基于注意力机制的短视频助力导论类课程教学改革研究

摘  要：以人工智能导论为代表的导论类课程具有课时少、知识点多、算法难、学生基础差异大等特点，给教学带来诸多难点，如难以平衡深度和广度，难以持续吸引注意力等。利用短视频的多形式表达、多通道传输、高密度信息等优点可以解决导论类课程教学难题。该文在剖析课堂注意力特点和短视频吸引注意力机制的基础上，运行注意分配的认知理论，提出一套基于注意力机制的短视频助力导论类课程的教学方法，可为导论类教学工作者提供参考。

关键词：短视频；注意力机制；导论类课程；双加工理论；教学改革

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）18-0006-04

Abstract： Introduction courses， represented by Artificial Intelligence Introduction， are characterized by few class hours， numerous knowledge points， challenging algorithms， and significant student background differences. This poses various teaching difficulties， such as the challenge of balancing depth and breadth， and sustaining attention. Leveraging the advantages of short videos， including diverse forms of expression， multi-channel transmission， and high-density information， can address teaching challenges in introductory courses. This paper， based on analyzing classroom attention characteristics and the mechanism of attracting attention through short videos， applies cognitive theories related to attention allocation. It proposes a set of teaching methods for introductory courses based on attention mechanisms in short videos， providing guidance for educators in introductory teaching.

Keywords： short videos; attention mechanism; introductory courses; dual-processes theory; teaching reform

导论类课程通常是对某一学科基本原理、技术方法、发展历程和主要领域的介绍和阐述，它们旨在用较短的时间为学生构建起学科的基本知识体系和思维框架，引发学生继续深入学习和探究的兴趣。

2018年4月，教育部发布了《高等学校人工智能创新行动计划》，指出推动人工智能重要方向的课程建设，探索“人工智能+X”的人才培养模式[1]。为此，人工智能导论正在成为众多专业开展“人工智能+X”复合专业人才培养的基础课程[2]。

北京交通大学机械与电子控制工程学院将人工智能导论作为全院本科生的基础课程，培养人工智能与多个学科交叉的复合型专业人才。然而，人工智能技术种类繁多、新技术层出不穷，如何在有限课时内面向多个专业学生构建知识体系具有一定挑战。

短视频信息密度高、吸引力强，已经成为人们的主要信息获取方式，这种视听信息传播形式为课堂带来了新的教学改革机遇。当今网络短视频平台拥有大量学习资源，为课程准备提供了充足的素材。网络短视频中对特定知识点透彻讲解的优势和知识碎片化的劣势与大学课堂体系化、知识点覆盖广泛的特点能够形成较好的互补作用。

本文以提升导论课学习效果、激发学生兴趣、吸引学生课堂注意力为目标，通过分析导论类课程的特点、学生课堂注意力的特点和短视频吸引力机制，在人工智能导论课程的教学实践过程中，形成了一套基于短视频助力的导论类课程教学方法和备课做法，为导论类课程教学和备课提供了参考方法。

一  导论类课程的特点与教学难点

不同类型的课程具有不同的教学特点和难点，为了对导论类课程进行教学方法的设计，以人工智能导论为例，分析了导论类课程的特点和教学难点。

（一）  导论类课程的特点

导论类课程在某一学科领域中为学生提供基础知识和整体框架，具有广泛性、基础性、前沿性和跨学科的特点。例如，在本课程组讲授的人工智能导论课程中，内容涵盖了人工智能领域的基本概念、算法和应用，包括知识图谱、搜索技术、群智能算法、机器学习、深度学习、专家系统、数据挖掘、机器视觉和智能机器人等关键概念，涉及内容基础而广泛。

人工智能领域发展迅速，不断涌现新的理论和技术，需要及时更新内容，引入最新的研究进展和应用案例，如AlphaGo和ChatGPT，使学生能够了解该领域的最新前沿动态。

人工智能涉及计算机、数学、工程学等多个学科领域[3]。学生来自机械、测控、动力和材料等不同专业背景。因此，该导论课程会跨足多个学科。

（二）  导论类课程的教学难点

导论类课程的难点主要包括以下几个方面。

1）少量课时内传授大量知识点和前沿技术。导论课程通常被分配的课时较少，而课程内容的广泛性体现在大量知识点。例如，人工智能导论课堂上仅两个课时内需要讲授机器学习的框架，包括监督学习的K-近邻算法、决策树，无监督学习的聚类、自编码器等。

2）平衡知识的深度和广度。教师需要在有限的时间内从深入讲解某一知识点和广泛覆盖该领域内容之间寻求平衡。人工智能导论课程中包含了大量具有理解难度的算法，详细讲解单个知识点就难以有足够时间覆盖整体内容，讲授过于简单学生又很难留下印象。

3）吸引学生听课兴趣。导论课程知识点众多，在课堂讲授中短时间内需要切换知识点，而且导论课程通常面向广大学生，他们可能来自不同的专业和兴趣领域。如果教师不能设计出足够吸引学生注意力的讲授方式，学生可能会在知识点的浅显叙述和切换中降低听课兴趣，丧失听课注意力，降低教学效果。

二  短视频吸引课堂注意力的机制

课堂教学效果很大程度上依赖于能否抓住学生的注意力。本文阐释了短视频吸引注意力的机制和心理学理论依据，开展了基于短视频的课堂注意力吸引机制设计。

（一）  学生课堂注意力的特点

教师和教学研究者们普遍观察到学生们的课堂注意力很难长时间持续保持专注。掌握学生注意力的特点和影响因素是进行有效教学设计的前提。

研究者们通过观察、视频和应答器等多种手段记录学生的注意力程度[4-5]，以获得学生注意力的特点和规律。不同课堂上学生注意力特性有所差异，但注意力随讲课时间推进而快速下降的趋势曲线得到了众多研究者的认可[6]，如图1所示，前5分钟是讲授者抓住听众注意力的关键，之后5～10分钟注意力达到高峰，10分钟之后注意力会快速下降，在中间长时间处于低谷，大约只有最初水平的10%～20%，结束前5分钟总结阶段，听众期望有收获而注意力回升[3]。

有研究者们还发现学生们的注意力存在往复式漂移，注意力漂移每3～4分钟发生一次[4]。学生注意力的影响因素是多方面的，它不只具有时间依赖性，还受到传递信息方式、主讲人、陪伴人、学生个体差异性、外部环境干扰和情绪状态等[7]方面影响。教学者只有经过反复测试研究才能获取具有受众个性特点、较为精确的专有课堂注意力曲线。

改变活动类型被认为是有效的提高学生注意力的方式，例如引入应答器、演示、分组工作或快速的体力活动等[8]，提高音量和语调、开展参与问答等也是试图改变枯燥的形式提高注意力。

（二）  短视频吸引注意力的机制

网络短视频为教学中吸引学生注意力提供了工具与素材。有研究表明，短视频具有吸引力的原因在于其大量感性化、直观化且“碎而微”的密集信息形态，对大脑信息加工过程高度契合，效率非常高[9]。

短视频吸引力机制研究表明，短视频能够抓住人的注意力主要在于精准的个性化推荐算法、多通道式的感官唤醒与丰富内容、即时满足感的高收益交互和高控制感的沉浸式用户体验四个方面。推荐算法能够立于用户搜索基础，降低信息获取成本。几十秒到几分钟的快节奏中呈现的丰富内容、醒目文字、怦然音效、罕见动画等，利用多个通道的感官唤醒信息获取与情绪体验。单指滑动的低成本投入和高可及性的高刺激收益，形成了强吸引力的用户交互过程。大脑有关区域被控制进入高意识唤醒、高控制感和注意力集中的沉浸式体验[10]。

从心理学理论层面剖析，双加工理论认为，个体的认知与决策是在自动化加工系统和控制化加工系统调节中实现的[10]。自动化加工系统依赖于环境和情境自动运行，具有联想性和自动性；控制化加工系统是去情景化的，需要有强自主意识参与。自动化加工系统强化、控制化加工系统弱化时，大脑进入不自觉的巡航状态。观看个性化推荐的短视频过程中，注意资源被高度集中于视听信息处理，注意力调节出现困难，处于自动化加工系统增强阶段，控制化加工系统被弱化，在没有其他强刺激下，观众难以主动决策去开启另一行为。

（三）  短视频吸引课堂注意力的机制设计

自动化加工系统和控制化加工系统通常交替运行，看短视频时倾向于情景化的认知和感性理解，自动化加工系统增强，学习者结合以往熟悉情景，多通道感官参与其中，无需深层次有意识的认知努力。自动化加工系统具有效率高、适合于熟悉任务和直觉理解的优势，然而却更倾向于浅层理解，可能导致信息误解，尤其是涉及认知场景迁移和抽象概念。因此，长时间或是连续观看视频很难获得知识的深层理解和长期记忆。控制化加工系统可以达到深度理解，具有良好的认知适应性，但是占用认知资源较高，容易产生疲劳和压力。

结合学生课堂注意力的特点，短视频吸引注意力的机制可以被教师用于主动调节课堂中学生的注意力。教师可以设计出双加工系统交替强化的授课过程，快速吸引注意力之后唤醒自主性认知。

当学生注意力下降时，利用短视频的强刺激性视听将学生的注意力迅速拉回主题，使学生轻松进入情景化学习，自动化加工系统被增强，学生被视频牵引注意力，进行情景化学习状态，将以往情景和经验与当前感觉和情感相结合进行认知。为了实现主动认知和深度理解，播放短视频后紧随问答环节或使用应答器回答问题，强化控制化加工系统、弱化自动化加工系统，唤醒学生自主意识解决问题，主动调动认知资源，形成能够分析、推理和演化的深度理解。然而，长时间处于控制化加工过程之中容易疲劳、有压力而导致注意力涣散。在课堂中交替应用短视频和互动环节，既能随时吸引学生注意力，进入自动化加工系统强化下的情景化学习，又能唤醒学生进入控制化加工系统强化状态，实现深层认知。

三  短视频助力导论类课程改革的方法

（一）  短视频的来源、选择与剪辑

短视频素材通常来源于网络平台或是独立制作。独立拍摄剪辑利于实验演示类课程，动画方式便于导论类课程讲解概念和原理。高质量的短视频制作需要投入高成本，工作量和难度巨大。广泛搜索并利用已有的网络短视频，可以大量减轻教师工作量。当今短视频平台众多，包括抖音、哔哩哔哩、好看视频和知乎等，适合导论类课程的短视频集中于知识类平台，例如在人工智能导论课程准备时，我们主要采用秒懂百科、哔哩哔哩上的短视频。

短视频的选择与剪辑需要以切题、精短、易懂和强吸引为目标。短视频主题要围绕课堂中难懂、难表述的知识点设置。单个视频时长尽可能控制在1～2分钟，不宜超过5分钟，视频时间过长会影响到课堂讲授主线和学生注意力聚焦效果。

（二）  短视频嵌入课堂的方法

短视频嵌入课堂过程中需要统筹考虑嵌入数量、嵌入的时间节点和内容位置、嵌入前后的辅助操作等。

在每个50分钟的课堂中，嵌入短视频的数量以3～5个为宜，学生长时间观看容易进入无意识的自动化加工认知过程，难以有意识主动关注授课主线，频繁的视频切换也会导致学生对视频刺激的顿感。

短视频嵌入的时间节点及其在整体内容中的位置是应用短视频的关键所在。依据学生在课堂中的注意力曲线合理选择嵌入的时间节点能够起到提升全程注意力的作用。如图2所示，短视频嵌入的时间点应选择在注意力开始迅速下降时，多个短视频应分布在较低水平的注意力区间，以达到拽回学生注意力的目的。短视频适合设置在难以用口头直接表述、概念抽象有难度或需用实际案例演示等位置。例如在人工智能导论课的机器学习一节中，K-近邻算法、决策树和支持向量机等多个算法概念如果都采用口头讲述，很容易导致学生对多个算法产生倦怠感。

在播放视频前后，分别设计启发性问题和互动回答环节等辅助操作进一步提升注意力。提出启发性问题能够促使学生在观看视频时调动主观意识去思考，以自动化加工过程引入后触发控制化加工过程。在互动回答环节中设计原理描述或判断等问题，对视频中知识点再巩固，以起到深入内化知识点的作用。

（三）  短视频教学的作业与考核调整

通过短视频传授知识点需要对常规课后作业和考核方式进行调整，短视频中口语化表达和短时间内闪过大量情景化信息，不利于学生对概念或定义的记忆。因此，在课堂测试题、课后作业题和考试题中需要平衡题目种类和考察知识点的对应关系，通过短视频讲解的知识点，在考察中更适合设置为理解简答和判断类题目。个别重要概念或定义的考察，可以通过教师PPT展示和课后作业题目进行巩固，以弥补短视频演示的不足。

利用短视频可以改变作业形式，让学生在课后对课堂中难以覆盖的知识点进行观看、搜集、制作和分享短视频，提高学生的学习兴趣、扩展知识广度和深度。

四  短视频使用版权问题探讨

一些教师对教学中使用网络短视频是否合乎著作权法以及如何获取版权存有疑问。我们查阅了《中华人民共和国著作权法》，其中第四节第二十四条提到，为学校课堂教学或者科学研究，翻译、改编、汇编、播放或者少量复制已经发表的作品，供教学或者科研人员使用，可以不经著作权人许可，不向其支付报酬，但应当指明作者姓名或者名称、作品名称。因此，从法条和相关注解来看，在大学课堂上使用部分网络短视频进行教学活动属于合法行为。也有少量著作权人和法学研究者对此提出了不同解释。最为稳妥的做法是直接联系短视频创作者讲明用途并请求授权，各大网络短视频平台上联系创作者是易于操作的，例如哔哩哔哩上可直接私信作者，并且有部分作者直接发布了作品许可说明，给予使用者极大便利。提高版权意识，关注短视频版权要求，可以规避教师在不同场合下开展教学活动的侵权风险。

五  结束语

短视频的高信息密度、强视听感受和沉浸式体验能够迅速抓住人们的注意力，根据对导论类课程特点、课堂注意力特点和短视频吸引注意力机制分析，我们发现可以利用短视频信息密度高和吸引力强的特点，去解决导论类课程中知识点多、注意力易漂移等教学难题。为此，我们提出了基于注意力机制的短视频助力导论类课程的教学方法，以学生课堂注意力曲线为基准，进行短视频吸引课堂注意力的机制设计，给出了短视频嵌入课堂的时间节点及嵌入点前后的辅助操作方法。本文还阐述了短视频来源、选择和剪辑、作业与考核调整方法及使用版权问题等。所提出方法在人工智能导论课上得到了应用，受到了学生的喜爱，激发了学生学习兴趣，学生的课堂注意力得到明显改善，受到了学生和教学督导组的一致好评。该方法可以为导论类教学工作者提供借鉴。

参考文献：

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[8] 杨忠振，陈东旭，吴彪.基于视频数据的大学生课堂上课行为研究[J].高教论坛，2023（7）：31-36.

[9] 童欣.影响力和成长性的透视——短视频时代电影受众与传统电影受众观影心理对比分析[J].当代电影，2023（4）：99-106.

[10] 董王昊，王伟军，王兴超，等.人机互动视角下短视频沉迷的发生机制[J].心理科学进展，2023，31（12）：2337-2349.

基金项目：2023年国家自然科学基金青年科学基金项目“混合动力系统变结构与变激励耦合扭振分频协调控制研究”（52305050）；2021年国家科技部国家重点研发计划课题“多核异构汽车电控单元软硬件集成测试与标定工具”（2021YFB2501303）

作者简介：张宝迪（1988-），男，汉族，河南新乡人，博士，讲师，硕士研究生导师。研究方向为车辆混合动力系统智能化控制的教学与科研。