教育数字化转型实践：沉浸式虚拟现实赋能学习的内在机理

教育数字化转型实践：沉浸式虚拟现实赋能学习的内在机理

当前，沉浸式虚拟现实技术（TVR）在教育领域的应用备受关

注。己有研究表明，TVR环境引发的沉浸感和情感体验对学生学

习有重要影响，但二者如何影响学习效果还有待深入探索。以沉

浸感和情感体验为自变量，以学生的学习效果为因变量进行实验

研究发现：沉浸感体验中的专注度是影响IVR环境中学习者知识

保留的重要因素，情感体验中的消极高唤醒情绪有助于提升IVR

环境中学习者的知识保留；沉浸感体验中的享乐感是影响IVR环

境中学习者知识迁移的重要因素，情感体验中的消极低唤醒情绪

不利于IVR环境中学习者的知识迁移。

研究设计

01研究对象

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。这些学生中42%所学专业为自然科学，58%所

学专业为人文社会科学；超过50%为大四学生，5%为大一新生。

这些学生在高中均选修了生物学科，且在高中会考中的生物学科

成绩均为A等级。这确保了这些学生在生物方面的原有知识是处

于同一水平的。

02实验环境与材料

本研究使用华为VRGlass系统搭配NOLOCV1交互手柄、一

台高性能工作站以及一台显示器搭建IVR学习实验环境，如图1

所示。

图1IVR学习实验环境

为了让所有实验对象更好地进行正式实验，研究选用了虚拟

实验教学服务系统(https://vlab.eduyun.cn/portal/home)中

的“做一幅叶画”VR资源对实验对象进行培训。在正式实验环节，

研究选用了BodyVR公司开发的“人体血液之旅"VR资源。

03实验流程

整个实验持续约1个小时，具体的实验流程如图2所示，主

要包含预调查、VR体验、正式实验、测试和体验调查以及访谈5

个环节。

图2实验流程图

04数据收集与量表工具

研究采用主观报告的方法收集学生在IVR环境中学习的沉浸

感和情感体验数据，用客观测量的方法收集学生的学习表现数据，

包含知识保留成绩和知识迁移成绩。沉浸感量表改编自Jennett

等人(2008)的沉浸感体验量表。最终，研究采用的沉浸感量表

包含5个维度，每个维度3题，如表1所示。

表1沉浸感体验量表

Cronbach's

维度示例

Alpha

专注度(BA)我感觉IVK学习能够吸引我的注意力0.78

暂时抽离

IVR学习中,我感觉自己忘记门时间0.76

(TD)

穿越感1VR学习中,我感觉自己能够与周围

0.74

(T)虚拟环境互动

情感投入IVR学习中,我渴望知道人体细胞与

0.71

(EI)病毒斗争失败后会发生什么

我喜欢IVR学习中的虚拟场景和三

享乐感(E)

维模型

研究采用Parong等人(2020)开发的适用于VR情境的情感

量表。该量表以Russell(2003)的情感模型为理论依据，从唤

醒度和愉悦度两个维度评估学生的情感状态，如表2所示。

表2情感体验量表

维度Cronbach's

示例

愉悦度唤醒度Alpha

高IVR体验中我有兴奋感0.93

积极

低IVR体验中我有放松感0.73

高IVR体验中我有紧张感0.75

消极

低IVR体验中我有无聊感0.7.Le2hb

本研究的测试题目由研究者和一位大学生物学专业教师在参

考Meyer等人（2019）的测试题目基础上改编而成，包含10道检

验知识保留的选择题和3道检验知识迁移的简答题，每种类型题

目的分值和示例如表3所示。

表3IVR学习后测题目及不例

维度分值示例

细胞结构中最细的蛋白纤维是________O

选择题10

A微丝B中间纤维C微管D驱动蛋白

人体血液之旅模拟的最后，细胞与病毒斗争失

败，病毒入侵细胞核，请猜想病毒会借助哪种

简答题30

物质穿过细胞膜进入细胞内部，这种物质又是

如何帮助它成功进入细胞核的？运四北

研究发现

统计分析发现，性别、年龄、专业背景对学生在IVR学习中

的沉浸感和情感体验无显著性影响。这说明，在本研究中，学生

在IVR环境中的沉浸感和情感体验未受性别、专业背景等影响。

研究将知识保留成绩在9分以上的定义为知识保留高表现组,

将成绩低于7分的定义为知识保留低表现组。同理，研究将知识

迁移成绩在22分以上的定义为知识迁移高表现组，将成绩低于

16分的定义为知识迁移低表现组。

01知识保留高低表现组学生在沉浸感体验上的差异性分析

结果显示，知识保留高表现组的学生在专注度（BA）、暂时

抽离（TD）、穿越感（T）、情感投入（EI）和享乐感（E）5个维

度上的得分均高于低表现组，但是仅在专注度（BA）维度存在显

著性差异。

表4知识保留高低表现组沉浸感体验差异性分析

沉浸感知识保留表现N均值标准差ZP

高144.170.25

BA-2.530.012*

低103.470.71

高144.210.45

TD-1.290.197

低103.770.83

高143.640.59

T-1.590.111

低103.300.79

高143.550.69

EI-1.540.130

低103.100.57

高143.980.51

E-0.930.353

低103.830.53

02知识迁移高低表现组学生在沉浸感体验上的差异性分析

结果显示，知识迁移高表现组的学生在专注度（BA）、暂时

抽离（TD）、穿越感（T）和享乐感（E）四个维度上的得分均高

于低表现组，但是仅在享乐感（E）维度存在显著性差异。

表5知识迁移高低表现组沉浸感体验差异性分析

沉浸感知识迁移表现N均值标准差ZP

高184.040.65

BA-1.220.222

低183.850.54

高184.020.55

TD-0.790.428

低183.740.73

高183.540.65

T-0.880.377

低183.350.57

高183.440.68

EI-0.380.701

低183.480.63

高184.200.55

E-1.740.038*

低183.870.361七fe2kib

03知识保留高低表现组学生在情感体验上的差异性分析

结果显示，知识保留高表现组的学生在积极高唤醒情绪（PH）、

积极低唤醒情绪（PL）、消极高唤醒情绪（NH）维度的得分均高

于低表现组，但是仅在消极高唤醒情绪（NH）维度具有显著性差

异。

表6知识保留高低表现组情感体验差异性分析

情感知识保留表现N均值标准差ZP

高144.110.40

PH-1.280.201

低103.750.79

高143.860.53

PL-1.060.292

低103.550.64

高142.750.70

NH-2.560.010*

低102.050.55

局142.210.43

NL-0.520.606

低102.300.71切必

04知识迁移高低表现组学生在情感体验上的差异性分析

结果显示，知识迁移高表现组的学生在积极高唤醒情绪（PH）、

积极低唤醒情绪（PL）维度的得分高于低表现组，而在消极高唤

醒情绪（NH）、消极低唤醒情绪（NL）维度的得分低于低表现组。

知识迁移高低表现组学生仅在消极低唤醒情绪（NL）维度具有显

著性差异。

表7知识迁移高低表现组情感体验差异性分析

情感知识迁移表现N均值标准差ZP

高184.360.48

PH-1.590.111

低184.030.63

高183.920.39

PL-1.260.207

低183.640.64

高182.330.84

NH-1.360.175

低182.670.66

高182.080.60

NL-2.210.027*

低182.500.51

结论及启示

01结论

专注度是影响IVR环境中学习者知识保留的重要因素

消极的高唤醒情绪有助于提升IVR环境中学习者的知识保留

享乐感体验是影响IVR环境中学习者知识迁移的重要因素

消极的低唤醒情绪不利于IVR环境中学习者的知识迁移

02启示

IVR教学实践中要平衡学习者的沉浸感体验

和认知负荷

一方面，IVR学习环境设计和开发要最大程度地提升学生的

沉浸感体验，特别是专注度和享乐感体验，促进知识保留和知识

迁移的有