基于腦電信號的移動學習效果

文/王碩 倪丹 張浩哲

1 研究背景

隨著信息技術的快速發展，學習正逐步從紙質文本向電子屏幕轉變，盡管電子媒體具有高質量和高效益，但紙質媒體仍以它的獨特魅力受到一些學習者的愛。在電子媒體迅速發展與膨脹的今天，人們對移動學習越來越習慣，那么以不同的媒體進行學習，人們的接受程度是否一致呢？本研究就是在教育信息化2.0 的大背景之下，基于利用腦科學進行移動學習效果與傳統紙媒學習效果的差異研究。

2 基于腦電信號的不同媒體注意力實驗

2.1 實驗設計

2.1.1 實驗素材

舒爾特方格是全世界范圍內最簡單、最有效也是最科學的注意力訓練方法。使用者在一定數量的方格中，按順序尋找隨機數字的位置，在尋找目標數字時，注意力是需要高度集中的，大腦的集中注意力功能就會不斷的加固，從而實現注意水平的提高。

本研究即是采用6*6 的舒爾特方格，在6*6 的方格中，隨機存在36 個數字，被測者要按順序找到從1 到36 的36 個數字，完成測試。

2.1.2 實驗媒體

本實驗旨在分析被測者使用傳統學習與移動學習時注意力的差異，因此，實驗采用了紙質的舒爾特方格與移動學習工具（ipad mini）提供的舒爾特方格兩種媒體形式，而其中移動學習工具提供3 種不同形式的舒爾特方格，分別為：ipad(1)模式，完全與紙質類似，沒有任何反饋；ipad(2)模式，每次按下方格中的數字有聲音反饋，對的時候為清澈的鈴聲，點錯則有刺耳的提醒音；ipad(3)模式，每次按下方格中的數字則已被點選的數字背景變色，同時也提供聲音反饋，而沒被選中的數字維持原樣，這樣是否被數過的文字就被區分開了。4 種模式如表1所示。

2.1.3 實驗對象

因為本實驗選擇在校大學生，分別為大一與大二數字媒體專業的學生，學生的特點是，對移動學習接受度較高，對移動學習設備操作熟練，在自愿原則下參與實驗。

2.1.4 實驗設備

經過測試發現“雙耳夾TGAM 初級開發套件”測試數據準確、數值穩定，故采用了“雙耳夾TGAM 初級開發套件”進行實驗,如圖1圖2所示。此TGAM 模塊可以處理并輸出腦波頻率譜，腦電信號質量，原始腦電波和兩個Neurosky的eSense參數：專注度和放松度偵測。

2.2 實驗實施過程

實驗分兩步進行，第一步，將學生隨機分成兩組，第一組先做紙質舒爾特方格，再做ipad(1)模式的舒爾特方格，第二組先做ipad(1)模式的舒爾特方格，再做紙質舒爾特方格。第二步，做ipad(3)和ipad(4)模式的舒爾特方格。每一步測試反復進行三次。

測試開始前確定學生沒有精神疾病，沒有精神病史，測試時身體健康，半小時內沒有吃飯，沒有喝咖啡、可樂等有興奮作用的飲料，沒有劇烈運動。

每次測試前，請被測者閉眼放松5 秒鐘，確保數據穩定才開始測試。

2.3 實驗數據分析

在第一步測試中三次測試的結果發現，利用紙質和ipad(1)模式形式進行舒爾特方格測試，兩種媒體注意力值差異不大，但每一次測試都是紙質媒體的注意力平均值略高，而利用ipad(1)模式反而注意力略低，如表2所示。而兩種模式完成6*6 方格測試的時間卻沒有明顯規律，總的來講，用時相當。由此可見，當電子媒體不提供任何反饋，與紙質媒介提供相同內容時，注意力程度會略有下降，但學習效果（即完成用時）沒有明顯差異。

在第二步測試中，當使用ipad(2)模式，移動學習媒體（本實驗中的ipad mini）提供簡單的按鍵聲音反饋，注意力結果高于ipad(1)模式，與紙質接近。而使用ipad(3)模式時，因被選中的數字變色，可被選擇的數字逐漸減少，難度降低，被測者所花時間普遍減少，但注意力數值整體沒有明顯變化，如表3所示。

3 研究結論

（1）當用于移動學習的數字媒體與紙質媒體呈現方式接近，數字媒體不能提供相應反饋時，紙質媒體注意力高于數字媒體，但學習效果無顯著差異。

如果單純的提供移動學習服務，不利用移動學習的多媒體特性提供交互設計，那么學習效果與紙質學習無明顯差異，甚至注意力或不如紙質學習時集中。

（2）當移動學習的數字媒體有相應反饋時，注意力程度上升。

當有聲音反饋時，被測者注意力上升，說明如果移動學習能提供一定程度上的反饋確實可以提高學習者注意力。

（3）當移動學習的數字媒體提供較多人機交互時，學習變得更容易，注意力會高于無反饋和有少量反饋的情況。

表1：四種實驗媒介

表2：第一步測試結果

表3：第二步測試結果

圖1：雙耳夾TGAM 初級開發套件

圖2：學生使用雙耳夾TGAM 初級開發套件測試

當進行移動學習人機交互設計時，應盡可能的增加學習交互，可提高學習者注意力，取得更好的學習效果。但就目前講，本研究無法確定注意力和學習效果的維持是否與紙質一致。

4 反思與小結

本研究由于時間和能力所限，只對30 名大學生進行測試，測試數據有限，不能保證研究結果的普適性。此外，移動學習效果的長時間持續性與紙質媒體提供的學習效果長時持續性短時間內無法得到驗證，還需要進一步的實驗研究以證實。

總之，移動學習的學習效果與傳統學習的學習效果究竟有怎樣的差異，目前還需要長期研究、實驗得出結論。利用腦電信號，研究移動學習的學習效果，為移動學習研究提供了新的方向，相信隨著腦機接口技術的發展及腦電信號在教育領域應用的逐步探索，腦電信息一定會為移動學習效果提供更高效的研究方法和詳實的研究結論。