吳鳳義 程群群

（巢湖學(xué)院化學(xué)化工與生命科學(xué)學(xué)院，安徽 巢湖 238000）

1 引言

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術(shù)，又稱靈境技術(shù)，是利用電腦模擬三維虛擬環(huán)境。操作者通過人機(jī)交互設(shè)備，以自然方式（如頭的轉(zhuǎn)動、手的運(yùn)動等）向計算機(jī)傳入各種動作信息，并獲得虛擬環(huán)境對用戶視覺、聽覺、觸覺等多種感覺信息實時反饋。以此獲得對客觀世界的感知。虛擬現(xiàn)實技術(shù)，做為一種現(xiàn)代高新技術(shù)在教育領(lǐng)域有巨大應(yīng)用潛力。

發(fā)達(dá)國家，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在化工教學(xué)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。經(jīng)歷了單一設(shè)備到整體流程、由單用戶操作到多用戶協(xié)同發(fā)展過程。如美國GB公司利用OpenGL建立了C/S模式的化工虛擬設(shè)備數(shù)據(jù)庫。英國化學(xué)工程師學(xué)會研制化工培訓(xùn)軟件SAFE——VR，就是一款基于模型流程仿真軟件，它實現(xiàn)了場景漫游等操作。而基于流程多用戶協(xié)同仿真，又稱為協(xié)同虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，即利用計算機(jī)和通信技術(shù)建立協(xié)同虛擬環(huán)境，在虛擬空間中人們相互合作，共同工作于一個研究領(lǐng)域。例如美國Alibre公司開發(fā)的軟件AlibreDesign，提供了3D立體機(jī)械的設(shè)計、合作和資料的分享管理。在我國，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在化工設(shè)備方面也有一些開發(fā)和應(yīng)用，如太原理工大學(xué)以VB語言為工具，基于Windows操作系統(tǒng)開發(fā)的化工單元操作多媒體軟件。徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院采用虛擬現(xiàn)實建模語言（VRML）建立的常見化工機(jī)械零部件模型庫。北京理工大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院以化工學(xué)科超臨界萃取實驗為研究對象，開發(fā)的基于Java3D化工網(wǎng)絡(luò)虛擬場景。大慶石油學(xué)院基于Virtools平臺開發(fā)的虛擬化工廠三維模型等。

盡管，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在國內(nèi)化工教學(xué)應(yīng)用得到較快發(fā)展，然而，從整體上看，該技術(shù)應(yīng)用還處于探索發(fā)展階段，還存在諸多問題。其中，重視虛擬教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)，輕理論應(yīng)用研究[1]，尤為突出。理論應(yīng)用研究不足，影響虛擬現(xiàn)實技術(shù)在該課程教學(xué)使用。

巢湖學(xué)院化工教研室根據(jù)自身需要，開發(fā)了《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)，將系統(tǒng)應(yīng)用于化工設(shè)備附件選型章節(jié)教學(xué)。結(jié)合社會臨場感理論，分析了桌面虛擬現(xiàn)實臨場感特征，并對于虛擬現(xiàn)實臨場感與學(xué)習(xí)績效進(jìn)行相關(guān)分析和研究。得出了一些有益結(jié)論，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在化工教學(xué)中進(jìn)一步應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2 問題的提出

社會臨場感理論（social presence）是關(guān)于社會研究與傳播學(xué)領(lǐng)域重要理論之一。該理論起初用于解釋媒體為維持人際關(guān)系與互動所扮演功能性角色[2]，探究媒體賦予人社會情感及態(tài)度的能力。后被教育技術(shù)研究者引用，對各種教學(xué)媒介進(jìn)行教學(xué)效果分析與評價等研究。三維虛擬情景應(yīng)用于教學(xué)，做為一種新教學(xué)媒介，其臨場感基本特征框架尚在探究中[3]。我國學(xué)者王廣新[4]采用探索性因素分析法描述了虛擬現(xiàn)實情境的臨場感結(jié)構(gòu)，它包括情感涉入度、逼真度、感知響應(yīng)力、控制力和注意力等五個因子。

從研究結(jié)果看，采用實證法研究臨場感評價三維虛擬情景教學(xué)模型，到目前為止仍然有限，為有效利用臨場感理論評價三維虛擬情景教學(xué)，需研究者更多去檢驗、應(yīng)用和擴(kuò)充該模型。研究以臨場感為理論研究線索，利用實證法建立一個適合評價桌面虛擬現(xiàn)實情景臨場感模型。

3 問卷編制和實施

3.1 臨場感測量工具的選擇與修訂

3.1.1 臨場感涵義界定

隨著媒介技術(shù)不斷發(fā)展以及研究者對臨場感理解不同，臨場感涵義至今沒有統(tǒng)一界定。不同涵義臨場感，其測量方法不一樣。根據(jù)桌面虛擬現(xiàn)實技術(shù)特點(diǎn)，本研究臨場感界定為學(xué)習(xí)者對虛擬技術(shù)所描繪的客觀對象，視覺、聽覺、觸覺等多感官體驗，是學(xué)習(xí)者對處于虛擬情景的客觀對象，所產(chǎn)生主觀經(jīng)驗描摹。

3.1.2 虛擬現(xiàn)實臨場感維度建構(gòu)和調(diào)查編碼編制

根據(jù)桌面虛擬教學(xué)系統(tǒng)特點(diǎn)和對臨場感理解，參考王廣新[4]的“臨場感調(diào)查問卷”所描述內(nèi)容，構(gòu)建臨場感六個維度，它們分別是：交互性、沉浸感、想象性、真實感、多感知性、卷入度等，并借鑒王廣新等的問卷對這些因素所包含題項進(jìn)行了編寫，共描述了30個題項。

3.1.3 虛擬現(xiàn)實臨場感量表編碼修訂

在正式發(fā)放問卷之前，先搜集35份問卷進(jìn)行預(yù)測。發(fā)現(xiàn)沉浸感與卷入度兩個維度的調(diào)查問題相關(guān)度較大，重復(fù)性高，不具有鑒別度，因此將有關(guān)卷入度因素五個題項全刪除，另外，學(xué)生認(rèn)為想象性因素在桌面虛擬情景中表現(xiàn)不強(qiáng)烈，有關(guān)想象性因素五個題項全刪除。最后經(jīng)教育專家鑒定，確認(rèn)20個題項構(gòu)成臨場感調(diào)查問卷題項。最終，形成的量表編碼見表1：

表1 虛擬現(xiàn)實臨場感量表編碼

3.2 學(xué)習(xí)者滿意度測量工具選擇

學(xué)習(xí)者滿意度是指學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)知識過程中，將自己學(xué)習(xí)收獲與預(yù)期期望進(jìn)行比較，產(chǎn)生的高興、愉悅或滿足的心理感受程度。本研究學(xué)習(xí)滿意度是通過對學(xué)生自評滿意度問卷調(diào)查獲得。其中學(xué)生自評滿意度劃分三個維度：學(xué)業(yè)成就、社交能力、學(xué)后反饋推廣。自評滿意度量表編制借鑒王照軍[5]編制測量網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)滿意度量表，對量表中部分詞語做適當(dāng)修改，刪除其中2個題項，每個維度3個題項，共9個題項。修訂后的自評滿意度量表見表2：

表2 自評滿意度量表

并對量表進(jìn)行信度分析，結(jié)果顯示三個維度的克隆巴赫（Cronbach’s α）系數(shù)分別為 0.811，0.756，0.782。自評滿意度問卷量表總體克隆巴赫系數(shù)0.827，說明修改后自評滿意度量表具有較高的信度和可靠性。

3.3 研究對象與數(shù)據(jù)處理

2013年5月-2013年6月對巢湖學(xué)院10應(yīng)用化學(xué)（1）班、10級化工班兩個班級學(xué)生進(jìn)行虛擬臨場感、滿意度問卷調(diào)查。發(fā)放問卷124份，收回問卷124份，剔去回答重復(fù)及回答不全問卷，有效問卷120份。其中男生89人，占被試人數(shù)74.16%。女生31人，占被試人數(shù)25.84%。數(shù)據(jù)管理及分析采用spss19軟件。

4 數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計

4.1 虛擬問卷臨場感信度和效度分析

為檢驗問卷內(nèi)部一致性和可靠性，對此量表信度檢驗，其檢驗結(jié)果見表3：

表3 虛擬問卷信度指標(biāo)

從表3可以看出，該量表共分為4個因子，分別為交互性、沉浸感、真實感、多感知性。除多感知性因子外，其余三個因子信度尚可，其克隆巴赫系數(shù)和分半信度系數(shù)，均在在0.8以上；而總問卷克隆巴赫系數(shù)和分半信度系數(shù)均在0.88以上，這表明該問卷信度較高，可靠性較好。采用因子分析法檢驗問卷量表結(jié)構(gòu)效度，有關(guān)KMO測度和巴特利特球體檢驗結(jié)果見表4：

表4 KMO和Bartlett的檢驗

由表4顯示，KMO值為0.808，大于0.8。表中巴特利特球體檢驗統(tǒng)計值顯著性概率是0.000，小于0.5%，說明原變量之間具有明顯的結(jié)構(gòu)性和相關(guān)關(guān)系，具有較好的結(jié)構(gòu)效度，適宜作因子分析。

4.2 虛擬臨場感問卷因子分析

公因子提取，采用主成分分析法。從問卷所列出題項中抽取特征值大于1的四個因子，其方差貢獻(xiàn)率見表5：

表5 解釋的總方差

可見前四公因子反映事物全部信息89.869%。能代表全體因素解釋桌面虛擬現(xiàn)實臨場感體驗。為使影響因子具有可釋性，采用最大方差對初始因子載荷矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后，公因子對指標(biāo)貢獻(xiàn)見表6：

表6 虛擬現(xiàn)實情境臨場感因子

4.3 虛擬臨場感與滿意度的相關(guān)性分析

以學(xué)習(xí)滿意度即學(xué)業(yè)成就、社交能力、學(xué)后反饋推廣為因變量，桌面虛擬現(xiàn)實臨場感公因子——交互性、沉浸感、真實感、多感知性為自變量，考察因變量與自變量相關(guān)性。有效總樣本數(shù)為120。所有變量通過問卷方式獲取，問卷采用李克特五點(diǎn)量表（Likert scale），從滿意到不滿意分為五個等級，根據(jù)調(diào)查對象選擇，依次給予每個問題項1-5分，每項變量以平均分為最后得分。對有效樣本進(jìn)行皮爾遜（Pearson）相關(guān)分析，其分析結(jié)果如表7所示：

表7 臨場感與滿意度相關(guān)性

由表7可知，當(dāng)P＜0.01時，自變量與學(xué)業(yè)成就相關(guān)程度高低依次排序是：真實感、交互性、沉浸感、多感知性。真實感與學(xué)后反饋推廣正相關(guān)。當(dāng)P＜0.05時，交互性、真實感和多感知性與社交能力正相關(guān)。沉浸感對社交能力沒有統(tǒng)計意義上顯著相關(guān)性。沉浸感、交互性與學(xué)后反饋推廣相關(guān)。多感知性與學(xué)后反饋推廣沒有統(tǒng)計意義上顯著相關(guān)性。

5 研究結(jié)果與討論

5.1 桌面虛擬現(xiàn)實情景臨場感具有清晰結(jié)構(gòu)特征

通過探索性因子法分析，桌面虛擬現(xiàn)實臨場感具有真實感、交互性、沉浸感、多感知性等多維結(jié)構(gòu)特征。其中，真實感是指學(xué)生感到作為主體存在于虛擬環(huán)境中的真實程度。交互性是指學(xué)習(xí)者在虛擬環(huán)境中如同真實環(huán)境一樣，與虛擬環(huán)境中的任務(wù)、事物發(fā)生交互，其中學(xué)生是交互主體，虛擬對象是交互客體。沉浸感是指學(xué)習(xí)者感受自己是虛擬世界中一部分。突破被動觀察者的慣例，沉浸在虛擬世界，參與虛擬世界各項活動。多感知性是指除了一般計算機(jī)技術(shù)所具有視覺感知之外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有一切人所具有感知功能。

5.2 桌面虛擬教學(xué)系統(tǒng)臨場感與滿意度具有相關(guān)性

滿意度測量采用問卷調(diào)查方式，問卷包括三個維度：學(xué)業(yè)成就、社交能力、學(xué)后回饋推廣。學(xué)業(yè)成就指通過學(xué)習(xí)，學(xué)生主觀感覺在專業(yè)知識、技能所提高程度。社交能力指學(xué)生與周圍環(huán)境建立廣泛聯(lián)系和對外界信息吸收、轉(zhuǎn)化能力，以及正確處理上下左右關(guān)系能力。 學(xué)后回饋推廣指學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行學(xué)習(xí)意愿，并樂意向身邊朋友推薦采用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的愿望。

學(xué)業(yè)成就與桌面虛擬現(xiàn)實臨場感各個公因子具有較強(qiáng)相關(guān)性。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為知識不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者在一定情境下，借助其他人幫助，利用必要學(xué)習(xí)資料，通過意義建構(gòu)方式而獲得。因此“情境”、“協(xié)作”、“會話”和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境中四大要素。相比傳統(tǒng)教學(xué)方式，桌面虛擬現(xiàn)實情景因具有各臨場感特征，所建構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境更有利于學(xué)生主動進(jìn)行信息加工和意義建構(gòu)，學(xué)生自我學(xué)業(yè)成就感也越高，其學(xué)業(yè)成就與桌面虛擬現(xiàn)實臨場感各個公因子相關(guān)性較強(qiáng)。社交能力與桌面虛擬現(xiàn)實臨場感中的交互性、真實感、多感知性具有弱相關(guān)性，而與沉浸感相關(guān)性不強(qiáng)。社交能力又稱為人際交往能力。交際活動成敗與社交能力高低有密切聯(lián)系。關(guān)聯(lián)理論[6]認(rèn)為交際能否成功就看交際者對認(rèn)知環(huán)境是否能夠明白和相互明白，因此認(rèn)知環(huán)境是交際成敗關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。所謂認(rèn)知環(huán)境就是指個人的認(rèn)知能力與周圍物質(zhì)環(huán)境相互作用結(jié)果。桌面虛擬現(xiàn)實情景呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者逼真、客觀的虛擬環(huán)境，虛擬現(xiàn)實情景臨場感特征強(qiáng)與弱、好與壞，對學(xué)習(xí)者認(rèn)知能力直接作用，從而間接地影響學(xué)習(xí)者社交能力。本桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)與理想的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有一定差距，其交互性、真實感、多感知性、沉浸感等臨場感特征不是很強(qiáng)烈，從而對學(xué)生社交能力影響有限。

虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)中交互性、真實感、沉浸感對學(xué)后反饋推廣呈較強(qiáng)相關(guān)性。多感知性對學(xué)后反饋推廣相關(guān)性不強(qiáng)。桌面虛擬現(xiàn)實教學(xué)系統(tǒng)由于自身技術(shù)限制，感知功能僅限于視覺、聽覺、觸覺等幾種。還未能實現(xiàn)真正意義上全方位多感知性。因此，相比其他虛擬現(xiàn)實情境臨場感特征，多感知性，給學(xué)生留下印象不深刻，與學(xué)后推廣相關(guān)系數(shù)不高。

6 結(jié)論

采用探索因子法分析了桌面虛擬現(xiàn)實臨場感特征即真實感、交互性、沉浸感、多感知性等特征。在此基礎(chǔ)上，考察了桌面虛擬現(xiàn)實各臨場感特征與學(xué)習(xí)績效相關(guān)性。結(jié)果表明：桌面虛擬現(xiàn)實各臨場感特征與學(xué)生學(xué)習(xí)滿意度具有較好的相關(guān)性。本研究僅對桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)社會臨場感進(jìn)行了分析。然而，依據(jù)蘭迪-加里森（Garrison）對探究型學(xué)習(xí)社區(qū)研究，要讓學(xué)習(xí)者真正獲得學(xué)習(xí)經(jīng)驗，還需考慮認(rèn)知臨場感（Cognitive Presence）和教學(xué)臨場感（Teaching Presence）等要素[7]。因此，在后續(xù)研究中，還需進(jìn)一步研究虛擬現(xiàn)實情境中學(xué)習(xí)者認(rèn)知臨場感和教學(xué)臨場感。

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