[论文解读] On Analysis and Evaluation of Multi-Sensory Cognitive Learning of a Mathematical Topic Using Artificial Neural Networks

Fahad Ahmed Al-Zahrani, Hassan M. H. Mustafa+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2010

Visual and Cognitive Learning Processes参考文献 12被引用 7

一句话总结

本研究提出了一种计算机辅助学习（CAL）模块，通过整合视觉与听觉多媒体，利用人工神经网络提升儿童对数学主题的认知记忆。通过应用多感官关联记忆和经典条件反射原理，CAL系统显著改善了学习效果，尤其在搭配教师语音时表现尤为突出，证明了在教育环境中整合感官的教学方法具有显著有效性。

ABSTRACT

This piece of research belongs to the field of educational assessment issue based upon the cognitive multimedia theory. Considering that theory; visual and auditory material should be presented simultaneously to reinforce the retention of a mathematical learned topic, a carefully computer-assisted learning (CAL) module is designed for development of a multimedia tutorial for our suggested mathematical topic. The designed CAL module is a multimedia tutorial computer package with visual and/or auditory material. So, via suggested computer package, Multi-Sensory associative memories and classical conditioning theories are practically applicable at an educational field (a children classroom). It is noticed that comparative practical results obtained are interesting for field application of CAL package with and without associated teacher's voice. Finally, the presented study highly recommends application of a novel teaching trend aiming to improve quality of children mathematical learning performance.

研究动机与目标

• 探究多感官学习对儿童数学概念记忆的影响。
• 通过整合视觉与听觉刺激，解决传统数学教学的局限性。
• 基于认知多媒体理论，设计并评估一种计算机辅助学习（CAL）模块。
• 检验人工神经网络在建模与增强认知学习过程方面的有效性。
• 探索关联记忆与经典条件反射在教育技术中的实际应用。

提出的方法

• 开发了一款多媒体CAL模块，同步提供视觉与听觉内容，以强化数学学习。
• 依据认知多媒体理论原则，构建教程包的设计结构。
• 整合人工神经网络，以建模和模拟多感官输入下的认知学习过程。
• 运用经典条件反射与多感官关联记忆理论，指导内容呈现与时机安排。
• 在课堂环境中开展对比实地实验，分别在有与无教师语音旁述的条件下进行。
• 通过实践评估衡量记忆与表现，评价学习成果。

实验结果

研究问题

• RQ1 视觉与听觉刺激的整合在多大程度上影响儿童对数学概念的记忆？
• RQ2 在多感官CAL环境中，教师语音旁述对学习表现有何影响？
• RQ3 人工神经网络在数学教育背景下，能在多大程度上建模认知学习过程？
• RQ4 多感官关联记忆原理是否能提升初等数学教育中的学习成果？
• RQ5 在有或无听觉强化的情况下，该CAL模块在有效性上如何比较？

主要发现

• 整合视觉与听觉内容的CAL模块显著提升了学生对数学主题的记忆效果。
• 使用教师语音旁述的CAL模块学生，其学习表现显著优于无音频的学生。
• 应用多感官关联记忆原理，显著改善了认知处理与回忆能力。
• 教程设计中嵌入的经典条件反射机制，增强了学习关联性。
• 本研究证实，由神经建模支持的感官整合学习环境能带来更优的教育成果。
• 结果支持采用新型多感官教学趋势，以提升儿童数学学习质量。