深度學(xué)習(xí)內(nèi)容及其資源表征的實(shí)證研究

胡航+董玉琦

【摘 要】

研究基于“深度學(xué)習(xí)”的研究框架，在“技術(shù)怎樣促進(jìn)學(xué)習(xí)”這一核心命題的多變量探索實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，針對“學(xué)習(xí)內(nèi)容及其資源”這一變量進(jìn)行深入的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。依據(jù)認(rèn)知與腦科學(xué)的機(jī)制以及數(shù)學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)心理的規(guī)律，設(shè)計了C-S兩類課堂（各2個班），包含4個變量水平，在T市Y小學(xué)五年級的數(shù)學(xué)課堂展開，為期4周，每天1學(xué)時，其中C為控制組，S為實(shí)驗(yàn)組，主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為“4S”學(xué)習(xí)內(nèi)容及基于CRF數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的開發(fā)與應(yīng)用。通過學(xué)業(yè)成績、眼動儀和ERP腦波觀測等數(shù)據(jù)分析，得出了以下結(jié)論：一是基于認(rèn)知過程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及其資源重構(gòu)具有較高的有效性；二是學(xué)習(xí)品質(zhì)與技術(shù)存在交互關(guān)系；三是“技術(shù)設(shè)計”而非“技術(shù)本身”促進(jìn)了學(xué)習(xí)者發(fā)展；四是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)結(jié)論與探索性實(shí)驗(yàn)基本一致；五是學(xué)業(yè)成績、眼動與ERP腦電可構(gòu)成“三角互證”研究方法。

【關(guān)鍵詞】 學(xué)習(xí)內(nèi)容；學(xué)業(yè)成績；數(shù)學(xué)課堂；數(shù)字化資源；重構(gòu)；應(yīng)用；認(rèn)知；實(shí)證研究

【中圖分類號】 G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 1009-458x（2017）08-0057-07

一、引言

學(xué)習(xí)者中心設(shè)計指導(dǎo)下的深度學(xué)習(xí)目前不僅是教學(xué)設(shè)計的核心思想，而且已經(jīng)成為學(xué)習(xí)科學(xué)研究與教育技術(shù)實(shí)踐領(lǐng)域追蹤的熱點(diǎn)，也是一線課堂教學(xué)的指導(dǎo)思想。那么，什么是學(xué)習(xí)者中心設(shè)計？如何實(shí)施深度學(xué)習(xí)？目前卻鮮見可操作的范例，也少有認(rèn)知心理層面的證據(jù)。麥庫姆斯等人（McCombs & Whisler， 1997）對“學(xué)習(xí)者中心”作了如下界定，即“教學(xué)要把對每個學(xué)習(xí)者的關(guān)注與對學(xué)習(xí)本身的關(guān)注結(jié)合起來，其中對每個學(xué)習(xí)者的關(guān)注，是要關(guān)注他們的遺傳特性、個人經(jīng)歷、天賦才能等個人需求與個體屬性。對于學(xué)習(xí)本身的關(guān)注，是要關(guān)注學(xué)什么，其是如何發(fā)生的，以及相關(guān)學(xué)習(xí)動機(jī)和學(xué)習(xí)成績等”。學(xué)習(xí)科學(xué)把人的深度學(xué)習(xí)作為重要的研究內(nèi)容，認(rèn)為學(xué)習(xí)既是個體感知、記憶、思維等認(rèn)知過程，也是根植于社會文化、歷史背景、現(xiàn)實(shí)生活的社會建構(gòu)過程（馮銳， 任友群， 2009）。可見，深度學(xué)習(xí)一定是基于學(xué)習(xí)者個體屬性的個性化學(xué)習(xí)，同時又是個體之間協(xié)同的社會化過程。那么，深度學(xué)習(xí)如何設(shè)計、如何實(shí)施，如何理解技術(shù)，技術(shù)能否促進(jìn)深度學(xué)習(xí)，成為教育實(shí)踐領(lǐng)域研究的重要課題。

基于對“學(xué)習(xí)者中心設(shè)計”的理解和“技術(shù)即學(xué)習(xí)者的生存方式”的觀點(diǎn)（顏世剛， 2015），研究在對學(xué)習(xí)技術(shù)的原有理解基礎(chǔ)上（胡航， 任友群， 2008）進(jìn)行了新的理解：“指對技術(shù)使能孕育于整個學(xué)習(xí)過程的模式、方法與策略的描述，包含學(xué)習(xí)者選取與重構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容，構(gòu)建適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境，按照科學(xué)的學(xué)習(xí)策略，執(zhí)行學(xué)習(xí)活動而達(dá)到特定學(xué)習(xí)目標(biāo)等學(xué)習(xí)行為；包含學(xué)習(xí)設(shè)計（Learning Design）、學(xué)習(xí)內(nèi)容（Learning Contents）、學(xué)習(xí)策略（Learning Strategies）與學(xué)習(xí)活動（Learning Activities）等結(jié)構(gòu)化要素”。（胡航， 董玉琦， 2017a）基于學(xué)習(xí)技術(shù)的上述理解，研究在“技術(shù)怎樣促進(jìn)學(xué)習(xí)”的多變量探索性實(shí)驗(yàn)（胡航， 董玉琦， 2017a）中，回答了“技術(shù)能否促進(jìn)學(xué)習(xí)”問題：一是現(xiàn)有的多媒體應(yīng)用方式會增加認(rèn)知負(fù)荷；二是基于“學(xué)習(xí)者中心設(shè)計”的深度學(xué)習(xí)技術(shù)能促進(jìn)學(xué)習(xí)。接著在“個性化-合作學(xué)習(xí)”的學(xué)習(xí)方式單變量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中回答了“技術(shù)怎樣促進(jìn)學(xué)習(xí)的深度學(xué)習(xí)方式問題”（胡航， 董玉琦， 2017b），解決了深度學(xué)習(xí)“如何學(xué)”的問題。

那么，深度學(xué)習(xí)的對象或內(nèi)容應(yīng)該是什么呢？即深度學(xué)習(xí)應(yīng)該“學(xué)什么”？Charles M. Reigeluth在其新著中（Reigeluth，2016）闡述了“基于學(xué)習(xí)者中心的教學(xué)設(shè)計的價值、策略與方法，尤其闡釋了學(xué)習(xí)者中心設(shè)計的內(nèi)涵與原理，其要求基于學(xué)習(xí)起點(diǎn)”，重構(gòu)課程形式，強(qiáng)調(diào)學(xué)科內(nèi)容的構(gòu)成及其資源表征應(yīng)符合學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律（胡航，董玉琦，2016）。

因此，深度學(xué)習(xí)要求重構(gòu)教材經(jīng)典學(xué)習(xí)內(nèi)容，一方面要滿足個體屬性的認(rèn)知需要，另一方面要有利于學(xué)習(xí)者社會化過程的參與。因此，基于上述基礎(chǔ)，本研究以小學(xué)數(shù)學(xué)“運(yùn)算與問題解決”為載體，對“學(xué)習(xí)內(nèi)容”單變量進(jìn)行深入的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)探討深度學(xué)習(xí)內(nèi)容及其資源表征的構(gòu)成、方法與策略。研究共分為三個部分：第1部分即本文，主要闡釋實(shí)證研究的過程與應(yīng)用效果；第2部分在實(shí)證研究的基礎(chǔ)上，歸納深度學(xué)習(xí)內(nèi)容的構(gòu)成與要素、深度學(xué)習(xí)內(nèi)容與課程重構(gòu)框架與策略；第3部分依據(jù)深度學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程，闡釋重構(gòu)后的學(xué)習(xí)內(nèi)容所對應(yīng)的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的動態(tài)表征方法、深度學(xué)習(xí)資源的開發(fā)模式、資源案例及課堂應(yīng)用策略。

二、研究設(shè)計

（一）研究基礎(chǔ)

1. 學(xué)習(xí)內(nèi)容及其資源表征

學(xué)習(xí)內(nèi)容包括內(nèi)容構(gòu)成和資源表征（Reigeluth，2016）。內(nèi)容的呈現(xiàn)有多種形式，但如何讓學(xué)習(xí)者接受并且領(lǐng)會這種抽象事物，需借助符號、圖形、文字等工具。這類能夠具體呈現(xiàn)在表面的形式叫作資源表征（向冬梅， 2008）?？梢?，資源表征是內(nèi)容的外在呈現(xiàn)形式，通過可視化的方式表達(dá)內(nèi)容，使內(nèi)容得以傳播和被學(xué)習(xí)者理解?？傊瑑?nèi)容構(gòu)成與資源表征相輔相成，從而將學(xué)習(xí)內(nèi)容所要表達(dá)的知識、情感、態(tài)度、價值觀傳遞給學(xué)習(xí)者。資源表征可以將學(xué)習(xí)內(nèi)容具體化、可視化，是反映學(xué)習(xí)內(nèi)容的相關(guān)屬性。

數(shù)字化資源表征是信息表征的一種更高級形式。信息技術(shù)的發(fā)展為數(shù)字化資源提供了可視化的有力幫助，在資源表征的開放性、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)表征的情境性和人工智能表征的交互性與智能化等方面引起了關(guān)注，在數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境下對信息進(jìn)行表征和認(rèn)知，提升了學(xué)習(xí)者的思維高度和主觀能動性。

2. 探索性實(shí)驗(yàn)概述

在探索性實(shí)驗(yàn)階段，研究包含學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)序列四個變量，其中學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)資源與學(xué)業(yè)成績的相關(guān)性（.561和.498）僅次于學(xué)習(xí)方式（.562），而且差距非常?。ê剑?董玉琦， 2017a）。同時，學(xué)習(xí)內(nèi)容與資源表征本身就是一對孿生兄弟，只是前者強(qiáng)調(diào)內(nèi)容的構(gòu)成，后者強(qiáng)調(diào)內(nèi)容的表征。據(jù)此，在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)階段，研究將兩者統(tǒng)一為單變量“學(xué)習(xí)內(nèi)容”，以進(jìn)一步驗(yàn)證其有效性。endprint

（二）研究問題

基于探索性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)與結(jié)論，本研究擬實(shí)施兩類課堂（四個班，四種變量水平）教學(xué)實(shí)證研究，從學(xué)業(yè)成績、眼動變化、ERP腦電變化三個維度進(jìn)行分析，以回答三個問題：一是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的重構(gòu)及其對應(yīng)數(shù)字化資源開發(fā)的有效性；二是通過實(shí)證研究，分析學(xué)習(xí)內(nèi)容的要素與結(jié)構(gòu)，歸納其組織策略；三是總結(jié)數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的表征方法和開發(fā)模式。本文主要通過數(shù)據(jù)詳細(xì)闡釋學(xué)習(xí)內(nèi)容變量的有效性，在后續(xù)文章中進(jìn)行理論分析與構(gòu)建。

（三）研究方法

1. 準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法。研究在真實(shí)的課堂情境中開展，學(xué)習(xí)內(nèi)容及其資源作為唯一變量，控制學(xué)習(xí)方式、教學(xué)策略等變量，以探索有效學(xué)習(xí)操作模式。

2. 心理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究法。通過眼動儀和ERP腦電觀測，搜集學(xué)習(xí)者的眼動行為和腦波數(shù)據(jù)，分析學(xué)習(xí)內(nèi)容、注意力和學(xué)業(yè)成績之間的關(guān)系。

（四）詳細(xì)設(shè)計

由相關(guān)研究和探索性實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知：學(xué)習(xí)內(nèi)容構(gòu)成及其資源表征方式與學(xué)業(yè)成績存在較大相關(guān)性，且是“內(nèi)容”的兩面，因此在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)階段合并為同一變量“學(xué)習(xí)內(nèi)容”。探索性實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)設(shè)計、研究術(shù)語、數(shù)據(jù)分析和研究結(jié)論（胡航，董玉琦， 2017a），本文不再贅述，直接使用。為了表述的連續(xù)性和清晰性，兩類實(shí)驗(yàn)的設(shè)計描述如表1所示。

研究從表1中的五個設(shè)計維度進(jìn)行以下闡釋： ①從研究目的來看，探索性實(shí)驗(yàn)是要尋求“學(xué)習(xí)者中心”課堂的主要影響因素，探求綜合性的實(shí)踐方法；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要是進(jìn)一步確認(rèn)探索性實(shí)驗(yàn)中的“學(xué)習(xí)內(nèi)容”的有效性及其具體操作模式。② 從研究對象來看，探索性實(shí)驗(yàn)選取了一所水平較高的小學(xué)，有利于實(shí)驗(yàn)取得較好的效果；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)卻選取了一所水平中等的小學(xué)，并且調(diào)整了實(shí)驗(yàn)?zāi)昙?，主要為了?yàn)證“學(xué)習(xí)內(nèi)容”變量的適用性和可推廣性。③從實(shí)驗(yàn)環(huán)境和工具來看，均選擇真實(shí)課堂，以探索研究的可操作性。同時，在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)階段增加了眼動儀，以求得學(xué)業(yè)成績、外在眼動行為和內(nèi)在腦電波變化的三者互證，增強(qiáng)研究證據(jù)的說服力。④從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來看，均是小學(xué)數(shù)學(xué)“運(yùn)算與問題解決”，但四年級較簡單，五年級較復(fù)雜，其目的同②。⑤從實(shí)驗(yàn)時間來看，均采用4周，共計20學(xué)時。該時間是真實(shí)課堂情境實(shí)證研究中的最低量，否則難以說明有效性。在后續(xù)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)中，將增加研究的實(shí)驗(yàn)時間。

在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中，四個班級的教學(xué)方式由教師根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)資源自行設(shè)計，學(xué)習(xí)方式為唯一變量，班級代碼用學(xué)校名稱“Y”表示，4個班級按照課堂內(nèi)容的屬性分為4類：①基于經(jīng)典內(nèi)容且無數(shù)字化資源表征（Classic Content Class，簡稱“C1課堂”），②基于經(jīng)典內(nèi)容且有經(jīng)典數(shù)字化資源表征（Classic Content and Representation Class，簡稱“C2課堂”）；③基于4S內(nèi)容且無數(shù)字資源表征（SK+KS+CS+SS，簡稱“S1課堂”）；④基于4S內(nèi)容且有體現(xiàn)認(rèn)知過程的數(shù)字化資源表征（SK+KS+CS+SS and Representation，簡稱“S2課堂”），操作屬性如表2所示。

由表2可知，兩類課堂的教學(xué)活動均由教師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)自行設(shè)計，而沒有采取探索性實(shí)驗(yàn)和“學(xué)習(xí)方式”變量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中的“個性化-合作學(xué)習(xí)（PCL）”方式（胡航， 董玉琦， 2017b）。因?yàn)樘剿餍詫?shí)驗(yàn)表明PCL方式對學(xué)業(yè)成績的影響最大，為了消除該變量的影響，本研究只干預(yù)“學(xué)習(xí)內(nèi)容”一個變量，學(xué)習(xí)方式由教師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)掌控。

三、研究實(shí)施

（一）學(xué)習(xí)內(nèi)容的選取與重組

此階段處于探索性實(shí)驗(yàn)操作路線中的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，研究開發(fā)了4S學(xué)習(xí)內(nèi)容，主要包含以下四個方面：一是學(xué)科知識（SK），指以學(xué)科知識點(diǎn)為單位的表征，即C課堂中的經(jīng)典學(xué)習(xí)內(nèi)容。二是與學(xué)科知識對應(yīng)的學(xué)習(xí)策略（KS），如“四則混合運(yùn)算”中的“湊整法”。三是組織認(rèn)知結(jié)構(gòu)（CS），指引導(dǎo)學(xué)習(xí)者有意識地在學(xué)習(xí)過程中構(gòu)建個體自己的圖式和認(rèn)知結(jié)構(gòu)。四是社會技能（SS），指“與他人交往的行為，如接受權(quán)威、談話技巧、合作行為；與自我有關(guān)的行為，如情感表達(dá)、道德行為、對自我的積極態(tài)度；與任務(wù)有關(guān)的行為，如參與行為、任務(wù)的完成、遵循指導(dǎo)等”（辛濤， 鄒泓， 2000），以促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程的元認(rèn)知能力，保障學(xué)習(xí)活動高效開展。

（二）數(shù)字化資源的設(shè)計與開發(fā)

基于上述學(xué)習(xí)內(nèi)容的選取與重組，研究基于圖式理論（schema theory）、思維適應(yīng)控制理論（adaptive control of thought，簡稱“ACT理論”）和心理活動（actions）-程序（process）-對象（objects）-圖式結(jié)構(gòu)（schemas）（簡稱“APOS理論”），以及探索性實(shí)驗(yàn)中的數(shù)字化資源開發(fā)模式，設(shè)計了S-DIP深度學(xué)習(xí)資源表征態(tài)。依據(jù)該模式，研究開發(fā)了與學(xué)習(xí)內(nèi)容對應(yīng)的體現(xiàn)學(xué)習(xí)者認(rèn)知過程的數(shù)字化資源。4S學(xué)習(xí)內(nèi)容、S-DIP資源表征態(tài)和CRF深度學(xué)習(xí)資源開發(fā)模式將在后續(xù)理論歸納與構(gòu)建文章中詳細(xì)闡釋。

（三）實(shí)施過程

實(shí)施過程包含四個階段：一是實(shí)驗(yàn)教師確認(rèn)與培訓(xùn)階段。Y學(xué)校五年級4個班由兩位教師教學(xué)，包含一位成熟型教師（教齡18年，區(qū)級骨干教師，本科學(xué)歷）和一位新手型教師（教齡2年，小學(xué)教育專業(yè)碩士研究生學(xué)歷），各負(fù)責(zé)兩個教學(xué)班。因此，確定成熟型教師為S1和S2班級，即控制組，不給予任何干預(yù)，也不參加實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)。新手型教師對應(yīng)S3和S4班級，即實(shí)驗(yàn)組，接受實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)，盡量縮小同一教師負(fù)責(zé)班級的變量差異。二是開展為期四周的教學(xué)工作，研究者隨堂觀察和記錄教學(xué)過程。三是運(yùn)用2位教師聯(lián)合出具的后測題目，進(jìn)行單元測試和訪談。同時，由教師隨機(jī)確定每個班的學(xué)習(xí)優(yōu)秀、中等和困難三個等級學(xué)生各2名，共24名學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行眼動儀和ERP腦電觀測。四是進(jìn)行SPSS數(shù)據(jù)分析和ERP波形分析。

四、數(shù)據(jù)分析

（一）兩類課堂學(xué)業(yè)成績數(shù)據(jù)endprint

兩類課堂經(jīng)過對“學(xué)習(xí)內(nèi)容”變量的不同水平進(jìn)行控制與干預(yù)，平均成績及標(biāo)準(zhǔn)差如表3所示。由表3可知，從平均學(xué)業(yè)成績維度來看，在四類課堂中，S2課堂最高，C1課堂最低；按從高到低排序?yàn)镾2> S1 > C2>C1，即S>C。從標(biāo)準(zhǔn)差維度來看，S2課堂最低，C1課堂最高，按從低到高排序?yàn)镾2< S1 < C2

兩類課堂的平均學(xué)業(yè)成績差值兩兩比較，結(jié)果如表4所示。由表4可知：S-C>S2-S1> C2- C1即S、C兩類課堂的平均學(xué)業(yè)成績遠(yuǎn)大于兩類課堂內(nèi)部不同變量水平的差值，且S類內(nèi)部的差值大于C類內(nèi)部的差值。其中，平均學(xué)業(yè)成績最高的S2課堂比最低的C1課堂高出11.49分，而S課堂平均學(xué)業(yè)成績也比C課堂高8.43分。

表3 兩類課堂平均學(xué)業(yè)成績表

[班級 C1課堂 C2課堂 C課堂 S1課堂 S2課堂 S課堂 學(xué)業(yè)成績

（平均值） 80.07 82.13 81.10 87.49 91.56 89.53 標(biāo)準(zhǔn)差 14.308 7.359 8.827 8.719 3.165 4.642 ]

表4 兩類課堂（4個班）學(xué)業(yè)成績均值差值表

[C1課堂 C1課堂 C2課堂 2.06 C2課堂 C課堂 1.03 -1.03 C課堂 S1課堂 7.42 5.36 6.39 S1課堂 S2課堂 11.49 9.43 10.46 4.07 S2課堂 S課堂 9.46 7.40 8.43 2.04 -2.03 S課堂 ]

（二）兩類課堂眼動數(shù)據(jù)

研究使用SMI公司Iview X RED眼動追蹤系統(tǒng)進(jìn)行雙眼追蹤采樣，采樣率最高可實(shí)現(xiàn)500Hz，追蹤分辨率0.03deg，凝視定位精度<0.4deg。該設(shè)備為非接觸式測量，遙控紅外眼部攝像自動記錄被測試者眼睛運(yùn)動信息，包括眼睛凝視位置、瞳孔直徑、瞳孔位置、跟蹤位置、眼動圖像等，經(jīng)過圖像采集與分析實(shí)時計算出眼球的水平和垂直運(yùn)動時間、注視位置、位移距離、速度及瞳孔直徑等數(shù)據(jù)。在閱讀過程中，“眼睛的注視時間越長、平均瞳孔直徑越大、眨眼頻率越低、掃描路徑越長、眼跳幅度越大、眼跳次數(shù)越少，在一定程度上說明閱讀內(nèi)容對被試者來說更加具有吸引力”（程利等，2015）。由于設(shè)備數(shù)量限制，兩類課堂（4個班）學(xué)生中，每班教師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和前后測學(xué)業(yè)成績，按照優(yōu)秀、中等、困難的學(xué)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，每類選出兩名學(xué)生參加眼動實(shí)驗(yàn)，每班6名學(xué)生，共計24名學(xué)生，分4組進(jìn)行，即每個班一組進(jìn)行一輪。在每一輪中，通過對被試連續(xù)3次的觀測，每次10分鐘，中間休息5分鐘，兩類課堂4個變量水平的學(xué)習(xí)者眼動數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 兩類課堂學(xué)習(xí)者眼動（平均值）描述表

[課堂

類型 注釋點(diǎn)

持續(xù)時間（ms） 瞳孔

大小（mm） 眨眼頻率計數(shù)（s） 掃描路徑長度[活性] 總眼跳幅度（°） 眼跳

次數(shù) C1課堂 186.30 12.24 0.25 11，100.5 226.42 46 C2課堂 209.40 12.65 0.13 11，689.3 245.97 45.25 C課堂 197.85 12.46 0.19 11，394.9 263.20 45.63 S1課堂 198.65 12.51 0.18 11，645.5 263.80 45.36 S2課堂 253.80 12.93 0.05 12，871.8 318.22 44.25 S課堂 226.23 12.72 0.12 12，258.6 291.01 44.81 ]

由表6可知，從眼動描述的6個維度觀測可得出以下數(shù)據(jù)：①從注視點(diǎn)持續(xù)時間、瞳孔大小、掃描路徑長度來看，由高到低排序均為S2> C2> S1> C1，S>C；②從總眼跳幅度來看，由高到低排序均為S2>S1>C2>C1， S>C；③從眨眼頻率計數(shù)和眼跳次數(shù)來看，由低到高排序?yàn)镾2

（三）兩類課堂ERP腦電數(shù)據(jù)

研究使用神念科技（Neurosky）公司的Mindwave Mobile腦電儀，其采樣率為512Hz，能夠測量出高精度ERP腦電信號。這些ERP腦電數(shù)據(jù)經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算后，可以被解讀成多項(xiàng)反映人們心理狀態(tài)的參數(shù)。同時，研究利用佰意通ERP腦電生物反饋訓(xùn)練系統(tǒng)來及時監(jiān)控學(xué)習(xí)者的腦電數(shù)據(jù)，通過eSenseTM算法將學(xué)習(xí)者的心理狀態(tài)量化為注意力數(shù)值，作為分析學(xué)習(xí)者專注力的依據(jù)，其參數(shù)值介于0-100之間。實(shí)驗(yàn)過程中由于設(shè)備數(shù)量限制（實(shí)驗(yàn)室共計30套設(shè)備），并為了盡量縮小實(shí)驗(yàn)對象的差異性，僅限參加眼動的24名同學(xué)參加ERP腦電實(shí)驗(yàn)，并同時進(jìn)行。

1. 學(xué)習(xí)內(nèi)容對學(xué)習(xí)者注意力的影響

為了解學(xué)習(xí)內(nèi)容變量四個水平與學(xué)習(xí)者注意力之間的關(guān)系，對四個班級的四組學(xué)習(xí)者的注意力數(shù)據(jù)進(jìn)行了方差同質(zhì)性檢驗(yàn)，其顯著性遠(yuǎn)大于0.05，滿足方差齊性要求。在此基礎(chǔ)上對4組學(xué)習(xí)者的注意力進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果如表6所示。由表6可知，不同學(xué)習(xí)內(nèi)容及其資源表征對學(xué)習(xí)者注意力存在顯著性差異（F（3，119）=8.326，P<0.001），其影響力（M值）由高到低排序?yàn)镾2>C2>S1>C1。為了進(jìn)一步研究4組學(xué)習(xí)內(nèi)容及其資源表征之間的注意力差異，進(jìn)行了Post Hoc事后多重比較，結(jié)果如表7所示。由表7可知，S2組的注意力顯著高于C1組、C2組和S1組，C1、C2和S1之間無顯著差異性。

表6 學(xué)習(xí)內(nèi)容對注意力的單因素方差分析

[組別 人數(shù) M SD F P C1 30 61.53 8.724 8.326 .000*** C2 30 64.81 8.134 S1 30 63.26 7.981 S2 30 72.08 8.207 ]

（***P<0.001）

表7 學(xué)習(xí)內(nèi)容對注意力的事后多重比較

[組別 均值差 P C1-C2 -3.28 .089 C1-S1 -1.73 .099 C1-S2 -10.55 .000** C2-S1 1.55 .106 C2-S2 -7.27 .001** S1-S2 -8.82 .002** ]

（**P<0.01）

2. 學(xué)習(xí)內(nèi)容與注意力對學(xué)習(xí)成績的影響

為了解學(xué)習(xí)內(nèi)容搭配三種不同水平（高、中、低）注意力對學(xué)業(yè)成績的影響，研究利用因素方差分析檢測了不同學(xué)習(xí)內(nèi)容搭配不同注意力水平對學(xué)業(yè)成績的影響，結(jié)果如表8所示。由表8可知，學(xué)習(xí)內(nèi)容與注意力對學(xué)習(xí)成績存在交互作用（F（6，120）=2.164，P<0.05），即不同注意力水平下，學(xué)習(xí)內(nèi)容及其資源表征對學(xué)業(yè)成績的影響不同，如圖1所示。由圖1可知：在低注意力水平時，由高到低排序?yàn)镾2>C2> S1>C1；在中等注意力水平時，由高到低排序?yàn)镾2>S1>C2>C1；在高注意力水平時，由高到低排序?yàn)镾2>S1>C1>C2。

表8 學(xué)習(xí)內(nèi)容與注意力對學(xué)業(yè)成績的交互作用分析

[ SS df MS F P 學(xué)習(xí)內(nèi)容 3，528.827 3 1，246.176 21.071 .000*** 注意力 10，056.283 2 5，021.481 96.853 .000*** 學(xué)習(xí)內(nèi)容*注意力 798.969 6 128.867 2.164 .032* 誤差 5，984.019 108 52.953 總計 570，388.000 120 ]

（*P<0.05，***P<0.001）

表8還顯示學(xué)習(xí)內(nèi)容構(gòu)成及其資源表征方式對學(xué)業(yè)成績存在主效應(yīng)作用（F（3，160）=21.071，P<0.001）。為了進(jìn)一步了解學(xué)習(xí)內(nèi)容變量的不同水平之間學(xué)業(yè)成績是否存在顯著性差異，研究對4組學(xué)習(xí)者的學(xué)業(yè)成績進(jìn)行方差同質(zhì)性檢驗(yàn)，滿足方差齊性要求，接著對學(xué)業(yè)成績進(jìn)行了單因素方差分析，結(jié)果如表9所示。由表9可知，學(xué)習(xí)內(nèi)容變量不同水平之間的學(xué)業(yè)成績存在顯著性差異（F（3，119）=8.419，P<0.001）。四個組由高到低排序?yàn)镾2>S1>C2>C1。

表9 學(xué)習(xí)內(nèi)容對學(xué)業(yè)成績的單因素方差分析 [組別 人數(shù) M SD F P C1 30 80.07 12.324 8.419 .000*** C2 30 82.13 10.547 S1 30 87.49 11.989 S2 30 91.56 8.231 ]

（***P<0.001）

圖1 學(xué)習(xí)內(nèi)容與注意力對學(xué)業(yè)成績的交互作用

為了進(jìn)一步研究變量4組之間的學(xué)習(xí)成績差異，進(jìn)行了Post Hoc事后多重比較，如表10所示。由表10可知，除了C1-C2之間無顯著性差異外，其他課堂之間均存在顯著性差異，差異大小由高到低排序?yàn)镃1-S2>C2-S2>C-S>C1-S1>C2-S1>S1-S2。

表10 學(xué)習(xí)內(nèi)容對學(xué)業(yè)成績的事后多重比較

[課堂 均值差 P C1-C2 -2.06 .051 C1-S1 -7.42 .004** C1-S2 -11.49 .000** C2-S1 -5.36 .007** C2-S2 -9.43 .001** S1-S2 -4.07 .009** C-S -8.43 .002** ]

（**P<0.01）

表8還顯示注意力對學(xué)業(yè)成績也存在主效應(yīng)作用（F（2，120）=96.853，P<0.001）。但由于本研究的觀測變量是“學(xué)習(xí)內(nèi)容”，注意力對學(xué)業(yè)成績的影響不屬于主要研究范疇，因此本文不再詳細(xì)分析。

五、研究結(jié)論

綜合以上平均學(xué)業(yè)成績比較、眼動觀測數(shù)據(jù)和ERP腦電變化情況，研究從身體（眼動、腦電）和認(rèn)知（學(xué)業(yè)成績）兩個層面，通過“三角互證”來分析和歸納研究結(jié)論。

（一）基于認(rèn)知過程的學(xué)習(xí)內(nèi)容及其資源重構(gòu)具有較高有效性

根據(jù)學(xué)業(yè)成績研究數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論：①由于兩類課堂平均學(xué)業(yè)成績從高到低排序?yàn)镾2>S1>C2>C1，且S與C的幅度大于S2與 S1 及C2與C1的幅度，且C-S之間存在著顯著性差異，說明S類課堂與C類課堂之間已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化；②由于兩類課堂平均學(xué)業(yè)成績標(biāo)準(zhǔn)差按從低到高排序?yàn)镾2S1，而標(biāo)準(zhǔn)差排序?yàn)镾2

（二）學(xué)習(xí)品質(zhì)與技術(shù)存在交互關(guān)系

根據(jù)ERP腦電數(shù)據(jù)可知，學(xué)習(xí)內(nèi)容與注意力對學(xué)業(yè)成績的影響如下：在低注意力水平時，由高到低排序?yàn)镾2>C2>S1>C1；在中等注意力水平時，由高到低排序?yàn)镾2>S1>C2>C1；在高注意力水平時，由高到低排序?yàn)镾2>S1>C1>C2。這一現(xiàn)象說明：①在低、中、高三種注意力水平時，S2均效用最佳；②在低注意力水平時，多媒體技術(shù)比認(rèn)知過程更能吸引學(xué)習(xí)者注意力，從而取得稍微好一些的學(xué)業(yè)成績（C2>S1）；③在中等注意力水平時，認(rèn)知與技術(shù)的合力發(fā)揮更大效用（S2>S1>C2>C1）；④在高注意力水平時，認(rèn)知的效用大于多媒體技術(shù)（S1>C1>C2）。 綜上所述，學(xué)習(xí)品質(zhì)與技術(shù)存在交互關(guān)系，大多數(shù)學(xué)習(xí)者更多處于中等注意力水平時間較長，學(xué)習(xí)設(shè)計應(yīng)該協(xié)調(diào)認(rèn)知與技術(shù)的關(guān)系，達(dá)到效用最優(yōu)化。

（三）技術(shù)設(shè)計促進(jìn)深度學(xué)習(xí)

根據(jù)學(xué)業(yè)成績、眼動和ERP腦電數(shù)據(jù)，就兩類課堂的4個變量水平而言，由于學(xué)業(yè)成績從高到低排序?yàn)镾2>S1>C2>C1，而注視點(diǎn)持續(xù)時間、瞳孔大小、掃描路徑長度、眼動幅度卻是S2>C2>S1>C1，且與學(xué)習(xí)內(nèi)容對注意力的影響排序一致，并且S2組的注意力顯著高于 C1、C2和S1組，C1、C2和S1之間卻無顯著差異性。這一現(xiàn)象說明：①多媒體技術(shù)能提高學(xué)習(xí)者的注意力（C2>S1>C1）；②體現(xiàn)認(rèn)知過程的學(xué)習(xí)技術(shù)設(shè)計比目前的多媒體技術(shù)應(yīng)用方式更能促進(jìn)學(xué)習(xí)者發(fā)展（S2>S1>C2）；③技術(shù)設(shè)計若能體現(xiàn)出認(rèn)知過程便能達(dá)到最優(yōu)效用，否則會增加認(rèn)知負(fù)荷。

（四）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)結(jié)論與探索性實(shí)驗(yàn)基本一致

以上研究結(jié)論說明驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探索性實(shí)驗(yàn)結(jié)論（胡航， 董玉琦， 2017a）基本一致：①學(xué)習(xí)內(nèi)容與資源表征具有較高相關(guān)性（.875**，P>0.01），兩者可以合為“學(xué)習(xí)內(nèi)容”變量進(jìn)行研究；②學(xué)習(xí)內(nèi)容構(gòu)成與資源表征方法與學(xué)業(yè)成績具有較高相關(guān)性（.561** &.498**， P>0.01），發(fā)揮主效應(yīng)作用（F（3，160）=21.071， P<0.001）；③傳統(tǒng)多媒體M課堂能夠比講授式G課堂提高學(xué)業(yè)成績的原因在于技術(shù)提升了學(xué)習(xí)者的注意力（學(xué)業(yè)成績M>G & C2>C1，注意力C2>S1>C1），而沒有大幅度提高的原因是對認(rèn)知過程的體現(xiàn)力度不夠（學(xué)業(yè)成績S2>S1>C2）；④本研究的S2-C1課堂學(xué)業(yè)成績差值（11.49）并未達(dá)到L3-G課堂的差值（18.14），是因?yàn)榻虒W(xué)活動由教師自行設(shè)計，未采用個性化-合作學(xué)習(xí)方式，反之，再一次證明了學(xué)習(xí)方式與學(xué)業(yè)成績具有較大相關(guān)性（.562**，P>0.01），也說明了學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)方式配合使用效用更佳，兩者具有較強(qiáng)的相關(guān)性（.866**，P>0.01）（胡航， 董玉琦， 2017a）。

（五）學(xué)業(yè)成績、眼動與ERP腦電可構(gòu)成“三角互證”研究方法

根據(jù)以上的綜合分析，可以得出以下結(jié)論：①就S-C兩類課堂而言，學(xué)業(yè)成績從高到低排序?yàn)镾>C，此順序與眼動中的注視點(diǎn)持續(xù)時間、瞳孔大小、掃描路徑長度、眼動幅度一致，且與學(xué)習(xí)內(nèi)容對注意力的影響排序也一致，均表明S課堂比C課堂更為有效，說明三者之間相互印證，可以構(gòu)成“三角互證”關(guān)系；②就4個變量水平而言，學(xué)業(yè)成績與眼動、ERP腦電的數(shù)據(jù)關(guān)系存在一定的差異（學(xué)業(yè)成績S2>S1>C2>C1，生理指標(biāo)S2>S1>C2>C1等），揭示了認(rèn)知與技術(shù)的內(nèi)在交互關(guān)系：一是為“唯技術(shù)論”提供了反駁證據(jù)，二是強(qiáng)化了學(xué)習(xí)設(shè)計中的“認(rèn)知”的地位，三是揭示了基于認(rèn)知的技術(shù)設(shè)計才應(yīng)該是學(xué)與教活動設(shè)計的根本?；诖?，學(xué)業(yè)成績、眼動和ERP腦電可構(gòu)成“三角互證”研究方法，相互印證與矛盾能更好地研究學(xué)習(xí)規(guī)律。

綜上所述，研究基于“技術(shù)即學(xué)習(xí)者的生存方式”觀點(diǎn)，選取與重組了課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容，基于認(rèn)知過程設(shè)計與開發(fā)了數(shù)字化資源，并在小學(xué)數(shù)學(xué)課程中進(jìn)行了實(shí)踐，最后從身體（眼動行為）、認(rèn)知（學(xué)業(yè)成績）和學(xué)習(xí)品質(zhì)（注意力）三個層面驗(yàn)證了學(xué)習(xí)內(nèi)容及其資源重構(gòu)與開發(fā)的有效性，也體現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)由身體到學(xué)習(xí)品質(zhì)的進(jìn)階過程，進(jìn)而從“學(xué)什么”維度闡釋了學(xué)習(xí)者中心設(shè)計指導(dǎo)下深度學(xué)習(xí)的操作范式。

[參考文獻(xiàn)]

程利，楊治良，王新法. 2007. 不同呈現(xiàn)方式的網(wǎng)頁廣告的眼動研究[J]. 心理科學(xué)，30（3）：584-587.

馮銳，任友群. 2009. 學(xué)習(xí)研究的轉(zhuǎn)向與學(xué)習(xí)科學(xué)的形成[J]. 電化教育研究（2）：23-26.

胡航，董玉琦. 2016. 教育媒體研究未來趨勢：促進(jìn)學(xué)習(xí)者中心設(shè)計[J]. 現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究（6）：11-17，38.

胡航，董玉琦. 2017a. 技術(shù)怎樣促進(jìn)學(xué)習(xí)：基于三類課堂的實(shí)證研究[J]. 現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究（2）：88-94.

胡航，董玉琦. 2017b. 技術(shù)促進(jìn)深度學(xué)習(xí)：“個性化-合作”學(xué)習(xí)的理論構(gòu)建與實(shí)證研究[J]. 遠(yuǎn)程教育雜志（3）：48-61.

胡航，任友群. 2008. 學(xué)習(xí)技術(shù)新發(fā)展及其對教育研究的意義[J]. 中國電化教育（4）：1-6.

向冬梅（2008）. 多媒體教學(xué)信息表征設(shè)計研究[D]. 重慶：西南大學(xué)：8-10.

辛濤，鄒泓（2000）. 學(xué)校心理學(xué)[M]. 北京：人民教育出版社：68.

顏士剛（2015）. 教育技術(shù)哲學(xué)[J]. 北京：中國社會科學(xué)出版社：244-246.

Charles M. Reigeluth（2016）. Instruction-Design Theories and Models：The Learner-Centered Paradigm of Education[M]. New York and London：Routledge：420-431.

收稿日期：2017-04-14

定稿日期：2017-05-18

作者簡介：胡航，博士研究生，東北師范大學(xué)教育學(xué)部（130024）。

董玉琦，博士，教授，博士生導(dǎo)師，本文通訊作者，上海師范大學(xué)教育技術(shù)系（200234）。

責(zé)任編輯 郝 丹endprint