图文声信息不同呈现方式对学生学习效果影响的实证研究

陈静 兰国帅 张一春

（南京师范大学 教育科学学院，江苏 南京 210097）

图文声信息不同呈现方式对学生学习效果影响的实证研究

陈静 兰国帅 张一春

（南京师范大学 教育科学学院，江苏 南京 210097）

有效的教学内容呈现方式是促成有效教学的关键因素之一，但是教学内容以何种方式呈现才能获得最佳教学效果，这是本研究所要探究的内容。为了探究图文声信息的不同呈现方式对中学生学习效果产生的影响，本研究采用实验法和访谈法，以某校九年级学生为研究对象进行探究，实验结果显示：文本+声音实验组学生获得良好的学习效果；图片+文字实验组学习效果最差；图片+声音实验组的学生学习效果低于图片+文字+声音实验组。

图文声信息；呈现方式；学习效果；实证研究

一、引言

多媒体信息时代的到来，丰富了教学素材的种类，改变了传统单一呈现教学内容的现状，教学内容 呈现的多样 化可以更好、更生动地表达教学内容，由此优化教学效果、提高教学效率。美国教育家加里D.鲍里奇(Gary D. Borich,2002)也指出:“有效的教学内容呈现方式是促成有效教学的关键行为之一。”[1]但不同类型素材对同一知识点的表达效果不同，不同素材的组合方式对学生学习效果产生的影响也不同，而且多媒体课件并非集成多种教学素材及多样的信息呈现方式就一定会对学生的语言学习起促进作用。[2]故对教学素材的使用并不是简单的“拿来”，也不是简单的叠加。加之学生的认知风格、智力水平、个性特质等因素与教学内容的呈现方式紧密相连[3],因此，如何有效地选取合适的教学素材呈现教学内容是要优先考虑的重要问题。那么教学内容以哪种素材（文字、图片、声音）的哪种呈现方式(图片与文字组合，图片与声音组合，文字与声音组合，图片、声音与文字组合)，才能获得最佳的学习效果？本文以梅耶的多媒体学习认知理论和多媒体教学设计原则为理论基础，在国内外现有研究基础上，采用实验法与访谈法结合，系统探究多媒体学习环境下图文声信息不同呈现方式对学生学习效果影响的实证研究，以期对一线教师、教学资源开发者提供一定的借鉴参考。

二、多媒体认知理论下信息呈现方式的机制

梅耶基于艾伦•佩奥（Allan Paivio）的双编码理论、约翰•斯威勒(John Sweller)的认知负荷理论等理论研究基础，通过总结大量实验提出多媒体学习认知理论(Richard E. Mayer，1996），具体如图1所示。[4]并总结出多种媒体原则、一致性原则、双通道原则、空间邻近原则、冗余原则等教学设计原则。

图1 多媒体认知学习理论模型图解[5]

双通道原则：

梅耶通过大量实验发现使用听觉通道编码的学习效果优于使用视觉通道进行编码，而同时使用听觉和视觉通道进行编码的学习效果优于单一通道编码。这源于艾伦•佩奥的双编码理论[6]，其认为知识是由言语和意象（或表象）表征的联想网络构成的，但是意象表征系统和言语表征系统的成分是彼此联系的。但无论言语系统与非言语系统，人们对视觉表征和听觉表征的材料都拥有单独的信息加工通道[7]，即视觉通道通过眼睛获取信息产生图像表征，而言语通道通过耳朵获取信息产生言语表征。[8]这也就是为什么图文组合的呈现模式比单一文本 的呈现模式更能够刺激学习者的学习，因为前者使用的是双编码。但是使用双通道编码的信息呈现方式有多种，是不是任意一种的组合都优于单通道编码?

冗余原则：

冗余原则中的冗余指的是信息的冗余。这源于约翰•斯威勒的认知负荷理论，其指出工作记忆是一个容量有限的编码系统，所以在信息的呈现上既要注意单位时间呈现量的问题，又要注意呈现信息的简洁性。[9]除此之外，理查德•梅耶[10]还发现解释闪电形成过程的动画加解说呈现实验中，接受有完全屏幕文字的一组的成绩低于没有屏幕文本的一组。究其原因，视觉和听觉通道中所能够加工和处理的信息量是有限的，如果媒体呈现的信息量超过了视听通道中能够表征的元素容量，将会导致通道中信息加工的超负荷。前实验组因为增添了无用的冗余信息，分散学生的注意力，增加了他们的认知负荷，使得学生的学习成绩反而低于无字幕组学生。但是日常经验告诉我们，增加字幕的视频比没有字幕的视频更有利于我们理解画面内容，且冗余并不都是多余，适当冗余有时是必要的。[11]那么在画面中增添字幕会真的减弱学习者的学习效果吗？当学生需要同时加工一幅图像时，冗余性语言信息的呈现是否会促进他们的学习？

带着以上疑惑，结合双编 码理论、认知负荷理论及多媒体学习原则，本研究进行如下探索。

三、国内外相关研究回顾

自多媒体在教育教学中出现，就有学者从事多媒体教学方面的相关研究，通过大量文献的梳理发现，国外学者对此方面的研究主要采用理论研究与实证研究结合：理论研究以理查德•梅耶[12]提出的多媒体教学理论最有影响力，他通过大量的实证研究分析，发现图文组合的呈现模式比单一文本的呈现模式更能够刺激学习者的学习。沃尔夫冈•希厄茨和马利亚•班恩 特 (Wolfgang Schnotz & Maria Bannert,2003)[13]提出的文本与图片集成模型，阐释了学习者如何对图片与文本进行加工。美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校心理学系的教育心理学家罗克珊娜•莫雷诺（Roxana Moreno）等人研究指出，多通道表述相关的文字与图片知识比口头传授教学更加有效[14]。卡特恩•外斯特艾琳克(Katrien De. Westelinck,2005）等人通过研究发现不同信息呈现方式对陈述性知识学习影响不同[15]；拉尔夫•如阿莫（Ralf Rummer,2011)等人基于认知负荷理论，研究人如何对图片、文本进行加工[16]；安妮·舒勒（Anne Schüler,2015）等人研究发现呈现图片与文档内容相符与否对学生多媒体学习效果有影响[17]。

国内在信息呈现方式对学生学习影响方面的研究与国外相比较晚，但发展较快。陈铮（2004）[18]探究发现增加动画能显著提高学生的记忆和问题解决成绩，良好的信息呈现方式(增加了动画,文本和动画接近协同呈现)能帮助表象型学生的记忆和问题解决成绩得到较大的提高。康诚（2007）[19]发现场独立型学习者在多媒体自主学习中采用图文的信息呈现方式时，其程序性知识应用方面的学习效果最好，文字的学习效果则最差。丁道群、罗扬眉(2009)[20]研究结果得出认知风格和多媒体呈现方式对测量认知负荷的三个指标均没有显著的交互作用。吕晶（2012）[21]认为在信息呈现方式与大学生词汇记忆效果的相关研究得出词汇的呈现方式上，图片呈现要明显优于文本和音频呈现。王电建（2012）[22]探究字幕的不同呈现方式对外语学习者听力理解的影响，通过对实验的结果，得出在视频内容理解上，关键词字幕更适合语言水平高的学生，而对语言水平低的学生几乎没有作用。

多媒体教学已经成为常态，如何更好地呈现多媒体教学素材备受关注。基于此，本研究在前人研究的基础上，进一步求证图片+文字、图片+声音、文字+声音、图片+声音+文字四种不同内容呈现方式对学生学习的影响，分析不同呈现方式对学生学习效果的提高作用，目的在于为教师在课堂教学中选择合适的教学内容呈现方式及为有效呈现教学内容提供帮助。

四、实验内容、方法及对象

（一）研究问题

本文主要探究图、文、声三种多媒体信息以何种方式呈现，对学生学习产生的效果最佳。基于梅耶的七大教学设计原则以及国内外现有的研究成果，做出以下研究假设：

1.接受图片+文字信息呈现方式的实验组学生学习效果比接受图片+声音信息呈现方式、文字+声音信息呈现方式、图片+声音+文字信息呈现方式的三个实验组低；

2.接受图片+声音信息呈现方式的实验组学生学习效果比接受文字+声音信息呈现方式的实验组好；

3.接受图片+声音信息呈现方式的实验组学生学习效果比接受图片+声音+文字信息呈现方式的实验组好。

(二)实验设计

本实验选择的研究对象是宿州市某县二中九年级学生，为了排除学习能力、性别等无关变量对实验造成的影响，实验者排除优等班，采用随机法从普通班选取四个班级，然后按性别进行分层抽样，从每个班级随机抽取男、女生各8人，然后进行组别编排，同一个班级的被试为同一实验组。

共四个实验组（具体设计如表1），每个组16人，分别为接受图片+文字呈现信息实验组、图片+声音呈现信息实验组、文字+声音呈现信息实验组、图片+声音+文字呈现信息实验组。文字是由代课教师依据本节课内容设定，图片是围绕文字来选择，声音与文字完全匹配并由普通话达到二级甲等的老师录制，以确保声音的准确性与清晰性。

表1 实验设计

实验内容选自地理学科，兼备文科学科理解性知识和理科学科思辨性知识，为了保证四组学生的初始水平相同，故选取高一第一册第一单元“探索宇宙”作为实验的内容，即在被试的认知水平之内，又降低了实验给研究对象带来的影响。实验内容主要有四部分，分别为宇宙的组成、人类探索宇宙的历程、人类探索宇宙的目的及人类探索宇宙所带来的问题。然后根据四个实验组不同要求分别进行课件制作，四个实验组课件全部设置为计时播放，时间相同。

课后习题是高一地理老师围绕本次实验内容进行出题，共三大题：单选题、判断题、填空题。单选题、判断题各10小题，每小题3分；填空题5大题10小空，每空4分；共100分。编制好后由另一个地理老师进行审核，审核后选择小部分学生进行预测，预测结果发现有些题目难度过大，然后进行修改，最后才形成测试习题。

（三）实验步骤

1.实验之前，选取一个空的多媒体教室（与教室远离），并把准备好的四组课件拷贝至多媒体教室电脑上。2.首先让“图+字”组被试每人带一支笔，安静地到实验室坐好。3.对被试进行实验流程讲述：本实验只是为了获取研究数据，不涉及个人信息，也不涉及智商、排名问题，请大家如实作答（为了使被试放轻松、如实作答）。实验主要分两步：第一步观看课件，观看期间不得交流、做笔记，认真进行学习；第二步观看结束后进行课后习题作答，习题上要填好班级、组别、性别，做习题期间也要保持沉默，不能交流，作答完毕即上交，待大家完成作答，一起有序地离开。4.接下来播放“图+字”组课件，待课件播放完后，发放课后习题，待“图+字”组被试全部提交课后习题（最多不超过15分钟），让其统一回教室再让“图+声”组来到实验室，步骤如上，依次完成接下来的三组实验。5.在每组测试结束后，从被试中随机抽取3名学生，进行访谈，以进一步探究实验结果形成的原因。6.习题完整回收，依据答案进行评分，并利用IBM SPSS Statistics 20.0软件进行数据结果处理与相关分析。

五、实验结果与原因分析

为了使得到的数据更具科学性、代表性，排除每组的最高分与最低分，然后再进行数据处理（如表2所示）。经查界值表得，本例自由度为P=0.914＞0.05，按照P=0.05水准接受H0，拒绝H1（H0：多个样本总体均数相等，H1：多个样本总体均数不相等或不全等），可知四组学生总体方差具备整齐性（如表3所示）。在方差齐性条件下，做方差分析（ANOVA），又称F检验（如表4所示），F值为6.424＞1,P=0.01＜0.05,各组数据之间呈现出显著性差异，说明各组均数间的差异有统计学意义。为了进一步比对四组测试数据之间的显著性差异，在此基础上，本研究进行四组数据显著性分析（如表5所示）。

表2 四组学生的成绩分布

表3 方差齐性检验

表4 方差分析（F检验）

表5 四组数据之间显著性比较

（一）“图+文”实验组学习效果最差与原因分析

如表2所示，实验数据表明：“图+文”组被试的平均成绩为42.7857，S=7.11638；“图+声”组被试的平均成绩是48.0714，S=6.56874；“文+声”组被试的平均成绩是50.2143，S=6.35100；“图+声+文”组被试的平均成绩是53.3571，S=6.18444。从均值上看，“图+文”组的平均成绩较其他三组低，而从标准差上看，“图+文”组的标准差值最大。如上文，已经对四组数据进行方差齐性及F检验，结果显示四组方差具备整齐性，且各组均数间的差异有统计学意义。继而进行进一步的数据分析如表4所得，“图+文”组与其他三组之间均存在显著性差异(P＜0.05）,由此得出“图+文”组学生成绩比“图+声”组、“文+声”组、“图+声+文”组学生成绩要低,且因为实验组不同的设置，“图+文”组与其他三组之间具有显著性差异。这与实验假设1结果相符。

美国俄亥俄州立大学著名的视听教学专家爱德加•戴尔（Edgar Dale）在《视听教学法》中提出，以两种感官编码的学习效果要优于以一种编码，这同梅耶提出的双通道假设相符，信息同时以视听双通道呈现可以获取更多信息，形成有效记忆[23]，即双通道编码对学生的学习产生的影响要优于单通道编码。心理学研究也表明，人类从听觉获得的知识能记忆15%，从视觉获得的知识能记忆25%，把视觉与听觉结合起来，能记忆的内容可达65%，即学生可以同时使用视觉和听觉加工学习内容，能获得好的学习效果。

文字与图片是属于视觉素材，声音是属于听觉素材，由表1可以看出，“图+文”组的教学素材呈现是图片+文字，只以视觉形式呈现教学素材，而其他三组的学习内容呈现都以视觉与听觉两个系统来呈现教学素材。“图+文”组的实验内容呈现只涉及单通道编码（视觉通道），而其他三组的实验内容均涉及双通道编码（视觉通道与听觉通道），故“图+文”组学生的学习成绩低于其他三组，实验结果与假设1结果相符。

（二）“图+声”组与“文+声”组成绩无显著性相关关系及原因分析

“图+声”组学生接受的学习内容组织形式是图片+声音，“文+声”组学生接受的学习内容组织形式是文字+声音，从数据分析结果可以看出，同样是利用视觉与听觉双通道对信息进行编码，其实验结果也不一样。“图+声”组的平均成绩是48.0714，S=6.56874；“文+声”组的平均成绩是50.2143，S=6.35100，且“图+声”组与“文+声”组两组测试结果无显著性差异(F=-2.14286,P=0.392＞0.05）。虽然“文+声”组学生 的均值、成绩方差均优于“图+声”组，但是“图+声”组与“声+文”组学生学习成绩之间无显著相关性，这说明两组实验的处理对学生学习成绩影响很小，并没有达到显著性差异，这与实验假设2不相符，原因可能如下：

艾伦·佩奥曾经列举了60种可以用双编码理论解释的现象，总结出图片比词语学得效果好，但是词语比图片学得快，因为词语可以直接进行言语编码，而图片只能通过意象表征才能接近言语编码。如房子的言语表征一次只能涉及某一信息（如房子内有课桌，中间有家具等），而对其意象表征能同时对与房子有关的许多特征进行编码，这说明词语更容易为视觉直接接受。[24]这说明图片虽然比文本更形象，更利于学生对知识进行深层次的加工，但是图片较文本需要进一步的加工，而进一步加工则需要时间，如果在时间不允许的条件下，文字能给予学生最直接的信息，比图片更有利于学生的直接加工。

通过实验后访谈发现有67%的学生反映学习内容呈现的时间短，很多图片上的信息还来不及细看就进入到下一张幻灯片。时间的不允许，没有给学生相对足够的时间进行进一步的加工，而文字能给予学生最直接的信息，此时便于学生记忆，这就是造成实验结果与吕晶[25]的研究结果不同，其认为人类大脑对形象材料的记忆效果和记忆速度要好于其对语义记忆的效果和速度，图片的呈现更加形象生动。而此实验结果恰恰相反，“文+声”组实验结果优于“图+声”组，实验结果与实验假设2不相符。

（三）“图+声”组学习效果低于“图+声+文”组及原因分析

由表格数据可以看出，“图+声”组的平均成绩是48.0714，S=6.56874；“图+声+文”组的平均成绩是53.3571，S=6.18444。“图+声”组比“图+声+文”组学生的均值低5分，“图+声+文”组方差要小于“图+声”组，“图+声”组与“图+声+文”组两组测试结果具显著性差异(F= -5.28571*,P=0.038＜0.05），显然“图+声+文”组学生的学习成绩要优于“图+声”组，也就是说与“图+声”信息混排的实验组相比，“图+声+文”信息混排的实验组成绩要好，此实验结果与梅耶冗余原则所述情况不相符合，但与王建等人[26]的研究结果相符，其发现教学视频中有解说字幕比无解说字幕的学习成绩好。如在解说和画面组合中添加字幕，会造成冗余现象，导致其学习效果弱于解说+画面组合。按此原则，此实验的结果“图+声”组的学习效果应高于“图+声+文”组，但实验结果恰恰相反，原因可能如下：

1.保罗•钱德勒和约翰•斯威勒（Paul Chandler & John Sweller）等人指出，加工视觉和言语信息及其过程是有严格限制的，如果在视觉和言语处理过程中呈现过多的信息元素，就会导致认知负荷超载而使一部分信息元素不能被处理。[27]但当所增加的信息没有超过学生所能接受的范围，就不会造成认知负荷，虽然“图+声+文”组增加了文字，但没有超出学生能处理的范围之内，不但不会形成冗余负荷，反而增加他们的记忆处理的信息量，提高学生的学习效果。2.梅耶的教学设计原则数据来源于物理课程实验“雷电的形成”，是理科学科内容，属于理解性内容，而本实验选取的内容是“探索宇宙”，偏向记忆性内容。前者只要学生看到图形理解雷电的形成过程，而后者需要学生记住一些常识性知识，这两个实验内容的性质不同，这也是造成实验结果不同的原因之一。3.理查德•梅耶（(Richard E. Mayer，2005）曾做过两组实验比对：一组使用静态的图片和文本，另一组是基于计算机的动画和描述听觉信息来呈现,然而结果恰恰是基于纸张的呈现方式在学习内容的保持和迁移测验中优于基于计算机的呈现方式。[28]4.实际教学中，对学生学习效果产生影响的因素很多，外因包括学习内容的性质、难度及结构、课程背景及教师的教学方法等，内因包括学生的先前知识、学习动机、学习方式及学习控制能力等。[29]这使得社会学科不具备自然学科具有关键性普适规律，不可能通过实验来复制指定条件而证实可确定的规律，这也是导致实验结果偏离预期假设的原因之一。

综合以上原因，如果增加的信息与主题相关，且没有给学生造成认知负荷，那么所增加的信息不但没有干扰学生的认知加工，反而会加强学生的学习效果。这就是为什么“图+声”组学习效果低于“图+声+文”组，即实验结果与实验假设3不相符。

六、结论及其对多媒体教学者的启示

为了探究图文声信息以何种呈现方式对学生学习产生最佳效果，本研究以中学生为研究对象，采用实验法和访谈法进行实验。实验结果揭示出采用文字+声音信息呈现方式学习效果良好，图片+声音+文字信息呈现方式学习效果比图片+声音呈现方式学习效果好，这些结论对一线教师与教学资源开发者具有一定的启示意义。

（一）本研究进一步揭示了信息的呈现方式对学生的学习产生一定的影响，使用双通道编码制作的课件的教学效果优于只使用单通道的，视听结合的多通道学习效果优于单通道学习效果，有利于记忆的保持和巩固。故教师在实际教学中，尽量使用视听素材进行教学，视听教材可以把学习内容在同一时间内一次性地揭示出来,可以提高学习效率。

（二）在时间有限的条件下，图片的学习效果并不比文字所产生的效果好，这说明在多媒体教学中，不能为了追求速度而忽略学生的学习效果，同样是采用双通道编码进行教学信息混排，文字比图片更易被学生直接加工，而图片产生的学习效果更好。同时这也说明，在实际教育教学中，如果是教给学习者事实性的知识时，可以多采用文本+声音的形式进行教学；但如果所教知识是需要学习者理解、进一步深度加工的知识时，此时图片的教学效果要优于文字。

（三）如果增加信息没有造成学生额外的认知负荷，那么增加的相关信息不但没有形成冗余信息，反而增强学生的学习效果，由此可以看出，并不是任何一门课程甚至任何一节课的教学内容都适合梅耶的教学设计原则，具体要结合所教学习内容性质、学生的学习兴趣与认知发展水平，做到精心与仔细筛选教学素材，并合理设计其呈现方式，这样才能更好地发挥当代丰富多彩的教学资源的优势，以此来提高多媒体教学的效果。

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（责任编辑 杜丹丹）

Empirical Study on the Effect of Different Presenting Modes of Picture,Text and Sound on Students’ Learning

CHEN Jing,LAN Guoshuai,ZHANG Yichun
(School of Education Science,Nanjing Normal University,Nanjing,Jiangsu,China 210097)

Effective presentation of course content is one of the key factors contributing to effective teaching.But how to present the teaching contents in order to get the best teaching effect? This is the probed content of this study.In order to probe into the influence of different presentation mode of picture,text and sound on middle school students’ learning effects,this study adopted experimental method and interview method and took senior students of one middle school as research object.The results showed that the students in "text+sound" experimental group gained the best learning effect,the students in "picture+text" experimental group got the worst learning effect,and the learning effect of "picture+sound" experimental group is lower than the "picture+text+sound" experimental group.

picture,text and sound;presenting mode;learning effect;experimental research

G434

A

2096-0069（2016）03-0047-08

2016-03-21

2015年江苏省普通高校专业学位研究生创新计划项目（编号：SJLX15_0292），2015年度教育部人文社会科学研究规划基金项目（编号：15YJA880108）。

陈静（1989— ），女，安徽宿州人，南京师范大学教育科学学院硕士研究生，研究方向为信息技术与教育应用、教师教育信息化；兰国帅（1984— ），男，河南开封人，南京师范大学教育科学学院博士研究生，研究方向为教育技术基本理论、信息技术与教育应用、远程教育与在线教育、外语教育技术和知识可视化表征；张一春（1970— ），男，江苏常州人，南京师范大学教育科学学院教 授，博士生导师，研究方向为教育技术基本理论、信息技术与教育应用、继续教育。