基于VR實訓系統(tǒng)的學習行為意向影響因素研究*

段丹萍，項朝陽

（廣東食品藥品職業(yè)學院 電教信息中心，廣東 廣州510520）

基于VR實訓系統(tǒng)的學習行為意向影響因素研究*

段丹萍，項朝陽

（廣東食品藥品職業(yè)學院 電教信息中心，廣東 廣州510520）

虛擬仿真技術應用于教學的最終目的是為了更好地支持學生學習，而學習行為意向直接影響學生運用虛擬仿真實訓系統(tǒng)進行學習的實際行為。本研究采用問卷調查、結構方程模型等方法，以技術接受模型和沉浸理論為基礎，構建基于虛擬仿真實訓系統(tǒng)的學習行為意向影響因素模型，提出假設，通過實證研究發(fā)現(xiàn)：沉浸體驗、感知易用性和感知有用性顯著正向影響學習行為意向；沉浸體驗、感知易用性和感知有用性受到VR特性和計算機自我效能的正向影響；感知有用性受到組織管理的正向影響。最后，為高職院校開展虛擬仿真實訓教學改革提供了策略性建議。

技術接受模型；沉浸理論；虛擬仿真實訓系統(tǒng)；學習行為意向

虛擬仿真（Virtual Reality，VR）技術應用于實訓教學有明顯的優(yōu)勢，如：能突破時空限制、創(chuàng)設基于真實的虛擬學習環(huán)境，激發(fā)學生產(chǎn)生較強的學習興趣和沉浸感；可利用建模和虛擬交互深入剖析事物和對象的內部結構、狀態(tài)、變化過程、工藝流程等，提高學習績效；可節(jié)省時間和經(jīng)濟成本，避免危險操作引發(fā)的安全問題等。然而，VR技術本身并不是為教育量身定做的，我們應從學習的本質出發(fā)，用學習理論指導VR技術在教學中的應用：一是要明確VR技術對學習產(chǎn)生什么影響和作用；二是根據(jù)VR技術對學習產(chǎn)生的作用和影響，結合相應的學習理論引入VR技術應用的相應理論[1]。大量的研究證明行為意向直接影響用戶對信息系統(tǒng)的實際使用，個人對使用信息技術的行為意向越強，表明他越有可能采取實際的行為[2]。為此，本研究采用文獻研究、問卷調查、結構方程模型等方法，以技術接受模型和沉浸理論為基礎，構建了基于VR實訓系統(tǒng)的學習行為意向影響因素模型，通過實證研究分析了各個影響因素對學習行為意向的影響情況。本研究對探索VR學習環(huán)境中學生的行為與心理特征的研究有一定參考價值，同時能為VR實訓系統(tǒng)的設計、開發(fā)與應用提供策略性參考。

一、理論探討

1.技術接受模型

技術接受模型（Technology Acceptance Model，TAM）最初由Davis提出，旨在明確對計算機與信息系統(tǒng)的廣泛接受起決定性的影響因素。TAM理論認為，用戶對某一項信息技術的使用行為是由用戶的行為意向最終決定的，而用戶的行為意向由感知有用性和感知易用性兩個變量共同決定[3][4]。感知有用性衡量的是信息系統(tǒng)對工作績效的幫助大小，受到感知易用性和外部變量（如：主觀規(guī)范、系統(tǒng)技術特征、任務特征、自愿性、形象等）的影響；感知易用性衡量的是系統(tǒng)使用的難易程度，受到系統(tǒng)技術特征、任務特征、計算機自我效能、外部控制感、計算機焦慮感、計算機娛樂性等因素的影響[5][6]。技術接受模型在國內廣泛受到關注，并延伸到教育領域中，也為VR技術在教學中的應用提供了理論依據(jù)和實證參考。

2.沉浸理論

沉浸體驗是VR技術領域關注的重點之一，也是衡量VR系統(tǒng)性能的一個重要尺度。如何有效地應用沉浸理論提高VR系統(tǒng)的沉浸性和用戶的沉浸體驗，一直是VR技術及其應用領域研究的熱點問題。沉浸理論（Flow Theory）最初由Csikszentmihalyi提出，受到了各國學者的關注，對于沉浸體驗的概念、理論模型和在不同領域的研究成果也非常豐富。有關沉浸體驗的研究表明：技能和挑戰(zhàn)是激發(fā)沉浸體驗的兩個重要因素，當用戶的挑戰(zhàn)與技能平衡或者略高于某一水平時，個人會進入“沉浸”狀態(tài)[7]。大量實證研究表明，沉浸體驗及相關理論適用于解釋以互聯(lián)網(wǎng)、電子商務、網(wǎng)絡社交工具、網(wǎng)絡游戲等信息技術為媒介的行為現(xiàn)象[8][9]。

二、模型構建與研究設計

1.研究模型與假設

綜合以上理論分析，本研究以技術接受模型和沉浸理論作為理論框架，構建了基于VR實訓系統(tǒng)的學習行為意向影響因素模型，如圖1所示。

圖1 基于VR實訓系統(tǒng)的學習行為意向影響因素模型

參考相關文獻[3-7][10][11]，本研究將各變量定義為：①學習行為意向（Learning Behavior Intention）指學生使用VR實訓系統(tǒng)進行學習的主觀意愿的強烈程度；②沉浸體驗（Flow Experience）指學生在利用VR實訓系統(tǒng)開展學習的過程中，學生處于一種“忘我”的狀態(tài)，這種狀態(tài)以感受到愉悅、時間很快改變?yōu)樘卣?；③感知有用性（Perceived Usefulness）指學生認為使用VR實訓系統(tǒng)能夠幫助其完成學習任務，達成學習目標的有效程度；④感知易用性（Perceived Ease of Use）指學生認為VR實訓系統(tǒng)操作的容易程度；⑤任務特征（Task Characteristics）指促使學生更多地依賴VR系統(tǒng)開展學習的主觀和客觀條件；⑥VR特性（Virtual Reality Characteristics）即 VR實訓系統(tǒng)的功能特征，指VR實訓系統(tǒng)能夠幫助學生完成學習任務的支持性服務；⑦計算機自我效能指學生對自己使用VR實訓系統(tǒng)完成某一項學習任務的能力的自我判斷；⑧組織管理指教師為學生使用VR實訓系統(tǒng)能提供的支持，例如講解、示范、引導、幫助和評價等。為了進一步探索各個變量之間的關系，提出以下研究假設：

H1：學生對VR實訓系統(tǒng)的沉浸體驗正向影響其學習行為意向。

H2：學生對VR實訓系統(tǒng)的感知有用性正向影響其學習行為意向。

H3：學生對VR實訓系統(tǒng)的感知易用性正向影響其學習行為意向。

H4：學生對VR實訓系統(tǒng)的感知易用性正向影響其感知有用性。

H5：任務特征正向影響學生對VR實訓系統(tǒng)的沉浸體驗。

H6：任務特征正向影響學生對VR實訓系統(tǒng)的感知有用性。

H7：任務特征正向影響學生對VR實訓系統(tǒng)的感知易用性。

H8：VR特性正向影響學生對VR實訓系統(tǒng)的沉浸體驗。

H9：VR特性正向影響學生對VR實訓系統(tǒng)的感知有用性。

H10：VR特性正向影響學生對VR實訓系統(tǒng)的感知易用性。

H11：學生的計算機自我效能正向影響其對VR實訓系統(tǒng)的沉浸體驗。

H12：學生的計算機自我效能正向影響其對VR實訓系統(tǒng)的感知有用性。

H13：學生的計算機自我效能正向影響其對VR實訓系統(tǒng)的感知易用性。

H14：教師的組織管理能力正向影響學生對VR實訓系統(tǒng)的感知有用性。

H15：教師的組織管理能力正向影響學生對VR實訓系統(tǒng)的感知易用性。

2.研究設計與實施

根據(jù)研究假設，我們設計了 “任務特征”、“VR特性”、“計算機自我效能”、“組織管理”、“沉浸體驗”、“感知易用性”、“感知有用性”和“行為意向”8個變量的35項測量指標，所有測量項目均采用李克特（likert scale）七級量表，通過問卷的方式對模型進行實證檢驗。

本研究選取自主開發(fā)的中藥制藥虛擬工廠為案例，該系統(tǒng)可實現(xiàn)對中藥制藥工廠與車間的漫游，車間布局、設備剖面顯示和360度全方位查看、中藥制藥生產(chǎn)工藝流程的模擬操作及考核等功能。通過在常規(guī)的實訓教學前后引入中藥制藥虛擬工廠，觀察學生的學習行為。研究對象為廣東某高職院校15級中藥學專業(yè)1~4班，共計214名學生。問卷的收集采用在線填寫和回收的方式。研究時間從2016年4月開始持續(xù)到7月，共發(fā)放問卷220份，收回問卷218份。問卷的回收率為99%，有效回收率為100%。

三、影響因素分析

1.信度和效度檢驗

（1）信度分析

信度分析使用Spss19.0軟件測定Cronbachα系數(shù)來檢驗量表的穩(wěn)定性與一致性。本研究中，問卷Cronbachα系數(shù)為0.951和所有變量的Cronbachα系數(shù)均超過0.7的標準閾值，表明問卷具有良好的信度。

（2）效度分析

本研究所有測量問項在參考已有的相關實證文獻基礎上，結合了本研究的相關背景、技術環(huán)境和研究對象的特點進行設置，并通過與相關領域的專家和用戶進行訪談，對初稿問項的句子結構、措辭等方面進行了完善，在一定程度上保證了問卷的內容效度。

通過驗證性因子分析來檢驗問卷的結構效度。首先，對所有問項進行KMO與Bartlett檢驗，得到KMO值為0.919，非常適合做因子分析。此外，Bartlett球體檢驗顯著，也滿足做因子分析的標準。接著，運用AMOS 21對測量模型進行驗證性因子分析。采用最大似然法分析測量模型的收斂效度，結果表明，潛變量所有指標的因子載荷均大于0.5，組合信度(CR)均大于0.7，平均方差提取值（AVE）均大于0.5，說明測量模型的各個測量指標收斂于相應因子，模型的內在質量好。

2.結構方程模型建立與修正

運用Amos建立結構方程模型，評估模型的擬合度。通過分析輸出的結果表明，卡方值的顯著性概率值為P= 0.000＜0.05，達到顯著水平，表示假設模型與實際數(shù)據(jù)十分擬合。參照模型擬合度指數(shù)可接受范圍標準，其中GFI、AGFI、RMSEA未達到理想水平，說明模型的結構總體上是合理的，仍存在修正的可能性。根據(jù)Amos Output提供的修正建議，參考估計值和模型的路徑系數(shù)，導致擬合度欠佳的主要原因有：①從模型的路徑系數(shù)輸出結果可知，有關潛變量任務特征的研究假設，其路徑的回歸權重均未達顯著，因此建議刪除任務特征變量；②某些誤差變量的相關關系數(shù)值較大，因此建議在不違背經(jīng)驗法則的原則上建立殘差變量間的相關關系。表1為模型修正過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，說明經(jīng)過兩次修正后模型擬合度較好。

表1 模型擬合指數(shù)修正過程及相關數(shù)據(jù)

3.路徑分析與假設檢驗

修正后的模型由于刪除了“任務特征”變量，因此與該變量相關的H5、H6、H7假設均不考慮。經(jīng)過結構模型檢驗和分析，路徑分析結果及相關研究假設驗證情況見圖2。除H9、H15外，其余所有研究假設的P值均＜0.05，具有顯著統(tǒng)計意義，且各路徑系數(shù)均為正值，表明研究假設的前因變量對果變量具有顯著的正向影響。

圖2 路徑分析結果

4.結果討論

通過路徑分析結果可知，模型中各個研究變量之間因果關系較為復雜。為了更直觀地了解這些變量之間的關系，我們運用Amos計算出各個研究變量之間直接效應、間接效應和總效應，見表2。

表2 路徑分析結果與相應假設檢驗結果

（1）變量間的直接效應

①外生潛變量VR特性對內生潛變量沉浸體驗與感知易用性有直接影響；外生潛變量計算機自我效能對內生潛變量沉浸體驗、感知有用性與感知易用性均有直接影響；外生潛變量組織管理對內生潛變量感知有用性有直接影響。②內生潛變量沉浸體驗、感知有用性和感知易用性對學習行為意向有直接影響。

（2）變量間的間接效應

VR特性、計算機自我效能和組織管理通過對沉浸體驗、感知有用性和感知易用性的直接影響，從而對學習行為意向產(chǎn)生間接影響。數(shù)據(jù)分析結果表明，計算機自我效能對學習行為意向的間接影響力最大為0.464，其次是VR特性為0.227，組織管理為0.145?？梢?，學生的計算機自我效能是影響學習行為意向的關鍵因素之一。

（3）對學習行為意向的總效應

從各個變量對學習行為意向的總效應看，三個內生潛變量中感知易用性的影響最大為0.384，其次是感知有用性為0.347，總效應最小是沉浸體驗為0.268。三個外生潛變量中，總效應最大的是計算機自我效能，達到0.409，其后依次為VR特性為0.262和組織管理為0.122。

四、研究結論與建議

1.研究結論

（1）沉浸體驗、感知易用性和感知有用性對學習行為意向有顯著的正向影響，且感知易用性對感知有用性有正向影響。這一結論與TAM模型及VR實訓系統(tǒng)的沉浸特性是適配的。表明，學生想不想?yún)⑴c和是否要持續(xù)參與VR實訓學習，均受到這三個因素的影響：即學生是否在VR實訓過程中感受到一種全身心投入和帶來的內心愉悅；VR實訓系統(tǒng)容易操作的程度；學生對感知使用VR實訓系統(tǒng)能夠幫助其完成學習任務，達成學習目標的有效程度。

（2）VR特性、計算機自我效能和組織管理通過沉浸體驗、感知易用性和感知有用性對基于VR實訓系統(tǒng)的學習行為意向產(chǎn)生間接影響，且計算機自我效能的影響力最大。VR特性對學習行為意向有間接的正向影響，即VR實訓系統(tǒng)在沉浸感、交互性、構想性、界面設計等方面越合理，參與者就越傾向于繼續(xù)參與VR學習。計算機自我效能對學習行為意向有間接的正向影響，且是影響學習行為意向的關鍵因素之一。說明在初次或很少接觸到VR實訓系統(tǒng)的情況下，學生依然有信心自己能夠駕馭該系統(tǒng)并順利完成學習任務，這種信念對學生的沉浸體驗、感知易用性和感知有用性均有正向影響，從而激發(fā)學生持續(xù)的參與VR學習、提高學習績效。與傳統(tǒng)課堂和其他技術手段相比，VR實訓系統(tǒng)為學生提供了更加逼真、自由、廣闊的學習空間，但與真實的操作還是存一定差異，需要教師的組織管理促進學生對VR實訓系統(tǒng)的接受意愿。

（3）VR特性、計算機自我效能對沉浸體驗和感知易用性均有顯著的正向影響。已有研究表明，“挑戰(zhàn)-技能”的矛盾循環(huán)是沉浸體驗的動力，而學生過去的經(jīng)驗、情緒態(tài)度等個性化差異也影響他們對VR實訓系統(tǒng)的沉浸體驗。VR實訓系統(tǒng)所具有的沉浸性特征能促使學生全身心投入到基于現(xiàn)實的虛擬環(huán)境中去，產(chǎn)生的沉浸體驗不是教育者傳授的間接經(jīng)驗，而是學生在虛擬環(huán)境中獲得的直接經(jīng)驗。因此，如何設計VR實訓系統(tǒng)、如何提升學生的自我效能感，促使他們產(chǎn)生并保持沉浸體驗的狀態(tài)，從而最終完成學習是一個需要深入研究的課題。VR特性和計算機自我效能對感知易用性有顯著的正向影響，且計算機自我效能的影響程度遠超過VR特性。表明學生是否感知到VR實訓系統(tǒng)容易操作，受到其主觀因素計算機自我效能的影響較大。

（4）組織管理對感知有用性有顯著的正向影響。表明在學生使用VR實訓系統(tǒng)過程中，教師越能提供恰當?shù)闹v解、示范、引導、幫助和評價等，越有助于學生感知到VR實訓系統(tǒng)有用。

2.對開展虛擬仿真實訓教學應用的建議

（1）以實訓教學的實際需求為導向，提升使用者的感知有用性

實訓教學是培養(yǎng)學生職業(yè)技能和綜合職業(yè)素養(yǎng)的最主要途徑和手段，但并非所有的實訓教學都需要用到VR技術。針對傳統(tǒng)實訓教學中操作耗時過長、購置和運行成本高、操作原理較難理解、設備結構和操作過程復雜、操作過程中容易出現(xiàn)安全事故等問題，結合專業(yè)特點、教師和學生的使用需求以及實際的技術條件等，同時通過教師的講解、引導、示范等手段輔助學生自主學習，有效地解決傳統(tǒng)實訓教學中存在的問題，提升學生對VR實訓系統(tǒng)的感知有用性，從而提高學習績效。

（2）深度沉浸式設計，促進并保持學生的沉浸體驗

沉浸體驗的產(chǎn)生條件包括：清楚的目標、自覺體驗、挑戰(zhàn)—技能平衡、潛在的控制感、專注于任務、明確的反饋、行動—意識融合、時間感扭曲、失去自我意識九個因素[7]。為了讓學生在開展VR實訓時產(chǎn)生沉浸體驗并能夠保持這種狀態(tài)，可通過兩方面來實現(xiàn)：一是運用逼真的畫面、聲音、動畫特效等來刺激學生的視、聽、觸覺多維體驗感。二是通過設計學習情境、角色、清晰的學習目標、動態(tài)的學習難易度調整、深度的交互、即時的反饋等降低其認知阻力、產(chǎn)生愉快的學習情緒甚至忘記時間，從而讓學生融入到VR實訓情境中忘我學習并持續(xù)下去。

（3）降低VR實訓的操作和技術難度，提升學生的感知易用性

VR技術應用于實訓教學不僅要解決教與學的問題，同時也要解決技術本身帶來的問題。VR實訓系統(tǒng)雖然突破了傳統(tǒng)實訓的局限，但因VR技術的技術復雜性、沉浸性、高性能運行和高配置要求等帶來的系統(tǒng)響應速度慢、兼容性問題、眩暈感等，使學生容易產(chǎn)生認知負荷，導致對VR實訓產(chǎn)生抵觸甚至放棄學習。設計、開發(fā)VR實訓系統(tǒng)時，一是可通過合理的界面布局、清晰的導航、明確的操作步驟提示等手段來降低VR實訓操作的難度；二是在保證教學效果的前提下，選擇技術難度低、操作簡單、易于控制、容易共享、響應速度快、兼容性強的VR技術及相關設備。

（4）虛實融合引導示范，提升學生自我效能感

在VR實訓中，學生是通過鍵盤、鼠標、傳感器等獲得實踐經(jīng)驗，在一定程度上降低了技能訓練的效果，同時容易養(yǎng)成不遵守操作規(guī)程的習慣。因此，VR實訓并不能完全替代真實的實訓，需要與真實的實訓相輔相成為學生提供一種虛實融合的學習環(huán)境，而教師在整個過程中需要不斷的引導示范。教師可以采?。嚎陬^上的鼓勵與支持，使學生相信自己使用VR系統(tǒng)進行學習的能力；通過反復引導和示范操作喚醒具有壓力和焦慮現(xiàn)象的學生，使其消除面臨VR系統(tǒng)操作時的畏懼情緒和害怕無法完成任務的焦慮。

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G40-057

A

1673-8454（2017）19-0029-05

本文為2015年度廣東省高校教育技術教學改革研究項目（課題編號：2015100）、2015年廣東食品藥品職業(yè)學院質量工程教學改革項目（課題編號：201015Y1502）和2016年度廣東食品藥品職業(yè)學院科研項目（人文社科類）“大專學生虛擬仿真學習沉浸體驗與行為研究”（課題編號：301009A1627）的階段性研究成果。

（編輯：王曉明）