柳瑞雪 任友群

[摘? ?要] 如何使用技術(shù)手段幫助學(xué)生學(xué)習(xí)知識、增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，已經(jīng)成為信息化教學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)。文章基于心流理論，按照沉浸式虛擬環(huán)境和傳統(tǒng)教學(xué)兩種學(xué)習(xí)環(huán)境，將上海市某中學(xué)七年級共62名學(xué)生隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和控制組，開展了科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)，采用問卷調(diào)查法分析不同學(xué)習(xí)環(huán)境下的學(xué)習(xí)者在科學(xué)知識學(xué)習(xí)過程中的心流體驗(yàn)和移情效果。研究發(fā)現(xiàn)：（1）兩組學(xué)生間的心流體驗(yàn)和移情均存在顯著差異，沉浸式虛擬環(huán)境能夠提升學(xué)習(xí)者在科學(xué)知識學(xué)習(xí)過程中的心流體驗(yàn)和移情能力;（2）兩組學(xué)生間的學(xué)習(xí)成績存在顯著差異，沉浸式虛擬環(huán)境能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者對科學(xué)知識的理解，提高學(xué)習(xí)成績。研究結(jié)論為沉浸式虛擬環(huán)境應(yīng)用于中小學(xué)科學(xué)課的教學(xué)實(shí)踐探索提供了參考。

[關(guān)鍵詞] 沉浸式虛擬環(huán)境; 虛擬現(xiàn)實(shí); 科學(xué)教育; 心流體驗(yàn); 移情

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

一、引? ?言

隨著信息技術(shù)在教育中的深入應(yīng)用，我國進(jìn)入了教育信息化2.0時(shí)代。技術(shù)的進(jìn)步為教育提供了多種“選項(xiàng)”：大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，以下簡稱“VR”）等新技術(shù)的層出不窮為新的教學(xué)應(yīng)用模式提供了“新武器”[1]。以虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能等新技術(shù)開展具身學(xué)習(xí)及個(gè)性化學(xué)習(xí)等教與學(xué)的活動，成為教育信息化2.0時(shí)代教育發(fā)展的新要求[2]。2018年12月25日，工信部發(fā)布《工業(yè)和信息化部關(guān)于加快推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《意見》）?！兑庖姟分赋觯骸耙七M(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高等教育、職業(yè)教育等領(lǐng)域和物理、化學(xué)、生物、地理等實(shí)驗(yàn)性、演示性課程中的應(yīng)用;促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)教育資源開發(fā)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；痉稇?yīng)用，推動科普、培訓(xùn)、教學(xué)、科研的融合發(fā)展?！盵3]可以看出，VR在教育領(lǐng)域的重要性越來越突出，我國政府通過政策引導(dǎo)和支持“VR+教育”的發(fā)展，為VR與教育領(lǐng)域的創(chuàng)新融合應(yīng)用提供了新的機(jī)遇。

當(dāng)前，VR已經(jīng)被應(yīng)用于教育和社會等各個(gè)領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要作用。例如，提升學(xué)習(xí)者解決幾何問題的能力[4];為進(jìn)食障礙者提供心理治療，幫助他們克服身體形象的扭曲[5];減少人們的社交焦慮癥[6];引發(fā)人們積極情緒的改變等[7]。VR具有仿真虛擬世界的構(gòu)造、強(qiáng)烈的多感官交互的特點(diǎn)，可以創(chuàng)建一種真實(shí)世界的替代空間，同時(shí)，為用戶提供身臨其境的感覺和自然的交互方式，提高感性和理性認(rèn)識[8-9]。它的核心作用之一是構(gòu)建沉浸式虛擬環(huán)境（Immersive Virtual Environment，以下簡稱“IVE”）。這種環(huán)境所營造的沉浸式學(xué)習(xí)方式具有增強(qiáng)性（Engagement）、再現(xiàn)性（Evocation）和證據(jù)性（Evidence）的3E特征[10]。在學(xué)習(xí)過程中，如何借助IVE為學(xué)習(xí)者提供豐富的學(xué)習(xí)場景，使學(xué)習(xí)者獲得最佳的感官體驗(yàn)及學(xué)習(xí)效果，是未來IVE與學(xué)科課程進(jìn)行融合應(yīng)用的一個(gè)重要研究方向。因此，為了更加完整和全面地了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程，就需要從心理學(xué)的視角探究學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的一些心理狀態(tài)（如心流、移情等），了解學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時(shí)的內(nèi)在心理活動及情感體驗(yàn)效果。心流（Flow）是個(gè)體全身心投入某項(xiàng)活動時(shí)所產(chǎn)生的積極情緒體驗(yàn)，移情（Empathy）則需要個(gè)體能夠感同身受地去理解客觀“對象”的情景及感受[11-12]。IVE可以為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)全沉浸式的虛擬環(huán)境，為心流和移情的發(fā)生提供機(jī)會。一般來講，不同的信息技術(shù)工具所構(gòu)建的學(xué)習(xí)場景及知識呈現(xiàn)形式，會對學(xué)習(xí)者的心流和移情產(chǎn)生不同程度的影響?；诖耍疚脑噲D探究學(xué)習(xí)者在IVE中學(xué)習(xí)科學(xué)知識過程中產(chǎn)生的心流和移情，并進(jìn)一步分析IVE對學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)和移情影響效果。

二、研究綜述

（一）心流體驗(yàn)

心流（Flow）的概念，最初由美國著名心理學(xué)家Csikszentmihalyi于1975年提出，指個(gè)體強(qiáng)烈地參與一項(xiàng)活動時(shí)的認(rèn)知狀態(tài)[11]。Celsi等人認(rèn)為：“心流是一種現(xiàn)象學(xué)狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，自我、自我意識、行為和環(huán)境構(gòu)成了全身心的獨(dú)特體驗(yàn)”[13]。當(dāng)個(gè)體專注于某項(xiàng)活動時(shí)，就會產(chǎn)生心流，主要表現(xiàn)為注意力高度集中、感到時(shí)間飛逝、充滿愉悅感等[11]。心流理論（Flow Theory）是指人們的專注和愉快體驗(yàn)，是了解人們持續(xù)性地使用信息技術(shù)工具的一個(gè)流行理論框架。它的核心是心流體驗(yàn)（Flow Experience），當(dāng)個(gè)體處于心流體驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，他們的意識僅限于活動本身，并且喪失自我意識，充滿愉悅感[11，14]。按照心流理論，將心流體驗(yàn)劃分為“技能與挑戰(zhàn)的平衡”“清晰的目標(biāo)”“及時(shí)的反饋”“注意力高度集中”“控制感”“行動與知覺的融合”“時(shí)間扭曲”“喪失自我意識”“具身體驗(yàn)”九個(gè)維度[15]。相關(guān)研究表明，心流體驗(yàn)更可能激發(fā)個(gè)人動機(jī)并達(dá)成積極的結(jié)果[16]。

當(dāng)前，學(xué)者們對心流體驗(yàn)在不同教育領(lǐng)域中的應(yīng)用情況進(jìn)行了相關(guān)探索，包括數(shù)字化游戲?qū)W習(xí)、體育實(shí)踐教學(xué)、創(chuàng)造性產(chǎn)品設(shè)計(jì)、信息技術(shù)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)購物、在線游戲體驗(yàn)等。陳奕樺等人探討了數(shù)字化游戲?qū)W習(xí)環(huán)境中影響學(xué)習(xí)者心流體驗(yàn)的因素，結(jié)果表明，學(xué)業(yè)能力與社會互動傾向?qū)W(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)具有交互作用[17]。在體育教學(xué)實(shí)踐方面，Kawabata探討了促進(jìn)心流干預(yù)項(xiàng)目的有效性，研究發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目能夠有效促進(jìn)體育教學(xué)環(huán)境中學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)[18]。從創(chuàng)造性產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度來看，楊曉哲等人通過構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和腦波（Electroencephalography）整合的學(xué)習(xí)環(huán)境，調(diào)查了個(gè)體的創(chuàng)造力行為與其創(chuàng)造性大腦（要求參與者設(shè)計(jì)一個(gè)開放的虛擬產(chǎn)品）之間的聯(lián)系，并進(jìn)一步探討了個(gè)體的創(chuàng)造力及其相關(guān)的因素（包括心流、注意力和冥想）的影響效果[19-20]。Pilke調(diào)查了學(xué)習(xí)者在信息技術(shù)應(yīng)用過程中的心流體驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行文字處理、編程、視覺設(shè)計(jì)以及信息檢索等任務(wù)時(shí)，心流體驗(yàn)較為頻繁發(fā)生[21]。對于心流體驗(yàn)在網(wǎng)絡(luò)購物方面的研究，Hsu等人分析了心流體驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)購物行為的關(guān)系對用戶特征（包括信任程度、購買意愿以及自信心）的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，心流體驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)購物行為具有顯著的正相關(guān)，當(dāng)用戶對商品的信任程度、購買意愿以及自信心越高時(shí)，心流體驗(yàn)對網(wǎng)絡(luò)購物行為的影響就越大[22]。除此之外，在線游戲體驗(yàn)也能夠喚起人們的心流體驗(yàn)和積極情緒[23]。整體而言，當(dāng)前學(xué)者們針對心流體驗(yàn)的應(yīng)用研究還是較多集中于網(wǎng)絡(luò)生活、商業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域，研究對象也較多集中于高等教育及成人教育領(lǐng)域，而針對中小學(xué)生的一些學(xué)科教學(xué)實(shí)踐研究還較少。

（二）移情

從廣義上來講，移情（Empathy）指個(gè)體對他人觀察到的體驗(yàn)感受[12]。Davis認(rèn)為，移情包括認(rèn)知和情感兩個(gè)方面，他將移情劃分為四個(gè)維度：“移情關(guān)注”“觀點(diǎn)采擇”“想象”“個(gè)人憂傷”。前兩者屬于認(rèn)知移情范圍，后兩者屬于情感移情范圍[12]。認(rèn)知移情是“在不實(shí)際經(jīng)歷他人情感時(shí)對他人條件或者思維狀態(tài)的智力或者想象的理解”[24-25]，情感移情是“對他人情感經(jīng)歷的積極響應(yīng)”[26]?！耙魄椤币辉~最初由德國美學(xué)家Vischer作為美學(xué)術(shù)語使用，隨后由美國心理學(xué)家Titchener引入心理學(xué)領(lǐng)域。此后，來自不同領(lǐng)域的專家學(xué)者們開始關(guān)注移情，并將移情引入自己的研究中。

以虛擬世界為背景的講故事、仿真游戲是否影響移情進(jìn)入研究者們的視野。Shin探究了沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在講故事過程中的應(yīng)用，研究表明，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)體驗(yàn)、臨場感以及心流體驗(yàn)的認(rèn)知過程會影響個(gè)體如何表達(dá)VR故事及產(chǎn)生移情[27]。Bachen等人從心流、存在感以及字符識別三個(gè)角度分析了地震模擬游戲?qū)σ魄楫a(chǎn)生的效果及學(xué)習(xí)興趣的影響，研究表明，存在感能夠顯著提高人們的全球化移情能力，而這種移情能力又能提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣[28]。站在學(xué)習(xí)者角度設(shè)計(jì)教學(xué)活動，促使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生移情體驗(yàn)引起了研究者們的關(guān)注。陳為東等人構(gòu)建了基于圖片優(yōu)勢效應(yīng)的移情式教學(xué)設(shè)計(jì)模型，為圖片應(yīng)用于移情式教學(xué)提供了可借鑒的參考途徑[29]。移情作為語言交往中的重要因素，進(jìn)入了課堂教學(xué)實(shí)踐和研究者視野。有研究者探討了高校英語課堂教學(xué)中師生之間的移情及合作，結(jié)果表明師生感情的作用是相互的，教師和學(xué)生都期待對方的移情[30]。此外，與移情相關(guān)的研究領(lǐng)域還包括對牙科專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行移情培訓(xùn)、幫助自閉癥兒童提高移情表現(xiàn)等[31-32]。

綜上，有關(guān)移情的研究主要還是集中在敘事移情、語言移情、移情式教學(xué)設(shè)計(jì)等方面，有關(guān)IVE在輔助知識學(xué)習(xí)、提高移情等方面的研究尚不足?；诖?，本研究基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建了IVE下的科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)，以探究IVE對學(xué)習(xí)者心流體驗(yàn)及移情的影響。具體而言，本研究聚焦以下三個(gè)問題：（1）基于VR的沉浸式學(xué)習(xí)能否提升學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)？（2）基于VR的沉浸式學(xué)習(xí)能否提升學(xué)習(xí)者的移情能力？（3）基于VR的沉浸式學(xué)習(xí)能否促進(jìn)學(xué)習(xí)者對科學(xué)知識的理解，提高學(xué)習(xí)成績？

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究采用實(shí)驗(yàn)組和控制組對照的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，分別對兩種不同形態(tài)的學(xué)習(xí)環(huán)境（視頻學(xué)習(xí)環(huán)境及沉浸式虛擬環(huán)境）下的學(xué)習(xí)者進(jìn)行前后測，以驗(yàn)證沉浸式虛擬環(huán)境中學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)及移情效果。

（一）研究對象

本次實(shí)驗(yàn)研究對象為上海市某中學(xué)七年級的62名學(xué)生，其中男生32人（52%），女生30人（48%），年齡范圍在13～14歲之間。實(shí)驗(yàn)前，開展問卷調(diào)查了解學(xué)習(xí)者在使用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、視頻學(xué)習(xí)方面的基本情況。調(diào)查結(jié)果顯示，49名學(xué)生（79%）已經(jīng)有視頻學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，29名學(xué)生（47%）體驗(yàn)過虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，但是所有學(xué)生并沒有使用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)知識學(xué)習(xí)的經(jīng)歷。

（二）學(xué)習(xí)內(nèi)容

本次實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容為《人體之旅》科學(xué)教育視頻。該視頻主要闡述了細(xì)胞在人體內(nèi)的運(yùn)作流程。在視頻中，學(xué)習(xí)者將化身為一個(gè)超級微小的機(jī)器人，坐在飛行探測器中，穿梭于身體的微觀世界中，學(xué)習(xí)各種各樣細(xì)胞的組成結(jié)構(gòu)和功能的相關(guān)知識，體驗(yàn)客觀世界無法親身經(jīng)歷的學(xué)習(xí)場景。之所以選取該視頻，是由于其中的部分知識內(nèi)容來自于科學(xué)課本，能夠有效拓展學(xué)生的課外知識范圍?！度梭w之旅》視頻選自VIVEPORT平臺，視頻內(nèi)容資源由The Body VR LLC公司開發(fā)，長度為13分鐘左右?？梢圆捎秒娔X、VR頭盔進(jìn)行視頻的學(xué)習(xí)。視頻界面如圖1所示。

（三）研究工具

1. 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備

HTC Vive是由HTC電子公司和維爾福軟件公司聯(lián)合開發(fā)的一款沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備。它由一個(gè)頭戴式顯示器、兩個(gè)單手持控制器、一個(gè)能在空間內(nèi)同時(shí)追蹤顯示器與控制器的定位系統(tǒng)（Lighthouse）組成。使用這種頭戴式顯示器和運(yùn)動控制器的高性能主機(jī)VR系統(tǒng)，沉浸感和交互性最佳，學(xué)習(xí)者可以得到最佳的個(gè)體體驗(yàn)[33]。因此，實(shí)驗(yàn)選取了全沉浸式的VR設(shè)備，每套設(shè)備單人體驗(yàn)，同時(shí)，給予其一定的體驗(yàn)空間。

其中，實(shí)驗(yàn)組使用臺式電腦來連接HTC Vive頭戴式設(shè)備，在VIVEPORT平臺上觀看視頻。電腦基本配置為：處理器為IntelRCore（TM）i7-CPU，安裝內(nèi)存16.00G，操作系統(tǒng)為Windows 10?？刂平M采用筆記本電腦觀看視頻，電腦基本配置為：處理器為IntelRCore（TM）i5-CPU，安裝內(nèi)存為8.00G，操作系統(tǒng)為Windows 10。

2. 問卷

心流的測驗(yàn)采用Pearce等人開發(fā)的心流問卷，共11道題[34]。其中，問卷部分題目為：“在這個(gè)學(xué)習(xí)活動過程中，所做的事都有把握，且結(jié)果都和我預(yù)期的一樣”“我強(qiáng)烈地投入在這個(gè)學(xué)習(xí)活動中”“我發(fā)現(xiàn)這個(gè)學(xué)習(xí)活動令人感到愉快”等。

移情的測驗(yàn)采用Davis開發(fā)的移情問卷[12]。由于實(shí)驗(yàn)參與者并沒有社會角色與之互動，因此，問卷題目選取的是想象傾向的子問卷，關(guān)注虛擬學(xué)習(xí)情境和自我重現(xiàn)的能力。移情問卷共5道題，部分題目為：“當(dāng)觀看視頻時(shí)，我可以很容易地將自己放在主角的位置上”“我完全沉浸在變成機(jī)器人的感受當(dāng)中”等。

心流和移情測驗(yàn)問卷均采用Likert 5點(diǎn)計(jì)分方式（“5”代表非常同意，“1”代表非常不同意）。問卷題目在施測時(shí)都是中文的，問卷的英文翻譯是由兩名團(tuán)隊(duì)成員完成，語句表達(dá)根據(jù)研究需要進(jìn)行了改動。在翻譯完成后，他們對問卷進(jìn)行修正，并由其他團(tuán)隊(duì)成員對問卷進(jìn)行校驗(yàn)，修改后的心流體驗(yàn)問卷信度為0.80，移情問卷信度為0.85。整體而言，本研究所使用的問卷具有良好的信效度。

知識前后測題目均來自《人體之旅》視頻中的10道難度不等的知識選擇題，題目由兩名中小學(xué)科學(xué)教育學(xué)科的專業(yè)教師針對視頻內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，并經(jīng)過反復(fù)修改和預(yù)測驗(yàn)，最終形成《人體之旅》知識測驗(yàn)問卷。心流、移情問卷及《人體之旅》知識前后測問卷的發(fā)放和回收均在網(wǎng)絡(luò)平臺“問卷星”上面進(jìn)行，后期使用SPSS軟件對問卷收集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

（四）實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)開始前，測量所有學(xué)習(xí)者的基本信息及《人體之旅》知識前測。測試結(jié)果顯示：同年級學(xué)生之間沒有顯著差異（p=0.81 > 0.05）。因此，按照實(shí)驗(yàn)人數(shù)（N=62），將學(xué)習(xí)者隨機(jī)分配到實(shí)驗(yàn)組（N=31）和控制組（N=31）。為了確保實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，研究團(tuán)隊(duì)成員首先向?qū)W習(xí)者介紹了具體學(xué)習(xí)任務(wù)以及VR設(shè)備的使用方法，并示范佩戴VR設(shè)備，告知學(xué)習(xí)者在佩戴VR設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)過程中不要緊張，保持正常學(xué)習(xí)狀態(tài)。隨后介紹整體的實(shí)驗(yàn)流程和注意事項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，實(shí)驗(yàn)組佩戴HTC Vive頭戴式設(shè)備，在IVE中進(jìn)行學(xué)習(xí)，控制組觀看電腦視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)活動結(jié)束后，所有學(xué)習(xí)者立即填寫心流、移情問卷，并完成《人體之旅》知識后測。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程持續(xù)時(shí)間在50分鐘左右，實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示。

四、 結(jié)果與分析

（一）心流體驗(yàn)分析

為了解學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)是否因?yàn)椴煌膶W(xué)習(xí)環(huán)境而存在顯著性差異，對兩組學(xué)習(xí)者的心流問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)（見表1），實(shí)驗(yàn)組心流體驗(yàn)均值（M=4.48）高于控制組均值（M=3.97），兩組學(xué)生間的心流體驗(yàn)存在顯著性差異（t=3.63，p=0.001<0.05）。由此表明，IVE對學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)具有積極的影響，基于VR的沉浸式學(xué)習(xí)能夠提升學(xué)習(xí)者在科學(xué)知識學(xué)習(xí)過程中的心流體驗(yàn)。

（二）移情分析

為了解學(xué)習(xí)者的移情是否因?yàn)椴煌膶W(xué)習(xí)環(huán)境而存在顯著性差異，對兩組學(xué)習(xí)者的移情問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)（見表2），實(shí)驗(yàn)組移情均值（M=4.26）高于控制組均值（M=3.60），兩組學(xué)生間的移情存在顯著性差異（t=3.32，p=0.002<0.05）。由此表明，IVE對學(xué)習(xí)者的移情具有積極的影響，基于VR的沉浸式學(xué)習(xí)能夠提升學(xué)習(xí)者在科學(xué)知識學(xué)習(xí)過程中的移情能力。

（三）學(xué)習(xí)成績分析

實(shí)驗(yàn)組知識前測成績平均值和標(biāo)準(zhǔn)差為M=33.87，SD=11.16，控制組為M=34.84，SD=19.64（見表3）。T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示兩組沒有顯著性差異（t=0.24， p=0.81 > 0.05）。由此可知，兩組在開展學(xué)習(xí)活動之前，他們的知識水平并不具有差異性。為了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成績是否因?yàn)椴煌膶W(xué)習(xí)環(huán)境而存在顯著性差異，對兩組學(xué)習(xí)者的知識后測成績進(jìn)行方差同質(zhì)性檢驗(yàn)，其顯著性遠(yuǎn)大于0.05，滿足方差齊性要求。

在此基礎(chǔ)上，以知識前測成績作為協(xié)變量，知識后測成績作為因變量，對兩組學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成績進(jìn)行協(xié)方差分析。調(diào)查發(fā)現(xiàn)（見表3），實(shí)驗(yàn)組知識后測成績的修正均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差分別為A=77.96，S=2.49，控制組為A=69.14，S=2.49。不同組別之間知識后測成績存在顯著性差異（F=6.26，p=0.015<0.05）。實(shí)驗(yàn)組的知識后測成績均值（M=77.74，SD=10.56）高于控制組（M=69.35，SD=19.14）。由此說明，IVE對學(xué)習(xí)者的科學(xué)知識學(xué)習(xí)具有積極的影響，能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者對科學(xué)知識的理解，提高學(xué)習(xí)成績。

五、 結(jié)論與討論

本研究基于心流理論，采用問卷調(diào)查法分析了沉浸式虛擬環(huán)境對學(xué)習(xí)者心流體驗(yàn)和移情的影響效果，得出以下結(jié)論：

沉浸式虛擬環(huán)境對學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)具有積極的影響，基于VR的沉浸式學(xué)習(xí)能夠提升學(xué)習(xí)者在科學(xué)知識學(xué)習(xí)過程中的心流體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所具有的強(qiáng)大的臨場感和交互性為構(gòu)建心流體驗(yàn)的學(xué)習(xí)環(huán)境提供了充分的技術(shù)支持。相關(guān)研究表明，在可能導(dǎo)致心流體驗(yàn)的眾多條件因素中，臨場感可以顯著影響心流體驗(yàn)[35]，臨場感有可能是造成心流體驗(yàn)的條件因素[36]。如果虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)能夠提供沉浸的虛擬世界，那么就有可能獲得最優(yōu)心流體驗(yàn)[37]。3D虛擬世界具有更強(qiáng)的臨場感和愉悅感，而臨場感可以導(dǎo)致心流體驗(yàn)，使網(wǎng)絡(luò)用戶獲得最佳體驗(yàn)[36]。全沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)具有高沉浸性和臨場感，其創(chuàng)設(shè)的IVE，能使學(xué)習(xí)者完全沉浸在虛擬世界中并產(chǎn)生一種真實(shí)感，即“身臨其境”的感覺。本研究主要體現(xiàn)的是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及心流理論在中學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識過程中的應(yīng)用，區(qū)別于傳統(tǒng)課堂和在線學(xué)習(xí)，學(xué)生可以找到自己的“角色”定位，增加對學(xué)習(xí)的掌控感和體驗(yàn)感。

沉浸式虛擬環(huán)境對學(xué)習(xí)者的移情具有積極的影響，基于VR的沉浸式學(xué)習(xí)能夠提升學(xué)習(xí)者在科學(xué)知識學(xué)習(xí)過程中的移情能力。由于虛擬環(huán)境的沉浸感特性和移情情境性，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)被用來引導(dǎo)人們在某些主題中改變同理心，并產(chǎn)生移情。例如，幫助老年癡呆癥患者的監(jiān)護(hù)者更好地理解神經(jīng)癡呆的感受、將觀眾置于災(zāi)難情境中，引導(dǎo)他們同情那些經(jīng)歷過災(zāi)難的人等[38-39]。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)科學(xué)知識過程中所產(chǎn)生的移情就是在這樣的虛擬環(huán)境中產(chǎn)生的，沉浸式虛擬環(huán)境一方面為學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)知識提供了一個(gè)身臨其境的學(xué)習(xí)情境，幫助他們在觀看視頻過程中更能體會視頻中“機(jī)器人”的所感所需，并站在“機(jī)器人”的角度進(jìn)行體驗(yàn)和感受。另一方面，視頻中的“機(jī)器人”也會對學(xué)習(xí)者產(chǎn)生移情作用，使他們產(chǎn)生喜歡、厭惡等多種情緒。學(xué)習(xí)者在視頻中進(jìn)行了角色互換，他們化身為一個(gè)超級微小的機(jī)器人，穿梭于身體內(nèi)部并了解各種細(xì)胞的組成結(jié)構(gòu)及功能，在學(xué)習(xí)知識的同時(shí)感受作為“機(jī)器人”角色的滿足感。這種角色互換提高了學(xué)生的情感移情能力，虛擬現(xiàn)實(shí)移情就是將視頻中的“機(jī)器人”角色的感受和體驗(yàn)傳遞給學(xué)生，讓學(xué)生將自己的情感和體驗(yàn)投入到學(xué)習(xí)活動中，從而實(shí)現(xiàn)移情。

沉浸式虛擬環(huán)境對學(xué)習(xí)者的科學(xué)知識學(xué)習(xí)具有積極的影響，基于VR的沉浸式學(xué)習(xí)能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者對科學(xué)知識的理解，提高學(xué)習(xí)成績。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)，最重要的一個(gè)優(yōu)勢在于其本身能夠作為一個(gè)工具呈現(xiàn)抽象概念，并提高對抽象或復(fù)雜概念的理解[4，40]。學(xué)生在體驗(yàn)高科技帶來的新奇感的同時(shí)，“親身”遨游知識海洋，感受立體化的知識。另一方面，身臨其境的感受和自然豐富的交互體驗(yàn)提供了學(xué)習(xí)者親身體驗(yàn)的機(jī)會，促進(jìn)了學(xué)生的認(rèn)知加工及知識建構(gòu)過程[41]。VR技術(shù)可以模擬學(xué)與教的環(huán)境，提供一個(gè)自由靈活、生動逼真、更加人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境，創(chuàng)造出一個(gè)豐富有趣的學(xué)習(xí)氛圍，使得教學(xué)效果事半功倍。

本研究主要從學(xué)習(xí)者個(gè)體的視角探索了VR在科學(xué)教育中的應(yīng)用，是一次初步的嘗試，但是，也存在一些不足之處。本研究所使用的科學(xué)教育視頻學(xué)習(xí)資源僅僅是作為科學(xué)課課外擴(kuò)展知識的補(bǔ)充，并不能推廣到學(xué)校的科學(xué)課教學(xué)中。未來，對于以班級為單位進(jìn)行群體教學(xué)的學(xué)校來說，開展VR科學(xué)課教學(xué)也依然有很多亟待探索的問題。首先，每個(gè)班級上科學(xué)課的學(xué)生人數(shù)大約為40～50人，如果為每個(gè)學(xué)生配備一臺高沉浸感的VR設(shè)備，學(xué)校根本無力投入巨大的財(cái)力、設(shè)備及場地空間。最佳解決方案是借助互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的技術(shù)平臺優(yōu)勢，為學(xué)校提供技術(shù)工具方面的支持，構(gòu)建VR技術(shù)平臺支撐下的新型VR智慧教室。即以班級授課、小組合作（每組3～5人）、高性能主機(jī)VR設(shè)備共享的——VR課堂教學(xué)應(yīng)用模式。該模式除了能夠保證每個(gè)學(xué)習(xí)者在高沉浸感環(huán)境中獲得最佳沉浸體驗(yàn)和學(xué)習(xí)體驗(yàn)外，還能減輕學(xué)校財(cái)力、場地空間負(fù)擔(dān)。同時(shí)，還需要聯(lián)合高?？蒲腥藛T及一線教師，共同開發(fā)適合于中小學(xué)教學(xué)的VR課程資源，以保證VR課程資源與教學(xué)內(nèi)容符合教學(xué)目標(biāo)的需求。

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