(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
研究目的：虽然学生可以通过适当的关键词有效地搜索到网络数据，并选择与所研究的核心问题相关的网页，但对检索到的信息进行汇总或组织仍然是一项困难的任务。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。为了解决这个问题，开发了一个集成的概念映射和基于网络的问题解决环境CM-Quest。
研究对象：以小学社会研究课程为研究对象，评估了该方法对学生学习绩效、学习满意度和认知负荷的影响。
实验结果：
（1）概念图整合方法能显著提高学生的网络问题解决绩效。
（2）学生的技术接受度和学习满意度低于传统的网络问题解决方法。
（3）概念图组学生的认知负荷高于对照组，这可能是导致技术接受度和学习满意度较低的因素。
综上所述，综合概念图和基于网络的问题解决方法有助于学生以更有效的方式学习。
二、研究问题
（1）使用概念映射和基于网络的问题解决综合学习方法的学生的学习成绩是否显著优于未使用概念映射策略的学生?
（2）使用概念映射和基于网络的问题解决学习方法的学生对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?
（3）两种学习方式下的学生认知负荷是否有显著差异?
三、研究设计
（一）实验工具
在本研究中，开发了一个集成概念图和基于网络的问题解决学习环境CM-Quest。如图1所示，CM-Quest由基于web的问题解决模块、概念映射模块、信息搜索模块、内容分析模块、搜索行为记录模块和搜索行为分析模块组成。
图1 集成概念图和基于网络的问题解决学习环境CM-Quest
学习成绩前测和后测是由三名经验丰富的教师开发，满分为100分。
学习知觉问卷是在Hwang, Wu, Tseng, and Huang(2011)提出的量表基础上开发的。问卷由三个维度组成，共18个条目，其中“感知易用性”5个条目，“感知有用性”6个条目，“学习满意度”17个条目。问卷项目采用李克特式七分制评分，其中7、6、5、4、3、2和1分别代表“非常同意”、“同意”、“有点同意”、“一般”、“有点不同意”、“不同意”和“非常不同意”。
认知负荷量表采用李克特七分制量表，通过“脑力劳动”和“心理负荷”两个条目进行两个方面的调查。脑力劳动与学生理解学习材料的知识水平有关，而心理努力则是指学习材料的组织和呈现方式，与学生理解整个学习内容所需付出的努力有关。分数越高，说明学生在学习过程中认知负荷越高。
（二）实验对象和方法
以台湾南部一所小学的社会研究课程为实验对象，评估本方法的有效性。选修课的目标之一是通过互联网资源，帮助学生了解生活环境和生物技术的知识和概念，如生物技术和环境保护。本研究采用准实验设计，将66名六年级学生分为两个班，分为实验组和对照组。实验组31名学生采用综合概念图和基于网络的问题解决学习方法，而对照组35名学生采用传统的基于网络的问题解决方法进行学习。
（三）实验过程
图2为本研究的实验流程，在学习活动开始前，学生们对主题单元进行了80分钟的学习。随后，他们进行了预测试，以评估两组的先验知识是否可以被视为相同。在学习实验结束后，老师对两组学生进行了总结性反馈，帮助他们纠正可能存在的误解。随后，学生参加了后测和后问卷，包括认知负荷量表、感知易用性、感知有用性和对基于网络的问题解决学习方法的满意度调查。
图2 实验流程
四、研究结果
（一）学习成绩分析
根据上图独立样本T检验显示，p＝0.340＞0.05，学习成绩前测不存在显著差异，表明两组在学习活动前的社会学习知识相当。
|
组别 |
N |
M |
SD |
SE |
F |
η² |
|
实验组 |
31 |
91.00 |
4.62 |
0.83 |
11.39 |
0.26 |
|
对照组 |
35 |
87.06 |
3.96 |
0.67 |
|
表1 学习成绩的后测ANCOVA结果
结果表明，采用综合概念映射和网络问题解决方法学习的学生，其学习成绩明显优于采用传统的网络问题解决方法学习的学生。
（二）对网络学习系统的认知分析
感知易用性
感知有用性
学习满意度
|
组别 |
数量 |
平均数 |
标准偏差 |
t |
偏ETA方 |
|
|
感知易用性 |
实验组 |
31 |
4.55 |
1.15 |
-4.81 |
0.27 |
|
|
对照组 |
35 |
5.80 |
0.96 |
|
|
|
感知有用性 |
实验组 |
31 |
5.03 |
0.75 |
-5.29 |
0.30 |
|
|
对照组 |
35 |
6.09 |
0.85 |
|
|
|
学习满意度 |
实验组 |
31 |
4.94 |
0.81 |
-6.79 |
0.42 |
|
|
对照组 |
35 |
6.17 |
0.11 |
|
表2 两组接受度与学习满意度的独立样本t检验
结果表明使用传统网络问题解决方法学习的学生比使用综合概念映射和网络问题解决方法学习的学生表现出更好的接受度和满意度。
（三）认知负荷分析
脑力劳动
心理负荷
认知负荷
|
组别 |
数量 |
平均数 |
标准偏差 |
t |
偏ETA方 |
|
|
脑力劳动 |
实验组 |
31 |
3.74 |
0.99 |
5.96 |
0.36 |
|
|
对照组 |
35 |
2.51 |
0.66 |
|
|
|
心理负荷 |
实验组 |
31 |
3.03 |
0.71 |
7.33 |
0.46 |
|
|
对照组 |
35 |
1.77 |
0.69 |
|
|
|
认知负荷 |
实验组 |
31 |
3.42 |
0.72 |
7.12 |
0.44 |
|
|
对照组 |
35 |
2.14 |
0.73 |
|
表3
结果表明，使用概念映射和网络问题解决方法学习的学生比使用传统网络问题解决方法学习的学生有更高的认知负荷。
五、结论
综上所述，本研究的贡献有两点。首先，我们发现整合的概念映射方法在提高学生的网络问题解决活动的学习绩效方面有显著的益处。其次，我们发现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。从本研究的发现可以得出结论，尽管概念映射对大多数学生来说可能是有用的，但它似乎是一种难以接受的学习支持。因此，如何更好地设计一个集成的概念映射学习系统，以提高学习绩效和对使用技术进行更好学习的接受程度，仍然是一个具有挑战性的问题。