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心率变异性反应多媒体学习过程中心理努力投入程度——邓赐平教授课题组发表最新成果

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       “心理努力”(mental effort)是指个体为了满足任务需求而实际分配的心理资源(Paas, 1992)。学习过程中个体心理努力投入程度会直接影响其学习效果。然而,前人对于正向情绪如何影响心理努力投入并没有明确的结论。一方面,多媒体情绪学习理论(CATLM, Moreno, 2006)认为,正向情绪体验会促使学习者投入额外的心理资源用以加工学习内容,进而提高学习成绩。而另一方面,又有研究表明正向情绪会降低个体对任务难度的评价进而减少心理努力投入(Raaijmakers et al., 2017)。

       前人研究大都采用问卷来测量学习过程中的心理努力投入程度。而Uzun & Yıldırım(2018)认为正向情绪体验可能造成学习者低估其实际投入程度,因此,有必要采用更为客观与直接的方法来对心理努力进行测量。为此,研究组试图引入其他测量范式,通过分析学习者的心率变异性指标探究学习过程中正向情绪对实际心理努力投入程度的影响。

      实验随机招募了60名在校大学生被试,分为两组。实验组被试(N =30)学习一段经过情绪设计的学习材料,而控制组被试(N = 30)学习一段中性设计(黑白)的学习材料(图1)。情绪设计(emotional design)是指利用亮暖色以及卡通拟人化的表情对学习材料进行改造,从而唤起学习者正向情绪体验的一种教学设计方法(Um et al., 2012)。相关研究表明,这种教学设计方法能够在尽可能保持原有学习材料不变的基础上唤起学习者正向情绪,进而提升学习效果。本研究中,学习前后被试分别完成一系列问卷用以测量其情绪与学习动机变化;学习结束后,被试需要完成回忆与迁移测验来检验其学习效果。整个学习过程中,研究使用多导生理仪监测记录学习者的心脏活动,并根据这些心脏活动计算被试的心率变异性指标(HRV, Heart Rate Variability)。

 

[图1] 情绪设计学习材料(左);中性设计学习材料(右)

 

      心率变异性分析被认为是一种测量特定任务中个体“心理努力”投入程度的有效手段(Fairclough & Mulder, 2011)。本研究采用频域分析方法,对心率变异性指标的两个特殊频段进行分析(图2)。中频(MF,0.07 – 0.14 Hz)在特定任务中的变化被认为同时反映了交感与副交感神经系统活动(Task Force, 1996)。高频(HF, 0.15 – 0.40 Hz), 也被称为窦性心律不齐(RSA),被认为是迷走神经对心脏副交感控制的指标。一般而言,随着个体心理努力投入程度的增加,MF与HF频段会发生明显地下降。

 

[2] 心率变异性功率频谱图

 

      问卷结果表明,经过正向情绪设计的学习材料相较于中性学习材料唤起学习者更多的正向情绪,提升了学习动机并提高了学习成绩。心率变异性分析的结果显示,学习过程中,高频HF在情绪设计组表现出显著的下降,但是在中性设计组却没有显著变化(图3)。这一结果表明,正向情绪促使学习者在学习过程中确实投入了更多的心理努力,这可能代表了一段更长时间的持续性注意(Ravaja, 2004)。另一方面,中性设计组被试的中频HRV在学习过程中明显上升(边缘显著),而情绪设计组被试的中频HRV则没有发生显著变化(图4)。对于这一结果,一种可能的解释是中性设计组的被试在学习过程中减少了心理努力投入,而这种心理努力投入的降低可能是由疲劳、无聊等因素所引起的(Mulder, 1986)。

 

[图3] 高频HRV变化,ND = 中性设计,PD = 情绪设计

 

[图4] 中频HRV变化,ND = 中性设计,PD = 情绪设计

 

       在很长一段时间里,情绪因素在一定程度上被多媒体学习研究领域所忽视。近年来,研究者们开始重新审视情绪在学习过程中所起的作用。然而,对于情绪究竟是如何影响认知加工过程进而影响最终学习效果仍缺乏明确的解释。本研究采用外周生理记录的方法揭示了学习过程中正向情绪对心理努力投入的影响,为现有理论提供了实证支持,并为将来的研究提供了新的方法与视角。

       本研究已在线发表于期刊Computers in Human Behavior (SSCI, 5-Year IF: 4.417)。博士生乐亦扬为第一作者,邓赐平教授为通讯作者,刘俊升教授和兼职教授戴耘(纽约州立大学阿尔巴尼分校教授)参与研究结果分析和论文写作。研究得到了国家自然科学基金(71373081; 31500894)的资助。

      论文信息:

     Le, Y., Liu, J., Deng, C.*, & Dai, D. Y. (2018). Heart rate variability reflects the effects of emotional design principle on mental effort in multimedia learning. Computers in Human Behavior, 89, 40-47. https://doi.org/10.1016/j.chb.2018.07.037

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