賈 智 剛

(中央財經(jīng)大學 外國語學院, 北京 100081)

心理負荷(mental workload)[1-2]是一個復雜概念，涉及神經(jīng)生理、感知、認知、情緒等多個方面，可用以評估完成任務時的信息處理能力。心理負荷是在科技的不斷發(fā)展及人機系統(tǒng)的復雜化過程中而不斷受到重視，[3]后來也在其他領域得到發(fā)展并廣泛應用。

隨著我國社會經(jīng)濟、科學技術的快速發(fā)展以及就業(yè)壓力不斷增加等客觀因素的影響，高校學生的學習、生活壓力不斷增大，學習方面的負面情緒或疲勞等心理負荷日漸增加，使得學習效率下降，甚至威脅到學生的身心健康。[4]早在十幾年前，羅春霞等就提出心理負荷對于學生體育運動技能的訓練及體育教學質(zhì)量的提高具有重要作用[5]；凱德·阿塔萊(KD Atalay)等在醫(yī)學生群體中進行研究發(fā)現(xiàn)，心理負荷對學生學業(yè)動機也會產(chǎn)生影響，從而影響學生的學習效率[6]；有研究者提出無論在哪個領域，心理負荷、一定的心理工作能力，對于各專業(yè)領域人才的培養(yǎng)及專業(yè)發(fā)展具有重要的意義[7]。因此，如果教師在教學上僅重視傳授專業(yè)知識而忽視學生情緒或疲勞的心理狀態(tài)變化，不利于教學質(zhì)量的提高及學生的健康成長。

然而，高校教師對于心理負荷對學生的學習效率會產(chǎn)生怎樣的影響以及影響學習效率背后的神經(jīng)生理機制并不了解。心理負荷的評估測量具有多種方式。[8]傳統(tǒng)的方式主要有主觀評定及工作測量法，它們雖然簡便、可接受度高，但是主觀性強。目前隨著研究的不斷深入，心理負荷的神經(jīng)生理評估技術也得到不斷發(fā)展，如腦電(EEG)、事件相關電位(ERP)、肌電、功能磁共振(fMRI)等，[9-11]這些方法雖然操作難度增加，不利于快速掌握，但是更具客觀性、科學性及敏感性，也具有較高的信度。本研究通過問卷調(diào)查、腦電測量、肌電測量等研究手段，結(jié)合多種研究方式，對以上問題進行了初步探索，同時為如何調(diào)節(jié)學生的心理負荷并將其應用到教學實踐中以提高學習效率提供了科學依據(jù)。

一、 情緒對學習效率的影響

隨著我國教育事業(yè)的不斷發(fā)展及國家對教育重視程度的不斷提升，我國的師資力量及教師的專業(yè)技術水平得到較大提高，但是在教學活動中學生的心理負荷對教學質(zhì)量的影響仍然容易被忽略。弱化學生的心理狀態(tài)在教學活動中的重要作用，就會影響教學質(zhì)量和學習效率，嚴重時學生的情緒會受到極大影響，誘發(fā)情緒障礙，甚至采取過激行為宣泄、回避壓力。例如近年大學生跳樓事件頻發(fā)，表明學生的情緒、疲勞等心理因素未得到有效關注和重視，高校在這方面的有效干預手段也較為欠缺，這些情況及現(xiàn)象不僅不利于高校學生的健康發(fā)展，還會影響到教學的正常運行。

該研究通過問卷調(diào)查的方法，對中央財經(jīng)大學部分在校學生進行了隨機調(diào)查。調(diào)查問卷的發(fā)放以網(wǎng)絡調(diào)查的形式展開，由于網(wǎng)頁提交功能僅在填寫完整的情況下可用，因此保障了數(shù)據(jù)的完整性?？偟挠行颖緸?1份，其中男性33份，占40.74%，女性48份，占59.26%，受訪者年齡分布集中在18—23歲。

表1情緒量表的信度和效度分析

為了研究情緒與學習效率之間的關系，并進一步探索性別與學習效率之間的相關性。問卷調(diào)查內(nèi)容假設為：

A1：女生相對于男生有更高的學習效率；

A2：正面情緒能提高學習效率；

A3：負面情緒可能會提高或降低學習效率，其主要取決于情緒細分類。

正面情緒和負面情緒分別細分為10個子變量，這20個子變量采用5級評分法，分值為1—5分，分越高代表正/負面情緒越明顯(采用Like計分法，1=幾乎無，2=較少，3=中等程度，4=較多，5=極多)。

通過對情緒量表的信度和效度分析，樣本整體的克朗巴哈系數(shù)法(Cronbach’s α)(1)克朗巴哈系數(shù)法(Cronbach’s alpha)，Cronbach’s α或者cronbach’s alpha，是檢視信度的一種方法，由李·克朗巴哈在1951年提出。它是目前社會科學研究最常使用的信度分析方法。[12]系數(shù)為0.76，正面情緒和負面情緒維度的克朗巴哈系數(shù)法系數(shù)為0.868和0.824，證明其具有良好的信度。情緒量表的內(nèi)容參考了國內(nèi)外相關文獻，并征求了業(yè)界專家的建議，從而保證了內(nèi)容效度。情緒量表的結(jié)構(gòu)效度(Kaiser-Meyer-Olkin,KOM)(2)KMO檢驗用于檢查變量間的偏相關性，取值在0—1之間。KMO統(tǒng)計量越接近于1，變量間的偏相關性越強，因子分析的效果越好。實際分析中，KMO統(tǒng)計量在0.7以上時效果比較好；當KMO統(tǒng)計量在0.5以下，此時不適合應用因子分析法，應考慮重新設計變量結(jié)構(gòu)或者采用其他統(tǒng)計分析方法。[13]值分別為0.855和0.773，巴特利特球形檢驗法(Bartlett’s test)(3)巴特利特球形檢驗法(Bartlett’s test)用于檢驗相關陣中各變量間的相關性，是否為單位陣，即檢驗各個變量是否各自獨立。判斷如果相關陣是單位陣，則各變量獨立因子分析法無效。由SPSS檢驗結(jié)果顯示Sig.<0.05(即P值<0.05)時，說明各變量間具有相關性，因子分析有效。[14]顯著性水平P<0.001，因子方差累計貢獻率為57.47%和63.78%，表明問卷結(jié)構(gòu)效度具備可行性，分析過程見表1。

該研究以上述被試在校期間隨機的三門課程的期末考試成績平均值作為產(chǎn)出指標，將被試學生的情緒子變量、性別、年齡等與考試成績變量做相關分析，研究通過加權平均得到兩個新變量：兩類情緒變量，分析結(jié)果見表2。

表2考試成績變量分析結(jié)果

從表2可見，性別、正面情緒與學習成績具有顯著性差異，而年齡和負面情緒(P>0.05)與學習成績相關性不明顯。

性別變量相關系數(shù)α=0.218，根據(jù)1=男生，2=女生的性別變量設置，分析表明女生與男生相比考試成績分數(shù)更高(P<0.01)，這驗證了假設1“女生相對于男生有更高的學習效率”的正確性，如表3所示。

表3高校男女學生的考試成績差異

研究結(jié)果顯示：女生平均成績高于男生，這可能與不同性別人群的心理特質(zhì)、行為特征相關。男生往往在意自我能力和行為績效，并在這些方面表現(xiàn)出色，他們往往不愿記憶枯燥知識點，也對呆板重復的計算不感興趣，和女生相比存在較高的倦怠感和較低的細致度。

為量化正面情緒對學習成績的相關性影響，筆者通過回歸分析進行驗算，見表4。

表4性別和情緒對考試成績的影響

以正面情緒各因子為自變量，以考試成績?yōu)橐蜃兞窟M行回歸分析，由表4可知，F(xiàn)(11,90)=2.565，P=0.008，這說明正面情緒與考試成績存在相關性，這驗證了假設2“正面情緒能提高學習效率”的正確性。因此，在教學活動中，教師應積極營造正面情緒的教學氛圍。

對于假設3“負面情緒可能會提高或降低學習效率，其主要取決于情緒細分類”，筆者將對問卷內(nèi)容進行多元回歸法分析，其結(jié)果見表5。

表5負面情緒回歸分析系數(shù)與統(tǒng)計值

如表5所示，性別、緊張和痛苦3個子變量對學習成績影響顯著，其他子變量(P>0.05)與學習成績之間沒有明顯的統(tǒng)計學差異。女生(87.12)相對于男生(79.56)有更高的學習效率(見表3結(jié)果)；“緊張”(β=0.34，回歸系數(shù)為正)在一定程度上促進了學習效率提高，“痛苦”(β=-0.35，回歸系數(shù)為負)降低了學習效率。因此，假設3“負面情緒可能會提高或降低學習效率，其主要取決于情緒細分類”也是成立的。因此，在教育活動中，應特別注意“緊張”和“痛苦”等負面情緒對學生學習效率的影響，重視學生的心理狀態(tài)，采取合理的心理干預手段，這對改善學生的心理健康水平及提高學習效率具有重要作用。

二、 事件相關電位研究情緒對操控效率影響的神經(jīng)科學機理

事件相關電位(ERP)研究屬神經(jīng)科學范疇，可用于探討情緒對操控效率的影響的神經(jīng)科學機理，既往有研究表明負性情緒可影響人體的行為控制能力、操作反應，而N2、P300、LRP3在這個過程中起到了調(diào)節(jié)認知加工的作用[10];[18]，對其進行研究可進一步探索情緒對學習效率影響的神經(jīng)科學機理。

根據(jù)ERP試驗規(guī)范，采用重復測試方法，參與測試人數(shù)一般低于20人，每個樣本都會進行多次決策及反應記錄，從而保證數(shù)據(jù)量。本文遵循ERP研究通常方式，選用20名視力(或矯正視力)正常、無腦部器質(zhì)性疾病的中央財經(jīng)大學本科學生進行實驗。實驗時，戴上腦電測試電極帽。首先隨機出現(xiàn)國際情緒圖片系統(tǒng)中挑選的(中性或者負面情緒)圖片啟動刺激，刺激時間為2 000 ms，被試者進入相應情緒；然后出現(xiàn)空白圖片用于情緒緩沖，緩沖時間為500—700 ms內(nèi)的隨機時間；接著出現(xiàn)700 ms的靶刺激圖片，要求被試者在此時間內(nèi)完成規(guī)定靶刺激圖片要求的操作行為，由美國NeuroScan公司的ERP分析記錄系統(tǒng)(SynAmp)放大器和Scan軟件進行數(shù)據(jù)傳輸、記錄和分析，這樣便完成一個測試單元。間隔500ms進入下一個測試單元。每位被試者需進行50個測試單位實驗。

該實驗主要測試腦電中的N2、P300、LRP3成分對西蒙效應[19]影響機制背后產(chǎn)生的結(jié)果。測試行為數(shù)據(jù)分析及結(jié)果見表6。

表6 測試平均反應時間和正確率

當測試操作用手與反應手位置一致時記錄為一致，反之則為不一致，分別對正確率和平均反應時間進行方差分析，得到一致性主效應顯著，F(xiàn)(1,20)=9.431，P=0.007一致性正確率(平均值M=98.34，偏差S.D.=1.75%)大于不一致正確率(M=97.92，S.D.=1.75%)。交互效應、情緒主效應主導結(jié)果不明顯。這驗證了德容和瓦萊西(De Jong &Vallesi)等人提出來的雙通道理論[20-21]，即當刺激和反應位置一致時，自動線路和控制線路得到一致激活，故反應時間較短；當刺激和反應位置不一致時，自動線路首先激活的同側(cè)反應與控制線路會發(fā)生沖突，進而再轉(zhuǎn)向正確控制線路，因此會帶來較長的反應時間，即動作反應率存在西蒙效應。

N2是反映認知加工的沖突識別，其負面情緒往往比中性情緒誘發(fā)較大的腦電波幅。本研究選擇FC3、FC4兩個電極點數(shù)據(jù)對N2的潛伏期和波幅進行2(一致性)×2(情緒類型)×2(電極點)重復性方差分析，N2波形圖如圖1所示，潛伏期的描述性統(tǒng)計成果見表7，峰波幅的描述性統(tǒng)計成果見表8。實驗結(jié)果表明，N2是誘發(fā)情緒啟動的西蒙效應主要成分，不一致誘發(fā)的N2峰波幅比一致誘發(fā)的波幅大，潛伏期長；中性情緒啟動條件下，N2潛伏期的一致性會存在差異，原因是情緒會對西蒙效應在N2階段的加工產(chǎn)生影響。本研究通過腦電波的差異分析，西蒙效應在N2階段的加工由情緒進行調(diào)節(jié)，在N2潛伏期，負面情緒減弱西蒙效應強度相對于中性情緒影響小，N2峰波幅未表現(xiàn)負面情緒與中性情緒對西蒙效應的影響。因此，N2潛伏期可作為情緒調(diào)節(jié)西蒙效應強度的指標之一。本實驗從腦電成分角度解釋了情緒影響動作反應的機理，驗證和完善了前人對誘發(fā)情緒影響目標任務加工的研究理論。

圖1N2波形圖

表7N2成分2個電極點潛伏期的描述性統(tǒng)計表

表8N2成分2個電極點峰波幅的描述性統(tǒng)計表

P300是信息認知加工過程中反映沖突的指標之一。本研究選擇C3、C4、PZ、CPZ這4個電極點的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對P300的波幅和潛伏期進行2(一致性)×2(情緒類型)×4(電極點)重復性方差分析。P300波形圖如圖2所示，潛伏期的描述性統(tǒng)計成果見表9，峰波幅的描述性統(tǒng)計成果見表10。通過該實驗研究得出，負面情緒啟動的任務刺激比中性情緒啟動的任務刺激誘發(fā)的P300波幅小；一致比不一致誘發(fā)的P300波幅大，P300潛伏期短；在P300潛伏期，中性情緒比負面情緒激發(fā)的西蒙效應強度低，P300波幅未體現(xiàn)負面情緒與中性情緒對西蒙效應的影響。因此，P300潛伏期可作為情緒調(diào)節(jié)西蒙效應強度的指標之一。

圖2P300波形圖

表9P300成分4個電極點潛伏期的描述性統(tǒng)計表

表10P300成分4個電極點峰波幅的描述性統(tǒng)計表

刺激鎖定LRP(lateralized readiness potentials S-LRP)的Gratton-dip反應了西蒙效應中不正確方向反應的早期激活，與雙通道理論模型一致，它會隨時間減弱并轉(zhuǎn)向正確反應方向。本研究分別對S-LRP和反應鎖定(R-LRP)的波幅和潛伏期進行2(一致性)×2(情緒類型)重復性方差分析，LRP波形圖如圖3所示，潛伏期的描述性統(tǒng)計成果見表11。正向偏離峰波幅的描述性統(tǒng)計成果見表12，該實驗表明，正向偏離的Gratton-dip同時反應在S-LRP和R-LRP之中；動作準備階段，S-LRP主要與信息察覺有關，R-LRP主要與反應啟動和執(zhí)行相關，因此，情緒啟動的西蒙效應在S-LRP潛伏期、波幅和R-LRP波幅均有表現(xiàn)；信息知覺和反應執(zhí)行兩個階段均為情緒激發(fā)西蒙效應的神經(jīng)學軌跡發(fā)生段，這驗證了經(jīng)典西蒙效應相關的知覺干擾和反應干擾假設；然而情緒對西蒙效應的調(diào)節(jié)作用僅僅反應在S-LRP潛伏期，即負面情緒比中性情緒更能激發(fā)西蒙效應。綜上，情緒對西蒙效應的調(diào)節(jié)主要表現(xiàn)在信息直覺階段而非動作執(zhí)行階段。從神經(jīng)科學的角度解釋了西蒙效應中不正確方向反應的早期激活背后的認知機理。

圖3LRP波形圖

表11LRP成分始潛伏期的描述性統(tǒng)計表

表12正向偏離LRP波幅的描述性統(tǒng)計表

三、 生理測量法研究情緒對操控效率影響的神經(jīng)科學機理

該研究前兩部分量化了情緒對學習效率的影響，分析了3種腦電成分對西蒙效應的影響機制。情緒是心理負荷的重要直觀反應，當心理負荷積累到一定程度就會產(chǎn)生心理疲勞。心理疲勞可通過生理及心理反應進行評估，心理因素和生理因素相伴而生且交互影響，所以心理疲勞及生理疲勞都會對學習效率造成影響[22]。

實驗主要考察心理疲勞對學習效率的影響，將中央財經(jīng)大學20名本科被試志愿者分為兩組分別進行標準化作業(yè)(在規(guī)定時間內(nèi)完成外語單詞抄寫)和非標準化作業(yè)(在規(guī)定時間內(nèi)完成簡單數(shù)學運算)，綜合考察腦神經(jīng)指標[23]，身體部位的生理指標[24]及心理因素對學習效率影響的生理科學機理。

實驗儀器采用便攜式生理記錄儀，分析軟件采用Mindmedia。取前額兩個記錄點記錄4個腦電波，背部上三角肌肌肉處記錄肌電波。[25]

在規(guī)定時間內(nèi)機械的抄寫單詞和簡單的數(shù)學運算均能產(chǎn)生一定的心理疲勞負荷，同時由于兩者活動行為不同，產(chǎn)生的直覺效率和注意力效率也會不相同。標準化作業(yè)和非標準化作業(yè)的神經(jīng)指標和生理指標對比分析見表13 和表14。

表13兩類作業(yè)的神經(jīng)指標對比分析

通過方差分析，非標準化作業(yè)同學比標準化作業(yè)同學具有較高的左腦各頻段神經(jīng)指標，而右腦差異不顯著。非標準化作業(yè)同學左腦各頻段指標較標準化作業(yè)同學左腦各頻段指標高，說明非標準化作業(yè)需要更多的邏輯和理性分析來完成工作，這樣容易誘發(fā)更高的腦疲勞、注意力、警覺度、記憶力等神經(jīng)參數(shù)的升高，雖然其心理產(chǎn)生一定疲勞，但此情況會提高學習效率。

表14兩類作業(yè)的生理指標對比分析

通過方差分析，非標準化作業(yè)同學與標準化作業(yè)同學的肌肉表層電壓差別不顯著，即被試者體力疲勞無明顯差異。

本實驗從心理疲勞角度探索其對學習效率的影響，心理學領域很少有此項研究，其研究成果對現(xiàn)實教學有重要指導意義。因此，為提高學生學習效率，在保證教學質(zhì)量的同時，教師要努力降低學生的心理疲勞負荷從而提高神經(jīng)效率。在教育實踐中，對標準化(呆板)知識點傳授可通過降低感性教育法使右腦得到休息；對非標準化邏輯思維較強的知識點傳授，可通過活躍的課堂氣氛使左腦得到較好的緩沖。

四、 基于心理負荷的教學動態(tài)優(yōu)化建議

綜合本研究的結(jié)果，作者以任課的《日本經(jīng)濟文化》《大學日語》為例，對基于心理負荷的高校教學計劃提出一些建議。

男生和女生的語言課成績普遍存在嚴重的分化，如何減小這種分化顯得尤為重要。筆者通過第一節(jié)的研究發(fā)現(xiàn)，不同的大腦半球在男女生身上發(fā)揮了不同的優(yōu)勢；在情感上，男生具有較強的控制欲，女生則有較強的忍耐力；在社會成就方面，男生比女生寄予了更高的成就期望，這也是男生普遍認同的社會責任感；在生活上，由于傳統(tǒng)的家庭觀，女生更愿意回歸家庭，因此她們的思維創(chuàng)新性和拓展性相對于男生較為偏弱。這種生理和社會角色差異形成的現(xiàn)象無法在教學活動得到根本的改變，因此在制定教學計劃時要求我們應進行動態(tài)優(yōu)化。男生普遍對《日本經(jīng)濟文化》產(chǎn)生的興趣多于《大學日語》，他們更愿意了解日本社會的經(jīng)濟發(fā)展對自己乃至中國的影響和借鑒，受典型的男性事業(yè)和情感控制，容易激發(fā)高層次的個人成就感和激發(fā)擴散思維，而機械、繁瑣的《大學日語》課程對忍耐力較強的女生便可體現(xiàn)較高的學習效率。結(jié)合本文研究成果，筆者建議在實際教學中，應將這兩門課程放到一個教學模塊中進行交替教學，或者將日本經(jīng)濟文化課程放入日語專業(yè)及針對一定日語基礎的學生中開設。在《日本經(jīng)濟文化》課中教授相關日語，而在《大學日語》教學中并行穿插日本經(jīng)濟社會文化教育。

我們普遍認為僅正面情緒(快樂、興趣等)能激發(fā)較高的學習效率。筆者通過將情緒分為正面情緒和負面情緒兩個基本面，并按照效價角度將兩個基本面進行維度細分，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)一定程度的某些負面情緒可能會提高學習效率。因此在教學中我們應注意減少負面情緒中對學習效率帶來負面影響的因素(例如，急躁、痛苦等)，同時增加負面情緒中對學習效率帶來正面影響的因素(例如，緊張等)。我們在強調(diào)提高學習效率和考試分數(shù)的同時，也應加強與學生的情感溝通，了解不同班級學生的心理健康狀態(tài)，減少負面情緒中的負面因素，適時增加負面情緒中的正面因素。

研究者通過腦電實驗，從動作反應率的微觀層面研究了負面情緒對動作反應的調(diào)節(jié)作用，并以此來探討負面情緒對學習效率的影響。研究得出，N2和P300反映了負面情緒對動作反應效率的刺激；P300和LRP反映了負面情緒對西蒙效應強度的刺激。從人體生理學方面為以上教學建議提供了科學依據(jù)。

在教育教學活動中，教師們?nèi)菀缀鲆晫W生心理疲勞對學習效率的影響。第二節(jié)研究結(jié)果表明，生理疲勞對學習效率的影響最為直觀，但因內(nèi)部神經(jīng)生理、內(nèi)在情緒等復雜因素引起的心理疲勞對學習效率影響往往容易被忽視。生理疲勞可通過降低學習強度、適當休息得以緩解，但是心理疲勞的緩解需要情感的宣泄和合理的誘導與干預。研究還發(fā)現(xiàn)，適度的心理疲勞還能激發(fā)較高的注意力、警覺度和記憶力等，說明心理疲勞在一定程度范圍利于學習效率的提高。因此，在教學活動中需要有嚴密的邏輯思路，不能出現(xiàn)教學內(nèi)容過于松散，保持學生思維的必要緊張。研究者從從事的經(jīng)濟與語言相關的教學任務出發(fā)，以科學的研究結(jié)果為基礎，提出應該結(jié)合不同性別、年齡的學生的學習認知心理規(guī)律，科學地制定教學計劃，從而提高語言以及課堂教學效果與效率。

五、 結(jié) 論

本研究以問卷調(diào)查、實驗研究的方法，結(jié)合主觀、客觀的心理負荷評估手段，研究了心理負荷對學習效率的影響，并提出教學實踐建議。本研究選取了情緒和心理疲勞兩個因素研究其對學習效率的影響，提出重視心理變化規(guī)律影響學習效率的必要性，體現(xiàn)了以學生為主體的教學思想。這要求教學活動不能忽視學生的情緒、情感、認知等心理負荷對學習效率的負面影響，應根據(jù)教學的不同階段適時調(diào)整教學計劃，疏導、宣泄學生心理負荷。同時研究也表明，必要的心理負荷對提高學習效率也有積極因素，因此教學氣氛應張弛有度。

本研究從多維度、多層次探索了心理負荷對學生學習效率的影響，不過文中所涉及的心理因素及狀態(tài)較為局限，僅考慮了問卷中的20項子變量，心理負荷所涉及的內(nèi)容廣泛，在未來的研究中還應擴大樣本量及心理因素研究范圍，使本項研究更為深入和全面，并在科學理論的基礎上進一步應用于教學實踐。