心理负荷对学习效率的影响研究

贾 智 刚

(中央财经大学 外国语学院, 北京 100081)

心理负荷(mental workload)[1-2]是一个复杂概念，涉及神经生理、感知、认知、情绪等多个方面，可用以评估完成任务时的信息处理能力。心理负荷是在科技的不断发展及人机系统的复杂化过程中而不断受到重视，[3]后来也在其他领域得到发展并广泛应用。

随着我国社会经济、科学技术的快速发展以及就业压力不断增加等客观因素的影响，高校学生的学习、生活压力不断增大，学习方面的负面情绪或疲劳等心理负荷日渐增加，使得学习效率下降，甚至威胁到学生的身心健康。[4]早在十几年前，罗春霞等就提出心理负荷对于学生体育运动技能的训练及体育教学质量的提高具有重要作用[5]；凯德·阿塔莱(KD Atalay)等在医学生群体中进行研究发现，心理负荷对学生学业动机也会产生影响，从而影响学生的学习效率[6]；有研究者提出无论在哪个领域，心理负荷、一定的心理工作能力，对于各专业领域人才的培养及专业发展具有重要的意义[7]。因此，如果教师在教学上仅重视传授专业知识而忽视学生情绪或疲劳的心理状态变化，不利于教学质量的提高及学生的健康成长。

然而，高校教师对于心理负荷对学生的学习效率会产生怎样的影响以及影响学习效率背后的神经生理机制并不了解。心理负荷的评估测量具有多种方式。[8]传统的方式主要有主观评定及工作测量法，它们虽然简便、可接受度高，但是主观性强。目前随着研究的不断深入，心理负荷的神经生理评估技术也得到不断发展，如脑电(EEG)、事件相关电位(ERP)、肌电、功能磁共振(fMRI)等，[9-11]这些方法虽然操作难度增加，不利于快速掌握，但是更具客观性、科学性及敏感性，也具有较高的信度。本研究通过问卷调查、脑电测量、肌电测量等研究手段，结合多种研究方式，对以上问题进行了初步探索，同时为如何调节学生的心理负荷并将其应用到教学实践中以提高学习效率提供了科学依据。

一、 情绪对学习效率的影响

随着我国教育事业的不断发展及国家对教育重视程度的不断提升，我国的师资力量及教师的专业技术水平得到较大提高，但是在教学活动中学生的心理负荷对教学质量的影响仍然容易被忽略。弱化学生的心理状态在教学活动中的重要作用，就会影响教学质量和学习效率，严重时学生的情绪会受到极大影响，诱发情绪障碍，甚至采取过激行为宣泄、回避压力。例如近年大学生跳楼事件频发，表明学生的情绪、疲劳等心理因素未得到有效关注和重视，高校在这方面的有效干预手段也较为欠缺，这些情况及现象不仅不利于高校学生的健康发展，还会影响到教学的正常运行。

该研究通过问卷调查的方法，对中央财经大学部分在校学生进行了随机调查。调查问卷的发放以网络调查的形式展开，由于网页提交功能仅在填写完整的情况下可用，因此保障了数据的完整性。总的有效样本为81份，其中男性33份，占40.74%，女性48份，占59.26%，受访者年龄分布集中在18—23岁。

表1情绪量表的信度和效度分析

为了研究情绪与学习效率之间的关系，并进一步探索性别与学习效率之间的相关性。问卷调查内容假设为：

A1：女生相对于男生有更高的学习效率；

A2：正面情绪能提高学习效率；

A3：负面情绪可能会提高或降低学习效率，其主要取决于情绪细分类。

正面情绪和负面情绪分别细分为10个子变量，这20个子变量采用5级评分法，分值为1—5分，分越高代表正/负面情绪越明显(采用Like计分法，1=几乎无，2=较少，3=中等程度，4=较多，5=极多)。

通过对情绪量表的信度和效度分析，样本整体的克朗巴哈系数法(Cronbach’s α)(1)克朗巴哈系数法(Cronbach’s alpha)，Cronbach’s α或者cronbach’s alpha，是检视信度的一种方法，由李·克朗巴哈在1951年提出。它是目前社会科学研究最常使用的信度分析方法。[12]系数为0.76，正面情绪和负面情绪维度的克朗巴哈系数法系数为0.868和0.824，证明其具有良好的信度。情绪量表的内容参考了国内外相关文献，并征求了业界专家的建议，从而保证了内容效度。情绪量表的结构效度(Kaiser-Meyer-Olkin,KOM)(2)KMO检验用于检查变量间的偏相关性，取值在0—1之间。KMO统计量越接近于1，变量间的偏相关性越强，因子分析的效果越好。实际分析中，KMO统计量在0.7以上时效果比较好；当KMO统计量在0.5以下，此时不适合应用因子分析法，应考虑重新设计变量结构或者采用其他统计分析方法。[13]值分别为0.855和0.773，巴特利特球形检验法(Bartlett’s test)(3)巴特利特球形检验法(Bartlett’s test)用于检验相关阵中各变量间的相关性，是否为单位阵，即检验各个变量是否各自独立。判断如果相关阵是单位阵，则各变量独立因子分析法无效。由SPSS检验结果显示Sig.<0.05(即P值<0.05)时，说明各变量间具有相关性，因子分析有效。[14]显著性水平P<0.001，因子方差累计贡献率为57.47%和63.78%，表明问卷结构效度具备可行性，分析过程见表1。

该研究以上述被试在校期间随机的三门课程的期末考试成绩平均值作为产出指标，将被试学生的情绪子变量、性别、年龄等与考试成绩变量做相关分析，研究通过加权平均得到两个新变量：两类情绪变量，分析结果见表2。

表2考试成绩变量分析结果

从表2可见，性别、正面情绪与学习成绩具有显著性差异，而年龄和负面情绪(P>0.05)与学习成绩相关性不明显。

性别变量相关系数α=0.218，根据1=男生，2=女生的性别变量设置，分析表明女生与男生相比考试成绩分数更高(P<0.01)，这验证了假设1“女生相对于男生有更高的学习效率”的正确性，如表3所示。

表3高校男女学生的考试成绩差异

研究结果显示：女生平均成绩高于男生，这可能与不同性别人群的心理特质、行为特征相关。男生往往在意自我能力和行为绩效，并在这些方面表现出色，他们往往不愿记忆枯燥知识点，也对呆板重复的计算不感兴趣，和女生相比存在较高的倦怠感和较低的细致度。

为量化正面情绪对学习成绩的相关性影响，笔者通过回归分析进行验算，见表4。

表4性别和情绪对考试成绩的影响

以正面情绪各因子为自变量，以考试成绩为因变量进行回归分析，由表4可知，F(11,90)=2.565，P=0.008，这说明正面情绪与考试成绩存在相关性，这验证了假设2“正面情绪能提高学习效率”的正确性。因此，在教学活动中，教师应积极营造正面情绪的教学氛围。

对于假设3“负面情绪可能会提高或降低学习效率，其主要取决于情绪细分类”，笔者将对问卷内容进行多元回归法分析，其结果见表5。

表5负面情绪回归分析系数与统计值

如表5所示，性别、紧张和痛苦3个子变量对学习成绩影响显著，其他子变量(P>0.05)与学习成绩之间没有明显的统计学差异。女生(87.12)相对于男生(79.56)有更高的学习效率(见表3结果)；“紧张”(β=0.34，回归系数为正)在一定程度上促进了学习效率提高，“痛苦”(β=-0.35，回归系数为负)降低了学习效率。因此，假设3“负面情绪可能会提高或降低学习效率，其主要取决于情绪细分类”也是成立的。因此，在教育活动中，应特别注意“紧张”和“痛苦”等负面情绪对学生学习效率的影响，重视学生的心理状态，采取合理的心理干预手段，这对改善学生的心理健康水平及提高学习效率具有重要作用。

二、 事件相关电位研究情绪对操控效率影响的神经科学机理

事件相关电位(ERP)研究属神经科学范畴，可用于探讨情绪对操控效率的影响的神经科学机理，既往有研究表明负性情绪可影响人体的行为控制能力、操作反应，而N2、P300、LRP3在这个过程中起到了调节认知加工的作用[10];[18]，对其进行研究可进一步探索情绪对学习效率影响的神经科学机理。

根据ERP试验规范，采用重复测试方法，参与测试人数一般低于20人，每个样本都会进行多次决策及反应记录，从而保证数据量。本文遵循ERP研究通常方式，选用20名视力(或矫正视力)正常、无脑部器质性疾病的中央财经大学本科学生进行实验。实验时，戴上脑电测试电极帽。首先随机出现国际情绪图片系统中挑选的(中性或者负面情绪)图片启动刺激，刺激时间为2 000 ms，被试者进入相应情绪；然后出现空白图片用于情绪缓冲，缓冲时间为500—700 ms内的随机时间；接着出现700 ms的靶刺激图片，要求被试者在此时间内完成规定靶刺激图片要求的操作行为，由美国NeuroScan公司的ERP分析记录系统(SynAmp)放大器和Scan软件进行数据传输、记录和分析，这样便完成一个测试单元。间隔500ms进入下一个测试单元。每位被试者需进行50个测试单位实验。

该实验主要测试脑电中的N2、P300、LRP3成分对西蒙效应[19]影响机制背后产生的结果。测试行为数据分析及结果见表6。

表6 测试平均反应时间和正确率

当测试操作用手与反应手位置一致时记录为一致，反之则为不一致，分别对正确率和平均反应时间进行方差分析，得到一致性主效应显著，F(1,20)=9.431，P=0.007一致性正确率(平均值M=98.34，偏差S.D.=1.75%)大于不一致正确率(M=97.92，S.D.=1.75%)。交互效应、情绪主效应主导结果不明显。这验证了德容和瓦莱西(De Jong &Vallesi)等人提出来的双通道理论[20-21]，即当刺激和反应位置一致时，自动线路和控制线路得到一致激活，故反应时间较短；当刺激和反应位置不一致时，自动线路首先激活的同侧反应与控制线路会发生冲突，进而再转向正确控制线路，因此会带来较长的反应时间，即动作反应率存在西蒙效应。

N2是反映认知加工的冲突识别，其负面情绪往往比中性情绪诱发较大的脑电波幅。本研究选择FC3、FC4两个电极点数据对N2的潜伏期和波幅进行2(一致性)×2(情绪类型)×2(电极点)重复性方差分析，N2波形图如图1所示，潜伏期的描述性统计成果见表7，峰波幅的描述性统计成果见表8。实验结果表明，N2是诱发情绪启动的西蒙效应主要成分，不一致诱发的N2峰波幅比一致诱发的波幅大，潜伏期长；中性情绪启动条件下，N2潜伏期的一致性会存在差异，原因是情绪会对西蒙效应在N2阶段的加工产生影响。本研究通过脑电波的差异分析，西蒙效应在N2阶段的加工由情绪进行调节，在N2潜伏期，负面情绪减弱西蒙效应强度相对于中性情绪影响小，N2峰波幅未表现负面情绪与中性情绪对西蒙效应的影响。因此，N2潜伏期可作为情绪调节西蒙效应强度的指标之一。本实验从脑电成分角度解释了情绪影响动作反应的机理，验证和完善了前人对诱发情绪影响目标任务加工的研究理论。

图1N2波形图

表7N2成分2个电极点潜伏期的描述性统计表

表8N2成分2个电极点峰波幅的描述性统计表

P300是信息认知加工过程中反映冲突的指标之一。本研究选择C3、C4、PZ、CPZ这4个电极点的数据进行统计分析，对P300的波幅和潜伏期进行2(一致性)×2(情绪类型)×4(电极点)重复性方差分析。P300波形图如图2所示，潜伏期的描述性统计成果见表9，峰波幅的描述性统计成果见表10。通过该实验研究得出，负面情绪启动的任务刺激比中性情绪启动的任务刺激诱发的P300波幅小；一致比不一致诱发的P300波幅大，P300潜伏期短；在P300潜伏期，中性情绪比负面情绪激发的西蒙效应强度低，P300波幅未体现负面情绪与中性情绪对西蒙效应的影响。因此，P300潜伏期可作为情绪调节西蒙效应强度的指标之一。

图2P300波形图

表9P300成分4个电极点潜伏期的描述性统计表

表10P300成分4个电极点峰波幅的描述性统计表

刺激锁定LRP(lateralized readiness potentials S-LRP)的Gratton-dip反应了西蒙效应中不正确方向反应的早期激活，与双通道理论模型一致，它会随时间减弱并转向正确反应方向。本研究分别对S-LRP和反应锁定(R-LRP)的波幅和潜伏期进行2(一致性)×2(情绪类型)重复性方差分析，LRP波形图如图3所示，潜伏期的描述性统计成果见表11。正向偏离峰波幅的描述性统计成果见表12，该实验表明，正向偏离的Gratton-dip同时反应在S-LRP和R-LRP之中；动作准备阶段，S-LRP主要与信息察觉有关，R-LRP主要与反应启动和执行相关，因此，情绪启动的西蒙效应在S-LRP潜伏期、波幅和R-LRP波幅均有表现；信息知觉和反应执行两个阶段均为情绪激发西蒙效应的神经学轨迹发生段，这验证了经典西蒙效应相关的知觉干扰和反应干扰假设；然而情绪对西蒙效应的调节作用仅仅反应在S-LRP潜伏期，即负面情绪比中性情绪更能激发西蒙效应。综上，情绪对西蒙效应的调节主要表现在信息直觉阶段而非动作执行阶段。从神经科学的角度解释了西蒙效应中不正确方向反应的早期激活背后的认知机理。

图3LRP波形图

表11LRP成分始潜伏期的描述性统计表

表12正向偏离LRP波幅的描述性统计表

三、 生理测量法研究情绪对操控效率影响的神经科学机理

该研究前两部分量化了情绪对学习效率的影响，分析了3种脑电成分对西蒙效应的影响机制。情绪是心理负荷的重要直观反应，当心理负荷积累到一定程度就会产生心理疲劳。心理疲劳可通过生理及心理反应进行评估，心理因素和生理因素相伴而生且交互影响，所以心理疲劳及生理疲劳都会对学习效率造成影响[22]。

实验主要考察心理疲劳对学习效率的影响，将中央财经大学20名本科被试志愿者分为两组分别进行标准化作业(在规定时间内完成外语单词抄写)和非标准化作业(在规定时间内完成简单数学运算)，综合考察脑神经指标[23]，身体部位的生理指标[24]及心理因素对学习效率影响的生理科学机理。

实验仪器采用便携式生理记录仪，分析软件采用Mindmedia。取前额两个记录点记录4个脑电波，背部上三角肌肌肉处记录肌电波。[25]

在规定时间内机械的抄写单词和简单的数学运算均能产生一定的心理疲劳负荷，同时由于两者活动行为不同，产生的直觉效率和注意力效率也会不相同。标准化作业和非标准化作业的神经指标和生理指标对比分析见表13 和表14。

表13两类作业的神经指标对比分析

通过方差分析，非标准化作业同学比标准化作业同学具有较高的左脑各频段神经指标，而右脑差异不显著。非标准化作业同学左脑各频段指标较标准化作业同学左脑各频段指标高，说明非标准化作业需要更多的逻辑和理性分析来完成工作，这样容易诱发更高的脑疲劳、注意力、警觉度、记忆力等神经参数的升高，虽然其心理产生一定疲劳，但此情况会提高学习效率。

表14两类作业的生理指标对比分析

通过方差分析，非标准化作业同学与标准化作业同学的肌肉表层电压差别不显著，即被试者体力疲劳无明显差异。

本实验从心理疲劳角度探索其对学习效率的影响，心理学领域很少有此项研究，其研究成果对现实教学有重要指导意义。因此，为提高学生学习效率，在保证教学质量的同时，教师要努力降低学生的心理疲劳负荷从而提高神经效率。在教育实践中，对标准化(呆板)知识点传授可通过降低感性教育法使右脑得到休息；对非标准化逻辑思维较强的知识点传授，可通过活跃的课堂气氛使左脑得到较好的缓冲。

四、 基于心理负荷的教学动态优化建议

综合本研究的结果，作者以任课的《日本经济文化》《大学日语》为例，对基于心理负荷的高校教学计划提出一些建议。

男生和女生的语言课成绩普遍存在严重的分化，如何减小这种分化显得尤为重要。笔者通过第一节的研究发现，不同的大脑半球在男女生身上发挥了不同的优势；在情感上，男生具有较强的控制欲，女生则有较强的忍耐力；在社会成就方面，男生比女生寄予了更高的成就期望，这也是男生普遍认同的社会责任感；在生活上，由于传统的家庭观，女生更愿意回归家庭，因此她们的思维创新性和拓展性相对于男生较为偏弱。这种生理和社会角色差异形成的现象无法在教学活动得到根本的改变，因此在制定教学计划时要求我们应进行动态优化。男生普遍对《日本经济文化》产生的兴趣多于《大学日语》，他们更愿意了解日本社会的经济发展对自己乃至中国的影响和借鉴，受典型的男性事业和情感控制，容易激发高层次的个人成就感和激发扩散思维，而机械、繁琐的《大学日语》课程对忍耐力较强的女生便可体现较高的学习效率。结合本文研究成果，笔者建议在实际教学中，应将这两门课程放到一个教学模块中进行交替教学，或者将日本经济文化课程放入日语专业及针对一定日语基础的学生中开设。在《日本经济文化》课中教授相关日语，而在《大学日语》教学中并行穿插日本经济社会文化教育。

我们普遍认为仅正面情绪(快乐、兴趣等)能激发较高的学习效率。笔者通过将情绪分为正面情绪和负面情绪两个基本面，并按照效价角度将两个基本面进行维度细分，经分析发现一定程度的某些负面情绪可能会提高学习效率。因此在教学中我们应注意减少负面情绪中对学习效率带来负面影响的因素(例如，急躁、痛苦等)，同时增加负面情绪中对学习效率带来正面影响的因素(例如，紧张等)。我们在强调提高学习效率和考试分数的同时，也应加强与学生的情感沟通，了解不同班级学生的心理健康状态，减少负面情绪中的负面因素，适时增加负面情绪中的正面因素。

研究者通过脑电实验，从动作反应率的微观层面研究了负面情绪对动作反应的调节作用，并以此来探讨负面情绪对学习效率的影响。研究得出，N2和P300反映了负面情绪对动作反应效率的刺激；P300和LRP反映了负面情绪对西蒙效应强度的刺激。从人体生理学方面为以上教学建议提供了科学依据。

在教育教学活动中，教师们容易忽视学生心理疲劳对学习效率的影响。第二节研究结果表明，生理疲劳对学习效率的影响最为直观，但因内部神经生理、内在情绪等复杂因素引起的心理疲劳对学习效率影响往往容易被忽视。生理疲劳可通过降低学习强度、适当休息得以缓解，但是心理疲劳的缓解需要情感的宣泄和合理的诱导与干预。研究还发现，适度的心理疲劳还能激发较高的注意力、警觉度和记忆力等，说明心理疲劳在一定程度范围利于学习效率的提高。因此，在教学活动中需要有严密的逻辑思路，不能出现教学内容过于松散，保持学生思维的必要紧张。研究者从从事的经济与语言相关的教学任务出发，以科学的研究结果为基础，提出应该结合不同性别、年龄的学生的学习认知心理规律，科学地制定教学计划，从而提高语言以及课堂教学效果与效率。

五、 结 论

本研究以问卷调查、实验研究的方法，结合主观、客观的心理负荷评估手段，研究了心理负荷对学习效率的影响，并提出教学实践建议。本研究选取了情绪和心理疲劳两个因素研究其对学习效率的影响，提出重视心理变化规律影响学习效率的必要性，体现了以学生为主体的教学思想。这要求教学活动不能忽视学生的情绪、情感、认知等心理负荷对学习效率的负面影响，应根据教学的不同阶段适时调整教学计划，疏导、宣泄学生心理负荷。同时研究也表明，必要的心理负荷对提高学习效率也有积极因素，因此教学气氛应张弛有度。

本研究从多维度、多层次探索了心理负荷对学生学习效率的影响，不过文中所涉及的心理因素及状态较为局限，仅考虑了问卷中的20项子变量，心理负荷所涉及的内容广泛，在未来的研究中还应扩大样本量及心理因素研究范围，使本项研究更为深入和全面，并在科学理论的基础上进一步应用于教学实践。