文本学习中运用先行组织者策略的知识反转效应 *

2019-03-12张冬梅路海东

心理与行为研究 2019年1期

张冬梅路海东

(1 东北师范大学心理学院，长春 130024) (2 伊犁师范大学教育科学学院，伊宁 835000)

1 问题提出

近年来，教育心理学领域关于学习者的先备知识与教学方法有效性之间的关系研究发现，适宜于低先备知识者的教学方法可能并不适宜于高先备知识者，教学方法的有效性因学习者的先备知识水平差异会出现分离现象，即知识反转效应（Expertise Reversal Effect）（Kalyuga, Ayres, Chandler,& Sweller, 2003）。例如，韩国小学生在线学习英语时，英语学习先备知识较高的学生，单词与语法解释顺序呈现时的学习效果好于两者同时呈现，而英语学习先备知识较少学生的结果则出现了反转，单词与语法解释同时呈现时的学习效果好于两者顺序呈现，出现了知识反转效应（Song,2016）。学习者的先备知识与所选择的教学方法的有效性存在着一种稳定的关系，初学者接受带有明确指导的外显教学有利于其图式的形成，而对于更有知识的学习者最小化指导的教学更有利于学习（Kalyuga & Singh, 2016）。

国内外研究发现，教学呈现策略、指导策略等教学策略和认知策略、元认知策略、资源管理策略等学习策略的运用中发现了大量的知识反转效应证据（张冬梅, 路海东, 祖雅桐, 2016）。早期研究认为，学习者的先备知识会影响先行组织者的运用效果，先行组织者对先备知识较少的学习者的促进作用更好（Mayer, 1979）。先行组织者策略作为一种重要的教学组织策略，其运用效果是否会出现知识反转效应呢？先行组织者是在学习不熟悉的新内容前所呈现的与新学习的内容相关联的更普遍、抽象和概括性的说明性材料，是促进学生有意义学习的一种重要教学策略，有利于促进学生文本学习效果（Ausubel, 1960），也有利于促进学生的学习动机（Shihusa & Keraro, 2009）。先行组织者包含多种形式，可以是文字组织者，例如，在文本学习前，教师用口语陈述学习内容的概况或者让学生提前阅读一段概括性文本（Ausubel, 1960）；同时，先行组织者也可以是形象的图形、视频等材料，例如图片、模型、概念框架图、视频等（German, 2016; Cummins, Kimbell-Lopez, & Manning, 2015; Cutrer, Castro, Roy, & Turner,2011; Vogel-Walcutt, Del Guidice, Fiorella, & Nicholson,2013）。文字组织者和图形类组织者的学习效果存在差异。如对商业文档阅读进行研究发现，图形先行组织者促进了选择性阅读，文字先行组织者增强了回忆（Lagerwerf, Cornelis, de Geus, & Jansen,2008）。多媒体教学中发现，图片与文本同时呈现可能更有利于学习（Mason, Pluchino, & Tornatora,2013）。知识反转效应的相关研究显示，对于低知识水平者，图文结合的冗余呈现方式可能优于单一的图形或文字一种呈现方式，已有知识水平较多的学习者可能运用单一呈现方式更有利于学习（Kalyuga et al., 2003）。那么，文字与图形先行组织者的呈现方式是否也会出现类似的效应？

关于知识反转效应的产生原因，存在不同的理论解释。认知负荷理论认为，教学指导可以弥补新手所欠缺的先备知识，进而降低认知负荷；对于高先备知识学习者，其长时记忆中的已有知识和外在教学指导间存在重叠，在运用内部资源和接受外部教学时重复处理相同的信息，会产生额外的认知负荷（Kalyuga, 2007）。也有观点认为知识反转效应是元素关联效应的一种变异类型（Chen, Kalyuga, & Sweller, 2017），同样的材料对于低先备知识者而言是低关联的，而对于高先备知识者而言材料信息则是高关联的。动机理论认为，知识反转效应的产生可能是由于高先备知识者在外在指导更多的教学条件下兴趣、挑战等动机水平下降所致（Rey & Buchwald, 2011）。目前，知识反转效应的认知负荷解释得到了较多实证研究的支持，而动机解释仍有待于验证。

综上所述，学习策略与教学策略的运用中存在大量的知识反转效应，关于效应产生原因的动机解释欠缺实证支持。知识反转效应研究框架下，对于不同先备知识者如何有效运用先行组织者策略这一问题尚未有研究涉及。本研究拟以母语为汉语的大学生为研究对象，采用能力倾向与教学处置交互作用（ATIs）研究范式，操纵学习者的先备知识水平和先行组织者类型，探索先行组织者教学策略运用于文本学习中是否会产生知识反转效应，效应产生的具体特点，以及效应产生的认知负荷与动机原因，以揭示基于学习者先备知识差异的先行组织者教学策略实施原则，对基于文本阅读的学习与教学提供指导。

2 研究方法

2.1 实验设计

采用2（高先备知识者与低先备知识者）×4（文字加模型先行组织者、模型先行组织者、文字先行组织者、无先行组织者）两因素被试间设计，8个实验处理。因变量选取记忆成绩、迁移成绩、总成绩、认知负荷与动机得分。

2.2 被试

选取某师范院校母语为汉语的大学生240人，经历过一学期时间学习“心理学”课程。根据先备知识测验的分数由高到低排列后等组分配为4组被试，然后各组被试先备知识测验分数平均分以上为高先备知识组，平均分以下为低先备知识组，形成8组被试，每个实验处理30人。高先备知识组先备知识平均值依次为：21.63、21.80、21.67、21.50，低先备知识组先备知识得分平均值依次为：15.50、16.07、15.70、16.10。运用两因素方差分析结果显示，高先备知识组与低先备知识组的先备知识测验得分差异显著（F（1，232）=354.614，p＜0.001，0.605）；四类组织者文本学习组的先备知识测验得分差异不显著（F（3，232）=0.260，p＞0.05，=0.003）；先备知识与组织者类型的交互作用不显著（F（3，232）=0.265，p＞0.05，=0.003）。被试分组合理有效。

2.3 实验材料

先备知识测验：从 “心理学”课程（卢家楣主编的《心理学与教育》教材）所编制的试题库中抽取形成《心理学背景知识测验》，包括15个判断题，15个单项选择题，5个多项选择题，共40分。试题库由讲授心理学课程5年以上的心理学专业硕士研究生以上学历的教师所编制，具有较好的内容效度。

文本阅读学习材料：从吕厚超和李敏（2000）发表于《心理学动态》杂志的《闪光灯记忆的理论模型》一文中选取其中关于闪光灯记忆的概念、特点和摄影模型等内容，修改形成《闪光灯记忆》一文作为文本阅读学习材料，字数约1100字。对闪光灯记忆的概念、特点和摄影模型进行概括形成文字加模型组织者、模型为主的组织者、文字组织者三种类型的材料，并在文本学习前呈现，无先行组织者文本作为对照组材料。模型组织者主要参考吕厚超和李敏（2000）文章中对摄影模型解释所绘制的模型。

认知负荷测验：本研究采用的认知负荷多维度测验是在已有研究量表的基础上修订而成，共8个题目，其中6个题目来源于NASA-TLX量表，2个题目来源于赵立影（2014）的认知负荷测量工具，内部一致性系数为α=0.60。NASA-TLX量表最初由Hart和Staveland（1988）编制，包括6个题目，涉及脑力需求、体力需求、时间需求、努力程度、业绩水平、受挫程度6个指标。Hill等人（1992）曾比较了四种主观量表，结果发现TLX量表与OW量表的敏感性要比其他两种量表要好，并且可靠性程度更高。肖元梅、王治明、王绵珍和兰亚佳（2005）, 肖元梅、范广勤、冯昶、李伟和姜红英（2010）运用TLX量表测量脑力劳动者的认知负荷表明其具有较好的信度与效度。Rey和Buchwald（2011）认为NASA-TLX量表使用起来方便快捷，适合运用于学习任务中出现知识反转效应的认知负荷特点测量。赵立影的认知负荷测量工具包括心理努力、任务难度和条件有用性三个题目，分别针对相关认知负荷、内在认知负荷和外在认知负荷的评定，且信度和效度良好。为了使本研究中的认知负荷测验的维度更加全面，将赵立影的量表中的难度和条件有用性两个题目纳入。

动机测量：采用《当前动机问卷》（Vollmeyer& Rheinberg, 1998），18个项目，包括兴趣、挑战、成功的概率、焦虑情绪4个维度，采用利克特7级计分。本研究中此量表的内部一致性系数α=0.66，各维度的内部一致性依次为0.74、0.60、0.67、0.78。

文本阅读学习测验：由研究者编制《闪光灯记忆学习效果测验》，再由另一名心理学专业的博士进行修改。包括10个判断题（记忆题分值10分）和5个选择题（近迁移题分值10分），研究中此测验的内部一致性系数α=0.65。记忆题例如“闪光灯记忆是一种与自己有关的生活经历的记忆。”，迁移题例如“关于经历“5.12”汶川地震事件的人们的记忆可能具有以下哪些特点？”。

2.4 过程与数据处理

实验先进行先备知识测验，根据测验结果平衡先备知识得分将被试等组分配为高先备知识者4组，低先备知识组4组，形成8个实验组。文本阅读学习采用分班级集体施测的方式进行，先行组织者在文本内容学习前呈现，紧接着进行文本学习，然后进行文本阅读学习测验，休息2分钟后完成认知负荷和动机测验。数据录入SPSS17.0统计软件进行处理，运用方差分析进行数据分析。

3 结果与分析

3.1 高低先备知识者阅读四类先行组织者文本的学习成绩差异分析

以先备知识水平和先行组织者类型作为自变量，以文本学习后的记忆成绩、迁移成绩和总成绩作为因变量，进行两因素方差分析，结果显示（描述统计见表1）：记忆成绩、迁移成绩和总成绩，先备知识水平的主效应均不显著；记忆成绩与总成绩，先行组织者类型的主效应显著（F（3,233）=5.157,p＜0.01,=0.063;F（3, 233）=3.196,p＜0.05,=0.040）；运用 Scheffe 法进行多重比较，对于记忆成绩，文字加模型组织者条件下的记忆成绩显著高于无先行组织者条件（p＜0.01），模型组织者条件下的记忆成绩显著高于文字组织者和无先行组织者条件（ps＜0.001）；对于总成绩，文字加模型组织者、模型组织者、文字组织者条件的学习总成绩均显著高于无先行组织者组（p＜0.05、0.01、0.05）。可见，对于文本学习而言，运用先行组织者策略的教学效果显著好于不运用先行组织者策略。

对于记忆成绩、迁移成绩和总成绩，先备知识水平与组织者类型的交互作用均显著（F（3,233）=3.098,p＜0.05,=0.039;F（3, 233）=2.791,p＜0.05,=0.035;F（3, 233）=4.734,p＜0.01,=0.058）。对记忆成绩交互作用进行简单效应检验，结果显示（见图1），低先备知识者阅读不同类型先行组织者文本的记忆成绩差异显著，F（3, 233）=7.84，p＜0.001，低先备知识者在模型先行组织者条件下的记忆成绩显著高于文字组织者和无先行组织者条件（p＜0.05、p＜0.001），在文本加模型组织者条件下的记忆成绩显著高于无先行组织者条件（p＜0.05）；高先备知识者学习不同类型组织者文本的记忆成绩差异不显著，F（3,233）=0.45，p＞0.05，出现了部分知识反转效应。对迁移成绩交互作用进行简单效应检验，结果显示，低先备知识者和高先备知识者学习不同类型先行组织者文本的迁移成绩差异均不显著（ps＞0.05），未出现知识反转效应。学习总成绩交互作用的简单效应检验结果显示（见图2）：低先备知识者学习不同类型先行组织者文本的总成绩差异显著，F（3, 233）=6.39，p＜0.001，在文字加模型组织者和模型组织者文本学习条件下的总成绩显著高于无先行组织者条件（p＜0.05、p＜0.01），模型组织者条件下的学习总成绩高于文字组织者条件（边缘显著p=0.08）；而高先备知识者学习不同类型先行组织者文本的总成绩无显著差异，F（3, 233）=1.53，p＞0.05，出现了部分知识反转效应。

可见，先行组织者策略运用中的记忆成绩与总成绩均出现了部分反转效应，对于低先备知识者，文字加模型组织者和模型组织者条件下的学习成绩更好。

表 1 高低先备知识者阅读不同类型先行组织者文本的学习成绩描述（M±SD）

3.2 高、低先备知识者学习不同类型先行组织者文本的认知负荷差异分析

以先备知识水平和先行组织者类型为自变量，以认知负荷的各指标为因变量，进行两因素方差分析。结果显示（描述统计见表2、表3）：业绩水平和受挫程度得分，先备知识的主效应显著，F（1, 232）=5.372，p＜0.05，=0.023；受挫程度得分，先行组织者类型的主效应显著，F（3,232）=3.941，p＜0.05，=0.017。运用 Scheffe法进行多重比较结果显示，低先备知识者业绩水平满意度得分显著低于高先备知识者得分（p＜0.05），而高先备知识者体验到的受挫程度显著低于低先备知识者（p＜0.05）；文字加模型先行组织者条件下的受挫程度得分显著高于模型组织者条件（p＜0.05），其他条件任两组间受挫程度得分均无显著差异（ps＞0.05）。

对于心理努力和脑力负荷得分，先备知识与组织者类型的交互作用显著（F（3, 232）=4.206,p＜0.01,=0.052;F（3，232）=2.847,p＜0.05,=0.036）。对心理努力的交互作用进行简单效应检验，结果显示（见图3）：低先备知识者阅读不同类型先行组织者文本的努力程度存在显著差异（F（3, 233）=2.69,p＜0.05），在模型组织者条件下的心理努力显著低于无先行组织者文本条件（p＜0.05）；而高先备知识者阅读不同类型先行组织者文本的努力程度无显著差异（F（3, 233）=1.78,p＞0.05）。对脑力负荷的交互作用进行简单效应检验，结果显示，低先备知识者阅读不同类型先行组织者文本的脑力负荷存在显著差异（F（3, 233）=3.94,p＜0.01），在文字组织者条件下的脑力负荷显著高于模型组织者条件（p＜0.05）；而高先备知识者阅读不同类型先行组织者文本的脑力负荷无显著差异（F（3, 233）=0.28,p＞0.05）（见图 4）。

3.3 高低先备知识者学习四类先行组织者文本的动机差异分析

以先备知识水平和先行组织者类型为自变量，以任务动机的四个维度：兴趣、挑战、焦虑、成功的概率为因变量，进行两因素被试间方差分析，结果显示（描述统计见表4）：成功的概率得分，先备知识主效应边缘显著，F（1, 232）=3.755，p=0.054，=0.016，高先备知识者得分高于低先备知识者；焦虑得分，先备知识的主效应显著，F（1, 232）=5.359，p＜0.05，=0.023，低先备知识者得分显著高于高先备知识者；对于任务兴趣而言，组织者类型的主效应显著，F（3, 232）=3.139，p＜0.05，=0.039，运用 Scheffe法进行多重比较结果显示，文字加模型组织者条件下的兴趣得分显著高于模型组织者、文字组织者和无先行组织者组条件（p＜0.05、0.01、0.05），模型组织者、文字组织者和无先行组织者组的兴趣得分无显著差异（ps＞0.05）。

表 2 高、低先备知识者学习不同类型先行组织者文本的认知负荷描述统计（M±SD）

表 3 高低先备知识者阅读不同类型先行组织者文本的认知负荷描述统计（M±SD）

对于兴趣得分，先备知识与组织者类型的交互作用显著，F（3, 232）=2.840，p＜0.05，=0.035。简单效应检验结果显示（见图5），低先备知识者阅读不同类型先行组织者文本的兴趣存在显著差异，F（3, 233）=4.87，p＜0.01，在文字加模型先行组织者条件下的兴趣得分高于无先行组织者条件（p＜0.01）；而高先备知识者不同类型先行组织者文本学习条件下的兴趣得分无显著差异，F（3, 233）=1.13，p＞0.05。

表 4 不同先备知识者阅读不同类型先行组织者文本的动机得分描述统计（M±SD）

4 讨论

4.1 文本学习中学习者先备知识对先行组织者策略运用效果的调节效应

本研究以大学生为被试，考察了文本阅读学习中学习者的先备领域知识对不同类型先行组织者策略运用效果的调节效应，即知识反转效应，同时考察了先备知识对先行组织者策略起调节效应同时的认知负荷与动机特点，用以解释知识反转效应产生的认知负荷与动机原因。

结果发现，对于低先备知识者，文字加模型组织者和模型组织者条件下的记忆成绩和总成绩相对好于文字组织者和无先行组织者条件；而对于高先备知识者，学习四类先行组织者文本的记忆、迁移和总成绩无显著差异，出现了部分知识反转效应。知识反转效应包含两种类型：部分反转效应和完全反转效应（张冬梅等, 2016）。部分反转效应表现为高、低先备知识者仅有一组学习者在不同教学条件下的学习效果存在显著差异，而完全反转效应表现为，不同先备知识者在不同教学条件下的学习效果均存在显著差异。本研究结果与已有研究的结果相一致。吴岚（2009）对多媒体学习中信息呈现方式和经验水平对认知负荷的影响研究发现，图片加文本的信息呈现方式更有利于低知识经验者获得知识。基于本研究结果，文本材料学习中先行组织者类型的运用，需要考虑学习者的先备知识。对于低先备知识者而言，运用文字加模型和模型先行组织者等更形象、生动、冗余的先行组织者的学习成绩更好，而对于高先备知识者形象生动和冗余的组织者类型与无先行组织者相比没有差异，从教学指导最小化原则出发，高先备知识者可能实施无先行组织者的直接教学更有效。

认知负荷理论和动机理论可以解释本研究知识反转效应产生的原因（Kalyuga, 2007; Rey &Buchwald, 2011）。低先备知识者可能在文字加模型组织者和模型组织者条件下的外在认知负荷较低，学习动机较高，容易理解先行组织者中的信息，填补自身先备知识的不足，促使文本学习与自己已有知识的关联性更密切，取得更好的学习成绩。本研究对两种解释的合理性也进行了验证。

4.2 高低先备知识者文本学习中运用不同类型先行组织者的认知负荷特点

对文本学习中运用先行组织者策略中的认知负荷特点进行研究，结果发现，低先备知识者在不同类型先行组织者文本学习条件下的努力程度和脑力负荷存在显著差异，在模型组织者条件下的心理努力和脑力负荷显著低于文字组织者和无先行组织者条件；而高先备知识者学习四类先行组织者文本的努力程度和脑力负荷均无显著差异。此结果一定程度上与以往研究结果相一致，当学习者先前知识较低时，提供先行组织者有利于降低其认知负荷，提高学习成绩，同时，先行组织者的形式对认知负荷也有一定影响（龚德英, 2009）。证实了知识反转效应的认知负荷解释。

低先备知识者在模型组织者条件下的心理努力和脑力负荷低于无先行组织者条件，可能的原因在于低先备知识者的长时记忆中欠缺新知识的图式，教学中不提供先行组织者时，无法通过长时工作记忆结构提取并运用已有图式加工新信息并形成高水平的图式而扩大工作记忆容量，会产生较高的工作记忆资源负荷，提供先行组织者则能够弥补其长时记忆中的图式欠缺，降低工作记忆负荷，付出较低的心理努力和脑力负荷，便可取得更好的成绩。先行组织者的类型也会影响低先备知识者的认知负荷（龚德英, 2009），本研究中低先备知识者在模型组织者条件下的心理努力和脑力负荷显著低于文字先行组织者条件，可能的原因在于，与文字组织者相比，模型组织者更有利于使文本的组织结构具体形象化，促进学习者理解文本内容，更有利于激活其已有的图式（Cummins et al., 2015），在学习新知识时有利于学习者通过长时工作记忆结构提取并运用已有图式加工新信息，形成新的图式，扩大工作记忆容量，进而降低认知负荷，学习者付出较少的心理努力和脑力资源即可取得更好的成绩。

4.3 高低先备知识者文本学习中运用不同类型先行组织者的动机特点

研究对先行组织者策略运用中的动机特点进行考察，用以验证知识反转效应产生原因的动机解释。结果发现，低先备知识者在文字加模型先行组织者条件下的兴趣得分显著高于无先行组织者条件；而高先备知识者阅读不同类型先行组织者文本的兴趣得分无显著差异。此结果一定程度上支持了知识反转效应的动机解释。可见，复杂学习中不仅需要考虑学习者的认知负荷，同时还需要考虑学习者的动机水平（van Merriënboer &Sweller, 2005）。对于低先备知识者而言，高的任务动机水平可能会促进学习者对学习任务具有更好的坚持性，进而取得更好的学业成绩（Vollmeyer& Rheinberg, 2000）。高先备知识者在四种类型的先行组织者文本学习条件下的动机各维度均无显著差异，可能是由于学习任务对于高先备知识者的难度不大，并未使其产生更高的挑战性所致。

综合来看，低先备知识者在文字加模型和模型组织者条件下的学习成绩更好可能是由于低先备知识者在这些条件下的心理努力和脑力负荷较低，而兴趣较高所致。因此，考虑学习者的先备知识开展有效教学设计时，应同时关注认知负荷和学习者的动机水平对教学效果所产生的影响。