注意引導和認知加工：眼動榜樣樣例的教學作用*

謝和平 彭 霽 周宗奎

(青少年網絡心理與行為教育部重點實驗室; 華中師范大學心理學院,武漢 430079)

1 引言

過去40多年里,研究者采用眼動技術考察了人類的認知加工到底如何影響其眼動(Rayner,1998,2009)。眼動行為通常被認為是潛在認知活動的反映(Vivianni,1990),即認知加工能影響眼動模式。然而,近年來研究者開始反過來關注眼動如何影響認知,發現特定的眼動行為能夠引導認知活動(Donovan,Manning,& Crawford,2008;Donovan,Manning,Phillips,Higham,& Crawford,2005; Grant & Spivey,2003; Thomas & Lleras,2007)。即眼動本身也能影響認知加工。教學領域有關眼動榜樣樣例的實證研究為此提供了直接依據。

眼動榜樣樣例(eye movement modeling examples,EMME)是一種通過眼動儀等設備即時記錄某領域的專家或高經驗者(model)在執行某項知覺任務過程中的眼動軌跡以及相應的言語解釋,并將其疊加于視覺材料中一齊回放給新手或低經驗學習者的視頻教學樣例(Jarodzka et al.,2012)。研究者對眼動榜樣樣例教學作用的廣泛關注一定程度上受到Grant和Spivey (2003)關于解決鄧克爾輻射問題(Duncker’s radiation problem)的眼動研究的啟發。實驗 1中,他們以圖片形式向被試呈現輻射問題并比較了問題解決成功者和失敗者的眼動軌跡,發現前者比后者花費更長時間注視圖片中的皮膚區域,說明問題解決過程中的認知活動引導了注意,該區域則被認為是解決鄧克爾輻射問題時需要注視的關鍵區域?；诖?他們在實驗2中將該關鍵區域進行閃爍突顯后再呈現給其他被試,發現被試的問題解決成功率顯著提高,這表明基于問題解決成功者的眼動軌跡對材料進行處理后反過來又促進了其他學習者的認知加工。

Grant和 Spivey (2003)主要是通過間接地加入線索(cueing)的方式(即突顯關鍵區域)來影響視覺注意及隨后的認知加工(van Gog,Jarodzka,Scheiter,Gerjets,& Paas,2009)。隨著眼動及圖形圖像技術的發展,近期研究者開始逐漸重視直接呈現專家在解決問題過程中的眼動軌跡的教學作用(Gegenfurtner,Lehtinen,Jarodzka,& S?lj?,2017;Jarodzka et al.,2012; Jarodzka,van Gog,Dorr,Scheiter,& Gerjets,2013; van Gog et al.,2009; van Marlen,van Wermeskerken,Jarodzka,& van Gog,2016)。例如,將一名兒科專家診斷嬰兒癲癇發作類型時的眼動軌跡(Jarodzka et al.,2012)或將一名海洋動物學專家講授不同魚類運動模式時的眼動軌跡(Jarodzka et al.,2013)以及相應任務過程中的口頭描述活動記錄下來,然后作為一種特殊的教學材料呈現給學習者,從而直接考察專家眼動對注意引導和認知加工效果的影響。這種得到學習者青睞(Nalanagula,Greenstein,& Gramopadhye,2006; Sadasivan,Greenstein,Gramopadhye,&Duchowski,2005)的特殊教學材料便被稱為眼動榜樣樣例。本文主要介紹了眼動榜樣樣例的結構、實驗制作方法及原因,綜述了近些年關于眼動榜樣樣例對注意引導和認知加工效果(教學效果)影響的實證研究,并探討了眼動榜樣樣例的理論基礎,以期為眼動榜樣樣例的教學價值研究提供一定的參考。

2 眼動榜樣樣例的結構及制作方法

眼動榜樣樣例主要由三個部分組成：(1)需要學習的視覺材料,即樣例本身; (2)榜樣外顯化的認知過程,即專家在完成任務過程中的言語解釋;(3)榜樣外顯化的知覺過程,即專家在任務過程中的眼動軌跡。如圖1為關于青蛙過河任務的眼動榜樣樣例簡要示意圖(類似樣例,參見：Gegenfurtner,Lehtinen,et al.,2017; van Marlen et al.,2016),該樣例中的青蛙過河問題解決視覺材料是學習者需要學習的內容; 專家解決該問題時的眼動軌跡反映專家的知覺加工,旨在引導學習者在時間空間上合理分配注意力; 專家同步解釋如何解決該問題反映了專家的認知加工,旨在幫助學習者習得問題解決的認知技能。

圖1 青蛙過河任務眼動榜樣樣例模擬示意圖

眼動榜樣樣例的制作方法與上述三個組成部分密切相關。首先,事先準備好視覺學習材料并置入眼動程序中。其次,邀請一位相關領域的專家或(經過刻意培訓的)高經驗者(最好具有教學經驗)錄制樣例。正式錄制前需向專家做出一定說明,例如：可要求專家想象接下來自己會給新手學習者講授如何完成某一任務(類似于教師授課),以盡量保證樣例能起到教學作用; 為保證樣例錄制質量及效率,可提前允許專家仔細閱覽學習材料并考慮好如何對該任務進行言語描述(Jarodzka et al.,2012,2013)。做好準備工作后,接著開始通過眼動儀進行樣例錄制,記錄專家在完成任務過程中的動態眼動軌跡,并采用配套的錄音設備同步錄制專家出聲思維式的言語描述。錄制完畢后,設置眼動參數并通過眼動儀中的回放功能創建和導出樣例視頻?；镜难蹌訁翟O置包括：對注視點進行參數定義,選擇注視點的形狀及顏色等。

3 眼動榜樣樣例與注意引導

作為樣例材料中的一種突顯刺激,專家的眼動軌跡理論上具有注意引導的作用。從表1中所匯總的研究結果來看,絕大部分實驗都證實眼動榜樣樣例在注意引導(包含信息選擇、信息組織、圖文整合加工以及眼動軌跡一致性等)上的積極影響,具體表現為：縮短首次注視到任務相關區域所需的時間,增加對任務相關區域的注視時間、注視次數,減少對任務無關區域的注視時間、注視次數,增加圖文之間的轉換次數以及提高眼動軌跡的一致性等。

3.1 信息選擇加工

眼動榜樣樣例在信息選擇上的加工優勢反映在對任務相關信息的搜索上,這較早得到了 Jarodzka,Scheiter,Gerjets,van Gog和Dorr (2010)研究結果的支持。在他們的實驗中,被試被要求觀看帶有或者沒有專家眼動軌跡的魚類運動教學視頻,測驗過程中發現眼動榜樣樣例減少了學習者首次注視到任務相關區域的時間,即學習者能夠更快地搜索到任務相關信息。在隨后采用相同材料的實驗中,總體上他們也發現了類似的結果(Jarodzka et al.,2013)。另一項任務為嬰兒癲癇診斷的實驗中,Jarodzka等(2012)向被試呈現了注視點形狀不同的眼動榜樣樣例,結果表明當專家眼動注視點以聚光燈形式呈現時,眼動榜樣樣例組首次注視到任務相關區域所需的時間比控制組更短。后來其他研究者同樣證實眼動榜樣樣例的視覺搜索優勢(van Marlen et al.,2016,實驗2)。因此,眼動榜樣樣例能夠有效地為學生進行信息導航(Salmerón,Naumann,García,& Fajardo,2017),降低視覺搜索的潛伏期,表明眼動榜樣樣例可能具有信息選擇功能。

3.2 信息組織加工

眼動榜樣樣例在信息組織上的加工優勢反映在對任務相關信息的注視上,這較早得到了Sadasivan等(2005)研究結果的支持。在他們的研究中,專家的眼動軌跡被作為一種前饋訓練(feedforward training),旨在考察這種方式能否訓練新手在虛擬現實環境中模擬檢查飛機貨倉,發現專家眼動軌跡的前饋訓練增加了新手對重要信息的平均注視時間、注視次數及注視點簇數。即向新手呈現專家的眼動軌跡有助于新手學習者模仿專家的知覺加工方式,對重要信息進行更多、更長的注視。Jarodzka研究團隊的系列實驗發現眼動榜樣樣例能夠增加測驗中學習者對任務相關信息的總注視時間(Jarodzka et al.,2010,2012,2013)。Sepp?nen和Gegenfurtner (2012)將一名專業教師進行CT診斷時的眼動榜樣樣例呈現給學生,發現學生對任務相關區域的注視次數增加,對任務無關區域的注視次數減少。其它研究也發現了眼動榜樣樣例在任務相關信息的注視時間、注視次數等上的優勢(Gegenfurtner,Lehtinen,et al.,2017; van Marlen et al.,2016,實驗2)。更多的注視時間、注視次數等表明學習者可能對信息進行了更為深入的組織加工,因此眼動榜樣樣例可能具有信息組織功能。

表1 眼動榜樣樣例研究

續表1

3.3 圖文整合加工

眼動榜樣樣例在圖文整合上的加工優勢反映在圖文信息的轉換加工上,這得到了近期研究結果的直接支持(Mason,Pluchino,& Tornatora,2015,2016; Scheiter,Schubert,& Schüler,2018)。Mason等(2015)在學習之前先向實驗組被試呈現水循環材料的眼動榜樣樣例以訓練其圖文整合加工策略,接著要求被試正式學習食物鏈相關的科學材料,發現相比控制組(無眼動榜樣樣例),實驗組被試在觀看了文字關鍵區域以及文字非關鍵區域后都接著會更長地去注視圖片關鍵區域,在觀看了文字非關鍵區域后也會再去更長地注視圖片非關鍵區域。研究者推測眼動榜樣樣例促使學習者花費更多時間從圖片中尋找與文字相對應的信息(Mason et al.,2015),即更多地進行圖文整合。Mason等(2016)隨后一項以大氣溫室效應為學習材料(眼動榜樣樣例同前)的類似研究不僅進一步證實了以上結果,同時還發現實驗組被試再次閱讀時從文到圖以及從圖到文之間的轉換次數比控制組更多。因此,眼動榜樣樣例促進了圖文材料間的整合加工,可能具有圖文整合功能。

3.4 眼動軌跡一致性

呈現眼動榜樣樣例最為直接的目的也許在于期望學習者與專家之間或者學習者與學習者之間的眼動軌跡盡量一致,因此眼動軌跡一致性受到部分研究者關注(Jarodzka et al.,2012,2013)。Jarodzka等(2012)計算了被試的注視點與專家的注視點之間的歐氏距離,發現當專家眼動注視點以聚光燈形式呈現時,眼動榜樣樣例組的歐氏距離要比控制組更短,說明聚光燈形式的眼動榜樣樣例使得學習者與專家之間的眼動軌跡更為一致。隨后的研究中,Jarodzka等(2013)計算了各組內被試之間的掃視路徑相似性(scanpath similarity),結果發現眼動榜樣樣例組被試之間的相似性比控制組更高,表明眼動榜樣樣例使得學習者與學習者之間的眼動軌跡更為一致。因此,眼動榜樣樣例成功引導了學習者的注意力。

總結來看,眼動榜樣樣例能夠有效引導注意(van der Gijp et al.,2017),表現為促進信息的選擇、組織與整合,并提高眼動軌跡的一致性。但需要指出的是,這種方式的注意引導成本過高,既需要相應領域的專家或高經驗者參與樣例的制作,還需要借助專業的眼動設備進行錄制。相比而言,線索(如在材料中加入箭頭、手勢等)因其簡便易行而被教學設計者所青睞,畢竟線索在注意引導方面同樣具有良好的選擇、組織和整合的功能(綜述或元分析見：王福興,段朝輝等,2013; 謝和平,王福興,周宗奎,吳鵬,2016; De Koning et al.,2009)。因此,如何在保證眼動榜樣樣例注意引導作用的前提下降低其制作成本可能是研究者需要進一步思考的內容。

王小景放下正調試的船模，看了半天兩方22艘主要參戰艦艇的參數，突然一拍手：“清軍的‘定遠號’‘鎮遠號’是兩艘重炮巨型鐵甲艦，其余八艘是火力一般的巡洋艦；日軍除了‘打醬油’的‘西京丸號’和‘赤城號’，其他都是配備了大量速射炮的艦艇……就是說，清軍是兩個‘肉盾’帶八個‘輔助’，對陣日軍的十個‘輸出’加兩個‘輔助’！那當然打不贏了！陣容不合理嘛！”

4 眼動榜樣樣例與教學效果

相比而言,研究者更為關心的一個問題是：將專家的知覺和認知過程外顯化并嵌入到樣例中,其教學效果到底如何? 從表1可以看出,研究結果并不像注意引導那樣一致。綜述先前研究發現,研究者主要從保持效果、遷移效果和行為反應時間等因變量指標上考察了眼動榜樣樣例的教學作用,僅部分研究發現眼動榜樣樣例的積極作用(提高保持、遷移效果,降低行為反應時間)。

4.1 保持效果

眼動榜樣樣例理論上被預期能夠促進知識的保持,部分研究支持了這一預期(Jarodzka et al.,2010; Mason,Scheiter,& Tornatora,2017; Nalanagula et al.,2006; Sadasivan et al.,2005; Sepp?nen &Gegenfurtner,2012)。比如：Litchfield,Ball,Donovan,Manning和Crawford (2010)要求被試診斷胸部X光片中的肺結節,實驗組被試在觀看了專家眼動榜樣樣例之后接著又向其呈現相同的圖片進行測試,發現他們的診斷表現好于其他組。Mason等(2015)發現相比無眼動榜樣樣例組,觀看眼動榜樣樣例提高了學習者對文字信息以及圖片信息的回憶成績。Gegenfurtner,Lehtinen等(2017)證實新手甚至專家在觀看了眼動榜樣樣例之后,他們在保持任務上對病人案例的診斷準確性和敏感性相比基線水平都得到了顯著提高。然而,另一些研究并沒有發現眼動榜樣樣例在保持效果上的積極作用。van Marlen等(2016)發現無論是學習簡單的幾何學問題(實驗 1)還是復雜的幾何學問題(實驗2),眼動榜樣樣例都沒有像預期的那樣促進知識的保持。Mason等(2016)也沒有發現眼動榜樣樣例對文字信息回憶成績的促進作用。甚至有研究表明眼動榜樣樣例阻礙了學習和問題解決(van Gog et al.,2009)。例如：Scheiter等(2018)研究發現,眼動榜樣樣例對基礎較好的學生沒有影響,但不利于基礎較差學生的回憶表現。

眼動榜樣樣例在保持效果上的不一致作用一定程度上可能與任務特征有關(Jarodzka,Holmqvist,& Gruber,2017)。van Marlen 等(2016)指出過程性任務與非過程性任務有所不同。在過程性任務中,學習者不僅需要認真學習眼動榜樣樣例(如觀看材料中的眼動軌跡),還需要借助鼠標或鍵盤點擊屏幕中的元素等方式來完成任務(van Gog et al.,2009)。這種交互式動作可能自動吸引學習者視覺注意力,從而干擾了眼動榜樣樣例在知識保持上的積極作用(van Marlen et al.,2016)。相反,在非過程性任務中,學習者通常只需認真觀看材料即可,不需與屏幕中的材料元素進行額外的交互,因此眼動榜樣樣例在學習效果上的積極作用得以正常發揮。

4.2 遷移效果

眼動榜樣樣例理論上被預期也能夠促進知識的遷移,這同樣得到部分研究結果的支持。Jarodzka等(2012)在被試觀看完教學樣例之后向他們呈現新的測驗材料,發現聚光燈式的眼動榜樣樣例促進了遷移成績。Mason團隊的兩項研究也都顯示眼動榜樣樣例有利于知識的遷移(Mason et al.,2015,2016)。然而眼動榜樣樣例的遷移效果似乎也并不穩定。例如：Jarodzka等(2013)關于魚類運動模式的研究發現眼動榜樣樣例提高了其中一項遷移問題(即：魚身體哪一部分產生動力?)的成績,但另一項遷移問題(即：產生動力的這些身體部分是如何運動的?)成績沒有得到提高。Gegenfurtner,Lehtinen等(2017)發現眼動榜樣樣例促進了專家學習者的遷移,并未促進新手學習者的遷移。van Marlen等(2016)的兩項實驗均沒有發現眼動榜樣樣例的遷移作用。van Noord (2016)則發現眼動榜樣樣例阻礙了遷移效果。

眼動榜樣樣例在遷移效果上的不一致作用一方面可能與任務特征有關(如前所述),另一方面也可能與學習者對遷移測驗項目的熟悉度有關。有研究表明,學習者能將習得的知識從熟悉的項目遷移到半熟悉的項目上,但不能遷移到不太熟悉的項目上(Gegenfurtner & Sepp?nen,2013)。以往有關眼動榜樣樣例的研究在考察其遷移效果時并未考慮學習者對遷移測驗項目的熟悉程度,因此不同的研究在遷移測驗項目的熟悉度上可能具有較大的異質性,從而影響了眼動榜樣樣例遷移效果的穩健性。

4.3 反應時間

眼動榜樣樣例理論上還被預期能夠減少問題解決的行為反應時間(van Marlen et al.,2016)。但綜述來看,實證研究結果同樣不一致。Stein和Brennan (2004)要求被試尋找Java程序Bug,發現向被試呈現專家程序員的眼動軌跡能夠加快他們找到程序Bug的時間。有趣的是,van Marlen等(2016)僅在實驗 1的遷移問題上證實眼動榜樣樣例減少了反應時間,而在保持問題上沒有發現這種作用,甚至在實驗 2的遷移問題上發現了相反的結果。其他研究者也發現了眼動榜樣樣例增加了問題解決的反應時間(Litchfield et al.,2010,實驗 1; Sadasivan et al.,2005)。

眼動榜樣樣例在行為反應時間上的不一致作用推測起來可能與速度-準確性權衡有關。當學習者在學習和測驗過程中意識到該任務與速度密切相關時(例如：尋找程序Bug),學習者在速度與準確性之間可能更傾向于選擇前者,因此眼動榜樣樣例在反應時間上能夠發揮積極作用。而當學習者意識到當前任務與準確性更相關時(例如：數學知識的學習),學習者更傾向于選擇準確性,而非速度,從而干擾了眼動榜樣樣例對反應時間的積極影響。當然,該推測有待后續研究檢驗。

綜合而言,眼動榜樣樣例與認知加工效果關系的穩健性還有待商榷和考證,不僅表現在保持效果、遷移效果、反應時間等指標自身存在不一致的結果,還表現在這些指標之間的矛盾性上。對此,至少可能需從三個方面來思考或解決該問題。一是考察影響眼動榜樣樣例教學效果的邊界條件(boundary conditions),即調節變量。目前的研究主要集中在檢驗眼動榜樣樣例是否有效上,對于眼動榜樣樣例何時有效則缺乏足夠的探討。Jarodzka等(2017)認為眼動榜樣樣例能否促進任務表現并不是那么重要,更為重要的是分析眼動榜樣樣例在什么情況下起促進作用。從教學角度講,學習者特征、教學材料特征以及實驗設計特征等都有可能對眼動榜樣樣例的作用產生重要影響。二是可采用元分析等技術對相關研究的效應量進行合并處理,以檢驗眼動榜樣樣例作用的穩健性。三是尋找更為敏感的教學效果指標,例如可嘗試采用學習效率指標。以往研究通常將保持效果或遷移效果與反應時間分開進行考察,后續研究可計算單位反應時間內學習者的保持效果(即：保持效率)或遷移效果(即：遷移效率),從而探討眼動榜樣樣例是否在學習效率上存在穩健的積極作用。

5 眼動榜樣樣例的理論基礎

盡管眼動榜樣樣例的教學作用并不穩定,但研究者從不同的知覺或認知理論角度均對其做出了積極的預期和解釋。

5.1 信息縮減假說

信息縮減假說(information-reduction hypothesis)由Haider和Frensch (1999)提出。該假說認為,專家對信息具有選擇性的知覺加工優勢,即他們能夠選擇性地加工任務相關信息,忽視任務無關信息,表現為對任務相關區域的注視更多、更長,而對任務無關區域的注視更少、更短。這反映了不同專長水平的學習者擁有不同的視覺搜索策略(van Meeuwen et al.,2014)。比如：Charness,Reingold,Pomplun和Stampe (2001)比較了國際象棋專家和新手在視覺搜索任務上的差異,發現專家能夠更多地注視任務相關的棋子,忽視任務無關的棋子。目前該假說得到了象棋(Reingold,Charness,Pomplun,& Stampe,2001)、醫學(O'Neill et al.,2001)、藝術(Vogt & Magnussen,2007)、教學(王福興,蘆詠莉,段朝輝,周宗奎,2013)等多個領域眼動研究以及元分析(Gegenfurtner,Lehtinen,&S?lj?,2011)的支持。

根據信息縮減假說,研究者有理由推測眼動榜樣樣例能夠有效地引導學習者注意任務相關信息,忽視任務無關信息(van Marlen et al.,2016)。眼動榜樣樣例通常包含了某領域專家的眼動軌跡,而一方面學習者(特別是新手學習者)對樣例中的眼動軌跡這種突顯刺激比較敏感,另一方面在實驗中學習者通常被告知樣例中的眼動軌跡為某專家的眼動軌跡,因此學習者的注意力容易被其吸引(Jarodzka et al.,2012),并在學習中注視任務相關區域,忽視任務無關區域(Gegenfurtner,Lehtinen,et al.,2017; Sepp?nen & Gegenfurtner,2012),而只有注視任務相關信息才有助于學習和問題解決(Litchfield et al.,2010,實驗2和3)。總之,眼動榜樣樣例可能通過促使學習者模擬專家的選擇性加工過程而提高教學效果。

5.2 多媒體學習認知理論

多媒體學習認知理論(cognitive theory of multimedia learning,CTML)由美國心理學家Mayer(2009)提出。該理論提出了三個基本假設：(1)雙通道假設(dual-channel assumption),即人們分別通過視覺、聽覺通道加工視、聽材料; (2)容量有限假設(limited-capacity assumption),即人們在每個通道中單位時間內加工的信息容量是有限的;(3)主動加工假設(active-processing assumption),即人們能夠主動地選擇、組織和整合相關信息。而為了緩解認知資源的有限性并實現有意義學習,學習者需要對同一通道或不同通道的信息進行高效的選擇、組織和整合加工,建立連貫一致的心理表征。

眼動榜樣樣例被認為有助于幫助學習者提高信息選擇、組織和整合的效率(Gegenfurtner,Lehtinen,et al.,2017)。當呈現眼動榜樣樣例時,學習者能夠迅速追隨專家的眼動軌跡選擇注視相關信息(Jarodzka et al.,2010,2012); 之后學習者會投入更多的注視對任務相關信息進行更為深入的組織加工(Gegenfurtner,Lehtinen,et al.,2017; Sepp?nen& Gegenfurtner,2012),分別建立圖、文相關的心理模型; 隨后,學習者可以將不同的心理模型以及先前知識進行整合(Jarodzka et al.,2013; Mason et al.,2015,2016),從而建立連貫一致的心理表征,保證了高效的學習?？傊?眼動榜樣樣例可能通過實現高效的信息選擇、組織和整合的方式而促進教學。

5.3 認知學徒制理論

認知學徒制理論(cognitive apprenticeship)由Collins等(1989)提出(中文綜述見：陳家剛,2010)。該理論認為,學習環境的設計應考慮 4個維度：內容(content)、方法(method)、順序(sequence)和社會性(sociology)。其中,在內容上應注重啟發式策略(heuristic strategies)、控制策略(control strategies)和學習策略(learning strategies)等的習得。啟發式策略是專家為成功完成任務通常所采用的方法或技巧,例如醫學專家從頭到腳系統地觀察正電子發射斷層掃描圖?？刂撇呗允菍＜矣糜诒O控、診斷、補救任務完成過程的方法,例如評估如何開始或采用何種有效的啟發式策略完成任務。學習策略是用于學習新概念、事實或程序的方法,例如遇到困難時尋求他人幫助。在方法上,該理論重視榜樣的示范作用,鼓勵采用一些特別的技術將專家的思維過程可視化或外顯化(Collins,Brown,& Holum,1991),并認為這有利于學習者知覺到和習得專家的問題解決策略。

根據該理論,眼動榜樣樣例是一種有效的教學設計方法。眼動榜樣樣例借助眼動技術將專家在任務過程中的知覺和認知過程外顯化,學習者可以直接觀察到專家的思維過程,并學習到專家在任務中的問題解決策略。比如：Gegenfurtner,Lehtinen等(2017)對被試在完成測試任務時的出聲思維數據進行了編碼,分析后發現觀看眼動榜樣樣例使得學習者采用了更多的啟發式策略和控制策略。當然,該理論解釋目前還缺乏足夠的實證研究支持。

對比以上理論可以發現：信息縮減假說強調眼動榜樣樣例在選擇性加工上的優勢; 多媒體學習認知理論不僅贊同眼動榜樣樣例促進了信息選擇,同時還強調其在信息組織和整合上的優勢;認知學徒制理論則重視眼動榜樣樣例在問題解決策略習得上的作用。無論是哪種理論,都認為眼動榜樣樣例有利于學習者進行更深入、高效的認知加工,從而進一步提高教學效果。

值得注意的是,眼動榜樣樣例促進學習或問題解決的內在機制其實并不明確。例如：根據信息縮減假說或多媒體學習認知理論,有效的注意引導(至少部分程度上)是眼動榜樣樣例提高教學效果的保障,即眼動榜樣樣例可以通過注意引導來促進教學。Kok和Jarodzka (2017)也指出,眼動榜樣樣例之所以能提高教學效果,是因為它很好地引導了學習者的視覺注意。這說明注意引導在眼動榜樣樣例和教學效果之間可能起到了中介的作用。顯然,是否存在這種內在的中介機制,目前缺乏數據支持。因此,后續研究可通過中介效應分析等方法考查注意引導和教學效果之間的關系(Scheiter et al.,2018),從而揭示眼動榜樣樣例的作用機制。

6 總結與展望

6.1 總結

結合表1的相關結果來看,眼動榜樣樣例確實具有比較穩定的注意引導作用,表現為促進了信息的選擇、組織和整合加工,同時還提高了眼動軌跡的一致性。然而在教學效果上,眼動榜樣樣例的作用受到一定的質疑。雖然 Renkl和Scheiter (2017)認為眼動榜樣樣例通常能夠支持學習,特別是基于視覺顯示(visual displays,ViDis)的學習,但從表1所梳理的實證研究可以看出,無論是保持效果、遷移效果還是反應時間,研究結果均不太同質。盡管如此,我們也不能否認眼動榜樣樣例可能存在著巨大的作用。針對眼動榜樣樣例的潛在影響,研究者從信息縮減假說、多媒體學習認知理論、認知學徒制理論等視角進行了積極的預期和解釋,并分別強調眼動榜樣樣例在選擇性加工,信息選擇、組織與整合,以及問題解決策略習得上的優勢。

目前在上述理論的指導下,研究者對眼動榜樣樣例的作用投入了較大的研究熱情,原因不僅僅在于它是一種較為新穎的教學樣例,更在于它所包含著的巨大的研究和實用價值。一方面,從理論角度看,眼動榜樣樣例研究為人們考察眼動如何影響認知提供了良好的范式,為進一步檢驗和豐富相關的理論假說提供了一定的契機。另一方面,從現實角度看,深入探討眼動榜樣樣例可以為真實的課堂教學、專業培訓甚至今后的教育改革提供科學的依據。如果有更為充足的證據表明眼動榜樣樣例能夠較為穩定地提高教學效果,那么教育工作者或教學設計者只需借助一定的技術手段將專家的知覺和認知思維外顯化便可達到理想的教學目的,這無疑有助于為教育系統節省大量的人力物力財力。當然,還需認識到,眼動榜樣樣例的作用還有待未來研究繼續進行更深入的探索。

6.2 展望

除思考如何降低眼動榜樣樣例制作成本、考察影響眼動榜樣樣例教學效果的邊界條件以及分析眼動榜樣樣例的作用機制外,后續研究可能還需要從如下多個方面進一步探索。第一,區分眼動榜樣樣例的知覺成分和認知成分的作用。通常情況下,眼動榜樣樣例中既包括專家外顯的知覺過程(眼動軌跡),也包括其外顯的認知過程(言語解釋)。那么,眼動榜樣樣例的作用到底是得益于知覺成分,還是認知成分,還是二者的結合? 目前并不清楚。Mason等(2015,2016)認為言語解釋在簡單的知覺任務中是冗余的,可能會干擾被試的觀察學習,被試不太容易同時注意專家的言語解釋和眼動軌跡,因此在他們的研究中并沒有向被試呈現專家對任務的言語解釋,僅呈現樣例本身及專家眼動軌跡,最終也發現了積極的結果。然而van Marlen等(2016)在其實驗1中也沒有呈現言語解釋,但并未發現預期的積極作用。因此,眼動榜樣樣例中的知覺和認知成分是否存在相互作用還有待考證。

第二,區分人工樣例與真實情景之間的差別。眼動榜樣樣例畢竟只是一種人工制作的教學樣例,它和真實自然的情景是不同的(van Gog et al.,2009)。比如：專家在完成任務的過程中往往是非常迅速的,而眼動榜樣樣例中一般要求專家放慢速度以便于學習者能夠跟上節奏,可能專家在放慢速度后的加工過程與不放慢時并不完全一致。另外,在正常的交流或教學情景中,情緒表達(Bayliss,Frischen,Fenske,& Tipper,2007)、手勢(Hostetter,2011; Wang,Li,Mayer,& Liu,2018)等都起著重要作用,而眼動榜樣樣例中并不包含這些成分。那么,從真實情景到人工樣例之間的這些變化是否影響著學習者的注意和認知加工,目前也不清楚。

第三,考察專家眼動軌跡的預訓練作用。如果學習者確實能夠通過專家的眼動軌跡來進行知覺和認知加工,那么是否可以通過專家眼動軌跡本身提前訓練學習者的眼動注視模式來影響隨后的學習和問題解決? 近期,在眼動預訓練(eye movement pre-training)的研究(Skuballa,Fortunski,& Renkl,2015)中,實驗者要求被試正式學習之前跟隨屏幕中的動態刺激(如：黑色圓點)進行規則的注視追隨,而該動態刺激的移動軌跡與接下來的學習內容需要被注視的順序是一致的,以此方式來提前訓練被試的注視模式,結果發現眼動預訓練有效提高了新手的學習成績。不過,用來預訓練的刺激是研究者自行設計的,并非專家的注視點軌跡。若采用專家的眼動軌跡進行預訓練也能達到積極的效果,這將不僅有利于證實眼動榜樣樣例中知覺成分的作用,同時也能簡化眼動榜樣樣例(只需專家的眼動軌跡,沒有樣例本身及言語解釋),還能降低眼動榜樣樣例的制作成本。

第四,關注新手在特定領域中專長的發展(Gegenfurtner,Kok,van Geel,de Bruin,Jarodzka,et al.,2017)。以往關于眼動榜樣樣例的研究多從橫向視角探討其對教學效果的短時作用,不利于揭示眼動榜樣樣例是否具有長時的積極影響。未來研究可從縱向視角考察眼動榜樣樣例在新手專長發展上的作用特點。

第五,探討眼動軌跡對合作學習的影響。認知心理學領域共享注視(shared gaze)的研究發現,向一對被試呈現彼此在合作任務中的眼動軌跡有利于二者進行良好的視覺搜索(Brennan,Chen,Dickinson,Neider,& Zelinsky,2008)、空間定位(Neider,Chen,Dickinson,Brennan,& Zelinsky,2010)和問題解決(Velichkovsky,1995)。在教學過程中,合作學習是非常普遍的學習方式。共享學習者與學習者之間或者專家與學習者之間的眼動軌跡是否有助于合作教學,這也將是后續研究值得探討的主題。

最后,采用認知神經技術挖掘眼動榜樣樣例的神經基礎。隨著教育神經科學(educational neuroscience)的興起,功能性近紅外光譜腦成像(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)等技術為分析教學的神經機制提供了重要手段(Brucker,Ehlis,H?u?inger,Fallgatter,& Gerjets,2015)。在眼動榜樣樣例的幫助下,新手能否實現與專家類似的腦區激活? 哪些腦區的激活與教學效果的提高密切相關? 這些都是未來研究可能需要考慮的問題。此外,專長的神經機制一直以來是研究者關注的重要問題(綜述見：Gegenfurtner,Kok,van Geel,de Bruin,& Sorger,2017)。研究表明,大腦可塑性(brain plasticity)與專長密切相關,專長能夠導致腦區結構性的重塑(Amunts et al.,1997;Delon-Martin,Plailly,Fonlupt,Veyrac,& Royet,2013)。例如：長期訓練的體操運動員在左側額下回(left inferior frontal gyrus)、雙側頂上和頂下小葉(bilateral inferior and superior parietal lobule)、左側角回(left angular gyrus)及其它腦區的灰質密度要比非運動員更大,這些腦區的重塑表明運動員在對運動方向的估計、對運動速度的監控以及對周圍物體的識別等方面存在優勢(Huang,Lu,Song,& Wang,2015)。那么,如果通過向新手學習者呈現眼動榜樣樣例來對其進行某項任務的訓練,是否會有助于新手學習者與專家腦區類似的結構性重塑? 這也有賴于認知神經科學的解答。

致謝：感謝李俊一、劉慶奇和楊秀娟在論文修改過程中的幫助。