增強現實何以賦能學習？*——具身學習視角下的實證研究

馮小燕 索笑塵 李兆峰 鄭茜茹 胡 萍

增強現實何以賦能學習？*——具身學習視角下的實證研究

馮小燕1,2索笑塵1李兆峰1鄭茜茹1胡 萍1

（1．河南科技學院 信息工程學院，河南新鄉 453000；2．河南大學 教育學部，河南開封 475004）

具身學習強調身體、心智與環境的交互融合，增強現實為其提供了環境支持，但增強現實賦能具身學習的作用機制和具體能效尚不明確，導致難以從具身學習角度綜合解釋增強現實何以賦能學習。基于此，文章首先提出增強現實賦能學習的實現路徑。然后，文章采用實證研究的方法開展增強現實學習與視頻學習、PPT學習的對照實驗，測量并分析生理、心理、學習效果等多種模態數據，結果發現：增強現實學習的生理接受度良好；學習中過程中的多模態感知可以改善學習者的情緒與沉浸感，但增強現實學習環境的要素多樣性會增加認知負荷，在一定程度上降低學習效果。最后，文章從合理安排身體活動、積極調動多元感知模態、科學設計學習資源畫面等方面提出改進建議，以期為增強現實環境下具身學習活動的優化設計提供借鑒。

增強現實；具身學習；多模態；實證研究

引言

技術賦能學習強調以人為主體，使學習者在技術支持下完成學習活動，進而促進其思維與多元能力的發展[1][2]。其中，增強現實技術為賦能學習提供了支持，該技術所營造的虛實融合情境，可增強學習者的心流、情緒等體驗，使學習者主動學習與建構知識[3]。在增強現實環境下，學習者以自身為核心通過身體活動與知識進行互動[4]，獲取動覺經驗，可生成知識概念，這一特征恰好符合具身學習的身心融合特征，從而使增強現實技術為具身學習開辟賦能條件[5]。

學習者在增強現實環境下的具身學習中獲得的體驗是身心一致的，此過程不僅影響學習者產生心流和情緒等主觀心理體驗，同時也影響其生理體驗與學習效果。但在增強現實賦能具身學習的過程中，學習者的心理狀態、生理狀態、學習效果的變化情況及其作用機制尚不明確，導致無法從身心融合角度綜合解釋增強現實何以賦能學習。基于此，本研究將通過實證研究的方法探究增強現實賦能具身學習的實現路徑及其作用機制，從而為增強現實環境下的具身學習活動提供科學理論支撐和實踐參考。

一 相關研究

1 增強現實學習環境的具身特征

增強現實環境下的學習活動具有趣味性、沉浸性等特征。國內外研究者從不同維度進行了探索：對于學習興趣，基于增強現實的學習材料在增強學習者記憶能力的同時也激發了學習者的積極態度，進而提高其學習興趣[6]；對于沉浸感，增強現實支持的學習更易使學習者產生沉浸感，且憑借增強現實實現的沉浸式教學也取得了良好效果[7]；對于認知能力，空間感知能力低的學習者易從交互增強現實環境中獲益，且提高其認知能力[8]；對于學習效果，基于增強現實的外語聽力、口語教學可促使學習者對學習主題產生較好的理解[9]。綜上可見，已有研究主要關注增強現實學習對學習者心理體驗和學習效果的影響，但忽略了該環境對學習者具身體驗的影響。

增強現實環境中的學習活動鼓勵身體參與，存在鮮明的具身特征，這促使增強現實為具身學習提供了環境支持[10]。在該環境中，學習者產生的臨體空間效應會促使其身體發生動作活動參與認知過程，達到“身心統一”的具身狀態[11]，進而發生具身認知，參與具身學習。同時，增強現實將虛擬與現實融合，對學習者有吸引作用，其感知到的知識概念更為直觀具體，易引發學習者通過身體動作參與具身學習[12]。此外，具身認知的中心原則也表明“心智是身體的心智，認知是身體的認知”[13]，學習者在增強現實環境下具身學習時通過身體活動產生的運動感知可為知識的理解與內化提供線索遷移，從而使其在增強現實學習活動中進一步產生具身認知，進而參與具身學習。由此可見，增強現實環境下的學習活動符合具身學習特征。

2 增強現實學習環境的多模態特征

學習者作為多模態學習的總和，隨時都在與環境進行多模態感官交互，不同模態可選擇性地激活人腦內側顳葉神經元，完成人腦對外界信息的構建[14]。增強現實環境中的學習活動是大腦嵌入身體、身體嵌入環境的具身學習[15]，在該環境中進行的具身學習存在多模態感知特征。增強現實環境分別通過視覺、聽覺、動覺等模態給予學習者感官刺激，其中的實物、虛擬模型以及圖文要素經視覺模態轉化為視覺經驗；聲音要素經過聽覺模態轉化為聽覺經驗；學習者通過動作行為與該環境中的實物、虛擬模型進行交互操作，進而使知識經動覺模態轉化為動覺經驗。而交互操作又促使學習者在增強現實環境中經感官模態獲得的感知經驗不斷更新，學習者根據自身基調確定動作行為，并與增強現實環境中的實物、虛擬模型進行交互操作。隨著交互操作的進行，增強現實環境中的畫面與聲音等元素動態改變，在動覺感官的帶動下，學習者的視覺、聽覺感官感知的經驗隨之更新，從而動態獲得增強現實環境中的多模態感知經驗。

增強現實的多模態環境以多重感知和超自然的交互方式為學習者身心帶來豐富體驗，促使其多重效應器官發生反應[16]。增強現實環境下的具身學習包含心智參與的主觀認知和動作行為參與的身體認知，僅從主觀心理角度測量情緒狀態、學習效果等特征，無法詮釋增強現實支持的具身學習作用，因此從多模態角度獲取心理與生理狀態數據尤為重要。

二 增強現實賦能具身學習的實現路徑

由于Mayer[17]的多媒體學習認知理論明確了多媒體學習認知加工的過程，結合增強現實學習環境的具身特征與多模態特征，本研究提出增強現實賦能具身學習的實現路徑，如圖1所示。

圖1 增強現實賦能具身學習的實現路徑

在增強現實環境中，圖文、虛擬模型、聲音要素均基于特定實體而呈現，虛擬要素與實體要素相輔相成，虛實結合呈現知識信息，為學習者提供多模態知識信息來源。

在增強現實學習認知過程中，學習者的交互操作會影響其對知識信息的選擇、信息模型的組織構建、先前知識的整合，進而影響其認知全過程。其中，圖文要素所含的知識信息經眼睛這一視覺通道選擇后轉為視覺經驗；聲音要素經耳朵這一聽覺通道選擇后轉化為聽覺經驗；動覺交互與人體認知過程中知識信息的獲取與加工相關[18]，學習者通過肢體動作、行為運動、手勢觸碰對實物要素與虛擬模型要素進行身體交互，并經身體通道選擇后轉化為動覺經驗。肢體動作發生于腰部以上，由多個肢體部位完成，幅度適中；行為運動由多個肢體動作組成，身體易發生位移，幅度較大；手勢觸碰由手指完成，幅度較小。視覺、聽覺和動覺三種經驗與先前知識整合轉化為長時記憶，最終影響到由保持測試和遷移測試表征的學習效果，體現知識數量大小與遷移應用能力水平。

在動覺交互過程中，實物與虛擬模型會隨學習者的交互操作發生位置、形狀等方面的改變，圖文與聲音要素也會隨之變化。交互操作由學習者身體活動參與完成，進而引發其腦電反應、心率變異方面的客觀生理表征；同時，此類操作也使學習環境發生動態化、沉浸化演變，引發學習者情緒水平、認知負荷、沉浸感方面的主觀體驗表征。

基于此路徑，本研究嘗試采用實證研究的方式，將認知實驗和生理實驗有機結合，探究增強現實賦能具身學習的作用機制，并與視頻、PPT等傳統數字化學習方式進行對照實驗，以期為增強現實學習環境的優化設計和科學應用提供參考。

三 研究設計

本研究采用單因素完全隨機實驗，將增強現實學習、視頻學習和PPT學習方式作為自變量，借助腦電記錄技術、生理手環采集技術、認知報告測試，對增強現實環境下學習者的腦電反應和心率變異情況、情緒水平、認知負荷、沉浸感和學習效果進行分析。具體的研究問題包括：①增強現實賦能學習過程中，學習者的生理、心理狀態會產生哪些變化？②這些變化產生的機制是什么？③增強現實環境下的具身學習對學習效果有何影響？

1 研究對象

本研究選取河南省K大學104名教育技術學專業的一、二年級本科生作為被試對象，剔除前測成績過高、實驗前情緒不穩定以及腦波或手環采樣不完整的數據，得到有效被試共89名，其中男性23名、女性66名，平均年齡為18.3歲。被試隨機分為3組，每組男女比例大致相當，其中增強現實學習方式組30人、視頻學習方式組30人、PPT學習方式組29人。

2 研究材料

研究材料的知識量相同且使用同一設備呈現，材料特征如表1所示。

表1 研究材料特征

本研究選取的增強現實學習材料為某增強現實學習軟件中“地球結構”內容模塊，包括地球的層次結構、位置分布與狀態特征等知識，如圖2（a）所示。

圖2 增強現實學習材料效果

已有研究表明，符合多媒體學習原則的增強現實學習材料可以有效改進學習效果[19]，本研究所選用的增強現實學習材料符合多媒體學習原則中的“空間鄰近”和“時間鄰近”等原則。被試將配套地球儀作為增強現實識別物，成功識別后，地球結構模型會附著地球儀呈現在電子屏幕上，如圖2（b）所示。同時，闡釋地球結構的虛擬文字鄰近模型出現，便于被試記憶與理解。此外，被試也可通過撥動地球儀的“肢體動作”操作或移動身體環繞地球儀的“行為運動”操作對虛擬地球結構模型進行多角度觀察，并通過放大、縮小、旋轉或點擊虛擬模型“手勢觸碰”操作觸發音頻講解，進一步通過具身學習獲得地球結構所含的知識信息。被試學習該材料時間為7分鐘。

本研究參照增強現實學習材料內容對視頻和PPT學習材料進行設計制作，內容同樣包括地球層次結構、位置分布與狀態特征等知識。視頻學習材料為時長4分鐘的微課視頻，被試觀看完畢后，可以進行3分鐘的復習鞏固。PPT學習材料共8頁幻燈片，具備靈活性與自主性[20]，但僅通過視覺通道傳遞知識。被試完成學習后，可以自由觀看幻燈片進行復習鞏固，學習時間為7分鐘。

表2 測量維度及工具

3 研究測量設備與工具

測量設備為：①CUB1-RS腦波儀一套；②電腦兩臺，一臺用于接收CUB1-RS腦波儀信號，一臺用于播放情緒調節視頻；③Empatica E4手環一套；④智能手機兩部，一部用于接收手環數據，一部用于搭載學習材料；⑤地球儀一臺，用于增強現實操作。測量維度及工具如表2所示。

（1）基本信息與知識基礎問卷

基本信息問卷包括姓名、年齡等信息。知識基礎問卷包括主觀試題與客觀試題，總分為9分。其中，主觀試題考查被試對學習材料的熟悉情況，共3題，“不知道”～“知道具體內容”分別賦值0～2分；客觀試題與學習材料中所含的知識相關，共3題，每題1分。得分高于6分為高知識基礎被試，予以剔除。經地理學科專家教師評定，認為知識基礎測試問卷的效度良好。

（2）積極-消極情緒量表

本研究使積極-消極情緒量表測量被試的前測情緒水平和后測情緒水平，積極、消極情緒量表各9題，“幾乎沒有”～“非常多”分別賦值1～9分。由于以自然環境為主題的視頻情緒調節效果最佳[24]，本研究用以海洋為主題的視頻調節被試實驗前情緒水平，調節后積極情緒量表的Cronbach’s α值為0.902，消極情緒量表的Cronbach’s α值為0.856。實驗后再次測量被試情緒水平[25]，積極情緒量表的Cronbach’s α值為0.937，消極情緒量表的Cronbach’s α值為0.800。

（3）腦電與心率變異性測量設備

為從生理測量角度反映學習者的具身體驗，本研究針對教育研究中常用的腦電專注度與心率變異性相關指標進行測量。本研究使用CUB1-RS腦波儀獲得腦電指標，此設備將EEG腦電參數轉化為專注度[26]，反映大腦認知過程，取值范圍為1～100，數值越大，專注度越高。同時，使用Empatica E4手環獲取心跳節拍間隔（Inter-Beat Interval，IBI）數據，并將此數據導入Kubios HRV分析軟件，獲得表征心率變異性（Heart Rate Variability，HRV）的RR間期標準差（Standard Deviation of Normal to Normal intervals，SDNN）指標、RR間期差值均方根（Root Mean Square of Successive Differences，RMSSD）指標和應激壓力指數（Stress Index）指標。此類指標會因外界環境的差異而變化，進而體現不同水平的應激壓力[27]。其中，SDNN指標反映自主神經系統的心率調節性，數值越大，心臟交感神經系統興奮度越高，被試精神興奮度越強；RMSSD指標體現心臟迷走神經系統喚醒度，數值越大，迷走神經功能越強，被試精神疲勞度越低[28]；Stress Index指標反映自主神經系統應激壓力[29]，數值越大，被試生理應激壓力越大[30]。

（4）認知負荷與沉浸感量表

本研究采用的認知負荷量表為九級李克特量表，其中1為最小努力或非常容易，9為最大努力或非常困難，共3題（Cronbach’s α值為0.766）。沉浸感量表為五級李克特量表，其中1為完全不同意，5為完全同意，共4題（Cronbach’s α值為0.708）。

（5）學習效果問卷

本研究采用的學習效果問卷包括保持測試與遷移測試，題量與分值均一致。保持測試為7道選擇題，共7分，檢驗知識記憶量。遷移測試為4道選擇題與3道主觀論述題，共7分，檢驗知識的理解與應用能力。經三位地理學科專家教師評定，學習效果測試問卷效度良好。

4 實驗流程

具體實驗流程為：①被試填寫基本信息與知識基礎水平問卷。②被試觀看情緒調節視頻，填寫前測情緒水平量表。③實驗人員輔助被試配戴手環、腦波儀生理測量設備。④被試使用不同的學習材料學習。⑤被試填寫后測情緒水平、認知負荷、沉浸感量表，完成學習效果問卷。

四 研究結果

為保證研究結果的有效性，本研究首先進行了方差齊性檢驗，發現各維度數據均具備方差齊性，可進行下一步的實驗數據分析。此外，本研究采用最小顯著差異檢驗方法（Least Significant Difference，LSD）對單因素方差分析結果顯著的數據進行事后檢驗（post-hoc）分析，以確定特定兩兩配對組間是否存在顯著差異。對實驗過程和實驗結果數據進行統計分析，各維度測量指標描述及差異顯著性結果如表3所示。

注：*表示＜0.05，即組間存在顯著差異，下同。

實驗前測分析發現，各組被試的知識基礎差異不顯著（M增強現實=3.27，M視頻=2.83，MPPT=2.90，F=1.207，=0.304＞0.05），表明被試的知識基礎處于同一水平；且被試的積極情緒（M增強現實=23.400，M視頻=25.270，MPPT=25.793，F=0.954，=0.389＞0.05）與消極情緒（M增強現實=11.400，MPPT=12.655，M視頻=11.867，F=0.618，=0.541＞0.05）差異不顯著，表明三組被試經過情緒調節后的情緒水平均處于穩定一致狀態。

圖3 客觀生理指標差異性分析（歸一化處理）

圖4 主觀體驗指標與學習效果差異性分析（歸一化處理）

1 客觀生理指標差異性檢驗分析

三組被試的客觀生理指標差異性分析（歸一化處理）分布結果如圖3所示。

（1）腦電反應

被試間的腦電專注度（=0.034＜0.05，η2=0.076）存在顯著差異。經LSD分析發現，PPT學習方式組的專注度顯著高于視頻學習方式組（=0.010＜0.05），表明被試在PPT學習時的專注度較高，增強現實學習方式組的專注度介于視頻學習方式與PPT學習方式之間。

（2）心率變異性

被試間的SDNN（=0.034＜0.05，η2=0.075）、RMSSD（=0.017＜0.05，η2=0.090）與Stress Index（=0.042＜0.05，η2=0.071）均存在顯著性差異。考慮到HRV指標中的SDNN與RMSSD會在壓力情境下而降低[31]，且實驗中增強現實學習方式組的SDNN與RMSSD水平均為最高，表明增強現實學習方式產生的壓力水平較低。經LSD分析發現，對于SDNN指標，增強現實學習方式組與PPT學習方式組的差異性達到了顯著水平（=0.012＜0.05），表明增強現實學習方式組被試的心臟交感神經系統興奮度明顯高于PPT學習方式組，被試在增強現實學習時的興奮度較高；對于RMSSD指標，增強現實學習方式組與PPT學習方式組的RMSSD差異性達到了極其顯著水平（=0.006＜0.01），增強現實學習方式組與視頻學習方式組的RMSSD差異性達到了顯著水平（=0.048＜0.05），表明增強現實學習方式組的迷走神經系統喚醒度較強，疲勞感較弱；對于Stress Index指標，增強現實學習方式組與PPT學習方式組的應激壓力指數差異性達到了顯著水平（=0.015＜0.05），表明被試在增強現實學習時的身體應激壓力較小。

2 主觀體驗指標與學習效果差異性檢驗

三組被試的主觀體驗指標與學習效果差異性分析（歸一化處理）分布結果如圖4所示。

（1）情緒水平、認知負荷與沉浸感

被試間的積極情緒（=0.209＞0.05）不存在顯著差異，但消極情緒（=0.042＜0.05，η2=0.071）存在顯著差異。經LSD分析發現，對于消極情緒，增強現實學習方式組與PPT學習方式組的差異達到顯著水平（=0.012＜0.05），表明PPT學習方式組產生的負面情緒明顯高于增強現實學習方式組。

被試間的認知負荷（=0.033＜0.05，η2=0.077）存在顯著差異。經LSD分析發現，PPT學習方式組與視頻學習方式組的差異性達到顯著水平（=0.011＜0.05），表明PPT學習方式組的認知負荷明顯高于視頻學習方式組。但增強現實學習方式組與PPT學習方式組及視頻學習方式組均無顯著差異，且介于兩者之間，表明增強現實學習方式在降低認知負荷方面沒有顯著優勢。

被試間的沉浸感（=0.043＜0.05，η2=0.071）存在顯著差異。經LSD分析發現，增強現實學習方式組的沉浸感顯著高于視頻學習方式組（=0.027＜0.05），且顯著高于PPT學習方式組（=0.033＜0.05），表明相對于其他兩種學習方式，增強現實學習方式可以顯著提升學習者的沉浸感。

（2）學習效果

被試間的保持測試成績（=0.013＜0.05，η2=0.096）與遷移測試成績（=0.012<0.05，η2=0.098）均存在顯著差異。經LSD分析發現，對于保持測試成績，增強現實學習方式組最高，PPT學習方式組次之，視頻學習方式組最低，且增強現實學習方式組與視頻學習方式組的差異性達到極其顯著水平（=0.004＜0.01），表明增強現實學習方式在提升被試的保持成績方面具有明顯優勢；對于遷移測試成績，增強現實學習方式組與視頻學習方式組的差異性達到顯著水平（=0.045＜0.05），增強現實學習方式組與PPT學習方式組的差異性達到極其顯著水平（=0.004＜0.01），表明相對于其他兩種學習方式，增強現實學習方式對于提升學習者的遷移成績具有明顯優勢。

3 測量指標相關性分析及解析

本研究使用ChipLot工具對各測量指標進行相關性分析，將Pearson相關性分析結果以熱圖方式展示，如圖5所示。其中，圓的顏色深淺表示相關性系數的大小，顏色越淺，數值越大，最小值為-1，最大值為1；圓的面積代表相關性系數的絕對值，面積越大，絕對值越大。

注：*表示p＜0.05，**表示p＜0.001。

本研究通過發掘個各指標間的相互作用，進一步梳理其變化產生的機制。由圖5可知，客觀生理數據中的SDNN指標與RMSSD指標呈極其顯著正相關，Stress Index指標分別與SDNN和RMSSD指標呈極其顯著負相關。這表明在增強現實賦能具身學習的過程中，學習者身體發生的自主神經調節與心臟迷走神經喚醒程度對提升學習者精神興奮感與降低疲勞感的影響具有高度一致性；且同時對生理應激壓力起到正向抑制作用，即在興奮度提升或疲勞感下降的過程中生理應激壓力隨之降低。本研究還發現，SDNN、RMSSD分別與沉浸感正相關，與認知負荷負相關，表明增強現實賦能具身學習過程的生理性狀態在一定程度上改善了學習者對任務難度與復雜度的主觀感受。此外，積極情緒與沉浸感極其顯著正相關，認知負荷和保持測試顯著負相關，遷移測試和保持測試極其顯著正相關，表明在增強現實賦能具身學習時，學習者的沉浸感有助于其產生正向積極情緒，但高水平的認知負荷則不利于改進學習效果。

五 結論與啟示

1 研究結論

（1）增強現實賦能具身學習過程的生理接受度良好

本研究從生理角度考量了增強現實賦能具身學習過程中學習者的身體狀態，發現增強現實學習方式下的學習者由于臨場感、交互感知等具身體驗，生理接受度較好，產生了較低水平的生理應激壓力。視頻學習學習方式和PPT學習方式中的學習者由于認知大部分發生于脖頸之上，缺乏足夠的動覺模態刺激，未能充分激活生理系統的調節作用，從而導致其生理應激壓力較高，精神興奮度較弱、疲勞感較強。研究發現，在進行增強現實賦能具身學習時，學習者的神經系統被激活和喚醒，這與馬曉悅[32]的研究結果一致。在此基礎上，本研究還發現激活后的神經系統可以調整學習者的精神興奮度與疲勞感，減輕生理壓力，并正向反饋于具身學習的過程，從而使學習者產生相對穩定的生理狀態服務于學習過程。可見，在增強現實學習過程中，學習者的生理狀態良好，生理應激壓力有效降低，神經系統被有效激活，從而為提升學習效果提供了生理狀態保證。

（2）增強現實環境下具身學習的多模態感知可改善情緒水平與沉浸感

在增強現實賦能具身學習的過程中，學習者的多元感知模態被充分利用，存在多元感知模態參與的學習活動更易激發學習者產生積極情緒與沉浸體驗。具有多元感知模態的增強現實學習環境更易減輕學習者的消極情緒體驗，而視頻學習方式與PPT學習方式由于學習材料的感知模態局限，無法使學習者與知識內容展開充分的交互，從而使其參與感降低，較易產生消極的情緒體驗。另外，增強現實學習方式可以使學習者產生跟隨自身步調而發生的多模態感知，促使其深度參與學習過程，沉浸感較強；PPT學習方式雖允許學習者跟隨自身步調展開學習，但知識經驗傳播通道單一，動態性弱，趣味性低，難以促使學習者進入深度沉浸學習狀態。另外，增強現實環境中的各要素會隨學習者的動作行為交互而動態演變，多元感知模態在演變中被充分使用，進而使學習者的學習過程更接近于自然狀態。因此，增強現實環境的多模態感知特點更容易改善學習者的情緒狀態，并使其產生較強的沉浸感，從而為優化學習效果提供了心理狀態保證。

（3）增強現實環境下具身學習的要素多樣性增加認知負荷，限制學習效果

增強現實環境下學習者的專注度不高，且產生了一定的認知負荷，表明增強現實的場景豐富性給學習者的注意力造成了一定程度的干擾[33]；而且增強現實學習方式的知識信息多源性在一定程度上影響學習者的認知過程，增強現實將知識概念呈現于虛實融合的環境，學習者不僅接收來自虛擬模型、聲音、圖文要素的知識信息，也接收來自現實環境與身體感知的信息，其注意力易被動態多變的多元要素分散，造成較高的認知負荷。此外，相關性分析結果顯示，認知負荷與保持測試成績呈顯著負相關，表明較高的認知負荷會降低學習者對學習任務的努力投入度，從而影響其在增強現實學習環境下的知識記憶與理解。因此，本研究認為增強現實具身學習的要素多樣性不利于降低學習者學習過程中的認知負荷，且在一定程度上限制學習效果。

2 研究啟示

（1）合理安排身體活動于增強現實學習過程

增強現實賦能具身學習過程中的身體活動雖然可有效激活心臟交感神經系統與迷走神經系統，提升精神興奮度，減輕疲勞度，對學習應激壓力產生鮮明抑制作用，但大量無序的身體活動會加重學習者負擔，不利于學習者獲取有效的知識信息。因此，增強現實賦能具身學習過程中的身體活動需要合理的目標導向與安排，通過明確目標、選擇適當的身體活動、設計具體任務計劃、提供適當的指導，幫助學習者實現特定學習目標，從而優化增強現實環境下學習者的認知過程。

（2）積極調動多元感知模態改進增強現實學習的主觀體驗

在增強現實賦能具身學習的過程中，學習者的多元感知模態有效抑制了消極情緒，加深了沉浸體驗。因此，應積極調動并擴充感知模態，促進學習者深度參與學習過程。在增強現實環境中，可依據學習者偏好調整模態設置，實現個性化學習，如通過交互操作融合多元感知通道，為學習者提供及時反饋與引導；為聽覺障礙學習者提供視覺與動覺支持，使其更好地參與學習。

（3）科學設計資源畫面降低增強現實學習的認知負荷

增強現實環境下的多元要素增加了認知負荷，并在一定程度上限制了學習效果，科學設計資源畫面是降低認知負荷、改進學習效果的關鍵。多媒體畫面語言學為此提供了思路，在增強現實資源設計的過程中可使用“空間鄰近原則”或“時間鄰近原則”使文本或音頻講解鄰近知識出現，也可使用“高亮”“箭頭”“加粗”等方式突出顯示“線索”。另外，可以使用簡潔的設計區分不同類型的知識，以有效降低增強現實具身學習環境中的認知負荷。

需要說明的是，本研究還存在一定的局限，如被試群體種類單一、數量較少，僅將增強現實應用于地理學科。未來研究可擴大被試群體的數量與類別，也可將增強現實應用于其他學科領域開展進一步的研究探索。

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How Can Augmented Reality Empower Learning?——An Empirical Study from the Perspective of Embodied Learning

FENG Xiao-yan1,2SUO Xiao-chen1LI Zhao-feng1ZHENG Qian-ru1HU Ping1

Embodied learning emphasizes the interactive integration of body, mind and environment, and augmented reality (AR) provides environmental support for embodied learning. However, the action mechanism and specific energy efficiency of AR empowering embodied learning are still unclear, whichleads to difficulties in providing a comprehensive explanation on how augmented reality empowers learning from an embodied learning perspective. Based on this, the paper firstly proposed the realization path of AR empowering embodied learning. Then, an empirical study approach was used to conduct a controlled experiment of AR learning versus video learning and PPT learning, and the multi-modal data ophysiology, psychology and learning outcomes were measured and analyzed. It was found that the physiological acceptance of AR learning was good, and the multi-modal perception during AR learning process can improved learners’ emotion and immersion sense. However, the factor diversity in AR learning environment increased cognitive load and reduced learning outcomes to some extent. Finally, the paper proposed improvement suggestions for AR learning from the aspects of the rational arrangement of physical activities, active mobilization of multiple perceptual modalities, and scientific design of learning resource interfaces, expecting to provide reference for optimizing the design of embodied learning activities within the AR environment.

augmented reality; embodied learning; multi-modal; empirical study

G40-057

A

1009—8097（2023）10—0041—12

10.3969/j.issn.1009-8097.2023.10.005

本文為國家自然科學基金“基于多模態人機交互的協作式知識生成與演化機制研究”（項目編號：62207009）、河南省高等教育教學改革研究與實踐項目“課程思政視域下立體化教材建設與應用研究”（項目編號：2021SJGLX475）、河南省學位與研究生教育研究項目“專業學位碩士研究生‘四創’能力培養模式研究與實踐”（項目編號：2021SJGLX167Y）的階段性研究成果。

馮小燕，河南科技學院副教授，河南大學博士后，研究方向為學習資源設計、多媒體畫面語言，郵箱為fxy_fxy@qq.com。

2023年4月15日

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