图文横排促进低熟悉词汇再认:基于8岁儿童和成人证据

摘要:图文信息广泛存在于书面材料中,但是图文材料相对呈现位置和熟悉性如何交互影响信息加工效率,及其认知机制尚不清楚。本研究基于认知负荷理论框架,采用学习-再认范式,结合学习者的认知能力(注意、工作记忆、识字量等),考察图文材料呈现位置(横排/竖排)和熟悉性(高/低)对32名儿童(7.89 ±0.30岁)和32名成人(22.67 ±3.48岁)词汇再认的影响。结果显示:(1)总体上,低熟悉性词汇在图文横排呈现时再认正确率较高,但高熟悉性词汇不受位置影响;(2)儿童对高熟悉性词汇的再认正确率较高,但成人对低熟悉性词汇的再认正确率较高;(3)儿童识字量越大,词汇再认速度越快;成人注意力、工作记忆广度、识字量成绩越高,再认正确率越高。结果表明,无论对儿童还是成人,外在负荷(呈现位置)和内在负荷(熟悉性)之间均存在交互作用,即外在负荷显著影响高内在负荷信息的加工,但对低内在负荷信息的加工影响较弱,验证了认知负荷理论。本研究成果为不同难度水平的教材排版设计和词汇识别学习提供了科学依据。

 

1 引言

低年级儿童阅读经验少,识字量有限,正处于“学会阅读(learn to read)”关键期(Chall, 1983Siok & Fletcher, 2001陈红君等,2019),主要任务是掌握字词,字词识别流畅才更能高效进行言语交流和阅读理解(Song et al., 2015)。图片可直观表征现实二维世界,承载词汇意义(陈永香,朱莉琪,2015)。因此,教师多采用图片和文字结合形式,来增强儿童词汇学习效果(Eitel et al., 2013)。

词汇学习是一个复杂的心理活动,涉及多种认知加工过程。除了学习者的记忆、注意、识字量等认知能力与字词信息加工密切相关(Gathercole et al., 2003Liu et al., 2016赵婧等,2012),图文材料特点及呈现形式等因素也显著影响学习效果。教学中若忽略材料特点或认知规律,将增加学习者的认知负荷(Paas et al., 2003)。因此,本研究基于认知负荷理论框架,从儿童和成人的发展差异视角切入,探讨图文呈现形式、材料特点和认知能力如何交互影响词汇识别,揭示视知觉信息加工的发展变化规律,以提高学习者的词汇学习效率,有效提升教学效果,对促进儿童词汇学习具有重要启示意义。

1.1 认知负荷理论及相关研究

认知负荷理论(Cognitive Load Theory)为现代教学设计的重要框架理论,以资源有限和图式假设为基础考察学习和问题解决,认为人的资源和记忆容量有限,任何活动都会耗费认知资源,资源分配遵循此多彼少原则;并提出知识以图式形式存储于记忆中,图式自动化加工可减少工作记忆负荷(Sweller, 198819942012常欣,王沛,2005)。该理论将施加在记忆上的认知负荷分为三类:(1)外部认知负荷(extraneous cognitive load),由信息呈现或教学形式等引起,如不合适的教学设计会增加外部认知负荷,不利于学习;(2)内部认知负荷(intrinsic cognitive load),由材料属性和学习者特征相互作用引起,如材料熟悉性越低,学习者认知能力越低,内部认知负荷越大,反之,负荷越小;(3)相关认知负荷(germane cognitive load),由学习者努力加工并理解材料引起,与图式整合和自动化过程有关,能促进学习效果(吴先强,韦斯林,2009周爱保等,2013)。其中,内部认知负荷是基础负荷,由材料本身决定;但外部认知负荷通过恰当设计可以得到控制;三类认知负荷具有可加性,总和不能超过工作记忆资源总量,否则会造成认知负荷超载(Paas et al., 2003刘儒德等,2007)。

因此,认知负荷理论提出应尽量降低外部和内部负荷,增加相关认知负荷,从而达到最佳学习效果(Paas et al., 2003Sweller, 2012周爱保等,2013)。适宜的材料呈现方式(如图文位置)可降低外部负荷,并促进学习效果。比如,相关信息临近比远离更有利于学习(Harp & Mayer, 1997);适宜的图文排列方式能减少认知负荷并提高问题解决正确率(Tarmizi & Sweller, 1988),有效引导注意并促进学习(Schnotz, 2005)。除外部负荷外,熟悉性作为内部负荷来源因素,是影响词汇识别和计算建模最重要的指标之一(Norris, 2013)。然而,据我们所知,基于认知负荷理论的研究,多集中于大学生的教学领域,对低年级儿童的中文词汇学习研究较为匮乏。目前尚无从发展角度同时考察图文排列位置和熟悉性对低年级儿童词汇学习的研究。

1.2 外部负荷:图文位置对信息加工的影响

图片和文字信息相对呈现于不同位置会显著影响认知加工过程,已有研究表明横向排列(简称横排)比纵向排列(简称竖排,举例见图 1)更有利于信息加工(Deng et al., 2016Shi et al., 2013)。首先,阅读经验决定信息排列加工优势程度。中国古代文字竖行书写,从上到下,从右到左,至1919年新文化运动开始,书写方式逐渐改为从左到右的横向排列。早期中国留学生习惯阅读竖排中文书籍,出现竖排优势(Miles & Shen, 1925Shen, 1927)。如今横排材料更普遍,横排更有利于读者进行图文信息整合加工(Sun et al., 1985王笃明等,2014)。图片材料布局的研究显示,横向图形面板的搜索效率优于纵向面板(宫勇等,2012);商品图横排比竖排的加工流畅性更高、感知种类更多(Deng et al., 2016)。图文混排材料中同样存在横排优势,如邓春暖(2006)发现图文横排比竖排的阅读绩效好;Van der Sluis等人(2017)对药品说明的研究显示,用户对图文横排比竖排的阅读舒适度评价更高。

 

 

其次,视觉研究发现信息加工中更凸显横排优势。一方面,同竖排相比,横排呈现符合双眼视线水平移动的阅读习惯,水平方向的双眼视野与加工横排信息所需的眼球运动方向更匹配(Deng et al., 2016)。另一方面,视敏度由中央凹向外逐渐下降,竖直比水平方向下降更快(Grobbel et al., 2016),眼睛水平比竖直方向移动的频率更高(Foulsham et al., 2011Tatler & Vincent, 2008)。因此,横排呈现中信息加工的自动化程度更高,无需引起更多注意(Shiffrin & Schneider, 1977),比竖排引起的认知负荷更低。但是,对具有不同阅读经验的儿童和成人,图文排列方式和熟悉性如何影响学习效果,尚需验证。

1.3 内部负荷:图文熟悉性对词汇加工的影响

基于认知负荷理论,除呈现位置这一外部负荷因素外,材料属性和学习者特征引起的内部负荷也会影响学习效果。熟悉性是影响信息加工因素中最重要的属性之一(Norris, 2013),词汇熟悉性与词频存在显著正相关(陈曦,翁秋霞,2014),但主观评定的熟悉性比语料库确定的词频更具有现实应用价值(Eilola & Havelka, 2010白学军等,2015)。双通道模型(The Dual-Route Cascaded Model)提出高熟悉性和低熟悉性词有不同加工模式,高熟悉词和高阅读水平者倾向于从词形→词义的直接视觉通达模式,而低熟悉词和低阅读水平者倾向于从词形→词音→词义的语音中介模式(Coltheart et al., 2001)。通常情况下,高熟悉词的回忆成绩更好(Gregg et al., 1980王晓钧,孙昌识,1998),眼睛注视时间更短(Rayner, 1998Williams & Morris, 2004),加工效率更高(Snodgrass & Vanderwar, 1980陈永香,朱莉琪,2015张积家等,2011)。

但是,成人在学习-再认测试中更易感知和识别低熟悉词(Allen & Garton, 1968Meier et al., 2013韩松梅,朱滢,1995)。一种可能性是低熟悉词的语境关联少,在学习阶段留下更独特的记忆痕迹,在再认阶段更容易被感知识别(Meier et al., 2013)。学习-再认测试是一个研究记忆的典型范式。学习阶段可以采用词汇、图片等视觉材料,也可采用听觉材料,人需要将形、音信息进行编码,与记忆中的心理词典或先前知识进行整合和存储;再认阶段呈现学过和未学过两种材料,通过判断是否学过,考察信息编码深度和提取速度(Meier et al., 2013任国防等,2009)。词汇是人类传递信息、交流思想的媒介,对其进行有效识别和再认是一项基本的阅读技能(Syodorenko, 2010闫国利等,2015)。词汇识别过程指通过字形或语音获取语义信息,达到词汇通达的认知过程(彭聃龄,2010)。在词汇学习阶段,同样需要将形、音信息进行编码存储,才能对词汇进行有效识别和再认。由此可见,学习-再认测试和词汇学习识别的认知过程有不少类似之处。但是,基于学习-再认测试,熟悉性结合图文呈现位置如何交互影响信息加工,尚不确定。

1.4 问题提出:图文位置与熟悉性的交互作用

综上,呈现位置和熟悉性均显著影响图文信息加工,然而二者间是否存在交互作用,尚处研究空白阶段。本研究通过呈现位置操纵外在负荷,通过图、词熟悉性操纵内在负荷,探究基于内外负荷组织的教学设计对词汇学习识别的影响。基于认知负荷理论,学习者的认知能力和材料熟悉程度在学习之前是稳定的,即内部认知负荷是恒定的;但外部负荷是可变的,如优化信息呈现方式可降低外部负荷。依据以往研究,横排比竖排更具有加工优势,有效降低外部负荷;高熟悉性材料的认知负荷较小,但低熟悉性材料的负荷较大。因此本研究假设:横排位置不会影响高熟悉性材料(低负荷)的加工,但促进低熟悉性材料(高负荷)的加工,即位置和熟悉性存在交互作用。从发展角度,同高熟悉材料相比,儿童加工低熟悉材料需要更多努力,认知负荷更高,若优化图文材料呈现方式,有可能促进儿童学习识别低熟悉词汇。本研究采用学习-再认范式,系统探讨图文位置和熟悉性对处于词汇学习关键期的低年级儿童和成人信息加工的影响,验证认知负荷理论在图文材料设计中的适用性,为学习材料设计和改进提供实证支持和科学依据。

2 方法2.1 被试

借鉴以往相关研究和效应量值(Cohen’s d=0.50)(Dong & Salvendy, 1999车晓玮等,2015),采用G*Power 3.1.9.2计算样本量(effect size=0.5,α=0.05,1-β=0.80)为每组23人。本研究最终招募32名儿童(平均年龄:7.89 ± 0.30岁,范围:7.50~8.33岁;男孩16名)和32名成人(平均年龄:22.67 ± 3.48岁,范围:18.00~38.25岁;男性16名) 参与图文学习-再认实验。所有被试母语均为中文,右利手,视力或矫正视力正常,身体健康,没有神经及其他心理疾病。所有被试签署知情同意书,并获得适当报酬。本研究获得中国科学院心理研究所伦理委员会的审查批准。

根据阅读发展阶段论(Chall, 1983),一、二年级儿童的字词量有限,阅读技能低,正处于“学会阅读”阶段,其主要任务是识别学习字词,以便于顺利向“通过阅读学习”(三、四年级)阶段转变。因此,对低年级儿童开展词汇学习方面的研究尤为重要。在正式实验之前,本研究分别针对低年级儿童开展了预实验。结果表明,首先,二年级比一年级儿童有一定识字量基础,能正确理解实验要求,并能较好完成任务,于是本研究儿童被试定位在小学二年级。其次,低年级儿童更易于感知具象事物,且对低熟悉性材料认识程度较低,采用再认法较能避免出现对低熟悉词汇加工的地板效应。

被试首先接受一系列认知能力测试,分别用于评定注意力、工作记忆、快速命名和识字水平。测试目的在于分析其能力高低如何影响不同复杂性材料的学习效果。具体包括:划消测试(陈舒永等,1989)、数字记忆广度测试(Wechsler, 1981)、快速命名测试(赵婧等,2012)、识字量测试(Liu et al., 2013王孝玲,陶保平,1996)。如表 1所示,成人的注意力、工作记忆、快速命名成绩均显著优于儿童(p注意力 < 0.001,p工作记忆 < 0.05,p快速命名 < 0.001)。

2.2 实验设计

采用2(图文位置:横排、竖排)×2(熟悉性:高、低)×2(年龄:儿童、成人)三因素混合实验设计。其中,图文位置和熟悉性为组内变量,年龄为组间变量。因变量为词汇再认的正确率和反应时。

2.3 仪器

本实验使用E-Prime 2.0编程。电脑屏幕显示背景为黑色,中间呈现白色图文卡。图文卡中间为彩色物体,其相应名称放置在四周。参照以往图片材料研究(Foulsham et al., 2011Henderson & Luke, 2014)并兼顾儿童能清晰辨认的需求。图片居中固定放置,并将名称随机放置在上下左右位置,基于最佳视觉舒适度的原则,经过预实验讨论后设置尺寸如下:字体为36号黑色宋体,大小为1.9cm×1.8cm;包含彩色图像和名称在内的白色图文卡大小为28cm×16.6cm,视距53cm,视角29.79°×17.76°。被试需要把下巴固定在支托架上,避免头部晃动。

 

2.4 材料

实验材料包括128张图片和256个词语。在学习阶段,使用128张实物图片及其对应名称制成图文卡,图片高、低熟悉性各占一半。

图片标准化步骤:

(1) 确定语义范畴并选择图片。基于对小学生访谈了解其熟悉的物品(如植物、蔬菜、水果、动物等)和为满足材料数量而扩充类别(如日用品、文具、家电等)及对儿童、成人熟悉度都很低的词语类型(如罕见的植物、动物、生活用品、食物)等多方需求,最终把各类别归纳为植物、动物、生活用品和食物等语义范畴。在该范畴内选取198张实物图片,用Photoshop软件将图片背景转为白色,将图片尺寸、像素、实物占背景比例统一标准化;(2)分别请20名儿童(7.65±1.11岁)和20名成人(37.75±2.76岁)对图片命名,并采用5点量表进行熟悉性评分,1表示非常生疏,5表示非常熟悉,这些被试不参与正式实验;(3)对每一张图片的熟悉性评分进行儿童、成人两组t检验,删除24张具有显著差异的图片,剩余图片评分不存在年龄差异;(4)根据熟悉性平均分,将剩余174张图片划为三组:低(1.0~1.99分)、中(2.0~3.99分)、高(4.0~4.99分),删除中等组16张,剩余高分组77张、低分组81张;(5)综合考虑图片像素、视觉复杂性、命名熟悉度等因素后,最终确定高、低熟悉组各64张。该64对图片熟悉性评分为因变量的重复测量方差分析表明,年龄主效应不显著,F(1, 126)=0.59,p>0.05,ηp2=0.01;熟悉性主效应显著,F(1, 126)=17278.36,p < 0.001,ηp2=0.99,高、低熟悉图片评分差异显著(4.79 vs. 1.38);年龄与熟悉性交互作用不显著,F(1, 126)=0.35,p>0.05,ηp2=0.003。该检验结果表明图片符合要求,将用于正式实验;(6)依据进行以上熟悉性评价的被试对图片命名的一致性程度高低,确定图片名称。高熟悉组图片命名一致性为84%(范围:33%~100%),但是被试对低熟悉组图片极度生疏,命名正确率仅为1%(范围:0%~13%),其中“不知道”、“没见过”的比率为74%(范围:53%~90%),因此低熟悉组图片名称由主试搜集资料并经过专业人士验证确定。

词汇标准化步骤:

学习阶段有128个与图片匹配的词汇名称,测试阶段仅呈现词汇(图 2),包括128个图片名称和128个干扰词,其中高、低熟悉性各占一半。干扰词组和图片名称组均为2字或3字名词,且两组名称中2字词与3字词的数量比例均为3∶1;语义范畴(如植物、动物、生活用品和食物等)也一致,经卡方检验表明,两组名称对应语义范畴数量(表 2)无显著差异,χ2=3.68,p=0.45。重新请20名儿童(7.63±0.31岁)和20名成人(35.90±6.03岁)对以上256个词汇名称进行熟悉性5点评分,1为非常生疏,5为非常熟悉,这些被试不参与正式实验和其他评价。图片名称熟悉性评分的重复测量方差分析表明:年龄主效应不显著,F(1, 126)=1.33,p>0.05,ηp2=0.01;熟悉性主效应显著,F(1, 126)=1357.37,p < 0.001,ηp2=0.92,高、低熟悉图片名称评分差异显著(4.92 vs. 1.91);年龄与熟悉性交互作用不显著,F(1, 126)=1.11,p>0.05,ηp2=0.009。干扰词熟悉性评分的重复测量方差分析表明:熟悉性主效应显著,F(1, 126)=2626.91,p < 0.001,ηp2=0.96,高、低熟悉干扰词评分差异显著(4.88 vs. 1.73),年龄主效应显著,F(1, 126)=4.48,p=0.036,ηp2=0.034;年龄与熟悉性交互作用不显著,F(1, 126)=1.87,p>0.05,ηp2=0.015。由于选材的困难以及儿童和成人词汇经验不同,干扰词的评价出现了年龄差异,但与熟悉性无交互作用。以上检验结果表明,学习阶段的图片和词汇材料均符合实验要求并且在统计上对于儿童和成人是同质的,本实验数据分析范围也仅限于128个学习词汇。

 

熟悉性评分(图片、图片名称和干扰词)、平均词频、平均字频、平均词长等基本信息见表 3t检验表明,图片名称中高、低熟悉词的字频差异不显著;词长差异不显著。高熟悉图片名称与高熟悉干扰词的词频、字频、词长差异均不显著。低熟悉图片名称与低熟悉干扰词的字频(无词频信息)、词长差异也不显著。

 

实验材料还包括:(1)练习阶段的8张图片及8个对应名称和8个干扰词;(2)正式实验的填充材料:32张图片及32个对应名称,即为避免首因或近因效应对记忆的影响,分别在每组正式材料前后各加2张图文卡用作缓冲。

图文位置设定如下:图片居中,图片与其名称有横排、竖排两种方式。为了均衡,横排时名称位于图片左、右各一半,竖排时名称位于图片上、下各一半(图 1)。每一张图文卡都做了上、下、左、右四种排列,对四种排列进行拉丁方设计,每名被试只看到其中一种。后续数据分析表明图片和名称相对左右和右左排列未显著影响学习效果,图文上下和下上排列也无差异。128张图文卡中图文横排、竖排各64张。

2.5 程序

实验采用学习-再认范式。每名被试在安静的实验室内单独进行学习和测试。在实验之前向被试讲解实验的内容、程序和要求,并通过练习请被试熟悉实验程序。练习阶段的流程与正式实验相同,等被试确认熟悉流程后,再进入正式实验。

正式实验分为8组,每组实验流程见图 2,包括三个阶段;(1) 学习阶段:首先在屏幕中央呈现注视点“+” (时长范围:800±200ms),接着呈现图文卡,时长为2s。随后是下一个注视点,如此循环往复,直至学习任务结束。学习阶段共有20张图文卡,前后各2张作为填充材料,16张为正式实验图片。其中高、低熟悉性各一半,图文横排、竖排各一半,顺序随机。要求被试记住所有图文卡,不作任何按键反应;(2) 分心阶段:学习阶段结束后,要求被试进行30s的口头连续加3的数字计算;(3) 再认阶段:首先在屏幕中央呈现注视点“+” (时长范围:800 ± 200ms),接着呈现词语,要求被试又准又快地进行按键反应,判断是否在学习阶段见过该词语。如果见过,用左手食指按“F”键;反之,则用右手食指按“J”键,左右手按键在被试间平衡。判断结束后呈现下一个注视点“+”。如果被试在6s之内没有按键,则自动跳入下一词,标记为错误反应。再认阶段共有36个词语,前后各2词作为填充材料,32个词语为正式词语,其中16个词在学习阶段出现过,另16个是新词即干扰词。新词中高、低熟悉性各一半,新、旧词出现的顺序随机。8组出现顺序以及组内刺激出现顺序随机。每组实验完成后,被试可以进行短暂休息。图文学习再认实验约为30分钟。概括之,除去填充材料,每名被试在学习阶段对128张图文卡进行学习,其中横排64张(高、低熟悉各32张)、竖排64张(高、低熟悉各32张),在再认阶段对256个词汇(128个学习词和128个干扰词)做出是否学过的判断。以包含位置信息的128个学习词汇作为数据分析范围,统计再认正确率和反应时,干扰词的判断结果不计入统计。

词汇再认实验结束后,被试完成256个词语命名任务,目的在于确认对材料字词的认识程度。词语呈现顺序随机,主试记录命名时长和正确率。依照双通道模型假设(Coltheart et al., 2001)及以往研究结果(宋华等,1995),与成人相比,儿童的词汇通达更多依赖语音作用,通过分析命名测试与词汇再认成绩的关系,有助于了解儿童和成人词汇通达的内在认知机制差异。

3 结果与分析

按照不同实验条件分别计算正确率和反应时。由于位置信息只出现在学习阶段,因此数据分析范围为128个正式学习词汇。每名被试的再认正确率都在同组平均数加减三个标准差之内,所有数据都有效。反应时分析删除错误反应的数据以及每个实验条件下平均数加减三个标准差之外的数据,占全部数据的29%。由于传统的方差分析采用平均数计算,容易出现缺失值及被试和项目分析结果不一致的情况,因此本研究采用R语言(R Core Team, 2019)对数据进行线性混合模型(Linear Mixed Model, LMM)分析,将原始数据纳入计算模型,在呈现唯一结果、处理缺失值和连续自变量时更有效(Kliegl et al., 2010闫国利等,2018)。采用lme4语言包(Bates et al., 2012),对每一项行为指标,建立以被试和项目因素为交叉随机效应(crossed random effects),年龄、熟悉性、图文位置为固定变量(fixed factors)的混合模型。分析时优先考虑全模型,如模型无法收敛或畸形拟合则优化。优化后模型符合收敛、不出现畸形拟合、保持尽可能多随机斜率、BIC值最小等条件(Barr et al., 2013)。描述统计结果见表 4

① 正确率分析采用优化模型ACC~Group*Position*Familiarity+(1+Position+Familiarity|Subject)+(1|Item),反应时分析采用优化模型RT~Group*Familiarity*Position+(1+Familiarity|Subject)+(1|Item)。

3.1 再认正确率

采用零模型计算正确率的随机效应如下:Subject随机效应(方差)为0.39,ICC=0.10;Item随机效应(方差)为0.14,ICC=0.04。通过似然比检验(likelihood ratio tests)对线性混合模型和固定效应模型进行比较,计算显示p < 0.001,表明随机效应的方差有意义,即本研究采用的线性混合模型比传统方差分析的固定效应模型能更好解释模型的变异,更适合本实验数据。

② 正确率零模型为ACC~(1|Subject)+(1|Item)。

线性混合模型中固定效应结果如下:图文位置与熟悉性的交互作用显著(图 3),b=-0.06,SE=0.03,z=-2.31,p=0.021。简单效应分析发现,低熟悉词在横排位置显示时正确率显著高于竖排位置(0.72 vs. 0.68;b=0.21,SE=0.08,z=2.70,p=0.007),而高熟悉词不受图文位置的显著影响(0.74 vs. 0.74;b=-0.04,SE=0.08,z=-0.49,p=0.63),验证支持了认知负荷理论假设。年龄与熟悉性的交互作用显著(图 4),b=-0.31,SE=0.06,z=-4.90,p < 0.001。简单效应分析发现,成人对低熟悉词的再认正确率高于高熟悉词(0.78 vs. 0.71;b=0.52,SE=0.19,z=2.67,p=0.008);但是,儿童对高熟悉词的再认正确率高于低熟悉词(0.78 vs. 0.63;b=0.72,SE=0.19,z=3.78,p < 0.001)。成人和儿童对于高熟悉词的再认正确率(0.71 vs. 0.78;b=-0.37,SE=0.16,z=-2.28,p=0.02)及对低熟悉词的再认正确率(0.78 vs. 0.63;b=0.86,SE=0.25,z=3.44,p < 0.001)亦存在显著差异。其他交互作用及主效应均不显著(p>0.05)。

3.2 再认反应时

采用零模型计算反应时的随机效应如下:Subject随机效应(方差)为43894,ICC=0.28;Item随机效应(方差)为3822,ICC=0.02。同正确率分析,通过似然比检验计算显示p < 0.001,表明线性混合模型比固定效应模型更适合本实验数据。

① 反应时零模型为RT~(1|Subject)+(1|Item)。

线性混合模型中固定效应结果如下:年龄与熟悉性的交互作用显著(图 5),b=-99.71,SE=20.40,t=-4.88,p < 0.001。简单效应分析发现,儿童对低熟悉词的反应时显著长于高熟悉词(1233ms vs. 1038ms;b=194.55,SE=30.38,t=6.40,p < 0.001);而成人对高、低熟悉词的反应时无显著差异(b=4.87,SE=30.04,t=0.16,p=0.87)。熟悉性主效应显著(b=102.14,SE=32.44,t=3.15,p=0.003),低熟悉词的反应时显著长于高熟悉词(1008ms vs. 912ms)。年龄主效应显著(b=349.83,SE=36.30,t=9.64,p < 0.001),儿童的反应时显著长于成人(1136ms vs. 784ms),表明儿童的字词知识经验不如成人,需要花费更多认知资源来识别词汇,因此反应时更长。其他主效应和交互作用均不显著(p>0.05)。

 

从两种数据模式来看,图文位置和熟悉性的交互作用体现在正确率上,说明横排位置促进了低熟悉性图文材料的编码,利于儿童和成人形成更牢固的图文联结,从而达到更高再认正确率,但横、竖排位置对于词汇再认反应时没有显著影响。而年龄和熟悉性在正确率和反应时上均存在显著交互作用,说明此交互模式对信息加工强度和反应速度都产生了影响,具体表现为儿童再认高熟悉词汇更快、更准确;而成人的再认反应时不受熟悉性影响,但再认低熟悉词汇更准确。

3.3 命名测试成绩

为了确认儿童被试对实验材料的掌握理解程度,正式再认实验后,请每位被试随机依次命名全部256个词汇名称,测试成绩见表 5t检验表明,同成人相比,儿童命名时长(t=9.24,p < 0.001,Cohen’s d=2.31)更长,命名正确率(t=-7.45,p < 0.001,Cohen’s d=-1.86)更低。虽然我们尽力控制了实验材料熟悉性的年龄差异,但是儿童和成人的知识经验和识字水平不同,成人不认识部分低熟悉词,但仍能命名其词素(如:臂搁、德律),因此成人的命名正确率显然高于儿童。在本实验中,被试能否正确命名词汇是否会影响再认结果?我们将在相关分析部分探讨命名成绩与再认成绩的关系。

3.4 相关分析

词汇再认的正确率(ACC)和反应时(RT)、命名测试成绩、各项认知测试成绩的相关分析结果见表 6。无论对于儿童还是成人,词汇命名正确率和识字量显著正相关(r儿童=0.80,p儿童 < 0.001;r成人=0.42,p成人 < 0.05),但词汇命名时长与识字量(r儿童=-0.56,p儿童=0.001;r成人=-0.47,p成人=0.006)、与词汇命名正确率(r儿童=-0.67,p儿童 < 0.001;r成人=-0.36,p成人=0.046)均显著负相关,表明识字量越多,命名时长越短,命名正确率越高。并且,儿童的识字量越多,词汇再认反应时越短(r=-0.59,p < 0.001,图 6a);成人的识字量越多,再认正确率越高(r=0.40,p=0.03,图 6e)。由此可见,识字量显著影响着不同年龄个体的词汇识别效率。除此之外,成人再认正确率与注意力(r=0.55,p=0.001)、工作记忆广度(正背)(r=0.45,p=0.01)显著正相关,表明注意力和工作记忆广度越强,成人组再认正确率越高(图 6c6d)。

由于词汇命名正确率和识字量反映了被试对材料的认识程度,显著影响了不同条件(熟悉性和横竖排位置)下词汇的再认成绩,因此我们考察了这些变量间的关联(表 7)。结果发现,儿童命名正确率越高,低熟悉词再认正确率越高(r=0.37,p=0.046)、反应时越短(r=-0.40,p=0.023);但是命名正确率与高熟悉词的再认正确率(r=-0.02,p=0.90)和反应时(r=-0.32,p=0.077)无显著相关。儿童命名正确率越高,横排和竖排条件下的反应时都越短,但同竖排条件下反应时的相关度更高(r横排=-0.36,p横排=0.02;r竖排=-0.48,p竖排=0.006,见图 6f)。成人识字量越多,低熟悉词和竖排条件下的再认正确率越高(r低熟悉=0.52,p低熟悉=0.002;r竖排=0.37,p竖排=0.04),反应时越短(r低熟悉=-0.41,p低熟悉=0.02;r竖排=-0.36,p竖排=0.04);但是识字量同高熟悉词的再认正确率和反应时(r正确率=0.19,p正确率=0.30;r反应时=-0.25,p反应时=0.18)及横排条件下的反应时(r=-0.28,p=0.12)均无显著相关(图 6g6h)。这些结果表明,命名正确率越高,识字量越多,可促进高负荷(低熟悉词和竖排)条件下的词汇识别。

 

4 讨论4.1 图文横排促进低熟悉词再认

本研究发现图文位置和熟悉性交互影响信息加工过程,低熟悉材料在横排比竖排呈现具有加工优势,但高熟悉材料的加工不受位置影响,该交互模式在儿童和成人组中均存在,同认知负荷理论的假设一致。本研究扩展了呈现方式的多样性,从发展的角度体现了横排优势的稳固性,即横排优势可能从小学低年级期即已形成,至成人期持续产生稳定影响,扩充了认知负荷理论在词汇教学和图文设计领域的应用。

根据认知负荷理论(Sweller, 19942012),学习者能承受的认知负荷总量是固定的。低熟悉图文材料采用横排呈现,视线水平追踪比垂直追踪更加平滑、精确(Collewijn & Tamminga, 1984)。图文横排使眼睛横向浏览更频繁,更符合阅读习惯和视觉感知规律(Deng et al., 2016Grobbel et al., 2016),阅读流畅性的提高引起的外部认知负荷较小,可使信息在工作记忆中快速建立形象和语义双重编码,并与长时记忆中的先前知识建立联系,形成更牢固的图文联结。释放出的工作记忆资源使被试投入更多相关认知负荷参与词汇加工,改善低熟悉词汇的感知效率,增加提取阶段的成绩表现。另外,高熟悉图文材料内部负荷较小,远未超过工作记忆容量,无论横排或竖排呈现,被试均有足够相关认知负荷参与词汇加工,成绩受位置影响较弱。因此,对低熟悉性等内部负荷较高的学习任务,可通过调整呈现形式降低外部负荷,提升相关认知负荷,促进学习材料的整合加工。

4.2 年龄与熟悉性交互影响词汇再认

本研究发现儿童再认高熟悉词汇更快、更准确,而成人再认低熟悉词汇更准确。首先,不同年龄群体的词汇加工模式可能不同。基于双通道模型(Coltheart et al., 2001)的假设,儿童更倾向于词形→词音→词义的语音中介模式通达词汇。低年级儿童正处于识字关键期,识字量有限,识别低熟悉字词需要大量认知资源(程亚华等,2018),因此短时间学习再认低熟悉词的成绩较差,但是对高熟悉词的再认更准确、速度更快,同以往研究类似(Deacon & Francis, 2017Law et al., 2017孟祥芝等,2000)。而成人作为高水平阅读者,更倾向于采用词形→词义的直通模式(宋华等,1995),识别词汇仅需更少认知努力,尤其对低熟悉词再认成绩优于儿童。

其次,两组被试再认过程中受到的干扰强度可能不同。动态词汇网络说认为竞争词条的数量越多,彼此间相互激活程度越高,导致更强的竞争和干扰(Rahman & Melinger, 2007)。儿童识字量有限,对低熟悉词加工程度有限,受到竞争词条的干扰较小,表现出高熟悉词加工优势。但成人的字词经验比儿童丰富,对高熟悉词的学习和再认阶段,更可能容易受到同类干扰词的影响;而低熟悉词因其新异性,易留下独特记忆痕迹(Allen & Garton, 1968Meier et al., 2013)。因此成人对高熟悉词再认正确率较低,且低于儿童。成人对高熟悉词的命名正确率显著高于儿童,而再认正确率却显著低于儿童;且成人对高、低熟悉词的反应时相当,未体现出“高熟悉词反应时更快”的优势,说明成人对高熟悉词的再认可能比儿童受到更大干扰。本研究揭示成人对低熟悉词的再认优势,与众多再认记忆研究结果一致(Aue et al., 2018Ning et al., 2018Prull, 2019),且从发展角度扩充了对词汇识别效应的认识。

4.3 认知能力高促进词汇学习

本研究揭示信息加工的内在认知机制存在年龄差异。首先,识字量是影响词汇加工效率的关键因素,识字量越多,儿童的词汇再认反应时越短,成人的词汇再认正确率越高。为什么识字量只影响儿童的反应时和成人的正确率?一种可能性是低年级儿童正处于识字初期,其心理词典中汉字的形、音、义联结强度较弱,在词汇识别上要花费更多时间努力和认知资源(Kuperman & Van Dyke, 2013邓园等,2002)。识字量越多,越有助于流畅判断,因此更可能倾向影响儿童的反应时。成人比儿童拥有更丰富的词汇经验,字词加工激活中更可能出现从字形输入到字形输出的直接通达方式(宋华等,1995),只需较少认知努力,因此识字量会影响正确率,但对反应时的影响较弱(Kuperman & Van Dyke, 2013)。其次,儿童命名正确率越高,成人识字量越多,低熟悉词或竖排位置条件下再认成绩越好。这表明学习者认识或命名词汇的能力越高,越能节省认知资源,提升相关认知负荷,有效处理较难材料产生的高内部负荷,或不良呈现方式产生的高外部负荷,再次印证三种负荷可加性和总认知资源有限的观点。

成人的再认正确率还受到注意和记忆的影响。注意力可促进视觉处理细节信息,易于区分形近字(Liu et al., 2016),其与汉语阅读的关系在成人阶段依然显著(Zhao et al., 2017)。工作记忆承担信息存储和提取功能,学习者对词汇记忆表征越好,越能准确复述或再认该词(Gathercole et al., 2003Gupta & Mac, 1997)。但本研究未发现儿童的再认成绩同注意、记忆相关,可能是儿童对实验材料尤其低熟悉词认识程度有限,大部分认知资源用于字词解码,较少用于分析判断和再认回忆等高层认知加工(LaBerge & Samuels, 1974)。总之,与成人相比,儿童各项认知能力尚处于发展阶段,容易受到任务难度、材料等诸多因素影响,还需更多研究深入探讨认知能力、词汇学习、复杂任务等的关联。

4.4 不足和展望

本研究首次从发展视角,基于内、外负荷切入,初步考察图文位置和熟悉性对学习效果的影响,目前仍存在很多重要而有意义的科学问题值得探讨。首先,尽管我们严格控制了图文材料熟悉性的年龄差异,但由于儿童和成人的知识经验不同,尤其对低熟悉图片及词汇难度感知水平仍可能存在差异,后续研究可通过使用抽象图形,保证不同群体的熟悉性水平相当,拓展熟悉性和图文位置对学习效果影响的适用领域。其次,我们只考察了二年级儿童的词汇再认效果,未来可拓宽年级范围,深入探讨年级或年龄、位置、熟悉性等因素间交互作用的影响。第三,未来可采用多种研究范式,如语义分类、回忆等任务,更深入对比不同实验要求下的词汇学习效果。第四,未来可基于“视敏度在竖直比水平方向下降更快”的发现来设定图文卡视角,尝试探讨人眼不同方向的视敏度是否会影响不同位置的学习效果。最后,未来还可采用眼动技术实时记录加工过程的眼动轨迹,进一步揭示认知系统和视觉系统如何交互影响信息加工的内在机制。

5 结论

本研究包括两点重要发现:第一、图文位置和熟悉性交互影响信息加工。低熟悉性图文材料采用横排显示,可有效降低外部认知负荷,更利于儿童和成人的词汇学习再认;但是高熟悉性图文材料不受位置影响,验证了认知负荷理论在图文材料设计中的适用性:第二、熟悉性与年龄存在交互作用。儿童更容易学习再认高熟悉词,而成人更容易再认低熟悉词,印证了认知负荷理论中“内部负荷由学习材料和学习者相互作用”的观点。本研究基于认知负荷理论探讨儿童学习材料的编排,提示对于复杂的学习任务,需考虑认知资源有限性原则,遵循学习者认知规律并结合材料难度进行内容组织和适宜的版面编排,减少外部认知负荷,增强相关认知负荷以促进图式建构和自动化加工,提高学习效率,这对儿童和成人均适用。

 

文章来源:《心理发展与教育》2022年 第37卷 第4期

作者:袁娟娟, 杨炀, 郑志伟, 刘萍萍

 


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图文横排促进低熟悉词汇再认:基于8岁儿童和成人证据