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视频教学中的教师的面孔：来自两个大型田野研究的证据
Reneacute;F. Kizilcec，Jeremy N. Bailenson和Charles J. Gomez斯坦福大学
多媒体学习研究为视听教学的有效设计确立了若干原则。图像原则表明，在多媒体教学中显示教师的面孔并不能促进学习，因为额外认知处理的成本超过了诱发社交反应的潜在益处。在为期8周的实地观察研究中（N=2,951），在线学习者选择观看有或没有教师面孔的视频讲座。尽管看到面部表情的学生比没有看过脸部的学生有更好的讲座体验，但有35％的学生因为自我报告的原因（包括避免分心）观看了视频。在这些见解的基础上，作者开发了一种视频呈现方式，策略性的展示教师面部以减少分心，同时保留偶尔的社交暗示。一项为期10周的现场实验（N=12,468）比较了持续展示面部和策略性展示脸部，并提供了与图像原则一致的证据。认知负荷和社会存在感在策略性展示时会高于持续状态，但学习成绩和学习中的辍学率没有差异。表现出语言学习偏好的学习者，比起策略性展示，他们在持续展示情况下的学习辍学率和认知负荷明显更低。这一发现强调了社会暗示对激励和警告的价值——所有的教学设计方法都无法解释多媒体教学中的个别差异。
关键词：多媒体学习，视频教学，图像原则，认知偏好，大规模开放式在线课程
到21世纪初，教学录像制作和发行的技术和经济障碍很少。 因此，在那段时间内教学视频的迅速扩散并不令人惊讶，特别是随着高保真传播媒体日益普及，传播媒体日益普及。 这种趋势引发了关于视听教学有效设计的问题，尤其是在教学设计新颖元素的基础上，这些元素近来已经变得可行，但却很少受到研究人员的关注。 在线，异步，以计算机为媒介的教育内容沟通平台，如大规模开放式在线课程（MOOCs）已经普及到全球数百万人。 最大的MOOC提供商之一Coursera在其第一年吸引了来自220多个国家的290万学习者（Waldrop，2013），并在一年后达到700万学习者，拥有600多个在线课程（Koller＆Ng，2014）。 许多mooc严重依赖于视听教学，这进一步强调了学习有效的多媒体教学设计的必要性。
大多数这些在线课程都依赖视听指导，并辅之以定期的个人或协作作业。视听教学的格式在不同的课程中差异很大，但是一个流行的模板是一系列大约12分钟的演讲视频，其中显示了幻灯片，叠加了注释和教师的声音（参见Guo，Kim，＆Rubin，2014年， MOOC视频属性及其对观看行为的影响）。尽管早期演讲视频很少包含带有教师脸部，但越来越多的在线课程在其演讲视频中添加了一个作为画中画“说话的头像”（见图1）。这种方法已经被课程生产者广泛采用，使得最近制作的视频讲座的大部分都以某种形式包含教师这一画面。虽然教师的面孔在今天的许多视听教学中都有所体现，但演示的形式在课程之间差异很大。在实际限制的范围内，例如幻灯片上的空间和可用的录制技术，教师表情的呈现倾向于受教学设计原则的影响。
2014年，斯坦福大学在线制作经理Wes Choy报道说，斯坦福大学22％的课程中，教师的面孔出现在视频讲座中，而教学视频制作的趋势只是在演讲的开始和结束时才展示脸部视频（个人通信，2014年4月29日）。不断教师呈现的面孔被认为以两种方式提高学习和动机。首先，它提供了社交暗示，其次，它通过补充教师的叙述和非语言沟通渠道来增加理解能力，从而使唇读成为可能。然而，教师脸部的不断呈现也会分散注意力，并可能使学习者受到视觉信息的负担，特别是当教师想要吸引学生注意幻灯片上的信息时。一个可能从社交暗示和非语言交流中获益，并减少学习者的认知负荷的设计策略，将是策略性地显示教师的面部表情。他或她的面孔的存在将作为一种认知辅助手段，以指导学习者在教学过程中关注相关内容。也就是说，当无面部呈现时，学习者将侧重于幻灯片，并在脸部出现时关注教师。教师面部的存在将作为启发指导学习者的注意力。因此，策略性地提供教师面部的潜在益处将会是减少处理材料所需的精力。
以前的研究已经调查了在教学视频的角落添加教师脸部视频的效果。发现面部呈现会导致更高水平的认知负荷，但记忆和学习迁移结果无显着差异（Homer，Plass，＆Blake，2008）。通过Homer及其同事的进一步研究，发现认知负荷的影响受到学习者认知学习风格的调节。例如，当无教师呈现时，高视觉偏好的学习者认知负荷更大，而低视觉偏好的学生在有教师呈现时认知负荷更大。最近的一项眼动追踪实验发现，平均来说，当视频中显示教师面部的时候，学习者花费了41％的时间来看脸（Kizilcec，Papadopoulos，＆Sritanyaratana，2014）。他们花在面部上的时间比在讲解内容上的时间要长，但每隔3.7秒就会在脸部和幻灯片之间切换。这些行为数据表明，在教学过程中，面部成为主要的视觉刺激，而学习者通过幻灯片检索相应的信息。尽管呈现与否对观看行为有实质性的影响， 但Kizilcec等人（2014）没有发现其对记忆信息的能力有影响。然而，根据调查结果，被试非常喜欢有面部表情的教学，并认为它比没有面部表情的教学更具教育意义。
本文将在下一节中，通过对一个大型的、多样化的成人学习者群体在两个多周时间段内对不同呈现方式的行为和态度的研究，扩展关于图像原则的现有文献（Mayer，2001）。第一项研究旨在揭示在现实的学习场景中，学习者喜欢哪些呈现方式以及背后的理由。学习者同等接触两种呈现方式后，选择观看有或无教师面孔呈现的视频。在第二项研究中，我们发现大量学习者偏好观看无教师呈现的视频，因为他们发现教师的脸会分散注意力。因为大多数学习者仍然喜欢带有教师面部的视频，所以我们制定了一种策略性的呈现方式，在可能分散注意力的时候隐藏了教师的脸部。在为期10周的在线课程中，学习者被随机分配到演讲视频中，对教师的脸部进行持续或策略性呈现。为每个学习者收集学习成果、行为数据和自我报告数据，包括认知负荷和社会存在感。这些研究对已有文献有的独特贡献，以前，没有纵向研究调查学习者对现实世界学习环境中多媒体呈现方式的选择、态度和认知反应。
首先，我们回顾了教育心理学和相关学科的相关理论和实证工作。 然后，介绍第一项研究，该研究本质上是探索性的，为第二项研究的设计和研究问题提供了见解。 第二项研究的介绍是以理论驱动的研究问题作为开场白的，这些研究问题涉及持续与策略性呈现方式之间的比较。 最后的讨论综合了两项研究的主要发现和含义。
理论
教学的最终目标，无论是面授或数字媒介，都是学习，从学习科学的角度来定义为由经验引起的人的知识变化（Bransford，Brown，＆Cocking，2000）。 然而，学习的过程并没有明确的概念化为学习经验转化为知识变化的机制。根据传统的教育观已知，作为教学主义，学习是知识获取的过程，其中知识是事实和程序的集合，学习者在教学过程中被动地接受信息（Papert，1993）。 相比之下，学习的知识构建概念化之后，学习通过积极参与认知处理来构建心理表征，例如关注相关信息，并将新信息与先前知识进行精神上的组织和整合（Bransford et al，2000）。
多媒体学习理论一般认为学习是知识建构的积极过程，其中教学目标是指导学习者的认知过程（Clark＆Mayer，2011）。为了优化认知处理，需要一个认知过程如何在学习者大脑中展开的模型。 Mayer（2005）提出了一种模型，称为多媒体学习的认知理论，它依赖于以认知科学证据为基础的三个假设。首先，视觉和听觉信息在不同的频道中处理（双频道;参见Baddeley#39;s，1986,2003，工作记忆模型）。其次，在任何时候，每个渠道只能处理有限的信息（容量有限; Miller，1956）。第三，学习是在学习者参与某些认知过程（主动处理）时发生的——也就是说，用他或她的感官注意某些语言和听觉信息，然后将选定的信息组织成连贯的心理表征，最后将心理表征从具有先验知识的两个频道中整合出来。在这种认知处理模式的基础上，指导如何优化认知过程的经验证据已经被综合为多媒体教学原理（参见Clark＆Mayer，2011）。
认知负荷理论
多媒体学习理论一直受到认知负荷理论的影响（Sweller，1988; Sweller，vanMerriEuml;nboer，＆Paas，1998），这是一种教育理论，为教学过程中发生的认知过程提供了一个概念模型，对于理解多媒体教学中的特征对认知处理的潜在影响很有用。 认知负荷理论上由三个相互关联的组成部分组成：（a）内在的，（b）无关的，和（c）相关的认知负荷。只有在这三个组成部分的总和不超过个人的工作记忆资源（即认知过度）时，学习才会发生。教师面部呈现可以被描述为（c）密切相关的认知负荷（增强学习）或（b）外部无关的认知负荷（妨碍学习）。
在这篇文章中，我们假设一个认知负荷模型，其中（有动机的）学习者将所有可用的认知资源分开从而处理教学。 因此，删除与内容无关的指令要素会将认知资源从外部重新分配到密切相关的进程来处理。 因此，学习者将获得额外的资源进行相关加工，并且达到认知过载的状态变得不太可能。
内在认知负荷是元素交互性和学习者专业知识的函数，其中元素交互性由工作记忆中所需的信息单元量来定义并用以理解材料。随着学习者的专业知识越来越多，学习者需要在工作记忆中理解材料的信息单元数量减少（vanMerriEuml;nboer，
Kester，＆Paas，2006）。例如，教授算法会比教授微积分产生更少的内在认知负荷，但二年级学习算术和11年级学习微积分可能导致相似水平的内在认知负荷。外部认知负荷不是学习所必需的，通常是人为教学设计的产物。例如，在教学过程中播放背景音乐是外来认知负荷的可能来源。紧密相关的认知负荷，尽管不是学习发生的必要条件，但可以积极地加强学习(例如帮助构建认知结构)，并且通常是教学设计的结果。例如，物理课堂中教师通过手势作用于的物体上的力量可以增加学习者的理解能力，通过对手部动作的视觉加工，产生密切相关的认知负荷。
认知负荷框架可以指导视频讲座中教师脸部不同呈现方式的比较。 有人争论说为什么每种风格都会导致外来或相关的认知负荷，这些将在后面的章节中讨论。
多媒体教学相关原则
旨在激励学习者努力学习的个性化原则表明，向教学添加社交暗示可以通过促进创造性处理来促进学习（Clark＆Mayer，2011）。这一原则背后的原理是，社交暗示诱导学习者将技术中介的学习体验与真人交互对比，从而对社会作出回应（参见Reeves＆Nass#39;s，1996，计算机作为社会学范式）。因为面对面的沟通历来是人类知识转移的主要模式，所以在教学中看到面孔是一种熟悉的体验，自然会引发学习者的社会反应。例如，礼貌是一种社会反应，可以增加主动认知处理，因为学习者更关注礼貌，从而提高学习效果。大量的研究认为社交暗示为学习带来了积极的影响，例如，从正式到会话式的文本或叙述的改变（Kartal，2010; Moreno＆Mayer，2000），使用人的声音而不是计算机生成的声音（Atkinson，Mayer，＆Merrill，2005; Mayer，Sobko，＆Mautone，2003）和使用礼貌性言语（McLaren，DeLeeuw，＆Mayer，2011; Wang等人，2008）都会为学习带来积极影响。考虑到更广泛的社交暗示，关于社会存在在网络课程中作用的大量文献突出了社会存在在感知学习和满意度方面的益处（Gunawardena＆Zittle，1997; Lyons，Reysen，＆Pierce，2012; JC Richardson＆Swan，2003; Tu＆McIsaac，2002）。
根据将社交暗示嵌入语音的经验证据，以教师形象的形式添加视觉社交暗示是一种自然延伸（参见Yee，Bailenson和Rickertsen，2007年，基于联系对研究进行了回顾）。 在图像原则中，Mayer（2001）总结了几项研究的证据，这些研究调查了在多媒体教学中添加逼真的或卡通式的教学代理的效果（例如，Mayer，Dow，＆Mayer，2003; Moreno，Mayer，Spiers，＆Lester ，2001），对学习的影响结论不一。 图像原则表明，通过添加教师脸部图像来诱导社交反应可能会带来的好处往往会被图像不可避免地引起的外部视觉处理所抵消，因为它不包含教学相关信息。 一致性原则（Clark＆Mayer，2011）表明，添加无关图形（例如无关视频剪辑（Mayer，Heiser，＆Lonn，2001））会阻碍学习。如果应用于教师的形象，除非有来自社交暗示的好处可以证明利用额外的认知资源是可以的，否则一致性原则建议将其除去。
除了引发社交反应之外，教师的屏幕代理或视频可以通过例如指向图形将学习者的视觉注意力引导到屏幕的相关部分来促进学习。 突出显示相关材料以引导视觉注意力是一种称为信号传导的技术，在传统上，利用排版，颜色和插入箭头（Mautone＆Mayer，2001; Mayer＆Moreno，2003）。 但是，即使教学代理人或嵌入视频中的教师指出相关材料，视觉注意力分散的问题依然存在：学习者面临多个视觉刺激同时进行，其中一些视觉刺激与听觉刺激密切相关 （例如，在有教师的面部和声音的情况下）。
总而言之，对相关理论和实证研究的初步审查表明，在视频教学中呈现教师的脸部有利有弊一方面，面孔可以引起有益的社会反应，并通过提供非语言线索来支持学习者的理解。 另一方面，脸部是一种额外的视觉刺激，可能会产生不必要的负担，甚至会积极分散学习者的注意力。 以下研究通过调查学习者在网络学习环境中随着时间的推移选择有或无教师面部呈现，以扩展之前的研究。
研究1：纵向观察研究
这项观察性研究的目的是阐明学习者对呈现方式的明智选择以及他们选择的理由。 为此，我们研究了MOOC中学习者参与视频讲座的行为模式，以
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