監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架影響深度學(xué)習(xí)的作用機(jī)制*

劉哲雨 劉佳樂 于 評(píng) 劉 暢

監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架影響深度學(xué)習(xí)的作用機(jī)制*

劉哲雨 劉佳樂 于 評(píng) 劉 暢[通訊作者]

（天津師范大學(xué) 教育學(xué)部，天津 300387）

監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架對(duì)深度學(xué)習(xí)具有重要促進(jìn)作用，但其作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。對(duì)此，文章對(duì)學(xué)習(xí)者的深度學(xué)習(xí)情況展開多模態(tài)評(píng)價(jià)，包括借助功能性近紅外光譜技術(shù)測(cè)量腦區(qū)激活水平、結(jié)合問卷測(cè)量深度學(xué)習(xí)不同階段的認(rèn)知水平，以探究不同類型的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架對(duì)深度學(xué)習(xí)過程與結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在深度學(xué)習(xí)不同階段，引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架和自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)下的腦區(qū)激活水平更為顯著；引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架對(duì)深度學(xué)習(xí)的促進(jìn)效果更優(yōu)；深度學(xué)習(xí)不同階段的腦區(qū)激活水平與認(rèn)知水平顯著相關(guān)。就作用機(jī)制而言，引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架更符合深度學(xué)習(xí)腦加工機(jī)制的需求，可以根據(jù)對(duì)應(yīng)腦區(qū)的激活水平來判斷深度學(xué)習(xí)是否真實(shí)發(fā)生以及發(fā)生的程度如何。多模態(tài)實(shí)證研究結(jié)論可為面向深度學(xué)習(xí)的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架設(shè)計(jì)提供參考，并有助于推動(dòng)深度學(xué)習(xí)研究的進(jìn)一步深入。

監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架；深度學(xué)習(xí)；多模態(tài)；腦機(jī)制

引言

深度學(xué)習(xí)是一種以深度理解為起點(diǎn)、以新情境中的遷移為導(dǎo)向、以解決復(fù)雜問題和創(chuàng)新為目標(biāo)的高層次學(xué)習(xí)方式[1]，表現(xiàn)為學(xué)習(xí)者積極主動(dòng)地、批判性地整合新知識(shí)。深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的深層加工過程，強(qiáng)調(diào)以深度理解與保持為前提，強(qiáng)調(diào)在學(xué)習(xí)內(nèi)容框架內(nèi)的應(yīng)用與在框架外的拓展遷移，強(qiáng)調(diào)建立在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新、復(fù)雜問題解決等高階思維或高階能力的培養(yǎng)。深度學(xué)習(xí)視角下，教育工作者易于發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中存在的一系列問題，如自主學(xué)習(xí)能力較差、參與度不高、學(xué)習(xí)結(jié)果停留在淺層學(xué)習(xí)水平、不能對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行深度理解與遷移創(chuàng)新等[2]。有研究者認(rèn)為，導(dǎo)致這些問題的原因比較復(fù)雜，但多與學(xué)習(xí)者的自我調(diào)節(jié)能力、自主性監(jiān)控與引導(dǎo)性監(jiān)控有關(guān)[3]。監(jiān)控影響深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)機(jī)制在于監(jiān)控調(diào)節(jié)，而監(jiān)控調(diào)節(jié)是自我調(diào)節(jié)的一個(gè)重要組成部分。這說明，自我調(diào)節(jié)中的監(jiān)控調(diào)節(jié)影響深度學(xué)習(xí)。

學(xué)習(xí)者的自我調(diào)節(jié)能力水平越高，深度學(xué)習(xí)效果就越好[4]。而利用學(xué)習(xí)支架支持監(jiān)控調(diào)節(jié)、實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)[5]，也可有效促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)支架對(duì)深度學(xué)習(xí)的促進(jìn)程度及其促進(jìn)機(jī)制，是面向深度學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)支架研究的重要內(nèi)容[6]。但是，已有研究更多源于經(jīng)驗(yàn)或更多聚焦技術(shù)，而較少關(guān)注不同學(xué)習(xí)支架對(duì)深度學(xué)習(xí)過程腦加工機(jī)制的作用差異及其對(duì)不同階段、不同層次深度學(xué)習(xí)結(jié)果的影響差異。基于此，本研究主要探究不同類型的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架對(duì)深度學(xué)習(xí)的影響及其作用機(jī)制，以期為面向深度學(xué)習(xí)的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

一 文獻(xiàn)述評(píng)

學(xué)習(xí)支架是指在學(xué)習(xí)過程的某個(gè)特定節(jié)點(diǎn)建立的一種向?qū)W習(xí)者提供幫助的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，用來幫助學(xué)習(xí)者完成某些具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。而監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架是在學(xué)習(xí)過程中建立的一種臨時(shí)交互結(jié)構(gòu)，以支持學(xué)習(xí)者進(jìn)行監(jiān)控調(diào)節(jié)。問題支架是監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架的重要表征方式之一，其中自我提問是引起自我監(jiān)控的有效表征方式，會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)結(jié)果產(chǎn)生顯著影響[7]。與此同時(shí)，賦予學(xué)習(xí)者不同程度的交互控制權(quán)，也對(duì)深度學(xué)習(xí)有很大程度的影響[8]。因此，進(jìn)行研究時(shí)可以通過不同水平的監(jiān)控調(diào)節(jié)外部指引，激發(fā)不同水平的監(jiān)控調(diào)節(jié)行為，進(jìn)而探索不同水平的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架對(duì)深度學(xué)習(xí)的影響。學(xué)習(xí)者控制與系統(tǒng)控制是多媒體交互的主要方式[9]，不同交互控制方式可以引導(dǎo)不同類型的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架的形成。例如，自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架設(shè)計(jì)是系統(tǒng)不提供任何引導(dǎo)性線索提示，完全由學(xué)習(xí)者自主進(jìn)行自我提問完成學(xué)習(xí)；而引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架由系統(tǒng)控制呈現(xiàn)提示和支持，學(xué)習(xí)者在系統(tǒng)引導(dǎo)下進(jìn)行自我提問完成學(xué)習(xí)。因此，本研究將監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架設(shè)置為自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架和引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架。

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)信息相互關(guān)聯(lián)與重組，與大腦皮層神經(jīng)元聯(lián)結(jié)密切相關(guān)[10]。腦功能成像是研究大腦活動(dòng)的基本手段之一，其中功能性近紅外光譜（Functional Near-infrared Spectroscopy，fNIRS）技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)神經(jīng)細(xì)胞、實(shí)現(xiàn)腦功能監(jiān)測(cè)的神經(jīng)成像技術(shù)，可以實(shí)時(shí)評(píng)估大腦皮層的血氧濃度變化情況，通常用來檢測(cè)大腦的激活水平。本研究應(yīng)用fNIRS技術(shù)反映監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架如何影響腦區(qū)的激活水平，建立腦區(qū)激活與學(xué)習(xí)支架類型、腦區(qū)激活水平與認(rèn)知水平之間的關(guān)聯(lián)，為監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架研究提供基于腦加工機(jī)制的底層機(jī)理與設(shè)計(jì)依據(jù)。

監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的多模態(tài)評(píng)價(jià)不僅可以采用生理測(cè)量評(píng)價(jià)深度學(xué)習(xí)結(jié)果發(fā)生的過程，還可以結(jié)合認(rèn)知測(cè)量評(píng)估深度學(xué)習(xí)結(jié)果的認(rèn)知水平。深度理解與保持屬于深度學(xué)習(xí)的前期階段，是深度學(xué)習(xí)建立的基礎(chǔ)。因此，深度學(xué)習(xí)的結(jié)果評(píng)價(jià)要首先評(píng)價(jià)理解與保持認(rèn)知水平是否合格，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)評(píng)價(jià)高階思維、創(chuàng)新行為等深度學(xué)習(xí)結(jié)果。遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平測(cè)試主要用來評(píng)估學(xué)習(xí)者聯(lián)結(jié)知識(shí)、遷移知識(shí)并應(yīng)用知識(shí)解決綜合問題的能力，處于這個(gè)水平的知識(shí)形態(tài)可以擺脫知識(shí)的原始形態(tài)，用于新情境或解決更復(fù)雜的問題，屬于深度學(xué)習(xí)進(jìn)程中的后期階段[11]。因此，本研究對(duì)深度學(xué)習(xí)結(jié)果的評(píng)價(jià)包含前期階段的理解與保持認(rèn)知水平評(píng)價(jià)和后期階段的遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平評(píng)價(jià)。

二 實(shí)驗(yàn)研究

1 研究假設(shè)

為進(jìn)一步探究不同類型的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架對(duì)深度學(xué)習(xí)過程與結(jié)果的影響及其作用機(jī)制，本研究圍繞不同類型的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架、腦區(qū)激活水平、認(rèn)知水平提出如下假設(shè)——

假設(shè)1：自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架與引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)下的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程中腦區(qū)激活水平差異顯著。具體來說，在有監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程中，引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)下的腦區(qū)激活水平顯著優(yōu)于自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架。

假設(shè)2：不同監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)下的深度學(xué)習(xí)不同階段的腦區(qū)激活水平差異顯著。具體來說，在深度學(xué)習(xí)的不同階段，有監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架（包括自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架、引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架）干預(yù)的腦區(qū)激活水平與無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架差異顯著，且引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架比自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架的干預(yù)作用更加顯著。

假設(shè)3：不同監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)下的深度學(xué)習(xí)不同階段的認(rèn)知水平差異顯著。具體來說，在深度學(xué)習(xí)的不同階段，有監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)的認(rèn)知水平與無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架差異顯著，且引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架比自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架的干預(yù)作用更加顯著。

假設(shè)4：在深度學(xué)習(xí)的不同階段，腦區(qū)激活水平與認(rèn)知水平顯著相關(guān)。

2 研究對(duì)象

為驗(yàn)證上述假設(shè)是否成立，本研究開展了單因素完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)。本研究團(tuán)隊(duì)首先從天津市招募了50名高校本科生參與實(shí)驗(yàn)，然后通過“先驗(yàn)知識(shí)測(cè)試問卷”（Cronbach’s α值為0.95，KMO值為0.76，Bartlett球形檢驗(yàn)值為0.000）篩查先驗(yàn)知識(shí)過高的被試、采用Pintrich等[12]編制的“自我調(diào)節(jié)能力自評(píng)量表”（Cronbach’s α值為0.65，KMO值為0.64，Bartlett球形檢驗(yàn)值為0.000）篩查自我調(diào)節(jié)能力過低或過高的被試、通過“深度學(xué)習(xí)結(jié)果測(cè)試問卷”篩查未實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的被試，最終有38名被試（含男生18人、女生20人）的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有效。這38名被試被隨機(jī)分為三組：無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組，有11人；自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組，有13人；引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組，有14人。單因素方差分析表明，三組被試的先驗(yàn)知識(shí)水平（F=0.026，=0.947＞0.05）、自我調(diào)節(jié)能力（F=1.119，=0.336＞0.05）均不存在顯著差異。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究采用單因素完全隨機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，自變量為不同類型的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架，包括無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架、引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架和自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架；因變量為深度學(xué)習(xí)過程與結(jié)果，涉及深度學(xué)習(xí)不同階段（包括前期階段的理解與保持、后期階段的遷移與創(chuàng)新）的發(fā)生過程（主要評(píng)價(jià)腦區(qū)激活水平）與行為結(jié)果（主要評(píng)價(jià)認(rèn)知水平），具體如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

4 數(shù)據(jù)收集

本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)材料選自中國大學(xué)MOOC“兒童發(fā)展”課程中“兒童氣質(zhì)的發(fā)展”一節(jié)的部分內(nèi)容。監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架主要支持被試的實(shí)時(shí)自我監(jiān)控行為，通過支持被試提問和回答的自我報(bào)告行為，起到自我監(jiān)控知識(shí)理解程度的作用。其中，自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架根據(jù)“兒童氣質(zhì)的發(fā)展”一節(jié)中的核心內(nèi)容，在相應(yīng)的重點(diǎn)知識(shí)節(jié)點(diǎn)支持自主提問，提示被試針對(duì)該知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行自我提問并回答，實(shí)驗(yàn)完整記錄被試自主提問與回答的過程；引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架在相同知識(shí)節(jié)點(diǎn)處給出不同類型的問題，提示被試針對(duì)該知識(shí)點(diǎn)自行選擇問題類型并將問題題目補(bǔ)充完整后進(jìn)行回答，實(shí)驗(yàn)完整記錄被試在系統(tǒng)引導(dǎo)下進(jìn)行自我提問與回答的過程。

（1）腦區(qū)激活水平的數(shù)據(jù)收集

本實(shí)驗(yàn)使用日本島津公司研發(fā)的近紅外腦成像記錄分析系統(tǒng)，記錄實(shí)驗(yàn)過程中被試大腦皮層的血氧變化情況。光極的位置采用國際10-20系統(tǒng)放置，共24個(gè)光極，左右兩邊均采用2×3+3×2的排列方式，分布在前額葉皮層和左右顳葉皮層。其中，有12個(gè)為發(fā)射光極，另外12個(gè)為接收光極，相鄰兩個(gè)光極構(gòu)成一個(gè)信號(hào)記錄通道，共形成腦區(qū)的28個(gè)通道，如圖2所示。通過3D定位儀對(duì)各個(gè)通道上的坐標(biāo)進(jìn)行定位，可以發(fā)現(xiàn)覆蓋的腦區(qū)主要包括：背外側(cè)前額葉皮層（包括額上回和額中回）對(duì)應(yīng)通道1、2、8、9，眶額皮層（包括額上回和額中回）對(duì)應(yīng)通道3、6、9、12，左側(cè)顳葉（包括顳上回和顳中回）對(duì)應(yīng)通道16、18、19、20、21，額葉（包括額中回）對(duì)應(yīng)通道2，左側(cè)額葉（包括額中回）對(duì)應(yīng)通道4、5、7，右側(cè)額葉（包括額中回）對(duì)應(yīng)通道8、10、11、13、14，右側(cè)顳葉（包括顳上回和顳中回）對(duì)應(yīng)通道24、25、26、27、28，三角部額葉（包括額下回）對(duì)應(yīng)通道15、22，左側(cè)島蓋部額下回對(duì)應(yīng)通道17，右側(cè)眶部對(duì)應(yīng)通道14，右側(cè)中央前回對(duì)應(yīng)通道23，右側(cè)緣上回對(duì)應(yīng)通道26。可以通過監(jiān)測(cè)通道激活情況，來判斷對(duì)應(yīng)額葉、顳葉腦區(qū)是否激活；同時(shí)，可以根據(jù)左側(cè)額葉、左側(cè)顳葉腦區(qū)的激活水平來判斷是否達(dá)到深度學(xué)習(xí)前期階段的理解與保持認(rèn)知水平，根據(jù)左側(cè)額葉腦區(qū)的激活水平來判斷是否達(dá)到深度學(xué)習(xí)后期階段的遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平。

圖2 腦區(qū)的28個(gè)通道

圖3 通過監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架進(jìn)行自我提問的腦部3D模型激活圖

（2）認(rèn)知水平的數(shù)據(jù)收集

“深度學(xué)習(xí)結(jié)果測(cè)試問卷”既包括深度學(xué)習(xí)前期階段的認(rèn)知水平（即理解與保持）測(cè)試，也包括深度學(xué)習(xí)后期階段的認(rèn)知水平（即遷移與創(chuàng)新）測(cè)試，其Cronbach’s α值為0.75，KMO值為0.72，Bartlett球形檢驗(yàn)值為0.000。所有測(cè)試題目和被試測(cè)試結(jié)果均由3名專業(yè)教師匿名評(píng)估，測(cè)試工具結(jié)構(gòu)優(yōu)良，具有可信度，可以在實(shí)驗(yàn)中使用。

三 數(shù)據(jù)分析

1 有監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)的腦區(qū)激活水平分析

本實(shí)驗(yàn)在Matlab 2012b中使用NIRS_SPM插件，基于3D定位和MNI坐標(biāo)構(gòu)建被試大腦3D模型，并繪制在監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程中被試通過自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架、引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架進(jìn)行自我提問的腦部3D模型激活圖，分別如圖3（a）、圖3（b）所示。

為進(jìn)一步探究監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程中自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組、引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組的腦區(qū)激活水平是否存在顯著差異，本實(shí)驗(yàn)使用SPSS 26.0對(duì)各條件下氧合血紅蛋白（HbO）濃度變化的Beta值進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（考慮到HbO對(duì)任務(wù)刺激更加敏感[13]，本研究僅將其納入進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析），結(jié)果如表1所示，可以看出：在通道6、8、9、20、24、25，兩組對(duì)應(yīng)腦區(qū)的激活水平差異達(dá)到邊緣性顯著；在通道11、16、19、22、23、26、28，兩組對(duì)應(yīng)腦區(qū)的激活水平存在顯著差異。可見，在自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架和引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架的干預(yù)下，腦區(qū)激活水平出現(xiàn)了比較明顯的變化，至于這種變化是否會(huì)對(duì)深度學(xué)習(xí)產(chǎn)生影響還有待驗(yàn)證。

表1 自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組與引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組的腦區(qū)激活水平獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（部分）

注：BA是布羅德曼分區(qū)（Brodmann Area）的簡寫；Overlap＞30%；*＜0.05，**＜0.01。下同。

2 腦區(qū)激活水平與深度學(xué)習(xí)結(jié)果的認(rèn)知水平分析

（1）深度學(xué)習(xí)不同階段的腦區(qū)激活水平分析

①前期階段的腦區(qū)激活水平分析：深度學(xué)習(xí)前期階段腦區(qū)激活水平的單因素方差分析結(jié)果顯示，三組在通道1（=2.614，=0.086＞0.05）的激活水平差異達(dá)到邊緣性顯著，在通道2（=3.315，=0.047＜0.05）、23（=3.856，=0.030＜0.05）的激活水平存在顯著差異，具體如表2所示。進(jìn)一步LSD事后多重比較分析的結(jié)果顯示，無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組和自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組在通道23（=0.018＜0.05）的激活水平存在顯著差異，無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組和引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組在通道2（=0.018＜0.05）的激活水平存在顯著差異，自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組和引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組在通道1（=0.029＜0.05）、23（=0.026＜0.05）的激活水平存在顯著差異。

表2 深度學(xué)習(xí)不同階段腦區(qū)激活水平的單因素方差分析

②后期階段的腦區(qū)激活水平分析：深度學(xué)習(xí)后期階段腦區(qū)激活水平的單因素方差分析結(jié)果顯示，三組在通道6（=4.372，=0.019＜0.05）的激活水平存在顯著差異，具體如表2所示。進(jìn)一步LSD事后多重比較分析的結(jié)果顯示，無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組和自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組在通道6（=0.017＜0.05）的激活水平存在顯著差異，無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組和引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組在通道6（=0.011＜0.05）的激活水平存在顯著差異，自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組和引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組在各通道的激活水平均無顯著差異。

（2）深度學(xué)習(xí)不同階段認(rèn)知水平分析

三組被試在深度學(xué)習(xí)前期階段的理解與保持認(rèn)知水平、深度學(xué)習(xí)后期階段的遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平方面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描述性分析如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描述性分析（M±SD）

①前期階段的理解與保持認(rèn)知水平分析：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描述性分析結(jié)果顯示，理解與保持認(rèn)知水平按從高到低排序?yàn)橐龑?dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組＞自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組＞無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組。Levene方差齊性檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，三組理解與保持認(rèn)知水平具有方差齊性（=0.180＞0.05）；但K-S正態(tài)性檢驗(yàn)的結(jié)果表明，數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布。因此，對(duì)理解與保持認(rèn)知水平數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)化轉(zhuǎn)換后展開單因素方差分析，結(jié)果顯示三組的理解與保持認(rèn)知水平存在顯著差異（F(2, 38)=3.844，=0.028＜0.05）。進(jìn)一步LSD事后多重比較分析的結(jié)果顯示，無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組與引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組的理解與保持認(rèn)知水平存在顯著差異（=0.008＜0.01），而無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組與自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組、自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組與引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組的理解與保持認(rèn)知水平均無顯著差異。可見，在深度學(xué)習(xí)前期階段的理解與保持認(rèn)知水平上，引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組＞無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

②后期階段的遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平分析：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描述性分析結(jié)果顯示，遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平按從高到低排序?yàn)橐龑?dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組＞自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組＞無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組。Levene方差齊性檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，三組遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平具有方差齊性（=0.387＞0.05）；但K-S正態(tài)性檢驗(yàn)的結(jié)果表明，數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布。因此，對(duì)遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)化轉(zhuǎn)換后展開單因素方差分析，結(jié)果顯示三組的遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平存在顯著差異（F(2, 38)=3.880，=0.027＜0.05）。進(jìn)一步LSD事后多重比較分析的結(jié)果顯示，無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組與引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組的遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平存在顯著差異（=0.008＜0.01），而無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組與自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組、自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組與引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組的遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平均無顯著差異。可見，在深度學(xué)習(xí)后期階段的遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平上，引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組＞無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

（3）深度學(xué)習(xí)不同階段腦區(qū)激活水平與認(rèn)知水平的關(guān)系分析

①前期階段腦區(qū)激活水平與認(rèn)知水平的關(guān)系分析：主要采用Pearson相關(guān)分析，評(píng)價(jià)深度學(xué)習(xí)前期階段激活的通道1、2、23與理解與保持認(rèn)知水平的關(guān)系。鑒于理解與保持認(rèn)知水平數(shù)據(jù)的K-S正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果不符合正態(tài)分布，因此需要對(duì)理解與保持認(rèn)知水平數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)化轉(zhuǎn)換后展開相關(guān)性分析。Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示，激活的通道1（r=0.354，=0.025＜0.05）、23（r=0.363，=0.021＜0.05）與理解與保持認(rèn)知水平存在正相關(guān)關(guān)系，激活的通道2（r=0.115，=0.479＞0.05）與理解與保持認(rèn)知水平不存在相關(guān)關(guān)系。可見，在監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架的干預(yù)下，深度學(xué)習(xí)前期階段激活的通道1、23與理解與保持認(rèn)知水平之間的相關(guān)關(guān)系具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

②后期階段腦區(qū)激活水平與認(rèn)知水平的關(guān)系分析：主要采用Pearson相關(guān)分析，評(píng)價(jià)深度學(xué)習(xí)后期階段激活的通道6與遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平的關(guān)系。鑒于遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平數(shù)據(jù)的K-S正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果不符合正態(tài)分布，因此需要對(duì)遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)化轉(zhuǎn)換后展開相關(guān)性分析。Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示，激活的通道6（r=0.354，=0.021＜0.05）與遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平存在正相關(guān)關(guān)系。可見，在監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架的干預(yù)下，深度學(xué)習(xí)后期階段激活的通道6與遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平之間的相關(guān)關(guān)系具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

四 研究結(jié)論及作用機(jī)制

1 回應(yīng)假設(shè)1、2并分析監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的作用機(jī)制

本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在有監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)過程中，自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架與引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)下的腦區(qū)激活水平存在顯著差異，引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架對(duì)腦區(qū)激活水平的影響更加明顯，由此驗(yàn)證了假設(shè)1。本實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，在深度學(xué)習(xí)前期階段理解與保持的過程中，不同類型監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)下的腦區(qū)激活水平存在顯著差異，且引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)下的腦區(qū)激活水平更加顯著；在深度學(xué)習(xí)后期階段遷移與創(chuàng)新的過程中，無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架與有監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)下的腦區(qū)激活水平存在顯著差異，且有監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)下的腦區(qū)激活水平更為顯著，由此部分驗(yàn)證了假設(shè)2。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架和自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架不僅作用于監(jiān)控調(diào)節(jié)行為內(nèi)部，也作用于深度學(xué)習(xí)結(jié)果，且引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架更符合深度學(xué)習(xí)腦加工機(jī)制的需求。本研究認(rèn)為監(jiān)控調(diào)節(jié)包括對(duì)認(rèn)知活動(dòng)的規(guī)劃監(jiān)督、有序組織與調(diào)整控制，貫穿于學(xué)習(xí)行為的各個(gè)階段；監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架既影響學(xué)習(xí)者的監(jiān)控調(diào)節(jié)行為表現(xiàn)，也影響學(xué)習(xí)者的深度學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與策略，從而影響深度學(xué)習(xí)結(jié)果。有研究進(jìn)一步指出，監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架能幫助學(xué)習(xí)者了解自己的認(rèn)知特點(diǎn)、認(rèn)識(shí)目標(biāo)設(shè)定的范圍與強(qiáng)度、掌握學(xué)習(xí)的內(nèi)容與形式、調(diào)整完成任務(wù)相關(guān)的策略與方法，學(xué)習(xí)者可以通過不斷地組織、重構(gòu)當(dāng)前的認(rèn)知活動(dòng)并將加工資源引向自己的行為過程，來實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)過程的自我監(jiān)控[14]。

2 回應(yīng)假設(shè)3并分析監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的作用機(jī)制

本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架和引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架干預(yù)下的理解與保持、遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平差異顯著，且引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架對(duì)深度學(xué)習(xí)的促進(jìn)效果優(yōu)于無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架，由此部分驗(yàn)證了假設(shè)3。

有研究認(rèn)為，監(jiān)控調(diào)節(jié)要給予學(xué)習(xí)者更多的支持，系統(tǒng)提示引發(fā)的監(jiān)控調(diào)節(jié)活動(dòng)效果更優(yōu)，能夠更加充分地引導(dǎo)監(jiān)控調(diào)節(jié)行為[15]——此結(jié)論與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。本實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，在深度學(xué)習(xí)前期階段的理解與保持認(rèn)知水平、深度學(xué)習(xí)后期階段的遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平上，自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組與引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架組均無顯著差異。但進(jìn)一步深入分析可知，不同類型的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架可能會(huì)與學(xué)習(xí)者自己的一些監(jiān)督與控制策略相沖突，從而限制學(xué)習(xí)支架在監(jiān)控調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮積極作用。

3 回應(yīng)假設(shè)4并分析監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的作用機(jī)制

本研究發(fā)現(xiàn)，在監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架的干預(yù)下，深度學(xué)習(xí)前期階段激活的通道1、23與理解與保持認(rèn)知水平之間，深度學(xué)習(xí)后期階段激活的通道6與遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平之間的相關(guān)關(guān)系均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，由此驗(yàn)證了假設(shè)4。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，深度學(xué)習(xí)不同階段的腦區(qū)激活水平與認(rèn)知水平顯著相關(guān)，額葉與深度學(xué)習(xí)前期階段理解與保持的心理加工過程有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，而左側(cè)額葉與深度學(xué)習(xí)后期階段遷移與創(chuàng)新的心理加工過程有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。上述研究結(jié)論及作用機(jī)制分析啟示研究者：可以通過對(duì)應(yīng)腦區(qū)的激活水平，來判斷監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架是否在促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的過程中發(fā)揮作用。具體到實(shí)踐中，可以通過左側(cè)背外側(cè)額上回和右側(cè)中央前回是否激活，來判斷監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架是否對(duì)深度學(xué)習(xí)的理解與保持認(rèn)知水平產(chǎn)生有效作用；可以通過左側(cè)眶部額中回是否激活，來判斷監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架是否對(duì)深度學(xué)習(xí)的遷移與創(chuàng)新認(rèn)知水平產(chǎn)生有效作用。

五 結(jié)語

本研究聚焦監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架是否影響深度學(xué)習(xí)、監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架在多大程度上影響深度學(xué)習(xí)以及監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架影響深度學(xué)習(xí)的作用機(jī)制等核心問題，通過多模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架比自主性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架、無監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架更能促進(jìn)學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，且引導(dǎo)性監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架在促進(jìn)深度學(xué)習(xí)腦加工機(jī)制方面發(fā)揮了更重要的作用。此外，深度學(xué)習(xí)不同階段的腦區(qū)激活水平可用于判斷深度學(xué)習(xí)的認(rèn)知水平，未來可以根據(jù)對(duì)應(yīng)腦區(qū)的激活水平來判斷深度學(xué)習(xí)是否真實(shí)發(fā)生以及發(fā)生的程度如何。本研究不僅實(shí)證分析了監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架對(duì)深度學(xué)習(xí)的影響，而且探究了監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的腦加工機(jī)制，可為設(shè)計(jì)符合深度學(xué)習(xí)腦加工機(jī)制規(guī)律的監(jiān)控調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)支架提供參考。

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LIU Zhe-yu LIU Jia-le YU Ping LIU Chang[Corresponding Author]

Monitoring-regulated learning scaffolds have an important role in facilitating deep learning, but its action mechanism needs further research. Therefore, a multi-modal evaluation of learners’ deep learning situations was carried out in this paper, which included measuring the activation levels of brain regions with functional near-infrared spectroscopy technology and assessing cognitive level at different stages of deep learning in combination with questionnaires, in order to investigate the influence of different types of monitoring-regulated learning scaffolds on the process and outcomes of deep learning. The experimental results showed that the activation level of brain regions was more significant with guided monitoring-regulated learning scaffolds and autonomous monitoring-regulated learning scaffolds intervention at different stages of deep learning. Meanwhile, the promotion effect of guided monitoring-regulated learning scaffolds on deep learning was more significant. The activation level of brain regions at different stages of deep learning was significantly correlated with the cognitive level. In terms of action mechanism, guided monitoring-regulated learning scaffolds were more in line with the needs of brain processing mechanism of deep learning, and whether deep learning really occurred and to what extent could be judged according to the activation level of corresponding brain regions. The conclusion of the multi-modal empirical result could provide reference for the design of monitoring-regulated learning scaffolds for deep learning, and promote further research on deep learning.

monitoring-regulated learning scaffold; deep learning; multi-modality; brain mechanism

G40-057

A

1009—8097（2023）01—0049—09

10.3969/j.issn.1009-8097.2023.01.005

本文為國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“自我調(diào)節(jié)支架促進(jìn)在線深度學(xué)習(xí)：基于多模態(tài)技術(shù)的腦機(jī)制研究與支架設(shè)計(jì)模型研究”（項(xiàng)目編號(hào)：61907032）的階段性研究成果。

劉哲雨，副教授，博士，研究方向?yàn)樯疃葘W(xué)習(xí)與學(xué)習(xí)科學(xué)的多模態(tài)分析，郵箱為zheyuliu@126.com。

2022年6月15日

編輯：小米