教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐：沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)賦能學(xué)習(xí)的內(nèi)在機(jī)理

教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐：沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)賦能學(xué)習(xí)的內(nèi)在機(jī)理當(dāng)前，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（IVR）在教育領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注。已有研究表明，IVR環(huán)境引發(fā)的沉浸感和情感體驗(yàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)有重要影響，但二者如何影響學(xué)習(xí)效果還有待深入探索。以沉浸感和情感體驗(yàn)為自變量，以學(xué)生的學(xué)習(xí)效果為因變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：沉浸感體驗(yàn)中的專注度是影響IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者知識(shí)保留的重要因素，情感體驗(yàn)中的消極高喚醒情緒有助于提升IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的知識(shí)保留；沉浸感體驗(yàn)中的享樂(lè)感是影響IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者知識(shí)遷移的重要因素，情感體驗(yàn)中的消極低喚醒情緒不利于IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的知識(shí)遷移。研究設(shè)計(jì)01研究對(duì)象北京市某985高校的76名大一到大四的本科生，其中男生31人，女生45人。這些學(xué)生中42%所學(xué)專業(yè)為自然科學(xué)，58%所學(xué)專業(yè)為人文社會(huì)科學(xué)；超過(guò)50%為大四學(xué)生，5%為大一新生。這些學(xué)生在高中均選修了生物學(xué)科，且在高中會(huì)考中的生物學(xué)科成績(jī)均為A等級(jí)。這確保了這些學(xué)生在生物方面的原有知識(shí)是處于同一水平的。02實(shí)驗(yàn)環(huán)境與材料本研究使用華為VRGlass系統(tǒng)搭配NOLOCV1交互手柄、一臺(tái)高性能工作站以及一臺(tái)顯示器搭建IVR學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，如圖1所示。圖1IVR學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境為了讓所有實(shí)驗(yàn)對(duì)象更好地進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)，研究選用了虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)（/portal/home）中的“做一幅葉畫”VR資源對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行培訓(xùn)。在正式實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，研究選用了BodyVR公司開發(fā)的“人體血液之旅”VR資源。03實(shí)驗(yàn)流程整個(gè)實(shí)驗(yàn)持續(xù)約1個(gè)小時(shí)，具體的實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示，主要包含預(yù)調(diào)查、VR體驗(yàn)、正式實(shí)驗(yàn)、測(cè)試和體驗(yàn)調(diào)查以及訪談5個(gè)環(huán)節(jié)。圖2實(shí)驗(yàn)流程圖04數(shù)據(jù)收集與量表工具研究采用主觀報(bào)告的方法收集學(xué)生在IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)的沉浸感和情感體驗(yàn)數(shù)據(jù)，用客觀測(cè)量的方法收集學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)，包含知識(shí)保留成績(jī)和知識(shí)遷移成績(jī)。沉浸感量表改編自Jennett等人（2008）的沉浸感體驗(yàn)量表。最終，研究采用的沉浸感量表包含5個(gè)維度，每個(gè)維度3題，如表1所示。表1沉浸感體驗(yàn)量表研究采用Parong等人（2020）開發(fā)的適用于VR情境的情感量表。該量表以Russell(2003）的情感模型為理論依據(jù)，從喚醒度和愉悅度兩個(gè)維度評(píng)估學(xué)生的情感狀態(tài)，如表2所示。表2情感體驗(yàn)量表本研究的測(cè)試題目由研究者和一位大學(xué)生物學(xué)專業(yè)教師在參考Meyer等人（2019）的測(cè)試題目基礎(chǔ)上改編而成，包含10道檢驗(yàn)知識(shí)保留的選擇題和3道檢驗(yàn)知識(shí)遷移的簡(jiǎn)答題，每種類型題目的分值和示例如表3所示。表3IVR學(xué)習(xí)后測(cè)題目及示例研究發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，性別、年齡、專業(yè)背景對(duì)學(xué)生在IVR學(xué)習(xí)中的沉浸感和情感體驗(yàn)無(wú)顯著性影響。這說(shuō)明，在本研究中，學(xué)生在IVR環(huán)境中的沉浸感和情感體驗(yàn)未受性別、專業(yè)背景等影響。研究將知識(shí)保留成績(jī)?cè)?分以上的定義為知識(shí)保留高表現(xiàn)組，將成績(jī)低于7分的定義為知識(shí)保留低表現(xiàn)組。同理，研究將知識(shí)遷移成績(jī)?cè)?2分以上的定義為知識(shí)遷移高表現(xiàn)組，將成績(jī)低于16分的定義為知識(shí)遷移低表現(xiàn)組。01知識(shí)保留高低表現(xiàn)組學(xué)生在沉浸感體驗(yàn)上的差異性分析結(jié)果顯示，知識(shí)保留高表現(xiàn)組的學(xué)生在專注度（BA）、暫時(shí)抽離（TD）、穿越感（T）、情感投入（EI）和享樂(lè)感（E)5個(gè)維度上的得分均高于低表現(xiàn)組，但是僅在專注度（BA）維度存在顯著性差異。表4知識(shí)保留高低表現(xiàn)組沉浸感體驗(yàn)差異性分析02知識(shí)遷移高低表現(xiàn)組學(xué)生在沉浸感體驗(yàn)上的差異性分析結(jié)果顯示，知識(shí)遷移高表現(xiàn)組的學(xué)生在專注度（BA）、暫時(shí)抽離（TD）、穿越感（T）和享樂(lè)感（E）四個(gè)維度上的得分均高于低表現(xiàn)組，但是僅在享樂(lè)感（E）維度存在顯著性差異。表5知識(shí)遷移高低表現(xiàn)組沉浸感體驗(yàn)差異性分析03知識(shí)保留高低表現(xiàn)組學(xué)生在情感體驗(yàn)上的差異性分析結(jié)果顯示，知識(shí)保留高表現(xiàn)組的學(xué)生在積極高喚醒情緒（PH）、積極低喚醒情緒（PL）、消極高喚醒情緒（NH）維度的得分均高于低表現(xiàn)組，但是僅在消極高喚醒情緒（NH）維度具有顯著性差異。表6知識(shí)保留高低表現(xiàn)組情感體驗(yàn)差異性分析04知識(shí)遷移高低表現(xiàn)組學(xué)生在情感體驗(yàn)上的差異性分析結(jié)果顯示，知識(shí)遷移高表現(xiàn)組的學(xué)生在積極高喚醒情緒（PH）、積極低喚醒情緒（PL）維度的得分高于低表現(xiàn)組，而在消極高喚醒情緒（NH）、消極低喚醒情緒（NL）維度的得分低于低表現(xiàn)組。知識(shí)遷移高低表現(xiàn)組學(xué)生僅在消極低喚醒情緒（NL）維度具有顯著性差異。表7知識(shí)遷移高低表現(xiàn)組情感體驗(yàn)差異性分析結(jié)論及啟示01結(jié)論專注度是影響IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者知識(shí)保留的重要因素消極的高喚醒情緒有助于提升IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的知識(shí)保留享樂(lè)感體驗(yàn)是影響IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者知識(shí)遷移的重要因素消極的低喚醒情緒不利于IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的知識(shí)遷移02啟示IVR教學(xué)實(shí)踐中要平衡學(xué)習(xí)者的沉浸感體驗(yàn)和認(rèn)知負(fù)荷一方面，IVR學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)和開發(fā)要最大程度地提升學(xué)生的沉浸感體驗(yàn)，特別是專注度和享樂(lè)感體驗(yàn)，促進(jìn)知識(shí)保留和知識(shí)遷移的有效發(fā)生。另一方面，IVR教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施要最大程度地減少學(xué)生的外部認(rèn)知負(fù)荷，促進(jìn)關(guān)聯(lián)認(rèn)知負(fù)荷，以提升學(xué)習(xí)效果。IVR教學(xué)實(shí)踐中要充分考慮學(xué)習(xí)者的個(gè)體特征差異例如，在本研究中，那些專注度更強(qiáng)的學(xué)生在最后的知識(shí)保留測(cè)試中取得了更好的成績(jī)。已有研究也證實(shí)了自我調(diào)節(jié)能力與學(xué)習(xí)風(fēng)格對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響。因此，IVR教學(xué)實(shí)踐中需要特別考慮學(xué)習(xí)者的自我調(diào)節(jié)能力、認(rèn)知風(fēng)格等個(gè)體特征。IVR相關(guān)學(xué)習(xí)研究需要特別關(guān)注IVR環(huán)境中的情感體驗(yàn)，明晰認(rèn)知與情感之間的復(fù)雜關(guān)系作為高度可控的人造環(huán)境，IVR環(huán)境可能是探索情感與認(rèn)知復(fù)雜關(guān)系的絕佳實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。IVR技術(shù)可為研究人員創(chuàng)建一個(gè)在生態(tài)效度和實(shí)驗(yàn)控制程度上都足夠的研究場(chǎng)域，促進(jìn)學(xué)術(shù)界在情感如何影響認(rèn)知和學(xué)習(xí)方面形成清晰的研究結(jié)論?；谏鲜鲅芯堪l(fā)現(xiàn)，IVR教學(xué)實(shí)踐中要注意平衡學(xué)習(xí)者的沉浸感體驗(yàn)和認(rèn)知負(fù)荷，并充分考慮學(xué)習(xí)者個(gè)體特征差異。然而，由于研究樣本和IVR學(xué)習(xí)情境的局限性，本研究的結(jié)論需要謹(jǐn)慎地用于其他IVR學(xué)習(xí)情境。未來(lái)，還需要在真實(shí)的教學(xué)情境中開展