信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)效果的影響：虛擬教師擬真度的調(diào)節(jié)作用

蔡新元陶夢楚張健許艷閏

（1.華中科技大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，武漢，430074；2.光影交互服務(wù)技術(shù)文化和旅游部重點實驗室，武漢，430074；3.數(shù)字光影技術(shù)湖北省工程研究中心，武漢，430074；4.武漢大學(xué)信息管理學(xué)院，武漢，430072）

1 引言

近年來，隨著人工智能、數(shù)字孿生等技術(shù)的發(fā)展，教育領(lǐng)域的發(fā)展空間得以從現(xiàn)實世界向虛擬世界拓展。具有獨立數(shù)字身份的虛擬教師（virtual teacher），成為了人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的主要應(yīng)用形態(tài)之一[1]。當(dāng)前，虛擬教師主要應(yīng)用于在線教學(xué)課程中，在有效節(jié)省教師人力成本的同時，為學(xué)習(xí)者提供了全新的人智交互體驗[2-3]。然而目前絕大多數(shù)虛擬教師教學(xué)視頻的制作高度依賴視頻制作者的經(jīng)驗、審美等主觀認(rèn)知，在教學(xué)信息和虛擬教師外觀的設(shè)計上缺少科學(xué)化、精細(xì)化的構(gòu)思[4],[5]507-524。這使得目前在線課程的教學(xué)信息呈現(xiàn)方式較為單一、虛擬教師視覺外觀設(shè)計無據(jù)可依，帶來了課程質(zhì)量良莠不齊、學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果并不理想等問題[6]。

對于在線課程而言，教學(xué)信息的呈現(xiàn)方式是視頻制作者必須考慮的一個設(shè)計決策，與教學(xué)效果緊密相關(guān)[7-8]。已有研究在信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)效果的影響上進行了大量探索，然而值得注意的是，這些研究多以真人教師為教學(xué)主體，而當(dāng)人工智能教學(xué)代理取代真人教師后，教學(xué)信息該以何種方式呈現(xiàn)目前尚不可知。除此之外，虛擬教師的外觀同樣是一個顯著的視覺要素，能夠影響學(xué)生與虛擬教師的交互體驗[9-10]。在虛擬人的眾多外觀特征中，擬真度是設(shè)計者在創(chuàng)建虛擬人形象時必須考慮的一個要素。擬真度有多種分類方式，已有研究主要對二維與三維、高分辨率與低分辨率[11]等對比強烈的表現(xiàn)方式進行了討論，但相關(guān)研究結(jié)果并不能為擬人化虛擬教師的設(shè)計提供切實可行的指導(dǎo)。

基于此，本研究聚焦于學(xué)習(xí)者與虛擬教師的教學(xué)交互，開展受控實驗探索當(dāng)虛擬教師作為教學(xué)代理時，教學(xué)信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果的影響。此外，本研究進一步探討了當(dāng)虛擬教師外觀的擬真度不同時，信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)效果的影響是否會發(fā)生顯著變化。本研究通過受控實驗精準(zhǔn)度量用戶學(xué)習(xí)效果，為教學(xué)信息呈現(xiàn)方式和虛擬教師擬真度的設(shè)計提供了客觀科學(xué)的依據(jù)，以期提升人智教學(xué)交互體驗和效果。

2 文獻綜述

2.1 信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)效果的影響研究

目前，國內(nèi)外已有許多學(xué)者研究了信息的不同呈現(xiàn)方式及其組合對學(xué)習(xí)效果的影響。一部分研究將文字與圖片所帶來的學(xué)習(xí)效果進行對比，發(fā)現(xiàn)圖片會帶來更好的學(xué)習(xí)成績。例如，Marcus等人[12]在指導(dǎo)參與者完成連接電阻器的任務(wù)時，向兩組學(xué)生分別提供了文字說明和圖示說明，結(jié)果圖示組完成任務(wù)的時間比文本組要短，并且文字組的參與者在主觀上感覺任務(wù)更難。Carlson等人[13]將參與者分為兩組，分別學(xué)習(xí)圖示形式和文字形式的碳化合物命名規(guī)則，研究發(fā)現(xiàn)，在學(xué)習(xí)較為簡單的前綴命名規(guī)則時，文字與圖片形式的教學(xué)效果無明顯差異；但在學(xué)習(xí)更為復(fù)雜的后綴命名規(guī)則時，圖片的方式呈現(xiàn)可以讓參與者在記憶時使用更少的元素來處理信息，能夠有效減輕其認(rèn)知負(fù)荷。

還有研究將文字、圖片等靜態(tài)呈現(xiàn)方式與動圖、視頻等動態(tài)呈現(xiàn)方式進行對比[14-15]。但在動態(tài)呈現(xiàn)方式是否能促進學(xué)習(xí)效果上，學(xué)者們存在不一樣的看法。一些學(xué)者基于交叉學(xué)習(xí)理論和多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論提出，視頻的信息呈現(xiàn)方式會帶來與學(xué)習(xí)內(nèi)容無關(guān)的冗余信息，增加學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不理想[16]。Mohd等人[17]通過對比靜態(tài)視覺、二維動畫視覺和三維動畫視覺三種不同信息呈現(xiàn)方式的學(xué)習(xí)效果，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)圖文呈現(xiàn)方式的學(xué)習(xí)效果要優(yōu)于二維和三維動畫；盧婷、楊現(xiàn)民[18]指出在移動學(xué)習(xí)環(huán)境下，圖文的呈現(xiàn)方式最有利于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，文本次之，視頻效果最差。但部分學(xué)者對此持相反意見，他們認(rèn)為視頻、動畫等動態(tài)立體的信息呈現(xiàn)方式可以更清晰地表征學(xué)習(xí)內(nèi)容，能夠提高學(xué)生在學(xué)習(xí)高難度學(xué)習(xí)材料上的效率和有效性，比靜態(tài)圖文對學(xué)生的幫助更大[19-20]。Kriz 和Hegarty[21]分別使用動畫和靜態(tài)圖片來教授參與者有關(guān)沖水箱的知識，發(fā)現(xiàn)與學(xué)習(xí)靜態(tài)圖片的參與者相比，學(xué)習(xí)動畫的參與者對知識的理解明顯更好。閆志明等人[22]通過實驗發(fā)現(xiàn)，相較于圖文版（靜態(tài)圖片+文字解說），動畫版（動態(tài)畫面+語音解說）的學(xué)習(xí)材料能有效減輕參與者的認(rèn)知負(fù)荷，提升學(xué)習(xí)效率與效果。Lin等人[23]的實驗得出了類似的結(jié)論，即觀看動畫的參與者比觀看靜態(tài)圖片的參與者記住了更多的知識點。

2.2 虛擬教師擬真度相關(guān)研究

既有研究發(fā)現(xiàn)，擬人化是影響用戶對人工智能的體驗感、接受度和使用意愿的重要因素[24]。當(dāng)人工智能視覺特征的擬真度越高時，其能夠帶來的社會感知越積極，如更高的信任度與喜愛度等[25-27]。當(dāng)這種對高擬真度人工智能產(chǎn)生喜愛感、信任感的現(xiàn)象映射至教育領(lǐng)域時，就可被“角色效應(yīng)”（persona effect）解釋，即栩栩如生的人工智能教育代理會對學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗產(chǎn)生強烈的積極影響[28-30]。因此，學(xué)者們開始廣泛關(guān)注人工智能教學(xué)代理的視覺體驗設(shè)計。研究的視覺要素主要包含四個方面：教學(xué)代理是否具有具象形象；虛擬教師的物種形態(tài)，如人類、動物、機器人、無生命體等；虛擬教師的個性特征，如人種、性別、年齡等；虛擬教師的擬真度，如二維或三維、抽象或?qū)憣?、漫畫風(fēng)格或?qū)憣嶏L(fēng)格等。

在擬真度的相關(guān)研究中，一部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)虛擬教師的擬真度并不會使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生顯著差異。Moreno等人[31]將參與者分為兩組，分別接受真人教師與人工智能教學(xué)代理的教學(xué)，實驗結(jié)果顯示，兩組參與者的成績分?jǐn)?shù)沒有表現(xiàn)出顯著差異；Sahimi等人[32]設(shè)計了三種不同擬真程度的虛擬教師（卡通、中度寫實和超寫實），并通過實驗發(fā)現(xiàn)虛擬教師擬真度對參與者成績無顯著影響。另一部分研究雖然觀察到了擬真度對學(xué)習(xí)效果存在影響，但在具體的影響方向上尚未達(dá)成一致結(jié)論。Baylor等人[33]通過對比卡通教學(xué)代理和寫實教學(xué)代理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)虛擬教師擁有更真實的動畫時，更有助于增強學(xué)習(xí)遷移的效果；Dehn等人[34]認(rèn)為具有更真實視覺外觀的教學(xué)代理的暗示誤導(dǎo)性行為，可能會阻礙學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率；Li等人[35]進行了一項2（人類、機器人）×2（實拍視頻、虛擬動畫）的析因?qū)嶒?，發(fā)現(xiàn)與動畫－真人組和實拍－機器人組相比，實拍－真人組和動畫－機器人組的參與者在知識記憶測試中的表現(xiàn)較好。

2.3 研究問題

在對相關(guān)研究進行梳理后可以發(fā)現(xiàn)，人智教學(xué)交互中的信息呈現(xiàn)方式主要分為文字、圖片、視頻三種類型，但在信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)效果的影響上尚未形成一致的結(jié)論。虛擬教師擬真度在已有研究中已初步被發(fā)現(xiàn)能夠影響人智教學(xué)交互的學(xué)習(xí)效果，但在具體的表現(xiàn)方式和影響方向上仍有待討論。為填補上述研究空白，本研究擬對以下研究問題進行探索：

RQ1：為了提高學(xué)生對在線課程的學(xué)習(xí)效果，人智教學(xué)交互中應(yīng)該使用何種教學(xué)信息呈現(xiàn)方式？

RQ2：人智教學(xué)交互中虛擬教師的擬真度是否會調(diào)節(jié)教學(xué)信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)效果的影響？

3 研究設(shè)計

本研究探索了人智教學(xué)交互中教學(xué)信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果的影響，并進一步檢驗虛擬教師擬真度的調(diào)節(jié)作用。本研究采用3×2的被試間實驗設(shè)計，信息呈現(xiàn)方式（文字/圖片/視頻）和虛擬教師擬真度（超寫實/卡通）均為被試間因素。本研究經(jīng)大學(xué)研究倫理委員會批準(zhǔn)，嚴(yán)格遵循一般倫理準(zhǔn)則。

3.1 實驗參與者

本實驗以在某高校校園社交媒體平臺上發(fā)布廣告的形式來招募實驗參與者，要求如下：（1）受教育程度為本科及以上；（2）視力與矯正視力正常；（3）沒有學(xué)習(xí)引力波相關(guān)課程的經(jīng)歷。實驗共招募到54名參與者，其中男生18人、女生36人。為避免學(xué)習(xí)能力的差異對研究結(jié)果產(chǎn)生影響，在征得參與者同意的情況下，研究人員計算了他們近一學(xué)年所有課程的加權(quán)成績，并將其分為平均加權(quán)成績相近的6組。本研究在數(shù)據(jù)分析前剔除了操作檢驗異常的9位參與者的數(shù)據(jù)，最終得到45個有效樣本。參與者年齡分布在18至27歲之間（M=21.91；SD=2.710）。所有參與者在實驗開始前均自愿簽署了知情同意書，并在實驗結(jié)束后被給予了相應(yīng)的報酬。

3.2 實驗材料

本研究的實驗材料為6個教學(xué)視頻。為制作教學(xué)視頻，研究人員首先需要確定視頻的教學(xué)內(nèi)容、信息呈現(xiàn)方式和虛擬教師動畫。

在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計上，選擇了“引力波”這一物理學(xué)和天文學(xué)的交叉領(lǐng)域。為保證課程的難易程度適中，教學(xué)內(nèi)容主要圍繞引力波的定義、探測方法、研究歷程與探測現(xiàn)狀這四個知識點進行講解。學(xué)習(xí)材料的內(nèi)容均通過了物理專業(yè)教師的審閱修改，具有較高的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

在信息呈現(xiàn)方式的設(shè)計上，文本組教學(xué)課件中，教師PPT僅出現(xiàn)文字內(nèi)容對知識進行講解；圖片組教學(xué)課件運用圖示對知識點進行講解，文字僅作為標(biāo)題或圖示注解出現(xiàn)；視頻組則是在相同的知識點上采用了視頻動畫進行講解。在正式實驗前，邀請了6位教學(xué)專家對各組教學(xué)視頻的信息承載量進行了判斷，確保各組學(xué)習(xí)材料的信息承載量基本相同。

在虛擬教師動畫設(shè)計上，本研究參考Baylor的實驗[33]，將虛擬教師的擬真度分為卡通版和超寫實版。兩種不同擬真度的虛擬教師動畫均依照“建?！獎幼鞑蹲健秩尽钡牧鞒踢M行制作。在建模環(huán)節(jié)，使用MetaHuman軟件進行虛擬教師三維立體建模，將其作為超寫實虛擬教師形象；在超寫實版的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整面部比例、五官造型、頭身比例等，創(chuàng)作出卡通版虛擬教師。在動作捕捉環(huán)節(jié)，邀請高校教師作為動作捕捉主體講授引力波課程，并運用人工智能軟件對其授課時的身體動作、面部表情、眼部動作進行精準(zhǔn)捕捉，運用人工智能技術(shù)生成相對應(yīng)的虛擬教師授課動畫。在渲染環(huán)節(jié)，為控制無關(guān)變量，兩種不同擬真度的虛擬教師采用了相同的紋理、材質(zhì)、色彩、燈光等參數(shù)。設(shè)計確保在現(xiàn)有技術(shù)范圍內(nèi)，最大程度地實現(xiàn)不同擬真度虛擬教師除人物形象外，其他視覺要素的統(tǒng)一。不同擬真度虛擬教師的設(shè)計流程與虛擬教師視覺外觀，如圖1所示。

圖1 虛擬教師制作流程與最終效果Fig.1 The Production Process and Final Effect of Virtual Teachers

研究人員最終制作出6個教學(xué)視頻，時長均為4分12秒。視頻中出現(xiàn)的標(biāo)題、字體、字號、顏色等均一致，兩種擬真度的虛擬教師在授課過程中保持相同的語速、語調(diào)、音量和姿態(tài)。6組課程截圖如圖2所示。

圖2 虛擬教師教學(xué)視頻示例Fig.2 Examples of Virtual Teachers' Teaching Videos

3.3 變量測量

（1）前測問卷

先驗知識水平。問卷題目均出自高等院校天體物理學(xué)教材中與引力波相關(guān)的基礎(chǔ)知識[36]3-41，如“關(guān)于時空和引力的基本理論是？”“最早預(yù)言引力波的科學(xué)家是誰？”等。問卷共6題，其中4個單選題，每題5分；2個多選題，每題10分，總分40分。

（2）操作檢驗

信息呈現(xiàn)方式。參與者被要求回答“在剛剛的教學(xué)視頻中，課程信息主要是以（‘文字 /圖片 / 視頻’）的方式呈現(xiàn)的”。問卷采用5分李克特評價法進行測量（1=完全不同意，5=完全同意）。

虛擬教師擬真度。量表采用Powers和Kiesler設(shè)計的擬真度量表[37]，從虛擬教師的類人性、動作、自我意識等多個維度對虛擬代理的擬真度進行打分，例如“虛擬教師看起來很像真人教師”“虛擬教師看起來是行動自如的”等。采用5分李克特評價法進行測量（1=非常不同意，5=非常認(rèn)同）。

（3）后測問卷

后驗知識水平。本研究設(shè)計了8道題目來檢驗參與者觀看完視頻后對引力波相關(guān)知識的了解程度，用該分?jǐn)?shù)減去先驗知識水平的分?jǐn)?shù)來作為學(xué)習(xí)效果。8道題目分別對應(yīng)課程內(nèi)容中的4個知識點，每個知識點考查一道單選題和一道填空題，每題5分，共40分。其中，填空題的答案與標(biāo)準(zhǔn)答案完全一致得5分，若僅填寫出關(guān)鍵詞得2分，答錯不得分。

3.4 實驗流程

所有參與者在同一間安靜的實驗室中完成整個實驗，除實驗開始前研究人員進行實驗說明外，參與者全程不會受到任何干擾。本實驗的順序分為三步：首先，了解參與者的基本情況，包括姓名、性別、年齡、專業(yè)等，以及此前是否了解虛擬教師、是否接受過虛擬教師授課等，時間約為5 分鐘。然后，填寫前測問卷，測試參與者對于引力波的先驗知識水平，時間約10 分鐘。接著，進行課程學(xué)習(xí)。參與者依據(jù)分組情況觀看相應(yīng)的教學(xué)視頻，時間約5 分鐘。最后，填寫后測問卷，包括操縱檢驗與學(xué)習(xí)效果測試，時間約15—20 分鐘。

4 實驗結(jié)果

4.1 操縱檢驗

信息呈現(xiàn)方式的操縱有效性檢驗結(jié)果顯示，在54位參與者中，有45人報告的信息呈現(xiàn)方式與實際操縱一致，其余有9人報告的不一致，故剔除其數(shù)據(jù)。

虛擬教師擬真度的操縱有效性檢驗結(jié)果顯示，參與者對超寫實版虛擬教師擬真度的評分顯著高于對卡通版擬真度的評分（M超寫實=10.65>M卡通版=9.77，p=0.020＜0.05），故本研究對虛擬教師擬真度的操縱是成功的。

4.2 信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)效果的影響

三組不同信息呈現(xiàn)方式下學(xué)習(xí)效果的描述性統(tǒng)計如圖3所示，視頻呈現(xiàn)方式下的學(xué)習(xí)效果最好（M=16.69），其次為文字呈現(xiàn)方式（M=9.07）和圖片呈現(xiàn)方式（M=7.36）。單因素方差分析進一步表明，這三種信息呈現(xiàn)方式下參與者的學(xué)習(xí)效果存在顯著差異（F（2, 43）= 3.462,p=0.041<0.05）。由此說明，對人智教學(xué)交互而言，教學(xué)信息呈現(xiàn)方式是十分重要的，當(dāng)教學(xué)信息以視頻呈現(xiàn)時能夠帶來最優(yōu)的學(xué)習(xí)效果。

圖3 三種信息呈現(xiàn)方式下學(xué)習(xí)效果的描述性統(tǒng)計Fig.3 Descriptive Statistics of Learning Effect Under Three Modes of Knowledge Presentation

為了進一步檢驗三種信息呈現(xiàn)方式中兩兩之間的差異性，本研究進行了LSD 事后多重檢驗（表1）。結(jié)果顯示：①視頻組與圖片組的學(xué)習(xí)效果差異顯著（p=0.019 ＜0.05），視頻組優(yōu)于圖片組；②視頻組與文字組的學(xué)習(xí)效果差異顯著（p=0.049 ＜0.05），視頻組同樣優(yōu)于文字組；③文字組與圖片組的學(xué)習(xí)效果差異并不顯著（p=0.662 ＞0.05），文字組略微高于圖片組。

表1 三組數(shù)據(jù)之間顯著性比較Table 1 Comparison of Significance Between Three Sets of Data

4.3 虛擬教師擬真度的調(diào)節(jié)作用

由于信息呈現(xiàn)方式和虛擬教師擬真度均為分類變量，故本研究采用多因素方差分析來檢驗擬真度的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果顯示，信息呈現(xiàn)方式與虛擬教師擬真度存在顯著的交互作用（p=0.039 ＜0.05），由此說明擬真度能夠顯著調(diào)節(jié)信息呈現(xiàn)方式與學(xué)習(xí)效果間的關(guān)聯(lián)（圖4）。本研究接著進行了單因素方差分析來檢驗擬真度如何調(diào)節(jié)信息呈現(xiàn)方式與學(xué)習(xí)效果間的關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，在虛擬教師為超寫實版的條件下，信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)效果的影響具有顯著性（F（2,20）=4.408,p=0.027 ＜0.05）；在虛擬教師為卡通版的條件下，信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)效果的影響并不顯著（F（2,21）=3.028,p=0.071 ＞0.05）。這一結(jié)果說明，信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)效果的影響是有條件的，只有當(dāng)虛擬教師擬真度為超寫實時，不同的信息呈現(xiàn)方式才會產(chǎn)生顯著不同的學(xué)習(xí)效果。

圖4 擬真度在信息呈現(xiàn)方式與學(xué)習(xí)效果間的調(diào)節(jié)作用Fig.4 The Moderating Effect of Simulation Fidelity on Knowledge Presentation and Learning Effects

5 結(jié)論

5.1 討論

對于RQ1，從實驗結(jié)果來看，在人智教學(xué)交互中，信息的不同呈現(xiàn)方式會使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生顯著不同的學(xué)習(xí)效果。與閆志明等人[22]、Lin等人[23]的研究結(jié)論基本相似，本研究發(fā)現(xiàn)，視頻信息呈現(xiàn)方式帶來的學(xué)習(xí)效果要優(yōu)于文字和圖片。根據(jù)Bétrancourt和Tversky[38]的研究，動態(tài)的信息呈現(xiàn)方式能夠幫助學(xué)習(xí)者在腦海中構(gòu)建事物的形態(tài)變化與運動規(guī)則，使學(xué)習(xí)者可以將更多的認(rèn)知資源用于學(xué)習(xí)信息的深度處理。而靜態(tài)文字與圖片則需要學(xué)習(xí)者一邊觀看，一邊快速地對接收到的信息進行解碼與理解，會給學(xué)習(xí)者帶來更多的心理負(fù)擔(dān)[23]。在本研究中，參與者需要付出一定的認(rèn)知努力來學(xué)習(xí)引力波隨時間不斷變化的表征及其成因，視頻這種呈現(xiàn)方式簡化了這一學(xué)習(xí)過程，使學(xué)習(xí)者有更多的認(rèn)知資源學(xué)習(xí)引力波的產(chǎn)生機制與探測方法，進而提升了對信息的深度加工和存儲。

在本研究中，對于同屬靜態(tài)信息呈現(xiàn)方式的圖片和文字而言，當(dāng)教學(xué)信息以文字呈現(xiàn)時，參與者的學(xué)習(xí)效果更好，但二者之間并無顯著差異。這一結(jié)果與陳靜等人[39]的研究基本一致，可能的原因在于：Allan Paivio的雙編碼理論認(rèn)為，詞語可以直接進行言語編碼，而圖片只能通過意象表征才能接近言語編碼。圖片雖然比文本更加形象，更有利于學(xué)生對知識進行深層次的加工，但與此同時，卻需要以花費更多的信息加工時間作為代價[40]259。因此，在時間不允許的條件下，文字能給予學(xué)生最直接的信息，比圖片更有利于學(xué)生對信息進行直接加工。在本研究中，教學(xué)視頻的播放是由實驗人員操控的，參與者不可以隨意暫?；蛑貜?fù)觀看教學(xué)視頻。這就導(dǎo)致在有限的時間內(nèi)，文字比圖片傳達(dá)的教學(xué)信息更為直觀，更有利于參與者對信息的加工，帶來的學(xué)習(xí)效果也更好。此外，圖片中或多或少存在抽象的信息提示，如箭頭或突出顯示等。這些提示必須與圖片中的其余信息進行整合才能夠被理解，這就可能導(dǎo)致參與者承受更大的認(rèn)知負(fù)荷，更有可能出現(xiàn)理解偏差，從而導(dǎo)致圖片的學(xué)習(xí)效果不如視頻[41]。

對于RQ2，當(dāng)虛擬教師擬真度作為調(diào)節(jié)變量被引入分析后，結(jié)果顯示，在人工智能外觀為超寫實的條件下，信息呈現(xiàn)方式能夠顯著影響學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果；而降低人工智能外觀的擬真度后，不同信息呈現(xiàn)方式帶來的學(xué)習(xí)效果并無顯著差異。這一結(jié)果與Li的結(jié)果一致，可能的原因在于：擬真度更高的超寫實虛擬教師更接近于真人教師，因此相比之下，卡通虛擬教師更為新穎，更有可能分散學(xué)生對于教學(xué)信息的注意力，從而弱化了信息呈現(xiàn)方式對學(xué)習(xí)效果的影響[24]。依據(jù)注意分離效應(yīng)（split-attention effect）和干擾理論（interference theories of social agency），虛 擬教師作為在線學(xué)習(xí)中用來提升學(xué)習(xí)興趣的惑性細(xì)節(jié)（seductive details），會在學(xué)習(xí)者進行信息選擇時分散其注意力，導(dǎo)致其對主要學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)注度下降，從而產(chǎn)生注意分離效應(yīng)[42]。當(dāng)信息呈現(xiàn)方式與教學(xué)代理動畫通過同一視覺通道傳送到學(xué)習(xí)者大腦中時，這兩個冗余的信息源就會導(dǎo)致學(xué)習(xí)者的注意力分散，而學(xué)習(xí)者的認(rèn)知資源是有限的，當(dāng)人工智能教學(xué)代理的視覺特征的吸引力過大時，學(xué)習(xí)者投入到教學(xué)信息上的認(rèn)知資源就會相對應(yīng)地減少[43-44]。Pi同樣通過眼動實驗探究了人工智能教學(xué)代理的視覺特征對學(xué)習(xí)者注意力的影響，發(fā)現(xiàn)相較于普通外觀的虛擬教師，學(xué)習(xí)者的視線在外觀可愛的虛擬教師身上停留的時間更長，相應(yīng)地在學(xué)習(xí)材料區(qū)域停留的時間更短[45]。因此在本實驗中可能存在，學(xué)生注意力在卡通教師的可愛外觀上停留時間更長的情況。

5.2 理論與實踐啟示

本研究為現(xiàn)有研究提供了如下兩方面理論啟示。首先，本研究豐富了人智教學(xué)交互中信息呈現(xiàn)方式的相關(guān)研究成果。已有關(guān)于在線課程信息呈現(xiàn)方式的研究多以真人教師為教學(xué)主體，本研究則聚焦于虛擬教師這一新興的人工智能教學(xué)代理，對其人智教學(xué)交互過程中的信息呈現(xiàn)方式進行了探索。其次，本研究充分挖掘了受控實驗在解決設(shè)計決策問題中的潛力。本研究著眼于現(xiàn)實生活中真實存在的設(shè)計決策問題，從多學(xué)科融合的視角出發(fā)，開展受控實驗來精準(zhǔn)度量人智教學(xué)交互中參與者的學(xué)習(xí)體驗，有效克服了設(shè)計中經(jīng)驗主義在提升人智交互體驗中的局限，為虛擬人在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了科學(xué)可行的建議。

本研究為虛擬教師在線課程的設(shè)計提供了如下實踐啟示。首先，明確了動態(tài)視頻是最適合人智教學(xué)交互的信息呈現(xiàn)方式；其次，當(dāng)虛擬教師的擬真度處于較高水平時，更要注重對信息呈現(xiàn)方式的選擇。根據(jù)本研究結(jié)果，在線教育從業(yè)者與人工智能教學(xué)代理的設(shè)計者可對其課程信息的呈現(xiàn)方式與虛擬教師的視覺外觀進行優(yōu)化，為學(xué)習(xí)者提供更加高質(zhì)量的在線課程。

5.3 研究局限與展望

本研究也具有一定的局限性。①實驗對象的局限性。實驗對象數(shù)量較小，教育水平和專業(yè)背景等特征的分布并不廣泛，這可能降低了本研究結(jié)果在不同特征人群中的普適性和推廣性。②實驗材料和環(huán)境的局限性。本研究制作的教學(xué)視頻時長較短，整個實驗均在實驗室環(huán)境中進行，并未構(gòu)建真實的云平臺或網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，使得實驗的生態(tài)效度不高。未來研究可以嘗試實現(xiàn)真正的虛擬教師教學(xué)環(huán)境。③測量工具的局限性。本實驗對學(xué)習(xí)效果的衡量不夠全面，僅依靠前后測問卷的差值來測量。未來研究可在實驗過程中加入眼動儀等生理測量工具，記錄學(xué)習(xí)者在虛擬教師與教學(xué)信息之間的停留時間等，更為客觀地檢驗信息呈現(xiàn)方式、擬真度等因素如何發(fā)揮作用。

作者貢獻說明

蔡新元：提出整體研究思路與框架；

陶夢楚：數(shù)據(jù)調(diào)研，論文起草與修改；

張健：提出整體研究思路，論文最終版本修訂；

許艷閏：數(shù)據(jù)清洗和分析，修改論文。

支撐數(shù)據(jù)

支撐數(shù)據(jù)由作者自存儲，E-mail:taomc@hust.edu.cn。

1.陶夢楚.Measurement data of variables.xlsx.變量測量數(shù)據(jù).

2.陶夢楚.Data of operation test.xlsx.實驗操作檢驗數(shù)據(jù).