測驗與反饋在分段視頻學習中的作用 *

冷曉雪 成美霞 王福興

(華中師范大學心理學院，武漢 430079)

1 引言

視頻學習中，聲音、圖像和視頻等多種形式的呈現增加了學習的趣味性和有效性，但同時也容易引起學習者的認知負荷過載（Ayres & Paas,2007）。多媒體學習認知理論（cognitive theory of multimedia learning, CTML）中容量有限假設（limited-capacity hypothesis）認為學習者在加工信息時每個通道加工的信息數量是有限的（Mayer,2021）。在視頻中，信息以動態的方式快速地呈現，學習者在觀看時需要加工的信息超過了自身工作記憶容量，導致學習者認知負荷過高，進而影響對知識的處理（Mayer, 2020）。研究者針對這一現象提出了分段原則（segmenting principle），即通過在連續動畫中添加停頓將動畫分為幾個小單元，為學習者提供額外的時間來加工前一單元的信息，從而減少認知負荷，促進學習（Mayer &Pilegard, 2014）。已有較多的研究驗證了分段原則的有效性。例如，Mayer和Chandler（2001）發現，學習者在學習閃電形成原理時，觀看分段視頻時的成績好于觀看完整視頻。分段原則的有效性也在人眼結構（Stiller et al., 2009）、運動（Khacharem et al., 2013）等多個科學知識的學習上得到了驗證。

以往較多的分段研究中，分段的暫停期間都沒有出現任何的學習活動或者額外任務（Cheon et al.,2014）。為了充分利用分段中的暫停，使分段變得更有意義，部分研究者在暫停中加入學習活動，學習者通過暫停期間的學習增強對前一段信息的認知處理，提高學習效果，這種新的分段形式被稱為積極分段（Cheon et al., 2014）。已有研究驗證了積極分段的作用。例如，王燕青（2020）的研究發現，在分段暫停中進行總結能提高學習表現。Lawson和Mayer（2021）發現在分段中進行自我解釋能夠有效地提高學習者的延遲測驗成績?？梢钥闯?，在分段中加入積極的學習過程能夠促進學習。目前，積極分段研究仍然較少，干預過程大多集中在想象、解釋、總結等學習任務上，探究的學習任務種類較少（王燕青, 2020）。

自我測驗是一種包含了選擇（selecting）、組織（organizing）、整合（integrating）的生成性學習策略（Mayer, 2020）。生成性學習理論認為，自我測驗能夠選擇性地激發和提取相關知識，促使學生將學習內容與已有的知識整合起來形成心理表征，促進知識的理解和遷移（Fiorella & Mayer,2015, 2016; Mayer, 2020）。已有研究證實了其在視頻學習中的積極作用（Butler, 2010; Johnson &Mayer, 2009）。例如，Johnson和Mayer發現，在多媒體學習中加入自我測驗能夠提高學習者的延遲測驗表現。但尚未有研究探究自我測驗在分段視頻中的作用。

然而，測驗并不總是起到積極作用。Leahy等（2015）沒有發現小學生在進行樣例學習時的測驗效應。Rowland（2014）發現，測驗產生的效應與測驗中取得的成績正向相關。在取得較差的成績時，更不容易出現測驗效應，而反饋便是彌補這一缺陷的有效手段。測驗后加入反饋總是能夠促進學習（Azevedo & Bernard, 1995）。反饋能夠給學習者傳達旨在改變其思維或行為以提高學習效果的信息，幫助學習者組織信息，促進生成過程（Shute, 2008）；同時，反饋也能夠有效地降低學習者的認知負荷（Paas et al., 2003; Sweller et al.,1998）。所以，在分段中的測驗之后提供反饋也可能有助于學習。

綜上，本研究將探索在分段中進行自我測驗和反饋能否提高學習者的學習效果。相比即時測驗，有意義的學習更能提升延遲測驗的成績（Johnson & Mayer, 2009）。因此，本研究也檢驗了自我測驗是否對延遲測驗的結果產生積極效應。實驗1對比了分段組（觀看分段視頻）和分段測驗組（在分段視頻的每個暫停中完成測驗）兩種情境下學習者的學習效果是否存在差異?；谝酝芯拷Y果，本研究提出以下假設。假設1：分段測驗組在保持測驗、遷移測驗和延遲測驗上的學習表現都好于分段組。假設2：由于進行了更多的學習任務，分段測驗組的學習者在認知負荷的分數都高于分段組的學習者。

在學習復雜材料時，測驗是否能夠穩定促進學習者學習還存在爭議（Karpicke & Aue, 2015;van Gog & Sweller, 2015）。為了探究測驗的效應是否能夠推廣到不同學科、不同難度的材料中去，實驗2采用了不同的學習材料。同時，實驗2也探究了反饋對于自我測驗的促進作用。實驗2對比了分段組、分段測驗組和分段測驗反饋組（在暫停中完成測驗題目并閱讀反饋）三種情境下學習者的學習效果是否存在差異。本研究提出以下假設。假設3：分段測驗組在保持測驗、遷移測驗和延遲測驗上的表現都會好于分段組；分段測驗反饋組在保持測驗、遷移測驗和延遲測驗上的表現都會好于分段組。假設4：由于進行了更多的學習任務，分段測驗組的學習者在認知負荷的分數會高于分段組；基于以往研究（Paas et al., 2003），加入反饋能有效地降低學習者的認知負荷，分段測驗反饋組的學習者認知負荷低于分段測驗組。

2 實驗1：測驗促進分段視頻學習

2.1 被試

實驗實施之前，由G*Power3.1計算得出所需被試量。設定統計功效1-β為0.8，ɑ為0.05，預計達到0.8的效應量，需要招募42名被試（Faul et al.,2007）。共招募42名某師范大學學生，分段組、分段測驗組各21人。對人口學變量進行檢驗，發現兩組之間年齡差異不顯著，t(41)=0.57，p＞0.05，性別比例差異不顯著，χ2(1)=0.40，p＞0.05。

參與延遲測驗的被試共38名，其中分段組18名，分段測驗組20名。兩組之間年齡差異不顯著，t(37)=0.34，p＞0.05，性別比例差異不顯著，χ2(1)=0.36，p＞0.05。

2.2 實驗設計

實驗采用被試間單因素兩水平實驗設計，分為分段組和分段測驗組。因變量包括學習測驗結果（保持測驗和遷移測驗）、主觀感受的測量（認知負荷）和7天后延遲測驗（保持測驗）。

2.3 實驗材料

2.3.1 視頻學習材料

視頻學習材料與馬安然等（2021）實驗中使用的材料一致。材料節選自中國大學MOOC網站上中國地質大學所開設的水文地質學基礎課程（https://www.icourse163.org/course/CUG-1002545003），視頻中由一名女教師講解水文循環的知識，并配有相關圖片。視頻總時長為3分34秒，視頻格式為MP4，分辨率為1280×720像素。實驗材料按照視頻學習的內容被分為5個部分。分段組中，每個部分之間加入一個20秒的黑屏，總學習時長為5分14秒。分段測驗組中，每個部分視頻結束后會向被試呈現與視頻內容相關的測驗問題，沒有回答時間限制，被試回答問題后進入下一段視頻。

2.3.2 前測問卷

前測問卷包括基本的人口學信息調查（年齡、性別等）和水文循環有關的客觀題目（Cronbach’s ɑ=0.43）。客觀題目用于測量學習者對水文循環的先驗知識，篩選出成績在60%及以下低經驗被試參與實驗。

2.3.3 學習測驗

學習測驗包含保持測驗（Cronbach’s ɑ=0.59）和遷移測驗（Cronbach’s ɑ=0.59）。保持測驗主要考察學習者對學習材料的識記情況，要求學習者簡述水文循環的過程，共15分。遷移測驗主要考察理解。學習者需要對學習材料進行深度理解和推理，通過理解學習到的知識正確回答遷移性問題，包含2個選擇題和3個簡答題，共25分。學習測驗由兩名研究者評分（r保持=0.81,r遷移=0.89,r延遲=0.98,ps＜0.01），取兩人平均評分作為最終結果。

2.3.4 主觀評定

主觀評定測量了被試在學習過程中的認知負荷。認知負荷量表改編自Chang等（2017）的研究，包括12個題目（如“這種學習方式有助于集中精力”），采用Likert 7點評分，得分越高表示認知負荷水平越高。

2.3.5 延遲測驗

延遲測驗在學習結束后第七天進行，內容與保持測驗一致，主要考察學習者的長期記憶和遺忘。

2.4 實驗儀器與程序

實驗統一在華碩筆記本電腦上進行施測。聲音由電腦自帶揚聲器進行播放。在學習者學習之前將電腦音量調至舒適水平（聲音清晰，音量范圍為50～60分貝）。

實驗在安靜的實驗室環境進行。被試通過前測后被隨機分配到分段組和分段測驗組。主試向被試呈現指導語并解釋指導語含義。分段組的被試觀看加入分段的視頻。分段測驗組被試每觀看一段后會向其呈現一個問題，被試需要回答這一問題后再按鍵進入下一段視頻。視頻學習結束后，被試完成學習測驗和主觀評定問卷。實驗后第七天，被試在線上平臺完成延遲測驗。

2.5 結果

對基于前測成績的先前知識經驗進行檢驗，發現分段組與分段測驗組之間沒有顯著差異，t(41)=0.60，p＞0.05。

2.5.1 學習結果

將前測成績作為協變量，對保持測驗和遷移測驗成績進行協方差分析，保持和遷移測驗上，分段測驗組都顯著高于分段組；F保持(1, 41)=8.49，p=0.006；F遷移(1, 41)=9.35，p=0.004。對參加延遲測驗的38名被試的第一次學習成績進行分析。以前測成績作為協變量，結果發現，在保持和遷移測驗上，分段測驗組都顯著高于分段組。延遲保持測驗中，分段測驗組成績顯著高于分段組；F(1, 37)=7.13，p=0.011。學習結果的平均值和標準差見表1。

表1 實驗1學習者的學習表現和主觀評定分數

2.5.2 主觀評定結果

對被試的主觀測驗分數進行F檢驗，發現認知負荷在兩組間沒有顯著差異，F(1, 41)=0.42,p=0.519。見表1。

2.6 討論

實驗1使用了較為簡單的水文循環材料，比較了分段組和分段測驗組中學習者的保持測驗、遷移測驗和延遲保持測驗的成績。結果發現在分段中加入測驗能夠有效地提高學習者的學習表現，與假設1一致，說明了在分段期間加入測驗能夠促進生成性學習過程，進而提高學習者對材料的記憶和理解。在主觀感受上，兩種學習情境沒有顯著的差異，與假設2不一致?？赡苁且驗椴牧想y度較低，導致學習者的認知負荷在兩組中都較低。

3 實驗2：測驗和反饋促進分段視頻學習

實驗2更換了不同學科不同難度的學習材料，探究測驗在分段中的積極效應是否能夠擴展到其他材料中去。同時，實驗2引入反饋，探究反饋能否進一步增強測驗在積極分段中的效應。

3.1 被試

實驗2設定統計功效1-β為0.8，ɑ水平為0.05，預計達到0.4的效應量，G*Power3.1計算需要招募66名被試（Faul et al., 2007）。實驗共招募66名某師范大學學生，分段組、分段測驗組和分段測驗反饋組各22人。對人口學變量進行檢驗，發現三組之間年齡差異不顯著，F(2, 63)=0.05，p＞0.05，性別比例差異不顯著，χ2(2)=0.00，p＞0.05。

參與延遲測驗的被試共47人，分段組16人，分段測驗組15人和分段測驗反饋組16人。三組之間年齡差異不顯著，F(2, 44)=0.32，p＞0.05。性別比例差異不顯著，χ2(2)=0.01，p＞0.05。

3.2 實驗設計

實驗采用被試間單因素三水平實驗設計，分為分段組、分段測驗組和分段測驗反饋組三組。因變量包括學習測驗結果（保持測驗和遷移測驗）、主觀感受的測量（認知負荷）和7天后延遲測驗（保持測驗和遷移測驗）。

3.3 實驗材料

3.3.1 視頻學習材料

實驗中所學習的材料為自制視頻，包含高中生物知識的細胞分裂的內容。視頻總時長為9分18秒，格式為MP4，分辨率為1920×1080像素。參考多本細胞生物學相關書籍編寫材料（見圖1），最后請相關領域的專業人士確認內容的科學性和準確性。動畫由教育技術學學生制作，講解采用女性普通話。預實驗招募了20名低經驗被試，確定了實驗材料的難度和有效性。

圖1 實驗2學習材料

實驗材料按照視頻學習的內容和結構進行分段。視頻從重要的結構節點處被分為5個部分。分段組中，每個部分之間加入一個20秒的黑屏，總學習時長為10分38秒。分段測驗組中，每個部分結束后會呈現相應的測驗問題，回答后直接進入下一段視頻。分段反饋測驗組中，每個部分結束后會呈現相應的測驗問題，回答后會呈現正誤反饋和具體的解析（見圖2），被試閱讀完成后進入下一段視頻?；卮鸷烷喿x均沒有時間限制。

圖2 測驗和反饋示例

3.3.2 前測問卷

前測問卷包括基本的人口學信息和細胞分裂有關的客觀題目（Cronbach’s ɑ=0.61）?？陀^題目用于測量學習者對細胞分裂的先驗知識，篩選出成績在60%及以下低經驗被試參與實驗。

3.3.3 學習測驗

學習測驗包括保持測驗（Cronbach’s ɑ=0.71）和遷移測驗（Cronbach’s ɑ=0.70）。保持測驗考察識記，要求學習者簡述細胞分裂的過程，共30分。遷移測驗考察理解，包含6個選擇題和2個簡答題，共18分。學習測驗均由兩名研究者評分（r保持=0.94,r遷移=0.95,r延遲保持=0.99,r延遲遷移=0.99,ps＜0.01），取兩人平均評分作為最終結果。

3.3.4 主觀評定

同實驗1。

3.3.5 延遲測驗

同3.3.3學習測驗。

3.4 實驗儀器與程序

實驗儀器等要求同實驗1。

實驗在安靜的實驗室環境進行。被試通過前測后被隨機分配到分段組、分段測驗組和分段測驗反饋組三組。主試先向被試呈現指導語并解釋指導語含義。分段組被試觀看加入分段的視頻。分段測驗組被試每觀看一段后會向其呈現測驗題，被試需要選擇答案，隨后進入下一段視頻。分段測驗反饋組被試每觀看一段后會向其呈現測驗題，被試選擇后會向其呈現正確的選項和解析，被試閱讀完成后進入下一段視頻。視頻學習結束后，被試需要完成所有后測。實驗完成后第七天，被試在實驗室完成延遲測驗。延遲測驗要求同實驗1。

3.5 結果

對前測成績進行檢驗，發現三組之間不存在顯著差異，F(2, 63)=2.24，p＞0.05。被試在視頻暫停中的題目得分在分段測驗組和分段測驗反饋組之間差異不顯著，t(42)=0.31，p＞0.05。

3.5.1 學習結果

將前測成績作為協變量。保持測驗上，三組之間存在顯著差異。事后比較（LSD, 下同）發現，分段測驗反饋組的學習者在保持測驗上的學習表現顯著好于分段測驗組（p=0.004）和分段組（p=0.003），分段測驗組和分段組之間沒有顯著差異（p=0.851）。遷移測驗上，三組之間的差異不顯著（p=0.064），分段測驗反饋組的表現顯著好于分段測驗組（p=0.029），其他各組之間無顯著差異（ps＞0.05）。

對參加延遲測驗的47名被試的第一次保持測驗和遷移測驗成績進行分析。以前測成績作為協變量。在保持測驗上，三組之間差異顯著（p=0.004），分段測驗反饋組的成績顯著高于分段組（p=0.001），其他各組之間沒有顯著差異（ps＞0.05）。在遷移測驗上，各組之間無顯著差異。

在延遲的保持測驗上，分段測驗反饋組的學習者的成績顯著好于分段組（p=0.009），其他各組之間沒有顯著差異（ps＞0.05）。在延遲的遷移測驗上，三組學習者的學習效果之間沒有差異。見表2。

表2 實驗2學習者的學習表現和主觀評定分數

3.5.2 主觀評定結果

對主觀評定分數進行F檢驗，發現認知負荷的主效應顯著。事后比較發現學習者在分段組的認知負荷顯著高于分段測驗組（p=0.034）和分段反饋測驗組（p=0.001），其他兩組之間沒有顯著差異（p=0.156）。

3.6 討論

實驗2使用了難度較高的實驗材料，并探究了在測驗中加入反饋能否增強學習效果，對比了學習者在觀看分段視頻、在分段暫停中完成測驗和在分段暫停中完成測驗后閱讀反饋三種情境下的保持測驗、遷移測驗和延遲測驗成績。結果發現，測驗并沒有顯著地提高學習者任何方面的學習表現。這一結果與假設3不一致，與實驗1結果也不一致。原因可能是因為實驗2的材料具有更高水平的元素交互性（element interactivity, 即元素間相互關聯和交互的程度）。而學習高水平元素交互性材料時很有可能無法觀察到測驗的積極效應（Hanham et al., 2017）。

分段測驗反饋組學習者的保持測驗好于另外兩組，遷移測驗成績好于分段測驗組。結果部分符合假設3。這一結果說明反饋能夠為學習者提供支架，促進學習中的生成過程，進而提高學習。反饋提高了延遲保持測驗的成績，但未能顯著提高延遲遷移測驗的成績，結果部分符合假設3。原因可能是因為延遲測驗流失了較多被試，參與延遲測驗的47名被試在即時測驗和延遲測驗上的學習結果模式類似。

在主觀評定上，分段組學習者的認知負荷高于分段測驗組和分段測驗反饋組，分段測驗組和分段測驗反饋組之間沒有顯著差異，與假設4不符。原因可能是由于材料的高元素交互性導致了較高的認知負荷，測驗和反饋向學習者再次呈現了材料相關的內容，從而降低了認知負荷（Carrier &Pashler, 1992）。

4 總討論

本研究通過兩個實驗探討了測驗和反饋對學習者在分段視頻中的學習效果和主觀體驗產生的影響。研究發現，在分段視頻中加入測驗和反饋的積極干預都可以有效促進學習者對科學知識的學習，但測驗并不總是有效。反饋能夠進一步促進學習者學習。

實驗1發現，在分段視頻中加入測驗可以提高學習者的學習表現。結果支持了生成性學習理論，即自我測驗能夠幫助學習者充分利用分段中的暫停時間，讓學習者能夠對每一部分的內容進行積極學習。

但實驗2并未發現同樣的結果。這說明對于復雜視頻材料，在分段中加入測驗并不總是有效，測驗的結果可能受到測驗難度的影響。測驗成績（不提供反饋時）和測驗起到的積極效果正向相關（Rowland, 2014）。實驗2中被試在測驗組的正確率為64.3%，中等的正確率可能導致了實驗2中沒有發現測驗的積極效應。學習效果還可能受到元素交互性的影響。例如，De Jonge等（2015）發現，在學習元素交互性低的材料時，測驗組學習者的學習表現好于控制組，而在學習內容相同但元素交互性高的材料時則沒有該效應，說明了元素交互性會影響測驗的作用。目前對于復雜學習材料，尤其是視頻材料，測驗的效應和邊界作用探究較少。后續的研究可以進行進一步檢驗。

本研究采用了正誤加解釋的反饋類型，驗證了在分段視頻中提供該反饋類型的積極作用，這一結果與以往研究一致（Butler et al., 2013）。該反饋類型向學習者提供了回答是否正確的反饋，糾正了學習者的錯誤，對答案的解釋向學習者提供了正確的知識，學習者隨即將這些正確信息整合到記憶中進而提高表現（Butler & Roediger, 2008）。

基于多媒體學習認知理論，分段原則能夠降低學習者在視頻學習中的認知負荷超載，進而促進學習（Mayer, 2020）。測驗和反饋促進了生成性加工，學習者更多地參與到組織和整合的學習過程中去，導致學習者認知負荷增高。但實驗2結果與假設并不一致，接受了測驗和反饋的學習者認知負荷反而更低。根據多媒體學習認知理論，只有在工作記憶容量能夠處理需要加工的必要信息時，學習者才有多余的認知容量用于生成過程（Mayer, 2021）。實驗2學習材料難度較高，單純的分段可能難以將認知負荷降低到一定水平，學習者仍處于認知負荷超載狀態，沒有多余的認知容量用于生成過程。而測驗和反饋提供了和學習內容相關的知識，降低了認知負荷。這一結果同樣驗證了多媒體學習認知理論。

本研究為線上視頻的設計提供了一定的參考。在線上視頻學習時，部分視頻會為學習者在分段中提供測驗。根據研究結果，僅提供測驗不一定能夠有效促進學生學習。在實際的視頻設計中，為學習者同時提供測驗和詳細反饋能夠更好地促進學習。

本研究也存在一定不足。研究并沒有明確暫停時間帶來的影響，暫停時間過長是否會導致學習者的煩躁情緒？分段測驗組和分段測驗反饋組是否在暫停中使用了較長的時間進行測驗？后續的研究可以進一步控制時間，對學習者在暫停中使用的時長進行測量和分析。

5 結論

（1）測驗能夠促進分段視頻學習，但效應并不穩定。（2）在測驗后向學習者進行反饋能夠進一步促進分段視頻學習。