多媒體學習中視覺情緒設計對學習效果的影響

楊紅云 陳旭輝 顧小清

[摘? ?要] 隨著信息技術的發展，多媒體與網絡化教學成為現代教育的主流。多媒體教學中學習材料的情緒因素受到研究者越來越多的關注。國內外學者已開展了大量實驗與準實驗研究，探索在使用顏色、形狀、擬人化等多種視覺元素設計的學習材料中，視覺情緒因素對學習者學習效果的影響，結論尚存爭議。研究采用元分析方法，對二十年來國內外有關視覺情緒設計影響學習效果的31篇文獻進行梳理與分析，并進一步從學習材料呈現步調、學習者學段和實驗時長三個調節變量的影響維度進行深入探討。研究發現：整體而言，視覺情緒設計能夠促進反映學習者學習效果的保持成績、理解成績和遷移成績的提高;不同呈現步調、學習者學段和實驗時長對學習者學習效果的調節作用組間差異不顯著。研究得到的啟示：多媒體學習材料中使用飽和、高亮暖色、圖片及擬人化設計，對于多媒體學習認知過程和學習效果有益。最后，在深入閱讀文獻的基礎上，指出多媒體學習情緒設計研究中存在的問題及進一步研究的方向。

[關鍵詞] 多媒體學習; 視覺情緒設計; 學習效果; 元分析

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

一、問題的提出

多媒體技術廣泛應用到教育中，為教學提供了豐富的資源。研究發現，多媒體學習中學習材料的情緒因素，如高興、自豪等積極情緒與學生學業成績正相關，能夠直接或通過興趣、動機等間接促進學習者學習，促進其創造性思維及發散性思維的發展[1-3]。改變學習材料的內部設計元素，如形狀（將矩形改成圓形或橢圓）、顏色（使用飽和的暖色調代替黑白灰等中性色調）、字體、布局以及加入擬人化（如嬰兒臉）等的視覺情緒設計方法，由于在不增加多媒體學習材料額外元素的基礎上，提升學習材料的吸引力，受到研究者越來越多的關注[4-7]。

國內外研究者針對視覺情緒設計能否激發學習者積極情緒和促進其學習展開了大量的研究工作，存在兩種不同的理論觀點。認知負荷理論（CLT）認為，情緒設計增大了外部負荷，應該盡量避免使用[8]。多媒體學習認知—情感理論（CATLM）則假設由情緒設計激發的積極情感—動機狀態能夠觸發深度認知過程，進而增加用于完成任務的認知資源[9]。因此，有效的情緒設計對學習和情感—動機狀態都是有益的，而不會增加額外的認知負荷，抑制學習水平。

在實驗研究層面，已有的實驗研究結果并不完全一致。這些研究結果大致可以分為三類。第一類研究結果表明，視覺情緒設計能夠誘發學習者的積極情緒，在反映學習效果的理解和遷移成績方面有顯著的提升作用。這類典型的研究如Um等采用顏色和形狀的情緒設計方式，對多媒體學習材料“人體的免疫過程”進行設計，實驗結果發現，“暖色+擬人化”的設計能夠誘發學習者的積極情緒，提升其內部動機，提高理解和遷移成績[10]。第二類研究結果表明，視覺情緒設計不能誘發學習者的積極情緒，但在學習效果的理解程度方面有作用。Plass等就顏色和形狀對學習的影響進行研究，結果發現，單獨使用暖色不能激發學習者的積極情緒，但可以提升其對知識的理解程度[11]。薛野等針對“人體免疫過程”，采用“‘橙黃紅+娃娃臉擬人與‘黑白灰+圓形”的設計方式進行實驗對比研究，結果發現，情緒設計提高了學習者的內在動機水平，但沒有提升其積極情緒和學習成績，且其情緒水平在學習后有所下降[12]。第三類研究結果表明，視覺情緒設計沒有激發學習者的積極情緒，也沒有促進學習者學習成績的提高。典型的研究有Park等利用眼動追蹤技術探討擬人化對積極情緒激發及學習的促進作用，研究結果表明，擬人化的情緒設計只能維持學習者在學習過程中的已有情緒，不能誘發積極情緒，對學習者的理解成績和遷移成績沒有顯著影響[13]。因此，由于實驗研究基本條件不同，研究的樣本先前知識水平存在差異，研究的測量工具不同等因素存在，使得已有研究的真實性、可靠性和科學性受到影響。

對于多媒體學習中視覺情緒設計是否能夠激發學習者的積極情緒并促進其學習的研究，學術界在其研究結論和解釋上存在爭議。基于此，本文采用元分析（Meta-Analysis）方法，從“視覺情緒設計是否能激發學習者的積極情緒，以促進其學習”這一視角出發，梳理了國內外二十年以來有關情緒設計對學習效果影響的實證研究，并對其結果進行歸納、整理、分析和比較，得到視覺情緒設計對學習者學習的影響效果，為多媒體學習材料的設計提供一定的借鑒和參考。

二、研究設計

本研究關注視覺情緒設計對學生積極情緒、學習效果的影響，利用文獻檢索、郵件咨詢等多種途徑廣泛收集資料，提取實驗數據及相關信息，在進行標準化編碼的基礎上進行綜合分析。

（一）研究方法與研究工具

元分析，又叫薈萃分析，是一種利用效應量（Effect Size，ES）對多個原始研究進行綜合的、定量的統計學分析的方法[14]，通過提取已有研究中的實驗數據，如樣本量、評價指標平均值和標準差等來評價總體研究的效果及影響程度。作為一種整合系列獨立研究結果的文獻評價方法，元分析方法已經成為醫學、教育學、心理學等多個領域的一種極其重要的研究工具。本研究中采用標準化均值差（SMD）作為效應尺度指標計算效應量大小，采用Stata15作為元分析的工具。

在元分析中，由于文獻的檢索、納入分析、解釋和發表時的結果可能偏離真實結果，對元分析過程中檢索到的相關文獻進行發表偏倚檢測是有必要的[15]。本研究采用Egger線性回歸檢驗方法[16]進行偏倚檢測，其中p<0.05，表示存在發表偏倚，p>0.05，提示無明顯發表偏倚。對于存在發表偏倚的研究，采取剪補法（Trim-and-Fill）[15]進行處理。同時，根據統計原理，只有同質的研究才能進行效應量合并或比較等統計分析。在本研究中，采用I2檢驗法[17]判斷異質性，當I2值分別為25%、50%和75%時，可以看作異質性低、中和高的界限[17-18]。如果研究之間具有同質性，則分析中選擇固定效應模型計算其效應量;如多項獨立研究結果具有異質性，則選擇隨機效應模型。

（二）數據來源與文獻檢索方式

本研究以中國知網、維普、萬方為中文數據來源，以ScienceDirect，Springerlink，ProQuest，ERIC，Google Scholar為外文數據來源收集資料。整個文件檢索過程分為兩輪。第一輪采用大范圍檢索方式，根據主題詞或關鍵字及其組合從相應數據庫中進行檢索。中文主題詞使用“情緒設計”AND “多媒體學習”;英文采用高級檢索方式，檢索語句為：（“emotional design”） AND （“multimedia” OR “multimedia learning” OR “learn”）。第二輪采用“滾雪球”方式，通過第一輪檢索文獻的參考文獻進行二次檢索。文獻檢索時間范圍為1999年1月至2019年3月。

（三）數據納入與排除標準

經過初步主題和關鍵字檢索，得到938篇文獻。去除重復及主題不相關的文獻，得到132篇;進一步閱讀摘要和全文內容，根據文獻納入和排除標準，最后得到進行元分析的有效文獻31篇，其中，國外文獻22篇，國內文獻9篇;期刊論文18篇，博碩士論文7篇，會議論文6篇;研究總樣本量54，總樣本數為4306。

納入標準如下：（1）文獻必須采用實驗研究法，包括實驗或準實驗設計;（2）該文獻必須使用了顏色、圖片、形狀、字體、面部擬人等五種設計元素中的至少一種，且探討的主題必須是視覺情緒設計對學習效果或情感—動機狀態的影響;（3）研究必須是對原有學習材料的“微小”加工，如字體大小、字體類型、圖形邊界弧度、清晰度、在原有圖形上增加嬰兒臉擬人表情、增加箭頭表示運動的方向[19]等;（4）研究必須是在多媒體學習情境下的情緒設計;（5）研究必須是積極喚醒而不是消極喚醒或是非喚醒的情感—動機狀態;（6）文獻中必須提供完整的研究數據和結果報告。

文獻排除標準如下：（1）沒有使用暖色積極喚醒情感狀態;（2）排除對周圍環境進行顏色加工的研究;（3）增加額外教學代理;（4）教學系統、工具的設計與開發;（5）通過視頻、電影等進行外部情緒誘發對學習者學習效果影響的研究;（6）虛擬現實場景、游戲化場景下情緒設計要素的影響;（7）與教學內容無關的裝飾性設計，為了檢索便利的線索性設計及教科書設計不包含在內。

（四）數據編碼

本研究由兩位研究人員獨立對文獻的特征進行編碼。編碼的一致性采用Cohen提出的Kappa系數[20]。一致性系數為0.82。一般認為，一致性水平在75%以上即表示結果可信，本研究編碼結果可信。對于編碼中不一致的地方，由兩位研究人員經過共同討論、協商后進行糾正。

本研究編碼標準在借鑒Brom等對情緒設計元分析[7]基礎上進行適當改進，編碼內容包括作者信息、出版日期、實驗樣本量、學習者學段、語言/文化背景、視覺情緒設計元素、實驗時長、實驗學科、學習呈現步調等。其中，根據實驗對象所在的年級，學習者學段主要分為小學（1—6年級）、中學（7—12年級）和大學（本科生和研究生）。對于個別研究，如文獻[21]中實驗對象同時包含中學生和大學生，編碼為其他。實驗時長方面，實驗時長≤15分鐘，編碼為short;15分鐘<實驗時長≤40分鐘，編碼為medium;實驗時長>40分鐘，編碼為long;如果研究沒有指明實驗時長，則編碼為other。根據學習者對學習材料的控制程度，將呈現步調編碼為自定步調（Self）和系統步調（System）。自定步調中學習者根據自身學習情況自主調整學習節奏，可以對學習材料進行拖動、快進等操作，而系統步調中，學習者不能控制學習材料播放的進度，而是由學習系統自動呈現給學習者。對于文獻[22]中實驗二和實驗三混合使用這兩種呈現步調的研究，該項編碼為other。

綜合來看，納入分析的研究主要集中在2007—2018年，研究的樣本量在22至334人之間，研究主要涉及生物醫學和信息科學，各研究的實驗時長短的在15分鐘以下，長的則有6周時間。

（五）分析框架

本研究分析框架在Brom等以顏色和擬人化為情緒設計元素的元分析[7]研究的基礎上進行改進，如圖1所示。通過認知結果和情感—動機兩個層面的分析及引入調節變量來綜合評價視覺情緒設計對學習者的影響。認知結果包括保持成績、理解成績和遷移成績三個評價指標。保持成績，又叫再認成績，主要用來評估學習者對于多媒體學習材料內容的記憶效果[23]，屬于淺層識記。理解成績主要用來檢驗學習者對多媒體材料重要概念的理解程度[10];遷移成績主要考察學習者對所學知識進行深度加工，以及運用其解決實際問題的能力。

三、結果分析

（一）視覺情緒設計的總體效應檢驗

1. 認知結果的總體效應檢驗

在多媒體學習的認知—情感理論中，主要從保持成績、理解成績和遷移成績三個方面評價認知結果。從表1統計結果看，保持成績納入的28項研究（Egg.p=0.35>0.05）、理解成績納入的16項研究（Egg.p =0.08>0.05）及遷移成績納入的39項研究（Egg.p =0.75>0.05）不存在明顯的發表偏倚。異質性方面，對于保持成績和理解成績兩個評價指標，研究間存在中度（I2=51.9%>50%）和輕度（I2=34.5%>25%）異質性，采用隨機效應模型進行效應量分析;對于遷移成績，由于研究間同質（I2=15.4%<25%），采用固定效應模型計算其效應量。

根據Cohen有關效應量的統計理論[24]，當效應量0

2. 情感—動機結果的總體效應檢驗

對學習者情感—動機結果的評價，通常采用自陳報告形式，從積極情緒、內部動機兩個方面進行。從表2可以看出，在對積極情緒指標進行探討的研究中，不存在發表偏倚（Egg.p=0.32>0.05），但存在中度異質性（I2=53.6%>50%），隨機效應模型得到的合并效應量d為0.236>0.2（p<0.01），說明正向情緒設計能夠誘發學習者一定的積極情緒，但這種誘發的程度比較低。在內部動機方面，納入分析的30項研究，其偏倚檢測Egg.p=0.06>0.05，說明該指標納入文獻不存在明顯發表偏倚，但存在中度異質性（I2=67.5%>50%）。隨機效用模型得到的合并統計量d為0.109，說明正向視覺情緒設計能夠提升學習者在學習過程中的內部動機，但這種提升程度比較微小，統計意義不顯著。

（二）調節變量的效應檢驗結果

從上面的分析可以看到，積極視覺情緒設計對于學習者學習效果有正向的促進作用。為了更加深入地了解其對學習效果產生影響的因素，本研究引入呈現步調、學習者學段和實驗時長作為調節變量，分析視覺情緒設計在不同調節變量作用下對學習效果影響的差異。

1. 學習呈現步調的調節效應

（1）學習呈現步調對認知結果的調節效應

根據視覺情緒設計對學習者認知層面三項指標的異質性檢驗結果，對保持成績和理解成績這兩項指標，采用隨機效應模型計算呈現步調的調節效應量，使用固定效應模型計算遷移成績的調節效應量。從表3可以看出，不同的呈現步調對學習效果有正向促進作用，且理解成績和遷移成績指標上自定步調方式的調節效果優于系統步調;在保持成績上結果相反。學習者在學習過程中對學習材料的操控行為，分散了其學習的專注度，導致記憶內容減少，但該方式下學生能夠更加靈活地觀看學習資料，有更多思考、知識加工和轉化的時間。這個結論與文獻[19]的研究結論一致。

（2）學習呈現步調對情感—動機狀態的調節效應

根據控制—價值理論（Control-Value Theory），當學習者對學習過程及學習材料有較強的控制感時，有可能體會到更多的積極情緒[25]。從表4可以看出，相比系統步調，自定步調下視覺情緒設計能夠更顯著地誘發學習者的積極情緒（d=0.312，雙尾檢驗p<0.001）。兩種控制方式下學習者內在動機都有提升，但兩種控制下的差異不顯著（組間效應p=0.298>0.05）。實驗內容與實驗對象的學習內容關聯性不大，實驗對象常以完成實驗內容為目標，導致內部動機不足。

2. 學習者學段的調節效應

（1）學習者學段對認知結果的調節效應

視覺情緒設計對三個學段（大學、中學、小學）的學習者在認知層面有正向的促進作用。統計結果發現，情緒設計對中學生保持成績的影響（k=10，d=0.317，p<0.01）大于對大學生的影響（k=18，d=0.287，p<0.01），而理解成績上，對大學生群體的影響（k=14，d=0.243，p<0.01）效應顯著，對中學生（k=1，d=-0.095，p=0.64>0.05）和小學生（k=1，d=0.148，p=0.259>0.05）影響不顯著。這與統計分析的效應數有關。該項調節效應分析中樣本量僅為1，根據Cohen有關效應量計算的規定[24]，效應數在7個以上進行合并效應量計算比較可靠。情緒設計對中小學生理解能力是否有作用還需要進一步驗證。在遷移成績上，情緒設計對大學生（k=29，d=0.424，p<0.01）的促進程度要高于中學生（k=10，d=0.293，p<0.01）。三項指標在不同學段上的組間檢驗p>0.05，統計效應量差異不顯著，表明不同學段對學習認知結果的影響不存在顯著差異。

（2）學習者學段對情感—動機狀態的調節效應

正向視覺情緒設計能夠誘發學習者的積極情緒，其中對大學生的誘發程度（k=19，d=0.222，p=0.001<0.05）小于對中學生的（k=6，d=0.301，p=0.201>0.05），對小學生的影響程度（k=2，d=0.27，p=0.406>0.05）介于兩者之間。正向視覺情緒設計對學習者積極情緒在學段上的影響效果不是線性關系，沒有隨著年齡的變化及學習層次的升高逐步增加或逐步減少。同時，大學（k=21，d=0.09，p=0.402>0.05）、中學（k=8，d=0.094，p=0.263>0.05）、小學（k=1，d=0.722，p=0.007>0.05）三個學段對學習者內在動機的調節作用由于結果不具有統計學上的顯著性，因此，學習者學段的調節作用效果還有待進一步探討。

3. 實驗時長的調節效應

實驗時長對認知結果的調節效應，除理解成績在short時長時合并效應量（k=9，d=0.18，p=0.018<0.05）小于0.2外，保持成績和遷移成績在三種實驗時長調節下的合并效應量均介于0.2和0.5之間（p<0.05），說明實驗時長對學習效果的各個評價指標影響程度處于中等水平，且隨著實驗時長不斷增大，對學習者的保持成績和遷移成績的影響程度不斷提升，這與文獻[23]中積極情緒能夠提高長時記憶的結論一致。但由于研究樣本量不足（k<7），理解成績隨著實驗時長增加，其統計量未呈增長趨勢。

視覺情緒設計中，不同實驗時長對學習者積極情緒誘發具有正向影響，但這種誘發的正向情緒強度d隨時間延長逐漸降低（0.296>0.209>0.184，p<0.05）。由于注意力高度集中，實驗時間越長，學生在學習過程中的疲勞程度越明顯。同時，實驗活動與實驗對象關注內容的關聯度低，學習者內部動機效應量隨著實驗時間增加而不斷提升（-0.007<0.113<0.217，p>0.05），但總體影響偏低，未達到統計上的顯著性。

四、結論與啟示

本研究利用元分析方法，對1999—2019年期間國內外發表的有關視覺情緒設計對學習作用效果的31項實驗與準實驗研究進行梳理和量化分析。在分析視覺情緒設計對學習者認知結果和情感—動機狀態整體影響效果的基礎上，進一步分析和探討了這種影響效果在學習材料呈現步調、學習者學段和實驗時長三個干預變量上的差異。研究結論如下：積極視覺情緒設計對學生的學習和情感—動機狀態均具有正向促進作用。視覺情緒設計能誘發學習者的積極情緒，提升其學習的內在動機，提高其保持、理解和遷移成績，促進其更加積極地投入學習;視覺情緒設計對學習和情感—動機的促進作用也會受到學習材料的呈現步調、學習者學段和實驗時長調節變量的影響。綜合來看，本研究中元分析的結果肯定了視覺情緒設計在多媒體教學材料設計中的重要性和其對學習者學習及情感具有正向的促進作用。

積極視覺情緒設計是一種有效地促進學生學習效果和情感提升的方式，從對元分析結果及各實驗、準實驗研究項目設計和實施的分析中發現，對學習效果產生積極促進作用的視覺情緒設計存在共同的特點，即將暖色調和擬人化、圖片等視覺設計元素綜合應用，對學習者多媒體學習的認知過程和學習效果產生影響。研究表明：使用飽和明亮的暖色，如黃色、橙色和粉紅色等，能夠誘發學習者更強烈的積極情緒，引起人們興奮和放松的感情，進而促進人們更加關注和積極投入對材料的學習中，進而促進學習成績的提高;在多媒體學習材料中引入類似于嬰兒圓臉、大眼睛、小鼻子等單純、天真爛漫的特征，能夠激發學習者的積極情緒，促進理解和遷移等認知過程[10-11]。因此，將暖色和童真擬人化結合的多媒體學習材料設計方法，能夠降低學習者的內在認知負荷，增強學習者的學習動機，同時，也驗證了Moreno提出的多媒體學習的認知—情感理論[9]中多媒體學習材料視覺設計的認知功能和情感功能，這些設計方法值得借鑒。

同時，在對實驗研究項目分析中，我們也發現情緒設計研究中存在的一些問題：

第一，學習者情緒等主觀感覺的測量評價方面，現有的研究主要采用自評報告的主觀評定方式測量學習者的積極情緒和內在動機等指標，進而間接地了解視覺情緒設計對學習者學習感受的影響，例如，使用積極情緒—消極情緒量表PANAS[10]或采用邱林等修訂的情感量表[5]中的積極情感分量表來評估積極情緒。這種方法簡單、方便，具有較好的表面效度，但存在局限性;主觀評定的方式產生與自陳量表相似的問題，例如社會贊許效應，從而使得測量結果的信效度受到質疑[26]。文獻[13]利用眼動追蹤技術探究了擬人化設計對誘發積極情緒和促進學習效果的作用，文獻[27]利用眼動追蹤技術探究了文本設計對學習效果的影響。將來的研究可以采用更加客觀和實時的方式進行相關指標的測量。

第二，現有的研究主要在實驗室環境下進行，缺少真實課堂情境下的研究，且實驗持續的時間較短，實驗內容與學生實際所學內容差異較大，實驗較難反映出學習者真實的心理狀態和學習效果。未來的研究有必要在接近真實課堂學習的情境中，以學生課程內容為實驗內容，以周或學期為實驗時長，探查情緒設計對不同學段、不同性別及不同學科內容的多媒體學習的影響。

第三，現有的研究實驗對象主要為大學生和中學生，對小學生群體的研究較少，今后可針對小學生群體展開相關工作。

最后，研究發現，學習者學習由“畫面+聲音解說”組成的視聽雙通道材料，在保持成績及遷移成績上的效果要比學習由“畫面+視覺文本”組成的視覺單通道材料，即通道效應[28]的影響效果要好[5-6]，并且研究進一步發現，男性和女性音高對不同性別群體學習效果的影響不同，男低音比男高音更具吸引力，學習者體驗到更多積極情緒，保持成績和遷移成績顯著優于由男高音解說時的相應成績[5]。因此，可以將聲音納入多媒體學習材料設計中，探討視聽雙通道效應下情緒設計對多媒體學習的影響。

五、結? ?語

本研究借鑒元分析方法，系統地收集了國內外二十年來有關視覺情緒設計對學習效果影響的實驗或準實驗研究，分析了視覺情緒設計對學生學習效果的影響及其在學習材料呈現步調、學習者學段和實驗時長這三個調節變量上的差異，用量化的數據試圖解釋視覺情緒設計對學習者學習結果的積極、正面的影響，對當前有關“視覺情緒設計是否能促進學習效果”的爭議作出了回答。同時，在進一步解讀元分析結果及深入閱讀研究文獻的基礎上，總結出積極視覺情緒設計存在的共同特點，為多媒體教學材料的設計提供有益的參考。但是，本研究依然存在一些不足之處，如元分析樣本量相對較小，對不同調節變量影響效果存在差異的原因未進行深入探討，未探討情緒設計在性別、年齡等調節變量下的不同影響。未來還需要綜合更多的情緒設計方面的研究，深入分析情緒設計對學習者主觀體驗等的影響及其發生作用的機理，為多媒體學習材料的有效設計提供借鑒和參考。

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