多媒体STEM学习中的性别与视觉空间加工

比较STEM学科中静态和动态可视化效果的多媒体学习研究显示了混合的结果，因为它忽略了参与者的性别分布。尽管研究提示了视觉空间加工中的性别差异，但许多研究没有报告性别构成，因此无法得出这些差异对学习的调节作用的结论。智利大学多媒体教育心理学研究员胡安·Cristóbal·卡斯特罗-阿隆索博士领导了一项元分析，以确定在视觉化学习研究中是否存在性别失衡，以及它可能如何影响学习结果。

随着多媒体和视频的产生更便宜，它们作为课堂教学的工具变得越来越受欢迎。随着世界各地的数字技术的获取，鼓励教师，专员和决策者在课程中使用更静态和动态的视觉效果，即使没有明确的证据支持这种方法。JuanCristóbalCastro-alonso博士是智利大学的教育心理学研究员，专注于更好地了解多媒体的使用是否使学习科学更高效，如果是在什么情况下。

认知资源有限
卡斯特罗-阿隆索博士和他在澳大利亚和荷兰的合作者之前已经注意到，不同类型的教学材料可能在支持不同类型任务的学习方面更好。他们认为，这些差异与支持特定技能获得的特定神经系统的功能有关，也受处理特定多媒体材料所需的心理资源数量的调节。

例如，对于像视频或动画这样的动态材料，学习者通常必须通过动态演示的瞬态性质来处理更多信息。尽管有这种担忧，但动态材料似乎更好地支持操纵任务，即需要物理措施的任务（如复制折纸模型）。相比之下，静态图像似乎更有效地支持非操纵任务的学习，即比物理更能认知的任务（如解决抽象符号问题）。

这种差异可以用认知负荷理论来解释，该理论认为，学习者的认知资源(工作记忆)是有限的，如果在不直接支持学习或需要更多处理的任务中丧失这种能力，就会损害整体学习效率。如果更多的认知资源花在处理教材上，往往就没有足够的剩余资源来有效地完成手头的任务。

镜像神经元来拯救
在认知负荷理论的进化方法中，动态图像可能能够很好地支持需要运动的学习任务，因为操纵任务是人类进化的主要技能，因此很可能是由一个独立的系统(例如镜像神经元)处理的。这种专门的电路可以让人不费力气就能从瞬态图像中学习操作技能。相比之下，学习一种非操控性的技能需要在尝试任务之前努力记住信息。因此，当学生尝试完成任务时，处理学习材料已经减少了他们的认知资源。在这种情况下，动态多媒体的使用可能会阻碍而不是支持学生的表现。

但不是那么快
尽管有一个看似合理的理论框架，卡斯特罗-阿隆索博士指出，从视觉上学习的数据是复杂的，很难用任何确定的程度来解释。首先，静态图像和动态图像的学习效果是否存在差异尚不清楚。报告这些差异的研究往往忽略了对许多与材料本身有关的潜在调节变量的控制。这些因素包括吸引力、媒体、现实主义、规模和互动。第二，参与者相关变量——包括性别、空间能力或获得的教育水平——仍未被探索。在最近发表的一项元分析中，卡斯特罗-阿隆索博士和他的同事们旨在检验，当研究集中在一起时，静态视觉与动态视觉之间的学习效果是否确实存在差异;他们还试图找出影响现有差异的因素。

由于访问数字技术的增加，
教师被鼓励在课堂上使用静态和动态的视觉效果-有什么证据?

Meta分析是一种研究，可以汇总旨在回答特定问题的所有研究。在预先规定的包含和排除标准中选择研究，然后组合以确定共同效果。Castro-Alonso博士和同事搜索并包括研究，报告了随机实验的结果，其中比较了两组学生：从静态图像和倾斜动态等待的组群体学习。如果他们报告可用于统计分析的可测量结果以及它们包括可以归类为干扰相关的任务（包括科学，技术，工程或数学）或操纵程序（例如纸折叠）的任务（如纸折叠）的任务）。如果没有报告参与者样本的性别比例，则排除研究。他们的调查结果最近发表在教育心理学审查中。

寻找清晰度
在综合和分析了包括5000多名参与者的46项研究的结果后，卡斯特罗-阿隆索博士和他的同事报告说，在接触静态图像和动态图像的小组中，学习效率确实存在一些差异。学习动态视觉的学生表现稍好。性别似乎影响了可视化的益处;在包含更多女性的样本中，静态可视化表现得更好;女性较少、男性较多的样本似乎更倾向于动态可视化。

与此同时，研究人员报告说，研究参与者所受的教育水平，以及参与研究的媒体类型，也影响了参与者从不同的视觉形象中学习的方式。

男女学习不同......可能是
证据表明，性别影响基于多媒体的学习是这项研究的关键洞察力。鉴于文学探索男性和女性之间的多媒体学习可能的差异是稀缺的，尤其值得注意。在关于在课堂上使用视觉效果的研究中，学习参与者的性别通常被忽视为可能的主持人，因此如此之大，因此往往遗漏了研究报告。在Castro-Alonso博士的研究中，必须排除48名符合条件的研究，因为他们没有报告性别比率。这是至少有两个原因的重要问题。首先，不控制实验设计中的性别和数据分析，并没有报告性别比率，已经产生了一个尚不清楚且难以解释的研究。其次，这些发现通常被用作政策建议的基础，即使他们缺乏强有力的证据基础。

期待
基于他们的元分析结果，卡斯特罗-阿隆索博士正在领导一项合作，旨在更好地理解性别在从多媒体材料学习科学中的作用。具体来说，他和同事们将研究在学习有机化学分子表征的旋转和平移的即时和延迟测试中，学生的特征是如何调节认知负荷的——这对本科生来说往往是一项挑战。

到目前为止，研究人员有时没有报告研究对象是男性还是女性。

这项研究随机抽取了智利的720名本科生(50%为女性)，并结合外联研讨会，以提高教师和学生对STEM教育中的认知负荷和性别差异的认识。一旦研究完成，研究结果将通过发表在Web of Science期刊上与全球科学界共享。

卡斯特罗-阿隆索博士希望通过多媒体对性别在学习科学和其他STEM主题中的作用有更深刻的认识，从而开发出适合所有学生的学习材料。此外，他还希望与公众的接触将提高对教学和学习建议背后的证据的认识，并将产生由科学方法支持的政策和投资。卡斯特罗-阿隆索博士的《健康和自然科学教育中的视觉空间处理》(由施普林格Ltd出版)是获得此类见解的一个强烈推荐的资源，在这本书中，世界领先的专家讨论了一些关键话题。