17、博物馆学习体验与认知表现研究：基于Rasch模型的案例分析

博物馆学习体验与认知表现研究：基于Rasch模型的案例分析

在当今的教育领域，多媒体学习和个性化教学越来越受到关注。通过研究学生在博物馆学习环境中的认知表现，我们可以更好地理解不同教学策略与个体认知偏好之间的相互作用，从而优化博物馆展览的设计，提升学习效果。本文将深入探讨一项基于Rasch模型的案例研究，该研究聚焦于学生在恐龙展览中的学习体验，分析不同教学策略和认知偏好对学习成果的影响。

多媒体学习与博物馆展览

多媒体学习策略旨在实现三个不同的教学目标，同时支持三个不同的学习阶段：信息获取、反应强化和知识构建。信息获取阶段，学习者被视为被动接收多媒体教学信息的对象；反应强化阶段，多媒体作为强化工具，帮助学生巩固已有知识；知识构建阶段，学习者需要根据多媒体展示主动设计自己的心理模型，强调了多媒体在学习过程中的关键作用。

博物馆展览中，多媒体和数字技术的应用丰富了展示形式，提供了更全面的信息呈现方式。在线或网络媒介环境下的展览可以采用多种模式，以满足不同学习者的认知需求。博物馆主要使用文字和图片两种形式展示展品，但为了适应不同参观者的智力水平，展览必须与适当的教学方法相结合，并进行有效融合。

研究实施

本案例研究采用定量研究方法，旨在准确捕捉学生的信息处理能力。研究选择了恐龙展览作为教学概念，通过确定学生的认知媒体偏好和相关领域的先验知识，比较了基于网络的博物馆参观环境（Treatment 1）和实地博物馆参观环境（Treatment 2）对学习效果的影响。

研究实施分为三个阶段：
1. 评估工具构建 ：开发预测试和后测试项目问卷，考虑了维多利亚州基本学习标准（VELS）框架，以确保工具适合参与者的年龄组。
2. 校准研究 ：对预测试和后测试工具进行有效性和可靠性测试，以及调查研究程序的验证。
3. 主实验 ：采用三阶段准实验方法，包括CSA测试，根据测试结果将参与者随机分配到不同的处理组。在参观博物馆前后分别进行预测试和后测试，以观察参与者的学习表现。

graph LR
    A[评估工具构建] --> B[校准研究]
    B --> C[主实验]
    C --> D[CSA测试]
    D --> E[随机分组]
    E --> F[预测试]
    F --> G[博物馆参观（Treatment 1或Treatment 2）]
    G --> H[后测试]

Rasch分析作为分析学习工具

为了测试参与者在博物馆参观中的认知表现，研究使用了Rasch测量模型。预测试和后测试作为评估工具，用于跟踪参与者在恐龙展览学习体验中的进展。Rasch模型能够在同一单维测量尺度上分析参与者相对于测试项目难度的相对表现，帮助区分知识水平不同的参与者。

Rasch分析的关键输出包括：
1. 变量图 ：展示测试项目难度与参与者表现之间的关系。
2. 拟合图 ：直观表示项目拟合情况，通过Infit MNSQ值判断项目的可接受性。
3. 项目估计和案例估计 ：总结评估工具的拟合统计信息，包括Infit和Outfit均方值、分离可靠性等。

数据分析

使用Quest交互式测试分析系统进行Rasch分析，对测试项目进行评估，包括项目区分度、响应类别评分顺序和项目是否评估同一结构。分析过程是迭代的，首先识别不适当的测试项目，然后根据Quest拟合统计设置的消除标准采取相应措施。

分析基于以下Quest输出：
1. 变量图 ：展示测试项目难度与参与者表现的关系。
2. 拟合图 ：直观表示项目拟合情况，通过Infit MNSQ值判断项目的可接受性。
3. 项目估计和案例估计 ：总结评估工具的拟合统计信息，包括Infit和Outfit均方值、分离可靠性等。

输出类型	描述
变量图	展示测试项目难度与参与者表现的关系
拟合图	直观表示项目拟合情况，通过Infit MNSQ值判断项目的可接受性
项目估计和案例估计	总结评估工具的拟合统计信息，包括Infit和Outfit均方值、分离可靠性等

研究结果与发现

研究结果基于91名来自3所学校的学生的数据，分析了单一认知风格维度（SCSD）和组合认知风格维度（CCSD）的表现。

总体表现

总体而言，两种处理方式下的参与者在后测试中的得分均高于前测试。Treatment 2组的后测试平均得分（0.76）高于Treatment 1组（0.66），但Treatment 2组在前测试中的先验知识得分更高（0.85 vs 0.34）。因此，Treatment 1组的整体表现更好，提高了0.32分，而Treatment 2组的表现有所下降，平均差异为 -0.09分。

处理组	前测试得分	后测试得分	得分差异
Treatment 1	0.34	0.66	+0.32
Treatment 2	0.85	0.76	-0.09

单一认知风格维度（SCSD）表现

SCSD分析考虑了整体 - 分析和言语 - 图像两个连续体。结果显示，在Treatment 1中，整体型学习者表现较好，平均差异为0.32分，而分析型学习者表现较差，平均差异为 -0.28分。在Treatment 2中，情况相反，分析型学习者表现略好，平均差异为0.05分。言语型学习者在Treatment 1中受益最大，平均差异为0.47分，而图像型学习者的平均差异为0.13分。在Treatment 2中，言语型和图像型学习者的表现均有所下降。

认知风格	处理组	前测试得分	后测试得分	得分差异
整体型	Treatment 1	0.33	0.65	+0.32
整体型	Treatment 2	0.84	0.73	-0.11
分析型	Treatment 1	0.95	0.67	-0.28
分析型	Treatment 2	0.85	0.89	+0.05
言语型	Treatment 1	0.26	0.72	+0.47
言语型	Treatment 2	0.91	0.80	-0.11
图像型	Treatment 1	0.48	0.60	+0.13
图像型	Treatment 2	0.82	0.75	-0.07

进一步分析效应大小发现，言语型学习者的效应大小最大（d = 1.01），整体型学习者的效应大小为中等（d = 0.68），分析型和图像型学习者的效应大小较小（d = -0.40和d = 0.26）。

组合认知风格维度（CCSD）表现

CCSD分析包括整体 - 言语型、整体 - 图像型、分析 - 言语型和分析 - 图像型四种组合。结果表明，Treatment 1在所有CCSD组合中表现均优于Treatment 2。整体 - 言语型学习者在Treatment 1中表现最佳，平均差异为0.67分，而整体 - 图像型学习者在Treatment 1中表现最差，平均差异为0.08分。在Treatment 2中，分析 - 言语型学习者表现最好，平均差异为0.08分。

认知风格	处理组	前测试得分	后测试得分	得分差异
整体 - 言语型	Treatment 1	0.00	0.66	+0.67
整体 - 言语型	Treatment 2	0.88	0.70	-0.18
整体 - 图像型	Treatment 1	0.57	0.65	+0.08
整体 - 图像型	Treatment 2	0.82	0.75	-0.07
分析 - 言语型	Treatment 1	0.54	0.78	+0.25
分析 - 言语型	Treatment 2	1.01	1.09	+0.08
分析 - 图像型	Treatment 1	0.06	0.50	+0.44
分析 - 图像型	Treatment 2	0.80	0.73	-0.07

效应大小分析显示，整体 - 言语型学习者的效应大小最大（d = 1.44），其他三种组合的效应大小较小（d = 0.37、0.33和0.23）。

互动效应

研究还发现了认知偏好和教学策略之间的互动效应，这表明不同的认知风格在不同的教学环境中表现不同。这种互动效应对于设计个性化的学习体验具有重要意义。

结论

本案例研究旨在深入了解儿童在博物馆学习体验中对多媒体教学形式的认知偏好。研究结果表明，基于网络的博物馆参观环境在提升学生学习表现方面具有优势，尤其是对于知识水平较低的学生。不同认知风格的学生在不同教学策略下表现各异，因此博物馆展览的设计应充分考虑个体认知差异，以提供更有效的学习体验。

Rasch测量模型在本研究中发挥了重要作用，它能够准确测量参与者的认知表现，并为评估工具的有效性提供实证支持。通过采用Rasch测量技术，研究不仅能够评估学生的学习成果，还能为教学策略的优化提供有价值的信息。

未来的研究可以进一步探索如何根据学生的认知偏好设计更加个性化的博物馆学习体验，以及如何利用多媒体技术提高学习效果。此外，研究结果还可以为其他非正式学习环境中的教学策略设计提供参考，促进教育领域的创新和发展。

博物馆学习体验与认知表现研究：基于Rasch模型的案例分析

对博物馆展览设计的启示

研究结果对博物馆展览设计具有重要的指导意义。为了更好地满足不同参观者的需求，提升学习体验，博物馆可以采取以下措施：

1. 个性化教学策略 ：根据学生的认知偏好，提供多样化的教学策略。例如，对于整体型学习者，可以提供更宏观、综合的信息展示；对于分析型学习者，可以提供更深入、细致的内容。对于言语型学习者，可以增加文字说明和讲解；对于图像型学习者，可以提供更多的图片和视频展示。
2. 多媒体融合 ：继续加强多媒体和数字技术的应用，丰富展览的展示形式。可以结合虚拟现实、增强现实等技术，创造更加沉浸式的学习体验。
3. 教学方法与展览设计的结合 ：确保展览与适当的教学方法相结合，使参观者能够更好地理解和吸收信息。例如，可以设计互动式的展览环节，鼓励参观者积极参与和思考。

研究的局限性与未来展望

尽管本研究取得了有价值的成果，但也存在一定的局限性。例如，研究仅聚焦于恐龙展览，样本来自三所学校的学生，可能存在一定的局限性。未来的研究可以扩大样本范围，涵盖更多类型的博物馆展览和不同年龄段的参观者。

此外，未来的研究还可以进一步探索以下方向：

1. 长期学习效果 ：本研究主要关注了短期的学习效果，未来可以研究长期的学习效果，了解学生在参观博物馆后一段时间内的知识保留和应用情况。
2. 跨文化研究 ：不同文化背景下的学习者可能具有不同的认知偏好，未来可以开展跨文化研究，比较不同文化背景下的学习体验和效果。
3. 新技术应用 ：随着技术的不断发展，未来可以探索更多新技术在博物馆展览中的应用，如人工智能、大数据等，以提供更加个性化和智能化的学习体验。

graph LR
    A[博物馆展览设计优化] --> B[个性化教学策略]
    A --> C[多媒体融合]
    A --> D[教学方法与展览结合]
    B --> B1[针对不同认知风格设计内容]
    C --> C1[应用虚拟现实、增强现实等技术]
    D --> D1[设计互动式展览环节]

总结

本研究通过对学生在博物馆学习体验的研究，深入探讨了不同教学策略和认知偏好对学习效果的影响。研究结果表明，基于网络的博物馆参观环境在提升学生学习表现方面具有优势，不同认知风格的学生在不同教学策略下表现各异。

Rasch测量模型在本研究中发挥了重要作用，为准确测量参与者的认知表现和评估工具的有效性提供了支持。通过本研究，我们可以更好地理解个体认知差异与教学策略之间的关系，为博物馆展览设计和教学策略的优化提供有价值的参考。

以下是对研究结果的简要总结表格：
| 研究方面 | 主要发现 |
| ---- | ---- |
| 总体表现 | Treatment 1整体表现更好，Treatment 2表现有所下降 |
| SCSD表现 | 不同认知风格在不同处理组表现不同，言语型学习者效应大小最大 |
| CCSD表现 | Treatment 1在所有CCSD组合中表现均优于Treatment 2，整体 - 言语型效应大小最大 |
| 互动效应 | 认知偏好和教学策略存在互动效应 |

希望本研究的结果能够为博物馆展览设计和教育领域的发展提供有益的启示，促进更加个性化和有效的学习体验的实现。同时，也期待未来的研究能够进一步拓展我们对博物馆学习的认识，为教育创新做出更大的贡献。