打气筒的工作原理

作为教学信息的第三个例子，让我们考虑一段解释打气筒如何操作的文章。文章用文字解释了几种打气筒的工作原理，其中包括下面解释自行车轮胎打气筒是如何工作的摘要：

自行车轮胎打气筒随它们具有的阀门的数量和所处位置以及气体进入圆筒的方式不同而不同。一些简单的自行车轮胎打气筒在活塞上有进气阀，在圆筒封闭的尾部有出气阀。一个自行车轮胎打气筒有一个能上下移动的活塞。气体从靠近连接杆穿过圆筒的地方进入打气筒。当连接杆上提时，气体穿过活塞充满了活塞和出气阀之间的空间。当活塞推进时，进气阀关闭，活塞将气体推出出气阀。

这段文章看起来是条理清晰地呈现了丰富全面的信息。对于你所需要的信息，我已经在解释自行车轮胎打气筒操作步骤的部分下面画线，但是当我们在研究中使用这个材料时，并没有下划线。尽管你仔细地阅读了这段文章，但可能没有学习到多少关于打气筒如何工作的知识。例如，在我们的研究中，学生记住的内容不到中主要概念的25％，其中的主要概念指的就是打气筒操作中下线的步骤。甚至更糟糕的是，阅读文章的学生在要求他们用所内容解决新的问题的迁移测验中成绩也不好。事实上，他们通并不能比没有阅读文章的学生回答出更多的答案。

像闪电和制动器的文章一样，这样的结果引导我们寻求更好的方法来帮助学习者理解打气筒工作的原理。这种寻求引导我们超越纯文字领域去探索画面的潜力。例如，考虑图表2.7中基于书本环境的多媒体一课，它用印刷文本和插图来解释打气筒的工作原理。我称之为带注解的插图，因为它由描述打气筒工作原理的语词和描绘工作步骤的画面组成。语词是描述动作的短句，如“进气阀关闭”。画面是描绘不同情形下的打气筒的图形，其中主要是描绘连接杆一上和一下的情形。重要的是语词和画面是相互对应的，所以一个事件的言语描述（例如“进气阀关闭”）被放置在对应的描绘进气阀关闭的图片旁边。每组带注解的插图都放置在与它对应段落的旁边，所以关于自行车轮胎打气筒的带注解的插图（图表2.7所示）被放置在关于自行车轮胎打气筒段落（你刚阅读部分所示）的旁边。正如你所看到的，带注解的插图的文字部分取自文本中（即段落中下划线部分）。

图表2.7　基于书本环境中打气筒一课的带注解的插图

（资料来源：Mayer & Gallini, 1990，图2。版权归美国心理学会所有。经同意使用。）

同样，图表2.8总结了选自基于计算机的多媒体课的多幅画面，这节多媒体课使用动画和解说解释打气筒工作原理。我称这节课为带解说的动画，因为它包括描绘打气筒操作步骤的动画和对应的一个男声对操作步骤的言语解说。语词和画面是相互对应的，因此，例如当动画显示进气阀打开，解说就是“进气阀打开”。正如你所看到的，解说是对带注解的插图的轻微修改，即包含对涉及自行车轮胎打气筒操作步骤的完整的描述，但不包括无关的细节，其他种类的打气筒也没有呈现。在动画中采用的线条型图画是简单的，只包括解说中提及的部分内容，解说也是简短的，包括大约50个英文单词。整个呈现时间持续大约30秒。

图表2.8　基于计算机环境中打气筒一课的带解说的动画的画面

（资料来源：Mayer ＆amp; Anderson, 1991，图1。版权归美国心理学会所有。经同意使用。）

为测量学习情况，我采用和闪电一课和制动器一课一样的保持测验和迁移测验。图表2.9的上面部分给出了来自保持测验的一个问题，在保持测验中，要求学习者写下所有他们能记住的关于打气筒工作的步骤。学习者有五分钟的时间根据带解说的动画（包含一种打气筒的信息）写出答案，有10分钟的时间根据带注解的插图（包含三种打气筒的信息）写出答案。对带解说的动画，我关注的是学习者能够写出多少下述关于轮胎打气筒的步骤（即解释性概念单元）：

图表2.9　打气筒一课的保持和迁移测验的问题

1．连接杆被上拉；

2．活塞向上移动；

3．进气阀打开；

4．出气阀关闭；

5．空气进入圆筒；

6．连接杆被下推；

7．活塞向下移动；

8．进气阀关闭；

9．出气阀打开；

10．气体通过软管离开。

对带注解的插图，根据注解所述的步骤，我采用了一个类似的处理过程。和闪电一课和制动器一课一样，我用所回忆出的概念单元的数量除以整个可能的数量计算出一个百分比作为保持测验的得分。

图表2.9中的下面的部分是一些迁移问题。前两个问题要求学习者重新设计系统来实现一个新的功能；第三个问题要求学习者查找系统的故障；最后一个问题要求学习者解释一个基本原理（即，空气从高压区到低压区）。第一个关于可靠性问题可接受的答案包括使用密封的封口或使用一个支持系统；第二个关于有效性问题可接受的答案包括增加圆筒的大小或更用力拉；故障查找问题可接受的答案包括圆筒上有洞或阀门顶住了某个位置；最后一个问题可接受的答案包括真空是空气进入的原因和压力是空气出去的原因。对基于常识性知识的答案，如通过使用高质量的部件提高可靠性，或模糊的答案，如说打气筒不能工作是因为“阀门上的某些东西出错”，我不给分。根据我们的备选答案库，所有这四个迁移问题的备选答案最多是十个，这样对每个被试，我就能用答出的可接受的答案的数量除以所有可能答案的数量计算出一个百分比得分。对保持和迁移测验，我遵循的是同闪电一课和制动器一课一样的记分方法。