知識可視化對網絡學習認知負荷影響的實驗研究〔〕:

摘要：網絡課程的日益開展為學習者提供了海量的學習資源，海量的信息可能會造成學習者認知負荷超載，而知識可視化是在科學數據可視化、信息可視化的根底之上開展而來的，并且逐漸成為人們關注的焦點?；诖?，本文以認知負荷理論為支撐、將知識可視化和學習風格結合在一起，試圖對學習者在網絡學習中的學習效果進展實驗研究，進而討論網絡教學中知識可視化的重要性。實驗結果說明，在網絡學習中適當運用知識可視化工具設計學習資源，并根據不同的學習風格為學習者推薦相應的學習資源，在一定程度上能進步學習者的學習效率。

關鍵詞：知識可視化；認知負荷；學習風格

本文引用格式：丁靜.知識可視化對網絡學習認知負荷影響的實驗研究[J].教育現代化，2022，6〔40〕：175-177.

一引言

許多研究指出，讀圖時代人們接收信息有視覺化趨勢。知識可視化〔KnowledgeVisualization〕是研究視覺表征在改善人與人之間知識創造和傳遞中的應用。網絡的日益開展，使得網絡教育越來越普及，知識可視化是當今科學教育的熱點研究領域。【1】通過網絡學生可以更方便地進展學習，由于如今在校大學生的大局部時間都處于繁重的課業學習當中，迫切需要快速獲取、理解、掌握、交流知識。知識可視化能減少認知負荷，解決信息過載問題，從而進步知識的學習，內化和運用效率。因此對網絡學習中知識可視化和認知負荷的研究是很有必要的，以期能幫助大學生進展更加高效的學習。

本研究節選大學選修課?現代教育技術?課程中的微課的開展歷程章節為實驗材料。根據同一學習內容設計兩個學習材料，一個是知識可視化版的實驗組，一個是文字版的對照組，在網絡學習中運用兩個材料進展實驗。討論以下幾個問題：實驗組和對照組的學生，哪個的認知負荷低？在知識可視化材料中，不同學習風格的學生認知負荷如何？在文字版材料中，不同學習風格的學生認知負荷又如何？學習哪個材料的學習成績更好？在每個材料中，具有不同學習風格的學生的學習效果如何？不同學習風格的學生更適宜哪種學習材料？

二文獻綜述

如何進步教學效率，使學生在有限的精力中投入最少、收獲最多一直是教育領域追求的目的。大數據時代的到來，不僅使人們陷入了信息迷航，也出現了信息超載現象。在教育領域這樣的狀況也不可防止，大量信息的涌入，使學生在學習過程中出現信息超載，學習效率低下，而知識的可視化那么可以減輕信息超載現象。

1.知識可視化

在2022年，美國學者MatinJ.Eppler和RemoA.Burkard給出知識可視化的定義，他們認為，知識可視化是研究在兩個人以上之間運用視覺表征手段進步知識創造和傳遞的領域，因此知識可視化也可被認為是所有能用來構成和傳輸復雜見解的視覺化表征手段。【2】2022年學者趙國慶對知識可視化的定義提出了修訂，他認為知識可視化是研究如何應用視覺表征改良兩個或更多人之間復雜知識創造與傳遞的一個學科。【3】

在教育教學領域運用知識可視化，應基于認知負荷理論。認知負荷決定著教學效率的上下，例如在學習同一知識點時，不同的呈現形式會產生不同的認知負荷，所以應考慮認知負荷。以下局部提供了與認知負荷相關的文獻的綜述。

2.認知負荷

認知負荷理論是1988年澳大利亞新南威爾士大學的心理學家Sweller提出的，該理論假設人類的認知構造由工作記憶和長時記憶組成。其中工作記憶也可稱為短時記憶，它的容量有限，一次只能存儲72條根本信息或信息塊。長時記憶于1995年由Ericsson和Kintsch等提出。長時記憶的容量幾乎是無限的。長時記憶是學習的中心，假設長時記憶中的內容沒有發生變化，那么不可能發生持久意義上的學習。

衡量教學效率的最正確方式是將認知負荷和學習表現相結合。較低的認知負荷與較高的學習表現是最有效的。假設研究方法為學生提供不同的學習材料呈現方式，那么應搜集包括認知負荷和學習成績在內的數據，進展測量分析，以多樣的方法去衡量教學效率是一種可行的方案。然而，學生有不同的學習風格。以前的研究指出，承受一樣學習方法的學生并不總是表現出類似的學習成績。其中一個主要原因是學生有自己的學習偏好，所以下面局部討論學習風格。

3.學習風格

許多學者已經證實學習風格對學習表現的影響。為了到達更好的學習效果，其他學者指出，教師不應該假設所有學生都有一樣的學習方式，而是應該根據學生的不同偏好或要求準備適當的指導。本研究選取1997年Felder和Soloman根據Felder-Silverman學習風格模型設計的所羅門學學習風格問卷?，F已得到越來越多研究者的認可，被CS383,MASPLANG,LSAS,TANGOW等國外著名的自適應學習系統所采納，在大量實驗數據的支持下，證明了其具有良好的適用性和信效度?！?】

三方法

1.學習材料的設計

在Sweller之后，經過許多心理學不懈的努力，認知負荷理論也逐漸得到完善。根據影響認知負荷主要因素：學習材料的復雜性、個體的先前知識經歷與學習材料的組織和呈現方式的來源及性質，本研究控制其他因素并針對學習材料的呈現方式設計實驗材料。

學習材料內容為大學選修課?現代教育技術?中的微課的開展歷程。本研究基于知識可視化的教學設計，可視化的教學設計就是對語言、文字進展更加深化的信息加工，利用各種可視化的工具將復雜的教學過程用最簡單的可視化形式表征出來。可視化的教學設計要關注教學設計過程的詳細化、教學設計內容的圖示化、教學設計思路的可視化、教學設計成果的共享化。

根據以上原理運用可視化工具MindManager對學習材料進展設計，設計完成后，請十多位沒有學過該材料的本科生進展試學，對存在的問題進展反復修改，最后確定設計的實驗材料，并且這十位同學不參加接下來的實驗。可視化設計過的材料內容和未設計的文字版內容是一樣的，只是表示方式不同。

2.被試

某大學面向全校學生開設選修課?現代教育技術?。某大學大一到大三共有96名學生選修?現代教育技術?課程，為使學生文理分布平衡，根據學生的專業、先前知識和學習風格類型從這96名同學中抽取40名同學作為被試。

3.測量工具

本研究采用的測量工具是學習風格問卷、認知負荷量表、先前知識問卷和課后測試題。前測包括學習風格和先前知識測驗。實驗前根據所學材料進展先驗知識測試，以排除先前知識對實驗結果的影響，先前知識問卷由兩位現代教育技術的教師編制，具有一定的信效度。學習風格的測量用于區分兩種相反學習風格的學生，學習風格問卷選取所羅門學習風格問卷的表象型/言語型維度，以說明這兩種偏向的學生在哪種學習材料中的學習更好。

后測包括認知負荷和課后測試題。對于認知負荷的測量已形成許多主客觀的測量方法,且各有利弊，【6】使用可靠、有效的認知負荷測量方式是本研究得到可靠結果中尤為重要的一步。本研究使用1994年Paas等開發的問卷，經Paas驗證，該認知負荷測量問卷的信度系數為0.90。【7】課后測試題是根據所學材料編制的題目，有10道選擇題，5道多項選擇題和一道闡述題，總分值為100分。

4.實驗程序

本實驗設計兩個自變量，一個是不同的學習材料〔即一個可視化材料，一個非可視化材料〕，另一個是不同學習風格的學生〔言語型和表象型〕。因變量為學習完材料后學生的認知負荷以及課后測試題的成績。這項研究在計算機實驗室中進展，學生每人一臺網絡暢通能正常運行的電腦。作者為整個實驗的指導者。被試進入實驗室前已填過先前知識和學習風格問卷，參加實驗的40名同學均為低先前知識的學生，言語型和表象型各20名學生，隨機分言語型和表象型各10名學生學習知識可視化材料〔實驗組〕，剩下20名學生學習非知識可視化材料〔對照組〕。被試進入實驗室、熟悉實驗環境；指導者向被試介紹實驗目的意義和流程；按分組進展學習，并完成相應的課后試卷和認知負荷測試；實驗完畢。

四實驗結果

這項研究調查了使用兩種不同的學習方法對不同學習風格學生的認知負荷和學習成績的影響。對實驗結果利用SPSS23.0進展分析，主要結果如表1所示。

表象型學習風格的學生在學習知識可視化材料〔即實驗組〕時的成績最好〔84.9〕，認知負荷也最低〔5.5〕。言語型學習風格的學生在學習非知識可視化材料〔即對照組〕時的成績高于表象型學習風格的學生，認知負荷也低于表象型學習風格的學生。說明不同學習風格的學生有不同的學習偏好。

實驗組中表象型學習風格的學生認知負荷低于總體的認知負荷，且成績高于總體成績；對照組中言語型學習風格的學生認知負荷低于總體認知負荷，且成績高于總體成績。說明相對于不按學習風格設計學習材料，按照學習者學習風格設計的學習材料對學習者產生的認知負荷低，學習效率更高。實驗組的成績高于對照組，認知負荷低于對照組。說明知識可視化設計后的材料能進步學習者的學習效率。

五結論和討論

以前的研究證實知識可視化的教學應用均對教學效果產生積極的影響，可以為學生帶來更好的學習效果。[8]許多研究也證實，不同學習風格的學生有不同的學習行為和要求。[9]言語型風格的學生偏向于學習文字版的材料，而具有視覺型風格的學生習偏向于圖片形式的學習材料。因此，在本研究中設計和討論了不同學習風格的學生學習可視化和非可視化兩種學習材料后的學習效果。

從本研究的結果得出結論，兩個學習材料的設計考慮了學生的認知才能和承受才能，使學生能很好地完成實驗任務。研究發現學生的學習風格在他們的認知負荷中發揮了關鍵作用。實驗組中表像型學習風格的學生在學習可視化材料時具有最低的認知負荷，對照組中言語型學習風格的學生在學習非可視化材料時具有最低的認知負荷，表象型學習風格的學生學習可視化材料的認知負荷低于該材料的總體認知負荷，且成績高于總體成績，所以根據學習風格而設計學習材料學習效率更高。實驗組學生的總體認知負荷低于對照組的學生，且成績高于對照組的學生，說明知識可視化后的材料學習效率更高。因此建議不同學習風格的學生學習與之相對應形式的學習材料，以及在今后的教學中可采用知識可視化的形式，以減輕學習者的認知負荷，從而進步學習效率。

在這項研究中，樣本量比擬小，學生只是在校的學生。因此，結果可能不適宜推廣到年齡較小的學生。因此，將來的研究可以擴展到更廣的年齡范圍。此外，將來的研究可以考慮自我效能。也就是說，學生可以確定他們在現實生活中運用知識可視化進展學習的學習效果會不會更好。

參考文獻

【1】代美泉.知識可視化在數控編程與操作教學中的應用探究[J].教育現代化,2022,5(06):171-172.

【2】EpplerM,BurkhardR.Knowledgevisualization:Towaxdsanewdisciplineanditsfieldsofapplications[J].WissenskommunikationinOrganisation,R.RainhardtandMaroonJ.Eppler,Eds,Springer,2022:241-254.

【3】趙國慶.知識可視化2022定義的