圖文聲信息不同呈現方式對學生學習效果影響的實證研究

陳靜 蘭國帥 張一春

（南京師范大學 教育科學學院，江蘇 南京 210097）

圖文聲信息不同呈現方式對學生學習效果影響的實證研究

陳靜 蘭國帥 張一春

（南京師范大學 教育科學學院，江蘇 南京 210097）

有效的教學內容呈現方式是促成有效教學的關鍵因素之一，但是教學內容以何種方式呈現才能獲得最佳教學效果，這是本研究所要探究的內容。為了探究圖文聲信息的不同呈現方式對中學生學習效果產生的影響，本研究采用實驗法和訪談法，以某校九年級學生為研究對象進行探究，實驗結果顯示：文本+聲音實驗組學生獲得良好的學習效果；圖片+文字實驗組學習效果最差；圖片+聲音實驗組的學生學習效果低于圖片+文字+聲音實驗組。

圖文聲信息；呈現方式；學習效果；實證研究

一、引言

多媒體信息時代的到來，豐富了教學素材的種類，改變了傳統單一呈現教學內容的現狀，教學內容 呈現的多樣 化可以更好、更生動地表達教學內容，由此優化教學效果、提高教學效率。美國教育家加里D.鮑里奇(Gary D. Borich,2002)也指出:“有效的教學內容呈現方式是促成有效教學的關鍵行為之一。”[1]但不同類型素材對同一知識點的表達效果不同，不同素材的組合方式對學生學習效果產生的影響也不同，而且多媒體課件并非集成多種教學素材及多樣的信息呈現方式就一定會對學生的語言學習起促進作用。[2]故對教學素材的使用并不是簡單的“拿來”，也不是簡單的疊加。加之學生的認知風格、智力水平、個性特質等因素與教學內容的呈現方式緊密相連[3],因此，如何有效地選取合適的教學素材呈現教學內容是要優先考慮的重要問題。那么教學內容以哪種素材（文字、圖片、聲音）的哪種呈現方式(圖片與文字組合，圖片與聲音組合，文字與聲音組合，圖片、聲音與文字組合)，才能獲得最佳的學習效果？本文以梅耶的多媒體學習認知理論和多媒體教學設計原則為理論基礎，在國內外現有研究基礎上，采用實驗法與訪談法結合，系統探究多媒體學習環境下圖文聲信息不同呈現方式對學生學習效果影響的實證研究，以期對一線教師、教學資源開發者提供一定的借鑒參考。

二、多媒體認知理論下信息呈現方式的機制

梅耶基于艾倫?佩奧（Allan Paivio）的雙編碼理論、約翰?斯威勒(John Sweller)的認知負荷理論等理論研究基礎，通過總結大量實驗提出多媒體學習認知理論(Richard E. Mayer，1996），具體如圖1所示。[4]并總結出多種媒體原則、一致性原則、雙通道原則、空間鄰近原則、冗余原則等教學設計原則。

圖1 多媒體認知學習理論模型圖解[5]

雙通道原則：

梅耶通過大量實驗發現使用聽覺通道編碼的學習效果優于使用視覺通道進行編碼，而同時使用聽覺和視覺通道進行編碼的學習效果優于單一通道編碼。這源于艾倫?佩奧的雙編碼理論[6]，其認為知識是由言語和意象（或表象）表征的聯想網絡構成的，但是意象表征系統和言語表征系統的成分是彼此聯系的。但無論言語系統與非言語系統，人們對視覺表征和聽覺表征的材料都擁有單獨的信息加工通道[7]，即視覺通道通過眼睛獲取信息產生圖像表征，而言語通道通過耳朵獲取信息產生言語表征。[8]這也就是為什么圖文組合的呈現模式比單一文本 的呈現模式更能夠刺激學習者的學習，因為前者使用的是雙編碼。但是使用雙通道編碼的信息呈現方式有多種，是不是任意一種的組合都優于單通道編碼?

冗余原則：

冗余原則中的冗余指的是信息的冗余。這源于約翰?斯威勒的認知負荷理論，其指出工作記憶是一個容量有限的編碼系統，所以在信息的呈現上既要注意單位時間呈現量的問題，又要注意呈現信息的簡潔性。[9]除此之外，理查德?梅耶[10]還發現解釋閃電形成過程的動畫加解說呈現實驗中，接受有完全屏幕文字的一組的成績低于沒有屏幕文本的一組。究其原因，視覺和聽覺通道中所能夠加工和處理的信息量是有限的，如果媒體呈現的信息量超過了視聽通道中能夠表征的元素容量，將會導致通道中信息加工的超負荷。前實驗組因為增添了無用的冗余信息，分散學生的注意力，增加了他們的認知負荷，使得學生的學習成績反而低于無字幕組學生。但是日常經驗告訴我們，增加字幕的視頻比沒有字幕的視頻更有利于我們理解畫面內容，且冗余并不都是多余，適當冗余有時是必要的。[11]那么在畫面中增添字幕會真的減弱學習者的學習效果嗎？當學生需要同時加工一幅圖像時，冗余性語言信息的呈現是否會促進他們的學習？

帶著以上疑惑，結合雙編 碼理論、認知負荷理論及多媒體學習原則，本研究進行如下探索。

三、國內外相關研究回顧

自多媒體在教育教學中出現，就有學者從事多媒體教學方面的相關研究，通過大量文獻的梳理發現，國外學者對此方面的研究主要采用理論研究與實證研究結合：理論研究以理查德?梅耶[12]提出的多媒體教學理論最有影響力，他通過大量的實證研究分析，發現圖文組合的呈現模式比單一文本的呈現模式更能夠刺激學習者的學習。沃爾夫岡?希厄茨和馬利亞?班恩 特 (Wolfgang Schnotz & Maria Bannert,2003)[13]提出的文本與圖片集成模型，闡釋了學習者如何對圖片與文本進行加工。美國加利福尼亞大學圣芭芭拉分校心理學系的教育心理學家羅克珊娜?莫雷諾（Roxana Moreno）等人研究指出，多通道表述相關的文字與圖片知識比口頭傳授教學更加有效[14]。卡特恩?外斯特艾琳克(Katrien De. Westelinck,2005）等人通過研究發現不同信息呈現方式對陳述性知識學習影響不同[15]；拉爾夫?如阿莫（Ralf Rummer,2011)等人基于認知負荷理論，研究人如何對圖片、文本進行加工[16]；安妮·舒勒（Anne Schüler,2015）等人研究發現呈現圖片與文檔內容相符與否對學生多媒體學習效果有影響[17]。

國內在信息呈現方式對學生學習影響方面的研究與國外相比較晚，但發展較快。陳錚（2004）[18]探究發現增加動畫能顯著提高學生的記憶和問題解決成績，良好的信息呈現方式(增加了動畫,文本和動畫接近協同呈現)能幫助表象型學生的記憶和問題解決成績得到較大的提高。康誠（2007）[19]發現場獨立型學習者在多媒體自主學習中采用圖文的信息呈現方式時，其程序性知識應用方面的學習效果最好，文字的學習效果則最差。丁道群、羅揚眉(2009)[20]研究結果得出認知風格和多媒體呈現方式對測量認知負荷的三個指標均沒有顯著的交互作用。呂晶（2012）[21]認為在信息呈現方式與大學生詞匯記憶效果的相關研究得出詞匯的呈現方式上，圖片呈現要明顯優于文本和音頻呈現。王電建（2012）[22]探究字幕的不同呈現方式對外語學習者聽力理解的影響，通過對實驗的結果，得出在視頻內容理解上，關鍵詞字幕更適合語言水平高的學生，而對語言水平低的學生幾乎沒有作用。

多媒體教學已經成為常態，如何更好地呈現多媒體教學素材備受關注。基于此，本研究在前人研究的基礎上，進一步求證圖片+文字、圖片+聲音、文字+聲音、圖片+聲音+文字四種不同內容呈現方式對學生學習的影響，分析不同呈現方式對學生學習效果的提高作用，目的在于為教師在課堂教學中選擇合適的教學內容呈現方式及為有效呈現教學內容提供幫助。

四、實驗內容、方法及對象

（一）研究問題

本文主要探究圖、文、聲三種多媒體信息以何種方式呈現，對學生學習產生的效果最佳。基于梅耶的七大教學設計原則以及國內外現有的研究成果，做出以下研究假設：

1.接受圖片+文字信息呈現方式的實驗組學生學習效果比接受圖片+聲音信息呈現方式、文字+聲音信息呈現方式、圖片+聲音+文字信息呈現方式的三個實驗組低；

2.接受圖片+聲音信息呈現方式的實驗組學生學習效果比接受文字+聲音信息呈現方式的實驗組好；

3.接受圖片+聲音信息呈現方式的實驗組學生學習效果比接受圖片+聲音+文字信息呈現方式的實驗組好。

(二)實驗設計

本實驗選擇的研究對象是宿州市某縣二中九年級學生，為了排除學習能力、性別等無關變量對實驗造成的影響，實驗者排除優等班，采用隨機法從普通班選取四個班級，然后按性別進行分層抽樣，從每個班級隨機抽取男、女生各8人，然后進行組別編排，同一個班級的被試為同一實驗組。

共四個實驗組（具體設計如表1），每個組16人，分別為接受圖片+文字呈現信息實驗組、圖片+聲音呈現信息實驗組、文字+聲音呈現信息實驗組、圖片+聲音+文字呈現信息實驗組。文字是由代課教師依據本節課內容設定，圖片是圍繞文字來選擇，聲音與文字完全匹配并由普通話達到二級甲等的老師錄制，以確保聲音的準確性與清晰性。

表1 實驗設計

實驗內容選自地理學科，兼備文科學科理解性知識和理科學科思辨性知識，為了保證四組學生的初始水平相同，故選取高一第一冊第一單元“探索宇宙”作為實驗的內容，即在被試的認知水平之內，又降低了實驗給研究對象帶來的影響。實驗內容主要有四部分，分別為宇宙的組成、人類探索宇宙的歷程、人類探索宇宙的目的及人類探索宇宙所帶來的問題。然后根據四個實驗組不同要求分別進行課件制作，四個實驗組課件全部設置為計時播放，時間相同。

課后習題是高一地理老師圍繞本次實驗內容進行出題，共三大題：單選題、判斷題、填空題。單選題、判斷題各10小題，每小題3分；填空題5大題10小空，每空4分；共100分。編制好后由另一個地理老師進行審核，審核后選擇小部分學生進行預測，預測結果發現有些題目難度過大，然后進行修改，最后才形成測試習題。

（三）實驗步驟

1.實驗之前，選取一個空的多媒體教室（與教室遠離），并把準備好的四組課件拷貝至多媒體教室電腦上。2.首先讓“圖+字”組被試每人帶一支筆，安靜地到實驗室坐好。3.對被試進行實驗流程講述：本實驗只是為了獲取研究數據，不涉及個人信息，也不涉及智商、排名問題，請大家如實作答（為了使被試放輕松、如實作答）。實驗主要分兩步：第一步觀看課件，觀看期間不得交流、做筆記，認真進行學習；第二步觀看結束后進行課后習題作答，習題上要填好班級、組別、性別，做習題期間也要保持沉默，不能交流，作答完畢即上交，待大家完成作答，一起有序地離開。4.接下來播放“圖+字”組課件，待課件播放完后，發放課后習題，待“圖+字”組被試全部提交課后習題（最多不超過15分鐘），讓其統一回教室再讓“圖+聲”組來到實驗室，步驟如上，依次完成接下來的三組實驗。5.在每組測試結束后，從被試中隨機抽取3名學生，進行訪談，以進一步探究實驗結果形成的原因。6.習題完整回收，依據答案進行評分，并利用IBM SPSS Statistics 20.0軟件進行數據結果處理與相關分析。

五、實驗結果與原因分析

為了使得到的數據更具科學性、代表性，排除每組的最高分與最低分，然后再進行數據處理（如表2所示）。經查界值表得，本例自由度為P=0.914＞0.05，按照P=0.05水準接受H0，拒絕H1（H0：多個樣本總體均數相等，H1：多個樣本總體均數不相等或不全等），可知四組學生總體方差具備整齊性（如表3所示）。在方差齊性條件下，做方差分析（ANOVA），又稱F檢驗（如表4所示），F值為6.424＞1,P=0.01＜0.05,各組數據之間呈現出顯著性差異，說明各組均數間的差異有統計學意義。為了進一步比對四組測試數據之間的顯著性差異，在此基礎上，本研究進行四組數據顯著性分析（如表5所示）。

表2 四組學生的成績分布

表3 方差齊性檢驗

表4 方差分析（F檢驗）

表5 四組數據之間顯著性比較

（一）“圖+文”實驗組學習效果最差與原因分析

如表2所示，實驗數據表明：“圖+文”組被試的平均成績為42.7857，S=7.11638；“圖+聲”組被試的平均成績是48.0714，S=6.56874；“文+聲”組被試的平均成績是50.2143，S=6.35100；“圖+聲+文”組被試的平均成績是53.3571，S=6.18444。從均值上看，“圖+文”組的平均成績較其他三組低，而從標準差上看，“圖+文”組的標準差值最大。如上文，已經對四組數據進行方差齊性及F檢驗，結果顯示四組方差具備整齊性，且各組均數間的差異有統計學意義。繼而進行進一步的數據分析如表4所得，“圖+文”組與其他三組之間均存在顯著性差異(P＜0.05）,由此得出“圖+文”組學生成績比“圖+聲”組、“文+聲”組、“圖+聲+文”組學生成績要低,且因為實驗組不同的設置，“圖+文”組與其他三組之間具有顯著性差異。這與實驗假設1結果相符。

美國俄亥俄州立大學著名的視聽教學專家愛德加?戴爾（Edgar Dale）在《視聽教學法》中提出，以兩種感官編碼的學習效果要優于以一種編碼，這同梅耶提出的雙通道假設相符，信息同時以視聽雙通道呈現可以獲取更多信息，形成有效記憶[23]，即雙通道編碼對學生的學習產生的影響要優于單通道編碼。心理學研究也表明，人類從聽覺獲得的知識能記憶15%，從視覺獲得的知識能記憶25%，把視覺與聽覺結合起來，能記憶的內容可達65%，即學生可以同時使用視覺和聽覺加工學習內容，能獲得好的學習效果。

文字與圖片是屬于視覺素材，聲音是屬于聽覺素材，由表1可以看出，“圖+文”組的教學素材呈現是圖片+文字，只以視覺形式呈現教學素材，而其他三組的學習內容呈現都以視覺與聽覺兩個系統來呈現教學素材。“圖+文”組的實驗內容呈現只涉及單通道編碼（視覺通道），而其他三組的實驗內容均涉及雙通道編碼（視覺通道與聽覺通道），故“圖+文”組學生的學習成績低于其他三組，實驗結果與假設1結果相符。

（二）“圖+聲”組與“文+聲”組成績無顯著性相關關系及原因分析

“圖+聲”組學生接受的學習內容組織形式是圖片+聲音，“文+聲”組學生接受的學習內容組織形式是文字+聲音，從數據分析結果可以看出，同樣是利用視覺與聽覺雙通道對信息進行編碼，其實驗結果也不一樣。“圖+聲”組的平均成績是48.0714，S=6.56874；“文+聲”組的平均成績是50.2143，S=6.35100，且“圖+聲”組與“文+聲”組兩組測試結果無顯著性差異(F=-2.14286,P=0.392＞0.05）。雖然“文+聲”組學生 的均值、成績方差均優于“圖+聲”組，但是“圖+聲”組與“聲+文”組學生學習成績之間無顯著相關性，這說明兩組實驗的處理對學生學習成績影響很小，并沒有達到顯著性差異，這與實驗假設2不相符，原因可能如下：

艾倫·佩奧曾經列舉了60種可以用雙編碼理論解釋的現象，總結出圖片比詞語學得效果好，但是詞語比圖片學得快，因為詞語可以直接進行言語編碼，而圖片只能通過意象表征才能接近言語編碼。如房子的言語表征一次只能涉及某一信息（如房子內有課桌，中間有家具等），而對其意象表征能同時對與房子有關的許多特征進行編碼，這說明詞語更容易為視覺直接接受。[24]這說明圖片雖然比文本更形象，更利于學生對知識進行深層次的加工，但是圖片較文本需要進一步的加工，而進一步加工則需要時間，如果在時間不允許的條件下，文字能給予學生最直接的信息，比圖片更有利于學生的直接加工。

通過實驗后訪談發現有67%的學生反映學習內容呈現的時間短，很多圖片上的信息還來不及細看就進入到下一張幻燈片。時間的不允許，沒有給學生相對足夠的時間進行進一步的加工，而文字能給予學生最直接的信息，此時便于學生記憶，這就是造成實驗結果與呂晶[25]的研究結果不同，其認為人類大腦對形象材料的記憶效果和記憶速度要好于其對語義記憶的效果和速度，圖片的呈現更加形象生動。而此實驗結果恰恰相反，“文+聲”組實驗結果優于“圖+聲”組，實驗結果與實驗假設2不相符。

（三）“圖+聲”組學習效果低于“圖+聲+文”組及原因分析

由表格數據可以看出，“圖+聲”組的平均成績是48.0714，S=6.56874；“圖+聲+文”組的平均成績是53.3571，S=6.18444。“圖+聲”組比“圖+聲+文”組學生的均值低5分，“圖+聲+文”組方差要小于“圖+聲”組，“圖+聲”組與“圖+聲+文”組兩組測試結果具顯著性差異(F= -5.28571*,P=0.038＜0.05），顯然“圖+聲+文”組學生的學習成績要優于“圖+聲”組，也就是說與“圖+聲”信息混排的實驗組相比，“圖+聲+文”信息混排的實驗組成績要好，此實驗結果與梅耶冗余原則所述情況不相符合，但與王建等人[26]的研究結果相符，其發現教學視頻中有解說字幕比無解說字幕的學習成績好。如在解說和畫面組合中添加字幕，會造成冗余現象，導致其學習效果弱于解說+畫面組合。按此原則，此實驗的結果“圖+聲”組的學習效果應高于“圖+聲+文”組，但實驗結果恰恰相反，原因可能如下：

1.保羅?錢德勒和約翰?斯威勒（Paul Chandler & John Sweller）等人指出，加工視覺和言語信息及其過程是有嚴格限制的，如果在視覺和言語處理過程中呈現過多的信息元素，就會導致認知負荷超載而使一部分信息元素不能被處理。[27]但當所增加的信息沒有超過學生所能接受的范圍，就不會造成認知負荷，雖然“圖+聲+文”組增加了文字，但沒有超出學生能處理的范圍之內，不但不會形成冗余負荷，反而增加他們的記憶處理的信息量，提高學生的學習效果。2.梅耶的教學設計原則數據來源于物理課程實驗“雷電的形成”，是理科學科內容，屬于理解性內容，而本實驗選取的內容是“探索宇宙”，偏向記憶性內容。前者只要學生看到圖形理解雷電的形成過程，而后者需要學生記住一些常識性知識，這兩個實驗內容的性質不同，這也是造成實驗結果不同的原因之一。3.理查德?梅耶（(Richard E. Mayer，2005）曾做過兩組實驗比對：一組使用靜態的圖片和文本，另一組是基于計算機的動畫和描述聽覺信息來呈現,然而結果恰恰是基于紙張的呈現方式在學習內容的保持和遷移測驗中優于基于計算機的呈現方式。[28]4.實際教學中，對學生學習效果產生影響的因素很多，外因包括學習內容的性質、難度及結構、課程背景及教師的教學方法等，內因包括學生的先前知識、學習動機、學習方式及學習控制能力等。[29]這使得社會學科不具備自然學科具有關鍵性普適規律，不可能通過實驗來復制指定條件而證實可確定的規律，這也是導致實驗結果偏離預期假設的原因之一。

綜合以上原因，如果增加的信息與主題相關，且沒有給學生造成認知負荷，那么所增加的信息不但沒有干擾學生的認知加工，反而會加強學生的學習效果。這就是為什么“圖+聲”組學習效果低于“圖+聲+文”組，即實驗結果與實驗假設3不相符。

六、結論及其對多媒體教學者的啟示

為了探究圖文聲信息以何種呈現方式對學生學習產生最佳效果，本研究以中學生為研究對象，采用實驗法和訪談法進行實驗。實驗結果揭示出采用文字+聲音信息呈現方式學習效果良好，圖片+聲音+文字信息呈現方式學習效果比圖片+聲音呈現方式學習效果好，這些結論對一線教師與教學資源開發者具有一定的啟示意義。

（一）本研究進一步揭示了信息的呈現方式對學生的學習產生一定的影響，使用雙通道編碼制作的課件的教學效果優于只使用單通道的，視聽結合的多通道學習效果優于單通道學習效果，有利于記憶的保持和鞏固。故教師在實際教學中，盡量使用視聽素材進行教學，視聽教材可以把學習內容在同一時間內一次性地揭示出來,可以提高學習效率。

（二）在時間有限的條件下，圖片的學習效果并不比文字所產生的效果好，這說明在多媒體教學中，不能為了追求速度而忽略學生的學習效果，同樣是采用雙通道編碼進行教學信息混排，文字比圖片更易被學生直接加工，而圖片產生的學習效果更好。同時這也說明，在實際教育教學中，如果是教給學習者事實性的知識時，可以多采用文本+聲音的形式進行教學；但如果所教知識是需要學習者理解、進一步深度加工的知識時，此時圖片的教學效果要優于文字。

（三）如果增加信息沒有造成學生額外的認知負荷，那么增加的相關信息不但沒有形成冗余信息，反而增強學生的學習效果，由此可以看出，并不是任何一門課程甚至任何一節課的教學內容都適合梅耶的教學設計原則，具體要結合所教學習內容性質、學生的學習興趣與認知發展水平，做到精心與仔細篩選教學素材，并合理設計其呈現方式，這樣才能更好地發揮當代豐富多彩的教學資源的優勢，以此來提高多媒體教學的效果。

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（責任編輯 杜丹丹）

Empirical Study on the Effect of Different Presenting Modes of Picture,Text and Sound on Students’ Learning

CHEN Jing,LAN Guoshuai,ZHANG Yichun
(School of Education Science,Nanjing Normal University,Nanjing,Jiangsu,China 210097)

Effective presentation of course content is one of the key factors contributing to effective teaching.But how to present the teaching contents in order to get the best teaching effect? This is the probed content of this study.In order to probe into the influence of different presentation mode of picture,text and sound on middle school students’ learning effects,this study adopted experimental method and interview method and took senior students of one middle school as research object.The results showed that the students in "text+sound" experimental group gained the best learning effect,the students in "picture+text" experimental group got the worst learning effect,and the learning effect of "picture+sound" experimental group is lower than the "picture+text+sound" experimental group.

picture,text and sound;presenting mode;learning effect;experimental research

G434

A

2096-0069（2016）03-0047-08

2016-03-21

2015年江蘇省普通高校專業學位研究生創新計劃項目（編號：SJLX15_0292），2015年度教育部人文社會科學研究規劃基金項目（編號：15YJA880108）。

陳靜（1989— ），女，安徽宿州人，南京師范大學教育科學學院碩士研究生，研究方向為信息技術與教育應用、教師教育信息化；蘭國帥（1984— ），男，河南開封人，南京師范大學教育科學學院博士研究生，研究方向為教育技術基本理論、信息技術與教育應用、遠程教育與在線教育、外語教育技術和知識可視化表征；張一春（1970— ），男，江蘇常州人，南京師范大學教育科學學院教 授，博士生導師，研究方向為教育技術基本理論、信息技術與教育應用、繼續教育。