协作场景下基于生理数据的认知投入测量研究

作     者：田浩 武法提 Tian Hao;Wu Fati

作者机构：南京信息工程大学教师教育学院江苏南京210044 北京师范大学教育技术学院北京100875 

出 版 物：《远程教育杂志》 (Journal of Distance Education)

年 卷 期：2024年第42卷第5期

页      面：65-76页

核心收录：

学科分类：0401[教育学-教育学] 04[教育学] 040102[教育学-课程与教学论] 

基　　金：国家社会科学基金教育学一般课题“基于人机智能协同的精准学习干预研究”(项目编号:BCA200080) 2023年度江苏省教育科学规划青年专项课题“基于多层网络融合的大学生协作学习质量评估与干预策略研究”(项目编号:C/2023/01/87)的研究成果 

主　　题：协作学习 认知投入 生理数据 测量模型 多模态学习分析 

摘      要：认知投入是决定学习有效发生的实质性投入,在协作学习中尤为关键。但在协作学习中学习者认知投入不均衡容易导致“搭便车等负面学习行为的发生。并且,由于认知投入具有内隐性,对其的精准测量仍面临挑战。而基于客观生理数据,有望打开协作场景下认知投入测量“黑箱。为此,研究从唤醒度和适应度两个维度描述协作场景下的认知投入,以184名参与“海绵校园设计协作任务的大学生为研究对象,利用便携式生理设备采集学习者的皮肤电数据与心率数据,构建协作场景下认知投入的测量模型。研究结果表明:学习者的交感神经活动可以有效反映唤醒度水平,副交感神经活动则可以更加精准地测量适应度水平。通过信号处理技术与特征工程方法,研究从生理数据的时域、频域、形态三个层面构建15维特征,运用主成分回归方法验证得出,特征集合可以显著解释认知投入水平变异的39.7%,显示出测量模型良好的信效度,其中适应度体现了认知投入在协作任务中的定向,因而相比唤醒度具有更高的教育价值;在协作过程中,学习者的唤醒度呈现先降后升的趋势,适应度则持续提升。研究丰富了认知投入的理论,并为教师理解学生学情提供依据,有助于协作学习成效的改进与提升。