多媒體課堂冗余信號效應探究

鄭碧波

〔關鍵詞〕心理實驗；多媒體課堂；冗余信號效應

一、問題的提出

認知心理學指出：當多個信號（刺激）同時出現時，人們對于多個信號的反應速度要比單個信號來得快。這種現象被稱為“冗余信號效應”（Redundant Signal Effect， RSE）[1]。教育場域中的刺激是立體的、多維的。冗余信號效應的提出，也使我們重新正視教學中長久以來被忽視的問題：教師在改進教學方法的同時，是否遵循了學生認知發展的特點，是否注意到了教學的科學性。

很多中小學都在教學中融入了多種材料，教學變得生動、活潑。例如，教師利用多媒體進行漢字教學時，通常會在教學課件中加入動態的圖片、變化的文字、優雅的音樂、豐富的旁白等，用來吸引學生的注意，加深其記憶。這種方式與傳統的“視—聽—寫”相比，刺激內容更多。此時，教師是否注意到豐富的刺激可能會使學生分心，影響教學效果呢？中小學生自控能力較弱，注意力集中時間短。例如在學習漢字時，旁白的聲調、漢字出現的形式等無關刺激在一定程度上可能比學習目標本身更吸引他們，從而影響學習效果，甚至形成認知負荷[2]。冗余信號效應引進教育領域，將幫助教師們更好地利用多種教學資源，增加教學的有效性。

冗余信號在促進大腦對多個信號進行加工的同時，也需要大腦對無關刺激的加工進行抑制。這和反應抑制執行功能有關。反應抑制較強的學生，能夠更快更好地集中注意力，避免無關刺激的進一步干擾，反應抑制能力在很大程度上影響了學生對內部信息行為和自我導向行為的控制[3]。

有關反應抑制的研究，通常采用信號停止任務這一經典范式[4]，它模擬真實的生活情境，要求被試在實驗中快速而準確地執行或停止一個行動。通過該任務我們可以測量出被試的反應速度，從而評估其抑制能力。在信號停止任務中，刺激類型主要有視覺刺激和聽覺刺激兩種，這兩種刺激通過不同的感覺通道作用于人的感官。那么，刺激的冗余程度是如何影響學生對學習目標的信息加工呢？本研究將從不同冗余條件入手，探究冗余信號效應對小學生的反應抑制能力是否產生影響以及如何影響？

二、實驗設計

（一）研究對象

實驗被試共41人（10～13歲），均來自浙江省金華市某小學。被試智力正常，無品行問題、心身障礙和焦慮障礙等。被試視力或矯正視力正常，無色盲色弱，聽力正常，右利手。

（二） 實驗過程

研究主要探究小學生在3種信號冗余條件（無冗余信號、反應信號冗余、停止信號冗余）下的反應抑制情況。全部被試接受所有的實驗處理。

1.實驗儀器和刺激材料

（1）實驗儀器為帶有耳麥的17英寸臺式計算機。

（2）該實驗程序用Delphi語言進行編寫，實驗中計算機刺激呈現和計時精度為1ms。

（3）每一試次開始前都有注視點位于屏幕中央。該注視點為0.76o×0.8o視角的黑色十字。

（4）靶刺激為一個紅色五角形，其外接圓直徑為1.5o視角，隨機出現于注視點兩邊。靶刺激在注視點中心水平線兩側0.96o視角處。

（5）停止信號為蜂鳴聲，頻率為1000Hz，響度以耳朵舒適為準。

2.實驗程序

被試離計算機屏幕60cm。主試向被試介紹實驗任務，待被試完全理解實驗要求后，主試按“開始”鍵進行實驗。

下面以“無冗余信號條件”為例介紹實驗的具體過程。

實驗開始，計算機屏幕上先出現黑色十字注視點，呈現500ms。隨后注視點消失，呈現靶刺激。靶刺激隨機呈現在注視點的某一邊，要求被試看到靶刺激后做出又快又準的按鍵反應：當靶刺激呈現于注視點左邊，被試按小鍵盤上的“1”鍵；當靶刺激呈現于注視點右邊，被試按小鍵盤上的“2”鍵。靶刺激呈現時間為1000ms。靶刺激呈現后消失，計算機顯示為灰屏，灰屏持續時間為1000ms。被試對靶刺激的反應時間不能超過2秒鐘，否則視為出錯。

被試被告知：在靶刺激出現后的某個不恒定的時間后，有時會出現一個表示停止的蜂鳴聲，要求被試在聽到蜂鳴聲后馬上停止按鍵。如果他們不能停止按鍵反應也不用擔心，因為蜂鳴聲是隨機出現的，有時候可以停止按鍵有時卻不可以。當然，被試也被告知無須等待停止信號。主試多次強調被試必須作出又快又準的按鍵反應。蜂鳴聲的呈現時間為100ms。

在信號冗余條件下，被試分別被告知靶刺激或停止聲音出現的形式將有所改變：反應信號冗余時，在靶刺激出現的同時伴有一個聲音，這個聲音和蜂鳴聲完全不同；停止信號冗余時，在蜂鳴聲出現的同時伴有一個小紅太陽。

實驗共有3個區段（Block）。每個區段的實驗試次（Trial）為48個，共有144個試次。停止信號由計算機隨機產生，停止信號的數量為靶刺激的25%，每個區段的停止信號為12個。為了更好地測量被試的反應抑制能力，在一個區段中，對停止信號的設置，遵循以下要求：（1）停止信號不在每個區段的第一個試次中產生；（2）不能在三個及以上試次中連續出現停止信號。對于停止信號出現的時間設置遵循Schachar和Logan等人的追蹤算法。

每一試次呈現的時間為500ms（注視點）+1000ms（刺激呈現）+1000ms（灰屏），共計2500ms。其中第一個區段為練習組。在這個區段中，被試只須完成反應任務，對靶刺激作按鍵反應，有停止信號出現時，被試不需要停止按鍵。在這一區段，停止信號的作用是讓被試習慣停止信號的出現形式，感受到停止信號的出現是隨機的。區段二和區段三為正式實驗，這兩組實驗區段中，被試必須完成反應任務和停止任務。如果沒有停止信號出現，被試只需對靶刺激進行按鍵反應，如果有停止信號出現，被試必須馬上停止按鍵。

3.三種實驗條件對刺激特征設置的要求

與“無冗余信號”條件相比，“反應信號冗余”和“停止信號冗余”條件除了在刺激信號的冗余度上有所不同外，其余全部相同。

“反應信號冗余”條件改變了靶刺激的冗余度。在靶刺激（紅色五角形）呈現的同時，增加了另一個提示聲音，和紅色五角形同時呈現并同時消失。該提示聲音的頻率為500Hz，持續時間為1000ms。

“停止信號冗余”條件改變了停止信號的冗余度。在蜂鳴聲出現的同時，在屏幕中上方、離靶刺激中心水平線2o視角處出現一個小紅太陽（直徑為0.8o視角）。和蜂鳴聲同時呈現。該小紅太陽呈現時間為200ms。

（三）數據處理和統計

全部數據采用SPSS11.0軟件進行統計。為了保證數據的有效性，盡量避免被試提前按鍵的情況，實驗剔除了反應時小于250ms的數據。

三、結果分析

（一）不同冗余信號條件下，被試的反應任務執行情況分析

由表1可知，反應任務存在冗余信號效應。對被試組在三種信號冗余條件下的反應時作進一步方差分析，結果表明，被試的反應時差異顯著（F=9.43，p<0.01）。

LSD檢驗表明，被試在三種條件下的反應時（MRT）差異都極其顯著，MRT（停止信號冗余）

（二）不同冗余信號條件下，被試的停止任務執行情況分析

由方差分析可知，停止任務存在冗余信號效應。停止信號冗余條件下的反應時顯著短于其他兩種條件（F=3.13，p<0.01），反應信號冗余與無冗余信號差異不顯著。

四、討論與建議

（一）冗余信號效應對兒童反應抑制能力的影響

對于反應任務來說，冗余信號效應普遍存在于反應信號冗余和停止信號冗余這兩種條件下。這對于我們進一步探究教學環境的刺激類型和數量是有現實意義的。

更有意思的是，實驗顯示，在停止信號冗余條件下，被試的反應時顯著短于其他兩種條件。這似乎意味著停止信號冗余反而提高了被試在反應任務中的反應速度。

對于停止任務來說，冗余信號效應存在于停止信號冗余條件下。

綜上所述，用于停止信號的刺激越豐富，占用的刺激通道越多，那么學生不僅更容易停止正在進行的反應，而且能促進反應任務中的反應，即對目標學習行為的反應。

（二）冗余信號效應的實踐意義分析

我們的研究表明，在對學生進行教學時，我們可以通過改善學習環境，來改變環境中的冗余信號。比如要盡量減少無關刺激的干擾，避免讓兒童分心；同時要增強目標刺激的強度，對于課堂分心行為進行有利的控制，使兒童把注意力高度集中起來。教學上對于環境的控制，主要包括增加學習目標冗余度和減少與學習目標不一致的分心物兩方面。有研究者指出，許多和多動沖動有關的行為似乎都是對環境的即時反應，因此控制環境會對個體產生一定的作用[5]。

在具體教學實踐中，可以使用黑色印刷體字作為作業和考試用字，盡量避免使用手寫或彩色字體；將重要知識部分用線、圈等符號表示；如果可能的話，用彩色筆在作業或考卷中作為提醒，減少學生可能犯錯誤的機會；允許學生在閱讀時用鉛筆或手指指著念；教會學生在說話之前對自己說“停下——想想”，鼓勵深思熟慮的反應；利用多感覺通道來呈現課程，但一定要注意使用視聽幫助時要讓干擾因素保持最小，例如，保證有趣的圖片或聲音與學習內容相關，千萬不要盲目使用多媒體材料。

參考文獻：

[1]楊治良.實驗心理學[M].杭州：浙江教育社.2003，（2）：126-133.

[2]Cristiana Cavina-Pratesi， Emanuela Bricolo Massimo Prior.Redundancy Gain in the Stop-Signal Paradigm： Implications for the Locus of Coactivation in Simple Reaction Time[J].Journal of Experimental Psychology， 2001， 27（4）：932-941.

[3]Logan G D， Cowan W B.On the Ability to Inhibit Thought and Action： A Theory of an Act of Control[J].Psychological Review， 1984（91）：295-327.

[4]Pennington B，Ozonoff S.Executive Functions and Developmental Psychopathology[J].Journal of Child Psychology and Psychiatry，1996，37：51-87.

[5]張明，陳騏.注意定勢及時間不確定性對基于空間的返回抑制的影響[J].應用心理學， 2002， 8（3）：15-21.

（作者單位：浙江省紹興市稽山中學，紹興，）

編輯/王抒文 終校/于 洪