移動課件字幕呈現形式對注意力影響的腦波實驗研究

趙鑫碩　楊現民　李小杰

摘要：移動學習是當前一種重要的學習方式，如何設計能夠吸引并維持學習者注意力的移動學習課件成為當前移動學習資源建設亟待解決的一個重要問題。字幕給人以視覺感受，其形式與圖像有所不同，能夠引起人們生理上的感官注意；也可強調畫面重點和關鍵內容而引起人們心理上的關注。研究移動課件字幕呈現形式對注意力和學習成效的影響，能夠為設計優質移動學習課件提供依據。按照全字幕、全字幕+關鍵詞、關鍵詞與無字幕四種字幕呈現形式， 120名大學生隨機分為四組進行了移動學習實驗。研究發現：（1）學習興趣與接受度顯著相關，注意力與學習成績顯著相關；（2）全字幕+關鍵詞與關鍵詞字幕均比無字幕更能獲得較高注意力，全字幕+關鍵詞組的注意力優于關鍵詞組，但二者之間不存在顯著差異；（3）字幕呈現形式與不同注意力水平對學習成績存在交互作用，在低注意力水平與中等注意力水平中，全字幕+關鍵詞組的學習成績最好；在高注意力水平中，關鍵詞組的學習成績最好。因此，在設計移動學習資源時，應依據學習興趣、學習內容、學習者自身特點等選擇字幕呈現形式，以達到移動課件設計的最優化和學習效率的最大化。

關鍵詞：移動學習；移動課件；字幕；注意力；學習成績；實驗研究

中圖分類號：434 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5195（2017）01-0095-10 doi10.3969/j.issn.1009-5195.2017.01.012

一、引言

隨著移動通訊技術的快速發展和移動設備的快速普及，移動學習逐漸成為當今社會的一種重要學習方式。但是，學習者在移動學習過程中很容易受外界環境的干擾，這就對移動學習資源的建設提出了更高的要求。如何設計能夠吸引并維持學習者注意力的移動學習課件成為當前移動學習資源建設亟待解決的一個重要問題。移動課件作為移動學習資源的主要組成部分，能夠將學習內容以文本、圖形、動畫、聲音和視頻等不同的形式呈現。根據多媒體認知理論中的雙通道假設，可以將移動課件分為視覺型、聽覺型和視聽型三種類型。其中視聽型課件能夠通過視覺和聽覺雙向通道向學習者傳遞信息，受到廣大學習者的歡迎，如網絡中比較流行的微課大多數是視聽型課件。

研究視聽型移動課件字幕呈現形式對學習注意力和學習成效的影響能夠為設計優質移動學習課件提供依據。字幕的呈現形式大體可分為四種：全字幕、全字幕+關鍵詞、關鍵詞字幕與無字幕。雖然已有學者對多媒體課件字幕的設計進行了研究（徐苑，2004；汪存友，2015），但都僅限于PC端的多媒體課件，很少關注對注意力的影響。本研究專注于移動課件字幕的不同呈現形式對注意力和學習成效的影響。

二、相關研究

字幕是指以文字的形式顯示電視、電影、舞臺作品里面對話等非影視內容，也泛指影視作品里后期加工的內容（百度百科：字幕，2016）。字幕給人以視覺感受，其形式與圖像有所不同，能夠引起人們生理上的感官注意；也可強調畫面重點和關鍵內容從而引起人們心理上的關注。近年來，國內外在字幕方面的研究主要聚焦在多媒體課件中字幕的屬性（如字體、字號、顏色、對比度、行間距、位置以及顯示時間等） 和字幕呈現形式（包括全字幕、關鍵字幕、無字幕以及滾動與靜態字幕等）對閱讀效果的影響兩個方面。

在字幕的屬性方面，早在上世紀80年代就有研究者開始對字體（Mansfield et al.，1996）、字號（Chung et al.，1998）、顏色（Legge et al.，1985）以及對比度（Legge et al.，1987）等因素對閱讀效果的影響的一系列實驗研究，發現這些屬性均對閱讀效果具有顯著影響。與此同時，國內對字幕屬性也做了較為全面的研究。王志軍（2003）對計算機顯示字幕的屬性進行研究，發現字體大小對學習者的閱讀效果具有顯著影響，字幕的每種屬性設置都有一個最佳的數值范圍。水仁德等人（2008）通過多媒體教室現場實驗和實驗室實驗發現，教學課件中字幕的字體尺寸應大于0.26°視角，并發現字幕的呈現位置對文字理解效果影響不大。胡長海等發現教學課件中字幕太小會影響學習者的學習效果，他指出教學課件中的字幕和用于個人學習課件的字幕應有不同的字號設計（胡長海等，2003）。此外，心理學的學者也對字幕的屬性進行了不同的研究，認為字幕的字頻（高定國等，1995）、筆畫數（喻柏林等，1992）、顯示速度（水仁德等，2001）和單雙行顯示（陶嶸等，2003）等因素都會影響學習者對學習內容的理解。

在字幕的呈現形式方面，早期的研究主要集中在有字幕和無字幕兩個方面。Bernard的研究就對字幕有無是否影響學習效果進行了探討，發現有描述性字幕組的學習效果要好于無字幕組，字幕和口語解釋同時出現時學習效果更好（Bernard，1990）。鐘靜美在研究字幕能否促進大學生外語理解時發現，有字幕組的學習效果明顯好于無字幕組（Chung，1999）。同時，王健等人的研究發現，有解說字幕的教學視頻能使學習者取得較好的成績，同時獲得較高的滿意度（王健等，2014）。此后，隨著研究的深入，字幕的呈現形式又出現了關鍵詞的形式。Guillory研究了全文字幕、關鍵詞字幕和無字幕三種形式對學習效果的影響，發現全文字幕和關鍵詞字幕組的學習效果要優于無字幕組，同時全字幕組與關鍵詞字幕組并無大的差別（Guillory，1998）。國內在關鍵詞字幕方面也做了一些研究。王電建測試了字幕的不同呈現形式對外語學習者視頻理解效果的影響，發現全字幕和關鍵詞字幕都有利于學習者對視頻的理解，而關鍵詞字幕更適合高水平的學生（王電建，2012）。王雪等人運用眼動儀分析了無字幕、全字幕和概要字幕三種形式對學習效果的影響，發現陳述性知識的教學視頻中全字幕形式能夠使學習者獲得最多的學習數量，概要性字幕形式可以幫助學習者獲得最好的學習質量；而在程序性知識的教學視頻中，概要字幕形式能夠幫助學習者獲得最好的學習數量和質量（王雪等，2016）。

上述研究主要以PC端的多媒體課件字幕形式對學習效果的影響為研究內容，能夠對傳統多媒體課件的設計提供指導。但是由于移動設備屏幕的局限性和環境復雜性，相比于PC端的多媒體課件，移動課件需要更好的設計來吸引和維持學習者的注意力。雖然也有學者在移動端進行字幕呈現形式對學習效果的研究，如Hsu等人在讓學習者運用手機進行英語學習的實驗中發現，關鍵詞字幕組的學生對英語的學習要好于全字幕和無字幕組（Hsu et al.，2013），但此類研究很少，不足以指導移動課件字幕設計。另外，從研究方法上來看，多數研究是以實驗結束后的學習效果為主要依據，只有少數的研究運用眼動儀分析學習者的實時認知過程。本研究通過腦波實驗，既可以實時記錄移動學習者的注意力變化，又可以通過后測試卷成績來分析學習效果，探索移動課件字幕的不同呈現形式對學習注意力和學習效果的影響。

三、研究設計

1.實驗目的

本研究旨在探討移動學習課件中字幕的不同呈現形式對學習者移動學習注意力與學習成績的影響。同時，通過知識后測探討注意力與學習成績的關系，并進一步研究字幕的呈現形式與學習注意力對學習成績是否存在交互影響。

2.被試

通過線上公開招募的形式，共招募120名江蘇師范大學的本科生為實驗被試，其中男生44人（36.67%），女生76人（63.33%）。120位參與者隨機分配到4個實驗組，每組30人。

實驗參與者的平均年齡為19.64歲。每個人都有移動學習的經驗，其中，4人（3.33%）在1年以下，42人（35.00%）在1～2年，44人（36.67%）在2～3年，30人（25.00%）達到3年以上。在平均每周的移動學習次數上，23人（19.17%）為4～7次，48人（40.00%）為8～14次，49人（40.83%）為14次以上。此外，在平均每次的移動學習時間上，11人（9.17%）在5～10分鐘，58人（48.33%）在10～20分鐘，51人（42.50%）達到20分鐘以上。

3.實驗工具

本研究采用實驗研究法，用到的研究工具主要包括：腦波儀、電腦、手機、移動學習情況調查問卷以及后測試卷。

（1）腦波儀

本實驗使用的腦波設備為神念科技（Neurosky）公司制造的Mindwave Mobile腦波儀（見圖1）。Mindwave Mobile的采樣頻率為512Hz，它在前額部位（神經科學稱之為FP1區）能夠測量出可用于研究領域的高精度腦電信號，這些腦電信號經過復雜的數學運算后，被解讀成多項反映人們心理狀態變化的參數。此前，Rebolledo-Mendez等人對NeuroSky公司開發的耳機MindBuilder-EM （MB）做了評估，評估表明MB能夠提供準確的個體閱讀時注意力相關水平（Rebolledo-Mendez et al.，2009）。此外，Yasui應用NeuroSky公司的ThinkGear傳感器來監測腦信號，也指出這個芯片可以獲取高靈敏度的腦信號，并且不被腦內其他雜音干擾（Yasui，2009）。同時，研究利用佰意通腦電生物反饋訓練系統專業版（見圖2）來即時監控及獲取參與者的腦電數據，通過eSenseTM演算法將被試者的心理狀態量化為注意力數值，作為分析學習者專注力高低的依據，可以區分為專注度和放松度，專注度與放松度的參數值均介于0～100之間（eSense是NeuroSky公司用數字化指數的方式對人的當前精神狀況進行度量的專利算法，eSense數值描述的是當前精神狀況活動波動范圍的相對數值，而不是絕對數值）。

（2）電腦

實驗中用聯想G460電腦來連接腦波儀并實時監控參與者的腦電數據，其基本配置如下：處理器為Intel（R）Core（TM）i3 CPU，安裝內存為2.0 GB，操作系統為Windows 7。

（3）手機

移動學習時所采用的設備可以是個人數字助理PDA、手機、平板電腦等移動手持設備。為了避免不同屏幕尺寸對實驗結果產生影響，實驗中統一使用華為榮耀6手機向參與者呈現移動學習課件內容。

4.實驗材料

（1）移動學習情況調查問卷

移動學習情況調查問卷旨在了解大學生移動學習的基本情況，主要包括三個方面：參與者的基本信息、移動學習興趣與移動學習接受度。移動學習興趣與移動學習接受度均采用李克特五點量表，以1～5分來表示“非常不同意”、“不同意”、“一般”、“同意”與“非常同意”。每項得分的平均分為學習者的學習興趣與接受度，平均分越高，則表示學習者的學習興趣與接受度越高。

此問卷曾被Yang等人采用，用于測試參與者的移動學習興趣（Yang et al.，2016）。原始問卷包含6個問題，語句表達根據研究需要進行了改動，同時新增了1個問題“你今后還會繼續使用手機設備進行學習嗎？”和三個調查參與者基本信息的題目（年齡、性別和所在年級）。修改后的問卷內部信度值為0.82。Bland 和Krank 等人都曾指出，Cronbach's Alpha的值大于0.7時，表示一份問卷是可靠的（Bland & Altman，1997；Krank et al.，2011）。因此，本研究所使用的問卷具有良好的信度和效度。

（2）移動課件

移動課件材料共有4套，內容均為國家精品資源共享課中的一節課程——“智慧教室”，通過編輯加工，時長為5分16秒。4套課件中課程內容完全相同，只是在字幕的呈現上有所區分（見圖3）。

“全字幕+無關鍵詞字幕的課件”（以下簡稱“全字幕課件”）：視頻下方呈現全部的解說字幕，字幕中的關鍵詞字體不進行放大與顏色變換。

“全字幕+關鍵詞字幕的課件”：教學視頻內容一致，與“全字幕課件”唯一的差異是將字幕中的關鍵詞進行放大并把文字顏色變為黃色。

“關鍵詞字幕的課件”：教學視頻內容一致，與“全字幕+關鍵詞字幕的課件”唯一的差異是視頻下方沒有完整的字幕，只呈現關鍵詞字幕。

“無字幕的課件”：教學視頻內容一致，與前三類課件的差異是視頻既無全部解說的字幕，也無關鍵詞字幕。

（3）后測試卷

四組被試使用同一套后測試卷進行學習成效的評估，且后測試卷的題目與關鍵詞字幕的內容高度相關。每份試卷有5道題，其中，3道為選擇題，2道為填空題。試題主要考察的是參與者對概念的記憶和理解，以保證試題的客觀性。后測試卷得分越高，代表學習者的學習效果越好。后測試卷由研究人員編制，編寫完成后，邀請3位不參與實驗的本科生進行閱讀，以此來了解后測試卷的題意是否清晰、明確。最后，所有試題都由同一名研究人員批改，并由另一名研究人員隨機抽取30份進行檢查，以保證成績的準確性。

5.實驗過程

本實驗采用單因素被試間實驗設計。自變量為字幕呈現形式，分為四個水平：全字幕、全字幕+關鍵詞、關鍵詞與無字幕。因變量為注意力與學習成效，背景變量為移動學習水平。本研究的實驗地點位于江蘇師范大學一間舒適、安靜的教室，研究者位于參與者后方的位置，對電腦中呈現的腦波數據進行實時觀察，及時發現并處理實驗過程中出現的問題。為了保證實驗的準確性，實驗統一在下午2∶00-5∶30進行。實驗流程如圖4所示。

實驗開始前，參與者隨機進入全字幕、全字幕+關鍵詞、關鍵詞和無字幕的4個組。為了確保實驗能夠順利進行，研究者先向實驗者介紹整體實驗流程和注意事項，并示范佩戴腦波儀，告知參與者在實驗過程中要保持放松，不要有壓力。接著學習者需填寫移動學習基本情況問卷，以便研究者獲取實驗者的基本信息以及移動學習年限、興趣度、接受度等相關信息。

實驗開始時，被試平心靜氣休息2分鐘，之后由研究者幫忙戴上腦波儀觀看練習性的移動學習課件，讓學習者逐漸適應腦波儀的存在，降低緊張及好奇等因素。練習性學習結束之后，學習者休息1分鐘，開始進行正式移動學習，時間為5分鐘。

實驗結束后，被試立即開始作答后測試卷，以檢驗學習者的移動學習成效。后測試卷共5道題，時間為5分鐘。后測結束后由研究者回收試卷，用于數據統計與分析。

四、數據分析

1.學習興趣、接受度、注意力與學習成績的相關性分析

問卷調查發現，學習者的移動學習興趣處于中等水平（M=3.58，SD=4.80），接受度處于中等水平（M=3.59，SD=4.72）。為了解學習者的學習興趣、接受度、注意力與學習成績之間的相關程度，研究采用Pearson相關分析對這四個因素進行分析，結果如表1所示。

表8顯示，在全字幕+關鍵詞組與關鍵詞組中，三種注意力水平學習成績之間兩兩存在顯著性差異且三種注意力水平對學習成績的促進作用可以排序為：高注意力水平 > 中等注意力水平 > 低注意力水平。但在全字幕組中，中等注意力水平學習成績與低注意力水平之間不存在顯著性差異（p=0.068>0.05）。這說明在學習成績上，中等注意力水平對全字幕+關鍵詞組與關鍵詞組學習者的幫助大于低注意力水平，而對于全字幕組的學習者，這種差異不明顯。在無字幕組中，高注意力水平學習成績與中等注意力水平之間也不存在顯著性差異（p=0.124>0.05）。這說明在學習成績上高注意力水平對全字幕組、全字幕+關鍵詞組與關鍵詞組學習者的幫助大于中等注意力水平，而對于無字幕組的學習者，這種差異不明顯。

五、結果討論

1.字幕呈現形式對移動學習注意力的影響

研究發現，參與者在實驗過程中能夠維持較高注意力水平的很少，大多保持中等注意力水平。學習者在使用手機進行學習時，由于受到環境的干擾和手機屏幕的限制，很難將注意力維持在學習內容和學習活動上。這種移動學習注意力分散特性在其他研究中也被提到過（Herro et al.，2013；Hwang et al.，2014）。

當學習者用手機進行學習的時候，注意力與字幕呈現形式是顯著相關的，其中全字幕+關鍵詞組與關鍵詞組均比無字幕組和全字幕組更能獲得較高注意力，全字幕+關鍵詞組的注意力稍優于關鍵詞組，但二者之間的差異不是很明顯。這與連寶靜等人的研究結果是一致的，她指出通過對關鍵詞標紅提示，能夠引導學習者將注意力集中在學習內容上，避免注意力被不重要的內容吸引（連寶靜等，2011）。同時，這個結果與劉蘇紅等的研究也具有一致性，她發現內容的呈現形式和學習專注度之間存在顯著相關關系（Liu et al.，2009）。我們可以這樣理解，當呈現全字幕信息時，視覺通道的信息（字幕+畫面）會超出我們的注意資源范圍，同一通道上的兩種信息會出現競爭現象，這就很容易造成Lavie所提到的高知覺負載（Lavie，1995），所以出現了注意力較低的結果。與此相比，帶有關鍵詞字幕組的被試可以只看關鍵詞，其閱讀量降低，視覺通道所需資源就會減少，空出的注意資源就容易集中于目標所在的位置。而無字幕組中，被試的視覺通道中只有畫面存在，缺失了字幕對聽力的彌補作用，導致被試難以理解視頻內容，可能會造成思維中斷，影響情緒從而影響注意力。

此外，研究還發現，在無字幕組，注意力與學習興趣顯著相關，但其他三個實驗組的移動學習注意力與學習興趣關系不顯著。一般來說，一個人對某件事情或活動感興趣時，才能更加關注。楊現民等人的研究曾發現對移動學習感興趣的學生往往能保持較高的專注度（Yang et al.，2015）。根據技術接受模型（Davis，1986），行為意向直接影響用戶接受信息所使用的技術，如果學生對移動學習的興趣較低，那么通常他們缺少使用移動設備學習的動機。因此，興趣較低的學生很難具有較高的注意力。此研究結果可以從學習者的移動學習年限和學習經驗方面解釋。移動學習年限較低的參與者可能更多是興趣在驅使其對移動學習產生注意，而隨著學習年限的增長和經驗的不斷豐富，學習者逐漸形成了學習習慣，有能力排除一定的外界干擾，集中注意力。因此，結果呈現出學習興趣與注意力不再具有顯著的相關關系。

在設計視聽型移動學習課件時，既要注意字幕的呈現形式，又要考慮到提升學習者的興趣。關鍵詞字幕是移動課件設計的最佳選擇，這樣能夠使學習者同時關注字幕和視頻畫面的內容。

2.字幕呈現形式對移動學習成績的影響

在上述提及的四種字幕呈現形式中，全字幕+關鍵詞組與關鍵詞組的學習成績均顯著高于無字幕組。這與Guillory的研究結果一致，他在分析不同字幕形式中學習者對視頻理解方面差異的實驗中也發現關鍵詞字幕組和全字幕組之間的成績并無顯著差異，但是要明顯高于無字幕組（Guillory，1998）。另外，Hsu的研究發現對視頻內容進行適當的文字解釋能夠促進學習者對內容的理解（Hsu，2015）。這符合多媒體學習認知負荷理論，當文字繁多時會加重學習者的認知負荷。楊燕（2014）曾指出當視覺通道達到上限后，再添加更多的視覺信息就會分散注意力，導致信息的流失從而降低學習成效。因此，從認知負荷角度看，關鍵詞字幕是視聽型課件的優先選擇。但是研究中發現，全字幕+關鍵詞組和關鍵詞組的成績并無顯著差別，且全字幕+關鍵詞字幕的成績稍高于關鍵詞組。這可能是由于移動學習外界環境的干擾，很容易導致學習者的注意力分散，當學習者重新集中注意力到學習活動上時，全字幕能夠幫助學習者整體把握課件，及時了解課件進程，跟上課件進度。所以，全字幕+關鍵詞字幕對于容易走神的學習者來說是不錯的選擇。

但是，也有一些研究得出了與此不同的結果，如Barron和Atkins的研究發現不同形式的字幕呈現方式在學習者對視頻理解方面并不存在較大影響（Barron & Atkins，1994）。這種結果可能是由于他們的實驗中被試可以反復觀看視頻內容，導致字幕的作用被弱化了，從而降低字幕的形式對內容理解的影響。

此外，研究發現移動學習注意力與學習成績顯著相關，四組字幕的呈現形式中，具有較高注意力的參與者學習成績普遍都高。在全字幕組中，中等注意力水平與低注意力水平的參與者成績并無顯著差異。同時字幕的呈現形式與不同注意力水平對學習成績存在交互作用。當注意力水平較高時，關鍵詞組的成績最好；當注意力水平處于中等和低等時，全字幕+關鍵詞組的成績最好。當學習者注意力高度集中時，其需要付出較高的認知努力，全字幕+關鍵詞的形式就會造成認知容量的超載，而關鍵詞字幕在一定程度上能夠有效降低認知負荷，因而學習者能夠獲得較高的成績。

六、總結

這項研究探討了移動學習興趣、課件字幕呈現形式對移動學習注意力和學習成績的交互作用。主要發現有三點：第一，移動學習中興趣與接受度顯著相關，注意力與學習成績顯著相關；第二，字幕呈現形式對注意力具有顯著影響，其中全字幕+關鍵詞與關鍵詞字幕均比無字幕更能獲得較高注意力，全字幕+關鍵詞組的注意力優于關鍵詞組，但二者之間不存在顯著差異；第三，字幕呈現形式與不同注意力水平之間對學習成績存在交互作用，在低注意力水平與中等注意力水平中，全字幕+關鍵詞組的學習成績最好；在高注意力水平中，關鍵詞組的學習成績最好。

高質量的移動課件一定要能夠“抓住”學習者的注意力，給學習者更優的體驗和沉浸感。根據上述結論，設計和選擇移動課件時應該注意以下三個方面：第一，應充分考慮興趣、字幕呈現形式和注意力等因素對學習成效的影響，如在課件開始部分通過添加動畫、提問等形式提升學習者的興趣。第二，設計視聽型移動課件，應根據視頻內容分別選擇全字幕+關鍵詞或者關鍵詞字幕的形式，當視聽型移動課件語境較強時，可使用關鍵詞字幕；在零語境視聽課件中，可使用全字幕+關鍵詞的字幕形式。第三，移動學習者應根據自己的特征，選擇適合自己的移動課件。如注意力容易分散的學生應盡可能地選擇全字幕+關鍵詞的字幕呈現形式，聽力理解能力較強的同學可以選擇關鍵詞或者無字幕的視聽型課件，視覺能力較強的同學可選擇全字幕或全字幕+關鍵詞字幕的課件。

由于人力、物力等條件的限制，本研究仍存在一些不足之處，比如本研究運用的視聽型課件僅是教師出鏡講授類的視頻材料，并不能代表所有的視聽型課件；另外，被試的選取方面雖然采用了隨機的方式，能夠保證一定的科學性，但是并不能完全排除被試自身對注意力的干擾。因此，后續研究將進一步擴大研究樣本，盡可能控制各類影響因素，同時充分考慮被試性別、年齡、學習風格、先驗知識和地域等因素對實驗數據的影響，提高實驗數據的準確性、可推廣性。另外，實驗結論還需要教學實踐的進一步驗證。

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收稿日期 2016-11-23 責任編輯 汪燕