通過(guò)多模態(tài)學(xué)習(xí)分析方法系統(tǒng)比較線上與線下協(xié)作寫作的認(rèn)知機(jī)制差異
瀏覽次數(shù):247 發(fā)布日期:2025-12-26
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腦科學(xué)視角:線上 vs 線下協(xié)作寫作,認(rèn)知成本與神經(jīng)同步性差異揭秘
論文概要
騰訊會(huì)議、Zoom等視頻會(huì)議工具的普及,正推動(dòng)協(xié)作學(xué)習(xí)突破線下場(chǎng)景的邊界,擴(kuò)展至基于視頻會(huì)議與共享文檔的在線空間。這引發(fā)了值得關(guān)注的議題:在線與面對(duì)面協(xié)作究竟存在哪些差異?在線上協(xié)作中,開(kāi)啟或關(guān)閉攝像頭又會(huì)如何影響學(xué)習(xí)者的參與方式?
近日,浙江大學(xué)心理與行為科學(xué)系潘亞峰課題組在NeuroImage發(fā)表題為“Online and in-person collaborative writing have similar benefits but different costs”的研究論文揭開(kāi)了謎底——在線與面對(duì)面協(xié)作的學(xué)習(xí)獲益趨同,但背后的知識(shí)建構(gòu)過(guò)程迥異。
文章信息
研究背景
協(xié)作認(rèn)知負(fù)荷理論(Collaborative Cognitive Load Theory, CCLT)指出,協(xié)作一方面可促使個(gè)體與同伴分擔(dān)加工復(fù)雜任務(wù)來(lái)降低內(nèi)在負(fù)荷,另一方面也會(huì)帶來(lái)溝通、協(xié)調(diào)與澄清等額外成本(Kirschner et al., 2018)。這些成本可能隨社會(huì)存在、視覺(jué)線索等情境可得性而變。然而,現(xiàn)有對(duì)比研究多聚焦學(xué)習(xí)成績(jī)等結(jié)果指標(biāo),對(duì)協(xié)作過(guò)程的探討多停留在理論推演層面,難以客觀揭示不同協(xié)作形式在學(xué)習(xí)收益背后所付出的認(rèn)知成本與協(xié)作過(guò)程。
潘亞峰團(tuán)隊(duì)采用多模態(tài)學(xué)習(xí)分析(Multimodal Learning Analytics, MMLA; Di Mitri et al., 2018),整合行為、對(duì)話和腦成像數(shù)據(jù),系統(tǒng)比較了三種協(xié)作學(xué)習(xí)情境下的學(xué)習(xí)特征與認(rèn)知機(jī)制:面對(duì)面、在線開(kāi)攝像頭以及在線關(guān)攝像頭協(xié)作。研究基于英文議論文協(xié)作寫作范式(Guo et al., 2024),綜合運(yùn)用內(nèi)容分析(Rourke & Anderson, 2004)、認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)分析(Epistemic Network Analysis, ENA; Csanadi et al., 2018)以及腦激活與腦際同步(inter-brain synchronization, IBS; Pan et al., 2023)分析,揭示面對(duì)面協(xié)作更為高效,而在線協(xié)作則伴隨更高的認(rèn)知與協(xié)作成本。視覺(jué)線索的缺失會(huì)進(jìn)一步限制協(xié)作互動(dòng)與信息共享,削弱腦際同步。
研究方法和結(jié)果
該研究將77對(duì)同性別參與者隨機(jī)分配至三種條件,完成28分鐘的英文議論文協(xié)作寫作任務(wù)(實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)圖1)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,采用功能性近紅外光譜技術(shù)(fNIRS)采集參與者左側(cè)前額葉(PFC)和顳頂聯(lián)合區(qū)(TPJ)的大腦活動(dòng),并記錄協(xié)作對(duì)話過(guò)程。
結(jié)果顯示,無(wú)論是面對(duì)面還是在線條件,協(xié)作寫作均顯著提升了學(xué)習(xí)者的寫作表現(xiàn),且三種條件的最終成績(jī)無(wú)顯著差異,這表明即便缺少共同在場(chǎng)或視覺(jué)線索,在線協(xié)作依然能有效支持知識(shí)建構(gòu)。
圖1. 實(shí)驗(yàn)流程概覽
1. 對(duì)話行為:視覺(jué)線索影響認(rèn)知參與深度
(1)與面對(duì)面協(xié)作組相比,在線開(kāi)攝像頭組在協(xié)作中表現(xiàn)出顯著更多的高階認(rèn)知行為,包括任務(wù)監(jiān)控、相互理解、論點(diǎn)建構(gòu)與提問(wèn)。
(2)在線關(guān)攝像頭組的信息交換行為顯著減少,表明視覺(jué)線索缺失削弱了圍繞材料與觀點(diǎn)展開(kāi)的實(shí)質(zhì)性討論。
2.認(rèn)知網(wǎng)絡(luò):視覺(jué)線索影響認(rèn)知模式(見(jiàn)圖2)
(1)在線開(kāi)攝像頭組的“信息交換—提問(wèn)”節(jié)點(diǎn)連接更緊密,表明開(kāi)攝像頭促進(jìn)了更高水平的互動(dòng)式認(rèn)知加工。
(2)在線關(guān)攝像頭組的“相互理解—協(xié)作規(guī)劃”連接更為顯著,說(shuō)明學(xué)習(xí)者可能需借助更多明確的語(yǔ)言澄清與結(jié)構(gòu)化規(guī)劃來(lái)彌補(bǔ)視覺(jué)信息的缺失。
圖2. 不同協(xié)作學(xué)習(xí)條件下的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)
3.大腦激活:在線協(xié)作消耗更多執(zhí)行控制資源
腦激活分析顯示,無(wú)論開(kāi)/關(guān)攝像頭,在線協(xié)作組的背外側(cè)前額葉皮層(DLPFC)激活更強(qiáng),該腦區(qū)與工作記憶、注意控制和執(zhí)行調(diào)節(jié)密切相關(guān)。這表明在線協(xié)作需要更多自上而下的資源來(lái)管理任務(wù)進(jìn)展、協(xié)調(diào)互動(dòng)結(jié)構(gòu)與維持注意。相比之下,面對(duì)面協(xié)作對(duì)執(zhí)行控制的需求更低,認(rèn)知資源使用更加節(jié)約。
4.腦際同步:視覺(jué)線索促進(jìn)語(yǔ)義層面的同頻加工(見(jiàn)圖3)
(1)在顳中回(MTG)這一語(yǔ)義加工腦區(qū),面對(duì)面與在線開(kāi)攝像頭組的腦際同步水平顯著高于在線關(guān)攝像頭組。
(2)相關(guān)分析顯示,更強(qiáng)的IBS與對(duì)話中“信息交換—信息交換”的共現(xiàn)強(qiáng)度呈正相關(guān),表明學(xué)習(xí)者圍繞觀點(diǎn)展開(kāi)實(shí)質(zhì)性加工和交互時(shí),更有助于他們?cè)谡Z(yǔ)義處理層面實(shí)現(xiàn)同步。
圖3. 不同協(xié)作學(xué)習(xí)條件下的顳中回(MTG)腦際同步
結(jié)論與啟示
本研究通過(guò)多模態(tài)學(xué)習(xí)分析方法,系統(tǒng)揭示了面對(duì)面與在線協(xié)作寫作的核心差異:三種協(xié)作形式均可有效提升學(xué)習(xí)成效,但背后依托的認(rèn)知過(guò)程不同。面對(duì)面協(xié)作更高效;在線協(xié)作需調(diào)用更多的執(zhí)行控制資源,而缺乏視覺(jué)線索的缺失會(huì)進(jìn)一步增大協(xié)作成本。這些發(fā)現(xiàn)為理解協(xié)作學(xué)習(xí)的認(rèn)知和神經(jīng)過(guò)程提供了實(shí)證證據(jù),也為優(yōu)化在線協(xié)作學(xué)習(xí)實(shí)踐提供了理論基礎(chǔ)。
對(duì)于在線協(xié)作學(xué)習(xí)實(shí)踐:(1)在條件允許時(shí),建議學(xué)習(xí)者開(kāi)啟攝像頭,以提升社會(huì)臨場(chǎng)感與即時(shí)協(xié)調(diào),增強(qiáng)信息共享與意義對(duì)齊。(2)針對(duì)關(guān)攝像頭場(chǎng)景,應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)(如提供明確的任務(wù)腳本、預(yù)設(shè)協(xié)作流程)降低協(xié)作成本,強(qiáng)化顯性協(xié)作規(guī)劃與理解確認(rèn)環(huán)節(jié)。(3)在線場(chǎng)景中應(yīng)優(yōu)化互動(dòng)結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)化冗余互動(dòng)流程,預(yù)留充足認(rèn)知資源用于核心任務(wù),避免因執(zhí)行控制需求過(guò)高影響學(xué)習(xí)效果。
不足與展望
盡管該研究揭示了不同協(xié)作情境下的學(xué)習(xí)機(jī)制,但存在一些局限。第一,研究任務(wù)聚焦于協(xié)作寫作,其結(jié)果能否推廣至其他協(xié)作任務(wù)類型仍有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。第二,研究采用的是短時(shí)、受控的實(shí)驗(yàn)范式,生態(tài)效度有待進(jìn)一步提升,未來(lái)研究可在真實(shí)學(xué)習(xí)場(chǎng)景,同時(shí)結(jié)合縱向設(shè)計(jì),探究不同協(xié)作形式如何影響長(zhǎng)期的學(xué)習(xí)效果。第三,未探究性格特質(zhì)、學(xué)習(xí)風(fēng)格、協(xié)作經(jīng)驗(yàn)等個(gè)體因素對(duì)協(xié)作過(guò)程的調(diào)節(jié)作用,后續(xù)可結(jié)合這些變量開(kāi)展分層研究。第四,線上和線下協(xié)作的差異包含空間分離與視覺(jué)線索雙重變量,后續(xù)研究可增設(shè)空間共存在線條件以剝離空間距離的影響。第五,該研究的認(rèn)知行為與神經(jīng)結(jié)果為理解協(xié)作背后的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制提供了初步見(jiàn)解,未來(lái)需進(jìn)一步明確神經(jīng)動(dòng)態(tài)與行為表現(xiàn)之間的關(guān)聯(lián)。
參考文獻(xiàn):
Csanadi, A., Eagan, B., Kollar, I., Shaffer, D. W., & Fischer, F. (2018). When coding-and-counting is not enough: Using epistemic network analysis (ENA) to analyze verbal data in CSCL research. International Journal of Computer-Supported Collaborative Learning, 13(4), 419–438.
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Rourke, L., & Anderson, T. (2004). Validity in quantitative content analysis. Educational technology research and development, 52(1), 5–18.
原文鏈接
Ran, H., Li, Q., Li, Y., Deng, F., & Pan, Y. (2025). Online and in-person collaborative writing have similar benefits but different costs. NeuroImage, 324, 121629. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2025.121629
鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811925006329
研究團(tuán)隊(duì)介紹
該研究由浙江大學(xué)心理與行為科學(xué)系潘亞峰研究員課題組完成。論文第一作者為博士生冉恒月,共同第一作者為科研助理李琦,通訊作者為潘亞峰研究員。潘亞峰課題組長(zhǎng)期關(guān)注社會(huì)學(xué)習(xí)與互動(dòng)的神經(jīng)計(jì)算機(jī)制,及其在教育和健康中的應(yīng)用研究。近三年,以第一或通訊作者身份在Lancet Psychiatry、Advanced Science、Biological Psychiatry、Communications Biology、PLOS Computational Biology等雜志發(fā)表論文多篇。
關(guān)于維拓啟創(chuàng)
維拓啟創(chuàng)(北京)信息技術(shù)有限公司成立于2006年,是一家專注于腦科學(xué)、康復(fù)工程、人因工程、心理學(xué)、體育科學(xué)等領(lǐng)域的科研解決方案供應(yīng)商。公司與國(guó)內(nèi)外多所大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)長(zhǎng)期保持合作關(guān)系,致力于將優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、先進(jìn)的技術(shù)和服務(wù)帶給各個(gè)領(lǐng)域的科研工作者,為用戶提供有競(jìng)爭(zhēng)力的方案和服務(wù),協(xié)助用戶的科研工作,持續(xù)提升使用體驗(yàn)。
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