基于VR沉浸式教學的沉浸感：結構、影響因素及應用策略

王 帥

重慶水利電力職業技術學院，重慶 402160

一、研究背景

（一）研究背景

隨著智能化數字化的不斷發展，教育不斷突破“所能”邊界，即能虛實結合、能實時監控、能仿真交互，虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）具有3I的特征，即沉浸性、交互性、構想性，VR沉浸性特征為實踐教學提供了變革思路［1］。近年來，有學者探索VR在學科教學中的應用研究，在VR情境中沉浸感的學習體驗占有重要地位［2］，關注VR情境所帶來的沉浸感對提高學習成效和動機，由于VR情境的復雜性和學習者體驗的個體差異性，對VR沉浸式教學中呈現出的結構、影響因素與應用策略研究較少。

（二）沉浸式教學模型

在教學過程中，VR搭建的沉浸式教學由三個基本要素組成：教師、學生、情境。首先，教師層面，具身認知理論認為VR構建的沉浸式教學情境背景下，職業教育的變革對教師的專業發展、審美素養提出新要求，教師的專業發展要面向真實化、情境化、網絡化的教學問題，要求教師學會使用智能化教育技術；其次，學生層面，沉浸式教學加強學生的主體適應性，強調以學生為中心的過程體驗；最后，VR背景下沉浸式教學依托虛擬現實、物聯網、大數據技術搭建多感知通道的VR情境，幫助學習者擺脫囿于身體和先前經驗制約的困境，通過虛擬現實技術搭建的虛擬仿真情境，可以有效幫助學習者在虛擬情境中獲得真實體驗及相應經驗［3］，提高學習者的學習持久性，見圖1。

二、調查問卷的編制與調查實施

（一）問卷編制

本研究中沉浸感問卷量表改編自IPQ沉浸感量表，設置臨場感（SP）維度，主要測量虛擬現實場景中的空間感知程度［4］；參與感（INV）評估虛擬情境中的互動感知程度，即學習者對情境中互動的關注程度；真實性（REAL）維度體現的是虛擬現實環境的擬真度，是否符合物理世界的規律和視覺體驗。虛擬現實情境內沉浸式教學臨場感問卷構成維度的建構和調查題目的編寫，該問卷共有兩個一級維度：沉浸感和學習者背景，沉浸感維度包含3個因子共計10題，綜合IPQ沉浸感問卷中三因素類別：臨場感（3題）、參與感（3題）、真實性（4題）；學習者背景維度包含3個因子：性別（1題）、經驗（6題）、目的（6題），設置問卷結構如表1：

表1 學習體驗調查問卷結構

（二）教學設計和實驗材料

本研究依托自主開發的VR虛擬現實平臺，設計實施10分鐘的傳感器選型實驗，以HTC VIVE VR眼鏡和手柄作為工具。為測量學習者在VR虛擬實驗平臺中沉浸感的影響機制，選用同一測量工具，對130名高職大一虛擬現實技術專業學生進行問卷調查和訪談，130名被試者均無物聯網專業學習背景和知識經驗，在測試前由專業教師進行相關知識點講解，其中89名同學有過VR體驗經歷，86名同學有過3Dmax建模經驗，100名同學有過Unity引擎開發經驗。

（三）調查對象分析及材料收集

本研究以高職虛擬現實技術專業學生為研究對象，學習者在實驗后立即填寫調查問卷，共發放130份調查問卷，回收有效問卷共120份。其中男性學習者88人，占被試人數比例的73%，女性學習者共32人，占被試人數比例為26.7%，使用SPSS26.0進行數據分析。

三、VR沉浸式教學沉浸感的結構與影響因素分析

（一）效度分析和因子分析

因子分析是通過對因子之間內部關系進行測量，研究各變量之間的復雜關系。本部分將對調查結果進行驗證性因子分析，驗證沉浸感維度的有效性，探究VR沉浸式教學沉浸感的基本結構，為評估變量數據是否適合做因子分析，使用KMO檢驗和Bartiett的球度檢驗檢驗因子分子的變量相關性，如表2。

表2 效度分析表

本研究KMO檢驗的結果顯示，KMO的值為0.918，依據KMO度量標準：0.9以上表示非常適合。同時，Bartlett球形檢驗的結果顯示，顯著性P=0.000＜0.005，水平上呈現顯著性，拒絕原假設，各變量間具有相關性，表明數據非常適合做因子分析。為檢驗選取出的共同因素能夠解釋所有題項變量的比例，根據總方差解釋結果顯示：公因子的累計方差貢獻率為76.891%。一般情況下，累計方差貢獻率達到60%及以上，則說明因子對變量的解釋能力尚可接受，本研究數據超過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

本研究使用獨立樣本U檢驗對學習者性別、經驗、學習目的在沉浸感各維度上的差異進行分析。結果顯示：性別在臨場感上存在顯著差異，中位數分別為：6.0/7.0，檢驗結果 p=0.025。因此，統計結果顯著，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構產生差異，但性別對臨場感的影響效應量不大；性別在參與感上存在顯著差異，中位數分別為：6.0/8.0，檢驗結果p=0.029，其差異幅度Cohen’s d值為：0.496，可能由于男、女樣本量差距產生的差異，但性別對參與感的影響效應量不大，說明在教學中性別對使用VR技術影響較?。荒小⑴畬W習者在真實感上不存在顯著差異，其差異幅度Cohen’s d值為：0.354，說明性別對學習者感知VR情境中和物理環境的一致性影響較小，如表4。

表4 差異性分析結果

本研究使用方差檢驗，對學習者經驗進行差異分析。結果顯示：臨場感、參與感和真實感的P值分別為：0.702、0.514、0.591（p 值均 ＞0.05），水平上不呈現顯著性，不能拒絕原假設。因此，數據滿足方差齊性。結合差異性分析和效應量化分析結果：學習者的經驗不同在虛擬現實的臨場感、參與感與真實性上存在顯著差異?；谂R場感、參與感和真實性Eta方（η2值）分別為：0.117、0.211和0.181，說明三維度數據的差異有11.7%、21.1%和18.1%是來源于不同組別間的差異，說明學習者不同體驗次數會在參與感和真實性存在較大程度差異，在臨場感上存在中等差異；學習者的目的不同在虛擬現實的臨場感、參與感與真實性上存在顯著差異?；谂R場感、參與感和真實性Eta方（η2值）分別為：0.284、0.258和 0.196，說明數據的差異有28.4%、25.8%和19.6%是來源于不同組別間的差異，所以不同學習目的在臨場感、參與感和真實性上均存在較大差異。

（三）相關性分析

本研究使用學習者性別、經驗、學習目的在沉浸感各維度上的相關性進行檢驗，結果如表5所示：學習者的性別、經驗、學習目的在臨場感、參與感和真實性三個維度上顯著正相關，其中經驗與參與感（p=0.001）和真實性（p=0.003）的相關性較為顯著，說明學習者使用VR的經歷和次數與學習者進行交互時的參與感和真實性存在顯著正相關，在虛擬情境中的參與感、主體性和場景的逼真程度影響到學習者學習體驗的積極性；學習者學習目的與臨場感（p=0.007）、參與感（p=0.021）、真實性（p=0.009）存在正相關，說明學習者在虛擬情境中的交互體驗能夠刺激學習者感知信息，積極融入學習任務和主題中，激發學習者的投入度和積極性。

表5 相關性分析結果

四、VR沉浸式教學的基本類型及應用策略

在沉浸式教學中，不同交互類型在應用取向與邏輯演進中融入教學分為學科本位與知識應用、學科思維與融合運用兩種方式，結合沉浸感程度呈現四種類型：1.獨立式學科本位型，即促使學習者獲取以學科知識為主，以培養單一學科知識為主要目標，通過在虛擬情境達到習得經驗、提升投入和增強情境的目的［5］；2.分布式學科本位型，即聯結各個虛擬現實系統，以獲取多元學科資源為目標，促使學習者打破囿于時空界限，實現無邊界的泛在學習場域；3.獨立式項目融合型，即以項目式為導向，通過任務進階培養發現與解決問題的能力，通過操作體驗、知識應用達到自主探究的學習［6］；4.分布式項目融合型，即將培養多學科知識與復雜問題解決能力為目標，促進學習者在學習過程中去學科化，注重掌握知識，形成創造性的復雜學科思維。

五、結語

基于虛擬現實的沉浸式教學提升沉浸感的途徑體現在以下幾個方面：1.構建高質感、高擬真和多通道的虛擬情境是提高學習持久性的重要手段［7］，虛擬情境可以有效幫助學習者獲得真實體驗及相應經驗；2.通過建構自主探究、合作探索和意義整合的學習項目和主題，使學習者明確學習目的，提升“共情”感深化認知，觸發學習遷移；3.通過具身體驗對情境提出評估反饋，能讓學習者產生較高的心理認同、集體認同和規則認同［5］。同時，關注VR沉浸感教學中學習者生理維度上的主體適應性，強調以學生為中心的過程體驗，以培養學生學習能力、創新能力與核心素養。