制动器的工作原理

在系统地研究了物理系统——闪电形成——的过程后，接下来让我们转向机械系统——汽车制动系统——的操作。假定你的汽车制动器需要维修，于是你在百科全书上查找一篇关于制动器的文章。这篇文章解释了自行车中的缆线制动器，小汽车中的液压制动器以及卡车的空气制动器等的工作原理。下面是关于液压制动器的部分内容：

液压制动器用液体取代杠杆或电缆。在汽车中，制动液位于被称作气缸的密闭泵室里。金属管连接着主缸和位于车轮附近的车轮制动分泵缸（刹车分泵）。当驾驶员踩汽车的刹车踏板时，活塞向前移动进入主缸。活塞从主缸向外推动制动液通过金属管传递到车轮各分泵。在车轮各分泵中，液体压强的增加使一组更小的活塞移动。这些更小的活塞激活了鼓式制动器或盘式制动器，鼓式和盘式制动器是液体制动器的两种类型。大部分汽车在后车轮有鼓式制动器，前车轮有盘式制动器。鼓式制动器由一个铸铁制成的制动鼓和一对半圆形的制动块组成。制动鼓闩到车轮内部的中央。制动鼓与车轮一起旋转，制动靴并不与车轮一起转动。制动靴与石棉或其他能够抵挡由摩擦力产生热的材料连接在一起。当制动靴压住制动鼓，制动鼓和车轮都会停下来或速度减缓。

我们增加下划线是为了指出那些解释盘式制动器工作原理的句子，原文中是没有下划线的。

你从这篇课文中学到了很多东西吗？这篇课文使你产生有意义的理解了吗？诚然，盘式制动器工作原理的基本解释已经在本段文章中呈现了，正如带下划线的句子所示。然而，如果你和我们研究中阅读这段文章的大部分学生一样的话，你只能记住不到下划线内容的20％，而且不能回答出迁移问题。对单独以语词呈现的解释，人们在学习和理解时有明显困难。

让我们在语词内容中加入一些插图。图表2.4给出了使用语词和插图解释小汽车的制动器工作原理段落的一部分。插图给出了两幅描绘制动系统的图片——一幅是驾驶员踩刹车踏板前，一幅是驾驶员踩刹车踏板后。插图有70多个英文单词的注释，它们取自你刚刚阅读过的讲述制动器的段落；包括对制动器主要组成部分的标注（例如，管、车轮分泵、更小的活塞、制动鼓和制动靴）和主要过程的简短描述，即你刚读过的段落中有下划线的部分（例如，“一组小活塞的移动”）。带注释的插图放置于文中对应的段落旁边。例如，关于汽车制动器的带注释的插图放置在有关这一内容的段落旁边。这是一节基于书本环境的多媒体课，因为语词以印刷的文本呈现，而画面以插图的形式呈现。我把图表2.4中一课的内容称为带注解的插图，因为语词和画面是相互对应的——如“一组更小活塞的移动”事件的语言描述放在靠近更小活塞向前移动的图形旁边。

图表2.4　基于书本环境中制动器一课的带注解的插图

（资料来源：Mayer，1989，图1。版权为美国心理学会所有。经同意使用。）

作为一种选择方案，让我们把这节关于制动器的多媒体课转变为由动画和解说组成的基于计算机环境的多媒体课。图表2.5提供的画面是选自一个解释小汽车制动器工作原理的带解说的动画。因为以男声讲述的解说与动画是相互对应的，因此当一个事件以动画的形式呈现时（例如，活塞在主缸中前移），解说同时以言语讲述出来（例如，说“活塞在主缸中的向前移动”）。呈现持续大约30秒，而且只集中呈现该过程的基本步骤。动画依据的是图表2.4的插图扩充版本，解说主要是对你阅读过的关于制动器段落中带下划线的文字部分的轻微修改，含有约75个英文单词。正如你看到的，相对于带注解的插图关注几种制动系统，带解说的动画只关注小汽车的制动系统。

图表2.5　基于计算机环境中制动器一课的带解说的动画的画面

（资料来源：Mayer & Anderson，1992，图2。版权归美国心理学会所有。经同意使用。）

我们如何测量一个人从图表2.4和图表2.5中提供的制动器多媒体一课中的学习情况呢？和闪电一课一样，我们可以测量保持和迁移的成绩，前者是学习者从该课中回忆的内容，后者是学习者可以应用该课的内容解决新问题的程度。例如，图表2.6上面的部分展示了一个简单的保持测验，学习者被要求说明小汽车制动器的工作原理。根据文章的长度，我要求学生在5到8分钟内写出保持测验的答案。

图表2.6　制动器一课中保持测验和迁移测验的问题

为了测量保持成绩，我把重点放在文本部分提供的主要观点，它们解释了小汽车制动器的工作原理，也就是文中有下划线的部分。例如，对小汽车制动器部分的某些关键步骤（我所称作的解释性概念单元explanative idea units）如下：

1．驾驶员踩刹车踏板；

2．活塞在主汽缸中前移；

3．活塞将制动液推出到达车轮分泵；

4．车轮各分泵上的液体压强增强；

5．一组更小的活塞移动；

6．这些更小的活塞激活了鼓式或盘式制动器；

7．制动靴按压制动鼓；

8．制动鼓和车轮停止运动或速度减缓。

学习者的答案用语即使不精确也可被认为是正确的。例如，如果学习者写出“靴推动鼓”，那么他或她就将获得第7个概念的分数。我通过计算学习者在保持性问题的答案中解释性概念单元的数量，然后将其除以材料呈现中的解释性概念的总数量得出一个百分数。

我们的研究侧重于促进问题解决的迁移成绩。图表2.6下面的部分列出了一些迁移问题，这些问题的目的是为了评估学习者对制动系统工作原理的理解程度。第一个是概念性问题，学习者在这个问题中必须揭示出一个基本原理（例如摩擦力概念）；第二和第三个问题是重新设计问题，要求学习者修改系统来实现一个功能；第四个问题是故障查找，学习者要诊断出系统为什么不能工作；第五个问题是一个预测性问题，当一个确定事件发生时，学习者要推断系统中发生了什么。和闪电形成一课一样，我让学习者在两分半钟的时间尽可能多地写出某个问题的答案。学习者一次回答一个问题，而且不能返回到先前的题目。

每个问题我都列出了可接受的答案。例如，五个问题的可接受答案包括以下内容：制动器因为摩擦变热（问题1）；通过增加一个支持系统或降温机制，制动器能更可靠（问题2）；通过使用一个对摩擦更敏感的制动靴和减少制动靴或刹车踏板之间的空间使制动器工作更有效（问题3）；制动失灵是因为管道有漏洞或主汽缸某个位置被击穿（问题4）；上下移动可降热和减少鼓在某个位置的磨损（问题5）。基于常识性知识的回答，例如说制动靴应该经常地替换，就被看作是不被接受的答案。在所有这五个问题中，每个可接受的答案我都给学习者1分，采用的程序和闪电一课一样。总的说来，所有五个问题共有14个可接受的答案，所以我可以把每个学习者的迁移成绩表示为一个百分数（即学习者产生的可接受的答案的数量除以总的可接受的答案数量）。