试着提取复杂的信息却学不到：从教训中吸取教训？_学习迁移论文

尝试提取复杂信息失败的学习：吃一堑长一智？，本文主要内容关键词为：信息论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      1 引言

      在等值的时间里对某个学习材料进行一次或多次的测试比重复学习这个材料在将来产生更持久的记忆保持，这种现象被称为测试效应，又叫提取练习效应(Roediger & Karpicke，2006)。提取练习对于促进知识学习的强劲效应已经在多个实验中被证实，并且许多在真实课堂情境中进行的研究同样揭示了提取练习对于促进知识学习的重要作用(McDaniel，Agarwal，Huelser，McDermott，& Roediger，2011)。更进一步，有研究表明在测试时学习者没有提取出来正确信息或者提取了错误的信息，只要给予反馈，即使尝试提取信息失败也促进知识的学习，至少不会损害知识的学习(Grimaldi & Karpicke，2012；Hays，Kornell，& Bjork，2012；Kang et al.，2011；Knight，Hunter，Brewer，DeWitt，& Marsh，2012；Kornell，Hays，& Bjork，2009；Vaughn & Rawson，2012)。与此同时，研究者开始对其内部机制进行深入研究。Knight(2012)等人认为尝试提取信息促进了对问题和后面学习阶段的信息深加工，即使失败提取也促进或者加强随后学习阶段的知识编码；尝试提取信息失败激活了和问题相关的信息，在随后学习阶段呈现正确信息时，因为有预激活所以更易建立问题和知识的联系(Grimaldi et al.，2012)。这一发现极大鼓舞了研究者倡导把提取练习当作一种学习策略应用在日常的学习中。

      然而目前大部分关于提取失败的研究是通过实验室实验进行的，为便于实验控制，实验材料多采用词对，但真实教育情景中学习的信息往往更复杂，可能涉及了更长结构的概念而不仅仅是一个词或孤立的单一事实。当以教育实践中的复杂意义材料为实验材料时尝试提取失败是否仍然促进知识的学习？对于记忆和学习来说，知识的迁移具有非常重要的实用价值，迁移从广义上来理解是指所学知识在新情境中的应用，事实上，迁移可能是学习的最终目标，因为学生最初在课本上学到的知识和日常生活中的应用是有所差别的。但遗憾的是之前关于提取失败的研究中因其实验材料的局限并未考察尝试提取信息失败能否促进知识的迁移，而更多的是对增强知识记忆保持的研究(初始测试与最终测试题目相同)的关注。

      提取失败并不等于没提取(Richland et al.，2009)，学习意义材料前进行有关材料的提取练习使学习者积极地对新材料做出反应，即使提取失败也促使学习者思考它们与已有知识之间的联系，为新学习的成功奠定了基础，相当于学习者构建了先行组织者。因此我们假设学习者尝试提取复杂意义材料的信息失败后仍增强知识记忆的保持(假设一)。在布鲁姆(Bloom，1956)教育目标分类中陈述性知识被划分事实和概念两类知识，如果尝试提取失败促进了知识的学习，那么这种促进是否涵盖了不同类型的知识？本研究同时以事实和概念类知识为观测指标去考察这一问题。Barnett和Ceci(2002)提出迁移过程需求的记忆可划分为三个成分：再认，回忆和执行；在Butler(2010)的研究中重复测试相对于重复学习促进了知识的迁移，他提出测试促进知识迁移的关键是其增强了对知识记忆的保持，知识的成功回忆对测试促进知识迁移至关重要。如果尝试提取复杂意义材料的信息失败增强记忆的保持，依据Barnett(2002)和Butler(2010)的研究，那么有理由相信，即使学习者尝试提取复杂意义材料的信息失败仍会促进知识的迁移(假设二)。

      给予反馈是尝试提取信息失败促进知识学习的必要环节，不同反馈时机的给予将导致不同的学习效果(Kang et al.，2011；Richland et al.，2009；Vaughn et al.，2012)。那么在复杂意义材料的提取失败后哪种反馈更优？依据必要难度理论(Bjork & Bjork，1992)，提取力与存储力的增长呈负相关，提取容易或加工流畅并不能促进存储力，而需要耗费更多努力的提取却能提高存储力，使记忆保持更持久。给予延时反馈相对于即时反馈使提取更困难，因此我们假设延时反馈因提供了提取的“必要难度”从而更易促进知识的保持和迁移(假设三)。

      综上所述，本研究试图探索尝试提取复杂意义材料的信息失败后能否促进知识的保持和迁移以及反馈时机对其的影响，以期为教育实践提供参考。

      2 实验1

      2.1 方法

      2.1.1 被试

      选取本科生57名，其中女生32名，男生25名，平均年龄20.7岁(SD=1.85)。视力或矫正视力正常，均未参加过类似的实验。实验后给予一定报酬。

      2.1.2 实验设计

      实验采用2(初始学习条件：提取练习，重复学习)×2(最终测试类型：事实，概念)的两因素混合实验设计，其中初始学习条件为组间设计，最终测试类型为组内设计。因变量为最终测试中和初始测试相同题目的正确率。

      2.1.3 实验材料

      一篇名为《呼吸系统》的科学文章，所有被试均未阅读过本文章。文章长度约为1500字左右，分为八个自然段。每个自然段包含一个事实或者一个概念。依据布鲁姆对教育目标的分类，在本研究中，事实被定义为信息呈现在一个单一的句子中，而概念被定义为信息呈现在几个句子中需抽取概括。

      测试题目从事实或概念中演变而来，共八道题目，事实与概念类题目各半。所有题目都是线索回忆形式，正确答案一般为一个到三个句子的长度。举例来说，事实类题目：肺是人体呼吸系统的组成成分，负责气体交换，它还有其它什么功能？(答案：肺的另一个功能是控制血液中氢离子的浓度，氢离子对于调节血液pH值起着非常重要的作用，因此其在血液中的浓度必须保持在一个狭窄的范围内)。概念类题目：人体呼吸系统依靠空气压力来促进呼吸，空气压力如何帮助人们吸气和呼气？(答案：当一个人吸气时，胸腔扩大，使肺部的气压低于外界空气压力，空气从高压到低压流入肺部。当一个人呼气时，胸腔变小，使肺部的气压高于外界空气压力，空气从肺部流出到外界)。

      2.1.4 实验程序

      本研究采用尝试提取失败的经典研究范式(Grimaldi et al.，2012；Kornell et al.，2009)，提取练习组在阅读材料前进行有关内容的提取(回答与材料相关的测试题目)；重复学习组在等同时间内重复阅读材料，之后所有被试进行最终测试。两组被试分别在两个教室进行团体纸笔测试，正式实验前先进行练习，以便熟悉各自实验条件下的操作。

      (1)学习阶段：提取练习组被试给予10分钟回答八道问答题，不论是否知道正确答案都要求作答，10分钟后被试的作答被收走，之后被试给予意义材料告知学习8分钟。重复学习组被试学习材料18分钟——与提取练习组的总时间相同。两组被试给予相同的阅读指导语。

      (2)最终测试阶段：到达学习时间后收走材料。被试接着立即进行最终测试，包含了八道和初始测试相同的题目。最终测试没有时间限制。

      2.1.5 数据处理

      对测试的成绩划分评分标准，答案允许存在同义表达，答对一个知识点计1分，回忆不出或回忆错误计0分。大部分被试在初始测试时回答了所有题目，提取练习组在初始测试时第四道简答题的正确率较高，其他题目中被试偶尔作答正确。实验探讨尝试提取信息失败能否促进知识记忆的保持，因此排除所有被试最终测试中对应于初始测试正确作答的题目，即排除所有被试最终测试中第四道简答题和其他题目中偶尔正确的数据，最终排除了12.6%的数据。最终测试阶段的得分由两名实验助手分别进行计分，结果表明两名评分者评判的分数之间存在显著相关，

=.957，p＜.01，

=.945，p＜.01。

      2.2 结果分析

      分别统计每位被试最终测试上事实类和概念类题目的正确率，进行2(初始学习条件)×2(最终测试类型)重复测量方差分析。结果表明：学习条件主效应显著，F(1，55)=6.491，p＜.05，｛测试类型主效应显著｝=.106，提取练习组的正确率(M=.49)高于重复学习组(M=.34)；测试类型主效应显著，F(1，55)=13.072，p＜.05，｛测试类型主效应显著｝=.192，事实类题目的正确率(M=.58)高于概念类题目的正确率(M=.44)；二者交互作用不显著，F(1，55)=1.349，p=.251。以学习条件为自变量进行独立样本t检验结果发现，在事实类题目上，提取练习组的正确率(M=.68)显著地高于重复学习组(M=.48)，t(55)=2.551，p＜.05，在概念类题目上提取练习组(M=.50)与重复学习组(M=.39)的正确率差异不显著，t(55)=1.675，p=.10，如图1所示。

      

      图1 所有被试在两类测试上的正确率

      2.3 讨论

      实验1证明，相对于重复学习信息，尝试提取复杂意义材料的信息失败后增强了知识记忆的保持，验证了本研究的假设一。即虽然尝试提取复杂意义材料的信息失败，但尝试提取促进了学习者思考当前学习任务与已有知识之间的联系，即使失败也增强了记忆的保持。同时实验表明被试在事实类题目的正确率高于概念类题目，说明概念类题目的难度高于事实类题目。进一步检验表明在事实类题目上提取信息失败增强了记忆的保持，而在概念类题目上并未表现出同样的优势效应。对于概念类测试题目，需从文章中的几个句子中抽取概括答案，相对于之前以词对为实验材料的研究，测试题目难度增大。对于难度较大的测试题目，提取失败并不能保证增强知识记忆的保持，这可能是尝试提取失败促进知识学习研究中的一个边界条件。

      3 实验2

      3.1 方法

      3.1.1 被试

      选取本科生47名，其中女生22名，男生25名，平均年龄21.3岁(SD=1.5)。视力或矫正视力正常，均未参加过类似的实验。实验后给予一定报酬。

      3.1.2 实验设计

      实验采用2(初始学习条件：提取练习，重复学习)×2(最终测试类型：事实，概念)的两因素混合实验设计，其中初始学习条件为组间设计，最终测试类型为组内设计。因变量为被试在最终测试迁移类题目上的正确率。

      3.1.3 实验材料

      实验2的实验材料同实验1，除了最终测试的题目为对应于初始测试题目的八道新的推理问题，事实与概念迁移类题目各半，用来评估尝试提取失败对知识迁移的影响。对于每个迁移类题目，需要应用在初始学习阶段学到的事实或概念类知识去回答相同知识领域内的推理问题。举例来说，事实类迁移题目：人体呼吸系统控制血液中各种气体和颗粒的浓度，如果血液中酸度过高，呼吸系统哪一组成成分起作用以降低pH值？(答案：肺部管理血液中的氢离子浓度，氢离子调节血液中的酸度)。概念类迁移题目：潜艇在地表10000米以下时增压系统突然出现故障，增加了机舱内的空气压力。假设在机舱内仍然有大量氧气，那么船员的呼吸将会受到什么影响？(答案：呼出空气会更加困难。人体呼吸系统依靠空气压力来促进呼吸。如果外界空气压力过高，人的胸腔将不能够使肺部的气压高于外界，这样的话呼气会很困难)。

      3.1.4 实验程序

      实验2的程序同实验1。

      3.1.5 数据处理

      对最终测试的成绩划分评分标准，答案允许存在同义表达，答对一个知识点计1分，回忆不出或回忆错误计0分。同实验1，被试在初始测试第四道简答题的正确率仍很高，因此排除最终测试中所有被试第四道简答题和其他对应于初始测试偶尔正确回答的数据，最终排除了12.8%数据。最终测试阶段的得分由两名实验助手分别进行计分，结果表明两名评分者评判的分数之间存在显著相关

=.956，p＜.01，

=.946，p＜.01。

      3.2 结果分析

      分别统计每位被试在最终测试上事实类和概念类题目的正确率，进行2(初始学习条件)×2(最终测试类型)重复测量方差分析。结果表明：学习条件主效应显著，F(1，45)=10.19，p＜.05，

=.185，提取练习组的正确率(M=.40)高于重复学习组(M=.25)；独立样本t检验结果发现，在事实类题目上，提取练习组的正确率(M=.42)显著地高于重复学习组(M=.22)，t(45)=3.059，p＜.05，在概念类题目上提取练习组(M=.38)与重复学习组(M=.27)的正确率差异不显著，t(45)=1.757，p=.086，如图2所示。测试类型主效应不显著，F(1，45)=.024，p=.876；二者交互作用不显著，F(1，45)=1.151，p=.289。

      

      图2 所有被试在两类测试上的正确率

      3.3 讨论

      实验2证明尝试提取复杂意义材料的信息失败后促进了知识的迁移，验证了本研究的假设二。进一步检验表明在事实类题目上提取失败促进知识的迁移，而在概念类题目上并未表现出同样的优势效应。实验1证明了尝试提取失败增强了事实类知识记忆的保持，而对于概念类知识的学习并未有帮助。对照实验1、2的结果，验证了Butler(2010)和Barnett(2002)的研究结论，即对知识的成功回忆是促进知识迁移的必要条件，反之亦然。尝试提取复杂意义材料的信息失败后，因其增强了对知识记忆的保持，所以即使提取失败也促进了对知识的迁移。

      4 实验3

      4.1 方法

      4.1.1 被试

      选取本科生67名，其中女生28名，男生39名，平均年龄21.8岁(SD=1.6)。视力或矫正视力正常，均未参加过类似的实验。实验后给予一定报酬。

      4.1.2 实验设计

      实验采用3(反馈方式：即时反馈，延时反馈，重复学习)×2(最终测试类型：事实，概念)的两因素混合实验设计，其中初始学习条件为组间设计，最终测试类型为组内设计。因变量为被试在最终迁移类题目上的正确率。

      4.1.3 实验材料

      实验3的实验材料同实验2。

      4.1.4 实验程序

      文中前两个实验，八道题目回答完毕后阅读文章，在每个题目和正确答案之间间隔了其他题目和文章信息，相当于尝试提取信息失败后给予了延时反馈(Hays et al.，2012)。因此实验3在实验2的基础上增加了即时反馈的条件，每道题目回答完毕后立即给予反馈(学习从文章中抽取出来的相关事实或概念)。为了准确呈现即时反馈组的学习条件，实验3采用VB软件编制实验程序并在计算机上呈现，被试个别施测。延时反馈组与重复学习组在计算机上呈现的顺序与实验2相同。即时反馈组包括两个阶段。

      (1)学习阶段：考虑到事实类题目和概念类题目所涉及句子长度与难度差异，事实类题目呈现60秒要求作答，之后立即呈现答案50秒；概念类题目呈现90秒，答案呈现70秒。总时间与延时反馈时间相同。

      (2)最终测试阶段：题目完成之后被试立即进行最终测试，包含了8道对应于初始测试题目的迁移类题目。最终测试没有时间限制。

      4.1.5 数据处理

      同实验2，最终测试时排除了12.6%数据。两名评分者评判的分数之间存在显著相关，

=.952，p＜.01，

=.943，p＜.01。

      4.2 结果分析

      分别统计每位被试在最终测试上事实类和概念类题目的正确率，进行3(反馈方式)×2(最终测试类型)重复测量方差分析。结果表明：反馈方式主效应显著，F(2，64)=6.946，p＜.001，

=.178；LSD事后检验结果表明延时反馈组的正确率(M=.39)显著地高于即时反馈组(M=.25)和重复学习组(M=.27)，ps ＜.05，即时反馈组和重复学习组差异不显著，p=.782；进一步进行以反馈方式为自变量的单因素方差分析，结果表明：在事实类题目的正确率上，不同的反馈方式之间差异显著，F(2，64)=8.282，p＜.05，延时反馈组的正确率(M=.44)显著地高于即时反馈组(M=.26)和重复学习组(M=.27)，ps＜.05，即时反馈组和重复学习组差异不显著，p=.91；在概念类题目上，延时反馈组的正确率(M=.36)与即时反馈组(M=.25)和重复学习组(M=.27)差异不显著，p=.075，如图3。测试类型主效应不显著，F(1，64)=.887，p=.350；二者交互作用不显著，F(2，64)=.744，p=.479。

      

      图3 被试在不同反馈方式上的正确率

      4.3 讨论

      实验3首先重复了实验2的结果，其次考察了反馈时机对尝试提取失败促进知识迁移的影响。结果表明，尝试提取复杂意义材料的事实类题目失败后，延时给予反馈优于即时反馈和重复学习，即时反馈和重复学习差异不大；而在概念类题目上，不论即时或延时给予反馈都未促进知识的迁移。实验结果验证了必要难度理论，即存储力和提取力的增长呈负相关。即时反馈在题目呈现之后立即提供反馈，这在一定程度上降低了提取的难度；相对而言，延时反馈在问题呈现之后间隔了其他题目和文本信息，即问题呈现之后间隔了一段时间插入了其他任务再提供反馈，其提取难度增大。因此相对于即时反馈，尝试提取复杂意义材料的信息失败后给予延时反馈之所以促进了知识的保持和迁移就是因为提供了提取的“必要难度”。

      5 总讨论

      本研究用三个实验探索尝试提取复杂意义材料的信息失败后能否促进知识的保持和迁移及反馈时机对其的影响，其中包含事实类和概念类的题目。总的来说，研究表明对于复杂意义材料的事实类题目，只要给予延时反馈即使尝试提取信息失败也促进知识的保持和迁移；而在概念类题目上并未表现出同样的优势效应，概念类知识可能是尝试提取信息失败促进知识学习研究的一个边界条件。

      5.1 尝试提取失败促进知识的学习

      研究的结果验证了Butler(2010)的研究结论，尝试提取增强了对知识记忆的保持，因而促进了对知识的回忆即促进了迁移学习的一个关键成分，所以知识的保持量好迁移效果也佳。那怎么解释即使提取信息失败仍增强记忆的保持以及它的边界条件？下面就尝试提取失败促进知识学习的内部机制和边界条件的理论进行探讨。

      5.1.1 尝试提取失败促进知识学习的内部机制

      研究者提出不同的理论去探讨尝试提取信息失败增强知识记忆保持的内部机制，其中比较有影响的是搜索集理论和额外线索理论。

      依据搜索集理论(Grimaldi et al.，2012)，面对问题尝试提取时不仅探测了记忆也激活了和问题相关的信息，这些被激活的信息构成了一个搜索集，其中任何一个信息都可能被随机抽取当作目标去作回应。举例来说，即使一个学习者不能想到“肺是人体呼吸系统的组成成分，负责气体交换，它还有其他什么功能？”这个问题的正确答案，但这个问题可能促使学习者去想象肺部的构造、肺部的功能障碍、人体呼吸体统的组成成分、人体呼吸系统如何进行气体交换、呼吸系统发生障碍会产生的疾病等等。这些来自搜索集被激活的信息可能不是正确的答案，但也构建了丰富的背景为将来正确答案给予呈现时进行的编码。所以依据搜索集理论，失败的尝试提取促进学习是因为激活了搜索集从而促进了正确信息的编码。

      额外线索理论是指尝试从记忆中提取的信息即使不正确，也可以当作将来的提取的额外线索(Soraci et al.，1994)。这个解释和最近提出的中介有效性假设非常相似(Pyc & Rawson，2010)。Pyc和Rawson认为中介有效性取决于先后进行的两个加工：中介提取(mediator retrieval)和中介解码(mediator decoding)。中介提取是指当提取线索信息时，中介能够被回忆出来；而中介解码则是在中介能成功回忆的基础上，把与中介联系的记忆内容提取出来。失败的尝试提取产生了相关的信息，可在今后回忆目标时当作中介或除了问题之外的一个额外线索去提取正确的信息。

      5.1.2 尝试提取失败促进知识学习的边界条件的理论解释

      对于尝试提取失败促进知识学习的边界条件可从认知负荷这一角度去分析。认知负荷(Sweller，1988)是指同时被要求施加在工作记忆上的智力活动的全部数量，即工作记忆必须注意和处理的内容总和。主要有三种类型的认知负荷：内部、外部和相关认知负荷。内部认知负荷是指由元素间交互形成的认知负荷，它取决于所要学习材料的本质与学习者的专业知识之间的交互程度。外部认知负荷是超越内部认知负荷的额外负荷，它主要是由设计不当的教学引起。相关认知负荷是指与促进图式构建和图式自动化过程相关的认知负荷(吴先强，韦斯林，2009)。依据认知负荷理论，在一个特定的学习任务中三种负荷共同构成了一个任务的总体认知负荷，制约有效学习。

      所有学习者同时进行了事实类和概念类题目的测试，所以二者在内部认知负荷的差异体现在材料本质不同。有的材料只须逐个元素地学习，如学习词汇，每个单词可以单独学习而不用参考其他项目，这种学习材料的元素的相互作用程度较低，其内部认知负荷也低，因而对工作记忆的要求也低(辛自强，林崇德，2002)。如果一个任务的成功完成要求同时考虑一大批的元素，那就是元素相互作用水平较高的任务，复杂意义材料的学习就比简单的词汇学习涉及更多的相互作用的元素。本研究中事实类题目答案呈现在单一的句子中，而概念类题目的答案呈现在几个句子中需抽取概括，因此概念类题目比事实类题目涉及更多的相互作用的元素。在这种情况下，因为元素的高度相互作用性，概念类题目比事实类题目有更高的内部认知负荷。

      总体认知负荷恒定，提取练习组的所有被试运用了相同的学习策略，因此二者外部认知负荷相同，而概念类题目比事实类题目有更高的内部认知负荷，所以相对于事实类题目，学习者在概念类题目上投入较少的认知资源即较少相关认知负荷。因此，概念类题目因其占有更多内部认知负荷，减少了相关负荷，所以尝试提取信息失败并未促进概念类知识的保持和迁移。

      5.2 尝试提取失败促进知识的迁移

      对于记忆和学习来说，知识的迁移具有非常重要的实用价值，本研究证明了即使尝试提取失败也促进知识的迁移，并发现对知识的成功回忆是其促进迁移的关键所在。

      Barnett和Ceci(2002)提出了在迁移研究中探测出的情境变化的分类系统，根据这个划分可将目前为数不多的提取练习促进知识迁移的研究分为三类：时间背景下的迁移，测试形式上的迁移，知识领域间的迁移。本研究中考察的迁移是相同知识领域间的迁移。在Kornell(2009)的研究中已经证明，不论提取失败后间隔5分钟或者24小时进行最终测试，提取练习组的学习效果都优于重复学习组，表明尝试提取失败的益处可以跨越在时间维度上的迁移效果。当然在真实教育情景中的迁移不止可以划分为以上几类，今后的研究可以进一步探索尝试提取信息失败能否促进不同形式的迁移。

      5.3 教育实践启示

      大量关于提取练习效应的研究结果使研究者倡导把测试当作一种有效的学习策略，而不只是作为一种评估措施。然而在教育情景中这种学习策略并未得到推广，其中一部分原因是教育者担心测试时产生的错误对之后的学习有消极影响。本研究用存在于真实教育情景中的复杂意义材料证明从记忆中尝试提取信息失败不仅不会损害知识的学习，还会促进知识的保持和迁移。因此把测试作为一种非正式评估融入到日常课堂实践中是比较可行的，随着研究的深入，这会成为一种趋势。目前的研究表明了一种为将来知识获取做准备的方式，即在学习之前让学习者回答相关内容的问题，即使他们回答错了也不会损害知识的学习，当提取过程需要付出更多努力时这种益处更明显，比如说每次尝试提取后延时给予反馈。教科书的设置与本实验非常相似，几乎所有的教科书都提供前测问题或者章节结束后都附有课后问答题。教师可以很容易地利用测试，在学习新知识时向学生提问有关新内容的问题，即使学生不知道答案，也促进了他对问题的思考，从而确保学生在随后的课堂学习中利用更多的时间去学习和推理。

      6 结论

      尝试提取复杂意义材料的事实类题目失败后，延时给予反馈促进了知识的保持和迁移；而在概念类题目上并未表现出同样的优势效应，代表更高难度的概念类知识是尝试提取失败促进知识学习研究的一个边界条件。

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