学习者空间能力的作用

前一节说明将以认知为基础的原则应用到多媒体信息的设计中时，其受益大小可能取决于学习者带入学习情景中的知识水平。前一节特别说明了知识水平低的学习者比知识水平高的学习者是如何从应用设计原则的多媒体呈现中获得更多益处的。这一系列的研究表明多媒体设计者需要考虑学习者先前的知识。在本节，我继续探索可能对多媒体学习具有重要影响的个体差异。我特别关注的是空间能力的作用。

空间能力通常被定义为生成、保持和操纵心理视觉表象的能力（Carroll，1993）。例如，当阅读一个句子“带负电的先导闪电逐步向下移动”时，一个人可能形成朝下的Z字形路径的心理表象。这是生成心理表象的一个例子。随后，当读到“带正电的先导闪电从树和建筑等物体向上行进”时，学习者可能需要生成一个向上移动的先导闪电的表象，同时还要记住向下移动的先导闪电的表象。记住向下移动先导闪电的表象是保持心理表象的一个例子。学习者也可能在心理想象上行和下行的先导闪电相遇的情境。这是操纵心理表象的一个例子。

为什么关注空间能力呢？我们的理论根据是空间认知的能力在多媒体学习中是非常重要的。传统的教学信息大量采用言语形式，但多媒体信息则是言语形式和视觉形式并用——因此，多媒体学习者需要能够形成、保持和使用心理表象。所以，在多媒体学习的整个过程中要求用到的一些技能与空间能力的定义非常类似。

我们如何测量空间能力呢？尽管存在好几百种空间能力测试，我们选择了两种经典的空间能力测试的简化版本——一种是包括10个项目的折纸测试，另一种是包括80个项目的心理旋转测试，前者是为了评定所谓的视觉化的一种空间能力，后者是为了评定所谓的空间关系的一种空间能力。每个测验的时限都是三分钟，它们选自埃克斯特龙（Ekstrom）、弗伦奇（French）和哈曼（Harman）（1976）制定的一组认知测试。

看看图表10.9A中所示的折纸测试项目。在这个测试中，你应该假设我们将一张纸折叠一次或多次，然后在上面戳一个或多个孔，接着将纸展开返回到开始时的形式。你的任务是从五个备选答案中选择与那张纸展开后看起来一样的选项。继续往下，在图表10.9上半部分的五个选择中圈一个。假如你选择第三个选项，你就是正确的。然而我必须提醒你，测试的项目可能更复杂一点——把纸折叠多次并戳有多个孔。

图表10.9　空间能力测试项目举例：（A）折纸；（B）卡片旋转。（选自R. B. Ekstrom，J. W. French，和H. H. Harman（1976）：因素参照认知测试手册（Manual for kit of factor-referenced cognitive tests），普林斯顿，NJ：教育测试服务中心（Educational Testing Service）。所有工具中的测试材料版权归教育测试服务中心所有。经同意使用。）

在我们的研究中用了10个项目的折纸测试，其中问题的复杂性不断增加，即后面的问题比前面的问题折叠了更多次并戳有更多的孔。首先，学生阅读指导语并看一个类似于图表10.9上部的样题，然后他们要在三分钟时间内完成10个折纸问题。我们通过计算正确答案的数目得出测试分数，正确答案分数的范围是0-10。

接下来，看看图表10.9下面那排心理旋转测试项目，看到左边的那个图了吗，这是标准图。然后，对于右边的每个项目，如果它和标准图相同，在S框里打勾；如果它与标准图不同，在D框里打勾。其中相同的标准是指如果你经过顺时针或逆时针旋转图能使它看起来与标准图一样，不同的标准是指如果你必须翻转图形才能使它看起来与准确图一样。继续往下，分别在八个项目中的S框或D框打勾。正确答案是：SDSSDDDS。

在研究中，我们使用了一个含有80个项目的心理旋转测试，每排8个问题都依据同样的标准，但每排依据的标准各不相同。首先，学生阅读指导语并看一个与图表10.9B所示相似的练习问题，然后他们要在三分钟时间内完成80个心理旋转问题。我们计算正确答案的数目并除以8得出测试的分数，所得分数的范围是0-10。然后我们把折纸测试分数和心理旋转测试分数加起来得出一个综合的空间能力分数，其可能范围是0-20。我们把得分高于中值的学生归为高空间能力学习者，得分低于中值的学生归为低空间能力学习者。根据两个简短的测试，我们得到一个对学习者分类的粗略方法。

改进多媒体呈现的设计对低空间能力和高空间能力学生会产生不同的影响吗？让我们看看下面三种可能性：（1）使用设计良好的多媒体呈现可能对低和高空间能力学习者有同样的影响；（2）低空间能力学习者可能从设计良好的多媒体呈现受益更大；（3）高空间能力学习者可能从设计良好的多媒体呈现受益更大。在接下来的三节中，我依次检验了这几种可能性。

根据信息传递理论，采用我在第五章到第九章中所阐述的原则是不能促进学习的。更进一步地说，采用设计原则对低空间能力和高空间能力学习者一样无效。因此，信息传递理论预测，从设计不良的多媒体呈现转变成设计良好的多媒体呈现时对低和高空间能力学习者的影响是相同的；即这种改变对两种类型的学习者都没有明显的效应。

这个理论没有排除高空间能力学习者整体上成绩要比低空间能力学习者好。高空间能力学习者比低空间能力学习者拥有更有效的接受所传递信息的系统。除了“低知识水平”和“高知识水平”应分别改为“低空间能力”和“高空间能力”，这个模式与图表10.4中左边的图示相同。

把低空间能力的学习者作为对象的理由是建立在补偿观（compensation view）的基础之上，即空间能力能补偿不良的教学信息。例如，设计不良教学信息的一种形式就是违反时间接近性原则——在不同的时间呈现语词和对应的画面。当呈现一个解说片段时，具有高空间能力的学生可能能够形成一个合适的言语表征和合适的图像表征。因此，同时呈现语词和画面不能促进学习，因为高空间能力学习者能够单独从语词中形成自己的视觉表征。相比之下，低空间能力的学习者不大可能从一个解说片段中建构合适的视觉表征。相反，低空间能力的学生需要将解说片段和对应的动画同时呈现。根据这一观点，当语词和画面以一种协调方式而不是非协调方式呈现时，低空间能力的学生学习得更好，但高空间能力的学生在两种条件下学习得都好。除了“低知识水平”和“高知识水平”应分别改为“低空间能力”和“高空间能力”，这种模式与图表10.4中间的图示相同。

把高空间能力的学习者作为对象的理由是建立在增强观（enhancement view）的基础之上的，即高空间能力能使学生利用高质量的多媒体呈现。例如，当动画和解说继时呈现时，低空间能力和高空间能力的学习者都表现得很差，因为在工作记忆中同时保持视觉和言语表征很困难。当动画和解说被同时呈现时，正如多媒体学习的认知理论所述，高空间能力的学习者能够更好地对工作记忆中对应的画面和言语表征之间形成联结；相比之下，低空间能力的学习者必须花很多的精力保持视觉表象，这使得他们不大可能在言语和视觉表征之间形成联结。这样，空间能力起着增强良好教学的作用。除了“低知识水平”和“高知识水平”应分别改为“低空间能力”和“高空间能力”，这一模式就如同图表10.4中第三部分所示。

将设计不良的教学信息改成设计良好的教学信息，这会对空间能力不同的学习者产生不同的结果吗？我和同事搜集了一些有助于解决这一问题的初步结果。我们比较了高空间能力和低空间能力学生学习设计良好和设计不良教学信息时的迁移成绩（Mayer & Smith，1994，实验1和2）。所有的比较都是在基于计算机的环境中进行，其中只有迁移测试，而没有保持测试。在设计良好的教学信息中，我们同时呈现解说和动画，而在设计不良的教学信息中，我们继时呈现解说和动画。如第六章所述，时间接近效应应该体现为同时呈现比继时呈现有更好的测试成绩。

我们主要关注的是时间接近效应对低空间能力和高空间能力学习者是否有所不同。根据信息传递理论，时间接近效应对低空间能力和高空间能力的学习者是一样的。与此不同，多媒体学习认知理论中的空间能力起增强作用的（spatial-ability-as-enhancer）观点预测，高空间能力学习者比低空间能力学习者表现出更大的时间接近效应。

图表10.10给出了两个独立的研究中低空间能力和高空间能力学习者的迁移的时间接近效应。在两种情况下，都表现出这样一种模式：高空间能力学习者在同时呈现中比继时呈现中产生了更好的迁移成绩，但对低空间能力学习者却没有差异。这是迁移的个体差异效应的一个例子，因为改进多媒体信息设计对不同类型学习者的迁移成绩产生了不同的影响。

图表10.10　学习迁移中的空间能力效应：在空间能力低的学习者中设计效应大，但在空间能力高的学习者中则没有

图表10.11表明学习迁移的效果量差值在两项研究中分别是从中等到较大，它们的中值是1.13。总结这个结果的另外一种方式是高空间能力学习者比低空间能力学习者要多相当于一个标准差的时间接近效应。图表10.11也表明对学习迁移的增益率差值在两项研究中都是中等的，它们的中值是46％。简言之，高空间能力学习者的增益率（同时呈现组较之继时呈现组）比低空间能力学习者的增益率平均高46个百分点。总而言之，这些结果提供了初步一致的证据：高空间能力学习者比低空间能力学习者从改进的多媒体设计中获益更多。

图表10.11　学习迁移中的空间能力效应：结果汇总

这个结果的规律性与信息传递理论以及它的预测是不一致的，信息传递理论认为采用设计原则对低空间能力和高空间能力学习者的影响是一样的。这个结果的规律性与多媒体学习的认知理论是一致的，认知理论认为空间能力对设计良好的教学信息起增强作用。然而，考虑到进行比较的研究数量还较少，还需要更多的研究来支持本结果。

尽管空间能力可能是多媒体学习的一个重要因素，但是对它的研究还不多。例如，洛伊特纳和普拉斯（1998）开发了一个基于计算机环境的方法来评估视觉型（visualizer）或言语型（verbalizer）的人的学习偏好——也就是说，多媒体技术达到什么程度，学生喜欢使用视觉型学习策略甚于使用言语型学习策略。普拉斯、淳、迈耶和洛伊特纳（1998）根据学习者视觉和言语偏好能够检测出不同多媒体设计特征效果上的差异。一个重要的结论就是学习者需要能够选择教学材料是否将用语词或画面呈现。另外，精确判别空间能力在多媒体学习中的具体作用也有待于进一步的研究。