学习者先备条件会调节增强现实辅助实验中的认知负荷和学习效果吗?

现有证据能否说明,先备知识和学习者特征会如何改变增强现实实验带来的认知负荷以及学生的学习收获。

直接答案

现有证据无法直接回答这个问题。这里没有任何一项研究检验过学习者先备条件是否会调节增强现实辅助实验中的认知负荷或学习效果。最接近的线索都是间接的:一项工程教育研究发现,在3D增强现实中加入提示带来的学习增益最大,而且认知负荷能负向预测表现[1];一篇综述则指出,学习者特征和任务要求可能提高认知负担[2]。一项基于实验室的增强现实研究测量了数字准备度,但明确表示无法得出认知负荷有所降低的结论[5]。

5篇文献引用

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为什么先备知识会改变增强现实对学习者的作用

认知负荷是一项任务所要求的心理努力。如果学习者已经掌握基础知识,增强现实叠加层可能主要是在印证他们的预期;如果尚未掌握,同样的叠加层就会在实验本身之外增加需要处理的信息。一篇关于教育领域扩展现实(包括增强现实)的主题综述指出,学习目标和学习者特征会影响认知负担,而这种负担取决于技术与任务的匹配方式[2]。这是关于设计匹配的一般性陈述,并不是在实验室情境中对先备知识的检验。

那项工程教育研究提供了一个相关线索。使用带提示的3D增强现实的学生,比只使用增强现实或接受传统教学的学生学到更多,其中增强现实加提示的效果较大,单独使用增强现实的效果中等[1]。提示并不等同于先备知识,但它的作用类似替代品:它提供了准备充分的学习者可能并不需要的引导。该研究没有测量学习者先备条件,因此无法证明基础较弱的学生受益更多。

那项实验研究测的是准备度,不是认知负荷

这里唯一一项在增强现实辅助实验室中开展的研究,是一项使用基于规则的支架的水力发电活动,也就是说,增强现实向学生提供了与练习步骤挂钩的结构化提示[5]。该研究测量了学生的数字准备度、他们对增强现实质量的感知以及他们的参与度。它没有测量认知负荷或学习效果,作者也表示无法得出认知负荷有所降低的结论[5]。

这一空白对本题很关键。数字准备度算是一种学习者先备条件,但该研究没有报告它是否对准备程度不同的学生产生不同的参与度影响,也没有报告它是否与认知负荷发生交互。因此它只能支持一个很窄的结论:增强现实实验活动可以在考虑学习者特征的情况下进行研究,但这项研究并未确立调节作用。

支持工具能降低负荷,但这不等于调节作用

一项以高中生为对象的对照实验发现,给学习者一份用于自我评估科学摘要的评分细则,能提高判断准确性,并降低自我评估过程中的认知负荷[3]。这表明结构化的支持可以让一项要求较高的任务显得更轻松。该研究不涉及增强现实或实验室工作,也没有检验基础技能较弱的学生是否获益更大。

一项关于教育领域扩展现实的更广泛分析提醒,有些设计因素并不会直接改善学习效果,并将认知负荷理论视为判断学习何时有效的核心[4]。结合增强现实加提示的研究结果[1]来看,这一模式与“支持降低负荷并改善效果”相一致,但这些研究都没有把学习者先备条件单独分离出来,考察它是否会改变这种效应的强弱。

可以合理得出什么结论,以及怎样才能定论

就现有证据而言,诚实的答案是:学习者先备条件在增强现实实验中的调节作用尚未得到检验。最接近的发现是,增强现实中的支架与更好的学习相关,且认知负荷与表现呈负相关[1];一篇综述则提示,学习者特征应纳入设计考量[2]。但基于实验室的增强现实研究明确没有测量认知负荷[5],而评分细则研究虽然显示负荷降低,却既不是增强现实,也不是实验室研究[3]。

要正确回答这个问题,研究需要在增强现实实验任务之前测量先备知识或技能,在任务过程中测量认知负荷,并检验负荷与学习之间的关系是否因先备水平不同而不同。现有工作指向的正是这样的设计,但尚未给出其结果。

本文引用的文献

1

通过3D增强现实提升工程教育中的认知负荷、协作倾向与愉悦感

在工程教育中,带提示的3D增强现实带来了最大的学习增益,认知负荷负向预测表现,愉悦感和协作倾向则正向预测表现,但该研究没有考察学习者先备条件,研究情境也不是实验室工作。

2

扩展现实中的临场感、认知负荷与学习:一项主题分析综述

一篇关于教育领域扩展现实的主题综述表明,学习目标和学习者特征会影响认知负担,具体取决于技术与任务要求的匹配方式。

3

评分细则能提高自我评估的准确性并降低认知负荷

获得评分细则用于自我评估科学摘要的高中生,其自我判断比没有评分细则的学生更准确,自我评估过程中的认知负荷也更低。

4

教育中的扩展现实:效益、风险与设计挑战分析

一项关于教育领域扩展现实的分析指出,有些设计因素不会直接改善学习效果,并强调认知负荷理论对有效学习至关重要。

5

将基于规则的增强现实支架嵌入体验式学习循环:一项关于实验室STEM学生参与度的结构方程模型研究

一项使用基于规则支架的增强现实辅助水力发电实验室活动测量了数字准备度、增强现实质量感知和参与度,但没有测量认知负荷或学习效果,也无法得出认知负荷有所降低的结论。