利用时间压缩提高多媒体学习效率：当前的研究与实践外文翻译资料

 2022-07-26 14:40:29

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利用时间压缩提高多媒体学习效率：当前的研究与实践

Raymond Pastore，北卡罗来那大学威尔明顿和Albert D. Ritzhaupt，佛罗里达大学

摘要：现在，教学设计师们在教学方法中常常使用数字音频技术将数字录制的讲座播客(例如:——iTunes University)，画外音展示(如:幻灯片)，叙述式的屏幕捕获(例如，Camtasia)和其他各种学习对象整合在一起，在教学方法中使用数字音频。在本文中，我们将数字时间压缩作为一种减少学习者在学习任务上花费时间的方法，同时仍然保持可接受的清晰度、音调和音量(例如：回忆，认识，理解，满足)。研究可以追溯到20世纪50年代，在多媒体学习环境的背景下经历重新的修订和定框架。最近重新修订了的研究成果，中本文综述了近年来的研究进展，并对其技术的几个设计原则进行了讨论，提供了未来研究的建议。

关键词:时间压缩、多媒体学习、研究、设计。

介绍：

音频的使用(例如:在学习环境中，叙述、音乐、声音)伴随着一种严重的设计暗示，而设计者常常忽略它。与文本的文本不同，音频是在时间上是固定的和有序的(Barron，2004)。也就是说，学习者在听一种叙述的作品时，必须以作品的速度移动。这就导致了一种情况，基于文本的指令所花费的时间比音频要少得多。我们能做些什么来提高音频学习环境的效率呢?一些人建议使用时间压缩来减少学习者花在听叙述上的时间。教学设计师的一个崇高目标是最大化学习者的理解和满足，同时尽量减少学习者在学习任务上花费的时间(如:2008年，戈梅斯和巴伦周刊)。这就构成了一个有趣的教学设计和研究问题。

一些先前的研究表明，演讲通常以每分钟约150字(wpm)(奔驰，1971;尼科尔斯和史蒂文斯，1957)为例。在演讲中，一个人同时在听和写演讲。因为一个人能说大约每分钟150个字,快速阅读的速度是250每分钟300个字(泰勒,1965)和无声阅读的速度是每分钟275到300个字(Junor,1992),所以另外不用于处理的125到150wpn可以让听趋于正常。这一假说早在上世纪50年代就已经被研究者们研究和测试过了。（Barabasz, 1968; Fairbanks,Guttman, amp; Miron, 1957; Goldhaber, 1970; Jesteramp; Travers, 1967; Reid, 1968; Richaume, Steenkeste,Lecocq, amp; Moschetto, 1988）

之前关于时间压缩演讲的研究

Fairbanks、Guttman和Guttman(1957)成功地执行了第一个研究时间压缩演讲效果的主要研究。他们在他们的干预中使用了两种关于气象学的技术信息。这段文字记录在141个wpm，压缩水平为30%，50%，60%，70%;最后一次发表在470万wpm的演讲。结果显示，在约282次后，最大的差异与最大的不理解能力有显著差异。

杰斯特和特拉弗斯(1967)设计并执行了一项以语音速度、重复和表示模式为自变量的研究。在相同的内容中，语音通道以不同的速度(200到350个wpm)被记录。表示模式指的是以不同的速度对通道进行排序。一种情况逐渐地将速度从最慢的表示速度提升到最快的速度，第二种则从最快的速度下降到最慢的速度，第三种条件使速度保持在大约263个wpm。在四次试验的最后，对语音的速度有显著的影响，但是表现模式和语音速度之间的交互作用是微不足道的。

Foulke(1968)在12个小组的基础上进行了一项研究，从125个到400个wpm增加了25个。在听完演讲后，参与者通过多项选择测试进行了测试。从125到250个wpm，理解并没有严重恶化，但此后迅速下降。Foulke(1968)认为，时间是对词语的理解，而随着单词的速度超过了一定的程度，听众的感知时间就会变得不充分，而在这一点之后，听力的快速下降就开始了。

Barabasz(1968)在一项人类行为和发展课程中与11818名学生进行了一项研究。在旋转研究设计中使用了两节课来控制小组间的差异。该研究调查了两种不同的速度，并分别使用了回忆(在演讲后进行)和保留(两周后进行)作为依赖措施。研究结果表明，一场演讲可以减少到三分之一的时间，而在回忆或保留(Barabasz，1968年)或大约225个wpm之间没有显著的差别。

Goldhaber(1970)研究了压缩演讲的影响，作为一种学术水平的作用。这项研究考察了在初中(80)和大学(80)的学生的演讲，并以理解为主要的衡量标准。叙述内容根据肉的可读性公式(肉，1949)进行了调整。结果表明，语音和学术水平的影响主要有其影响，但没有发现交互作用。这表明不同等级的正规教育的人(高中和中学)的表现不同，正如人们所预料的那样。

里德(1968)研究了语法复杂性和压缩语音对理解的影响。他使用了纳尔逊-丹尼阅读测试的一种形式，在175、275、325和375wpm的语法复杂性和压缩演讲中达到两个难度级别。此外，语言学习能力测试被用作一个变量。结果表明，对压缩语音和语法复杂性有显著的影响，并有显著的交互作用。直到375wpm的水平，压缩演讲在统计上都没有显著的意义，这是正常演讲速度的两倍多。

短期(1977年，1978年)在食物和营养课程的背景下进行了一项应用时间压缩研究，其中90名学生使用自我教学方法。这项研究比较了在磁带上用不同频率控制语音(VRCS)压缩机和普通速度(NS)磁带录音机录下的磁带的学生。使用了VRCS压缩机的学生平均节省了32%的时间，平均成绩提高了4.2分，这表明那些使用加速治疗的学生实际上表现更好。

Richaume，Steenkeste，Steenkeste和Moschetto(1988)检查了正常和压缩的演讲在135，202，270，和300个wpm上的可理解性和理解。结合三个实验的结果，他们的发现表明，可解性和理解在大约300个wpm到达之前不会衰减。研究还考虑了叙述故事的复杂性。他们的研究结果表明，最糟糕的分数来自于那些难以描述的故事和最高的分数，这是一种暗示，这种类型的内容会缓和这种影响。

这些不同的研究结果表明，演讲速度在275点左右或更多，开始对相关的感兴趣的指标产生负面影响(例如:理解，回忆，等等)(费尔班克斯，Miron，Guttman，1957;Miron，1968年，里德，1968)。这些研究也强调了控制变量，可能会影响人们对兴趣的依赖，比如学术水平(Goldhaber，1970年)，语法复杂性(里德，1968)，或者重复(1967年的小丑和特拉弗斯)。然而，这些先前的研究并没有在多媒体(包括图片和文字)学习环境或复杂的学习环境中研究时间压缩的语言的影响。这是之前研究的一个主要局限，并在多媒体学习环境的背景下引发了一组新的研究。

图1:改进了多媒体学习的认知模型，代表了以前的时间压缩研究(改编自2008年的里扎普和巴伦周刊;梅耶，2001)

多媒体学习环境

摘要多媒体学习的研究已经从简单的媒体比较研究发展成为解释学习心理学的基础。先前的多媒体研究集中在传播媒介上，而不是积极影响学习的教学干预(Clark，1983)。这一研究的根本性转变催生了多媒体的认知理论。多媒体学习的认知理论有一些相关的理论基础:感官模式(输入)和记忆、工作记忆、有限的能力和认知负荷、长期记忆和双重处理(Schnotz和Bannert，1999;梅耶，2001;Hede，2002;Schnotz，2005)。梅耶(2001)提供了多媒体学习的认知理论，Schnotz和巴纳特(1999，2005)提供了文本和图片理解的集成模型，以及Hede(2002)概述了多媒体的集成模型。

摘要在研究文献的基础上，认为梅尔的多媒体学习的认知理论是最广泛接受的、综合的模型来解释这一现象。图1显示了基于梅耶模型的研究的差距。视觉/图像通道周围的穿孔线在之前的时间压缩的语音研究中没有被激活，而听觉/语言频道常常超载。梅尔的多媒体模型基于三个原则:双通道、有限容量和知识构造。第一个原则，双重处理，表明人类有多个独立的通道来处理视觉/图像和听觉/语言信息(梅耶，2003)。第二个原则表明，人类的处理器在任何给定的时间内处理信息的能力都是有限的。第三个原则是，人类是知识构建的处理器，接收、组织和连接传入的信息和现有的知识(梅耶，2003)。

“从多媒体中学习有意义的学习过程包括五个认知过程:选择词语，选择图像，组织单词，组织图像，和整合”(梅耶，2003，第304页)。该模型表明，当学习者参与多媒体演示时，信息被呈现为文字或图片。模型的下一步是感官记忆，其中的单词、数字、动画、叙述和声音会影响学习者的眼睛和耳朵，然后选择性地将信息存储在工作记忆中。如果信息是由学习者在工作记忆中组织起来的，那么就能把声音和图像和先前的知识联系起来，一个“综合学习结果”的结果(梅耶，2003，第304页)。

许多时间压缩的语音研究都是在多媒体学习研究文献的发展之前出现的。从理论的角度来看，言语或叙述实际上与通过听觉渠道传达的话语是一样的。相反，多媒体学习的租户提供了一个连贯的框架和视角，以便系统地研究时间压缩的语音。以这种方式进行的研究可以整合知识，并服务于多学科的受众。

之前的研究表明，单词和图片的结合会带来更好的学习效果，而不是单纯的单词(梅耶amp;Gallini，1990;1991年的克拉克amp;帕维亚;帕维亚，1986;帕维亚，1990)。此外，长期以来，人们对照片的记忆比记忆的记忆要好(1987年的McDaneialamp;Pressley，1987年的，1986年，Conezio，Conezio，1970年)。这一知识表明，时间压缩的演讲不应该孤立地学习，但是通过像我们先前的研究所展示的那样，包含图片是一种更强的教学方法。虽然研究人员已经知道这一信息已经有20多年了，但是在过去的六年里，图片和时间压缩音频的组合一直没有被系统地研究过。Barron，2009年，Kealy，2012年，2008年，2008年，2008年，Pastore，Pastore，Pastore，2011年。

在有时间压缩的音频条件下，相关图片的呈现可能能够表示语言信息，并通过这样做，提供额外的非语言记忆表示，如果个人的语言信息无法访问(Kullhavey，Leeamp;餐饮业，1985;帕维亚，1986)，就可以从记忆中检索到。这可以通过语言和非语言信息之间的参照过程来解释。特别重要的是在多媒体材料中所使用的图片和文字之间的关系的强度。例如，一个人在观看一幅德国国旗的图片时，听着有关中国政府历史的演讲，这在语义上是不一致的，而且根据多媒体学习理论，可能会干扰学习过程。与不相关的信息(Kullhavey，Leeamp;餐饮业，1985)相比，相关信息在记忆中更容易获得。

时间压缩技术

早期的时间压缩技术是基于以比原始录音更快的速度播放录音，这改变了声音的节奏和音调。这种技术虽然功能很好，但很容易产生，却导致了花木效应，在这种效应中，声音效果和可理解性受到了负面影响(Barron，2004)。因此，人们希望提高时间压缩音频的质量，同时保留音高的质量和可解性，从而创造更愉快的音频体验。在保持音调不变的情况下，改变节奏的行为被称为不变的计时假说(珩磨，2006)。这一假说认为，当节奏发生变化时，人们无法区分音频的质量。这一假设使时间压缩的教学成为一种可行的教学方法。模拟时间压缩技术的下一个迭代涉及到删除语音信号的一小段(米勒和利奇林德，1950)。例如，费尔班克斯的方法可以在一定的时间间隔(巴伦周刊，2004年)移除信号的一小部分，从而产生一段音频记录，需要更少的时间来完成，但是要有合理的质量。

今天，时间压缩技术已经从模拟格式发展到数字性质。更重要的是，这项技术是实时的:音频内容可以在音频播放时被学习者操纵。这使得这项技术更容易使用，因为学习者不必以更快或更慢的速度重新录制内容。支持增加或减少音频内容回放的关键数字技术包括时间压缩算法。这些复杂的算法分为两大类:线性和非线性。线性时间压缩对整个音频内容都是一致的，不管音频记录中的信息是什么。短和固定长度的语音片段(称为音频间隙)被丢弃，而保留段在交叉相关性(平均在相邻的音频帧的边缘)后被消除，以减弱突然的可听到的噪音(他和古普塔，2001)的影响。其结果是将剩下的音频段按比例缩小。

摘要非线性时间压缩比线性时间压缩技术更为复杂。非线性时间压缩将首先对音频内容进行分析，并根据所记录内容的类型进行压缩。一般来说，非线性时间压缩涉及到压缩音频的冗余，包括但不限于在音频流中暂停或拉长的元音(他和Gupta，2001)。因此，在音频流中，压缩率可能会有所不同。包括这两种技术在内的自适应和混合算法都在最近几年得到了发展，并且已经成功地集成到普及的消费产品中。值得庆幸的是，数字时间压缩算法已经内置到通用软件包中，包括Audacity(开源音频操作工具)和Windows媒体播放器(Windows操作系统上的普通音频播放器)。设计者和学习者都可以使用这些工具来减少花在多媒体材料上的时间。其他一些工具，如索尼声音Forge也内置了时间压缩算法。然而，这些工具应该谨慎使用。尽管目前有许多不同的方法和算法用于压缩语音，但其中一个还没有脱颖而出，因为它们都达到了天花板效果，产生了同样的质量(这是指最近使用软件描述的方法)(Janse，Janse，2001年)。

时间压缩技术在多媒体学习上的研究

自2008年以来，几项研究已经研究了在多媒体学习材料中使用时间压缩的时间(2010年，Pastore，2012年，2008年，2008年，2008年，Pastore和巴朗，2008年，Pastore，Pastore，2011年)。这些研究是由多媒体学习的认知理论所构建的，并且在多媒体学习处理的背景下，主要使用了实验程序来检验时间压缩。正如表1所显示的，结果在这些研究中有所不同;然而，一些原则可以从这个新的知识体系中得到。本节的其余部分将重点

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