郑州贸易中心栈道农大:利用媒体进行学习

 利用媒体进行学习

Robert B. Kozma

University of Michigan

Abstract

This article describes learning with media as a complementary process within which representations are constructed and procedures performed, sometimes by the learner and sometimes by the medium. It reviews research on learning with books, television, computers, and multimedia environments, These media are distinguished by cognitively relevant characteristics of their technologies, symbol systems, and processing capabilities. Studies are examined that illustrate how these characteristics, and the instructional designs that employ them, interact with learner and task characteristics to influence the structure of mental representations and cognitive processes. Of specific interest is the effect of media characteristics on the structure, formation, and modification of mental models. Implications for research and practice are discussed.

导读

本文主要论述了通过各种媒体来进行学习时的一些具体技术问题。文章中指出，在利用媒体作为辅助学习工具时，一定的思维模式和相应的认知过程由学习者和媒体共同构建。本文还重点讨论了对于通过书本、电视、计算机和多媒体环境等学习的研究，并对这些研究的设计方法、所依据的理论基础、实验过程以及所存在的缺陷和问题进行了详细的论述。论文指出，在教学应用过程中，这些媒体通过其认知相关特点、符号系统和处理能力而被区别开来，不同的媒体具有不同的促进学习认知发展的能力，但这需要教学设计者能够充分意识和开发出这些潜在的能力。进一步，在论文中，还详细考察了一系列的经典性研究：不同媒体的上述特征和教学设计如何与学习者和学习任务的特点相互作用，从而影响思维模型的建构、影响认知过程。其中，特别研究了媒体特征对思维模型的建构、形成和改变的影响。最后，本文还讨论了这些研究对于今后研究和实践的启示，并指出的研究的发展方向。

总的来说，从目前国内教育技术研究的现状来说，由于缺乏对于不同媒体的实证性实验研究，我们对于媒体的教学效能仍然主要局限于理论探讨的水平之上，因而无法提供更为科学和精确的教学效果结论，这就直接影响了各种媒体在教学中的应用和推广。通过这篇研究述评，不仅可以使国内的研究者全面地了解国外对于媒体教学应用的最新研究成果，同时，也在研究方法、理论基础和研究设计等方面为我们提供了一些可供借鉴的经验和教训。

媒体会影响学习吗？本文的研究表明，特定媒体若与能充分发挥该媒体优势的教学方法结合在一起，确实会影响学习者表达和处理信息的方式。从这个意义上来说，对特定学习者和特定学习任务而言，一种媒体可能会产生与其他媒体不同的学习效果。

本文是对Clark（1983）所提出的“除非提出一种新的理论，否则研究者不应再研究媒体与学习的关系问题”这个论点的回应。Clark在检查了现有关于媒体的比较研究后，认为，“任何情况下媒体都不会促进学习”。此外，类似的说法还有，“媒体仅仅是传递教学的手段，它不会对学习的效果产生影响，就如同运输食物的卡车不会改变我们的营养状况一个道理”。但是，本文所支持的理论框架展示了学习者与媒体积极合作建构知识的观点，这与那些认为媒体只不过是教学传递手段的看法形成了鲜明的对照。某种意义上说，这种框架意味着我们已经找到了Clark所要求的那种新途径。

在这个理论框架中，学习被认为是一个积极的建构的过程。在这个过程中，学习者从环境中获取信息，并把这些信息与头脑中已有的信息整合在一起，利用有效的认知资源来形成新的知识。这个过程要受到下列认知因素的影响：短时记忆的持续时间、短时记忆的信息量、长时记忆中与任务相关的信息、信息的结构以及对信息进行操作的过程等等。因此，这个过程对外部环境的特征非常敏感，例如特定时间内获取特定信息的可能性、这种可能性持续的时间、信息组织的方式和是否易于检索等。

内部认知环境和外部认知环境的关系在“分布式认知”（distributed cognition）讨论中已有清楚的描述。在该讨论中有两种观点：系统化观点或个人化观点（Norman，1989）。其中，Pea和Perkins是系统化观点的代表，他们考察了一个系统中的认知活动是如何通过人与人之间、人与工具（如计算机、计算器等）之间的分配得到加强的。不过，本文的分布式认知理论框架更偏向于个人化观点。总的来说，本文考察了个体与媒体间共享的认知对个体认知表达和认知过程的影响，尤其是那些即时交互之外的影响问题（Salomon,1990）。

本文所讨论的外部环境的分支是媒体信息（mediated information），它不仅指那些教学中使用的信息（例如计算机课程），而且也包括那些不是专门用于教学的信息（如通俗读物、电视节目等）。我们并没有直接讨论那种加入到所谓“真实情景”(authentic situations. Brown, Collins, & Duguid, 1989)中信息，不过，在此类环境中，这种信息是学习过程的一种补充。这里，也未讨论媒体间相互影响的更文广泛的社会背境。虽然这种环境以及媒体与其相结合的方式也可能会对人们的学习和思维产生很大影响，但本文对此不作详细讨论。本文的核心很明确，就是对学习者与媒体信息相互作用以促进学习的情景进行研究。

本文将给媒体下一个定义，利用这个定义我们将检验有关从书本、电视、计算机和多媒体环境学习时的理论和研究文献。其中，每一部分都将考察，补充性的信息呈现结构及以此为基础的各种操作，是如何受媒体特征、基于这种特征的教学设计以及学习者和学习任务的特征影响的。目的在于，揭示出不同媒体学习对学习者的认知，尤其是对思维模型的结构、形成和变化的影响作用。

                          媒体的定义

总的来说，可以从媒体所依赖的技术、符号系统和处理能力等几个方面来对媒体进行定义。其中，媒体最显著的特征就是其所依赖的技术：机械和电子特性决定了其所具备的功能，同时，也在一定程度上决定了其形状和其它物理特征。我们常使用媒体的物理特征来对媒体分类，如电视机、收音机等。不过，媒体的物理特性对认知的影响是间接的。例如，由于尺寸、形状和重量等特征的影响，公共汽车上的学习者会更愿意用书而不是计算机。当然，随着计算机变得越来越小、越来越轻和便宜，这种情况正在改变。但是，媒体技术特征对认知的影响在有些方面也是直接的。例如，由于计算机显示器的尺寸和分辨率的影响，使得看计算机文本比看书困难得多。

媒体技术的主要作用是，其能影响或限制媒体的其他两种特征：可以使用什么样的符号系统，可以执行什么样的处理过程。例如，装有图形卡或者装有声卡的计算机与没有安装这些板卡的计算机相比，在表达信息时能使用更多的符号（如图形符号、声音符号等）来呈现信息。内存容量大、能够运行专家系统的计算机可以采取多种不同的方式来处理信息；而内存容量小的计算机则没有这样的处理能力。因此，从本质上看，媒体对认知的影响不是由技术特征而带来的，而是由技术特征所决定的符号系统和处理能力所带来的。

符号系统和处理能力对学习有着重要影响作用。Salonon描绘了媒体符号系统和思维表示之间的关系。符号系统是表现形式，或者说元素的组合（如单词、图形等），这些元素按照特定的语法组织在一起用来表达特定的含义（文本中的词句可以表示人、物体和活动，并以某种方式构成一个故事）。我们可以按照所使用的特定符号系统来描述媒体，也可以用符号系统区分媒体。电视可以看成是可以使用具体形象和语音符号的媒体。这种特征也能用来说明不同形式的媒体是否等价。从这个角度看，可以认为视频和电影是一样的，但它们与收音机不同，收音机所使用的符号系统是视频符号系统的子集（subset）。

Salomon认为，应该用这些特征来定义、区别和分析媒体，因为这些特征与学习者用媒体呈现和处理信息的方式有关。他强调，在表现特定学习任务时，某些符号系统能起到更好的作用，而且采用不同符号系统来表示的信息需要不同的记忆方式，不同的思维技巧来进行处理。本文所回顾的研究支持并细化了这种观点。例如，本文将讨论这样的一些研究，对于那些缺乏背景知识而且离开媒体的帮助自己很难建立思维模式与现实世界联系的学习者，如何利用媒体的符号系统特征来帮助他们。

但是，正如上面谈到的一样，符号系统这个单一特征不足以描述媒体的全貌及其对认知的影响。信息不仅要保存在记忆中，还需要进行处理，从而建构新的知识。因此，媒体也可以通过它们对符号系统处理的特征来描述和区分。信息的可检索性或者说影碟媒体能够改变信息播放的速度，而广播电视则不具备这样的特征。所以，如果在媒体定义中包括处理特征，就能够很好地区分像影碟和广播电视这样的使用同样符号系统的不同媒体。计算机这种媒体更是依据大量的处理能力来进行区分的，而不是依据采用的某种符号系统来区分。

媒体的处理特征能补充学习者的不足，这种处理的能力可以执行一些学生会的或者不会的操作。正所Salomon所指出，如果这些处理过程是明确的而且处在维果茨基（Vygotsky）所说“邻近发展区”范围之内，学习者将会把它们融入自己的认知过程中。本文将考察这样的研究：特定媒体的处理特征是如何改变、完善学习者思维模型的动态属性。

需要注意的是，尽管可以通过符号系统特征和处理特征来定义和区分媒体，但是，在一些特定的教学情景中并未利用媒体的这些特征。例如，一段录像中只有很少甚至没有呈现的符号（只有一个人在屏幕上说话），或者，使用者让影碟一直播放下去而不用搜索功能。在这种情况下，一个包含符号系统和处理能力的虚拟媒体产生了。在会话过程中，我们实际上就使用了这种虚拟媒体的特征：事实上，电视机成了收音机，影碟机成了广播电视。这里，只有虚拟媒体的特征才能影响学习的过程和结果。

媒体特征是否能够促进学习，要看一种媒体是否适合于特定的学习环境（包括学习任务和学习者），以及教学设计如何利用媒体的特征。学习任务因不同的环境特征、要求学习者所创建信息的思维模式不同、要求学习者所处理信息的方法的不同而表现不同。学习者也会因为信息处理能力的不同、头脑中长期记忆中的信息和过程的不同、学习动机和目的的不同，以及他们具有的何时、如何使用这些信息和过程的元认知策略（metacognitive knowledge）的不同而表现出不同的特征。

一些学习者，甚至大多数学习者，都能够而且经常从外界可用信息中吸收有用的东西，而不管通过何种媒体。如果教学过程中使用的媒体特别适合于该教学任务和教学环境，并且学习者自己不能完成的话，学习者就能从这种特定的媒体中获得最佳的学习效果。同时，这些知识和操作又反过又来促进问题解决，从而促进其运用知识的能力。那种认为通过媒体学习是个人和环境之间—学习者和媒体信息之间的—连续的、互惠的交互的观点与Snow所提出的智能—处理（aptitude-treatment）相互作用的理论是一致的。

                     通过书本来学习

学校学习中最常见的媒体是书本。作为一种媒体，书可通过其符号系统—文本和图画—来进行区分。以下部分将考察在处理文本和在处理带图画文本时的认知过程。其中，我们将讨论书本的一个明显的技术特征—稳定性，其对利用这套符号系统建构知识呈现过程的影响；反过来，学习者的个体差异，特别是他们所具有的不同背景知识，对书本的这种技术特征又会产生什么样的影响呢？小结中将讨论作者设计书时是如何来设计这些过程和结构的。

阅读过程及印刷纸张的稳定性   书本中主要的符号系统是拼音字母系统，在西方文化中，那些由字母所组成的单词，沿水平方向由左向右排列。书本中文字的这种稳定性与其他媒体技术有明显的区别，例如，时代广场大显示屏上的文字是不断变化的。这种稳定性也很大程度上决定着学习者怎样处理书本上的文字信息。特别是，文本的稳定性可以帮助读者理解、建构文字信息的意义。

用文本学习涉及到建立两个相互联系的思维呈现（mental representation）方式：以文字为基础的模式(textbase model)和以情景模型为基础的模式（situation model）。其中，以文字为基础的思维表示无论在宏观上还是微观上都是从文本直接派生出的思维呈现，它是文字意义的一种陈述式的表达。学习时，学习者收集这些陈述式表达并与已建构的知识结合在一起。当达到记忆极限时，最近的和最常用的陈述留在短时记忆中，通过不断的重复或变量的嵌入来增加其在短时记忆中保留的时间（Kintsch & van Kijk, 1978）。读者对这些陈述式表达进行归纳后形成宏观陈述，即表述文字要点的总结性陈述。通过这样的方式，增加了从文字中获得的信息在短时记忆中存储，并提高了成为长时记忆的可能性。

以情景模型为基础的思维呈现，是一种由文字所描述的情景思维表达方式。基于文字的思维表示是陈述性的，而基于情景模型的思维呈现是从陈述信息和空间信息而建构成的。以情景模型为基础的思维呈现与文字信息和读者在长时记忆中的已有信息有关，并通过这些信息来建构。这样的结构也称为图式（schemata）、框架（frame）和脚本（script）等。我们可以把这样的结构看作是一个框架，这个框架中带有很多槽（slot），每一个槽上贴有标签，可以把特定情景的信息插入相关的槽中。这种结构有两个作用：第一，为从文本信息建立的情景模型提供了一个支架；第二，为那些没有清晰文字描述的情景确立缺省值（default values），读者自己可以对当时的情景进行推断。学习者在从文字信息学习的过程中，需要适时地更新长时记忆中的图式或对陌生的情景创建新图式，这样才能把新知识融入学习者的知识系统中。

但是，这些与媒体有什么关系呢？这种符号系统以何种方式影响思维表达和认知过程呢？为什么书本学习过程及其学习效果与其他媒体有所不同—书本使用了一套稳定的、固定的字母符号系统—而其他媒体比如录音磁带或演讲，它们传达了同样的语言信息，但使用了不同的符号系统以及一种稍纵即逝的方式？

许多情况下，对于水平高的读者来说，阅读是以一个固定的速度来直接进行的，中间并不需要在某些地方停下来进行认真的思考。这种情况下，读书与听书（播放速度要适合该读者）的效果差不多。但有时，在阅读的过程中要求要停下来，把新信息与原有的知识和技能联系起来。在这种情况下，文本的稳定性对读者的理解和学习是大有帮助的。

很明显，水平低的学习者需要利用用那些于理解的认知资源来解析文字内容，这当然会相应增加理解失败或学习失败的可能性。而且即使是高水平学习者，也可能对长的新单词理解产生困难，比如陌生领域中的技术词汇。这两种情况下，学习者都将利用文本的稳定性来避免失败。遇到困难时，学习者将放慢阅读速度来多看一段时间，或者看一看前面的单词帮助回忆这个单词的意思。或者，学习者会查出这个单词的多种意思，停下来多看一看，多想一想。或者，看前一段文字和前面一个句子，从上下文来判断这个单词的确切意思。这种困难可能来源于奇怪的句法结构或所读文章的难度。换言之，当学习者发现该段落在文章中非常重要，或者段落的句子组织不太好时，他们会放慢阅读的速度。

这些例子介绍了读者是如何利用文本的稳定性特点的，他们既可以降低阅读速度，也可以退回到前面的阅读内容之中。但是磁带录音机这种更先进的媒体却很难做到这一点。不过，这种特性只在很少的一些场合才显得必不可少。例如，在Shebikke和Reid的研究中，读者将速度从每分钟302词降低到286词。这种区别在统计学上很重要，但实际上意义却不大。因为磁带通常的播放速度是每分钟110-120词，这种速度已经很慢了，足够解决听者理解上所存在的困难。即使对于磁带录音机最大的缺点，即不能返回到前面的内容来说，，在大多数情况下也影响不大。声音记忆在大脑中可以留有2秒钟的信息，利用这些信息学习者可以回想起刚说过的3至4个词，这样也起到了与回溯文本同样的效果。因此，文字稳定性最明显的优势表现在，当学习必须向前查看一段文章之时，这是文本独有的特点。

或许，比利用文本的稳定性来帮助学习者克服理解上的困难更为重要方式是，利用文本的稳定性，将高度熟练的阅读技能与精巧的记忆结构结合在一起，妥善地处理所熟悉领域内的大量文本信息。在Bazerman的研究中，对这种作用进行了详细的描述。Bazerman曾经采访过七位物理学家，并观察他们如何阅读本领域的专业文献。这些读者对读物特别挑剔，他们根据大量已有事实和学科当前状况、将来发展方向以及个人知识、同行的判断为标准来决定阅读内容。他们的阅读兴趣是寻找对当前研究目标有用的信息，或者扩大他们该领域背景知识的内容。他们就是按照这些目的来选择文本资料的。

为了达到目的，他们通常快速浏览目录表和在标题中寻找某些词。如果某些词引起了他们的注意，他们会读一读标题中的其它单词，结果，根据附加的信息，大约三分之二的标题会被丢弃。对于剩余的需要进一步选择的那些内容，他们将会去看摘要，做进一步的筛选。

确定了一篇文章以后，他们将有选择性地阅读它，并且不按顺序，前后跳着看。可能先看结论再看简介，也可能只是浏览一些数据，最后才是认真阅读他们最感兴趣的那部分内容。如果某篇文章和他们的理解不是很匹配，他们会权衡阅读所花费的时间和与其目标相关的潜在收获。如果他们决定阅读一篇有难度的文章（或部分内容），他们会不时地停下，反复阅读，有时候还需要翻阅参考资料和教科书，查找一些背景资料。

以上研究说明，读者是如何利用文本的稳定性来帮助理解的。在Bazerman的研究中，为了读得更快，有丰富背景知识的人将会用一个单词来跳过一大堆信息。另外一些时候，他们阅读的速度则非常慢，在一段中或几段间来回地看，以加强他对这个领域的理解。其他研究（Bayle, 1942;SheBilske & Reid, 1979）也表明，当读者遇到陌生的单词、句法结构或概念时，也将利用文本的稳定性来减慢速度，来回地读。但是，对于用录音带或演讲所表达的短暂语言信息，用这种处理策略则不合适。

多符号系统：通过文本和图画来学习  书本中当然不仅仅包含字母符号。实际上，从初级入门书到大学教材甚至到技术手册都用到了图表。读者是怎样利用图的呢？图像与文本合在一起对认知有什么影响呢？与其他媒体（比如电视，它以动态的方式显示语言和图片信息）相比，书中这些符号的稳定性对认知过程有什么影响？下面将讨论图画和文本对认知的影响问题，后面我们将讨论用电视学习。

对于利用带图和不带图文本来学习的情况，已有大量的比较研究。几乎所有这些研究都只是考察了对回忆的影响，而且用的是Clark所批评的传统类型的实验设计。这些研究一致认为，在一定条件下图画对认知有积极的影响。Pressley、Schallert和Levie，Lentz的看法大致相同，他们认为，如果图画描述了文本的中心内容，图画表示的是重要的新内容，或者图画描述了文章的结构，那么，对水平低的读者来说，图画确实有助于他们记忆这些信息。这种研究所存在的问题是，它不能揭示出图画和文本影响学习过程的机制。

下面介绍的4项研究考察了利用图画、文本理解和学习的过程。简单地说，使用两种符号系统促进了文字思维模式的建构和文字思维模式到情景思维模式的反映。对那些缺乏领域背景知识的读者来说，文本和图画这两种符号系统配合作用，更能促进他们的学习。

Rusted和Coltheart的研究考察了四年级不同水平的学生利用带图画文本学习有关陌生动物的身体特征、行为和生活环境方面的内容。实验结果表明，与纯文本相比，带有动物图画的文本使学生更容易记住学习的内容。好学生记住了所有的图画和文本信息，差学生也记住了图画内容。研究表明，好学生一开始看图画，但当他们开始看文本时就再也不会去看图画了。相反，差学生总是在图画和文本间来回看。实验数据虽不能肯定，但是表明对好学生来说，图画可以帮助他们在头脑中建立动物的图式，这个图式会引导他们阅读，并帮助他们理解。差学生来回看，或许是促进对某些单词的理解，并帮助建构不熟悉的动物和它们的生活环境的思维模型。

Stone和Glosk在研究大学二年级和三年级学生的阅读时，用更精确的测量方法得出了类似的结论。内容是用带图的和不带图的文字来学习安装玩具手推车。纯文本组犯了很多安装错误，特别是方向性的错误。带图文本组的安装则较准确，所犯的错误仅占纯文本组的18%。跟踪眼睛的数据表明，有两种使用图画的方法。学习者大多最开始看图画，然后他们有时再看看图，总的来说，花费80%多的时间看文字。就像Rusted和Coltheart的研究一样，数据表明，读者先用图画在头脑中形成手推车的图式，作为初步的情景思维模型。而后，文本表示了主要的语义信息，详细描述了手推车的部件和部件之间的相互排列，而图画只是用于将这些信息反映到初步的思维模式中。

另外，图画的用途似乎与领域知识有关。在Hegarty和Just的研究中，测试了大学生的机械能力，然后给他们一篇或长或较短的描述一个滑轮系统的文章。短文章仅给出了滑轮系统的部件名称，描述了如何操作。长文章则详细描述了系统中部件的排列和结构。所有文章都附有滑轮系统的示意图。实验精确测量了眼睛在某些单词和图画中的特定地方上来回移动的次数和停留时间。差学生比好学生花费了稍微多一点的时间来看带有详细说明长文章中的插图，这些插图描述了系统中各部件的相互关系。好学生则更多地看短文章中的插图。结果显示，机械能力低的人很难从文本中建构机械系统的思维模型，图画则可以帮助他们建构这种思维表达。机械能力高的人可以从原有知识和现在的文本信息中建构机械系统的思维模型，无需依赖于图画的帮助。有意义的是，当文字介绍不全面时，高水平学生也可以从图画中理解新的信息。

在Kwntz、Drewniak和Schott的研究中，让地理或社会科学专业的学生阅读一些包含气象学概念和规律的文章。在提供给他们的文章中，有的包含有的不包含下列内容：（a）描绘云的空间排列、外观和形状的示意图；(b)一个树状图，描述文章的主要概念以及文章的宏观结构。实验中，学生按照领域知识进行分组。结果证明，对领域知识好的学生，示意图和理解没有关系，而树状图对理解起反作用。相反，领域知识差的学生，如果经常看示意图和树状图的话，理解得好一些。这表明领域知识较少的学生从示意图和树状图获益最多。有足够领域知识的学生依赖其原来的思维模型来帮助理解。当然，树状图可能与学生自己的特有基础结构相冲突，所以妨碍了学生的理解。

这些研究也可以用来解释Pressley对文本和图画研究的结论。他发现，在学习散文故事时，与那些看图画的学生相比，那些没有看图画但在教师的引导下努力发挥想象力的学生，所记住的内容一样多。而那些没有看图画也没有发挥想象力的学生则记住的内容比较少。当然，还要考虑年龄的差异。在阅读文本时，大于8岁的孩子能有效地产生和利用图画，而小于6岁的孩子却不能。在这些研究中，年龄似乎成了一个替代性手段（surrogate measure），表明孩子是否具有丰富的知识，这些知识能帮助较大的孩子产生帮助理解和记忆的思维模式。年幼的孩子可能没有足够的知识帮助他们形成这种思维模式。因此，他们用图画来辅助这个过程。

Greeno对情景模式所进行的详细阐述，可以帮助我们分析文本、图画、认知结构和认识过程之间的关系。Greeno提出了一个理论框架，在他的理论框架中，把知识定义为个人与社会、自然环境之间的关系，而不仅仅是个人的所有物。这个框架扩展了信息处理模式：主要关心知识的内在结构和处理过程，同时也把对学习者来说属于是外部的结构和处理过程包含进来。这个知识的相对概念倚重于情景模型，并且考虑了通过媒体学习的意义。

在这个框架中，按照人的活动组织的对象和事件（如，击球、买卖商品等）以及相关的抽象概念（如，力、边际利润等），使用我们文化范畴内不同的符号和结构（如，语言描述、图表和图形等）来表达。思维表达或思维模型由这些符号和结构派生而出，并且与现实世界中的对象、事件和抽象概念相一致。思维模型由符号对象(symbolic objects)或思维实体（mental entities）组成，思维模型和符号系统（如，箭头表示力的方向）的属性以及符号结构表示的情景中的对象属性（如，小球运动的空间和时间轨迹）相关。Greeno认为，人可以在思维空间中通过推理来解决问题，人们会用与处理现实情景一致的方式来处理相应的符号对象。

然而，通常在学校学习中，思维对象和操作与真实世界的对象、事件和概念的联系很少，人们通常只是把它们反映到相应的符号系统上。上述研究表明，对某些学习者而言，在文字之外使用图画这种媒体，能提供必要的信息，从而帮助他们建立来源于文字的思维模型和现实世界的思维模型之间的关系。这可能是因为，与语言符号系统相比，图画符号系统与现实世界中的对象、事件有更多相同的特点。

小结 我们现在有一个通过书本学习的场景图，它描绘了人的信息处理过程与这种媒体的稳定性特征和符号系统的关系。读者逐行阅读文字，形成了基于文字的表达方式。他们利用文本中提供的信息和长时记忆中已有的图式帮助来建立一个情景思维模型。在重要的或困难的地方，他们会放慢速度或者停下来查生词或难懂句子的意思。他们也可以利用自己的专业知识和高超的阅读技巧来选择与工作相关的阅读内容。他们通过标题和摘要作初步的选择，跳过某些段落或整篇文章，只把注意力集中在感兴趣的部分。他们先读总结，然后读简介，反复阅读某些段落，并在文本中前后翻阅寻找重要的内容。

如果书本中有图的话，学习者会把它当作文字的补充。在熟悉的领域，一开始看图片能够唤起他们的专业知识。在一个陌生的领域，读者将在文本和图片间来回跳动，以确定某个词的意思或者去建构一个情景思维模式。所有这些策略和最终形成的思维呈现都将受到读者的知识、学习任务的目标、符号系统以及书本文字稳定性的影响。

利用这些特点，书本的作者可以某种方式来弥补学习者的技巧不足和认知方面的缺陷。作者可用书本中文字、图片的稳定性特征和有关人类理解过程的知识来设计书本的结构，以支持、促进读者的学习。这些结构可能包括标题、后续提问、明确表述的行为目标、密切的上下文关系和标号等等。例如，在Brandsford和Johnson研究中，实验组的学生学习一篇文章，这篇文章的语言非常简单，没有生词、难理解的结构和复杂的概念，但他们觉得学起来很困难。对照组的学生也给了同样的文章，只是在前面加上了标题。这时理解就容易得多，而且他们记忆的效果也更好。我们推测，可能是因为标题唤起了学生记忆中一些适当的图式，这种图式提供了文章中没有明确表述的，但对学生的理解却是很重要的信息。另外，一些文本策略（test strategy）也可能引发不同的阅读过程，例如翻看前面的内容促进记忆，把注意力集中在特定类型的信息上，或者在文章的概念之间建立内在的联系等。这种对文本的设计可以支持Bazerman所提出的目标和图式驱动策略（purpose and schema-strategies）。至少，适合于有足够基础知识的学生。

对图片认知功能的理解也可以指导教学实践。这种理解使文字作者了解图片的作用，并且能够在特定的情景灵活地运用图片，能够针对特定的学习者和学习任务灵活地设计图片。这也提出了一些具体的建议，例如图片在文本中的位置、图片的真实程度、箭头的运用和其他强调手段的应用。例如，上述研究表明，对于高水平读者来说，如果他们要用图片的话，图片应放在文本前面；相反，低水平读者将从分散的、与有关文字排列在一起的图片中获得好的学习效果。Winn的研究指出，图片中箭头的使用能突出对象的关键属性，这能促进后续的学习，但图片的细节会干扰读者了解该对象的结构或功能。

                  通过电视来学习

电视在很多方面与书本不同，而这些不同可能会影响学习者的认知结构和认知过程。像书一样，电视也能利用图片、图表和其他符号系统。但是电视中这些符号所表示的信息是短暂的，而且是动态的。电视上的语言信息可能是规范的，但大多数时候是口语化的，并且像录音带和收音机一样是短暂的。正是因为电视中语言和图画都是短暂的，并且是同步的，观众可能会以一种与书本十分不同的方式来处理这种信息。电视所所使用的符号系统及其短暂性特点还可能影响通过电视产生的思维呈现。

电视的认知联接窗口   人们普遍认为，在看电视时小孩就像傻瓜一样一动不动地盯着电视屏幕，但事实并非如此。当有其他玩具时，在一小时内，小孩的视线可能要在电视和玩具之间来回移动一、两百次。人的视觉注意力从幼儿期的低水平不断增长，到小学高年级时达到最大值，成年期又会有一定的下降。尽管眼睛看物体的持续时间平均只有几秒钟，但是持续一分钟也不鲜见。不过，可以使视线能够保持十分钟就比较少见了。这种不连续地、周期性地去注意一个不停播放信息的媒体，对理解和学习有重要的意义。

研究表明视觉注意力受到很多因素的影响。有一组因素，Huston和 Wright称之为形式特征（formal features），包括使用不同类型的声音（如小孩、男人、女人）、笑声、声音效果、不同类型的音乐、动画、镜头切换、图像放大、镜头摇动等等。影响小孩的即时视觉注意力的因素可能与这些不同，但研究表明，他们以一种表面化的方式监视着显示画面，随时被特定的声音重新吸引到电视画面上。引起人视觉注意力的特征有女性和儿童的声音、笑声、古怪的声音、音响效果、声音变化和视觉的运动。能够吸引人们连续观看的特征有特殊的视觉效果、镜头的摇动和物体的不停运动。通常，能让孩子们移开视线的特征有男性的声音，长镜头和静止不动的图像。

视觉注意力似乎是自小到大，随年龄而变化的。但是其他的研究表明，孩子们认为视觉的形式特征与视觉所表达的有意义内容的多少是一致的，这就是影响视觉注意力的第二个因素，即视觉呈现的意义和可理解性，引导着人的视觉注意力。例如，Anderson、 Lorch、Field和Sanders（1981）发现，把正常的《芝麻街》片段与经过特殊处理（特殊处理是为了增加理解的难度，例如使用不同步的配音或者使用外语配音）的片段相比较，前者吸引视觉注意力的效果要好得多。Andeson 和Lorch假定，通过大量的观看经历，孩子们开始建立不同的形式特征与所表达的内容之间的联系。例如，男性的声音一般与成人化的内容相关，这样男性的声音就不会吸引他们的视觉注意力。

Huston和Wright认为，这种可理解性与视觉注意力的关系是一个倒U字形。人们对特别简单和特别难的内容倾注的注意力最少，对于中等难度的内容倾注的注意力最多。这样形成了一个认知的联接窗口（window of cognitive engagement），这个窗口对每一个观众可能都是不一样的。Huston和Wright断定，在这个窗口中，对于理解而言，视觉注意力是必要的，但不是充分的条件。即使有了视觉注意力，理解的深度也是不一样的。

Salomon介绍了一个新概念：投入的思维努力量（amount of invested mental effort），或者AIME，来解释所看到的和理解程度之间的差异。AIME把对资料的深度、努力、主动处理与粗心的或者浮浅的信息处理区别开来，后者容易导致低效的学习。AIME依次受几个因素的影响：一个是对处理媒体信息时所需要的努力程度的态度，另一个是学习的目标。

Salomon对一个六年级学生的样本进行了研究。他们认为，与书本相比，电视是一种更方便的学习媒体。实验要求学生通过看电视和看书来阅读同样的故事，按照学生们的报告，阅读组所做的努力比看电视组要大的多。两组学生在事实识别的测试中分数相等，但是在考核学生按照故事情节进行推理的测试中，阅读组的分数高于看电视组。

Krendl和Watkins让五年级的小孩看了一个15分钟的教育节目。他们对一半的学生说只为娱乐来看，而告诉另一半学生这是一个教学节目，看完后回答问题。尽管两组对故事情节的回忆是一样的，但教学组学生理解得更深。他们能说出更多故事情节和人物特征，并且对节目的意义有更多的推理性陈述。

这些研究表明，学生对媒体的领悟力和他们观看的目的，影响了他们在信息处理过程中的努力程度，结果也影响了他们理解的深度。下面详细描述了通过电视努力学习时的认知原理并检验认知过程与电视媒体特征的相互作用。其中，主要考察了与电视信息处理过程有关的三个问题：语音和视觉信息同步显示的问题，短暂信息的处理速度问题，利用这些短暂信息了解思维模式的转变作用。对于第一个问题已经有了很多的研究，而对于其它两个问题的研究还比较少。

两个符号系统的同步处理   视频的重要属性是能够同时处理语音和视觉的符号系统。在认知的联接窗口内，这些符号系统是如何工作的，究竟是独立地还是共同地影响以电视为媒体的理解和学习过程？其中的一种符号系统是否能传递所表达的意义？两个符号系统同时显示是阻碍了还是促进了学习？

Baggett（1979）发现，单独的图片或语音符号系统就能传递语义信息，如故事情节。在这个研究中，要求大学生观看一部电影《红色气球》。这个电影有两个版本，一个是没有对话的电影，另一个是实验用的只有声音的版本。他们看完后，或者马上或者一周后写出电影中的一个情节概要。经过训练的评价者对这些概要进行了分析，发现，那些看完无对话电影后与听完故事后立刻写的概要是相同的。无论使用哪一种媒体，都能建立主题的宏观语义结构（即概要），但是眼睛所见的信息记忆得更长久。看了电影一周后完成的概要比听录音一周后书写的概要要完整多了。

虽然两种符号系统都可以传达信息，但是Baggett（1989）认为，视觉和听觉所表示的信息在大脑记忆中的表示是不同。她认为视觉表示包含有更多的、更密的信息。短语“红叶”只包含一个对象的名字和修饰语，但是红叶的视觉表示包含了有大小、颜色和形状信息的图片。另外，视觉表示包含很多信息标记（pegs），可以与长期记忆中已经存在的信息建立联系。这些附加的联系使视觉信息更难忘。

视频媒体的重要特征是听觉和视觉信息的同步播放。观众如何处理来源于两种媒体的信息？目前有两种基本的假设。一种是听觉和视觉信息同步播放会争夺有限的认知能力，致使理解力降低。另一种是信息用两种符号系统同时呈现会加强理解效果。

已经有多项研究对视频节目和由视频节目分解得到的声音或视觉表示进行了比较，目的是确认这两种信息源单独或者共同使用时在认知过程中的作用。没有一项研究认为，听觉和视觉信息合在一起使用的效果比单独使用差。大多数研究发现，它们一起作用比单独使用一种的记忆效果更好。这使认为听觉和视觉信息同时使用会竞争有限认知能力的假设被推翻了。

在几项研究中运用了多种记忆测量，以追踪不同类型的知识来源于哪一个符号系统。1982年，Meringoff让9岁和10岁的小孩画出并谈论对《渔夫和他的妻子》的想象，并对这个故事进行推理。与那些听这个故事的小孩相比，看录像的同学画的图画更详细、更准确。听故事那一组的孩子依据他们先前的知识和个人经验（更像那些不知道故事的控制组孩子）来推断细节，经常发生语言描述错误。1983年，Beagles－Roos和Gat让一年级和四年级的学生分别通过动画和录音带来学习两个故事，结果由于故事内容清晰，两组学习得一样好。但是，视觉组回忆了更多故事的细节，对图片排序任务完成得更好，并且根据描述的行为进行推理。听觉组更多地用表述性的语言复述故事，并依靠听到的和先前的知识进行推理。

人们能够单独使用听觉信息或视觉信息来建构故事含义的思维呈现，但是两种信息同时呈现时，能够提供额外的、保留了每种符号系统原始特征的补充信息。小孩从听觉途径记忆声音和语言，从视觉途径记忆视觉细节。另外，视觉符号系统的密集信息比声音信息更有利于建构情景思维模型。学生听了录音带后，更多地要从记忆中获得信息。对那些精通专业的人，声音信息已经足够了，但是对于那些缺乏背景知识的人，视觉符号系统能提供重要的背景信息。

这与文本和图画间的关系是相似的。但是，文本处理好像是由语言信息的建构所驱动的，而视觉理解是由视觉信息处理所驱动的。这在Baggett（1984）的一个研究中是很明显的。在一个展示装配工具包各个部分的名称和功能的录象中，他临时改变了声音和视觉信息的顺序，让讲解与图文同时出现或者提前/滞后7秒、14秒、21秒出现。在同步、声音延迟7秒这些情况下，即时的和7天后的测试中，大学生的表现都很好。声音最早出现的那一组表现最差。这表明，在录像放映过程中，视觉是主要的信息源而听觉信息只是进一步细化。

短暂信息的处理    电视的另一个重要特征是它的信息可以是，而且通常是短暂的。放映的速度和连续性可以影响理解的程度。Wright等人（1984）用了不同速度、连续性的长15分钟的16种儿童节目。这些研究者把速度定义为背景和人物改变的速度。连续性差的节目是那种场景之间是互相独立、不连续的（像杂志一样的）。连续性好是指场景间的连接很好的节目（如故事）。叫小学生们看这些节目，并要求他们按照节目内容把一组静态图片排序，以此来测试他们的记忆力。那些看了速度慢、连续性好的节目的学生记得更好。对更小的小孩情况也是如此。

很奇怪，很少有人研究放映速度对理解的影响，但是这可能是区分用电视和其它短暂性媒体学习和用稳定性媒体（书本）学习的一个重要参数。Wright等人（1984）把速度定义为一个显示特性——单位时间显示的信息数量（如背景和人物的变化）。但是从认知角度来看，最关键的应是认知速度——单位时间里所处理的信息数量。从这个角度看，假设信息单位是chunk——一个大小依赖于信息的熟悉度和意义的半弹性单位。以下列出的每个单词可能就是一个chunk：Lincoln、calculus、criminal、address、differential、lawyer、Gettysburg。再排成Lincoln、Gettysburg、address、criminal、lawyer、differential、calculus，一个chunk可能比一个单词大（如Lincoln’s Gettysburg address），只要该词组在长时记忆中有意义。Simon检查了许多实验结果，得出结论说短时记忆的容量是5到7个chunk。他还断定把一个chunk固定在长期记忆中需要5到10秒。因此尽管处理信息的时间是相对固定的(即一个chunk 5到10秒)，但是单位时间处理的单词量与chunk 大小有关，这又与长时记忆中的相关基础知识有关。

看书时，读者根据理解的需要调整阅读速度，来确定每个chunk的单词量。看电视时，放映速度不会因学习者的认知约束而改变，不论理解与否，都按一样的速度播放。观众可能对放映的东西非常熟悉，那么即使放映速度很快也能跟上。换言之，观众的chunk大得足够可以保持学习理解的速度与放映的速度相当。即使注意力分散丢失了信息，他也可以利用长期记忆中的该专业知识来弥补。如果学习者缺乏专业知识，chunk就会减小，学习速度也会降低，可能低于信息放映的速度。同时，长时记忆中也缺乏足够的知识来弥补丢失的信息。因为信息转瞬即逝，学习者不能退回去恢复短期记忆。这样就会导致Anderson和Collins所说的阶梯式理解失败（cascading comprehension failure）。然而，由于缺乏足够的研究，这种观点还有待验证，还需要做大量的有价值研究工作。

上面讨论了视频信息的短暂性可能导致的问题。但是这种短暂性也可能对建构动态思维模型有好处。前面提到过，Greeno认为人们利用思维模型，通过解决问题来进行推理。因为思维模型被认为是由连续的、可执行的思维实体组成的。每个思维实体有相关的状态标识、一组参数、一组修改参数的过程和一套把它与其它对象联系起来的关系。模型是这样运行的：把一个对象的状态改变并传播给互连的对象，然后用相关的过程和关系去修改参数。这样思维呈现将从现在的状态转化成未来的状态。这样，这些信息就可用于推理和解决问题。

例如，典型的物理思维模型包括与场景中的物理对象相对应的实体，比如滑轮、弹簧和滑轮系统。人们如同操作实际的实物一样操作思维实体，从而得出“下一步将发生什么”的结论，以解决物理问题。

Holland等人（1986）认为，学习者在建构思维模型时，学会一个呈现的转换功能是一个关键性目标。人们期望用视频信息的基于时间、短暂的特性来了解思维模型的动态属性，就像物理学中一样。例如，观察一个沿着轨迹运动的物体，能够为学习者提供用于估计物体状态改变的信息。这种信息从类似文本这样的静态媒体中是得不到的。尽管熟悉者能利用已有的知识从静态图片中或从记忆中得到这种动态信息；但是生手可能得不出这种信息。因此，他们会从电视信息的动态特征中获益。然而，就像在下面《通过计算机学习》中要谈到的一样，这种信息不足以克服新手经常会犯的概念错误，就像那些关于运动物体的错误概念。同样由于缺乏足够的研究，这些观点还值得思索。

小结  电视观众对视频演示的控制程度较低，他们的即时视觉注意力周期性地被特别的声音所吸引，并由学习内容的意义来保持。这样就形成了一个认知学习的窗口。在这个窗口中，他们对信息的处理有时候是不努力的，导致建构的信息呈现非常浅的和不细致。然而，当有了一个具体的学习目标时，他们又表现得非常认真，建构更多详细、精致的信息呈现，并从这些信息表示中得出更多的推论。

构成视频表示的视觉成分是难以忘记的，由这些视觉成分建构的视觉呈现尤其适合于传递背景信息。语音符号系统传递声音、语言信息，帮助解释视觉信息。单纯使用声音符号系统传递信息时，要依赖长期记忆中已有的基础知识，来帮助建构情景思维模型。对于基础知识不好的人来说，单纯使用声音信息会增加他们学习的困难。

学习者利用其已有专业知识来处理信息，与信息放映速度同步地处理信息，并利用专业知识来弥补丢失的信息。放映中的短暂信息有利于建立思维模型的动态属性，因此可对呈现的现象进行推理。但是，如果观众对演示的内容比较陌生，在长期记忆中就没有多少可用来弥补的信息。在这种情况下，如果放映速度超过认知的处理速度，就可能导致理解失败。

教学设计者可以利用这些知识做出与媒体有关的决策。例如，对那些有良好背景知识的人来说，通过书本学习比通过录音带或录像学习效果更好，这时书本媒体就足够了。有些初学者也可以利用书本的稳定性获得良好的学习效果，他们可以放慢阅读速度，还可以翻看前面的内容，或者不停地来回翻动书本。但是，如果让初学者使用电视媒体学习，这些人可能由于理解速度跟不上播放速度而导致学习效果不好。因此，对新手来说，应该使用更具稳定性的媒体，或者降低录像的放映速度。如果学习者对某些内容比较熟悉，他们的理解速度能够跟得上播放的速度，那么电视符号系统能提供一些辅助信息，有利于帮助学习者建构情景思维模型。在视频产品中，语音信息应该与视觉信息同步或者紧跟在视觉信息后面出现。

通过计算机来学习

到此为止，我们已经按照媒体的符号系统特征描述和区分了媒体。对于一些特殊的媒体，我们还可以按照其特殊的处理能力来区分。特别是计算机这样的媒体，它是一种典型的具有很强处理能力的信息处理器。例如，计算机能把按照一种符号系统所表达的信息转化成另一种符号系统表示的信息。学习者可以键入文字，带语音合成器的计算机可以把它转化为语音。计算机能接受方程式、数值或者模拟信号并把它们转化为图表。下面的研究阐述了计算机怎样帮助学生来建立符号系统（如图表）及其所代表的现实世界之间的联系。研究表明，在这方面计算机的处理能力比符号系统更为关键。

计算机能够处理过程信息。也就是说，它能按照一定的规则操纵符号信息，使其显示出一定的过程信息。比如，让屏幕上的物体按照物理规律移动。下面的研究将显示这种性能在帮助学习者细化思维模型和纠正错误概念方面的作用。

通过MBL来连接现实世界与符号  学校教学的重要内容是让学生理解符号系统及其所代表的现实世界之间的联系。然而，学生经常无法把学校学习的符号信息与现实世界联系起来。这时，计算机的处理能力就能够完成这种联系。

图形就是一个例子。 Mokros和Tinker发现，7、8年级的学生在理解图表时，常犯错误。他们发现了两种出错的方式：第一、很多学生把图表（graph）和图片(picture)混为一谈。要求学生用图表来表示上山、下山和水平地上的自行车行驶速度时，一半的学生画了表示山和沟谷的图，但没有表示出速度大小的变化。第二，当要求学生指出图表中最热或最冷的点时，75％的学生回答不正确，其中一半的学生选了最高（或最低）点，而这是温度变化最快的点。

Mokros和Tinker在三个月内用“基于微型计算机的实验室”（microcomputer_based lab, 以后简称为MBL）继续对125名7、8年级的学生做实验。MBL用各种连在计算机上的传感器（温度探测器、麦克风、运动传感器等）来收集模拟数据。计算机实时地收集这些模拟数据并转化成图表显示在屏幕上。我们来看一个典型的实验单元，学生打开加热器，在固定的时间内给液体传输了固定的热量。连在计算机上的温度探测器就可以立刻把温度的变化（图表的方式）显示在屏幕上。Mokros和Tinker在实验前后所做的测试表明，学生们理解图表的能力有了很大的提高（在16个项目的测试中，m的值从8.3提高到10.8）。特别重要的是，学生们能够分清图表和图画了。

    Brasell做了类似的研究，他将MBL用于高中物理课的学生。第一组学生花了一节课的时间实时收集和观察MBL数据（标准MBL组）。第二组同样收集数据，不同之处在于图形20秒钟后再显示。另外有两个对照组。第一个对照组用铅笔和纸把数据描绘成图表，第二个对照组只参加测试。分析表明，标准MBL组的图表识别能力比其他组高得多，占了将近90%。Brasell认为，不成功的学生缺乏利用以往经验的适当技巧，虽然图形仅仅延迟了20秒显示，他们没能将物理事件和图表数据联系起来。计算机的处理能力使得符号信息和现实世界的联系更及时、更直接了。

用微型世界来建构思维模式 专家和新手的区别，部分在于他们的思维模式和运用思维模式解决问题的方式。计算机的处理能力能够帮助新手建构很精致的思维模式，使其更像专家的思维模式。

很多研究已经表明，物理专家将广泛的专业知识组织成大的、有意义的chunks，或者称为纲要，这些纲要是按照物理规律而结构化的。这些纲要中不仅包含物理规律，还包含怎样应用这些规律和在什么条件下应用这些规律的知识。也就是说，它含有陈述性知识（declarative knowledge）和过程性知识(procedural knowledge)。

当在书本上遇到一个物理问题时，专家利用题目中所描述的对象（如弹簧、滑轮和滑轮组）及其特征来检索相关的纲要（如，力—质量、做功—能量等）。他们会建构一个思维模式，在这个模型中包括题目中给出的信息和从记忆中补充的信息。这种思维模式包括与真实物理对象（滑轮，滑轮组；Larkin, 1983; Larkin et al., 1980）相对应的思维实体，也包括一些在现实世界中没有具体对应物的实体（如力、矢量、摩擦力和速度等）。这些实体间的关系就是物理规律。专家用这个模式去判断若干种可能的解决方案的优劣。只有定量分析完成后，专家才会用方程式求得问题的答案。

相反，新手则用不同的方式来表达和运用专业知识。他们的物理知识不仅比专家少，而且知识结构也很不同。对于有些新手，他们的物理知识是一堆原始现象的碎片，这些碎片是基于现实世界的物体和行为的，但并没有用形式关系连接起来。他们用这些碎片来建构一个特定问题的呈现。另一些新手可能具备一些一致的、连续的，但却是对自然现象错误的理论、概念，可能与物理规律正好相反。例如：物体只有在有推动力的情况下才能运动。或者，物体被踢了以后，肯定会沿着被踢的方向运动。

在遇到书本上的物理问题时，新手可能用与专家相同的表面线索（surface cue）来检索记忆中的信息。但是与专家不同的是，新手的思维模型主要由与真实实体相关的信息建构而成。这个模型不包含那些表示了物理形式结构的实体，例如力或摩擦，也不包含有关物理规律和原理的信息，或者这些信息是不准确或不完整的。因此，这种模型不足以确定解决的方法，或者它所确定的解决方法是不正确的。

那么，学习者应该如何修改这种不完全和不正确的思维模型以形成正确的专家式思维模式呢？这当然不是自然而然就能达到的，是需要经过努力才能实现的。事实上，这种错误认识可以一直带到人成年之后仍然会存在。因此，思维模式的修改是有一定的前提条件的。例如当思维模式未能适当地预测或解释某些现象时，人们可能会抛弃这个模式而换另一个，或者降低对它的信任程度或对其做些修改。这里，修改思维模式通常就是学校教学的目的。通常情况下，修改模式的一种方法是仔细考虑其情景构成，这是面对特殊问题时选择适当模式的准则。另一种方法是改变与情景相关的转换规则。总的来说，对模式做何种修改取决于下列三点：此前模式所积累的成功经历（曾成功应用多次的模式更可能被修改而不是被取代）、场景中用于区分的认知元素（模式中存在的显著认知元素可以使选择标准更加精练，使模型应用于不同类型的情景）以及修改后的模式和规则是否能够成功解释未来所发生的现象（模式可以有多种修改策略，那些能够准确地预测未来结果的修改策略，将得到保留）。通过一系列这样的区分和细化之后，就发展了专业技能，从而扩展了某一领域的成功和失败的经验。

现在，新手怎样使用计算机的处理能力，才能帮助自己建构专家一样的思维模式呢？首先，计算机的一个重要特点是它能符号化地表示实体，这样的呈现方式可以直接映射到思维模式中。计算机不仅能用图形表示真实的实体，还能表示那些形式的和抽象的实体，这些抽象实体正是新手思维模式中所缺乏的。第二，计算机能够过程化地表现这些符号之间的关系。我们可以使用其他媒体来表示抽象概念，如用文字媒体，用符号表达（如f=ma），或用箭头表示。但是，正如Greeno所指出的那样，这些符号在表示力和加速度的行为时就无能为力了。有了计算机这种媒体，我们就可以使用箭头和其它符号来表示力、速度以及其它抽象概念的行为。例如，速度箭头可根据加速度的方向，变长或变短。另外，学习者可以操作这些符号并观察操作的结果。这样，初学者就可通过实施自己的思维模式，操纵受物理规律支配的实体，把自己的思维模式与计算机显示的结果相对照，进而了解自己思维模式的缺陷。因此，经过一系列这样的实验，他们的思维模式就会从原来的零碎、不一致、不准确的理解变成清晰、完整、准确的思维模式。

在White的几个实验中也得到了类似的结论。White让学生用计算机学习牛顿运动定律。她扩展了di Sessa的工作，di Sessa用LOGO语言开发了一个计算机环境，叫做Dynaturtle，实验任务是按照一定的方向“踢”乌龟来击中一个目标。di Sessa发现，天真幼稚的小学生通常是按照亚里士多德的力和运动的模型（如果对于运动的物体施加一个外力，它将沿着力的方向运动）来操作。亚里士多德与牛顿力学关于力的概念截然不同，牛顿定律认为力是一个矢量，一个物体将沿着施加在这个物体上的多个力矢量之和的方向运动。而学生总是依据亚里士多德模型，等乌龟移到与目标同样高度时，再给它一个90度的向目标移动的力的作用。在牛顿的力学的环境中，这样会得到45度方向的合运动，因此不会击中目标。

Whit（1984）分析了正确的牛顿运动定律，并把牛顿定律正确地分解成子定律（如力的数量和，力的矢量和等），然后设计一系列的游戏，逐渐地把子定律合在一起。每个游戏中都包含可观察对象（如，太空船）和物理形式对象（如，力）。这些对象遵守牛顿定律的某一个子定律（例如，两个矢量相加，可以增加物体某个方向的运动速度）。这一系列游戏的最终目标游戏就是di Sessa使用的游戏。White发现，高中物理课学生使用这些系列游戏不到一小时，就能够利用牛顿定律来完成后面的目标游戏，并且在表述力和运动的转换问题时，有了明显的提高。他们的表现也明显好于那些只上课而不做游戏的学生。

为逐步开发一种支持概念转变的计算机模型，White和Frederiksen（1990）提出了一个教学方法。这些步骤可以引导学生从简单模型进入到高级模型，不断增加规则数量、限定词、要考虑的约束条件和适合的问题范围。模型允许学生预测、解释系统的功能和目标，解决问题和接受反馈并解释。每一个这样的模型是在前一个模型的基础上建立的并促进从前面模式的转换。

White利用这个教学方法设计了一个为期2个月的牛顿力学课程。这次设计上有了很大的改进，可以利用动态符号来表示更多的物理形式结构。例如，以前的物体速度被称为“wake”，作用在物体上的力的矢量合成用“datacross”表示。当学习者给物体施加更多的力时，所看到的不仅仅是物体运动的结果，还能看到力的动态直角矢量分解（即datacross）和速度的动态变化表示（即wake）。另外，在这个模型中还可以增加一些别的内容，比如一些可能需要在微观世界测试的定律和真实世界中的一组转换问题。同时，还可以把摩擦力、引力等引入到这个系统中。实验中，六年级的两个班每天用45分钟的实验课替代其原来的科学课。课程结束时，在一些真实世界的转换问题上对学生进行测试。结果发现，实验班学生的分数明显好于正常上课的两个班学生。对同样的这些问题，实验班学生成绩也好于4个高中物理班的学生成绩。其中两个高中班刚刚学习了2个半月的牛顿力学。

小结 上面研究了计算机的处理能力及计算机媒体对学习者思维呈现方式和认知过程的影响。总的来说，计算机的符号处理能力使符号的图表表示及其所表达的现实世界联系了起来。计算机能够动态地、符号化地表达那些不具体的、形式化的概念，在新手的思维模式中往往缺乏这样的抽象概念。更重要的是，计算机能够过程化地表示对象之间的关系。学习者通过在计算机环境中操作这些符号，可以找出自己不完整、不准确的思维模式和系统中所表示的形式化原则之间的区别。

White的研究表明，在计算机环境中，初学者可以得益于逐渐增加复杂性的学习环境，逐步增加的复杂性帮助他们建构和细化思维模式。Brasell和其他人的研究表明，如果与实际现象联系起来，这种符号系统将更有效地促进学习者的学习。这些有助于学习者把他们的思维模型和现实世界经验联系起来。

用多媒体来学习

最后一部分是最值得研究的。目前，对用多媒体环境学习的研究，特别是对于学习过程的研究很少，这一方面是因为这个领域的研究目前主要集中在如何开发多媒体学习环境，另一方面是因为它正在飞速发展。然而，多媒体能把上述各种媒体的优点集中于一个学习环境中，可以更好地促进学习。

多媒体这个概念已经出现几十年了。直到最近，它才代表以一种协调地使用多种媒体设备的方式（如用录音带为幻灯片配音，也可能用录象带补充）。以前要使用多种设备传递信息，随着技术的进步，现在可以将多种设备集成在一种设备上。在多媒体环境中，计算机起着核心的作用。它协调使用多种符号系统—在一个窗口中显示文本，在另一个窗口中显示图像。它能处理接收到的信息，与学习者协作进行选择和做出决定。

以下将研究讨论两种不同（但很快就会整合）的多媒体环境：交互视频环境和超媒体环境。本文回顾了这些领域发展的报告，探讨了这样的学习环境对认知的影响，并且提出了未来必须解决的问题。

通过交互视频把思维模式和现实世界联系起来 交互视频把计算机技术和视频技术结合在一起，使视频信息和计算机生成的信息能同时显示。在某些实现过程中，信息可以在同一屏幕上显示，并可能覆盖。例如，在一个窗口中视频信息是巨石滚下山的情形。计算机生成力的矢量，叠加在这个移动物体上。在另一个窗口中，可画出速度或加速度随时间变化的图表。或者，学生可以在指定的工作区计算速度和加速度。

Vanderbilt大学的认知和技术小组开发了一系列基于交互视频的复杂问题环境，这些环境定位于现实的目标、活动和场景。这些复杂问题环境提供了丰富的语义环境让师生们能一起研讨科学、历史、数学和文学中的概念、原则，并用这些多样的观点来解决现实问题。这个小组认为，视频信息呈现和文本呈现相比，提供了对事件更真实的表示。另外，它动态的、可视的和空间的特征使学生更容易建构丰富的情景思维模式。

目前，全国有很多交互视频环境处在发展和形成性评估阶段，其中的一个例子是Palenque。Palenque是一个为8-14岁孩子建立的娱乐和教育探索环境。在Palenque中，孩子成为科学考古队中的一员，在寻找Pacal（Palenque全盛期的12岁的统治者）古墓的过程中探索古玛雅的遗址。

在“探索模式”中，孩子可用游戏杆来参与“虚拟旅行”。即录像中通过镜头的视角来让观众“看”从所在位置上能看到的东西、在古墓中行走和爬行的情景。这由一张动态的“您所处位置”图。孩子可用模拟的照像机、指南针和录音机等进行研究。在“博物馆模式”中，孩子可以浏览一个相关信息的数据库，其中有文本、图片、录像、图形等等。这些按主题组织，如“玛雅字型”和“热带雨林”。在“游戏模式”中，孩子可以参与拼装零散的字型和建构丛林交响乐。形成性评估考查系统用户界面的友好性、各组成部分间的要求以及系统的可理解性。

    这种系统可能特别有助于表达社会场合及任务，像解决人际关系、学习外语、决定道德问题。用于理解和解决问题的场景信息单独用计算机表达有时是困难的，但是视频就可以较好地表示。但是正如前面提到的（Salomon，1983），单纯的视频信息很容易以一种无意识的、表面化的方式处理，观众得到的东西就可能减少。用交互视频，计算机能够帮助学习者分析视频场景中丰富的信息，并可以充分考虑和问题相关的所有因素。

例如，Covey设计过一个特别有意义的道德案例学习，名为“死亡的权利？Dax Cowart的案例”。其中，学生们将面对一个年轻人的现实困境。Dax Cowart刚从越南战场回来，却被烧伤了60％，双目失明。而且，作为治疗的一部分他必须每天做痛苦的抗酸洗。他要求停止治疗并要求结束生命。如果继续治疗的话，他能恢复大多数的身体功能，但是生活不能自理。给学生们的道德问题是：治疗该停止吗？

    这个节目并不是想给学生们一个特定的结论，只是提供给他们一个场景来讨论这个问题。Covey认为，要理解别人的道德立场，看来不能只是走过场，还必须亲身体验。这个节目是基于一个真实的故事，拍的是真人，学生们可以看到病人的治疗，并且能够与病人、病人的母亲、医生、护士和律师“交谈”。学生必须考虑到疼痛和伤害、自信和自立、生命质量以及医疗健康的作用等问题。无论学生做出什么结论，都会给他相反的信息以促使他更加深入地理解自己的立场。

    Dax案例研究的交叉媒体研究正在进行，检验视频、文本和交互视频对信息呈现和处理以及对学习者道德推理的影响。同时检验的还有媒体与学生以前的知识、经验和观点的交互。特别有意思的是，视频信息中的社会和人际关系的暗示，以及这些暗示如何适当地成为计算机呈现的文本和指导，用于影响学习者建构情景模式。

    Stevens展示了这种暗示如何能够嵌入系统内，并用于解决问题。在这个系统中，把学习者当作会议的领导者。程序员小组的任务是去评判小组成员的程序代码。评论可以找出程序中的错误，提高程序的应用性。小组领导者的任务是管理会议和适时地进行评论来促进小组的工作进程。这种评论的时间和内容是完全由学习者决定的。系统中成功的行为必须对嵌入的社会信息作出反应。学习者可以在任意一点打断会议，用各种菜单建构一个有影响的、有感情的评论。反馈同样是与上下文有关的。基于知识的专家系统被用来显示小组成员的反应，就如同他们在实际会议中的一样。

    Holland等人认为，有关社会的思维模式中同样充满概念错误和陈规旧俗。通常，人们认为社会行为在个人水平上比在现实中更有可预测性。人们倾向于用演员所做的部署来解释社会行为，而不是用演员面对的场景特点。交互视频环境，就像上面提到的那些，能帮助学习者建立社会情景的模型，并用它们来理解社会行为和解决社会问题。

    用超媒体符号呈现来导航   目前，本文已经花费了大量的时间来讨论媒体和情景模型建构之间的关系问题。然而，Kintsch指出，一些文本，如文学作品，是从它们自己的角度来学习的。在这些情况下，任务的一个重要组成部分是理解所引用的、所建构的背景和文化作品。这部分描述称为超媒体的多媒体实现，并讨论它的认知效果。

    尽管超文本和超媒体最近才流行，但是它们在几十年前就已经存在了。术语是由Nelson（1987/1974）在60年代时所创造的，但是他受到了Bush早期工作的很大影响。按照Nelson的定义，超文本是非线性的文本。它意味着，其实现的方法是屏幕上的一系列与数据库信息联系的窗口。超媒体是超文本的一个扩充，除了文本之外还包含了许多符号呈现。

    这里，可以用一个例子来说明这种简洁的定义。用图片表示一个在计算机屏幕上的文档。可用很多方法检索文档，如，用带AND（与）和OR（或）的逻辑功能。假设这个文档是柏拉图的《共和国》的英译版，如果需要的话，还可以用另外一个窗口打开它的希腊文版。在英文版中，可选择一个单词，计算机给出相应的希腊文单词，反之亦然。可能还有与文本中单词、段落有关的其它信息。例如文本的某个段落可以与它的实时学术评论文章相连，学术文章可以通过数据库检索并显示在屏幕上。对Homer的引用可以检索到《The Iliad》。或者，单词可以与字典的定义、图表、声音或者古代工艺品、雕塑、建筑的高清晰度照片相关联。城市或国家的名字可与其图片联系起来。戏剧标题可以与其视频版联系起来，并用另一个窗口显示。

很多超媒体类的教育开发项目正在一些大学里进行，像哈佛大学的Project Persus、布朗大学的Interdemia以及马里兰大学的Hyperties 。这些领域包括希腊古典乐、英国文学词汇和技术资料。

Spiro和Jehng认为，超文本促进了复杂知识在新情景中的应用和转化。这种认知的灵活性要求知识的表述是多方面的，而不是单方面的。复杂情景的结构特征也要求知识的综合描述而不是简略的纲要描述。按照Spiro和Jehng说法，超文本促进了这种认知灵活性，因为它允许用多种方法、通过不同的概念或主题来探讨问题。这导致了完整的、灵活的知识结构的发展与相近概念主题的相互连接，促进了利用这些知识来解决大范围的问题。同一概念可用于不同的方法，同一概念可用于不同的情景。

当与专家的阅读能力比较时（前面提到的Bazerman研究），这种系统的潜在认知效果是很明显的。专家根据其目的和领域的知识框架，有选择地阅读。他们浏览目录并依个人顺序来选择阅读的内容。有时，他们读得很快；有时他们又读得很慢，而且来回看。丰富的信息和非线性结构的超文本肯定会有助于这种非线性阅读。

一种没有广泛使用的超文本功能也有助于这个过程。当前超文本系统的众多功能是搜索--浏览系统。学习者可用他喜欢的方式来看作者创立的数据库。其它系统允许学习者添加他们自己的信息，建构自己的关系，也许用图片、指针结构等符号来表示信息、关系。这种系统可设计成与学习者在记忆中建构概念间关系时的处理过程一致。Salomon指出，这将使学习者不仅仅考虑观点，还要考虑它们的联系和结构。更加重要的是，他们提供了一个表述信息的显式模式，在一定条件下，学习者可以把它用作思维模式。

除了一些赞美这种系统的潜力和描述个体项目的文献外，迄今为止，对超文本的研究很少。已做的研究集中于超文本更基本的功能（如搜索功能）和相对简单的任务（如区分文本中的特定信息），而不是学习或问题解决任务。有一些令人鼓舞发现，认为超文本引起并发展了应用于标准文本之外的认知技巧，但是还需要更多的研究。Bazerman的研究指出，物理学家的大多数阅读行为是与他非常广博的专业知识和运用媒体的技巧分不开的。专业知识和运用超文本的技巧对阅读的影响也需要类似的研究。

事实上，Charney提醒大家注意，超文本的一些非常有吸引力的特征对有些学生的使用来说可能是一种困难。例如，超文本的非线性特征要求读者决定读什么东西、以什么顺序读；这对于新手似乎是非常困难的。比较而言，作者决定的信息顺序和一些用来表示结构关系的提示对于新手是很有帮助的。迷失方向在超文本中是一个潜在的问题，特别是对于那些缺乏扩展纲要的学生，纲要可以帮助他们方便地定位新信息。最后，由于缺乏关于领域的选择标准，新手可能阅读很多与目的无关的材料。因此，超文本虽然有前景，但是也有一些挑战，这些挑战需要进一步的研究。

小结 集成的多媒体环境把上述各种媒体的符号和处理能力集中在一起，帮助学习者将知识与其它领域联系起来。交互视频环境有助于学习者建立、分析问题（特别是社会情景问题）的情景思维模式。超媒体环境是用于帮助读者在文本和其它符号表达间建立关系，并建构基于这些关系的意义。对于这种环境的预期效果已有了一些似是而非的说法，但是还需要验证。甚至在某些案例中，还出现了较严重的问题。无论如何，教学设计者发现这些强有力的开发环境对于实际的应用有重要意义。

例如，这些环境可以改变教学设计者的媒体决策性质。直到现在，媒体的选择还是一个宏观水平的问题。也就是说，用视频还是录音带是考虑了多种教学因素后的一种平衡选择，而且贯穿于整个教学过程和并应用于所有学习者。可视化信息展示的需要必须与所增加的成本相平衡。

这些传统的结构、宏观的决策已经影响了媒体的研究。对媒体研究者而言，一个重要的问题是：对学习者而言，一种媒体与另一种相比，其整体影响是什么？这个影响足以偿付附加的产品和传递费用吗？在过去的三十年中，这个问题驱动着媒体研究，但对通过媒体学习并没有产生多少影响。

另一方面，集成多媒体环境的媒体决策将是一个微观水平的问题。在这些环境中，可以依据学习者的需要重新配置。对适当媒体的即时选择，能响应特定学习者的需要和任务要求。声音信息，甚至文本信息对大多数的表达或大多数的学习者来说可能是足够了，而视觉信息能为特定的人、特定的段落、特定的时刻和特定的目的方便地显示。

宏观水平的决策依然存在。因为相对于其它工具来说，这种多媒体环境的成本是很高的。然而，设备的价格持续下降。一些系统的产品价格可以更低。挑选某个部分做成录像带，这样就不会导致整个系统成本的增加。如果这种系统依据交互过程来决策，不需要为所有分支编程，设计成本就不会增加。

从宏观水平到微观水平的设计决策的转变，需要理解学习者和媒体之间的即时合作。这种合作为媒体研究者提出了很多问题：学习者的预备知识是什么？这些知识是如何表示和建构的？学习者又如何利用它来解决问题？这样表示、操作的学习者范围是什么？什么样的符号系统能最好地表示任务的各个组成部分？这些又如何与学习者表示任务的方法相一致？学习者处理不同的符号系统的技巧是什么？他们是如何同时处理各种符号系统的？媒体如何能够以支持学习者的方式来处理这些符号的？

这些问题中的许多问题已经在上面回顾的研究中谈到了，本研究说明了微观水平的媒体决策。然而，现实问题是从一个集成的多媒体环境中提出的，而且这些现实问题还将涉及更多的这个研究中没有提到的问题。

结论

媒体会影响学习吗？Clark认为在任何情况下媒体不会影响学习，本文的研究表明必须改变这种观点。在教学过程中，有些学生可能会完成特定的学习任务不关心采用什么样的呈现工具，但另外的学生则可能会充分利用特定媒体的优势来帮助建构知识。

学习过程的很多方面受到媒体的与认知相关特性的影响：媒体技术、符号系统以及处理能力。例如，书本中语言和图画信息的顺序处理，受到印刷技术稳定性的影响。一些学习者依靠图画来建构一个基于文字的思维呈现，并且建立文本思维模型到情景思维模式的反映关系；在不需要图画呈现的情况下，另外一些人能按照记忆中的信息来构建这个模式。在电视中处理语言和和视觉信息，受到多种媒体表现形式、内容同时呈现的影响。有些学生喜欢利用电视上的多种媒体形式建构信息丰富的情景呈现，特别是使用电视的动态效果；另外一些学生则能在记忆中产生这样的情景呈现，因此只要有文字或声音媒体表达就足够了。用计算机学习的过程，受到计算机媒体是否具有动态地表达形式的结构，以及在学习者的控制下实例化过程联系能力的影响。一些学生使用计算机建构、结构化和修改思维模式；另一些学生则可以依靠头脑中已有的知识来建立思维模型，同时并不需要计算机的帮助。

然而，Clark认为，即使学习结果有差别，也是由于方法问题，而并非媒体的影响。这样，Clark就在媒体和方法间制造了一个不必要的裂痕。媒体和方法是相关的，都是教学设计的一部分。在一个特定的教学设计中，媒体促进或限制方法的应用，方法利用并实例化媒体的能力。虽然有些教学效果可归因于单一的媒体或方法，但是它们之间更多的时候要相互配合，好的教学设计要把方法和媒体很好地结合起来。上面引用的各项研究表明，学习效果会受到教学方法的影响。同时我们还要注意到，这些教学方法利用了媒体的与认知相关的能力来弥补学习者在背景知识和认知技能方面的不足。当然，如果使用的媒体不合适，特定的教学方法将很难或者不可能达到预期的教学效果。

最后，Clark呼吁暂停对媒体的研究，但是这篇文章却提出了更多地进行研究的理由。尽管我们对通过媒体学习的机制有了越来越多的了解，仍有很多难以回答的问题。最近开发出来的教学环境的认知效果就有待探讨，需要进行研究增加这方面的认识。

此项研究本身也因为媒体的利用而得到促进。计算机提供了一个独特的机会来考察学习过程以及学习过程与媒体能力的相互作用。特别有用的是，对敲击的键盘、打字的速度和选择的菜单等数据，计算机能随时收集并留下记录文件。这些数据再加上学生单独工作和“出声思考”的录像，可以用来考查媒体对学生的思维模型和认知过程的影响。几个学生共同工作、交谈的录像带为我们提供了分析学生和学生之间、学生与媒体之间是如何共享认知过程的机会。合成的计算机和视频记录可以成为强有力的定性分析的数据，成为被研究者共享的分析结果。心理学家、人类学家和社会学家对这些原始数据进行分析，可以从不同学科的角度开展对媒体的研究，同时可以增进这些知识之间的联系。

最后，我们利用新技术的能力，将依赖于教学设计者的创造力，教学设计者发现媒体特性的能力，以及我们对媒体性能和学习之间关系的理解。因此，停止对媒体的研究将危害这些前景。