教師引導行為與學習者先前知識水平對視頻學習的交互影響

楊九民 章儀 李麗 皮忠玲

關鍵詞：教學視頻;教師引導行為;手勢引導;目光引導;經驗反轉效應;視覺注意

一、引言

在互聯網技術的發展下，教學視頻以其生動形象、圖文聲像并茂等特征，成為了當下學習者首選的學習資源。但視頻呈現的信息內容具有轉瞬即逝的特點，使得學習者在使用過程中可能面臨著信息加工超載的情況，從而阻礙學習。因此，如何合理設計教學視頻以幫助學習者學習，成為研究者關注的話題。

以往研究表明在視頻中加入注意力線索，能夠有效提高學習者的信息搜索效率，幫助他們在轉瞬即逝的視覺畫面中快速找到教師正在講的內容。注意力線索（Attention Cue）是指通過不增加教學內容的方式吸引學習者關注到教學內容的方式。注意力線索包括物理線索和社會線索，常見的物理線索有高亮、箭頭、閃爍等，社會線索則包括教師的手勢、目光和面部表情等。研究發現相比于物理線索，社會線索能夠更快地引導并且從社交層面上激發學習者關注到相關內容上，如教師手勢引導能夠更好地引導學習者注意相應的教學內容，并提高他們的學習成績。

此外，學習者作為學習發生的主導者，其個人先前知識水平也必然會影響到教學視頻設計的有效性。根據梅耶的多媒體學習原則相關研究發現，多媒體的設計原則適用于低經驗的學習者，但未必適用于高經驗的學習者。例如，Arslan等人比較了高低經驗學習者在學習具有顏色線索的動畫和無線索的動畫時學習效果的差異，結果發現，對于低經驗學習者，他們學習具有顏色線索的動畫學習效果好于無線索的動畫;相反，對于高經驗學習者，他們學習無線索的動畫的學習效果好于具有顏色線索的動畫。

基于此，本研究考察教學視頻中作為社會線索的教師引導行為和學習者的先前知識水平對學習者視覺注意和學習效果的交互影響，以期探究符合不同經驗水平學習者的教學視頻設計規律。

二、教師引導行為與學習者先前知識經驗對視頻學習效果影響相關研究

教學視頻中教師的引導行為，可以分為手勢引導與目光引導。手勢引導是指教師通過手指或手掌指向特定教學內容，以引導學習者注意力集中到教學內容的一種引導方式，通常發生在教學講述過程中。目光引導是指在講述教學內容過程中，教師不只是看鏡頭，而是在鏡頭和教學內容之間轉換，將目光從攝像機轉向正在講述的學習內容。多媒體學習認知理論認為這兩種教師行為引導都屬于社會線索。

人們普遍認為，在教學視頻中加入教師的引導行為能夠有效提升學習效果。一方面，根據Mayer多媒體學習認知理論（CTML：Cognitive Theoryof Multimedia Learning），教師的引導行為能夠激發學習者的社交反應，如努力試圖理解教師講授的內容。當學習者更加努力地選擇、組織和整合信息時，這種社會反應導致學習者增加主動認知處理，為解決問題提供更好的支持;另一方面，根據Sweller認知負荷理論（CTJT：Cognitive Load Theory），學習者的認知負荷是有限的，在不斷切換呈現內容的教學視頻上，需要學習者在有限的認知負荷下，時刻調配認知資源，搜索有效信息進行加工。

教師引導手勢在視頻學習中的作用并未達成一致結論。大部分研究發現，教學視頻中教師引導手勢能提高學習者的學習成績。有研究者通過眼動追蹤技術發現，教師引導手勢通過影響注意力分配來影響視頻學習，具體表現為觀看具有手勢教學視頻的學習者比觀看無手勢教學視頻的學習者，在相關學習內容上關注的時間更多，在教師和教學內容之間眼跳次數更少，認知負荷更低，學習成績更好。然而，還有部分研究發現，手勢引導并不總是有利于學習的。Yeo等人通過給82名中學生觀看有關線性方程和相應圖形關系的教學視頻（無手勢引導VS引導圖形VS引導方程VS引導方程和圖形）之一，發現無論教師是否引導圖形，學習者學習效果無顯著差別，無手勢引導組學習者的成績反而比手勢引導方程組的學習者高。產生這種與以往研究結論矛盾的結果，可能是因為忽略了被試的個體特征。

教師目光引導作為教學視頻中另一種重要的教師引導行為，能夠有效提升視頻學習者的學習成績么？目前研究一致認為目光引導能夠有效引導學習者的注意分配，但是對學習成績沒有明顯的促進作用。Van Gog等人通過對比無教師、有教師無引導目光、有教師有目光引導三種實驗條件下學習者在觀看視頻過程中的眼球運動情況，發現教師的目光引導能有效地引導學習者的注意力到教學內容上，但是對學習者的成績沒有影響。Pi等人的研究也支持了這個結論，并且通過對比手勢引導和目光引導對注意力的影響，發現手勢引導優于目光引導，能夠提高信息搜索效率。

手勢引導和目光引導在教學視頻中的作用結論不一致的重要可能原因是，這兩種引導方式對學習的影響可能存在邊界條件，如學習者的先前知識水平。學習者的先前知識水平對兩種加工方式具有一定的影響。多媒體學習中的認知加工方式可以分為自上而下和自下而上。這里，自上而下的加工，是指一種在知覺過程中運用已有知識和經驗對知覺信息進行加工的方式;而自下而上的加工，是指一種由外部刺激開始和推動的加工。

研究表明，高經驗學習者，在兩種不同的加工方式上都優于低經驗的學習者。在自上而下的加工方式上，高經驗學習者因具有更多更復雜的圖式，在認知加工過程中，能更好地區分任務相關信息和無關信息，迅速將當前知識與先前的圖式進行整合，因而有更好的學習表現。Henderson等通過探究學習者是如何觀看復雜視覺顯示（如自然場景圖片），發現先前知識經驗會引導學習者注視到有意義的學習場景，如場景圖示知識暢景中物體的典型位置）。先前知識經驗對自下而上加工方式的影響更多體現在抽象的知識上（如x射線圖像、國際象棋圖），研究發現高低經驗學習者在視覺注意上有顯著差別，可以在相同的內容顯示中提取不同的信息。Lowe等在一系列氣象學領域的研究中發現，低經驗學習者主要關注的是天氣圖的表面特征，而高知識經驗的學習者則關注與主題相關的元素。

這種經驗優勢效應讓研究者們逐漸關注先前知識水平與教學方法之間的交互作用，如經驗反轉效應。經驗反轉效應（Expertise Reversal Effects）是指在某些情況下，對低經驗學習者有效的設計原則，對高經驗學習者來說是無效的，甚至是負面的。在有關線索引導的研究中發現，視覺線索（例如，顏色）僅促進了低經驗學習者的學習效果，但對高先前知識經驗水平的學習者無影響甚至是負面影響。在教學視頻中教師的手勢引導和目光引導對學習的影響是否也存在著經驗反轉效應呢？

本研究旨在探索不同先前知識水平的學習者運用不同社會線索引導（手勢引導與目光引導）教學視頻的學習效果和視覺注意力分配。為了理解不同先前知識水平的學習者在含有手勢引導與目光引導的教學視頻中學習過程與學習效果的內在機制，本研究運用實驗研究法，采用眼球追蹤技術實時記錄學習者學習教學視頻時的眼球運動軌跡。基于以上文獻綜述，本研究提出以下4個研究假設：

假設一：低經驗學習者在學習手勢+目光引導的教學視頻中視覺搜索速度最陜，其余速度快慢依次為手勢引導、目光引導、無引導;高經驗學習者在學習四種線索類型的教學視頻時，視覺搜索效率沒有差異。

假設二：低經驗學習者在學習手勢+目光引導的教學視頻中視覺注意時間最長，其余注視時間長短依次為手勢引導、目光引導、無引導;高經驗學習者在學習四種線索類型的教學視頻時，視覺注意時間沒有差異。

假設三：低經驗學習者在學習目光+手勢引導的教學視頻中保持成績最好，其余成績高低依次為手勢引導、目光引導、無引導;高經驗學習者在學習四種線索類型的教學視頻時，保持成績沒有差異。

假設四：低經驗學習者在學習手勢+目光引導的教學視頻中遷移成績最好，其余成績高低依次為手勢引導、目光引導、無引導;高經驗學習者在學習四種線索類型的教學視頻時，遷移成績沒有差異。

三、方法

（一）被試與實驗設計

本研究首先從某大學隨機招募360名本科生和研究生填寫有關繁殖與克隆的先前知識測驗，根據測驗成績，篩選得出高低經驗學習者（具體信息如表1所示）。所有被試均能夠熟練使用計算機，具備一定的網絡學習經歷，聽覺正常，視覺或矯正視力正常。在實驗前，均進行了知情同意，實驗結束后被試獲得一份禮品作為實驗報酬。

高經驗和低經驗學習者的描述性統計信息

高低經驗的被試被隨機分配到四種實驗條件之一：無引導行為的教學視頻組（高經驗被試=26，低經驗被試=24）;僅目光引導的教學視頻組（高經驗被試=24，低經驗被試=25）;僅手勢引導的教學視頻組（高經驗被試=25，低經驗被試=23）;目光+手勢引導的教學視頻組病經驗被試=25，低經驗被試=24）。

（二）實驗儀器

本研究采用Eyelink 1000（SR Research Ltd，Canada）眼動儀記錄被試的眼動數據。視頻在21英寸的屏幕上播放，分辨率為1024*768，刷新率為75HZ。被試坐在距離顯示器60cm的距離，眼動儀的采樣率為1000Hz，采用9點矯正。

（三）實驗材料

1.視頻材料

研究材料采用Pi等人使用的實驗材料，以“繁殖和克隆”為知識點。在實驗的教學視頻中，采用融入式拍攝。四種材料的教學視頻時長一致，即8分40秒。教師在錄制的過程中，除無引導的教學視頻外，其余三種視頻均在相同內容處進行引導，共引導15次，引導總時長在174s-195s之間。其中僅目光引導的教學視頻，教師僅以目光對知識點進行引導;僅手勢引導的教學視頻，教師僅用手勢引導;目光加手勢引導的教學視頻，教師在目光引導的同時用手勢進行引導。研究有效摒除實驗變量外的其他干擾變量，如所有視頻中的教師的形象、語氣、語調、措辭等要求基本一致，拍攝過程中機位、燈光均保持不變。視頻以1倍的播放速度進行。教學視頻示意如圖1所示。

不同教師引導類型教學視頻示意

2.測量工具

先前知識測驗，采用Pi等人開發的前測問卷，具體信息如下：

由錄制實驗材料的教師開發，包括3道填空題，每空1分，共8分;6道單選題，每題2分，共12分，總分為2吩（M=9.85，SD=3.57）。題目檢驗的是學習者對“繁殖與克隆”知識的了解情況，題目沒有涉及與視頻教學內容完全一致的內容，以避免影響后測學習效果。分數越高表示被試的先前知識經驗越高，本實驗選擇的高低經驗被試在先前知識測驗上的得分有顯著的差異（M=13.01，SD=1.61;M=6.56，SD=1.38;t（194）=29.5，p<.001），難度中等（p=.49）。

學習效果測驗。本研究學習效果由保持測驗與遷移測驗構成，為更好地區分學習成績，在Pi等人開發的學習效果問卷的基礎上，請錄制視頻的實驗教師增加了相關題目：

保持測驗主要考察被試對繁殖與克隆知識的識記情況，由授課教師開發。題目包括5道填空題（共8空，每空1分），2道單項選擇題（每題2分）和4道多項選擇題（每題3分，全部選對得3分，錯選或漏選不得分），總分為24分（M=12.65，SD=4.51）。保持測驗具有良好的區分度（t（115）=26.80，p<.001），難度中等（p=53）。

遷移測驗主要考察被試將從教學視頻中學習到的內容應用到新情境中的能力。測驗包括10道單項選擇題（每題2分）和2道材料題（包括2個填空題，每空1分;2個單項選擇題，每題2分），總分為26分（M=16.90，SD=4.60）。遷移測驗具有良好的區分度（t（125）=25.31，p<.001），難度中等（p=.65）。

3.眼動數據分析

先前研究表明，學習者的注視和視覺注意力之間存在積極的聯系。到達某一特定的區域的時間越短，表示該時間段信息搜索的效率就越強;對某一特定區域的注視持續時問越長，對該區域的視覺關注就越多。因此，本研究計算了在教學視頻中教師出現手勢引導、目光引導15次線索出現時，學習者的平均首次到達興趣區的注視時間（First Time To Fixation;單位ms）和平均注視時間比例PercentageDwellTime;注視時間/總時間），以考察學習者在觀看教學視頻的視覺信息搜索和注意分配的情況。

4.實驗流程

本研究實驗在眼動實驗室進行，時間約為40min。首先，被試了解實驗流程，知情同意后，填寫人口統計學量表及生物學先前知識經驗前測。主試將根據被試前測得分，判斷是否參與后續試驗。主試引導符合要求的被試進入眼動實驗室。被試被隨機分到四組實驗條件之一，單獨觀看教學視頻，視頻觀看過程記錄其眼動軌跡，觀看結束后填寫實驗后測題。

四、結果

本研究以教師引導類型（無引導VS僅目光引導VS僅手勢引導VS目光+手勢引導）和學習者先前知識水平（高經驗VS低經驗）為被試問變量，以平均首次到達注視時間（Average First Fixation Time OnAOIs，首次到達興趣區時間，單位ms）、平均注視教學內容時問比例（Average Percentage Dwell TimeOn AOIs，注視興趣區時間/總視頻時間）、保持測試成績和遷移測試成績為因變量，進行方差分析。所有變量的描述性統計如表2所示。

高先前知識經驗水平和低先前知識經驗水平學習者各變量的描述性統計（標準差）

（一）教師引導行為和學習者先前知識經驗對其視覺注意的影響

為更細致地了解不同先前知識經驗水平的學習者，在學習過程中的注意力是如何被教師的目光和手勢引導所影響的，本研究比較了高低經驗的學習者在四種實驗條件下的平均首次到達興趣區注視時間（假設一）和平均注視興趣區時間比例（假設二）。

1.首次到達興趣區注視時間

為檢驗教師手勢和目光引導是否能夠引導學習者的注意力到講授內容上（假設一），本研究以被試首次到達興趣區的平均時間為因變量，進行方差分析。結果顯示，引導類型主效應顯著（F（3，196）=8.29，MSE=970931.61，p=.000，n2=117），學習者知識經驗水平主效應不顯著（F（1，196）=8.29，MSE=129661.96，p=.294，n2=006），兩者交互效應不顯著（F（3，196）=2.26，MSE=264245.94，p=.083，n2=.035）。具體表現為，觀看僅手勢引導教學視頻的學習者首次到達興趣區注視時間小于其他三組（ps<.001），未發現其他顯著性差異（ps>.05），如圖2所示。該結果說明，相比于無引導、目光引導和手勢+目光引導，僅手勢引導能夠使學習者更快地定位到相關教學內容，部分支持假設一。

在不同教師引導類型中學習者視頻學習首次到達注視興趣區時間差異情況

2.注視興趣區時間比例

為檢驗教師手勢和目光引導是否能夠使學習者更加關注講授內容（假設二），以被試注視興趣區時間比例為因變量，進行方差分析。結果顯示，引導類型主效應顯著（F（3，196）=4.66，MSE=.034，p=.004，n2.069），學習者知識經驗水平主效應不顯著（F（1，196）=.086，MSE=.001，p=.770，n2=.000），兩者交互效應顯著（F（3，1 96）=4.780，MSE=.035，p=.003，n2=.071）。

具體表現為，對于低經驗學習者，觀看僅手勢引導組和手勢+目光引導組學習者對教學內容興趣區注視比例大于無引導組（ps<.05），且僅手勢引導組注視時間比例大于僅目光引導組（p=.044）;對于高經驗學習者，無引導組、僅手勢引導組和手勢+目光引導組對教學內容注視時間比例均大于僅目光引導組（ps<.05），如圖3所示。該結果說明引導類型對不同經驗水平學習者有不同影響，具體表現為，對于低經驗學習者而言，無論有無目光引導，手勢引導都能有效地將學習者注意力集中在教學內容上，而對于高經驗學習者而言，僅目光引導注視時間比例時間最少，支持假設二。

高低經驗學習者在不同教師引導類型視頻學習中對興趣區注視時長差異情況

（二）教師引導行為和學習者先前知識經驗對學習效果的影響

1.保持成績

與假設三相反，引導類型的主效應顯著（F（3，1 92）=2.94，MSE=46.03，p=.035，n2=0.45），學習者經驗水平主效應顯著（F（1，192）=53.82，MSE=843.31，p=.000，n2.223），交互效應不顯著（F（3，192）=.675，MSE=10.58，p=.568，n2=011）。具體而言，無論在哪一種引導類型條件下，高經驗學習者的保持成績顯著高于低經驗學習者。對教師引導類型進行事后檢驗顯示，發現在視頻學習過程中，觀看教師僅手勢引導組和手勢+目光引導組的學習者，保持成績顯著高于觀看無引導組的學習者（ps<.05），其余組別無差異（ps>.05），如圖4所示。

在不同教師引導類型中學習者視頻學習保持成績差異情況

2.遷移成績

如假設四預期，引導類型的主效應顯著（F（3，192）=3.20，MSE=45.49，p=.025，n2=049），學習者經驗水平主效應顯著，高經驗學習者遷移成績顯著高于低經驗學習者（F（1，192）=83.81，MSE=1192.21，p=.000，n2=308），引導類型和學習者經驗水平的交互效應顯著（F（3，192）=2.84，MSE=40.39，p=.039，n2=043）。具體如圖5所示。

高低經驗學習者在不同教師引導類型視頻學習遷移成績差異情況

簡單效應分析發現，對低經驗的學習者，教師引導類型對學習者的遷移成績，影響存在差異（F（3，95）=4.85，MSE=73.71，p=.004，n2=136）。其中，觀看僅手勢引導組和手勢+目光引導組的學習者，遷移成績顯著高于無引導組的學習者（ps<.05），并且手勢+目光引導組遷移成績顯著高于僅目光引導組（p=.007）;而對于高經驗學習者，四組遷移成績無顯著性差異（F（3，99）=.778，MSE=10.336，p=.509，n2=.024）。

綜上所述，上述研究結果部分支持了研究假設四。研究結果表明，學習者在運用教學視頻學習時，學習者的先前知識水平與教師的引導類型共同影響學習者的學習效果，尤其是遷移測試成績。具體表現為，對于低經驗學習者，無論有無目光引導，手勢引導都能有效促進學習者的遷移成績;而對于高經驗學習，有無引導及引導類型影響無差異。

五、討論

本研究在已有研究的基礎上，探索在視頻學習中，不同教師引導類型（目光引導VS手勢引導）對不同先前知識水平（高經驗VS低經驗）學習者的視覺注意和學習效果效果的交互影響。本研究發現，教師的手勢引導能夠提升學習者的信息搜索效率，有利于保持成績，但在遷移成績上，出現了經驗反轉效應，即手勢引導對高經驗學習者的遷移成績無顯著影響，但對低經驗學習者的遷移成績有積極的影響。這表明教學視頻中教師的手勢引導的確能夠有效引導學習者的注意力并提高學習成績，但這存在一個邊界條件，即僅對低經驗學習者有效。本研究為教學視頻中教師引導行為可以有效調配學習者的注意力和提高學習成績提供了有力證明，并探索出了其邊界條件，為教學實踐應用提供了一定的理論指導。

（一）手勢引導能夠有效提升高低經驗學習者的信息搜索效率，但在注視時長上出現了經驗反轉效應，能夠增加低經驗學習者對教學內容的注視時長，但對高經驗學習者無顯著影響

從眼動數據分析的結果來看，目光引導和手勢引導對高低經驗學習者注意分配的影響不同。手勢引導能夠有效提升高低經驗學習者的信息搜索效率，增加低經驗學習者對教學內容的注視時長，但對高經驗學習者的注視時長沒有顯著影響。這可能是因為，高低經驗學習者的認知加工方式不同，低經驗學習者傾向于“知識的獲取”，而高經驗學習者更傾向通過已有知識與先前知識的對比，進行“知識確認”。由此，我們可以推測，手勢引導的確能夠引導學習者第一時問關注到教學內容，但因認知加工方式不同，高經驗學習者在學習過程傾向使用前后知識對比的加工方式，而受手勢引導的影響較弱，低經驗學習者傾向于“知識的獲取”加工方式，因此注意力更容易受手勢引導的影響，這與以往研究結果表明低經驗學習者更容易受到線索引導的積極影響是一致。

有趣的是，相比于手勢引導，目光引導對高經驗學習者的注視時長產生了負面影響，減少了對教學內容的關注時長。這可能是因為，目光引導比不引導的學習條件減少了目光的注視時間。研究發現，目光注視具有很強的社會性暗示，能夠刺激和加強學習者的社會反應，從而促進學習。對比于低經驗學習者，高經驗學習者的社會存在感較低，在教學過程中，高經驗學習者傾向更多地與教師進行眼神交互，在僅目光引導條件下，教師注視的時問少于無引導和僅手勢引導，導致社會互動程度不如另外兩組，因此增加對教師的關注，而減少對教學內容的關注。未來的研究可以探索在相同情況下，目光引導、目光注視和目光回避對學習者社會存在感、注意力分配的影響。

（二）手勢引導能夠有效提升高低經驗學習者的保持成績，但在遷移成績上出現了經驗反轉效應，能夠有效提低經驗學習者的遷移成績，但對高經驗學習者無顯著影響

教師手勢引導對保持成績展示的優勢影響與眼動數據分析結果相吻合，也與以往研究一致，能夠幫助學習者最短時間定位到相關教學內容。如上所述，在教學視頻中的教師手勢引導是一種社會線索，能夠在學習者認知負荷有限的情況下，承擔線索作用，幫助學習者調動認知資源，增加信息搜索效率，降低學習者的認知負荷;同時教師的手勢引導能夠激發學習者的社交反應，如試圖理解教學內容，當學習者加工相關知識時，學習者會付出更多的努力以主動進行認知加工處理，為解決問題提供更好的支持。

學習者的遷移成績在教師手勢引導的教學視頻中出現了經驗反轉效應，與以往研究相對一致。經驗反轉效應表明，學習者的先前知識水平會影響其對知識的認知加工過程，對于低經驗學習者有效的原則，對高經驗學習者不一定有效。高經驗比低經驗學習者的認知圖示更豐富，且兩者認知加工方式不同。遷移測驗考察的是先前的學習內容對新學習內容的影響，已有認知圖式越多越復雜，越有利于知識的遷移。因此，當教學視頻中教師手勢引導學習新知識時，低經驗學習者缺乏認知圖示，采用“知識的獲取”，因此更容易受手勢引導的影響;而高經驗擁有更多的認知圖示，學習者更多關注在新舊知識的對比上，而受教師手勢引導影響較小，因此出現了經驗反轉效應。

六、結論與展望

本研究的結果為教學視頻的設計與開發提供了一定的理論支撐。盡管，近年來研究者開始關注教學視頻中教師的引導行為的作用，如目光引導和手勢引導，但鮮有研究考察學習者先前知識水平與不同引導行為的交互作用。本研究通過眼動追蹤技術，從認知的角度探究了教師引導行為和學習者先前知識經驗對學習的影響，加深了我們對教學視頻效果影響因素的理解。總而言之，本研究結果表明手勢引導可以提高學習者視頻學習的效果，尤其是針對低經驗的學習者。在未來教學視頻開發中，可以給新手提供含有教師手勢引導的教學視頻，以期提高其學習效果。

本研究存在兩個局限：第一，被試性別不均衡，女性被試遠遠多于男性被試，在之后的研究中，應盡量平衡性別因素，以避免因性別不均對實驗結果產生差異;第二，本研究在實驗環境中進行，具有特殊性，因此需要進一步在真實學習環境下研究結論的適用性。