互動視頻教學的神經機制與可視化分析*

周加仙 高于婷 張志聰 陳 丹

互動視頻教學的神經機制與可視化分析*

周加仙 高于婷 張志聰 陳 丹

（華東師范大學 教育心理學系，上海 200062）

在信息技術時代，教學媒介融合多元化，原本單向信息傳遞的視頻教學轉為雙向互動的視頻教學，促使互動視頻教學在教育領域得到了廣泛關注和應用。基于此，文章首先分析了互動視頻教學提出的背景、內涵及其作用，深入分析了當前互動視頻教學的優(yōu)勢與不足。隨后，文章分析了影響互動視頻教學質量的核心要素——沉浸感、臨場感的神經機制，并在此基礎上分析了其對互動視頻教學設計的啟示。最后，文章從CNKI數(shù)據(jù)庫和嗶哩嗶哩視頻網站采集互動視頻教學的相關數(shù)據(jù)，從這兩條途徑分別分析了互動視頻教學的研究現(xiàn)狀和應用現(xiàn)狀。在此基礎上，文章針對我國互動視頻教學設計提出相關建議，以期更好地發(fā)揮互動視頻教學的作用，并推動互動視頻教學研究與應用的進一步深入。

互動視頻教學；沉浸感；臨場感；神經機制；嗶哩嗶哩視頻網站；教育神經科學

一 互動視頻教學研究問題的提出

在信息技術廣泛應用于教育和近年來新冠疫情導致居家學習的時代背景下，線上視頻教學成為基礎教育和高等教育的一種重要的教與學方式。線上教學視頻的最大特點是能夠滿足師生時空異步的教學需求，然而這種異步交互的視頻教學模式缺乏線下教學過程的直觀感、親切感、臨場感（Sense of Presence）與沉浸感[1]，不利于師生之間的即時互動；同時，單向、被動的學習方式影響了學生學習的積極性和參與度；另外，冗長或不夠科學的視頻內容會使學生產生額外的認知負荷[2]，并使其學習內容的記憶保留程度下降[3]，因此學生中斷學習的可能性大大增加。線上教學視頻中存在的這些問題引起了教育技術學、教育心理學、教育神經科學等領域學者的關注，互動視頻教學也因此成為交叉學科領域共同關注的研究課題。

互動視頻教學是指教學設計者采用現(xiàn)代化的多媒體方式，將教師要傳授給學生的知識、技能等內容制作成非線性的視頻內容和形式，通過選項、彈幕等設置，讓學生可以進行分支劇情選擇、視角切換、畫面互動等交互操作，從而為學生帶來強參與感、臨場感與沉浸感的互動觀看體驗。互動視頻教學通過互動功能可以提高學生的參與度，通過引入點擊探索、回答問題和投票等互動環(huán)節(jié)，敦促學生與視頻內容進行個性化的實時互動，形成了非線性的傳播風格；另外，互動視頻通過設置評論和筆記、嵌入式問題和鏈接等互動功能，給予學生選擇權、操作權和猜想空間，超越了常規(guī)視頻所提供的選擇[4]，具有更強的生態(tài)效應。因此，這種具有多樣化、游戲化、可能性、選擇性等互動特性的視頻引起了廣泛關注。

在互動視頻教學中，內容互動是其關鍵特征。從內容呈現(xiàn)形式來看，互動視頻教學可分成帶鏈接或超鏈接的交互式視頻教學、帶交互式3D物體的互動視頻教學、帶交互式地圖的視頻教學、帶問答的交互式視頻教學；從互動方式來看，互動視頻教學可分為可定制式互動視頻、會話式互動視頻和探索式互動視頻。從教育神經科學的視角來分析，互動視頻教學可以提高學生的主動性、注意力與學習動機——帶有互動特征的教學視頻可以將學生從被動的觀看者轉為主動的參與者，使學生擁有更強的代入感、沉浸感與臨場感，也能降低學生中途放棄學習的風險。相對于傳統(tǒng)的單向視頻教學來說，這種互動視頻教學會在一定程度上增強學生的學習動機、學習參與度和注意力，進而提升學生的學習效果。目前，研究者較多地從行為方面研究了互動視頻教學對學生認知和行為的影響，但對于互動視頻教學有效性背后具有什么樣的認知神經基礎，還有待進一步探索。基于此，本研究首先分析了影響互動視頻教學質量的核心要素——沉浸感和臨場感的神經機制對互動視頻教學設計的啟示，然后通過從CNKI數(shù)據(jù)庫和嗶哩嗶哩視頻網站采集到的互動視頻教學的相關數(shù)據(jù)，從這兩條途徑分別分析我國互動視頻教學的研究現(xiàn)狀與應用現(xiàn)狀，以探索互動視頻教學研究與應用之間的相互促進，進而提出需要從教育神經科學的研究視角來推動我國互動視頻教學研究與應用的深入發(fā)展。

二 互動視頻教學設計的神經機制

隨著虛擬現(xiàn)實技術、虛擬環(huán)境設計在互動視頻教學中的運用，互動視頻教學設計逐漸向視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺五感沉浸的方向發(fā)展，而沉浸式、具有臨場感的互動教學為學生帶來了全新的體驗。當前，研究者已使用多種神經影像技術如功能磁共振成像技術（fMRI）、腦電技術（EEG/ERP）、近紅外成像技術（fNIRS）等，來評估網絡環(huán)境或虛擬環(huán)境中與沉浸感、臨場感相關的認知與神經活動。若能揭示隱藏在沉浸感、臨場感背后的認知與神經關聯(lián)，或許就能開發(fā)出自適應的腦機接口，開展更加科學的互動視頻教學，這將幫助學生在學習中忽略虛擬環(huán)境和媒體介質，使學生產生心流體驗，進而獲得更加滿意的學習體驗。基于此，本研究嘗試從沉浸感、臨場感的角度來探討互動視頻教學設計的神經機制。

1 沉浸感的神經機制與互動視頻教學設計

沉浸感是一種非常積極的心理狀態(tài)，通常當一個人感知到某一情境下的挑戰(zhàn)難度（如游戲競技）與自己的能力相匹配時，就會出現(xiàn)這種狀態(tài)[5]。對于學生來說，學習的沉浸感是指學生集中精力完成學習任務時的一種任務導向、認知效率和情感愉悅的心理狀態(tài)。當沉浸式體驗發(fā)生時，人的呼吸會變得更慢、更有規(guī)律，脈搏減慢，但我們對此的感覺并不明顯[6]。互動視頻教學所帶來的這種沉浸感與視覺注意、媒介密切相關，兩者會以不同方式激發(fā)腦中的沉浸體驗。

①學習的沉浸度與視覺注意密切相關。人腦聚焦的事物是經過知覺選擇的，是一種有傾向性的行為。而這個聚焦過程一般可分為兩種：一種是隱性注意，是指注意轉移到視野的周邊區(qū)域，以獲取對周邊環(huán)境的粗略感知；另一種是顯性注意，是指注意轉移到視野的中央區(qū)域，以獲取該注意區(qū)域內更詳細的信息。在互動視頻教學中，互動性的虛擬現(xiàn)實環(huán)境有效地模擬了真實世界，會讓學生獲得類似于真實生活中的體驗。沉浸于純粹的虛擬現(xiàn)實、在虛擬現(xiàn)實的沉浸過程中執(zhí)行心理任務，是兩種不同的腦認知加工方式。其中，純粹的虛擬現(xiàn)實沉浸環(huán)境擁有豐富的感官刺激，可以通過眼睛和頭部運動自由地探索虛擬場景，以引起人腦的外部注意；而在虛擬現(xiàn)實沉浸的過程中執(zhí)行心理任務時，需要集中內部注意、忽略外部環(huán)境才能執(zhí)行心理操作[7]。在注意力從視野的周邊區(qū)域轉移到中央區(qū)域的過程中，會導致腦中Alpha功率逐漸上升，這一現(xiàn)象表明大腦可能正在抑制感覺加工或分心物的干擾，或者腦中正在運行一般的抑制機制。因此，在設計互動視頻教學時，需關注沉浸度與人腦注意之間的關系，以提升教學設計的有效性。

②學習的沉浸感與媒介有關。觀看高沉浸度的虛擬現(xiàn)實視頻與閱讀低沉浸度的普通文本所激發(fā)的認知、身體表征、神經活動顯然是不同的[8]，主要體現(xiàn)在脈搏率、注意力得分、放松得分的比率和腦中Alpha功率的變化上。與這些生理、心理指標相一致，學生在學習高沉浸感的虛擬現(xiàn)實視頻時，幾乎不會感覺到時間的流逝，心情平靜、輕松；而在學習略顯枯燥的文字材料時，學生會感覺到時間流逝，并有輕微的煩躁感，從而影響答題的效果，也就是說沉浸感低。由此可見，學習互動視頻比傳統(tǒng)的閱讀普通文本獲得的沉浸感更高。而充滿沉浸式體驗的互動智慧課堂可以借助技術手段，為學生創(chuàng)造一個良好的沉浸式學習環(huán)境，從而在一定程度上改善學生的主觀學習體驗，提高學習效果。

2 臨場感的神經機制與互動視頻教學設計

研究臨場感的神經機制，對于設計出更加符合學生需求的人機互動教學平臺非常重要。在現(xiàn)實世界，人類的臨場感從出生時就開始形成；而在虛擬環(huán)境，人類的臨場感來源于個體作為獨立形式存在于虛擬世界的一種感覺[9]。也就是說，在網絡環(huán)境或虛擬環(huán)境中，雖然人的身體在物理位置上處于現(xiàn)實環(huán)境，但是可以在網絡環(huán)境和虛擬環(huán)境中擁有臨場的體驗[10]。可見，臨場感是網絡環(huán)境和虛擬環(huán)境所固有的重要屬性。因此，互動視頻教學的設計可以充分利用這個屬性，讓學生在學習過程中獲得臨場感的體驗，進而提高互動視頻教學的效果。

（1）成人臨場感的神經機制

①成人的臨場感與腦中分布式網絡的激活模式有關。分布式網絡的關鍵節(jié)點是背外側前額葉皮層，其右側部分明顯抑制背側視覺流的激活，從而調節(jié)和控制臨場體驗。大腦中的背側流在以自我為中心的視覺環(huán)境加工中具有特殊作用，而右側背外側前額葉皮層通過限制以自我為中心的活動來調節(jié)臨場感。因此，設計互動視頻教學時，可以通過調節(jié)以自我為中心的視覺環(huán)境來調節(jié)互動視頻教學中學生的臨場感，進而影響其大腦右側背外側前額葉皮層的活動；同時，也可通過增強學生的臨場體驗，抑制其右側背外側前額葉皮層的激活，使學生的大腦對虛擬環(huán)境的反應與對現(xiàn)實生活的反應一樣。臨場感體驗越強，大腦左側和右側的背外側前額葉皮層的血流動力學反應就越小[11]。此外，背側視覺流和相連的額頂區(qū)域也顯著參與了行動和運動控制。因此，學生對虛擬場景的參與程度越高，其在虛擬環(huán)境中專心致志學習的能力就越強。

②成人的臨場感也與內側前額葉皮層的活動有關。內側前額葉皮層參與注意力調節(jié)、沖突監(jiān)測、認知控制、自我反思等活動[12][13]，且其活動在休息時繼續(xù)，而在執(zhí)行外部提示任務時暫停[14]。因此，內側前額葉區(qū)域的激活可能表明成人學習者處于虛擬環(huán)境時主要使用內部自我反思控制——當成人學習者經歷較少的臨場感時更是如此。成人學習者可以通過批判性地評估和監(jiān)測虛擬環(huán)境刺激，或通過將他們的注意力從外部虛擬現(xiàn)實引向內部自我反思的心理過程，來控制和調節(jié)臨場體驗。因此，在設計互動視頻教學時，可以在關鍵問題上給予成人學習者適當?shù)姆此紩r間，讓其有足夠的時間對概念、知識體系等進行深入思考，再通過視頻互動環(huán)節(jié)將思考的結果呈現(xiàn)出來。

（2）兒童臨場感的神經機制

兒童臨場感激活的神經機制與成人不一樣：兒童右側背外側前額葉皮層參與皮層下和顳葉中部腦區(qū)（包括海馬、杏仁核、腦島）、多感官整合區(qū)（顳頂交界處）和腹側視覺流的活動。由于兒童的大部分腦區(qū)，特別是雙側海馬和腹側視覺流，是以物體為中心的空間位置加工網絡的一部分，與觀察者以自我為中心的空間位置無關，故兒童會自動使用以物體為中心的導航策略來應對高沉浸度的虛擬場景[15]。以物體為中心的導航策略通常用于在空間導航方面不是很熟練的兒童和成人，因此這種激活模式可能表明兒童在空間導航方面的熟練度較低。但是，兒童參與情緒加工（包括杏仁核、海馬體和腦島）的腦區(qū)激活水平上升，這些區(qū)域在虛擬環(huán)境體驗的過程中激活水平較高，表明兒童更易受到視覺和聽覺空間刺激的影響。在虛擬環(huán)境中，兒童調節(jié)和控制臨場體驗的能力較弱，這可能與兒童尚未完全成熟的前額葉皮層有關[16]，也與兒童的大部分執(zhí)行功能的延遲成熟有關[17]。目前，還沒有證據(jù)表明背外側前額葉皮層對控制臨場感的神經網絡有任何明顯的調節(jié)作用，這很可能是由于額葉皮層尚未成熟，削弱了兒童有效應對虛擬環(huán)境中刺激的能力，導致兒童在虛擬環(huán)境中出現(xiàn)了更強烈的情緒反應，且更多地采用了以物體為中心的導航策略。這種完全不同的激活模式表明，兒童在加工視覺情景時采用了明顯不同于成人的“神經”策略。

需要注意的是，兒童的內側前額葉皮層尚未完全發(fā)育成熟，大部分執(zhí)行功能也還不夠完善，導致兒童的臨場感聯(lián)結模式與成人學習者顯著不同，因此在設計面向兒童的互動視頻教學時需要遵循兒童臨場感發(fā)展的規(guī)律。

綜上所述，進行互動視頻教學設計時要關注沉浸感與臨場感的認知、神經機制研究。沉浸感不僅與人腦的注意機制有關，還與媒介有關——媒介本身能夠帶來高低不同的沉浸感。臨場感在人腦中漸進式發(fā)展，其中成人的臨場感與腦中分布式網絡的激活模式有關，其關鍵節(jié)點是大腦左右半球的背外側前額葉皮層，其通過限制以自我為中心的導航策略來調節(jié)臨場感，而內側前額葉通過在虛擬環(huán)境的內部自我反思來調控臨場感；兒童由于大腦發(fā)育不成熟，對臨場體驗調節(jié)和控制的能力較弱，故在設計互動視頻教學尤其是虛擬環(huán)境中的互動視頻教學時，需要遵循兒童學習者、成人學習者不一樣的神經和認知加工規(guī)律，以確保教學設計的有效性。基于上述對腦與認知規(guī)律的認識，接下來本研究將對CNKI數(shù)據(jù)庫和嗶哩嗶哩視頻網站上互動視頻教學的研究與應用現(xiàn)狀進行深入分析，以期為我國互動視頻教學設計提出有針對性的建議。

三 互動視頻教學研究與應用的可視化分析

為了解我國互動視頻教學設計的科學性與實踐的有效性，本研究采用可視化技術，從兩條路徑來進行數(shù)據(jù)的采集與分析：①以CNKI數(shù)據(jù)庫為主要數(shù)據(jù)來源，運用VOSviewer分析軟件，對互動視頻教學的核心關鍵詞進行可視化分析，來了解互動視頻教學的研究現(xiàn)狀；②以嗶哩嗶哩視頻網站提供的互動視頻教學資源為數(shù)據(jù)來源，采用Python代碼爬蟲工具，以“互動視頻教學”為關鍵詞進行搜索，來了解互動視頻教學的應用現(xiàn)狀。

1 互動視頻教學研究的可視化分析

為了解互動視頻教學的研究現(xiàn)狀，本研究按照檢索式為“主題=互動視頻+教育/教學”、文獻發(fā)表的時間不限定、文獻語言均為中文等條件進行檢索，同時采用VOSviewer 1.6.16工具，對從CNKI數(shù)據(jù)庫采集到的文獻數(shù)據(jù)進行可視化分析，以考察互動視頻教學的研究熱點。經篩選、查重、合并后，本研究得到87篇有效文獻、45個具有共現(xiàn)關系的核心關鍵詞。

我國互動視頻教學研究始于1994年，于2000年逐漸步入正軌[18]。通過對互動視頻教學的關鍵詞進行分析，本研究發(fā)現(xiàn)：“遠程教育”“互動視頻”“互動教學”“視頻分析”“師生互動”“同步視頻互動”“分布式學習”等為共現(xiàn)頻率較高的關鍵詞，在整體的共現(xiàn)網絡中起核心作用，具體如圖1所示。此外，“互動視頻”子網絡顯示，與“互動視頻”主題存在直接相關關系的關鍵詞有“微課”“實驗教學”“教學短視頻”“情境認知”“Bilibili平臺”等，這些構成了互動視頻教學的熱點，如圖2所示。

圖1 互動視頻教學的核心關鍵詞

圖2 互動視頻教學的熱點

根據(jù)VOSviewer的分析結果，結合已經發(fā)表的研究成果，本研究認為互動視頻已經成為教學的一種重要手段，其研究的發(fā)展趨勢是從原本單向信息傳遞的視頻教學向雙向互動的視頻教學發(fā)展[19]，同時研究也關注了線上教育互動性差、學生注意力維持難、學情即時觀察難等教學問題。互動視頻教學研究自2015年開始逐漸加深，現(xiàn)已深入到不同年齡段的課堂，其研究視角逐漸從網絡教學、遠程教育發(fā)展為學習環(huán)境（如嗶哩嗶哩視頻網站、教室等線上線下平臺）、學科內容（如化學、語言、數(shù)學等科目教學）、教學人群（包括幼兒、中學生、大學生、企業(yè)人群）等。由此可見，互動視頻教學已成為我國教育領域研究的重要主題，且其研究不斷深入、所涉范圍不斷拓寬。

2 互動視頻教學應用的可視化分析

嗶哩嗶哩視頻網站（官網地址：https://www.bilibili.com/）是國內年輕人高度聚集的文化社區(qū)和視頻平臺，根據(jù)QuestMobile研究院發(fā)布的《Z世代洞察報告》，其位列“Z世代偏愛APP”和“Z世代偏愛泛娛樂APP”兩項榜單第一名，現(xiàn)已成為互動視頻教學的重要平臺。根據(jù)嗶哩嗶哩視頻網站發(fā)布的2022年第二季度財報顯示，該平臺的月均活躍用戶達3.06億，日均視頻播放量達31億次，月均互動數(shù)達125億次，具有開放性強、包容度高、受眾群體廣等特點；尤其是懸浮于視頻上方的實時評論功能（俗稱“彈幕”），可以形成一種奇妙的實時互動關系。嗶哩嗶哩視頻平臺極大地促進了互動視頻教學的制作與傳播，但是互動視頻的質量還有待進一步提高。例如，陳俊穎[20]的問卷調查報告顯示，在333名調查參與者中，大約有62.5%表示自己在嗶哩嗶哩視頻網站觀看過知識競答類互動視頻，但僅有18.0%表示喜愛這類互動視頻；而王若琳[21]的調查研究結果發(fā)現(xiàn)，在183名調查參與者中，58%認為互動視頻能夠滿足自身個性化需求，38%認為互動形式單一等。

為進一步了解互動視頻教學的應用現(xiàn)狀，本研究以“互動視頻教學”為關鍵詞在嗶哩嗶哩視頻網站進行搜索（時間截止到2022年8月），然后采用Python代碼爬蟲工具獲取了50頁（嗶哩嗶哩視頻網站搜索結果最多只呈現(xiàn)50頁）的視頻信息，包括視頻分區(qū)、標題、播放量、彈幕數(shù)、上傳時間、視頻鏈接總共1000條視頻數(shù)據(jù)（并非嗶哩嗶哩視頻網站所有互動視頻數(shù)據(jù)，而是根據(jù)關鍵詞從嗶哩嗶哩視頻網站搜索出來的部分數(shù)據(jù)）。對檢索出的視頻進行人工逐條篩選，剔除無教育意義的視頻數(shù)據(jù)（包括非互動性、純娛樂性的互動視頻數(shù)據(jù)），本研究最后得到596條互動視頻教學的數(shù)據(jù)。

（1）互動視頻教學的發(fā)布熱度與播放熱度

嗶哩嗶哩視頻網站的視頻互動功能于2019年7月上線，而教學類互動視頻的最早發(fā)布時間是同年10月。自首次發(fā)布數(shù)量出現(xiàn)高峰之后，嗶哩嗶哩視頻網站的互動視頻教學一直保持著每天至少1個視頻的平穩(wěn)更新速度。從圖3中的播放總量（紅色曲線+三角形）可知，視頻播放量最低為10次，最高為6522332次，整體呈間歇性播放高峰走勢。雖然目前的教育類互動視頻創(chuàng)造和發(fā)布不斷更新，關注度和參與度也在逐漸上升，但從圖3的發(fā)布數(shù)量（藍色曲線+方形）可以看出，自2019年10月有過一次突破性增長之后，視頻發(fā)布量一直處于月發(fā)布量為10個視頻以內的小幅度起伏走勢，這說明該網站上互動視頻教學的制作與發(fā)布速度相對緩慢。

圖3 嗶哩嗶哩視頻網站互動視頻教學的發(fā)布熱度與播放熱度走勢

（2）教育類互動視頻的內容類型分析

通過對嗶哩嗶哩視頻網站采集到的相關數(shù)據(jù)進行歸類，可將視頻內容分為大學學科類、中小學學科類、通識教育類、技能教育類、考試輔導類、家庭教育類和興趣測試類，如表1所示。

表1 嗶哩嗶哩視頻網站互動視頻教學的內容類型詳情

類型內容說明舉例（視頻標題） 大學學科類本類視頻涉及大學相關課程的教學，受眾群體主要為大學生。課程內容涵蓋心理學、高等數(shù)學、遠程教育、生物學等學科。【微積分2】硬核互動視頻之三重積分的計算！ 中小學學科類本類視頻涉及中小學相關課程的教學，受眾群體主要為中小學生。課程內容涵蓋語文、數(shù)學、英語、地理等學科。小學六年級下冊《藏戲》互動視頻 通識教育類本類視頻以大、中、小學生為受眾。課程內容并不涉及具體的學科，而是以社會常識和三觀教育為主，包括安全教育、性教育、心理健康教育、社會實踐等。【互動視頻】中學生心理健康教育系列教育動畫（高中）—人際關系 技能教育類本類視頻不限定教學對象。主要教學目的是傳授某一特定的、具有應用性和操作性的技能，如軟件使用、編程技巧、工具制造、第二語言學習等。【C語言】C語言自學教程（零基礎入門）互動視頻帶你一步步來學習！ 考試輔導類本類視頻不限定教學對象。主要教學目的是針對某一類考試進行輔導，如法律考試、研究生入學考試、公務員考試、雅思、學科類考試等。呈現(xiàn)形式主要有兩類：題目和答案組合、問題和講解組合。【互動】像雅思老師一樣做閱讀 家庭教育類本類視頻通常以學生家長為教育對象，主要講授一些育兒輔導技巧，以促進家庭教育環(huán)境的改善。【互動】作為家長，如何面對自閉癥兒童？ 興趣測試類本類視頻不限定特定人群對象，以各種興趣測試為主要內容，如心理測試、職業(yè)測試、性格測試等。主要教學目的是通過測試，幫助學生更加了解自己的學習能力、職業(yè)發(fā)展方向等。【互動視頻】心情低落就是抑郁癥嗎？抑郁癥自測表！

圖4 互動視頻教學類型及其占比

與此同時，本研究對互動視頻的內容類型進行了統(tǒng)計分析，結果顯示：考試輔導類視頻占比最大（35.88%），中小學學科類視頻（18.03%）次之，通識教育類視頻（14.80%）排第三，占比最小的是家庭教育類（5.10%）和大學學科類視頻（4.08%），具體如圖4所示。而在播放量方面，考試輔導類視頻的播放量最高，其總播放量超過4816萬次；其次是興趣測試類視頻，其總播放量超過113萬次；超出預料的是中小學學科類、大學學科類視頻的播放量分別約為51萬次、6萬次，與考試輔導類視頻播放量之間的差距顯著，具體如圖5所示。由此可見，目前嗶哩嗶哩視頻網站互動視頻教學的目的與需求主要在于自主備考學習，其次為通識科普學習、技能學習、學科知識學習等。此現(xiàn)象或許會受各類視頻數(shù)量、視頻發(fā)布者影響力（即粉絲數(shù)量）、視頻制作主題等因素的影響，而最大的影響可能來自嗶哩嗶哩視頻網站使用人群與平臺的個體用途。也就是說，目前互動視頻教學主要應用于線上備考自學，且考試類視頻與技能、學科知識類等視頻之間存在顯著差距，至于導致顯著差距的原因，還有待深入探究。

圖5 各類互動視頻教學的播放量

四 對我國互動視頻教學設計的建議

根據(jù)上述有關互動視頻教學設計的神經機制，結合互動視頻教學研究現(xiàn)狀與應用現(xiàn)狀的可視化分析結果，本研究針對我國互動視頻教學設計提出以下建議：

1 充分利用網絡互動技術的優(yōu)勢，科學地制作具有沉浸感與臨場感的互動教學視頻

一方面，通過分析CNKI數(shù)據(jù)庫中互動視頻教學有效文獻的核心關鍵詞，本研究發(fā)現(xiàn)目前互動視頻教學的研究趨勢是從原本單向信息傳遞的視頻教學向雙向互動的視頻教學發(fā)展，研究開始聚焦于解決互動視頻教學中學生注意力維持難、學情即時觀察難等教學問題。另一方面，通過分析嗶哩嗶哩視頻網站教育類互動視頻的應用現(xiàn)狀，本研究發(fā)現(xiàn)互動視頻教學發(fā)展迅速，尤其是彈幕功能可以借助技術優(yōu)勢和文化優(yōu)勢，便捷地將單向信息傳遞的視頻教學變成雙向互動的視頻教學，既跨越了時空的限制，也密切了師生的關系，從而營造出一種很強的臨場感和沉浸感，極大地激起了學生互動分享的愿望與二次創(chuàng)造的沖動。

通過對互動視頻教學的現(xiàn)狀進行深入分析，本研究發(fā)現(xiàn)雖然網站的教學主題豐富、彈幕互動便捷，但是視頻教學互動的形式仍然較為單一，且以鏈接型（即觀看者通過點擊不同的鏈接跳轉到不同的視頻內容）和問答型（即觀看者通過選擇視頻彈題進行回答和測試）為主。這種單一的視頻交互形式一方面受限于平臺技術，導致優(yōu)秀的視頻內容和設計方案無法得到有力的技術支撐，在交互形式上缺乏一定的新意，尚不足以讓學生在互動過程中體驗到充分的參與感、沉浸感、臨場感和控制感；另一方面由于很多互動視頻教學缺乏原創(chuàng)性的內容，也降低了技術與文化已經營造出的沉浸感與臨場感，從而使得學生的觀看欲望減少，并很容易導致視頻內容和形式的同質化[22]。因此，后續(xù)互動視頻制作者應該首先根據(jù)有關沉浸感與臨場感的神經科學研究，設計出更加符合人腦運行規(guī)律的互動視頻教學，為學生創(chuàng)造良好的沉浸式學習環(huán)境，提供更具沉浸感、臨場感的互動視頻教學，從而在一定程度上改善學生的主觀學習體驗，提高學習效果。其次，提供更豐富的、高質量的教學內容，利用優(yōu)化的視頻技術或虛擬現(xiàn)實技術制作可定制式、可探索式等不同類型的互動視頻。同時，加強互動視頻技術與智能教育技術裝備的融合，如利用增強現(xiàn)實技術、虛擬現(xiàn)實技術、虛擬仿真技術、腦智提升技術等，進一步擴大互動視頻教學的應用場景。

2 增加教育神經科學的培訓內容，提高教師制作互動視頻的技能

通過分析嗶哩嗶哩視頻網站的相關數(shù)據(jù)，本研究發(fā)現(xiàn)大部分互動視頻教學的制作者并非專業(yè)的教育工作者，他們制作互動視頻完全出于興趣，而真正由教師制作的互動視頻只占互動視頻教學的很小一部分，因此，有必要提高教師制作互動視頻的占比，并發(fā)動研究者從教育神經科學的角度來研究互動視頻教學，將相關研究成果用來設計、開發(fā)互動視頻教學，進而形成網絡教學環(huán)境中師生互動的良好教學生態(tài)循環(huán)。為此，應為在線互動視頻教學人員提供科學、合理的課程，增加教育神經科學和教育技術學相關的內容，提高互動視頻制作者的專業(yè)素質和技術水平[23]。教師只有接受教育神經科學知識與互動視頻制作方法的培訓后，才能在設計互動視頻時遵循學生腦與認知發(fā)展的原理，制作出既融入教師個人創(chuàng)意、又符合學科特點和學生學習發(fā)展規(guī)律的互動視頻，進而提高學生的課堂參與度與學習積極性。

3 注重從教育神經科學的視角對互動視頻教學進行實證研究，提供更科學的證據(jù)

通過分析CNKI數(shù)據(jù)庫有關互動視頻教學的研究文獻，本研究發(fā)現(xiàn)互動視頻教學的研究視角逐漸從網絡教學、遠程教育發(fā)展為學習環(huán)境、學科內容、教學人群的互動等，互動視頻教學研究現(xiàn)已深入到不同年齡段的課堂。有研究已證明真實課堂環(huán)境中應用互動視頻的有效價值[24]，如Palaigeorgiou等[25]比較了小學五、六年級互動視頻教學環(huán)境與傳統(tǒng)課堂環(huán)境的差異，發(fā)現(xiàn)：與傳統(tǒng)課堂環(huán)境相比，互動視頻教學環(huán)境下學生的學習效果得到了顯著提升；學生不僅在互動視頻學習過程中表現(xiàn)出了較強的自制力和自主學習能力，能夠成功地監(jiān)控自己的學習進度，還對互動視頻教學環(huán)境給予了積極的評價。互動視頻應用于真實課堂環(huán)境產生的這一教學效果可由建構主義理論來解釋：在教學過程中，學生對自己的學習負責，教師只需引導學生，為學生提供個性化反饋；同時，學生通過與學習環(huán)境進行互動，鍛煉了主動建構知識、重新組織知識的能力[26]。基于這些科學的研究成果，學校應大力支持互動視頻走進課堂，鼓勵教師將互動視頻教學與傳統(tǒng)課堂教學、翻轉課堂教學相結合，開發(fā)出趣味性更強、互動效果更佳、沉浸感與臨場感更加逼真的視頻教學環(huán)境，激發(fā)學生的學習熱情，提升教學成效，為互動視頻在課堂中的應用提供良好的技術環(huán)境和資源渠道。

整體而言，目前互動視頻教學的相關研究成果多偏重理論分析，而較少采用實證研究的方法，更缺乏從教育神經科學的角度設計互動視頻的研究，這需要引起研究者的高度關注。上述有關互動視頻教學神經機制的研究表明，互動視頻教學在增強臨場感、減少認知負荷方面具有積極作用，能提高學生的參與度、滿意度和學習效果。教師還可以通過監(jiān)控學生對嵌入式問題的選擇和觀看過程中出現(xiàn)的行為，來了解學生在互動視頻學習過程中出現(xiàn)的錯誤、付出努力的程度、堅持觀看的時間、完成任務所花的時間等信息。值得一提的是，互動視頻教學在本質上屬于多模態(tài)教學，可借助多模態(tài)技術尤其是認知神經科學技術，并通過多模態(tài)數(shù)據(jù)組合，來驗證互動視頻教學應用的有效性[27]。

綜上所述，后續(xù)研究需更多地關注互動視頻教學的實證研究，尤其是從教育神經科學的視角設計互動視頻的研究，并探索在教育實踐中科學地應用互動視頻教學的方式，研究影響互動視頻教學有效性的因素，如教師的作用（是否在屏、非言語信息、教學方式等），學生的作用（學習風格、學習方式、動機和意圖等），以及互動視頻的呈現(xiàn)方式等。未來，互動視頻教學的設計和開發(fā)應遵循“以學生為中心、提供多種交互方式、成為學生自我評估的典范、向學生提供反饋、監(jiān)控學生的進步、向教師提供學生的知識和技能的掌握情況、可以修改的開放性設計”七項原則[28]，并以服務于線上、線下教學中的師生互動為目的，以教育科學、認知神經科學、計算機科學為理論和技術支撐，解決互動視頻教學發(fā)展過程中的技術性難題[29]，以最大程度地發(fā)揮互動視頻教學的作用。

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Neural Mechanism and Visual Analysis of Interactive Video Teaching

ZHOU Jia-xian GAO Yu-ting ZHANG Zhi-cong CHEN Dan

In the era of information technology, the teaching medium is integrated and diversified, and the original one-way information transmission video teaching is transformed into the two-way interactive video teaching, which leads to the widespread attention and application of interactive video teaching in the education. Based on this, the paper firstly analyzed the background, connotation and role that interactive video teaching proposed, and deeply analyzed the advantages and disadvantages of current interactive video teaching. Subsequently, the core elements affecting the interactive video teaching quality, namely, the neural mechanism of immersion and presence, were analyzed, and further their inspiration for interactive video teaching design was analyzed accordingly. Finally, this paper took relevant data of interactive video teaching from the CNKI database and the Bilibli video website, and further analyzed the current research status and application status of interactive video teaching from the two pathways, respectively. On this basis, according to the analysis of the research status and application status, this paper put forward relevant suggestions for the interactive video teaching design in China, in order to better play the role of interactive video teaching and promote further in-depth research and application of interactive video teaching.

interactive video teaching; immersion; presence; neural mechanism; Bilibili video website; educational neuroscience

G40-057

A

1009—8097（2022）09—0019—12

10.3969/j.issn.1009-8097.2022.09.002

本文受國家自然科學基金面上項目“漢語閱讀教育對神經網絡的作用及其機制”（項目編號： 61877019）、上海市哲學社會科學規(guī)劃課題“漢字理解的認知神經機制及教育的塑造作用”（項目編號：2017BYY017）資助。

周加仙，研究員，博士，研究方向為教育神經科學、現(xiàn)代信息技術在教學中的運用及其對腦與認知的影響，郵箱為jxzhou@psy.ecnu.edu.cn。

2022年2月8日

編輯：小米