情绪设计和呈现方式对多媒体学习的影响-行为和眼动研究论文

情绪设计和呈现方式对多媒体学习的影响
——行为和眼动研究

蒋文君,包洪娟,杨振,王笃明,李宏汀

(浙江理工大学 理学院心理系,浙江 杭州)

摘 要: 已有研究主要关注内部情绪设计诱发的积极情绪对多媒体学习的影响,而较少考察消极情绪的作用,以及其他变量如材料动态性与情绪设计之间的潜在关联。本研究通过126名在校大学生,考察多媒体学习环境下,通过情绪设计不同效价的情绪(积极、消极和中性),并与不同材料呈现方式(动画和静图)结合起来,探讨情绪设计和呈现方式对多媒体学习的学习效果和认知过程的影响,并揭示其背后的眼动机制。(1)在多媒体学习环境中,情绪设计可以成功诱发学习者的积极情绪和消极情绪,并可以促进学习者学习效果。消极情绪下学习者感知的认知负荷较低。(2)相较于静态呈现,动态呈现学习材料的学习效果较好,但也使学习者感知到更高的难度和内在负荷。(3)情绪影响学习者对学习材料的眼动模式。在积极情绪下,学习者对学习内容相关的注视时间较多。而消极情绪下学习者的整体注视点个数和注视时间较短。

关键词: 多媒体学习;情绪设计;消极情绪;眼动

一 前言

学习者在学习中会体验到不同的情绪,且情绪会影响学习效果。在多媒体学习中,情绪的诱发主要分为外部情绪诱发和内部情绪设计两种。近年来,研究者们开始更多关注内部情绪设计相关因素对多媒体学习结果的影响。[1,2]以往研究已经发现内部情绪设计诱发的积极情绪能够促进多媒体学习的保持成绩、[3,4]理解成绩、[5,6]迁移成绩,[2]那么消极情绪是否也会影响多媒体学习的效果?已有研究发现不同的多媒体学习材料呈现方式对学习的影响不同,[7-9]而在不同呈现方式下的情绪诱发及其对多媒体学习产生的影响还不得而知。因此,本研究将情绪设计与不同的呈现方式结合,通过行为和眼动指标,系经考察两者对学习者的情绪效果差异以及对多媒体学习效果和认知过程的影响。

(三)剖检及病理变化 鼻腔有粘液和泡沫,气管充血,胸腔浆膜有弥散性出血斑点,肺轻度水肿,充血、出血,心包内有淡黄色积液,心包膜有出血点,在心脏冠状沟,心冠基部有成片出血,心内膜和心肌出血严重呈条索状,块片状,有的胆囊壁水肿增厚约3倍,脾不同程度肿大,在其边缘和脏面有多处芝麻大红色圆形突起。有的在心包膜、胸腔、腹腔有纤维素渗出物,脾肿大,胆囊充盈,呈深黄色,脾淡紫色,肾肿胀,在皮质,髓质交界处有几处黑红色出血点,胃底部出血,十二指肠和空肠前段有弥散性、粟粒大的出血,全身淋巴结肿大,充血、出血发黑,脑膜充血。

二 研究方法

(一) 被试

被试为浙江理工大学在校大学生126名, 其中男生50名,女生76名,平均年龄21.05岁,被试的视力或矫正视力正常,无色弱或者色盲。

(二) 材料

学习材料改编自Mayer的学习材料“闪电的形成原理”。[8]积极情绪设计:学习材料中的太阳、云、电荷、风、闪电等进行了暖色积极拟人化处理,其他为暖色调处理;文字为卡通字体,字号为18,背景为黄色,文字为红底白字。消极情绪设计:对学习材料进行了冷色负性拟人化处理,其他为冷色调处理。文字宋体,字号为18,背景为棕色。中性情绪设计:没有对学习材料进行拟人化处理,而改用方形代替,其色调为黑、白、灰。文字为宋体,字号为18,背景为白色,文字为黑色。动画呈现方式为一段130s的Flash动画,静图呈现方式为16页PDF格式图片。两种呈现方式下的内容保持一致。由此产生6组不同的学习材料。

(三) 测量工具

先前知识经验测验测:根据 Mayer的研究中的测验内容,包括4个关于气象学知识熟悉度的主观评定题和1个关于闪电形成原理的问答题。[8]其中,主观评定题采用 0-4的5点评分,0表示完全不符合,4表示完全符合。满分16 分。问答题题目:“请写出闪电是如何形成的 ”, 答案分8个步骤,答对一个计1分,共8分,答题时间为6分钟,学习者做完可提前提交,如果答题时间结束后还未提交,系经将自动提交。

以感知难度、内部动机和认知负荷等为因变量,进行2(呈现方式:动画vs静图)× 3(情绪设计:积极vs消极vs中性)的两因素被试间方差分析。结果如下:

内部动机问卷:采用 Isen和Reeve编制的包含8个项目的自我报告问卷,[12]要求被试评定有多喜欢自己的学习经历,1分表示非常不赞同 , 7分表示非常赞同 ,量表的内部一致性α系数为0.89 。

度洛西汀的质量浓度与峰面积在38.8~155.2 μg/mL(r=1.0000,n=8)内线性关系良好,而杂质Ⅲ和Ⅷ的质量浓度与峰面积分别在0.08~0.33 μg/mL(r=0.9999,n=8) 和 0.08~0.32 μg/mL(r=0.9997,n=8)内呈良好的线性关系。

感知难度评分:1-9分的李克特难度评分表,1代表非常简单,9代表非常困难。

认知负荷量表:由Leppink等编制,该量表共13个项目,其中前面的第1-4题属于内在认知负荷维度,中间的5-8题属于外在认知负荷维度,最后的9-13题属于相关认知负荷维度。[13]被试根据题目中所描述的词语,并结合自己的实际情况进行比较,并选择最符合自己的一个描述等级并打分,0代表完全不符合,4代表完全符合。各个维度内的各题得分相加得到该维度的总分,分数越大,代表该类认知负荷越大。本研究中内在认知负荷、外在认知负荷与相关认知负荷的信度系数分别为0.83,0.76,0.89。

保持测验和迁移测验:在 Mayer和龚少英等研究的基础上修订而成。[2,8]保持测验为记忆的测验,题目是一道问答题,即“闪电的形成原理”,回答中共有共8个计算分的点,每个点记1分,合计8分,答题时间为6分钟,学习者做完可提前回答下面的问题,如果答题时间结束后还未提交,系经将自动提交。迁移测验延伸测验,共有三道简答题,分别是(1)为什么看到空中有云层但没看到闪电呢;(2)如何降低闪电的难度;(3)如果要形成闪电,对气温有什么要求。答题时间为6分钟,计时规则与保持测验相同。

(四) 实验设备

AOI注视点个数:情绪设计的主效应显著,F(2, 81)= 5.03,p < 0.01。事后比较提示积极情绪下的注视次数显著高于中性条件和消极情绪条件(ps <0.05);呈现方式的主效应不显著,F(1, 81)= 2.41,p > 0.05。呈现方式和情绪设计的交互作用不显著,F(2, 81)= 0.32,p > 0.05。

(五) 实验设计

综上可知,积极和消极情绪设计均促进了多媒体学习的保持效果,消极情绪设计还可以促进学习的迁移。动画呈现方式可以促进多媒体学习的保持效果。

迁移成绩:情绪设计的主效应显著,F(1, 120)=3.92,p < 0.05,= 0.06;消极情绪设计组的迁移成绩显著高于中性情绪设计组(p < 0.05)。呈现方式的主效应不显著,F(1, 120)= 2.28,p > 0.05。情绪设计和呈现方式的交互作用不显著,F(2, 120)= 0.63,p > 0.05。

(六) 实验流程

(1)实验开始前,被试填写人口学信息,然后呈现指导语告知被试实验的流程和要求,被试清楚后,进行知识前测。(2)前测完成后,被试开始进入学习阶段,学习闪电的形成原理,同时眼动仪记录部分被试的眼动数据。在开始收集眼动数据前,被试需佩戴眼动设备,被试坐在椅子上,将下巴保持在托架上,眼睛平视显示屏。随后根据被试的实际情况调整托架高度和左右位置。开始校准眼动仪,实验采用5点校准,设置校准偏差X和Y的方向都要小于0.5°,直至校准完成后开始材料学习。(3)学习结束后分别进行情绪、难度、内部动机、认知负荷的量表评价和保持成绩测验、迁移成绩测验。

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三 结果

六组被试在各变量的平均数和标准差见表 1。

表1六组被试在各变量上的平均数和标准差

(一) 情绪诱发效果

首先,分别采用2(动画vs静图)× 2(积极/消极 vs中性)多因素方差分析,以考察本研究中的情绪设计是否诱发了学习者的积极情绪和消极情绪。在积极情绪诱发上,情绪设计主效应显著,F(1, 80)= 12.10, p < 0.05, = 0.13,积极情绪组的积极情绪得分显著高于中性组;呈现方式的主效应不显著,F(1,80) = 0.92, p > 0.05;情绪设计与呈现方式交互作用不显著,F(1, 80) = 0.17,p > 0.05。在消极情绪诱发上,情绪设计主效应显著,F(1, 80) = 10.99, p < 0.05,= 0.12,消极情绪组的消极情绪显得分显著高于中性组;呈现方式的主效应不显著,F(1, 80) = 0.03, p> 0.05,情绪设计与呈现方式交互作用不显著,F(1,80) = 0.15,p > 0.05,因此,本研究的内部情绪设计可以成功诱发积极情绪和消极情绪,而动画组和静图组无情绪评分上的显著差异。

(二) 学习效果指标

以保持成绩和迁移成绩为因变量,进行2(呈现方式:动画vs静图)× 3(情绪设计:积极vs消极vs中性)的两因素被试间方差分析。

3组腹泻、腹痛、恶心、呕吐等不良反应发生率比较,差异无统计学意义(χ2=0.312 5,P=0.855 3,P>0.05)。

保持成绩:呈现方式的主效应显著,F(1, 120)=16.79,p < 0.01,= 0.06。事后比较发现,动画条件下的保持成绩显著高于静图(p < 0.05)。情绪设计的主效应显著,F(2, 120) = 15.3,p < 0.001,= 0.21。积极和消极情绪设计组保持成绩显著高于中性情绪设计组(ps < 0.05)。呈现方式和情绪设计的交互作用不显著,F(2, 120)= 0.55,p > 0.05。

总注视点个数:情绪设计的主效应显著,F(2,81)= 3.32,p < 0.05。事后比较提示消极情绪下的注视次数显著小于中性条件和积极情绪条件(ps <0.05);呈现方式的主效应不显著,F(1, 81)= 0.25,p > 0.05。呈现方式和情绪设计的交互作用不显著,F(2, 81)= 2.32,p > 0.05。

实验采用2x3被试间设计。自变量为情绪设计(积极、中性、消极)和呈现方式(动画、静图)。因变量包括情绪诱发、学习效果、认知相关结果和眼动指标。情绪诱发为情绪量表评分分数。学习效果为保持成绩和迁移成绩。认知相关结果包括内部动机、感知难度和认知负荷(包括内在负荷、外在负荷、相关负荷及总分)。眼动指标包括总注视时间、总注视次数、学习内容相关的兴趣区(area of interest,AOI,包含学习内容相关的图片和文字)的注视时间和注视次数,以及AOI注视时间占比(即AOI内的注视时间除以总注视时间,表示相对注视时间)和注视次数占比(即AOI内注视次数除以总注视时间,表示相对注视次数)。

被试被随机分配到6种实验条件(分别为积极动画组、积极静图组、消极动画组、消极静图组、中性动画组和中性静图组),每种条件下21人。各组被试进行不同方式的多媒体学习后接受了学习效果和认知行为评估。其中有87名被试在实验中完成了眼动数据的收集(每组13-15人)。对6组被试的先验知识经验的前测成绩进行方差分析结果表明,不同组学习者的先前知识经验无显著差异(F(5,126)= 0.26, p > 0.05)。

(三) 认知和动机指标

情绪评定量表:PANAS情绪量表,由邱林,郑雪和王彦飞修订。[10,11]积极情感量表的内部一致性信度系数为0.84,包括9个积极情感体验的描述词,量表采用5点记分,1分指最不符合,5分指最符合。消极情感的信度系数为0.85,包括9个消极情感词,量表采用5点记分,1分最不符合,5分最符合。本研究中积极情感量表和消极情感量表的内部信度系数均为0.88。

感知难度:呈现方式的主效应显著,F(1, 120)=4.87,p < 0.05,= 0.04。事后比较发现,动画条件下的感知难度显著高于静图(p < 0.05)。情绪设计的主效应不显著,F(2, 120) = 0.37,p> 0.05。呈现方式和情绪设计的交互作用不显著,F(2, 120)=0.12,p > 0.05。

借助教学方法渗透德育。心理健康教育有别于语文、数学等以讲授为主的学科,采用讨论、角色扮演、心理疏导等方法。这些方法不是由教育者简单地讲授,而是以学生为主体,尽可能让学生担任主角。这种新型的教学方法将重心放在学生主动参与、积极贡献、相互合作和互惠共享中,学生养成和不断发展的将是民主生活的意识和习惯。心理健康教育使学生在教学中受到了潜移默化的道德影响。

内部动机:情绪设计的主效应不显著,F(2,120) = 1.71,p> 0.05。呈现方式和情绪设计的交互作用不显著,F(2, 120)= 0.92,p > 0.05。呈现方式的主效应不显著,F(1, 120)=0.17,p > 0.05。

认知负荷:认知负荷总分上,情绪设计的主效应显著,F(2, 120) = 3.09,p < 0.05,= 0.05。事后比较发现,消极情绪下的认知负荷显著低于中性情绪(p < 0.05)。呈现方式的主效应不显著,F(1,120)= 1.86,p > 0.05。呈现方式和情绪设计的交互作用显著,F(2, 120) = 5.61,p < 0.05,= 0.09。简单效应检验的结果可知:动图呈现下的消极情绪设计的认知负荷显著低于中性和积极情绪(ps <0.01),而静图条件下三种情绪设计的认知负荷则无显著差异;积极情绪设计下,动图的认知负荷显著高于静图(p < 0.01),中性和消极情绪设计下,两种呈现方式的认知负荷则无显著差异。内在负荷的结果与认知负荷总分类似:呈现方式的主效应显著,F(1, 120)= 8.72,p = 0.06,= 0.05。消极情绪设计下的内在负荷显著低于中性情绪(p < 0.05)。情绪设计的主效应边缘显著,F(1, 120)= 2.82,p< 0.01,= 0.05。呈现方式和情绪设计的交互作用显著,F(2, 120) = 4.59,p < 0.05,= 0.07。简单效应检验的结果可知:动图呈现下的消极情绪设计的内在负荷显著低于中性和积极情绪(ps < 0.01),而静图条件下三种情绪设计的认知负荷则无显著差异;积极情绪设计下,动图的内在负荷显著高于静图(p < 0.001),中性和消极情绪设计下,两种呈现方式的认知负荷则无显著差异。在外在负荷和相关负荷上,呈现方式、情绪设计的主效应均不显著,两者的交互作用也不显著。

综上可知,学习者对动画学习材料的感知难度更高。消极情绪设计下学习者的认知负荷更低,特别体现在动态呈现的学习材料上。

(四) 眼动指标

以总注视时间、总注视点个数、AOI注视时间、AOI注视点个数、AOI注视时间占比和AOI注视点个数占比为因变量,分别进行2(呈现方式:动画vs 静图)× 3(情绪设计:积极vs中性vs消极)的两因素被试间方差分析,结果如下:

总注视时间:情绪设计的主效应不显著,F(2,81)= 2.04,p > 0.05。但独立样本t检验提示消极情绪下的注视时间边缘显著地小于中性条件(p =0.052);呈现方式的主效应不显著,F(1, 81)= 1.22,p > 0.05。呈现方式和情绪设计的交互作用不显著,F(2, 81)= 2.5,p > 0.05。

3)然后根据判断矩阵的一致性程度与Step2中的聚类分析权重相结合(乘积关系),求解综合的专家权重,然后对专家权重进行归一化处理。

联想台式计算机一台,显示屏为19寸,分辨率为1080×1980。眼动仪为SMI桌面式的头部追踪式红外眼动仪,采样频率为120Hz。头部托架一个,用于被试在实验过程中保持头部固定。眼红外传感器固定在显示屏的正下方,托架固定在电脑桌靠近被试的一边,显示屏和托架距离为60cm。刺激材料的水平视角为28度,垂直视角为22度。

AOI注视时间占比:情绪设计的主效应显著,F(2, 81)= 3.64,p < 0.05。事后比较提示积极情绪下的注视时间占比显著高于中性条件(p < 0.05),边缘显著高于消极情绪条件(p = 0.06);呈现方式的主效应不显著,F(1, 81)= 3.24,p > 0.05。呈现方式和情绪设计的交互作用不显著,F(2, 81)= 1.38,p > 0.05。

AOI注视时间和AOI注视点个数占比均未发现显著的主效应和交互作用。

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综上可知,消极情绪设计下的学习者对学习材料的注视较少;而积极情绪设计下,学习者更多地注视学习内容相关的材料部分。

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四 讨论

本研究采用学习效果、认知以及眼动等多种指标,旨在系经探讨情绪设计与呈现方式对习者多媒体学习的影响。

在学习效果方面,多媒体学习环境下通过对学习材料的情绪设计诱发的积极情绪促进保持成绩的提高,这进一步支持了以往研究的结果。但是积极情绪没有提高学习者的迁移成绩,这与部分研究结果一致。已有综述也发现,内部情绪设计诱发的积极情绪在迁移效果上的影响并不稳定,可能受学习内容、呈现通道等诸多因素的影响。[13]另一方面,本研究发现消极情绪不仅能够促进保持成绩的提高,还可以提高学习者的迁移成绩。有研究发现消极情绪下的学习效果在仅数值上比中性条件好,[14]而本研究结果则发现消极情绪能显著促进学习效果。可能的原因在于相较于Kumar等的研究,本研究在视觉设计中加入了色彩和拟人化处理。有观点认为消极情绪对学习的促进机制主要为自下而上的分析性加工和细节处理,[15,16]这种聚合式的加工方式可能进一步迁移到了新的学习材料中。已有研究发现,通过色彩和拟人化等方式诱发的积极情绪对学习效果的促进作用明显,[2,6]本研究则将此结论进一步延伸到消极情绪中。总而言之,本研究的结果表明,在多媒体教学中进行内部情绪设计可以有效促进学习效果。

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本研究的认知结果则可以帮助我们进一步理解情绪设计对多媒体学习的促进作用的内在机制。本研究发现,消极情绪下的认知负荷总分和内在认知负荷较低,而积极情绪下的认知负荷则与中性情绪条件无显著差异。这一结果并没有支持Sweller等的认知负荷理论。该理论认为诱发的情绪会增加外在认知负荷而阻碍学习效果,而本研究则发现,内部情绪诱发并未增加认知负荷和感知难度,且消极情绪反而降低了认知负荷,进而提升学习效果。此外,本研究也试图厘清内部情绪诱发对不同认知负荷的影响。我们并没有发现内部情绪的设计增加了学习者的内部负荷和外部负荷,这与认知负荷理论中外部负荷阻碍学习的假设不符。进一步地,本研究结果也没有发现情绪设计可以提升对学习效果有力的相关负荷。另一方面,本研究结果部分支持了多媒体学习的认知-情绪理论,即对学习材料进行内部情绪设计可以诱发学习者的情绪从而促进学习。但本研究结果并没有发现内部诱发情绪可以提高学习者的内在动机,这与部分研究一致。

本研究的眼动结果为理解情绪设计对多媒体学习的促进机制提供了潜在的解释。本研究发现,积极情绪设计下,学习者对学习内容相关的材料注视时间和注视点较多,这在一定程度上反映了积极情绪使得学习者投入了更多的注意资源到当前的学习材料中去,体现了加工深度的增加,[17]并最终表现在对当前学习材料的保持成绩而非迁移成绩的促进上。此外,这种积极情绪下的注意增加也可能反映的是直观、整体的信息加工,这种自上而下的加工方式有利于当前学习材料的整体理解和记忆。[18]本研究还发现消极情绪诱发下学习者对材料的总体注视时间和注视点较少,可能的解释是消极情绪下的加工速度较快,认知负荷较低。有研究认为特定的消极情绪如焦虑、恐惧可以提升学习的记忆和专心程度,[19]因而加工效率较高。尽管如此,内部情绪设计诱发的消极情绪对多媒体学习的作用机制较为复杂,仍待进一步探究。

在呈现方式上,动画呈现下学习者的保持成绩要好于静图呈现,这与以往研究中的结果部分一致,说明动态呈现的学习材料更有利于学习的记忆。这可能是由于动态呈现的材料中存在视觉线索提示和不同元素关系的描述更为清晰,使得学习效果更佳,[20]但这一推论仍需进一步研究验证。在学习者的迁移成绩上,呈现方式并无显著影响,这可能与学习材料本身的性质有关,有研究发现动态图像对具体性学习材料的影响并不显著,因而迁移材料的学习效果可能不明显。此外,动画比静图条件下感知的认知负荷更高,这与假设2相反,出现上述结果的原因可能是动画比静图的设计元素更多增加了更多变化步骤和方式,导致画面内容比静图看起来更为复杂。据Sweller等人将内在认知负荷定义为需要加工的元素的数量级以及元素间的相互关系。由于动画呈现下的元素较多,不同元素间的相互关系更复杂,可能导致更高的内在负荷。此外,本研究还发现了情绪和呈现方式在认知负荷上的交互作用,表现为消极情绪下的认知负荷降低仅仅体现在动态呈现学习材料的条件下。这一结果进一步提示,将在动态的学习材料中引入特定情绪设计,可能会降低材料动态性引发的认知负荷增加。

五 结论

1.在多媒体学习环境中,对学习材料进行情绪设计可以提高学习者的保持成绩和迁移成绩。消极情绪下的学习者感知到的认知负荷更小。

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2.动画呈现下的学习材料比静图呈现有更好的保持效果,但同时感知难度和内在负荷也较高。

3.情绪设计影响学习者对学习材料的注意程度。积极情绪下学习者对学习内容有关的材料更为关注,而消极情绪下学习者的整体注意程度较低。

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The Influence of Emotional Design and Presentation on Multimedia Learning--Behavior and Eye Movement Studies

JIANG Wen-jun, BAO Hong-juan, YANG Zhen, WANG Du-ming, LI Hong-ting
(Zhejiang Sci-Tech University, Zhejiang Hangzhou)

Abstract: Previous studies have focused on the effects of positive emotions induced by internal emotional design on multimedia learning, while less examining the role of negative emotions, and not examining the potential associations between other variables such as material presentation and emotional design.This study examines the emotions of different emotional valences (positiven,negative, neutral) generated by emotional design through 126 learners in the multimedia learning environment, and combines with different material presentation methods (animation , static image) to explore the influence of emotional design and presentation on the learning effects and cognitive processes and revealing the eye movement mechanism behind.(1) In the multimedia learning environment, emotional design can successfully induce positive and negative emotions of learners, and can promote learners' learning effects. The cognitive load perceived by learners is lower under negative emotions. (2)Compared with the static presentation mode, the dynamic presentation of the learning material has a better learning effect, but also makes the learner perceive higher difficulty and internal cognitive load. (3) Emotions can affect the eye movement patterns of learners on learning materials. learners have more gaze time related to learning content under positive emotions, However, the learner's overall gaze points and gaze time are shorter under the negative emotions,.

Key words: Multimedia learning; Emotional design; Negative emotions; Eye movement

本文引用格式: 蒋文君,等.情绪设计和呈现方式对多媒体学习的影响——行为和眼动研究[J]. 教育现代化 ,2019,6(45):273-278.

DOI: 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.45.091

基金项目: 本文系浙江理工大学专业学位研究生联合培养基地建设项目(YJD201805)的研究成果。

作者简介: 蒋文君,女,汉族,浙江杭州人,浙江理工大学理学院心理系,硕士研究生;包洪娟,女,汉族,四川人,浙江理工大学理学院心理系,硕士研究生;杨振,男,汉族,安徽人,浙江理工大学理学院心理系,讲师;王笃明,男,汉族,江苏人,浙江理工大学理学院心理系副教授;李宏汀,男,汉族,河北人,浙江理工大学理学院心理系教授。

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情绪设计和呈现方式对多媒体学习的影响-行为和眼动研究论文
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