文本學習中運用先行組織者策略的知識反轉效應 *

張冬梅 路海東

(1 東北師范大學心理學院，長春 130024) (2 伊犁師范大學教育科學學院，伊寧 835000)

1 問題提出

近年來，教育心理學領域關于學習者的先備知識與教學方法有效性之間的關系研究發現，適宜于低先備知識者的教學方法可能并不適宜于高先備知識者，教學方法的有效性因學習者的先備知識水平差異會出現分離現象，即知識反轉效應（Expertise Reversal Effect）（Kalyuga, Ayres, Chandler,& Sweller, 2003）。例如，韓國小學生在線學習英語時，英語學習先備知識較高的學生，單詞與語法解釋順序呈現時的學習效果好于兩者同時呈現，而英語學習先備知識較少學生的結果則出現了反轉，單詞與語法解釋同時呈現時的學習效果好于兩者順序呈現，出現了知識反轉效應（Song,2016）。學習者的先備知識與所選擇的教學方法的有效性存在著一種穩定的關系，初學者接受帶有明確指導的外顯教學有利于其圖式的形成，而對于更有知識的學習者最小化指導的教學更有利于學習（Kalyuga & Singh, 2016）。

國內外研究發現，教學呈現策略、指導策略等教學策略和認知策略、元認知策略、資源管理策略等學習策略的運用中發現了大量的知識反轉效應證據（張冬梅, 路海東, 祖雅桐, 2016）。早期研究認為，學習者的先備知識會影響先行組織者的運用效果，先行組織者對先備知識較少的學習者的促進作用更好（Mayer, 1979）。先行組織者策略作為一種重要的教學組織策略，其運用效果是否會出現知識反轉效應呢？先行組織者是在學習不熟悉的新內容前所呈現的與新學習的內容相關聯的更普遍、抽象和概括性的說明性材料，是促進學生有意義學習的一種重要教學策略，有利于促進學生文本學習效果（Ausubel, 1960），也有利于促進學生的學習動機（Shihusa & Keraro, 2009）。先行組織者包含多種形式，可以是文字組織者，例如，在文本學習前，教師用口語陳述學習內容的概況或者讓學生提前閱讀一段概括性文本（Ausubel, 1960）；同時，先行組織者也可以是形象的圖形、視頻等材料，例如圖片、模型、概念框架圖、視頻等（German, 2016; Cummins, Kimbell-Lopez, & Manning, 2015; Cutrer, Castro, Roy, & Turner,2011; Vogel-Walcutt, Del Guidice, Fiorella, & Nicholson,2013）。文字組織者和圖形類組織者的學習效果存在差異。如對商業文檔閱讀進行研究發現，圖形先行組織者促進了選擇性閱讀，文字先行組織者增強了回憶（Lagerwerf, Cornelis, de Geus, & Jansen,2008）。多媒體教學中發現，圖片與文本同時呈現可能更有利于學習（Mason, Pluchino, & Tornatora,2013）。知識反轉效應的相關研究顯示，對于低知識水平者，圖文結合的冗余呈現方式可能優于單一的圖形或文字一種呈現方式，已有知識水平較多的學習者可能運用單一呈現方式更有利于學習（Kalyuga et al., 2003）。那么，文字與圖形先行組織者的呈現方式是否也會出現類似的效應？

關于知識反轉效應的產生原因，存在不同的理論解釋。認知負荷理論認為，教學指導可以彌補新手所欠缺的先備知識，進而降低認知負荷；對于高先備知識學習者，其長時記憶中的已有知識和外在教學指導間存在重疊，在運用內部資源和接受外部教學時重復處理相同的信息，會產生額外的認知負荷（Kalyuga, 2007）。也有觀點認為知識反轉效應是元素關聯效應的一種變異類型（Chen, Kalyuga, & Sweller, 2017），同樣的材料對于低先備知識者而言是低關聯的，而對于高先備知識者而言材料信息則是高關聯的。動機理論認為，知識反轉效應的產生可能是由于高先備知識者在外在指導更多的教學條件下興趣、挑戰等動機水平下降所致（Rey & Buchwald, 2011）。目前，知識反轉效應的認知負荷解釋得到了較多實證研究的支持，而動機解釋仍有待于驗證。

綜上所述，學習策略與教學策略的運用中存在大量的知識反轉效應，關于效應產生原因的動機解釋欠缺實證支持。知識反轉效應研究框架下，對于不同先備知識者如何有效運用先行組織者策略這一問題尚未有研究涉及。本研究擬以母語為漢語的大學生為研究對象，采用能力傾向與教學處置交互作用（ATIs）研究范式，操縱學習者的先備知識水平和先行組織者類型，探索先行組織者教學策略運用于文本學習中是否會產生知識反轉效應，效應產生的具體特點，以及效應產生的認知負荷與動機原因，以揭示基于學習者先備知識差異的先行組織者教學策略實施原則，對基于文本閱讀的學習與教學提供指導。

2 研究方法

2.1 實驗設計

采用2（高先備知識者與低先備知識者）×4（文字加模型先行組織者、模型先行組織者、文字先行組織者、無先行組織者）兩因素被試間設計，8個實驗處理。因變量選取記憶成績、遷移成績、總成績、認知負荷與動機得分。

2.2 被試

選取某師范院校母語為漢語的大學生240人，經歷過一學期時間學習“心理學”課程。根據先備知識測驗的分數由高到低排列后等組分配為4組被試，然后各組被試先備知識測驗分數平均分以上為高先備知識組，平均分以下為低先備知識組，形成8組被試，每個實驗處理30人。高先備知識組先備知識平均值依次為：21.63、21.80、21.67、21.50，低先備知識組先備知識得分平均值依次為：15.50、16.07、15.70、16.10。運用兩因素方差分析結果顯示，高先備知識組與低先備知識組的先備知識測驗得分差異顯著（F（1，232）=354.614，p＜0.001，0.605）；四類組織者文本學習組的先備知識測驗得分差異不顯著（F（3，232）=0.260，p＞0.05，=0.003）；先備知識與組織者類型的交互作用不顯著（F（3，232）=0.265，p＞0.05，=0.003）。被試分組合理有效。

2.3 實驗材料

先備知識測驗：從 “心理學”課程（盧家楣主編的《心理學與教育》教材）所編制的試題庫中抽取形成《心理學背景知識測驗》，包括15個判斷題，15個單項選擇題，5個多項選擇題，共40分。試題庫由講授心理學課程5年以上的心理學專業碩士研究生以上學歷的教師所編制，具有較好的內容效度。

文本閱讀學習材料：從呂厚超和李敏（2000）發表于《心理學動態》雜志的《閃光燈記憶的理論模型》一文中選取其中關于閃光燈記憶的概念、特點和攝影模型等內容，修改形成《閃光燈記憶》一文作為文本閱讀學習材料，字數約1100字。對閃光燈記憶的概念、特點和攝影模型進行概括形成文字加模型組織者、模型為主的組織者、文字組織者三種類型的材料，并在文本學習前呈現，無先行組織者文本作為對照組材料。模型組織者主要參考呂厚超和李敏（2000）文章中對攝影模型解釋所繪制的模型。

認知負荷測驗：本研究采用的認知負荷多維度測驗是在已有研究量表的基礎上修訂而成，共8個題目，其中6個題目來源于NASA-TLX量表，2個題目來源于趙立影（2014）的認知負荷測量工具，內部一致性系數為α=0.60。NASA-TLX量表最初由Hart和Staveland（1988）編制，包括6個題目，涉及腦力需求、體力需求、時間需求、努力程度、業績水平、受挫程度6個指標。Hill等人（1992）曾比較了四種主觀量表，結果發現TLX量表與OW量表的敏感性要比其他兩種量表要好，并且可靠性程度更高。肖元梅、王治明、王綿珍和蘭亞佳（2005）, 肖元梅、范廣勤、馮昶、李偉和姜紅英（2010）運用TLX量表測量腦力勞動者的認知負荷表明其具有較好的信度與效度。Rey和Buchwald（2011）認為NASA-TLX量表使用起來方便快捷，適合運用于學習任務中出現知識反轉效應的認知負荷特點測量。趙立影的認知負荷測量工具包括心理努力、任務難度和條件有用性三個題目，分別針對相關認知負荷、內在認知負荷和外在認知負荷的評定，且信度和效度良好。為了使本研究中的認知負荷測驗的維度更加全面，將趙立影的量表中的難度和條件有用性兩個題目納入。

動機測量：采用《當前動機問卷》（Vollmeyer& Rheinberg, 1998），18個項目，包括興趣、挑戰、成功的概率、焦慮情緒4個維度，采用利克特7級計分。本研究中此量表的內部一致性系數α=0.66，各維度的內部一致性依次為0.74、0.60、0.67、0.78。

文本閱讀學習測驗：由研究者編制《閃光燈記憶學習效果測驗》，再由另一名心理學專業的博士進行修改。包括10個判斷題（記憶題分值10分）和5個選擇題（近遷移題分值10分），研究中此測驗的內部一致性系數α=0.65。記憶題例如“閃光燈記憶是一種與自己有關的生活經歷的記憶。”，遷移題例如“關于經歷“5.12”汶川地震事件的人們的記憶可能具有以下哪些特點？”。

2.4 過程與數據處理

實驗先進行先備知識測驗，根據測驗結果平衡先備知識得分將被試等組分配為高先備知識者4組，低先備知識組4組，形成8個實驗組。文本閱讀學習采用分班級集體施測的方式進行，先行組織者在文本內容學習前呈現，緊接著進行文本學習，然后進行文本閱讀學習測驗，休息2分鐘后完成認知負荷和動機測驗。數據錄入SPSS17.0統計軟件進行處理，運用方差分析進行數據分析。

3 結果與分析

3.1 高低先備知識者閱讀四類先行組織者文本的學習成績差異分析

以先備知識水平和先行組織者類型作為自變量，以文本學習后的記憶成績、遷移成績和總成績作為因變量，進行兩因素方差分析，結果顯示（描述統計見表1）：記憶成績、遷移成績和總成績，先備知識水平的主效應均不顯著；記憶成績與總成績，先行組織者類型的主效應顯著（F（3,233）=5.157,p＜0.01,=0.063;F（3, 233）=3.196,p＜0.05,=0.040）；運用 Scheffe 法進行多重比較，對于記憶成績，文字加模型組織者條件下的記憶成績顯著高于無先行組織者條件（p＜0.01），模型組織者條件下的記憶成績顯著高于文字組織者和無先行組織者條件（ps＜0.001）；對于總成績，文字加模型組織者、模型組織者、文字組織者條件的學習總成績均顯著高于無先行組織者組（p＜0.05、0.01、0.05）。可見，對于文本學習而言，運用先行組織者策略的教學效果顯著好于不運用先行組織者策略。

對于記憶成績、遷移成績和總成績，先備知識水平與組織者類型的交互作用均顯著（F（3,233）=3.098,p＜0.05,=0.039;F（3, 233）=2.791,p＜0.05,=0.035;F（3, 233）=4.734,p＜0.01,=0.058）。對記憶成績交互作用進行簡單效應檢驗，結果顯示（見圖1），低先備知識者閱讀不同類型先行組織者文本的記憶成績差異顯著，F（3, 233）=7.84，p＜0.001，低先備知識者在模型先行組織者條件下的記憶成績顯著高于文字組織者和無先行組織者條件（p＜0.05、p＜0.001），在文本加模型組織者條件下的記憶成績顯著高于無先行組織者條件（p＜0.05）；高先備知識者學習不同類型組織者文本的記憶成績差異不顯著，F（3,233）=0.45，p＞0.05，出現了部分知識反轉效應。對遷移成績交互作用進行簡單效應檢驗，結果顯示，低先備知識者和高先備知識者學習不同類型先行組織者文本的遷移成績差異均不顯著（ps＞0.05），未出現知識反轉效應。學習總成績交互作用的簡單效應檢驗結果顯示（見圖2）：低先備知識者學習不同類型先行組織者文本的總成績差異顯著，F（3, 233）=6.39，p＜0.001，在文字加模型組織者和模型組織者文本學習條件下的總成績顯著高于無先行組織者條件（p＜0.05、p＜0.01），模型組織者條件下的學習總成績高于文字組織者條件（邊緣顯著p=0.08）；而高先備知識者學習不同類型先行組織者文本的總成績無顯著差異，F（3, 233）=1.53，p＞0.05，出現了部分知識反轉效應。

可見，先行組織者策略運用中的記憶成績與總成績均出現了部分反轉效應，對于低先備知識者，文字加模型組織者和模型組織者條件下的學習成績更好。

表 1 高低先備知識者閱讀不同類型先行組織者文本的學習成績描述（M±SD）

3.2 高、低先備知識者學習不同類型先行組織者文本的認知負荷差異分析

以先備知識水平和先行組織者類型為自變量，以認知負荷的各指標為因變量，進行兩因素方差分析。結果顯示（描述統計見表2、表3）：業績水平和受挫程度得分，先備知識的主效應顯著，F（1, 232）=5.372，p＜0.05，=0.023；受挫程度得分，先行組織者類型的主效應顯著，F（3,232）=3.941，p＜0.05，=0.017。運用 Scheffe法進行多重比較結果顯示，低先備知識者業績水平滿意度得分顯著低于高先備知識者得分（p＜0.05），而高先備知識者體驗到的受挫程度顯著低于低先備知識者（p＜0.05）；文字加模型先行組織者條件下的受挫程度得分顯著高于模型組織者條件（p＜0.05），其他條件任兩組間受挫程度得分均無顯著差異（ps＞0.05）。

對于心理努力和腦力負荷得分，先備知識與組織者類型的交互作用顯著（F（3, 232）=4.206,p＜0.01,=0.052;F（3，232）=2.847,p＜0.05,=0.036）。對心理努力的交互作用進行簡單效應檢驗，結果顯示（見圖3）：低先備知識者閱讀不同類型先行組織者文本的努力程度存在顯著差異（F（3, 233）=2.69,p＜0.05），在模型組織者條件下的心理努力顯著低于無先行組織者文本條件（p＜0.05）；而高先備知識者閱讀不同類型先行組織者文本的努力程度無顯著差異（F（3, 233）=1.78,p＞0.05）。對腦力負荷的交互作用進行簡單效應檢驗，結果顯示，低先備知識者閱讀不同類型先行組織者文本的腦力負荷存在顯著差異（F（3, 233）=3.94,p＜0.01），在文字組織者條件下的腦力負荷顯著高于模型組織者條件（p＜0.05）；而高先備知識者閱讀不同類型先行組織者文本的腦力負荷無顯著差異（F（3, 233）=0.28,p＞0.05）（見圖 4）。

3.3 高低先備知識者學習四類先行組織者文本的動機差異分析

以先備知識水平和先行組織者類型為自變量，以任務動機的四個維度：興趣、挑戰、焦慮、成功的概率為因變量，進行兩因素被試間方差分析，結果顯示（描述統計見表4）：成功的概率得分，先備知識主效應邊緣顯著，F（1, 232）=3.755，p=0.054，=0.016，高先備知識者得分高于低先備知識者；焦慮得分，先備知識的主效應顯著，F（1, 232）=5.359，p＜0.05，=0.023，低先備知識者得分顯著高于高先備知識者；對于任務興趣而言，組織者類型的主效應顯著，F（3, 232）=3.139，p＜0.05，=0.039，運用 Scheffe法進行多重比較結果顯示，文字加模型組織者條件下的興趣得分顯著高于模型組織者、文字組織者和無先行組織者組條件（p＜0.05、0.01、0.05），模型組織者、文字組織者和無先行組織者組的興趣得分無顯著差異（ps＞0.05）。

表 2 高、低先備知識者學習不同類型先行組織者文本的認知負荷描述統計（M±SD）

表 3 高低先備知識者閱讀不同類型先行組織者文本的認知負荷描述統計（M±SD）

對于興趣得分，先備知識與組織者類型的交互作用顯著，F（3, 232）=2.840，p＜0.05，=0.035。簡單效應檢驗結果顯示（見圖5），低先備知識者閱讀不同類型先行組織者文本的興趣存在顯著差異，F（3, 233）=4.87，p＜0.01，在文字加模型先行組織者條件下的興趣得分高于無先行組織者條件（p＜0.01）；而高先備知識者不同類型先行組織者文本學習條件下的興趣得分無顯著差異，F（3, 233）=1.13，p＞0.05。

表 4 不同先備知識者閱讀不同類型先行組織者文本的動機得分描述統計（M±SD）

4 討論

4.1 文本學習中學習者先備知識對先行組織者策略運用效果的調節效應

本研究以大學生為被試，考察了文本閱讀學習中學習者的先備領域知識對不同類型先行組織者策略運用效果的調節效應，即知識反轉效應，同時考察了先備知識對先行組織者策略起調節效應同時的認知負荷與動機特點，用以解釋知識反轉效應產生的認知負荷與動機原因。

結果發現，對于低先備知識者，文字加模型組織者和模型組織者條件下的記憶成績和總成績相對好于文字組織者和無先行組織者條件；而對于高先備知識者，學習四類先行組織者文本的記憶、遷移和總成績無顯著差異，出現了部分知識反轉效應。知識反轉效應包含兩種類型：部分反轉效應和完全反轉效應（張冬梅等, 2016）。部分反轉效應表現為高、低先備知識者僅有一組學習者在不同教學條件下的學習效果存在顯著差異，而完全反轉效應表現為，不同先備知識者在不同教學條件下的學習效果均存在顯著差異。本研究結果與已有研究的結果相一致。吳嵐（2009）對多媒體學習中信息呈現方式和經驗水平對認知負荷的影響研究發現，圖片加文本的信息呈現方式更有利于低知識經驗者獲得知識。基于本研究結果，文本材料學習中先行組織者類型的運用，需要考慮學習者的先備知識。對于低先備知識者而言，運用文字加模型和模型先行組織者等更形象、生動、冗余的先行組織者的學習成績更好，而對于高先備知識者形象生動和冗余的組織者類型與無先行組織者相比沒有差異，從教學指導最小化原則出發，高先備知識者可能實施無先行組織者的直接教學更有效。

認知負荷理論和動機理論可以解釋本研究知識反轉效應產生的原因（Kalyuga, 2007; Rey &Buchwald, 2011）。低先備知識者可能在文字加模型組織者和模型組織者條件下的外在認知負荷較低，學習動機較高，容易理解先行組織者中的信息，填補自身先備知識的不足，促使文本學習與自己已有知識的關聯性更密切，取得更好的學習成績。本研究對兩種解釋的合理性也進行了驗證。

4.2 高低先備知識者文本學習中運用不同類型先行組織者的認知負荷特點

對文本學習中運用先行組織者策略中的認知負荷特點進行研究，結果發現，低先備知識者在不同類型先行組織者文本學習條件下的努力程度和腦力負荷存在顯著差異，在模型組織者條件下的心理努力和腦力負荷顯著低于文字組織者和無先行組織者條件；而高先備知識者學習四類先行組織者文本的努力程度和腦力負荷均無顯著差異。此結果一定程度上與以往研究結果相一致，當學習者先前知識較低時，提供先行組織者有利于降低其認知負荷，提高學習成績，同時，先行組織者的形式對認知負荷也有一定影響（龔德英, 2009）。證實了知識反轉效應的認知負荷解釋。

低先備知識者在模型組織者條件下的心理努力和腦力負荷低于無先行組織者條件，可能的原因在于低先備知識者的長時記憶中欠缺新知識的圖式，教學中不提供先行組織者時，無法通過長時工作記憶結構提取并運用已有圖式加工新信息并形成高水平的圖式而擴大工作記憶容量，會產生較高的工作記憶資源負荷，提供先行組織者則能夠彌補其長時記憶中的圖式欠缺，降低工作記憶負荷，付出較低的心理努力和腦力負荷，便可取得更好的成績。先行組織者的類型也會影響低先備知識者的認知負荷（龔德英, 2009），本研究中低先備知識者在模型組織者條件下的心理努力和腦力負荷顯著低于文字先行組織者條件，可能的原因在于，與文字組織者相比，模型組織者更有利于使文本的組織結構具體形象化，促進學習者理解文本內容，更有利于激活其已有的圖式（Cummins et al., 2015），在學習新知識時有利于學習者通過長時工作記憶結構提取并運用已有圖式加工新信息，形成新的圖式，擴大工作記憶容量，進而降低認知負荷，學習者付出較少的心理努力和腦力資源即可取得更好的成績。

4.3 高低先備知識者文本學習中運用不同類型先行組織者的動機特點

研究對先行組織者策略運用中的動機特點進行考察，用以驗證知識反轉效應產生原因的動機解釋。結果發現，低先備知識者在文字加模型先行組織者條件下的興趣得分顯著高于無先行組織者條件；而高先備知識者閱讀不同類型先行組織者文本的興趣得分無顯著差異。此結果一定程度上支持了知識反轉效應的動機解釋。可見，復雜學習中不僅需要考慮學習者的認知負荷，同時還需要考慮學習者的動機水平（van Merri?nboer &Sweller, 2005）。對于低先備知識者而言，高的任務動機水平可能會促進學習者對學習任務具有更好的堅持性，進而取得更好的學業成績（Vollmeyer& Rheinberg, 2000）。高先備知識者在四種類型的先行組織者文本學習條件下的動機各維度均無顯著差異，可能是由于學習任務對于高先備知識者的難度不大，并未使其產生更高的挑戰性所致。

綜合來看，低先備知識者在文字加模型和模型組織者條件下的學習成績更好可能是由于低先備知識者在這些條件下的心理努力和腦力負荷較低，而興趣較高所致。因此，考慮學習者的先備知識開展有效教學設計時，應同時關注認知負荷和學習者的動機水平對教學效果所產生的影響。

5 結論

文本學習中學習者先備知識影響先行組織者策略的運用效果，產生了部分知識反轉效應。低先備知識者更適宜于文字加模型組織者和模型組織者教學，高先備知識者更適宜于直接教學。證實了知識反轉效應產生原因的認知負荷與動機兩種解釋。