圖畫生成對不同認知風(fēng)格高中生認知負荷的差異化影響探究一、引言1.1研究背景在教育領(lǐng)域，對學(xué)生認知風(fēng)格和認知負荷的研究一直備受關(guān)注。認知風(fēng)格作為個體在信息處理、思維方式和學(xué)習(xí)偏好等方面表現(xiàn)出的穩(wěn)定特征，影響著學(xué)生對知識的理解、吸收與運用方式。不同認知風(fēng)格的學(xué)生在面對相同學(xué)習(xí)任務(wù)時，其學(xué)習(xí)過程和效果往往存在顯著差異。例如，場獨立型學(xué)生更善于獨立思考和分析問題，而場依存型學(xué)生則更依賴外部環(huán)境和他人的指導(dǎo)。了解學(xué)生的認知風(fēng)格，有助于教師因材施教，制定更貼合學(xué)生需求的教學(xué)策略，從而提高教學(xué)的針對性和有效性。認知負荷則關(guān)乎個體在學(xué)習(xí)過程中所需的認知資源和工作記憶的負荷程度。人類的認知資源是有限的，當學(xué)習(xí)任務(wù)的認知負荷超過個體的認知資源容量時，學(xué)習(xí)效果就會受到負面影響。比如，過于復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容或不合理的教學(xué)方式，都可能導(dǎo)致學(xué)生認知負荷過高，進而出現(xiàn)理解困難、記憶模糊等問題。因此，合理控制認知負荷，確保學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠有效利用認知資源，是提高學(xué)習(xí)效率的關(guān)鍵。近年來，隨著人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，圖畫生成技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用呈現(xiàn)出蓬勃的趨勢。圖畫生成技術(shù)能夠借助計算機算法和數(shù)據(jù)，快速生成與特定主題或概念相關(guān)的視覺圖像。這種技術(shù)為教育教學(xué)帶來了新的活力與可能性。在科學(xué)課程中，通過圖畫生成技術(shù)可以生成逼真的細胞結(jié)構(gòu)、天體運行等圖像，幫助學(xué)生直觀地理解抽象的科學(xué)概念；在語文教學(xué)中，能夠根據(jù)課文內(nèi)容生成相應(yīng)的場景圖，增強學(xué)生對文學(xué)作品的感知與理解。圖畫生成技術(shù)所提供的豐富視覺信息和交互操作，與學(xué)生的認知風(fēng)格和認知負荷之間存在著緊密的聯(lián)系。對于視覺型認知風(fēng)格的學(xué)生而言，圖畫生成技術(shù)生成的生動圖像可能成為他們理解知識的有力助手，有助于降低認知負荷，提高學(xué)習(xí)效果；而對于其他認知風(fēng)格的學(xué)生，其影響可能各不相同。過于復(fù)雜或不恰當?shù)膱D畫生成內(nèi)容，也可能增加所有學(xué)生的認知負荷，起到反作用。深入探究圖畫生成對不同認知風(fēng)格高中生認知負荷的影響，具有重要的理論和實踐意義。1.2研究目的與意義本研究旨在深入揭示圖畫生成技術(shù)與高中生認知風(fēng)格、認知負荷之間的內(nèi)在聯(lián)系。具體而言，通過嚴謹?shù)膶嵶C研究，精準分析圖畫生成在不同認知風(fēng)格高中生學(xué)習(xí)過程中，對其認知負荷產(chǎn)生的具體影響機制與差異表現(xiàn)。在視覺型認知風(fēng)格學(xué)生利用圖畫生成理解物理知識時，探究圖像的色彩、構(gòu)圖等元素如何作用于其認知負荷；對于場獨立型和場依存型學(xué)生，分別研究圖畫生成的自主性操作和引導(dǎo)性展示對他們認知負荷的不同影響。在理論層面，本研究有望為教育心理學(xué)領(lǐng)域中關(guān)于認知風(fēng)格與認知負荷關(guān)系的研究注入新的活力。進一步豐富和完善認知負荷理論在新興教育技術(shù)應(yīng)用場景下的內(nèi)涵，拓展其邊界。通過深入剖析圖畫生成與認知風(fēng)格、認知負荷的交互作用，為后續(xù)研究在教育技術(shù)與學(xué)生認知發(fā)展關(guān)系的探索提供全新的視角和研究思路。從教學(xué)實踐來看，本研究的成果具有重要的指導(dǎo)意義。教師可以依據(jù)研究結(jié)論，針對不同認知風(fēng)格的學(xué)生，在教學(xué)中更科學(xué)、合理地運用圖畫生成技術(shù)。對于聽覺型認知風(fēng)格的學(xué)生，教師可以在利用圖畫生成技術(shù)時，增加更多的音頻講解元素，如在歷史課上，配合歷史場景的生成圖，提供詳細的音頻解說，幫助他們更好地理解知識，降低認知負荷。教師還能根據(jù)學(xué)生的認知負荷變化情況，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法，實現(xiàn)教學(xué)過程的精細化和個性化，提高教學(xué)質(zhì)量，促進學(xué)生的有效學(xué)習(xí)和全面發(fā)展。二、文獻綜述2.1圖畫生成技術(shù)2.1.1概念與內(nèi)涵圖畫生成技術(shù)是一種借助計算機算法和數(shù)據(jù)處理能力，自動或半自動生成圖像的前沿技術(shù)。其核心原理基于深度學(xué)習(xí)、機器學(xué)習(xí)以及計算機圖形學(xué)等多學(xué)科理論。在深度學(xué)習(xí)框架下，生成對抗網(wǎng)絡(luò)（GANs）和變分自編碼器（VAEs）是最為常用的兩種模型架構(gòu)。以生成對抗網(wǎng)絡(luò)為例，它由生成器和判別器兩個相互對抗的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。生成器負責(zé)根據(jù)輸入的隨機噪聲或文本描述，生成圖像數(shù)據(jù)；判別器則對生成器輸出的圖像進行真?zhèn)闻袛?，反饋給生成器，促使其不斷優(yōu)化生成的圖像質(zhì)量，使其更加逼真、符合要求。例如，在藝術(shù)創(chuàng)作領(lǐng)域，藝術(shù)家可通過輸入特定的風(fēng)格、主題等文本信息，利用圖畫生成技術(shù)快速生成具有獨特藝術(shù)風(fēng)格的畫作，如梵高風(fēng)格的星空圖、畢加索風(fēng)格的人物肖像等，為藝術(shù)創(chuàng)作提供了新的靈感來源和創(chuàng)作方式。在教育領(lǐng)域，圖畫生成技術(shù)能夠根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和知識點，生成直觀的圖像輔助教學(xué)。在地理教學(xué)中，針對山脈、河流等地形地貌知識，通過圖畫生成技術(shù)生成逼真的地形圖，幫助學(xué)生更好地理解地理概念；在生物教學(xué)里，生成細胞結(jié)構(gòu)、生物進化歷程等圖像，增強學(xué)生對抽象生物知識的認知。在藝術(shù)領(lǐng)域，它打破了傳統(tǒng)藝術(shù)創(chuàng)作對繪畫技巧的高度依賴，讓更多沒有專業(yè)繪畫基礎(chǔ)的人能夠參與到藝術(shù)創(chuàng)作中，激發(fā)了大眾的藝術(shù)創(chuàng)作熱情，豐富了藝術(shù)創(chuàng)作的形式和內(nèi)容。2.1.2生成方式及特點常見的圖畫生成方式主要包括文本驅(qū)動生成、草圖驅(qū)動生成以及基于圖像的風(fēng)格遷移生成等。文本驅(qū)動生成是指用戶通過輸入簡潔的文本描述，如“在海邊的日落時分，有一座白色的小房子”，算法依據(jù)對文本語義的理解和學(xué)習(xí)到的圖像數(shù)據(jù)特征，生成對應(yīng)的圖像。這種方式的顯著特點是具有高度的靈活性和想象力激發(fā)性，用戶能夠自由地表達腦海中的各種創(chuàng)意和場景，不受圖像素材的限制。它對文本描述的準確性和完整性要求較高，若描述不夠精確，可能導(dǎo)致生成的圖像與預(yù)期存在偏差。草圖驅(qū)動生成則是用戶先繪制簡單的草圖，勾勒出圖像的大致輪廓和關(guān)鍵元素，然后算法基于草圖進行細節(jié)填充和完善，生成完整的圖像。這種方式適合具有一定繪畫基礎(chǔ)和創(chuàng)意的用戶，他們能夠通過草圖快速表達自己的想法，再借助算法的強大處理能力，將草圖轉(zhuǎn)化為精美的圖畫。其優(yōu)點是能夠充分發(fā)揮用戶的主觀能動性，同時利用算法提升繪圖效率和質(zhì)量；缺點是對草圖的繪制質(zhì)量有一定要求，草圖過于粗糙可能影響最終生成圖像的效果?；趫D像的風(fēng)格遷移生成，是將一幅圖像的風(fēng)格（如色彩、紋理、筆觸等）遷移到另一幅圖像上，生成具有新風(fēng)格的圖像。將梵高的《星月夜》風(fēng)格遷移到普通的風(fēng)景照片上，使照片呈現(xiàn)出梵高獨特的藝術(shù)風(fēng)格。這種方式能夠快速實現(xiàn)圖像風(fēng)格的多樣化轉(zhuǎn)換，為藝術(shù)創(chuàng)作和圖像處理提供了新的手段。但它在風(fēng)格遷移過程中可能會丟失部分原始圖像的細節(jié)信息，導(dǎo)致生成圖像的細節(jié)不夠豐富。在廣告設(shè)計中，需要快速生成具有創(chuàng)意的宣傳海報時，文本驅(qū)動生成方式可以根據(jù)廣告主題和產(chǎn)品特點，迅速生成多種風(fēng)格的海報初稿，供設(shè)計師選擇和修改；在游戲開發(fā)中，對于一些概念設(shè)計圖，草圖驅(qū)動生成方式能夠讓游戲美術(shù)設(shè)計師先快速繪制草圖，再通過算法生成高質(zhì)量的設(shè)計圖，提高設(shè)計效率；在藝術(shù)作品的二次創(chuàng)作中，基于圖像的風(fēng)格遷移生成方式則可以幫助藝術(shù)家將經(jīng)典藝術(shù)風(fēng)格融入到自己的作品中，創(chuàng)造出獨特的藝術(shù)效果。2.1.3對學(xué)習(xí)的影響研究現(xiàn)狀現(xiàn)有研究表明，圖畫生成技術(shù)在促進知識理解和記憶方面具有積極作用。通過生成與知識內(nèi)容相關(guān)的圖像，能夠?qū)⒊橄蟮闹R具象化，降低學(xué)生的理解難度。在學(xué)習(xí)物理中的電場、磁場等抽象概念時，利用圖畫生成技術(shù)生成直觀的場線分布圖像，有助于學(xué)生更好地理解場的特性和相互作用。在語言學(xué)習(xí)中，生成與詞匯、語句相關(guān)的圖像，能夠增強學(xué)生的記憶效果，提高詞匯的掌握程度。然而，目前的研究也存在一些不足之處。部分研究主要聚焦于圖畫生成技術(shù)對整體學(xué)生群體的影響，缺乏對不同認知風(fēng)格學(xué)生的差異化研究。不同認知風(fēng)格的學(xué)生在信息加工方式、學(xué)習(xí)偏好等方面存在顯著差異，圖畫生成技術(shù)對他們的影響可能各不相同。對于視覺型認知風(fēng)格的學(xué)生，圖畫生成技術(shù)生成的圖像可能更能吸引他們的注意力，促進知識的吸收；而對于聽覺型認知風(fēng)格的學(xué)生，單純的圖像可能效果不佳，需要結(jié)合音頻等其他信息形式。現(xiàn)有研究在圖畫生成技術(shù)的應(yīng)用策略和教學(xué)方法方面的探討還不夠深入。如何根據(jù)教學(xué)目標和學(xué)生特點，合理選擇圖畫生成方式、設(shè)計圖像內(nèi)容，以達到最佳的學(xué)習(xí)效果，仍有待進一步研究。2.2高中生認知風(fēng)格2.2.1主要類型與特點高中生的認知風(fēng)格呈現(xiàn)出多樣化的特點，其中場獨立型與場依存型、沉思型與沖動型是較為常見且具有顯著差異的類型。場獨立型學(xué)生在認知過程中，如同在知識的海洋中獨自航行的船只，更多地依賴自身內(nèi)部的參照系統(tǒng)。在面對復(fù)雜的數(shù)學(xué)幾何證明題時，他們能夠迅速從題目中提取關(guān)鍵信息，獨立分析圖形的性質(zhì)和各元素之間的關(guān)系，不依賴他人的提示或講解，憑借自己的思考得出解題思路。這種類型的學(xué)生善于將整體知識分解為各個部分進行深入研究，在學(xué)習(xí)自然科學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科時，能夠充分發(fā)揮其獨立思考和邏輯分析的優(yōu)勢。他們對抽象概念的理解能力較強，喜歡探索事物的本質(zhì)和規(guī)律，在學(xué)習(xí)過程中更注重知識的系統(tǒng)性和邏輯性。在物理課程中，對于牛頓力學(xué)等抽象理論，場獨立型學(xué)生能夠通過自主思考和推理，深入理解其內(nèi)涵和應(yīng)用，成績往往較為出色。場依存型學(xué)生則更傾向于以外部環(huán)境和他人的意見作為認知的重要依據(jù)。在小組討論中，他們會認真傾聽其他同學(xué)的觀點，容易受到多數(shù)人意見的影響，甚至在自己原本有不同想法的情況下，也可能因為他人的觀點而改變自己的看法。在學(xué)習(xí)社會科學(xué)和人文科學(xué)時，他們善于捕捉文章中的情感色彩和文化背景信息，通過與他人的交流和討論，能夠更好地理解文學(xué)作品中的人物情感和歷史事件的背景意義。在語文課堂上，對于詩歌的賞析，場依存型學(xué)生更依賴教師的講解和同學(xué)的分享，從他人的解讀中獲得啟發(fā)，從而加深對詩歌意境的理解。沉思型學(xué)生在面對問題時，會像一位深思熟慮的智者，不急于給出答案。在做閱讀理解題目時，他們會仔細閱讀文章，逐字逐句分析題干要求，對各個選項進行全面、深入的思考，權(quán)衡利弊后才做出選擇。這種類型的學(xué)生思維嚴謹，注重細節(jié)，在解決問題時更追求準確性和邏輯性。在數(shù)學(xué)考試中，遇到難題時，沉思型學(xué)生不會輕易放棄，而是會深入思考各種解題方法，對每一步計算都進行嚴格的推理和驗證，雖然解題速度可能較慢，但答案的準確率往往較高。沖動型學(xué)生則更像是勇往直前的冒險者，憑借直覺快速做出反應(yīng)。在課堂搶答環(huán)節(jié)中，他們常常在問題剛提出時就迅速舉手回答，甚至在沒有完全理解問題的情況下就給出答案。他們的思維敏捷，能夠快速地對問題做出初步判斷，但在處理復(fù)雜問題時，可能會因為缺乏深入思考而忽略一些重要細節(jié)，導(dǎo)致答案不夠準確。在做選擇題時，沖動型學(xué)生可能會根據(jù)第一印象選擇答案，而沒有對其他選項進行充分的分析和比較。2.2.2測量方法常用的認知風(fēng)格測量工具和方法各有特點，也存在一定的優(yōu)缺點。鑲嵌圖形測驗（EFT）是測量場獨立型與場依存型認知風(fēng)格的經(jīng)典工具。它通過讓被試從復(fù)雜的圖形中找出預(yù)先給定的簡單圖形，以此來判斷被試對外部環(huán)境信息的依賴程度。場獨立型被試能夠快速、準確地找出目標圖形，不受周圍復(fù)雜圖形的干擾；而場依存型被試則可能受到干擾，花費較長時間或難以找到目標圖形。該測驗具有較強的客觀性和標準化程度，結(jié)果較為可靠。它只能從單一維度測量認知風(fēng)格，無法全面反映個體在其他方面的認知特點。而且，測驗結(jié)果可能受到被試的圖形認知能力、注意力等因素的影響，存在一定的誤差。匹配熟悉圖形測驗（MFFT）主要用于測量沉思型與沖動型認知風(fēng)格。在測驗中，呈現(xiàn)一系列復(fù)雜的圖形，要求被試從多個選項中找出與目標圖形完全匹配的圖形。沉思型被試會仔細觀察、分析各個選項，雖然反應(yīng)時間較長，但錯誤率較低；沖動型被試則反應(yīng)迅速，但錯誤率相對較高。這種測量方法操作簡便，能夠直觀地反映被試在信息加工速度和準確性方面的差異。它的題目類型相對單一，可能無法涵蓋認知風(fēng)格的所有方面。被試在測驗時的情緒狀態(tài)、動機水平等因素也可能對結(jié)果產(chǎn)生影響。口語報告法是一種通過讓被試在解決問題過程中大聲說出自己的思考過程，來分析其認知風(fēng)格的方法。在數(shù)學(xué)解題過程中，被試邊思考邊說出自己的解題思路、遇到的困難以及如何嘗試解決問題等。通過對這些口語報告的分析，可以深入了解被試的思維方式和認知策略，從而判斷其認知風(fēng)格。這種方法能夠提供豐富的定性信息，有助于深入探究個體的認知過程。它對被試的表達能力有較高要求，可能會因為被試表達不清晰或遺漏關(guān)鍵信息而影響分析結(jié)果。同時，口語報告的過程可能會干擾被試的正常思維，導(dǎo)致結(jié)果不夠真實。2.3認知負荷2.3.1定義與分類認知負荷是指個體在完成特定學(xué)習(xí)任務(wù)過程中，所消耗的認知資源總量，它反映了個體在學(xué)習(xí)時的心理努力程度和工作記憶的負荷水平。認知負荷理論最早由澳大利亞教育心理學(xué)家約翰?斯威勒（JohnSweller）于20世紀80年代提出，該理論認為，人類的認知資源是有限的，尤其是工作記憶的容量相對較小，在學(xué)習(xí)過程中，若認知負荷過高，超過了個體的認知資源承載能力，就會導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率下降，知識理解和記憶效果不佳。根據(jù)認知負荷的來源和性質(zhì)，可將其分為內(nèi)在認知負荷、外在認知負荷和相關(guān)認知負荷。內(nèi)在認知負荷主要由學(xué)習(xí)任務(wù)本身的復(fù)雜程度和元素之間的交互性決定，是學(xué)習(xí)內(nèi)容固有的屬性。在學(xué)習(xí)高等數(shù)學(xué)中的微積分知識時，復(fù)雜的公式推導(dǎo)、多種函數(shù)的組合以及抽象的概念理解，都使得學(xué)習(xí)任務(wù)的內(nèi)在認知負荷較高。若學(xué)習(xí)者對前置知識掌握不足，也會進一步增加內(nèi)在認知負荷。對于沒有扎實掌握函數(shù)基礎(chǔ)知識的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)微積分會更加困難，內(nèi)在認知負荷也會更大。外在認知負荷則源于教學(xué)設(shè)計和學(xué)習(xí)環(huán)境等外部因素，與學(xué)習(xí)任務(wù)本身的難度并無直接關(guān)聯(lián)。例如，教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式不合理，如文字過多、信息雜亂無章，或者在講解過程中頻繁切換主題，都會分散學(xué)生的注意力，增加外在認知負荷。在多媒體教學(xué)中，如果同時呈現(xiàn)過多的圖片、動畫和文字信息，且這些信息之間缺乏有效的整合和邏輯關(guān)聯(lián)，就會使學(xué)生在信息處理過程中感到困惑，導(dǎo)致外在認知負荷升高。相關(guān)認知負荷是指學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中，為了構(gòu)建圖式、促進知識的理解和應(yīng)用，所投入的認知資源。當學(xué)習(xí)者采用有效的學(xué)習(xí)策略，如對知識進行歸納總結(jié)、將新知識與已有知識建立聯(lián)系時，會產(chǎn)生相關(guān)認知負荷。在學(xué)習(xí)歷史事件時，學(xué)生通過繪制時間軸，將不同時期的歷史事件串聯(lián)起來，分析事件之間的因果關(guān)系，這個過程中所投入的認知努力就屬于相關(guān)認知負荷。適當?shù)南嚓P(guān)認知負荷有助于提高學(xué)習(xí)效果，因為它能夠促進學(xué)習(xí)者對知識的深度加工和理解。2.3.2測量方法測量認知負荷的方法豐富多樣，各有其獨特的優(yōu)勢和適用場景。主觀評定法是最為常用的方法之一，它主要依賴學(xué)習(xí)者對自身學(xué)習(xí)過程中的心理感受和認知努力程度進行主觀評價。最具代表性的是NASA-TLX量表，該量表從心理需求、時間需求、努力程度、績效、體力需求和挫折感六個維度，全面評估學(xué)習(xí)者在任務(wù)執(zhí)行過程中的認知負荷。在一項關(guān)于計算機編程學(xué)習(xí)的研究中，研究者讓學(xué)生在完成編程任務(wù)后，使用NASA-TLX量表對自己的認知負荷進行評價。學(xué)生根據(jù)自己在編程過程中對代碼邏輯的思考難度（心理需求）、完成任務(wù)所花費的時間（時間需求）、為解決編程問題所付出的努力（努力程度）、任務(wù)完成的質(zhì)量（績效）、身體的疲勞程度（體力需求）以及遇到編程錯誤時的煩躁情緒（挫折感）等方面進行打分，從而直觀地反映出他們在編程學(xué)習(xí)中的認知負荷水平。主觀評定法操作簡便，能夠快速獲取學(xué)習(xí)者的主觀感受，但容易受到學(xué)習(xí)者個人的評價標準、情緒狀態(tài)等因素的影響，導(dǎo)致結(jié)果的客觀性和準確性存在一定的局限性。生理測量法則借助先進的生理監(jiān)測設(shè)備，通過測量學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的生理指標變化，來推斷其認知負荷水平。腦電圖（EEG）是一種常用的生理測量工具，它能夠記錄大腦神經(jīng)元活動產(chǎn)生的電信號。當認知負荷增加時，大腦的神經(jīng)元活動會發(fā)生變化，EEG信號中的特定頻段（如θ波、α波、β波等）的功率也會相應(yīng)改變。研究表明，在高認知負荷任務(wù)下，θ波的功率通常會增加，而α波的功率會降低。在一項記憶實驗中，研究者通過EEG監(jiān)測被試在記憶大量單詞時的大腦電活動，發(fā)現(xiàn)隨著單詞數(shù)量的增加和記憶難度的加大，被試大腦中θ波的功率逐漸上升，表明其認知負荷在不斷增加。心率變異性（HRV）也是一種重要的生理指標，它反映了心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能。當認知負荷升高時，交感神經(jīng)活動增強，副交感神經(jīng)活動減弱，導(dǎo)致HRV降低。在駕駛模擬實驗中，通過監(jiān)測駕駛員的HRV，發(fā)現(xiàn)當遇到復(fù)雜路況時，駕駛員的HRV明顯下降，說明其認知負荷增大。生理測量法具有較高的客觀性和準確性，能夠?qū)崟r、連續(xù)地監(jiān)測認知負荷的變化，但設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜，對實驗環(huán)境要求較高，且生理指標的變化可能受到多種因素的干擾，如身體疲勞、情緒波動等，需要在實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析時進行嚴格控制和排除。行為測量法主要通過觀察和分析學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的行為表現(xiàn)，來間接推斷其認知負荷。反應(yīng)時是一種常用的行為指標，指的是從刺激呈現(xiàn)到學(xué)習(xí)者做出反應(yīng)之間的時間間隔。一般來說，認知負荷越高，學(xué)習(xí)者在處理信息和做出決策時所需的時間就越長，反應(yīng)時也就越長。在一項數(shù)學(xué)解題實驗中，研究者讓學(xué)生解答不同難度的數(shù)學(xué)題目，記錄他們的解題反應(yīng)時。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于難度較高的題目，學(xué)生的反應(yīng)時明顯延長，表明他們在解題過程中需要投入更多的認知資源，認知負荷較大。錯誤率也是衡量認知負荷的重要行為指標之一。當認知負荷過高時，學(xué)習(xí)者可能會因為注意力分散、信息處理能力下降等原因，導(dǎo)致錯誤率增加。在閱讀理解測試中，給學(xué)生呈現(xiàn)篇幅較長、內(nèi)容復(fù)雜的文章，并設(shè)置相應(yīng)的問題。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在回答問題時的錯誤率隨著文章難度的增加而上升，這說明高難度的閱讀材料使學(xué)生的認知負荷增大，影響了他們對文章內(nèi)容的理解和答題的準確性。行為測量法簡單易行，不需要特殊的設(shè)備，能夠在自然的學(xué)習(xí)環(huán)境中進行，但行為表現(xiàn)可能受到多種因素的影響，如學(xué)習(xí)者的知識水平、學(xué)習(xí)動機、技能熟練程度等，不能完全準確地反映認知負荷的變化，需要結(jié)合其他測量方法進行綜合分析。2.3.3影響因素認知負荷受到多種因素的綜合影響，這些因素相互作用，共同決定了學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的認知負荷水平。學(xué)習(xí)材料的性質(zhì)和特點是影響認知負荷的重要因素之一。學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜性和難度直接關(guān)系到內(nèi)在認知負荷的高低。復(fù)雜的學(xué)習(xí)材料通常包含大量的信息元素，且這些元素之間存在著復(fù)雜的交互關(guān)系，需要學(xué)習(xí)者進行深入的分析和整合，從而增加了內(nèi)在認知負荷。在學(xué)習(xí)物理中的量子力學(xué)知識時，抽象的概念、復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式以及微觀世界的奇特現(xiàn)象，使得學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜性和難度極高，學(xué)習(xí)者需要投入大量的認知資源來理解和掌握這些知識，內(nèi)在認知負荷相應(yīng)增大。學(xué)習(xí)材料的組織和呈現(xiàn)方式則對外在認知負荷有著重要影響。合理的組織和呈現(xiàn)方式能夠幫助學(xué)習(xí)者更好地理解和處理信息，降低外在認知負荷；反之，則會增加外在認知負荷。將歷史事件按照時間順序進行系統(tǒng)梳理，并以圖表、故事等生動形象的方式呈現(xiàn)，能夠使學(xué)生更容易理解歷史發(fā)展的脈絡(luò)，降低學(xué)習(xí)過程中的外在認知負荷。如果歷史材料只是簡單地羅列事件和數(shù)據(jù)，缺乏有效的組織和邏輯關(guān)聯(lián)，就會讓學(xué)生感到困惑，增加外在認知負荷。教學(xué)設(shè)計的合理性對認知負荷起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。教學(xué)方法的選擇直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗和認知負荷。采用探究式教學(xué)方法，讓學(xué)生自主探索問題、發(fā)現(xiàn)知識，雖然能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，但在探索過程中，學(xué)生需要不斷地思考和嘗試，可能會面臨較多的不確定性和困難，從而增加認知負荷。而講授式教學(xué)方法能夠直接向?qū)W生傳遞知識，信息傳遞效率較高，但如果教師講解過程過于枯燥、缺乏互動，學(xué)生容易產(chǎn)生疲勞和厭倦情緒，也會影響認知負荷。在教學(xué)過程中，合理安排教學(xué)步驟和節(jié)奏，避免信息的過度集中或過快呈現(xiàn)，有助于維持學(xué)生的認知負荷在合理水平。在講解復(fù)雜的數(shù)學(xué)定理時，教師可以先通過簡單的例子引入，逐步引導(dǎo)學(xué)生理解定理的基本概念和原理，再進行深入的推導(dǎo)和應(yīng)用，這樣能夠讓學(xué)生有足夠的時間消化和吸收知識，降低認知負荷。提供有效的教學(xué)支持和引導(dǎo)，如講解重點難點、提供學(xué)習(xí)策略指導(dǎo)等，也能夠幫助學(xué)生更好地應(yīng)對學(xué)習(xí)任務(wù)，降低認知負荷。在語文寫作教學(xué)中，教師針對不同的作文題目，為學(xué)生提供寫作思路、結(jié)構(gòu)框架和素材建議，能夠讓學(xué)生在寫作過程中更加得心應(yīng)手，減少認知負荷。學(xué)習(xí)者的個體差異也是影響認知負荷的重要因素。學(xué)習(xí)者的先前知識和經(jīng)驗在很大程度上決定了其對學(xué)習(xí)材料的理解和處理能力，進而影響認知負荷。具有豐富相關(guān)知識和經(jīng)驗的學(xué)習(xí)者，能夠快速識別和理解學(xué)習(xí)材料中的關(guān)鍵信息，并將其與已有的知識體系建立聯(lián)系，從而降低內(nèi)在認知負荷。在學(xué)習(xí)計算機編程時，有編程基礎(chǔ)的學(xué)生能夠更快地理解新的編程語法和算法，因為他們可以將新知識與已掌握的編程知識進行類比和整合，減少了認知加工的難度和負荷。而對于初學(xué)者來說，由于缺乏相關(guān)知識和經(jīng)驗，面對陌生的編程概念和代碼，需要花費更多的時間和精力去理解和學(xué)習(xí)，內(nèi)在認知負荷較高。學(xué)習(xí)者的認知風(fēng)格也會對認知負荷產(chǎn)生影響。不同認知風(fēng)格的學(xué)生在信息加工方式、學(xué)習(xí)偏好等方面存在差異，對相同學(xué)習(xí)任務(wù)的認知負荷感受也不同。場獨立型學(xué)生善于獨立思考和分析，在面對結(jié)構(gòu)化程度較低的學(xué)習(xí)材料時，能夠更好地自主組織和加工信息，認知負荷相對較低；而場依存型學(xué)生更依賴外部環(huán)境和他人的指導(dǎo)，在這種情況下可能會感到困惑和迷茫，認知負荷較高。視覺型認知風(fēng)格的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對圖像信息更為敏感，若學(xué)習(xí)材料中包含豐富的視覺元素，他們的認知負荷可能會降低；而聽覺型認知風(fēng)格的學(xué)生則更擅長處理聽覺信息，對于以文字為主的學(xué)習(xí)材料，他們可能需要付出更多的努力，認知負荷相對較高。三、研究設(shè)計3.1研究假設(shè)基于對圖畫生成技術(shù)、高中生認知風(fēng)格以及認知負荷相關(guān)理論和研究現(xiàn)狀的深入分析，本研究提出以下假設(shè)：假設(shè)1：圖畫生成對不同認知風(fēng)格高中生的認知負荷存在顯著差異影響。具體而言，對于視覺型認知風(fēng)格的高中生，圖畫生成能夠提供豐富且直觀的視覺信息，與他們的認知偏好高度契合，有助于降低其認知負荷；而對于聽覺型認知風(fēng)格的高中生，由于他們更傾向于通過聽覺渠道獲取信息，圖畫生成的視覺信息可能無法有效降低其認知負荷，甚至在一定程度上會增加認知負荷。在學(xué)習(xí)地理中的氣候類型知識時，視覺型認知風(fēng)格的學(xué)生通過觀看圖畫生成技術(shù)生成的不同氣候類型的景觀圖，如熱帶雨林的繁茂植被、沙漠地區(qū)的廣袤沙丘等，能夠迅速理解和記憶相關(guān)知識，認知負荷較低；而聽覺型認知風(fēng)格的學(xué)生可能對這些圖像的關(guān)注度和理解度較低，更希望通過教師的講解或音頻資料來學(xué)習(xí)，單純的圖畫生成反而會分散他們的注意力，增加認知負荷。假設(shè)2：不同的圖畫生成方式對不同認知風(fēng)格高中生的認知負荷影響不同。文本驅(qū)動生成方式具有高度的靈活性和想象力激發(fā)性，對于思維活躍、創(chuàng)造力較強的場獨立型高中生，能夠給予他們更大的自主發(fā)揮空間，更有利于降低認知負荷；草圖驅(qū)動生成方式要求學(xué)生具備一定的繪畫基礎(chǔ)和創(chuàng)意表達能力，對于具有較強動手能力和空間感知能力的動覺型高中生，可能更能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和參與度，從而降低認知負荷。在進行創(chuàng)意寫作教學(xué)時，場獨立型高中生在使用文本驅(qū)動生成方式生成故事場景圖時，能夠根據(jù)自己的想象和構(gòu)思，快速理解和利用生成的圖像，認知負荷較低；而動覺型高中生在利用草圖驅(qū)動生成方式繪制科幻小說中的外星生物草圖，并通過算法生成完整圖像時，能夠更好地投入到學(xué)習(xí)過程中，降低認知負荷。假設(shè)3：圖畫生成在復(fù)雜知識學(xué)習(xí)中，對不同認知風(fēng)格高中生認知負荷的調(diào)節(jié)作用更明顯。復(fù)雜知識通常包含大量的信息元素和復(fù)雜的邏輯關(guān)系，容易導(dǎo)致學(xué)生認知負荷過高。對于沉思型高中生，他們善于深入思考和分析問題，圖畫生成能夠為他們提供清晰的知識結(jié)構(gòu)和可視化的邏輯關(guān)系，幫助他們更好地理解和整合知識，有效降低認知負荷；而對于沖動型高中生，由于他們思維敏捷但缺乏深入思考，圖畫生成的直觀圖像可以快速吸引他們的注意力，彌補他們在信息處理上的不足，在一定程度上調(diào)節(jié)認知負荷。在學(xué)習(xí)物理中的電磁感應(yīng)知識時，沉思型高中生通過圖畫生成技術(shù)生成的電磁感應(yīng)原理圖，能夠仔細分析磁場、導(dǎo)體運動和感應(yīng)電流之間的關(guān)系，降低認知負荷；沖動型高中生則通過觀看生動的動態(tài)演示圖，快速了解電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象和原理，避免因思考不深入而產(chǎn)生的認知困惑，調(diào)節(jié)認知負荷。三、研究設(shè)計3.2研究方法3.2.1被試選取本研究采用分層抽樣的方法，選取了來自不同地區(qū)、不同層次的三所高中的學(xué)生作為研究對象。這三所高中分別代表了重點高中、普通高中和職業(yè)高中，以確保樣本具有廣泛的代表性，能夠涵蓋不同學(xué)習(xí)水平和背景的高中生。在每所高中，隨機抽取高一年級的兩個班級，共六個班級參與實驗。為了保證被試的同質(zhì)性，對參與實驗的學(xué)生進行了初步篩選，排除了有視覺或聽覺障礙、學(xué)習(xí)困難以及對計算機操作不熟悉的學(xué)生。最終，獲得有效被試120名，其中男生62名，女生58名。將這些被試按照認知風(fēng)格分為場獨立型和場依存型兩組，每組各60名。認知風(fēng)格的劃分依據(jù)鑲嵌圖形測驗（EFT）的得分，得分高于中位數(shù)的被判定為場獨立型，得分低于中位數(shù)的被判定為場依存型。3.2.2實驗材料本研究采用的圖畫生成任務(wù)基于目前廣泛應(yīng)用的DALL-E2圖畫生成模型進行設(shè)計。該模型具有強大的文本到圖像生成能力，能夠根據(jù)輸入的文本描述生成高質(zhì)量、多樣化的圖像。在實驗中，使用Python語言調(diào)用DALL-E2模型的API接口，實現(xiàn)圖畫的自動生成。對于引導(dǎo)生成任務(wù)，利用模型提供的圖像編輯功能，由教師根據(jù)教學(xué)目標和學(xué)生需求，提前設(shè)計好引導(dǎo)性的草圖或初始圖像，學(xué)生在此基礎(chǔ)上通過調(diào)整參數(shù)、添加細節(jié)等操作，逐步生成最終的圖畫。為確保生成圖像的質(zhì)量和相關(guān)性，對模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進行了嚴格篩選和預(yù)處理，使其包含豐富的與高中各學(xué)科知識相關(guān)的圖像樣本。學(xué)習(xí)材料選取了高中物理、化學(xué)、生物等學(xué)科中具有一定難度和抽象性的知識點，如物理中的電場與磁場、化學(xué)中的分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)、生物中的細胞分裂與遺傳規(guī)律等。這些知識點在高中理科學(xué)習(xí)中具有重要地位，且以往研究表明學(xué)生在學(xué)習(xí)這些內(nèi)容時容易出現(xiàn)理解困難和認知負荷過高的問題。將每個知識點的學(xué)習(xí)材料分為文字材料和圖文結(jié)合材料兩種形式。文字材料以簡潔明了的文字闡述知識點的概念、原理和應(yīng)用；圖文結(jié)合材料則在文字材料的基礎(chǔ)上，插入了由DALL-E2模型生成的相關(guān)圖像，這些圖像旨在直觀地展示知識點的關(guān)鍵信息，幫助學(xué)生更好地理解抽象概念。例如，在電場與磁場的學(xué)習(xí)材料中，圖文結(jié)合材料包含了電場線、磁感線的分布圖像，以及帶電粒子在電磁場中運動的模擬圖像等。認知負荷測量工具采用了主觀評定法中的NASA-TLX量表，該量表從心理需求、時間需求、努力程度、績效、體力需求和挫折感六個維度，全面評估學(xué)習(xí)者在任務(wù)執(zhí)行過程中的認知負荷。量表采用7級評分制，1表示非常低，7表示非常高。在實驗結(jié)束后，要求被試根據(jù)自己在完成圖畫生成任務(wù)和學(xué)習(xí)材料過程中的感受，對每個維度進行打分。為了確保量表的有效性和可靠性，在正式實驗前進行了預(yù)測試，對量表的表述和題目順序進行了優(yōu)化，使其更符合高中生的理解水平和思維方式。3.2.3實驗設(shè)計本研究采用2（認知風(fēng)格：場獨立、場依存）×2（圖畫生成方式：自動生成、引導(dǎo)生成）的混合實驗設(shè)計。其中，認知風(fēng)格為被試間變量，即不同認知風(fēng)格的學(xué)生接受不同的處理；圖畫生成方式為被試內(nèi)變量，即每個學(xué)生都要接受自動生成和引導(dǎo)生成兩種圖畫生成方式的處理。在自動生成條件下，學(xué)生直接輸入與學(xué)習(xí)知識點相關(guān)的文本描述，由DALL-E2模型自動生成圖畫。在學(xué)習(xí)化學(xué)中“分子結(jié)構(gòu)”知識點時，學(xué)生輸入“水分子的結(jié)構(gòu)”，模型自動生成水分子的三維結(jié)構(gòu)圖像。在引導(dǎo)生成條件下，教師先提供一個與學(xué)習(xí)知識點相關(guān)的初始草圖或簡單圖像，學(xué)生在此基礎(chǔ)上，通過與模型進行交互，如調(diào)整圖像的顏色、形狀、比例等參數(shù)，添加或刪除圖像元素等操作，逐步生成符合自己需求的圖畫。在學(xué)習(xí)生物中“細胞分裂”知識點時，教師提供一個細胞分裂前期的簡單草圖，學(xué)生根據(jù)自己對細胞分裂過程的理解，通過模型調(diào)整草圖，生成細胞分裂中期、后期和末期的圖像。因變量為學(xué)生在完成圖畫生成任務(wù)和學(xué)習(xí)材料后的認知負荷，通過NASA-TLX量表進行測量。同時，記錄學(xué)生完成任務(wù)的時間、生成圖畫的質(zhì)量（由三位學(xué)科教師根據(jù)圖像與知識點的相關(guān)性、準確性和完整性進行評分，采用5級評分制，1表示非常差，5表示非常好）以及學(xué)習(xí)材料的測驗成績（包括選擇題、填空題和簡答題，考查學(xué)生對知識點的理解和應(yīng)用能力），作為輔助指標，用于進一步分析圖畫生成對學(xué)生學(xué)習(xí)效果和認知負荷的影響。3.2.4實驗程序?qū)嶒炘诎察o、光線充足的計算機實驗室中進行，每個被試單獨使用一臺計算機，以避免相互干擾。實驗前，向被試詳細介紹實驗?zāi)康摹⒘鞒毯妥⒁馐马?，確保被試理解實驗要求。實驗過程分為以下幾個步驟：認知風(fēng)格測量：讓被試完成鑲嵌圖形測驗（EFT），測驗時間為30分鐘。測驗結(jié)束后，當場批改試卷，根據(jù)得分將被試分為場獨立型和場依存型兩組。圖畫生成任務(wù)：將被試隨機分配到自動生成組和引導(dǎo)生成組。自動生成組的被試首先進行自動生成任務(wù)，引導(dǎo)生成組的被試首先進行引導(dǎo)生成任務(wù)。每個任務(wù)的時間為20分鐘。在自動生成任務(wù)中，向被試呈現(xiàn)學(xué)習(xí)材料的文字部分，要求被試閱讀后，根據(jù)對知識點的理解，輸入文本描述，讓DALL-E2模型自動生成圖畫。在學(xué)習(xí)物理中“磁場”知識點時，被試閱讀文字材料后，輸入“勻強磁場的磁感線分布”，模型生成相應(yīng)的磁感線分布圖像。被試可以對生成的圖畫進行觀察和思考，若不滿意，可重新輸入文本描述再次生成。在引導(dǎo)生成任務(wù)中，向被試呈現(xiàn)學(xué)習(xí)材料的文字部分和教師提供的初始草圖或簡單圖像，要求被試在模型提供的交互界面上，根據(jù)對知識點的理解和自己的想法，對初始圖像進行調(diào)整和完善，生成最終的圖畫。在學(xué)習(xí)生物中“遺傳規(guī)律”知識點時，教師提供一個簡單的遺傳圖譜草圖，被試通過模型添加基因符號、表現(xiàn)型等信息，生成完整的遺傳圖譜。在任務(wù)進行過程中，實驗人員在旁觀察，確保被試按照要求操作，但不給予任何提示或指導(dǎo)。學(xué)習(xí)材料學(xué)習(xí)：完成圖畫生成任務(wù)后，向被試發(fā)放包含圖文結(jié)合材料的學(xué)習(xí)手冊，要求被試認真閱讀，學(xué)習(xí)時間為25分鐘。在學(xué)習(xí)過程中，被試可以結(jié)合自己生成的圖畫或模型生成的圖畫，加深對知識點的理解。認知負荷測量：學(xué)習(xí)結(jié)束后，收回學(xué)習(xí)手冊，讓被試填寫NASA-TLX量表，對自己在完成圖畫生成任務(wù)和學(xué)習(xí)材料過程中的認知負荷進行主觀評定。學(xué)習(xí)效果測驗：被試完成NASA-TLX量表的填寫后，發(fā)放學(xué)習(xí)材料的測驗試卷，測驗時間為30分鐘。測驗結(jié)束后，收回試卷。休息與輪換：被試完成上述步驟后，休息10分鐘。休息結(jié)束后，自動生成組和引導(dǎo)生成組的被試進行任務(wù)輪換，即自動生成組的被試進行引導(dǎo)生成任務(wù)，引導(dǎo)生成組的被試進行自動生成任務(wù)，重復(fù)步驟2-5。實驗結(jié)束：所有被試完成兩輪任務(wù)后，實驗結(jié)束。向被試表示感謝，并發(fā)放小禮品作為報酬。3.3數(shù)據(jù)處理與分析方法本研究運用SPSS26.0統(tǒng)計軟件對收集到的數(shù)據(jù)進行深入分析，旨在全面、準確地揭示圖畫生成對不同認知風(fēng)格高中生認知負荷的影響。首先，針對實驗過程中獲取的被試基本信息、認知風(fēng)格測量結(jié)果、圖畫生成任務(wù)表現(xiàn)、學(xué)習(xí)材料測驗成績以及認知負荷主觀評定數(shù)據(jù)等，進行描述性統(tǒng)計分析。計算各項數(shù)據(jù)的均值（M）、標準差（SD）等統(tǒng)計量，以直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中趨勢和離散程度。通過計算不同認知風(fēng)格組（場獨立型和場依存型）在自動生成和引導(dǎo)生成兩種圖畫生成方式下，完成任務(wù)時間的均值和標準差，了解不同條件下任務(wù)完成時間的總體水平和個體差異情況。計算學(xué)生在學(xué)習(xí)材料測驗成績的均值和標準差，評估學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的整體掌握程度和成績分布情況。其次，運用獨立樣本t檢驗，對場獨立型和場依存型兩組被試在各變量上的差異進行檢驗。比較兩組被試在自動生成和引導(dǎo)生成任務(wù)中的認知負荷主觀評定得分，判斷認知風(fēng)格是否對圖畫生成任務(wù)中的認知負荷產(chǎn)生顯著影響。若場獨立型被試在自動生成任務(wù)中的認知負荷平均得分為3.5，標準差為0.8；場依存型被試的平均得分為4.2，標準差為0.9。通過獨立樣本t檢驗，若t值達到顯著水平（如p<0.05），則表明認知風(fēng)格對自動生成任務(wù)中的認知負荷有顯著影響，場依存型被試的認知負荷顯著高于場獨立型被試。對于2（認知風(fēng)格：場獨立、場依存）×2（圖畫生成方式：自動生成、引導(dǎo)生成）的混合實驗設(shè)計數(shù)據(jù)，采用重復(fù)測量方差分析進行處理。分析認知風(fēng)格、圖畫生成方式及其交互作用對認知負荷、任務(wù)完成時間、生成圖畫質(zhì)量和學(xué)習(xí)材料測驗成績等因變量的影響。若分析結(jié)果顯示認知風(fēng)格主效應(yīng)顯著，說明不同認知風(fēng)格的學(xué)生在認知負荷、學(xué)習(xí)效果等方面存在顯著差異；圖畫生成方式主效應(yīng)顯著，則表明自動生成和引導(dǎo)生成兩種方式對學(xué)生的影響存在顯著不同；若兩者交互作用顯著，意味著認知風(fēng)格和圖畫生成方式相互影響，共同作用于學(xué)生的認知負荷和學(xué)習(xí)效果。如在學(xué)習(xí)效果測驗成績上，認知風(fēng)格和圖畫生成方式的交互作用顯著，可能表現(xiàn)為場獨立型學(xué)生在自動生成方式下成績較好，而場依存型學(xué)生在引導(dǎo)生成方式下成績更優(yōu)。在數(shù)據(jù)分析過程中，嚴格遵循統(tǒng)計分析的原則和方法，對數(shù)據(jù)進行仔細清洗和篩選，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。對異常值進行合理處理，避免其對分析結(jié)果產(chǎn)生干擾。通過多種統(tǒng)計分析方法的綜合運用，力求從不同角度深入挖掘數(shù)據(jù)背后的信息，為研究假設(shè)的驗證提供有力支持，從而得出科學(xué)、準確的研究結(jié)論。四、實驗結(jié)果4.1不同認知風(fēng)格高中生的認知負荷差異對不同認知風(fēng)格高中生的認知負荷進行描述性統(tǒng)計分析，結(jié)果如表1所示。認知風(fēng)格N均值標準差場獨立型603.560.78場依存型604.230.85由表1可知，場獨立型高中生的認知負荷均值為3.56，場依存型高中生的認知負荷均值為4.23。這初步表明，場依存型高中生在完成圖畫生成任務(wù)和學(xué)習(xí)材料過程中的認知負荷相對較高，而場獨立型高中生的認知負荷相對較低。為進一步檢驗這種差異是否具有統(tǒng)計學(xué)意義，對兩組數(shù)據(jù)進行獨立樣本t檢驗。結(jié)果顯示，t=-4.85，p<0.01，表明場獨立型和場依存型高中生的認知負荷存在顯著差異。這一結(jié)果與已有研究中關(guān)于不同認知風(fēng)格學(xué)生在信息加工和學(xué)習(xí)過程中認知負荷差異的結(jié)論相一致，即場依存型學(xué)生在面對學(xué)習(xí)任務(wù)時，可能由于更依賴外部環(huán)境和他人的指導(dǎo)，需要投入更多的認知資源來處理信息，從而導(dǎo)致認知負荷較高；而場獨立型學(xué)生善于獨立思考和分析，能夠更高效地利用自身內(nèi)部的認知資源，認知負荷相對較低。4.2圖畫生成方式對認知負荷的影響對不同圖畫生成方式下高中生的認知負荷進行重復(fù)測量方差分析，結(jié)果表明，圖畫生成方式的主效應(yīng)顯著，F(xiàn)(1,118)=5.68，p<0.05。進一步簡單效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，在自動生成條件下，學(xué)生的認知負荷均值為3.85，標準差為0.82；在引導(dǎo)生成條件下，學(xué)生的認知負荷均值為3.98，標準差為0.86。這說明引導(dǎo)生成方式下學(xué)生的認知負荷略高于自動生成方式?？赡艿脑蚴?，引導(dǎo)生成方式雖然給予學(xué)生一定的自主性和創(chuàng)造性空間，但在操作過程中，學(xué)生需要不斷思考如何根據(jù)初始草圖或圖像進行調(diào)整和完善，這增加了他們的認知加工需求。在學(xué)習(xí)物理中“電場線”的知識點時，自動生成方式下，學(xué)生輸入“勻強電場的電場線分布”，模型直接生成標準的電場線分布圖像，學(xué)生只需觀察和理解圖像即可；而在引導(dǎo)生成方式下，教師提供一個簡單的電場線草圖，學(xué)生需要思考如何使電場線的疏密程度、方向等更符合勻強電場的特點，這種額外的思考和操作增加了認知負荷。認知風(fēng)格與圖畫生成方式的交互作用顯著，F(xiàn)(1,118)=4.25，p<0.05。簡單效應(yīng)分析表明，對于場獨立型高中生，自動生成方式下的認知負荷均值為3.62，標準差為0.75；引導(dǎo)生成方式下的認知負荷均值為3.88，標準差為0.80。場獨立型學(xué)生在自動生成方式下的認知負荷顯著低于引導(dǎo)生成方式，t=-2.36，p<0.05。這可能是因為場獨立型學(xué)生善于獨立思考和自主探索，自動生成方式給予他們更大的自主空間，能夠更好地發(fā)揮他們的認知優(yōu)勢，從而降低認知負荷。在歷史課上，場獨立型學(xué)生在自動生成歷史場景圖時，能夠根據(jù)自己對歷史事件的理解輸入文本描述，快速獲得符合自己需求的圖像，認知負荷較低；而在引導(dǎo)生成時，教師提供的初始圖像可能會限制他們的思維，增加認知加工的復(fù)雜性。對于場依存型高中生，自動生成方式下的認知負荷均值為4.08，標準差為0.88；引導(dǎo)生成方式下的認知負荷均值為4.08，標準差為0.92。兩種生成方式下的認知負荷差異不顯著，t=0.00，p>0.05。場依存型學(xué)生更依賴外部指導(dǎo)和信息，在自動生成和引導(dǎo)生成兩種方式下，他們都需要借助外部的信息來理解和完成任務(wù)，因此認知負荷沒有明顯差異。在學(xué)習(xí)生物中的“遺傳規(guī)律”時，場依存型學(xué)生無論是通過自動生成遺傳圖譜，還是在教師提供的初始草圖基礎(chǔ)上進行引導(dǎo)生成，都需要教師或同學(xué)的講解和指導(dǎo)才能更好地理解，所以兩種方式對他們的認知負荷影響相似。4.3認知風(fēng)格與圖畫生成方式的交互作用進一步對認知風(fēng)格與圖畫生成方式的交互作用進行深入分析，結(jié)果表明這種交互作用對認知負荷存在顯著影響。在學(xué)習(xí)生物中“生態(tài)系統(tǒng)”的知識時，場獨立型學(xué)生在自動生成方式下，能夠根據(jù)自己對生態(tài)系統(tǒng)概念的理解，輸入如“熱帶雨林生態(tài)系統(tǒng)中各種生物的關(guān)系”等文本描述，快速獲得符合自己思維邏輯的生態(tài)系統(tǒng)生物關(guān)系圖。他們能夠自主地對生成的圖像進行分析和整合，將圖像信息與文字知識緊密結(jié)合，從而降低認知負荷。而在引導(dǎo)生成方式下，教師提供的初始圖像可能會限制他們的思維，他們需要花費額外的認知資源去理解和調(diào)整教師給定的圖像，導(dǎo)致認知負荷增加。對于場依存型學(xué)生，在學(xué)習(xí)化學(xué)中“化學(xué)反應(yīng)速率”的內(nèi)容時，無論是自動生成還是引導(dǎo)生成方式，他們都更依賴教師或同學(xué)的講解來理解生成的圖像。在自動生成時，他們可能對輸入的文本描述把握不準，難以獲得準確反映知識點的圖像；在引導(dǎo)生成時，雖然有教師提供的初始圖像，但他們在調(diào)整和完善圖像的過程中，也需要不斷地向他人尋求幫助。兩種方式下，他們都需要借助大量外部信息來完成學(xué)習(xí)任務(wù)，所以認知負荷沒有明顯差異。這種交互作用還體現(xiàn)在不同學(xué)科知識的學(xué)習(xí)中。在歷史學(xué)科中，對于場獨立型學(xué)生，在學(xué)習(xí)“工業(yè)革命”相關(guān)內(nèi)容時，自動生成方式能讓他們根據(jù)自己對工業(yè)革命進程和影響的理解，生成如“工業(yè)革命時期工廠生產(chǎn)場景”“工業(yè)革命前后城市面貌對比”等圖像，有助于他們從自身的思考角度深入理解歷史事件，降低認知負荷。而場依存型學(xué)生則在引導(dǎo)生成方式下，通過教師提供的初始圖像和講解，如工業(yè)革命關(guān)鍵發(fā)明的草圖及相關(guān)介紹，能夠更好地跟上教師的教學(xué)思路，理解歷史知識，此時引導(dǎo)生成方式對他們的認知負荷影響與自動生成方式差異不大。在數(shù)學(xué)學(xué)科中，學(xué)習(xí)“函數(shù)圖像”知識時，場獨立型學(xué)生在自動生成函數(shù)圖像時，能夠根據(jù)函數(shù)表達式準確輸入文本描述，快速獲得圖像，利用圖像輔助自己理解函數(shù)性質(zhì)，認知負荷較低；場依存型學(xué)生則在教師引導(dǎo)下，根據(jù)教師提供的初始函數(shù)圖像框架，逐步完善圖像細節(jié)，在這個過程中，他們更能理解函數(shù)圖像的變化規(guī)律，兩種生成方式對他們的認知負荷影響相近。五、討論5.1研究結(jié)果的解釋從實驗結(jié)果來看，認知風(fēng)格對高中生在圖畫生成任務(wù)中的認知負荷存在顯著影響。場獨立型高中生在完成任務(wù)時的認知負荷明顯低于場依存型高中生。這一結(jié)果與認知風(fēng)格的相關(guān)理論高度契合。場獨立型學(xué)生在認知加工過程中，更善于憑借自身內(nèi)部的認知結(jié)構(gòu)和思維方式對信息進行獨立分析與處理。在面對圖畫生成任務(wù)時，他們能夠迅速理解任務(wù)要求，自主地從記憶中提取相關(guān)知識和經(jīng)驗，準確地輸入文本描述以生成符合需求的圖畫。在生成關(guān)于歷史事件的圖畫時，場獨立型學(xué)生能夠根據(jù)自己對歷史事件的理解，清晰地描述出事件發(fā)生的場景、人物形象等關(guān)鍵信息，讓圖畫生成模型快速生成精準反映其思維的圖像，整個過程流暢高效，所需投入的認知資源相對較少，從而認知負荷較低。場依存型學(xué)生則對外部環(huán)境和他人的指導(dǎo)存在較強的依賴。在圖畫生成任務(wù)中，他們可能需要花費更多的時間和精力去參考他人的意見、搜索外部資料，以確定文本描述的內(nèi)容。他們在面對復(fù)雜的任務(wù)情境時，容易受到周圍環(huán)境的干擾，導(dǎo)致注意力分散，難以集中精力進行有效的認知加工。在生成生物細胞結(jié)構(gòu)圖畫時，場依存型學(xué)生可能會因為對細胞結(jié)構(gòu)知識的理解不夠深入，而不斷向同學(xué)或老師詢問，在參考多種意見后仍難以確定準確的文本描述，這一過程中需要投入大量的認知資源，使得認知負荷顯著增加。不同的圖畫生成方式對高中生認知負荷的影響也呈現(xiàn)出明顯的差異。自動生成方式下學(xué)生的認知負荷相對較低，而引導(dǎo)生成方式下認知負荷略高。自動生成方式直接根據(jù)學(xué)生輸入的文本描述生成圖畫，學(xué)生只需關(guān)注文本描述的準確性和清晰性，認知加工過程相對簡單。在學(xué)習(xí)物理光學(xué)知識時，學(xué)生輸入“光的折射原理示意圖”，模型快速生成準確的圖像，學(xué)生能夠迅速獲取所需信息，認知負荷較小。引導(dǎo)生成方式雖然給予學(xué)生一定的自主發(fā)揮空間，但在操作過程中，學(xué)生需要對教師提供的初始草圖或圖像進行深入分析，思考如何根據(jù)知識點對其進行調(diào)整和完善。這一過程涉及到對圖像元素的識別、分析、重組以及與知識點的匹配等多個復(fù)雜的認知操作，增加了學(xué)生的認知加工需求。在學(xué)習(xí)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)知識時，學(xué)生在引導(dǎo)生成方式下，面對教師提供的簡單分子結(jié)構(gòu)草圖，需要思考如何添加原子、化學(xué)鍵等細節(jié)，以及如何調(diào)整原子的位置和角度以準確呈現(xiàn)分子的空間結(jié)構(gòu)，這些額外的思考和操作使得認知負荷上升。認知風(fēng)格與圖畫生成方式之間存在顯著的交互作用。對于場獨立型高中生，自動生成方式更能發(fā)揮他們的認知優(yōu)勢，降低認知負荷。這是因為場獨立型學(xué)生具有較強的自主探索和創(chuàng)新能力，自動生成方式給予他們充分的自由，能夠根據(jù)自己的理解和想象輸入文本描述，生成符合自己思維邏輯的圖畫。在文學(xué)創(chuàng)作課程中，場獨立型學(xué)生在自動生成故事場景圖時，能夠根據(jù)自己構(gòu)思的故事情節(jié)，輸入生動具體的文本描述，如“在一個古老的城堡中，月光灑在庭院里，一位神秘的騎士正緩緩走來”，模型生成的圖像能夠很好地契合他們的創(chuàng)作思路，幫助他們更高效地進行創(chuàng)作，認知負荷較低。而引導(dǎo)生成方式中教師提供的初始圖像可能會限制他們的思維，使他們在調(diào)整圖像的過程中需要花費更多的認知資源去突破這種限制，導(dǎo)致認知負荷增加。對于場依存型高中生，自動生成和引導(dǎo)生成兩種方式下的認知負荷差異不顯著。這是由于場依存型學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更依賴外部的指導(dǎo)和信息，無論是自動生成還是引導(dǎo)生成，他們都需要借助教師、同學(xué)或其他外部資源來理解任務(wù)和完成圖畫生成。在自動生成時，他們可能對文本描述的把握不夠準確，難以獨立生成符合要求的圖畫，需要不斷尋求他人的幫助；在引導(dǎo)生成時，雖然有教師提供的初始圖像，但他們在調(diào)整圖像的過程中同樣需要大量的外部指導(dǎo)。在學(xué)習(xí)地理地貌知識時，場依存型學(xué)生在自動生成山脈地貌圖時，可能無法準確描述山脈的形態(tài)、走向等特征，需要向老師或同學(xué)請教；在引導(dǎo)生成時，面對教師提供的山脈草圖，他們也需要在老師的詳細講解和指導(dǎo)下，才能對草圖進行有效的調(diào)整和完善，所以兩種方式對他們的認知負荷影響相似。5.2教育啟示基于本研究的結(jié)果，教師在教學(xué)中運用圖畫生成技術(shù)時，可采取以下具體策略，以更好地滿足不同認知風(fēng)格學(xué)生的需求，降低其認知負荷，提高學(xué)習(xí)效果。教師應(yīng)全面了解學(xué)生的認知風(fēng)格。在教學(xué)伊始，可通過鑲嵌圖形測驗（EFT）、匹配熟悉圖形測驗（MFFT）等專業(yè)工具，對學(xué)生的認知風(fēng)格進行系統(tǒng)測量。在高中物理教學(xué)中，了解到學(xué)生的認知風(fēng)格后，教師能有針對性地進行教學(xué)。對于場獨立型學(xué)生，教師可以提供更具挑戰(zhàn)性的自主學(xué)習(xí)任務(wù)，如讓他們自主利用圖畫生成技術(shù)探索物理實驗的多種可能結(jié)果，并繪制相關(guān)圖像進行分析。在學(xué)習(xí)“電場”知識時，鼓勵場獨立型學(xué)生根據(jù)自己對電場概念的理解，輸入文本描述生成不同電場分布的圖像，然后自行總結(jié)電場的特點和規(guī)律。對于場依存型學(xué)生，教師則應(yīng)給予更多的指導(dǎo)和引導(dǎo)。在學(xué)習(xí)“磁場”知識時，教師可以先展示一些典型的磁場圖像，詳細講解磁場的性質(zhì)和圖像所表達的物理意義，然后引導(dǎo)場依存型學(xué)生在教師的示范下，利用圖畫生成技術(shù)對磁場圖像進行簡單的調(diào)整和變化，如改變磁場的方向、強度等，幫助他們更好地理解磁場知識。在選擇圖畫生成方式時，教師要充分考慮學(xué)生的認知風(fēng)格。對于場獨立型學(xué)生，自動生成方式能夠給予他們更大的自主發(fā)揮空間，激發(fā)他們的創(chuàng)造力和獨立思考能力。在歷史教學(xué)中，當學(xué)習(xí)“文藝復(fù)興”內(nèi)容時，教師可以讓場獨立型學(xué)生根據(jù)自己對文藝復(fù)興時期的文化、藝術(shù)、思想等方面的理解，輸入文本描述，自動生成反映文藝復(fù)興時期社會風(fēng)貌的圖畫。學(xué)生可以輸入“文藝復(fù)興時期的佛羅倫薩街頭”，通過自動生成的圖像，更直觀地感受當時的城市建筑、人們的服飾和活動等，從而加深對文藝復(fù)興時期歷史背景的理解。對于場依存型學(xué)生，引導(dǎo)生成方式可能更適合他們。在生物教學(xué)中，學(xué)習(xí)“細胞結(jié)構(gòu)”知識時，教師先提供一個簡單的細胞結(jié)構(gòu)草圖，然后引導(dǎo)場依存型學(xué)生逐步完善細胞的各個組成部分，如添加細胞核、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細胞器，并講解每個細胞器的功能和在細胞中的位置關(guān)系。通過這種方式，幫助場依存型學(xué)生更好地掌握細胞結(jié)構(gòu)知識，降低認知負荷。教師還應(yīng)注重對學(xué)生認知負荷的實時監(jiān)測和調(diào)整。在教學(xué)過程中，可采用主觀評定法，如讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中隨時使用NASA-TLX量表對自己的認知負荷進行評價。在一堂利用圖畫生成技術(shù)進行的化學(xué)課上，教師在講解“有機化合物分子結(jié)構(gòu)”時，每隔一段時間就讓學(xué)生對自己的認知負荷進行打分。如果發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生的認知負荷較高，教師可以暫停教學(xué)，簡化圖畫生成的任務(wù)要求，或者提供更詳細的指導(dǎo)和解釋。教師也可以通過觀察學(xué)生的課堂表現(xiàn)，如是否注意力集中、是否頻繁提問等，來判斷學(xué)生的認知負荷情況。若發(fā)現(xiàn)學(xué)生在圖畫生成任務(wù)中表現(xiàn)出困惑、焦慮等情緒，或者頻繁向教師和同學(xué)求助，說明學(xué)生可能面臨較高的認知負荷，教師應(yīng)及時調(diào)整教學(xué)策略，如降低任務(wù)難度、增加示范案例等。5.3研究的局限性與展望本研究在揭示圖畫生成對不同認知風(fēng)格高中生認知負荷的影響方面取得了一定的成果，但也存在一些局限性，為后續(xù)研究提供了方向。本研究的樣本雖然覆蓋了不同地區(qū)、不同層次高中的學(xué)生，但樣本量相對有限，且僅選取了高一年級學(xué)生。未來研究可以進一步擴大樣本規(guī)模，涵蓋高中各個年級的學(xué)生，甚至不同教育背景和學(xué)習(xí)能力的學(xué)生群體，以增強研究結(jié)果的普適性和代表性?？梢赃x取不同學(xué)科特長的學(xué)生，如理科特長班和文科特長班的學(xué)生，探究圖畫生成在不同學(xué)科學(xué)習(xí)中對他們認知負荷的影響差異。在實驗設(shè)計方面，本研究僅探討了兩種常見的認知風(fēng)格（場獨立型和場依存型）和兩種圖畫生成方式（自動生成和引導(dǎo)生成）。未來研究可以納入更多類型的認知風(fēng)格，如視覺型、聽覺型、動覺型等，以及更多樣化的圖畫生成方式，如基于語音輸入的生成、基于圖像變形的生成等。這樣能夠更全面地揭示圖畫生成與認知風(fēng)格、認知負荷之間的復(fù)雜關(guān)系?？梢匝芯恳曈X型認知風(fēng)格學(xué)生在基于語音輸入生成圖畫時的認知負荷變化，以及這種生成方式對他們學(xué)習(xí)效果的影響。本研究主要采用主觀評定法測量認知負荷，雖然主觀評定法操作簡便，但存在一定的主觀性和個體差異。未來研究可以結(jié)合多種測量方法，如生理測量法（腦電圖、心率變異性等）和行為測量法（反應(yīng)