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摘要通过48名13岁被试之间的对比实验，考察插图类型是否影响能力高低两种被试建构有关食物链知识的意义。结果表明，（1）基于计算机的插图工具下的测验得分显著高于预置插图；（2）学习能力高者的测验得分显著高于学习能力低者；（3）插图类型与学习能力之间不存在显著交互作用。
关键词计算机插图工具，预置插图，知识建构。
分类号G442
1引言
在科学说明文中，插图通常被用来揭示图画的关键部分及其之间的结构和/或功能关系。由于插图所展示的信息与事物的物理特征相似，人们相信，插图对自然科学的学习具有积极的作用[1]。但有些研究表明，插图不能促进学习[2]。这些相互矛盾的结果可能提示我们，学习者的能力、插图的难度以及文本的复杂度等条件之间的相互作用可能影响了插图的效果[3]。更为重要的是，学习者通常不会自然而然地有策略性地利用插图来帮助自己理解文本[4]。学习者的深度加工是需要鼓励与指导的，而且，似乎只有当学习者自愿使用适当策略生成一个可以观察的产品时，他们的学习才能得到促进。例如，学习者在阅读有关方位的材料时，所学材料在重要时刻指示他们画出自己的地图[5]。但是，在纸笔画图过程中，学习者的画图过程是单向的，不能得到即时反馈来改正可能产生的错误，因此最终可能生成了一个错误的产品。这意味着，这种纸笔画图措施似乎不能确保学习者正确完成他们的操作任务。
基于计算机的插图工具可望克服这一不足之处。基于计算机的插图工具是一种特定的应用于科学说明文中的插图工具，它们为学习者提供一种环境或载体，促使他们深刻思考所学的材料，建构其意义[6]，并将某一事物内部各要素之间的动态结构或功能关系可视化，生成可以观察的产品[7]。由于计算机学习程序具有丰富视觉刺激、交互性、开放性、动态性以及即时反馈等潜力，可促进学习者的记忆、理解和问题解决能力[8]，学习者利用基于计算机的插图工具，根据自己对文本的理解，在即时获得计算机的反馈和提示下，交互性地完成自己的整个插图[9]。因此，本研究假设，基于计算机的插图工具可促进学习者建构文本的意义、并反思自己的理解，从而有助于提高学习者的记忆、理解和应用水平。
2研究方法
2.1被试
48名英国曼彻斯特一所中学的八年级（13岁）中学生。
2.2实验设计
采用2（插图类型）×2（学习能力）被试间因子实验设计。第一个自变量为插图类型，分计算机模拟的预置插图（简称预置插图）和基于计算机的插图工具（简称插图工具）两个水平。前者指在计算机上呈现文本，并配上一幅事先画好的插图，后者指在计算机上呈现文本，但只配上一幅不完整的插图，图中缺省部位有待学习者根据对文本的理解进展而逐渐填充，学习者可以将安放在插图外围的插图成分拖放在相应的缺省部位，计算机对学习者的每一次填充操作提供即时反馈。根据以往研究结论，插图的效果往往还受到学习能力因素的影响，因此第二个自变量为学习能力，分能力高和能力低两种水平。根据被试在前两年的英国标准化的学能测验的平均成绩，前24名被选作高能力组，后24名被选作低能力组。因变量为被试的学习效果，包括多项选择题（旨在考查被试对材料的回忆、理解和应用情况）得分以及图片作业（根据插图及其要素回答问题）得分两部分。另外，程序将记录被试在阅读文字与完成填图任务的时间以及在填图中的交互过程，以用于对实验结果的分析与讨论。
本实验假设有二：（1）插图工具的学习效果显著高于预置插图；（2）插图类型与学习能力之间存在显著交互作用，能力高者使用插图工具的效果更为明显。
2.3实验材料
所用题材为生物说明文“食物链”，由20个句子构成，约300字，文字的可读性适中（Microsoft word 97中的Flesch-kincaid可读性水平为8.0，相当于八年级水平）。题材的选定、文本的撰写以及插图的选定是在1名生物学科专家、1名理科教师顾问以及4名理科教师的指导和协助下，根据英国科学课教学大纲标准而完成的。所用文本及所配插图预先在两所非实验学校的6名八年级（13岁）学生中进行过试验，并根据试验结果作过适当调整。
2.4测试工具
学习效果测试工具由18个多项选择题组成，每题1分，共18分，涉及对题材的记忆、理解与应用。回答这些测试题所需的信息存在于文字和插图之中。值得说明的是，对于短短300字的文本出18道选择题，几乎穷尽了材料中的方方面面的信息、关系、推导和应用，其目的是要通过客观题的形式给被试提供一个比较广阔的反应空间，尽可能多地引发被试所获得的知识，以便较为真实地反映出被试的学习程度和结果。
2.5实验程序
第一，两名主试向被试介绍程序的结构，回答被试提出的有关问题；
第二，被试学习一个与实验程序完全同构的演示程序，练习各种操作和交互方式；
第三，被试进入实验程序进行学习，学习前被告知学完后要进行测验；
第四，被试学完后就退出学习程序进行联机测验，计算机记录被试的反应。
3结果分析与讨论
3.1学习效果的差异分析
对测验得分进行2（插图类型）×2（能力水平）的多元方差分析（MANOVA），结果表明，能力水平主效应达到显著水平，高能力者的得分显著高于低能力者，F（1,47）=29.71，p＜0.001；插图类型主效应也达到显著水平，插图工具下的得分显著高于预置插图，F（1,47）=4.84，p＜0.05。但是，能力水平和插图类型之间不存在显著交互作用，即无论能力高低组，插图工具的效果都显著高于预置插图。
被试的测验得分普遍偏低，即使得分最高的一组平均不足9分，即平均不到总分18分的一半。这一现象是否意味着出现了所谓的地板效应呢？这要从测验的标准和被试的学习过程两个方面来看。一方面，测验项目几乎穷尽了材料中的方方面面的信息，其目的是给被试提供一个比较广阔的反应空间，而不是对被试设置学习目标，被试不能完全达到这一标准是可想而知的。另一方面，从学习过程上看，各组被试对整篇材料的学习时间平均不到4分钟，在这短短的时间之内对学习材料的记忆、理解和应用要达到如此高的标准是不可能的。要想进一步提高插图的效果，还必须配以其他干预手段，如在学习之前向被试提问，促使被试带着问题来利用插图工具，这有待于进一步研究。值得指出的是，即使被试得分普遍偏低，但无论能力高低，插图工具的效果都显著优于预置插图，这本身说明没有出现地板效应。
对于学习能力来说，高能力被试得分显著高于低能力被试，这一结果与以前许多研究结果是一致的[4]。对于插图类型来说，插图工具组得分显著高于预置插图组，这说明，插图工具比预置插图显著有助于被试建构文本的意义，这证实了本研究的基本假设，但是，插图类型与学习能力之间不存在显著的交互作用，插图工具对能力高者与低者具有同样的作用，这与本研究的另一假设并不相符。插图工具为什么比预置插图有更好的效果呢？并且对高低学习能力者都有作用呢？对这两个问题的回答需要分析被试的具体操作过程，包括被试对学习时间的分配以及填图操作的尝试频次。
3.2学习时间的差异分析
两种插图条件下被试的总学习时间不存在显著差异，插图工具比预置插图下的总时间稍多一些，这是因为计算机给学习者提供反馈需要一定的程序运行时间，这不属于学习者的有效学习时间。对两种插图条件下被试在文本与插图上所花学习时间的统计分析表明，插图工具组比预置插图组在插图上所花时间显著多，F（1,45）=87.43，p=0.001；而在文本上所花时间却显著少，F（1,45）=13.66，p=0.001。下面回答上述有关实验结果的两个问题。
插图工具为什么比预置插图有更好的效果呢？这可能来源于被试对材料的深度加工水平。插图工具组的被试在文本与插图上的时间分配比预置插图组要合理得多。预置插图组在插图上的时间平均为半分钟，而在文本上的时间几乎是这一数值的6倍，这意味着，预置插图组被试将注意力主要集中在文本加工上，对文本的理解主要依赖于文本，插图没有发挥出预期的作用。这与已有研究的一些结果比较一致，即学习者除非受到即时鼓励和提示，不会自然而然地有策略性地利用插图来帮助对文本的理解[4]。而插图工具组被试将时间几乎平均分配在文本和插图上，这意味着，从时间量上看，他们可能较好地利用了插图来帮助他们建构文本的意义。
插图工具为什么对能力高者和低者都有同样的效果呢？这可能是因为无论学习能力高低只要有策略性地利用插图，都能产生良好的效果。对插图工具组被试在填充插图过程所作的尝试频次进行分析，结合对被试的访谈可知，尝试频次较少的被试倾向于获得较高的得分，他们在填充图片时可能做过精细加工和思考，将文本与图片之中的信息加以联系与综合，并利用这种联系，采用适当地策略来操作图片，而尝试频次较多的那些被试倾向于获得较低的得分，他们可能通过简单的尝试与错误来完成任务，没有思考和利用文本之中的信息，只是想尽快看到插图的完整样子。这说明，基于计算机的插图工具有助于策略性的学习者对学习材料进行深度加工。
4结论
（1）插图工具组的测验得分显著高于预置插图组。
（2）学习能力高者的测验得分显著高于学习能力低者。
（3）插图类型与学习能力之间不存在显著交互作用。
参考文献
1 Mayer R E, Gallini, J K. When is an illustration worth ten thousand words? Journal of Educational Psychology, 1990, 82(4): 715～726
2 Kliese T, Over R. Does supplementing text by illustrations enhance comprehension? Australian Journal of Adult and Community Education, 1993, 33(3): 180～186
3 Reid D J. The role of pictures in learning biology: Part 2, picture-text processing. Journal of Biological Education, 1990, 24(4): 251～258
4 Moore P J, Scevak J J. The effects of strategy training on high school students′ learning from science text. Paper presented at the 5th European Conference for Research on Learning and Instruction, Aix-en-Province, France, August, 1993
5 Scevak J J, MooreP J. Levels of processing effects on learning from texts with maps. Educational Psychology, 1998, 18(2): 133～155
6 Chandler P. The crucial role of cognitive processes in the design of dynamic visualizations. Learning and Instruction, 2004, 14: 353～357
7 Kommers P A M, Jonassen D H, Mayes J T. Cognitive tools for learning. Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 1992, 19～76
8 Ollerenshaw A, Aidman E V, Kidd G. Is an illustration always worth ten thousand words? Effects of prior knowledge, learning style and multimedia illustrations on text comprehension. International Journal of Instructional Media, 1997, 24(3): 227～238
9 Meter P V. Drawing construction as a strategy for learning from text. Journal of Educational Psychology, 2001, 93(1): 129～140
关键词计算机插图工具，预置插图，知识建构。
分类号G442
1引言
在科学说明文中，插图通常被用来揭示图画的关键部分及其之间的结构和/或功能关系。由于插图所展示的信息与事物的物理特征相似，人们相信，插图对自然科学的学习具有积极的作用[1]。但有些研究表明，插图不能促进学习[2]。这些相互矛盾的结果可能提示我们，学习者的能力、插图的难度以及文本的复杂度等条件之间的相互作用可能影响了插图的效果[3]。更为重要的是，学习者通常不会自然而然地有策略性地利用插图来帮助自己理解文本[4]。学习者的深度加工是需要鼓励与指导的，而且，似乎只有当学习者自愿使用适当策略生成一个可以观察的产品时，他们的学习才能得到促进。例如，学习者在阅读有关方位的材料时，所学材料在重要时刻指示他们画出自己的地图[5]。但是，在纸笔画图过程中，学习者的画图过程是单向的，不能得到即时反馈来改正可能产生的错误，因此最终可能生成了一个错误的产品。这意味着，这种纸笔画图措施似乎不能确保学习者正确完成他们的操作任务。
基于计算机的插图工具可望克服这一不足之处。基于计算机的插图工具是一种特定的应用于科学说明文中的插图工具，它们为学习者提供一种环境或载体，促使他们深刻思考所学的材料，建构其意义[6]，并将某一事物内部各要素之间的动态结构或功能关系可视化，生成可以观察的产品[7]。由于计算机学习程序具有丰富视觉刺激、交互性、开放性、动态性以及即时反馈等潜力，可促进学习者的记忆、理解和问题解决能力[8]，学习者利用基于计算机的插图工具，根据自己对文本的理解，在即时获得计算机的反馈和提示下，交互性地完成自己的整个插图[9]。因此，本研究假设，基于计算机的插图工具可促进学习者建构文本的意义、并反思自己的理解，从而有助于提高学习者的记忆、理解和应用水平。
2研究方法
2.1被试
48名英国曼彻斯特一所中学的八年级（13岁）中学生。
2.2实验设计
采用2（插图类型）×2（学习能力）被试间因子实验设计。第一个自变量为插图类型，分计算机模拟的预置插图（简称预置插图）和基于计算机的插图工具（简称插图工具）两个水平。前者指在计算机上呈现文本，并配上一幅事先画好的插图，后者指在计算机上呈现文本，但只配上一幅不完整的插图，图中缺省部位有待学习者根据对文本的理解进展而逐渐填充，学习者可以将安放在插图外围的插图成分拖放在相应的缺省部位，计算机对学习者的每一次填充操作提供即时反馈。根据以往研究结论，插图的效果往往还受到学习能力因素的影响，因此第二个自变量为学习能力，分能力高和能力低两种水平。根据被试在前两年的英国标准化的学能测验的平均成绩，前24名被选作高能力组，后24名被选作低能力组。因变量为被试的学习效果，包括多项选择题（旨在考查被试对材料的回忆、理解和应用情况）得分以及图片作业（根据插图及其要素回答问题）得分两部分。另外，程序将记录被试在阅读文字与完成填图任务的时间以及在填图中的交互过程，以用于对实验结果的分析与讨论。
本实验假设有二：（1）插图工具的学习效果显著高于预置插图；（2）插图类型与学习能力之间存在显著交互作用，能力高者使用插图工具的效果更为明显。
2.3实验材料
所用题材为生物说明文“食物链”，由20个句子构成，约300字，文字的可读性适中（Microsoft word 97中的Flesch-kincaid可读性水平为8.0，相当于八年级水平）。题材的选定、文本的撰写以及插图的选定是在1名生物学科专家、1名理科教师顾问以及4名理科教师的指导和协助下，根据英国科学课教学大纲标准而完成的。所用文本及所配插图预先在两所非实验学校的6名八年级（13岁）学生中进行过试验，并根据试验结果作过适当调整。
2.4测试工具
学习效果测试工具由18个多项选择题组成，每题1分，共18分，涉及对题材的记忆、理解与应用。回答这些测试题所需的信息存在于文字和插图之中。值得说明的是，对于短短300字的文本出18道选择题，几乎穷尽了材料中的方方面面的信息、关系、推导和应用，其目的是要通过客观题的形式给被试提供一个比较广阔的反应空间，尽可能多地引发被试所获得的知识，以便较为真实地反映出被试的学习程度和结果。
2.5实验程序
第一，两名主试向被试介绍程序的结构，回答被试提出的有关问题；
第二，被试学习一个与实验程序完全同构的演示程序，练习各种操作和交互方式；
第三，被试进入实验程序进行学习，学习前被告知学完后要进行测验；
第四，被试学完后就退出学习程序进行联机测验，计算机记录被试的反应。
3结果分析与讨论
3.1学习效果的差异分析
对测验得分进行2（插图类型）×2（能力水平）的多元方差分析（MANOVA），结果表明，能力水平主效应达到显著水平，高能力者的得分显著高于低能力者，F（1,47）=29.71，p＜0.001；插图类型主效应也达到显著水平，插图工具下的得分显著高于预置插图，F（1,47）=4.84，p＜0.05。但是，能力水平和插图类型之间不存在显著交互作用，即无论能力高低组，插图工具的效果都显著高于预置插图。
被试的测验得分普遍偏低，即使得分最高的一组平均不足9分，即平均不到总分18分的一半。这一现象是否意味着出现了所谓的地板效应呢？这要从测验的标准和被试的学习过程两个方面来看。一方面，测验项目几乎穷尽了材料中的方方面面的信息，其目的是给被试提供一个比较广阔的反应空间，而不是对被试设置学习目标，被试不能完全达到这一标准是可想而知的。另一方面，从学习过程上看，各组被试对整篇材料的学习时间平均不到4分钟，在这短短的时间之内对学习材料的记忆、理解和应用要达到如此高的标准是不可能的。要想进一步提高插图的效果，还必须配以其他干预手段，如在学习之前向被试提问，促使被试带着问题来利用插图工具，这有待于进一步研究。值得指出的是，即使被试得分普遍偏低，但无论能力高低，插图工具的效果都显著优于预置插图，这本身说明没有出现地板效应。
对于学习能力来说，高能力被试得分显著高于低能力被试，这一结果与以前许多研究结果是一致的[4]。对于插图类型来说，插图工具组得分显著高于预置插图组，这说明，插图工具比预置插图显著有助于被试建构文本的意义，这证实了本研究的基本假设，但是，插图类型与学习能力之间不存在显著的交互作用，插图工具对能力高者与低者具有同样的作用，这与本研究的另一假设并不相符。插图工具为什么比预置插图有更好的效果呢？并且对高低学习能力者都有作用呢？对这两个问题的回答需要分析被试的具体操作过程，包括被试对学习时间的分配以及填图操作的尝试频次。
3.2学习时间的差异分析
两种插图条件下被试的总学习时间不存在显著差异，插图工具比预置插图下的总时间稍多一些，这是因为计算机给学习者提供反馈需要一定的程序运行时间，这不属于学习者的有效学习时间。对两种插图条件下被试在文本与插图上所花学习时间的统计分析表明，插图工具组比预置插图组在插图上所花时间显著多，F（1,45）=87.43，p=0.001；而在文本上所花时间却显著少，F（1,45）=13.66，p=0.001。下面回答上述有关实验结果的两个问题。
插图工具为什么比预置插图有更好的效果呢？这可能来源于被试对材料的深度加工水平。插图工具组的被试在文本与插图上的时间分配比预置插图组要合理得多。预置插图组在插图上的时间平均为半分钟，而在文本上的时间几乎是这一数值的6倍，这意味着，预置插图组被试将注意力主要集中在文本加工上，对文本的理解主要依赖于文本，插图没有发挥出预期的作用。这与已有研究的一些结果比较一致，即学习者除非受到即时鼓励和提示，不会自然而然地有策略性地利用插图来帮助对文本的理解[4]。而插图工具组被试将时间几乎平均分配在文本和插图上，这意味着，从时间量上看，他们可能较好地利用了插图来帮助他们建构文本的意义。
插图工具为什么对能力高者和低者都有同样的效果呢？这可能是因为无论学习能力高低只要有策略性地利用插图，都能产生良好的效果。对插图工具组被试在填充插图过程所作的尝试频次进行分析，结合对被试的访谈可知，尝试频次较少的被试倾向于获得较高的得分，他们在填充图片时可能做过精细加工和思考，将文本与图片之中的信息加以联系与综合，并利用这种联系，采用适当地策略来操作图片，而尝试频次较多的那些被试倾向于获得较低的得分，他们可能通过简单的尝试与错误来完成任务，没有思考和利用文本之中的信息，只是想尽快看到插图的完整样子。这说明，基于计算机的插图工具有助于策略性的学习者对学习材料进行深度加工。
4结论
（1）插图工具组的测验得分显著高于预置插图组。
（2）学习能力高者的测验得分显著高于学习能力低者。
（3）插图类型与学习能力之间不存在显著交互作用。
参考文献
1 Mayer R E, Gallini, J K. When is an illustration worth ten thousand words? Journal of Educational Psychology, 1990, 82(4): 715～726
2 Kliese T, Over R. Does supplementing text by illustrations enhance comprehension? Australian Journal of Adult and Community Education, 1993, 33(3): 180～186
3 Reid D J. The role of pictures in learning biology: Part 2, picture-text processing. Journal of Biological Education, 1990, 24(4): 251～258
4 Moore P J, Scevak J J. The effects of strategy training on high school students′ learning from science text. Paper presented at the 5th European Conference for Research on Learning and Instruction, Aix-en-Province, France, August, 1993
5 Scevak J J, MooreP J. Levels of processing effects on learning from texts with maps. Educational Psychology, 1998, 18(2): 133～155
6 Chandler P. The crucial role of cognitive processes in the design of dynamic visualizations. Learning and Instruction, 2004, 14: 353～357
7 Kommers P A M, Jonassen D H, Mayes J T. Cognitive tools for learning. Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 1992, 19～76
8 Ollerenshaw A, Aidman E V, Kidd G. Is an illustration always worth ten thousand words? Effects of prior knowledge, learning style and multimedia illustrations on text comprehension. International Journal of Instructional Media, 1997, 24(3): 227～238
9 Meter P V. Drawing construction as a strategy for learning from text. Journal of Educational Psychology, 2001, 93(1): 129～140