王 帥

重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402160

一、研究背景

（一）研究背景

隨著智能化數(shù)字化的不斷發(fā)展，教育不斷突破“所能”邊界，即能虛實(shí)結(jié)合、能實(shí)時(shí)監(jiān)控、能仿真交互，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，VR）具有3I的特征，即沉浸性、交互性、構(gòu)想性，VR沉浸性特征為實(shí)踐教學(xué)提供了變革思路［1］。近年來(lái)，有學(xué)者探索VR在學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用研究，在VR情境中沉浸感的學(xué)習(xí)體驗(yàn)占有重要地位［2］，關(guān)注VR情境所帶來(lái)的沉浸感對(duì)提高學(xué)習(xí)成效和動(dòng)機(jī)，由于VR情境的復(fù)雜性和學(xué)習(xí)者體驗(yàn)的個(gè)體差異性，對(duì)VR沉浸式教學(xué)中呈現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)、影響因素與應(yīng)用策略研究較少。

（二）沉浸式教學(xué)模型

在教學(xué)過(guò)程中，VR搭建的沉浸式教學(xué)由三個(gè)基本要素組成：教師、學(xué)生、情境。首先，教師層面，具身認(rèn)知理論認(rèn)為VR構(gòu)建的沉浸式教學(xué)情境背景下，職業(yè)教育的變革對(duì)教師的專業(yè)發(fā)展、審美素養(yǎng)提出新要求，教師的專業(yè)發(fā)展要面向真實(shí)化、情境化、網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)問(wèn)題，要求教師學(xué)會(huì)使用智能化教育技術(shù)；其次，學(xué)生層面，沉浸式教學(xué)加強(qiáng)學(xué)生的主體適應(yīng)性，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的過(guò)程體驗(yàn)；最后，VR背景下沉浸式教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)搭建多感知通道的VR情境，幫助學(xué)習(xí)者擺脫囿于身體和先前經(jīng)驗(yàn)制約的困境，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建的虛擬仿真情境，可以有效幫助學(xué)習(xí)者在虛擬情境中獲得真實(shí)體驗(yàn)及相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)［3］，提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)持久性，見圖1。

二、調(diào)查問(wèn)卷的編制與調(diào)查實(shí)施

（一）問(wèn)卷編制

本研究中沉浸感問(wèn)卷量表改編自IPQ沉浸感量表，設(shè)置臨場(chǎng)感（SP）維度，主要測(cè)量虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的空間感知程度［4］；參與感（INV）評(píng)估虛擬情境中的互動(dòng)感知程度，即學(xué)習(xí)者對(duì)情境中互動(dòng)的關(guān)注程度；真實(shí)性（REAL）維度體現(xiàn)的是虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的擬真度，是否符合物理世界的規(guī)律和視覺體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)情境內(nèi)沉浸式教學(xué)臨場(chǎng)感問(wèn)卷構(gòu)成維度的建構(gòu)和調(diào)查題目的編寫，該問(wèn)卷共有兩個(gè)一級(jí)維度：沉浸感和學(xué)習(xí)者背景，沉浸感維度包含3個(gè)因子共計(jì)10題，綜合IPQ沉浸感問(wèn)卷中三因素類別：臨場(chǎng)感（3題）、參與感（3題）、真實(shí)性（4題）；學(xué)習(xí)者背景維度包含3個(gè)因子：性別（1題）、經(jīng)驗(yàn)（6題）、目的（6題），設(shè)置問(wèn)卷結(jié)構(gòu)如表1：

表1 學(xué)習(xí)體驗(yàn)調(diào)查問(wèn)卷結(jié)構(gòu)

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)材料

本研究依托自主開發(fā)的VR虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，設(shè)計(jì)實(shí)施10分鐘的傳感器選型實(shí)驗(yàn)，以HTC VIVE VR眼鏡和手柄作為工具。為測(cè)量學(xué)習(xí)者在VR虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中沉浸感的影響機(jī)制，選用同一測(cè)量工具，對(duì)130名高職大一虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查和訪談，130名被試者均無(wú)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)習(xí)背景和知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，在測(cè)試前由專業(yè)教師進(jìn)行相關(guān)知識(shí)點(diǎn)講解，其中89名同學(xué)有過(guò)VR體驗(yàn)經(jīng)歷，86名同學(xué)有過(guò)3Dmax建模經(jīng)驗(yàn)，100名同學(xué)有過(guò)Unity引擎開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

（三）調(diào)查對(duì)象分析及材料收集

本研究以高職虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)專業(yè)學(xué)生為研究對(duì)象，學(xué)習(xí)者在實(shí)驗(yàn)后立即填寫調(diào)查問(wèn)卷，共發(fā)放130份調(diào)查問(wèn)卷，回收有效問(wèn)卷共120份。其中男性學(xué)習(xí)者88人，占被試人數(shù)比例的73%，女性學(xué)習(xí)者共32人，占被試人數(shù)比例為26.7%，使用SPSS26.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

三、VR沉浸式教學(xué)沉浸感的結(jié)構(gòu)與影響因素分析

（一）效度分析和因子分析

因子分析是通過(guò)對(duì)因子之間內(nèi)部關(guān)系進(jìn)行測(cè)量，研究各變量之間的復(fù)雜關(guān)系。本部分將對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證性因子分析，驗(yàn)證沉浸感維度的有效性，探究VR沉浸式教學(xué)沉浸感的基本結(jié)構(gòu)，為評(píng)估變量數(shù)據(jù)是否適合做因子分析，使用KMO檢驗(yàn)和Bartiett的球度檢驗(yàn)檢驗(yàn)因子分子的變量相關(guān)性，如表2。

表2 效度分析表

本研究KMO檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，KMO的值為0.918，依據(jù)KMO度量標(biāo)準(zhǔn)：0.9以上表示非常適合。同時(shí)，Bartlett球形檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，顯著性P=0.000＜0.005，水平上呈現(xiàn)顯著性，拒絕原假設(shè)，各變量間具有相關(guān)性，表明數(shù)據(jù)非常適合做因子分析。為檢驗(yàn)選取出的共同因素能夠解釋所有題項(xiàng)變量的比例，根據(jù)總方差解釋結(jié)果顯示：公因子的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為76.891%。一般情況下，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到60%及以上，則說(shuō)明因子對(duì)變量的解釋能力尚可接受，本研究數(shù)據(jù)超過(guò)60.0%，故因子的解釋能力較好，如表3。

表3 總方差解釋表

（二）差異性分析

本研究使用獨(dú)立樣本U檢驗(yàn)對(duì)學(xué)習(xí)者性別、經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)目的在沉浸感各維度上的差異進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：性別在臨場(chǎng)感上存在顯著差異，中位數(shù)分別為：6.0/7.0，檢驗(yàn)結(jié)果 p=0.025。因此，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯著，其差異幅度Cohen’s d值為：0.498，分析原因可能由于男女心理結(jié)構(gòu)產(chǎn)生差異，但性別對(duì)臨場(chǎng)感的影響效應(yīng)量不大；性別在參與感上存在顯著差異，中位數(shù)分別為：6.0/8.0，檢驗(yàn)結(jié)果p=0.029，其差異幅度Cohen’s d值為：0.496，可能由于男、女樣本量差距產(chǎn)生的差異，但性別對(duì)參與感的影響效應(yīng)量不大，說(shuō)明在教學(xué)中性別對(duì)使用VR技術(shù)影響較??；男、女學(xué)習(xí)者在真實(shí)感上不存在顯著差異，其差異幅度Cohen’s d值為：0.354，說(shuō)明性別對(duì)學(xué)習(xí)者感知VR情境中和物理環(huán)境的一致性影響較小，如表4。

表4 差異性分析結(jié)果

本研究使用方差檢驗(yàn)，對(duì)學(xué)習(xí)者經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行差異分析。結(jié)果顯示：臨場(chǎng)感、參與感和真實(shí)感的P值分別為：0.702、0.514、0.591（p 值均 ＞0.05），水平上不呈現(xiàn)顯著性，不能拒絕原假設(shè)。因此，數(shù)據(jù)滿足方差齊性。結(jié)合差異性分析和效應(yīng)量化分析結(jié)果：學(xué)習(xí)者的經(jīng)驗(yàn)不同在虛擬現(xiàn)實(shí)的臨場(chǎng)感、參與感與真實(shí)性上存在顯著差異?；谂R場(chǎng)感、參與感和真實(shí)性Eta方（η2值）分別為：0.117、0.211和0.181，說(shuō)明三維度數(shù)據(jù)的差異有11.7%、21.1%和18.1%是來(lái)源于不同組別間的差異，說(shuō)明學(xué)習(xí)者不同體驗(yàn)次數(shù)會(huì)在參與感和真實(shí)性存在較大程度差異，在臨場(chǎng)感上存在中等差異；學(xué)習(xí)者的目的不同在虛擬現(xiàn)實(shí)的臨場(chǎng)感、參與感與真實(shí)性上存在顯著差異?；谂R場(chǎng)感、參與感和真實(shí)性Eta方（η2值）分別為：0.284、0.258和 0.196，說(shuō)明數(shù)據(jù)的差異有28.4%、25.8%和19.6%是來(lái)源于不同組別間的差異，所以不同學(xué)習(xí)目的在臨場(chǎng)感、參與感和真實(shí)性上均存在較大差異。

（三）相關(guān)性分析

本研究使用學(xué)習(xí)者性別、經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)目的在沉浸感各維度上的相關(guān)性進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果如表5所示：學(xué)習(xí)者的性別、經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)目的在臨場(chǎng)感、參與感和真實(shí)性三個(gè)維度上顯著正相關(guān)，其中經(jīng)驗(yàn)與參與感（p=0.001）和真實(shí)性（p=0.003）的相關(guān)性較為顯著，說(shuō)明學(xué)習(xí)者使用VR的經(jīng)歷和次數(shù)與學(xué)習(xí)者進(jìn)行交互時(shí)的參與感和真實(shí)性存在顯著正相關(guān)，在虛擬情境中的參與感、主體性和場(chǎng)景的逼真程度影響到學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)體驗(yàn)的積極性；學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)目的與臨場(chǎng)感（p=0.007）、參與感（p=0.021）、真實(shí)性（p=0.009）存在正相關(guān)，說(shuō)明學(xué)習(xí)者在虛擬情境中的交互體驗(yàn)?zāi)軌虼碳W(xué)習(xí)者感知信息，積極融入學(xué)習(xí)任務(wù)和主題中，激發(fā)學(xué)習(xí)者的投入度和積極性。

表5 相關(guān)性分析結(jié)果

四、VR沉浸式教學(xué)的基本類型及應(yīng)用策略

在沉浸式教學(xué)中，不同交互類型在應(yīng)用取向與邏輯演進(jìn)中融入教學(xué)分為學(xué)科本位與知識(shí)應(yīng)用、學(xué)科思維與融合運(yùn)用兩種方式，結(jié)合沉浸感程度呈現(xiàn)四種類型：1.獨(dú)立式學(xué)科本位型，即促使學(xué)習(xí)者獲取以學(xué)科知識(shí)為主，以培養(yǎng)單一學(xué)科知識(shí)為主要目標(biāo)，通過(guò)在虛擬情境達(dá)到習(xí)得經(jīng)驗(yàn)、提升投入和增強(qiáng)情境的目的［5］；2.分布式學(xué)科本位型，即聯(lián)結(jié)各個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，以獲取多元學(xué)科資源為目標(biāo)，促使學(xué)習(xí)者打破囿于時(shí)空界限，實(shí)現(xiàn)無(wú)邊界的泛在學(xué)習(xí)場(chǎng)域；3.獨(dú)立式項(xiàng)目融合型，即以項(xiàng)目式為導(dǎo)向，通過(guò)任務(wù)進(jìn)階培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)與解決問(wèn)題的能力，通過(guò)操作體驗(yàn)、知識(shí)應(yīng)用達(dá)到自主探究的學(xué)習(xí)［6］；4.分布式項(xiàng)目融合型，即將培養(yǎng)多學(xué)科知識(shí)與復(fù)雜問(wèn)題解決能力為目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中去學(xué)科化，注重掌握知識(shí)，形成創(chuàng)造性的復(fù)雜學(xué)科思維。

五、結(jié)語(yǔ)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸式教學(xué)提升沉浸感的途徑體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.構(gòu)建高質(zhì)感、高擬真和多通道的虛擬情境是提高學(xué)習(xí)持久性的重要手段［7］，虛擬情境可以有效幫助學(xué)習(xí)者獲得真實(shí)體驗(yàn)及相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)；2.通過(guò)建構(gòu)自主探究、合作探索和意義整合的學(xué)習(xí)項(xiàng)目和主題，使學(xué)習(xí)者明確學(xué)習(xí)目的，提升“共情”感深化認(rèn)知，觸發(fā)學(xué)習(xí)遷移；3.通過(guò)具身體驗(yàn)對(duì)情境提出評(píng)估反饋，能讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生較高的心理認(rèn)同、集體認(rèn)同和規(guī)則認(rèn)同［5］。同時(shí)，關(guān)注VR沉浸感教學(xué)中學(xué)習(xí)者生理維度上的主體適應(yīng)性，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的過(guò)程體驗(yàn)，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力與核心素養(yǎng)。