综合概念映射和网络问题解决方法对学生学习成绩、感知和认知负荷的影响

综合概念映射和网络问题解决方法对学生学习成绩、感知和认知负荷的影响

(Effects of an integrated concept mapping and web-based problem-solving approach on students’learning achievements, perceptions and cognitive loads)

 

Computers & Education 71 (2014) 77–86

 

一、摘要提取

研究对象：台湾南部一所小学的社会研究课程（实验地点）进行了准实验设计（实验方法），将两个班的66名六年级学生分为实验组和对照组。实验组31名学生采用综合概念映射和网络问题-解决学习方法，对照组35名学生使用传统的网络解决方法学习。

研究目的：概念映射是一种有效的知识构建工具，可以帮助学习者组织与核心问题相关的重要概念。为了解决这一问题，开发了一个综合概念映射和基于网络的解决问题环境CM-Quest;此外，还通过一项实验，评价了该方法在小学社会研究课程中对学生学习成绩、学习满意度和认知负荷的影响。

实验结果：研究结果表明，概念图集成方法可以显著提高学生的网络问题解决能力，但与传统的网络问题解决方法相比，学生的技术接受度和学习满意度较低。此外，研究发现概念映射组学生的认知负荷高于对照组，这可能是技术接受度和学习满意度较低的原因。综上所述，综合概念映射和基于网络的问题解决方法有助于引导学生更有效地学习。

二、研究问题

（一）使用概念映射和网络问题解决综合学习方法的学生是否比没有使用概念映射策略的学生有显著的学习成绩?

（二）使用概念映射和网络问题解决综合学习方法学习的学生对已开发的学习系统的接受度和满意度是否显著高于未使用概念映射策略的学生?

（三）在这两种不同的学习方式下，学生的认知负荷是否存在显著差异?

三、研究设计

（一）实验对象

同摘要研究对象。

（二）实验工具

  认知负荷量表通过4个项目调查了两个方面：两个项目的“精神努力”和两个项目的“精神负荷”，采用李克特式7分制评分方案。心理负荷与学生理解学习材料的知识水平有关，而心理努力指的是学习材料是如何组织和呈现的，与学生理解整个学习内容所需付出的努力有关。分数越高，意味着学生在学习过程中有更高的认知负荷。

图1 CM-Quest的系统结构

（三）实验过程

 

图2 实验过程

四、研究结果

 

（一）学习成绩分析

  独立样本t检验显示，表明两组在学习活动前的社会研究知识相当。

 

  通过协方差分析对两组测试后得分进行分析，排除了测试前得分的影响。表1显示了ANCOVA结果。实验组和对照组的校正平均值分别为87.02和82.24;此外，两组的测试后得分达到显著水平，F¼21.40 (p=0.000<0.01)，η²¼0.51，显示出较大的效应量。因此，使用综合概念映射和网络问题解决方法学习的学生的学习成绩显著优于使用传统网络问题解决方法学习的学生。

                                   

                               

                              

表1  学习成绩的后测ANCOVA结果

组别	N	M	SD	调整M	SE	F	η2
实验组	31	86.24	5.44	86.24+0.78=87.02	0.98	21.40	0.51
对照组	35	82.69	4.34	82.69+(-0.45)=82.24	0.73

（二）对网络学习系统的认知分析

  表2显示两组“感知易用性”、“感知有用性”和“学习满意度”评分的t检验结果。结果发现，实验组在感知易用性、感知有用性和学习满意度方面的评分分别为t¼4.69 (p<0.001)、t¼4.58 (p<0.001)和t¼4.00(p<0.001)，显著低于对照组。三个维度的η²值分别为0.60、0.34和0.41，显示出较大的效应量。也就是说，使用传统的基于网络的解决问题方法学习的学生比使用综合概念映射方法学习的学生表现出了更好的接受度和满意度。

感知易用性

 

知觉有用性

 

学习满意度

 

表2  两组接受度与学习满意度的独立样本t检验

	组别	N	M	SD	t	η2
感知易用性	实验组	31	4.96	0.65	-4.69	0.60
	对照组	35	5.70	0.63
知觉有用性	实验组	31	5.21	0.39	-4.58	0.34
	对照组	35	5.82	0.63
学习满意度	实验组	31	5.03	0.79	-4.00	0.41
	对照组	35	5.77	0.71

（三）认知负荷分析

  如表3所示，实验组学生的心理努力和心理负荷分别为t¼3.27(p<0.01)和t¼2.93(p<0.001)，显著高于对照组学生。此外，实验组的整体认知负荷显著高于对照组(t¼4.21)(p <0.001)。心理努力、心理负荷和整体认知负荷对应的η²值分别为0.47、0.45和0.48，显示出较大的效应量。也就是说，使用概念映射策略学习的学生比使用传统方法学习的学生有更高的认知负荷。

心理努力

 

 

 

心理负荷

 

认知负荷

 

表3  学习认知负荷的t检验结果

	组别	N	M	SD	t	η2
心理努力	实验组	31	2.47	0.69	3.27	0.47
	对照组	35	1.96	0.58
心理负荷	实验组	31	2.40	0.72	2.93	0.45
	对照组	35	1.92	0.60
认知负荷	实验组	31	2.60	0.65	4.21	0.48
	对照组	35	1.97	0.57

四、结论与展望

（一）结论

1.学习成绩：使用综合概念映射和网络问题解决方法学习的学生的学习成绩>使用传统网络问题解决方法学习的学生。虽然学习成绩测试并没有直接将概念图关系转化为测试项目，但有些项目要求学生从所学知识的全局角度和几个相关概念进行思考，这可能是概念映射有助于提高学生学习成绩的原因。 概念图在学习活动中发挥了帮助学生组织搜索的信息和他们的先验知识的作用，这可以进一步帮助他们澄清可能的误解，并从全局的角度理解派生的知识。

2.接受度和满意度：使用概念映射方法学习的学生对英语的接受程度和满意度<使用开发的CM-Quest进行学习。  他们从概念映射方法中获得了好处，但对其使用表现出消极的看法。

3.认知负荷：采用综合概念映射法和网络解题法的学生心理努力和心理负荷>使用传统的基于网络的解决问题方法学习的学生。表明实验组学生所处的学习环境具有更大的挑战性和更复杂的学习内容。由此推断，实验组的接受度和学习满意度较低是由于概念映射的挑战性和复杂性导致认知负荷较高。与此同时，实验组取得了较好的学习成绩，这表明概念映射在帮助学生组织他们在网络上找到的内容以解决问题方面是有效的，尽管学生对该方法的接受度和学习满意度较低。这种现象反映了这样一个事实：大多数学生可能没有判断什么对他们是好的能力。

（二）展望

    首先，研究发现综合概念映射方法有利于提高学生在网络问题解决活动中的学习表现。其次，从概念映射方法中获益并不一定意味着学生欣赏或接受它的使用。从本研究的结果可以得出结论，概念映射对大多数学生来说是一种难以接受的学习支持，尽管它对他们来说可能是有用的。因此，如何更好地设计一个集成的概念映射学习系统来提高学习性能和接受使用技术进行更好的学习仍然是一个具有挑战性的问题。