以被试注视兴趣区时间比例为因变量，进行方差分析。结果显示，引导类型主效应显著（F（3，196）=4.66，MSE=.034，p=.004，n2.069），学习者知识经验水平主效应不显著（F（1，196）=.086，MSE=.001，p=.770，n2=.000），两者交互效应显著（F（3，1 96）=4.780，MSE=.035，p=.003，n2=.071）。

具体表现为，对于低经验学习者，观看仅手势引导组和手势+目光引导组学习者对教学内容兴趣区注视比例大于无引导组（ps<.05），且仅手势引导组注视时间比例大于仅目光引导组（p=.044）;对于高经验学习者，无引导组、仅手势引导组和手势+目光引导组对教学内容注视时间比例均大于仅目光引导组（ps<.05），如图3所示。该结果说明引导类型对不同经验水平学习者有不同影响，具体表现为，对于低经验学习者而言，无论有无目光引导，手势引导都能有效地将学习者注意力集中在教学内容上，而对于高经验学习者而言，仅目光引导注视时间比例时间最少，支持假设二。

高低经验学习者在不同教师引导类型视频学习中对兴趣区注视时长差异情况

（二）教师引导行为和学习者先前知识经验对学习效果的影响

1.保持成绩

与假设三相反，引导类型的主效应显著（F（3，1 92）=2.94，MSE=46.03，p=.035，n2=0.45），学习者经验水平主效应显著（F（1，192）=53.82，MSE=843.31，p=.000，n2.223），交互效应不显著（F（3，192）=.675，MSE=10.58，p=.568，n2=011）。具体而言，无论在哪一种引导类型条件下，高经验学习者的保持成绩显著高于低经验学习者。对教师引导类型进行事后检验显示，发现在视频学习过程中，观看教师仅手势引导组和手势+目光引导组的学习者，保持成绩显著高于观看无引导组的学习者（ps<.05），其余组别无差异（ps>.05），如图4所示。

在不同教师引导类型中学习者视频学习保持成绩差异情况

2.迁移成绩

如假设四预期，引导类型的主效应显著（F（3，192）=3.20，MSE=45.49，p=.025，n2=049），学习者经验水平主效应显著，高经验学习者迁移成绩显著高于低经验学习者（F（1，192）=83.81，MSE=1192.21，p=.000，n2=308），引导类型和学习者经验水平的交互效应显著（F（3，192）=2.84，MSE=40.39，p=.039，n2=043）。具体如图5所示。

高低经验学习者在不同教师引导类型视频学习迁移成绩差异情况

简单效应分析发现，对低经验的学习者，教师引导类型对学习者的迁移成绩，影响存在差异（F（3，95）=4.85，MSE=73.71，p=.004，n2=136）。其中，观看仅手势引导组和手势+目光引导组的学习者，迁移成绩显著高于无引导组的学习者（ps<.05），并且手势+目光引导组迁移成绩显著高于仅目光引导组（p=.007）;而对于高经验学习者，四组迁移成绩无显著性差异（F（3，99）=.778，MSE=10.336，p=.509，n2=.024）。

综上所述，上述研究结果部分支持了研究假设四。研究结果表明，学习者在运用教学视频学习时，学习者的先前知识水平与教师的引导类型共同影响学习者的学习效果，尤其是迁移测试成绩。具体表现为，对于低经验学习者，无论有无目光引导，手势引导都能有效促进学习者的迁移成绩;而对于高经验学习，有无引导及引导类型影响无差异。

五、讨论

本研究在已有研究的基础上，探索在视频学习中，不同教师引导类型（目光引导VS手势引导）对不同先前知识水平（高经验VS低经验）学习者的视觉注意和学习效果效果的交互影响。本研究发现，教师的手势引导能够提升学习者的信息搜索效率，有利于保持成绩，但在迁移成绩上，出现了经验反转效应，即手势引导对高经验学习者的迁移成绩无显著影响，但对低经验学习者的迁移成绩有积极的影响。这表明教学视频中教师的手势引导的确能够有效引导学习者的注意力并提高学习成绩，但这存在一个边界条件，即仅对低经验学习者有效。本研究为教学视频中教师引导行为可以有效调配学习者的注意力和提高学习成绩提供了有力证明，并探索出了其边界条件，为教学实践应用提供了一定的理论指导。

（一）手势引导能够有效提升高低经验学习者的信息搜索效率，但在注视时长上出现了经验反转效应，能够增加低经验学习者对教学内容的注视时长，但对高经验学习者无显著影响

从眼动数据分析的结果来看，目光引导和手势引导对高低经验学习者注意分配的影响不同。手势引导能够有效提升高低经验学习者的信息搜索效率，增加低经验学习者对教学内容的注视时长，但对高经验学习者的注视时长没有显著影响。这可能是因为，高低经验学习者的认知加工方式不同，低经验学习者倾向于“知识的获取”，而高经验学习者更倾向通过已有知识与先前知识的对比，进行“知识确认”。由此，我们可以推测，手势引导的确能够引导学习者第一时问关注到教学内容，但因认知加工方式不同，高经验学习者在学习过程倾向使用前后知识对比的加工方式，而受手势引导的影响较弱，低经验学习者倾向于“知识的获取”加工方式，因此注意力更容易受手势引导的影响，这与以往研究结果表明低经验学习者更容易受到线索引导的积极影响是一致。

有趣的是，相比于手势引导，目光引导对高经验学习者的注视时长产生了负面影响，减少了对教学内容的关注时长。这可能是因为，目光引导比不引导的学习条件减少了目光的注视时间。研究发现，目光注视具有很强的社会性暗示，能够刺激和加强学习者的社会反应，从而促进学习。对比于低经验学习者，高经验学习者的社会存在感较低，在教学过程中，高经验学习者倾向更多地与教师进行眼神交互，在仅目光引导条件下，教师注视的时问少于无引导和仅手势引导，导致社会互动程度不如另外两组，因此增加对教师的关注，而减少对教学内容的关注。未来的研究可以探索在相同情况下，目光引导、目光注视和目光回避对学习者社会存在感、注意力分配的影响。

（二）手势引导能够有效提升高低经验学习者的保持成绩，但在迁移成绩上出现了经验反转效应，能够有效提低经验学习者的迁移成绩，但对高经验学习者无显著影响

教师手势引导对保持成绩展示的优势影响与眼动数据分析结果相吻合，也与以往研究一致，能够帮助学习者最短时间定位到相关教学内容。如上所述，在教学视频中的教师手势引导是一种社会线索，能够在学习者认知负荷有限的情况下，承担线索作用，帮助学习者调动认知资源，增加信息搜索效率，降低学习者的认知负荷;同时教师的手势引导能够激发学习者的社交反应，如试图理解教学内容，当学习者加工相关知识时，学习者会付出更多的努力以主动进行认知加工处理，为解决问题提供更好的支持。

學习者的迁移成绩在教师手势引导的教学视频中出现了经验反转效应，与以往研究相对一致。经验反转效应表明，学习者的先前知识水平会影响其对知识的认知加工过程，对于低经验学习者有效的原则，对高经验学习者不一定有效。高经验比低经验学习者的认知图示更丰富，且两者认知加工方式不同。迁移测验考察的是先前的学习内容对新学习内容的影响，已有认知图式越多越复杂，越有利于知识的迁移。因此，当教学视频中教师手势引导学习新知识时，低经验学习者缺乏认知图示，采用“知识的获取”，因此更容易受手势引导的影响;而高经验拥有更多的认知图示，学习者更多关注在新旧知识的对比上，而受教师手势引导影响较小，因此出现了经验反转效应。

六、结论与展望

本研究的结果为教学视频的设计与开发提供了一定的理论支撑。尽管，近年来研究者开始关注教学视频中教师的引导行为的作用，如目光引导和手势引导，但鲜有研究考察学习者先前知识水平与不同引导行为的交互作用。本研究通过眼动追踪技术，从认知的角度探究了教师引导行为和学习者先前知识经验对学习的影响，加深了我们对教学视频效果影响因素的理解。总而言之，本研究结果表明手势引导可以提高学习者视频学习的效果，尤其是针对低经验的学习者。在未来教学视频开发中，可以给新手提供含有教师手势引导的教学视频，以期提高其学习效果。

本研究存在两个局限：第一，被试性别不均衡，女性被试远远多于男性被试，在之后的研究中，应尽量平衡性别因素，以避免因性别不均对实验结果产生差异;第二，本研究在实验环境中进行，具有特殊性，因此需要进一步在真实学习环境下研究结论的适用性。