基于元認知的虛擬實驗情感體驗設計研究

[摘要]學習者在虛擬實驗學習中的元認知體驗形成過程分為三個層次，即以促進學習者的記憶、辨別、想象和綜合的認知體驗層；學習者主動、有意識的應用與主動實踐的行為體驗層；實現學習者的價值與情感判斷以及形成印象與自我實現的意識性情感體驗層。若干認知活動的體驗過程形成的體驗體系支持了元認知的虛擬實驗情感體驗設計模型的構建。

[關鍵詞]虛擬實驗；認知體驗；情感體驗；模型

[中圖分類號]G420 [文獻標識碼]A [論文編號]1009－8097(2011)08－0092－04

虛擬實驗作為一種特殊的實驗形式，隨著計算機網絡技術的發展受到各領域的廣泛關注。相對于一般的真實實驗，盡管虛擬實驗擁有許多顯而易見的優勢，但卻不能給學習者帶來真實觸覺等完全的真實世界中的認知體驗，而當前的虛擬實驗大多只注重實驗本身的可用性，往往忽略了學習者的心理過程。虛擬實驗學習者的元認知體驗對實驗效果產生重要影響，從情感體驗層次上進行設計，可以改善和優化學習者在不同水平上的實驗學習體驗，提高學習者的元認知能力。筆者認為，設計優秀的虛擬實驗所引起的學習者元認知體驗與現實世界所體驗到的認知與情感存在相似性，以情感體驗設計來促進虛擬實驗學習者的元認知體驗的形成，從而尋求有助于虛擬實驗學習效果與學習者元認知能力的設計模式。

一 元認知體驗概述

B·約瑟夫·派恩和詹姆斯·H·吉爾摩在《體驗經濟》中指出：“體驗是一種創造難忘經歷的活動，其特征是：在這里，消費是一個過程，當過程結束后，體驗的記憶將恒久存在?！睂τ谔摂M實驗的學習者而言，體驗是其在整個實驗的認知過程中獲得的“恒久存在”的情感、知識和技能的過程。對于虛擬實驗的設計，滿足實驗本身的物理設計和可用性設計遠遠不是虛擬實驗想要實現的最終目標，基于體驗的設計成為虛擬實驗設計的落腳點，虛擬實驗的“消費者”即學習者，在虛擬實驗認知過程中全部的情感體驗是決定其“認知程度”和“自我實現”程度的重要因素，而且使個人與理想自我、他人或是文化產生關聯。

元認知體驗是伴隨學習者的認知活動而產生的有意識的認知體驗或情感體驗。相關學者指出，元認知體驗激活了相關的元認知知識，使那些存儲在長時記憶中的元認知知識能夠與當前的調解活動產生聯系，把處于靜態的元認知知識與動態的元認知調節連接起來。虛擬實驗的學習只有通過元認知體驗才能不斷獲得當前正在進行的實驗活動的有關信息，利用相關的元認知知識，對虛擬實驗活動進行有效調節。

二 虛擬實驗學習者元認知體驗形成過程中的體驗層次

學習者在虛擬實驗學習過程中的元認知體驗，是伴隨其認知活動而產生的認知情感體驗，這種體驗是學習者有意識的情感與反思(學習者怎樣理解、學習者怎樣感覺和評價等)活動。

貝恩特·施密特通過“人腦模塊分析”和心理社會學說提出了用戶的五大體驗體系，即感官體驗、情感體驗、思考體驗、行為體驗和關聯體驗。感官體驗是視覺、聽覺、觸覺、味覺和嗅覺的體驗；情感體驗是使用者內心的感覺和情感創造；思考體驗是使用者創造認知和解決問題的體驗；行為體驗是影響身體體驗、生活方式并與使用者產生互動的體驗；關聯體驗則包含感官、情感、思考，以及與行動體驗。

針對用戶的產品可以是有形的，也可以是無形的，用戶、對于產品的體驗，無論產品是有形的還是無形的，這種體驗都是相同的和可類比的。貝恩特·施密特根據有形的產品提出了用戶的體驗體系，而針對無形的產品——虛擬實驗，這一“體驗”是學習者在特定的情境(虛擬實驗環境)中從事的認知活動的全部體驗，即在這一過程中學習者全部的認知與元認知體驗。此外，對于虛擬實驗這一特定的實驗學習環境，學習環境認知理論可作為分析虛擬實驗環境與學習者元認知體驗形成過程的依據。學習環境認知理論認為，“學習者對與其相關的學習環境信息的感知、印象及其評價，包含了學習環境知覺、學習環境印象和學習環境判斷三個過程”，學習者的學習包含了對學習環境的認知過程和學習心理與行為，其中，學習者的元認知體驗是認知上升為元認知過程中的全部體驗，并最終形成學習者對學習的反饋或影響。

根據用戶五大體驗體系與學習者元認知體驗以及環境認知理論可知，在一般的實驗操作中，學習者主要是被動的認知與接收，其主要的途徑在于感覺上的感官接受經過人的思維過程而形成的一種認知，而虛擬實驗操作所要達到的最終目標應該是使學習者由被動的學習轉向主動的學習，即達到元認知狀態。在這一過程中，學習者全部的體驗即是由認知體驗上升到元認知體驗的過程，使得學習者在學習中更清楚自己的實驗定位和實驗操作行為，達到真正的主動地學習與探索，進而提升實驗學習效果。虛擬實驗學習者元認知體驗形成的過程可表述為：認知體驗一行為體驗一元認知體驗。其中，認知體驗包含了感覺體驗到認知體驗的過程，行為體驗是學習者主動的實踐行為的體驗，最高層次的元認知體驗即意識性情感體驗，是學習者的價值與情感判斷以及印象與自我實現的體驗。由此，構建了虛擬實驗學習者元認知體驗形成過程中的體驗層次。

1 認知體驗層(感覺體驗一認知體驗)

在虛擬實驗學習中，學習者首先從實驗環境中獲得感官上的感覺體驗(聽覺、視覺、觸覺等)，這種感覺體驗經過大腦中樞的處理和判斷形成了學習者對虛擬實驗的一個完整的形象認識。感覺體驗的積累與整合形成了學習者虛擬實驗的認知體驗。認知體驗層包含了對知識信息等的記憶、想象、辨別和綜合的過程，并由此形成學習者的實驗認知記憶。學習者認知體驗的形成是虛擬實驗的認知活動與學習者的認知需求發生聯系而產生的認知層面的體驗。認知的發生到內心體驗的形成是學習者感覺體驗不斷積累聯結的結果。環境心理學表明，良好的感官刺激能夠增強學習者的參與性，形成整體性認知，引發學習者更加積極的認知體驗。

2 行為體驗層(主動的實踐)

由認知體驗的驅動，學習者做出相應的實驗行為。學習者主動實踐的行為體驗，是學習者的行為模式的自我體驗與實驗系統互動所產生的體驗，是學習者體驗著的帶有目的性的行動過程的集合。在實驗中，學習者根據既往的經驗及認知水平進行主動的、有意識的行為活動，從而獲得自我認知程度、創造認知并進行問題解決的體驗。在此過程中，學習者通過行為的體驗不斷獲得與完善操作技能與心智技能的同時，反過來也能夠促進學習者的認知體驗，使學習者對虛擬實驗的操作與目的產生更深層次的認知。

3 元認知體驗層(意識性情感體驗)

學習者元認知體驗的形成，不僅能夠促進學習者認知能力的提高，也能深化學習者的認知體驗。以主動的行為體驗的產生為基礎，學習者產生了更深刻的情感體驗，這種情感體驗是學習者主觀的價值判斷，而不再是被動的感性認知，這是學習者通過虛擬實驗主動地行為實踐的結果，是學習者內心可意識到的自我感覺和主動的情感創造。也就是說，元認知體驗層面上的情感體驗超越了感知覺層面的被動接受的情感范疇，是學習者對實驗認知與進程的價值與情感判斷，并引發了學習者對實驗行為的控制與調整。另外，印象與自我實現體驗是學習者通過與實驗的交互對虛擬實驗形成的記憶以及對自我價值提升的自我肯定的體驗，是學習者元認知情感體驗的進一步內化與升華，以及自我滿足、自我釋放的最高體驗，這一體驗不僅僅停留在此次實驗過程中，而是對學習者學習能力產生更加深遠的促進作用，有利于提升學習者對實驗學習任務的積極的自我效能感和學習反思。

三 基于元認知的虛擬實驗情感體驗設計模型構建

基于元認知的虛擬實驗情感體驗設計超越了以往僅關注于可用性的范疇，不僅要包含豐富的虛擬實驗和教學功能，也要將實驗中學習者元認知體驗的形成過程與虛擬實驗設計相結合，使虛擬實驗系統與學習者在情感體驗上達成共鳴。

Norman[7]在《Emotional Design》一書中指出，人類體驗的情感由三種水平引起：本能水平(visceral level)、行為水平(behavioral level)、反思水平(reflective level)。本能水平的設計涉及最初的效果，包含產品的外觀；行為水平的設計集中于產品的效用，注重功能、性能和可用性；反思水平的設計注重信息、認知效果的意義以及設計帶來的美好的回憶。

這三個水平的設計反映了人(用戶、學習者)使用產品時體驗過程的本質規律，以學習者元認知為基礎的虛擬實驗設計同樣遵循Norman關于設計的三個情感層次的規律。學習者元認知情感體驗的三個層次，即認知體驗層、行為體驗層、元認知體驗層與虛擬實驗系統相互作用，指導虛擬實驗的設計，最終促進實驗學習效率。由此，根據虛擬實驗學習者元認知體驗形成過程中的體驗分析，以及虛擬實驗的情感體驗設計思想，結合虛擬實驗學習的特點，構建出基于元認知的虛擬實驗情感體驗設計模型。如圖l所示，該模型由實驗分析、實驗學習、自我監控與自我評價三個部分組成，并融合了元認知的情感體驗的三個層次。

1 實驗分析

實驗分析包括學習者分析、情境分析和任務分析。在基于元認知的虛擬實驗情感體驗的模型構建中，學習者情感等方面的因素是實驗設計的核心，分析學習者實驗中的情感體驗從而挖掘學習者的實驗需求，并結合學習者的實驗背景與認知特性、學習者特征等方面的分析，指導虛擬實驗的設計。此外，學習情境對于虛擬環境下的實驗操作至關重要，在類比具體實驗情境的基礎上，要充分發揮虛擬實驗的優勢，實現方便、快捷、有效的情感化知識鏈接與知識遷移，以實現學習者意圖與虛擬實驗情境的友好匹配為原則，建立虛擬實驗學習的情感體驗情境，彌補一般實驗未能考慮學習者情感、忽略學習者元認知體驗的不足。

在實驗分析中，將對學習者和實驗情境的分析轉化為具體的任務，明確實驗目標、具體的實驗操作過程和學習者的實驗行為方式，使實驗操作與學習者有目的的實驗行為有機地融合起來，從認知體驗、行為體驗和元認知體驗出發，綜合學習者的心理需求及其與虛擬實驗的交互關系。

2 實驗學習

實驗學習包括實驗學習方式、實驗內容、交互界面和虛擬環境等。在實驗學習中，虛擬實驗系統與學習者的情感體驗各層次間相互溝通。在認知體驗層上，虛擬實驗的物理外觀占支配地位，主要與實驗系統中學習者的視覺體驗、聽覺體驗、觸覺體驗等物理特征相聯系。其中，主要以交互界面的視覺設計為主，實驗帶給學習者的視覺體驗主要是顏色與布局。運用印象性、象征性的實驗色彩設計能夠引起學習者的愉悅感；實驗布局上的設計要求做到適當大小的實驗器材和設施、以及統一的實驗界面風格等。感官上的體驗直接引起了學習者的認知體驗，喚起學習者關于實驗難度、渴望進入實驗狀態的本能情感體驗。如果實驗界面設計給學習者的第一感覺不滿意，就會引起消極體驗，影響后續的實驗操作。

在學習者行為體驗層面上，虛擬實驗的學習主要通過以下幾方面影響學習者的行為體驗：虛擬實驗支持學習者的哪些實驗活動，即這個虛擬實驗的功能性是否符合學習者對實驗操作的需求；學習者在虛擬實驗環境下進行的實驗操作是否流暢、易懂，即這個虛擬實驗的設計概念是否與學習者的認知概念相匹配；實驗操作內容能夠在多大程度上使學習者的認知水平有所提高，即這個虛擬實驗能夠多好地實現其功能性。因此，在此層次上，主要是以學習者為中心，探究實驗與學習者行為心理相一致的虛擬實驗模式。虛擬實驗要滿足易用性和功能性的需求，最重要的是明確學習者的學習方式和對實驗操作的需求。心理學研究的結論告訴我們，易用性高的設計會讓使用者覺得舒服，進而提高使用效率。也就是說，虛擬實驗的設計要在可用性的基礎上，實現其“功能美”，使學習者自然地與實驗系統進行交互操作，從而獲得主動的行為體驗。

實驗學習的最高層次是元認知體驗層，在此層中，學習者與實驗的交互體驗是一種有意識的情感體驗，主要表現為學習者的價值與情感判斷以及印象與自我實現體驗。元認知體驗層目標指向使學習者感到滿足和愉快，獲得自我認同感。Noman將其情感層次設計的反思水平表述為能夠“引起回憶的設計”，虛擬實驗設計主要是其與學習者間的聯系與交互，學習者沉浸于其中并最終“產生美好的回憶”。該層的設計注重實驗設計的傳達性，基于元認知的虛擬實驗情感體驗的設計不僅使學習者有效地完成實驗操作部分，而且加入反思的設計，注重對實驗完成情況的主動反思，即主動的、有意識的價值和情感判斷。印象與自我實現體驗，是學習者對實驗回憶的印象和自我評價、自我肯定與自我反思。元認知體驗層的設計不僅使學習者停留在實驗操作平臺上，而是形成了記憶印象，使學習者達到主動的元認知體驗狀態，反思實驗學習，指導虛擬實驗設計。

3 自我監控與自我評價

自我監控與自我評價是獲得實驗反饋、促進激發元認知能力的關鍵，主要包括實時監控、修正調整和評價反思。實時監控是形成反饋的前提，主要通過錄制實時視頻和記錄實驗操作步驟中的關鍵參數的方式加以實現，據此得到及時反饋，并加以修正調整。學習者通過實驗反饋對實驗進行評價與自我反思，此過程即是一個元認知體驗的過程，同時，學習者的自我反思亦調整了虛擬實驗的學習策略，提高了學習者的元認知能力。

綜上可見，基于元認知的虛擬實驗情感體驗設計模型充分考慮了學習者在實驗學習中的情感體驗因素，既包含了情感化的實驗分析和有效的自我監控與自我評價，又融合了虛擬實驗情感體驗的層次設計思想，體現了虛擬實驗對形成學習者元認知體驗的優勢所在。

四 結語

在科學技術日新月異的今天，教學中對學生實踐性的要求越來越高，單一的虛擬實驗學習很難促進學習者對實驗的深層次理解，元認知體驗作為連接靜態元認知知識和動態元認知調節的中介，將其與虛擬實驗有機地結合能夠有效地提升學習者學科實驗的學習效果?；趯W習者元認知的虛擬實驗情感體驗設計為促進學習者元認知技能和虛擬實驗學習提供了依據，幫助學習者更加深入地理解問題和解決問題。

隨著學習高度數字化和體驗經濟時代的到來，虛擬實驗的學習將更加注重影響學習者認知和情感的深層次因素。虛擬實驗情感體驗設計的不斷完善和發展，將使虛擬實驗的學習者能夠清晰地認識到學習目標的價值，產生更強烈的內部動機，最終得到更好的實驗學習效果。

參考文獻

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編輯：小禾