學生視角下物流類虛擬仿真課程的學習質量影響機制研究

梁 辰，徐 揚

（大連東軟信息學院 信息與商務管理學院，遼寧 大連 116023）

0 引言

虛擬仿真課程主要是指運用計算機搭建虛擬可視化的教學實驗環境，對虛擬實驗設備進行操控并實現虛擬仿真實驗操作的一類課程。相比傳統的實驗教學，受限于各種條件的約束，學生只能在規定的時間和地點，利用給定的實驗設備，完成固定的實驗內容，虛擬仿真創造性地解決了在實驗、實踐、實訓教學中實驗設備高投入、高損耗、高風險與實驗過程難實施、難觀摩、難再現（“三高三難”）的痛點和難點問題，也成為提高大學生動手能力的重要教學環節[1]。自2013 年起，教育部啟動全國高校虛擬仿真實驗教學資源建設。十年間，全國多所高校以提高學生實踐能力和創新精神為核心，以現代信息技術為依托，積極建設虛擬仿真實驗教學一流課程，深入推進信息技術與高等教育實驗教學的深度融合，切實提高了高等教育實驗教學質量和實踐育人水平，并在線教學工作期間中發揮出了關鍵性的支撐作用，保證了在線實驗教學穩定、有序和高質量人才培養[2]。2022 年11 月，教育部聯合工信部等四部門聯合發布《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃（2022—2026 年）》，大力推進“虛擬仿真實驗教學2.0”行動，促進我國虛擬仿真實驗室的建設與發展，深化新時代教育教學的改革，加快培養緊缺人才。

虛擬仿真教學系統利用互聯網、虛擬現實技術，構建虛擬實驗場景，通常由仿真平臺、仿真實驗室、教學課程體系構成，隨著虛擬仿真技術突飛猛進的發展和在實驗教學中的廣泛應用，極大地豐富了高等教育的教學模式，發揮著對專業類實驗教學數字化轉型的示范引領作用。如在一些開設物流專業的高校中，智能物流實訓室已完成軟硬件搭建，學生利用虛擬現實技術“沉浸式”地參與課堂實訓，模擬包裹入庫、上架、分揀等作業流程，身臨其境地體驗物流操作[3]。在充分肯定虛擬仿真教學建設成果的同時，值得關注的是，從教學功能角度，充滿科技感的虛擬仿真教學系統是否真正促進了學生的學習質量，能否讓學生在實驗課堂達到增強理論課堂的知識理解，達到提高綜合實踐能力、解決復雜物流系統問題的教學目標。現有教學研究大多關注了虛擬仿真教學平臺設計與系統應用，而針對虛擬仿真課程學習質量的系統性探索較少[4]。因此，本文基于文獻研究和學生調研，構建物流類虛擬仿真課程學習質量影響機制的研究模型，重點解決物流類虛擬仿真課程的學習質量主要受哪些因素影響以及這些因素是如何影響學習質量這一核心問題。

1 學習質量影響機制IPO 框架

1.1 輸入層Input。以學生的認知過程為主體，虛擬仿真課程的輸入要素包括主觀因素和客觀因素兩部分。從主觀角度，學習者特征對虛擬仿真課程的學習具有重要的影響作用，學習動機、學習態度、學習興趣和物流專業知識儲備等因素作為開放性復雜系統，共同顯著地影響學習效果[5-6]。從客觀角度，虛擬仿真課程主要依借助于互聯網、虛擬現實等信息技術，開展靈活多樣的教學活動，將虛擬技術與課程教學深度融合是其典型特征，教學目標、教學設計、教學資源等傳統教學元素與現代信息技術虛實融合效果作為輸入要素，共同影響著課程的學習過程。

1.2 過程層Process。建構主義教育理論認為學習是個體與社會在交互中完成主動建構過程，學習者需要經歷外部信息的獲得過程和與外部環境的互動過程[7]。學習者通過與外界信息的交互來獲得信息，然后與已有的知識體系進行融合，并在解構—建構的過程中提取新的經驗。通常，學習者通過機械記憶式被動接受、有意義的主動接受兩種方式獲得外部信息，而虛擬仿真教學營造了反映實體對象變化的三維虛擬世界，為學習者提供了可以探索的交互方式，可視為一種有意義的主動接收式學習。學習者借助虛擬仿真教學系統與不同主體進行交互，通過情境參與推動信息轉化，認知系統實現信息內化，實踐操作產生信息外化，學習才真正發生。

1.3 結果層Outcome。知識、能力、素質三者之間的關系始終是教育教學關注的焦點問題，知識是課程學習質量的基礎，能力體現知識的運用，素質則表現為知識的升華[8]。結合文獻調研結果，本文在結果層學習質量方面綜合考量學生在知識、能力、素質三各方面的達成情況，將物流專業基礎知識、專業發展能力、專業價值觀與虛擬仿真教學質量評價相融合，豐富了結果層的考察維度，以探索輸入層、過程層對其的影響機制。

2 研究設計

2.1 模型假設。本文將IPO 框架與虛擬仿真教學情境相結合，從學生視角出發，虛實融合技術、教學元素構成虛擬仿真教學系統，屬于外部因素，學習動機、學習態度、專業知識基礎等學習者特征屬于主觀因素，以此構建了基于IPO 框架的虛擬仿真教學的學習效果假設模型，如圖1 所示，并提出以下假設：

圖1 虛擬仿真課程學習質量影響機制的假設路徑圖

假設H1：物流類虛擬仿真教學系統對不同交互模式的教與學行為有顯著正向影響；

假設H2：學習者個人特征對不同交互模式的教與學行為有顯著正向影響；

假設H3：物流類虛擬仿真教學系統對學習質量有顯著正向影響；

假設H4：學習者個人特征對學習質量有顯著正向影響；

假設H5：不同交互模式的教與學行為對學習質量有顯著正向影響。

2.2 調研方法。本文對遼寧省多所高校2019—2021 級修讀過物流類仿真課程的學生發放調查問卷，樣本數據共包括645 名本科生，經數據整理有效問卷共計611 份。從虛擬仿真教學系統、學習者特征、教與學行為和學習質量四個維度對問卷中的15 個二級維度問題進行調查，采用李克特5 點量表打分法，學生結合個人學習體驗對觀測變量的陳述給出正面或負面回答，自評式問卷調查工具如表1 所示。各維度的可信度Cronbach's α 值介于0.724～0.918 之間，有效度KMO 值在0.795～0.876 之間，可以認為，調查問卷的可信度、有效度較好。

表1 虛擬仿真課程學習質量調查工具

運用SPSS 27.0 軟件和AMOS 24.0 軟件，對各變量的標準化數據進行計算。輸入層的客觀因素虛擬仿真教學系統和主觀因素個人學習特征為自變量，過程層的教與學行為是中介變量，結果層的學習效果為因變量，采用結構方程模型（Structured Equation Modeling，SEM）分析調研數據，對研究假設進行驗證，并計算直接與間接效應值。

3 研究結果

3.1 模型結果檢驗。SEM 結構模型檢驗主要通過參數檢驗和擬合度兩個方面的指標進行，其中，參數檢驗是對估計參數進行顯著性檢驗，選取臨界比率C.R.大于2 和p 值小于0.05 作為可以通過檢驗的標準，擬合度考察模型的擬合程度，考慮X2/df、GFI、RMSEA、RMR、CFI、NFI 等指標，檢驗結果如表2、表3 所示。

表2 假設模型的參數檢驗值

表3 模型的擬合效果檢驗

在前文假設的基礎上所構建的中介模型，經檢驗，各擬合指標顯示學生調研數據與模型具有較好的擬合度，但根據參數檢驗C.R.和p 值，可以發現，在假設模型中的多條路徑中，僅有虛擬仿真教學系統對學習質量的直接影響作用不顯著，不具備統計學意義，故在后續分析中不考慮該路徑。由此，可以確定虛擬仿真教學系統、學習者特征可通過對教與學的行為產生正向作用，從而對學習質量起到積極的影響，即教與學行為在分析框架中承擔著虛擬仿真教學系統、學習者特征與學習質量之間的中介變量，能解釋結果變量（學習質量）的變化。

3.2 影響機制分析。標準化的路徑回歸系數可以體現不同維度因素影像學習質量的效應值，相關數據如表4 所示，包括標準直接效應值、標準間接效應值和標準總效應值。

表4 模型的標準效應值

虛擬仿真教學系統對教與學行為產生直接的正向影響作用，標準直接效應值是0.364，比學習者特征對教與學行為的影響更大。通過教與學行為的中介作用，客觀因素虛擬仿真教學系統對學習質量產生了正向影響，標準間接效應值是0.273。

學習者特征對教與學行為、學習質量均有直接的正向影響作用，標準直接效應值是0.184、0.208，由此可知，學習者特征對學習質量的影響作用更強。此外，通過教與學行為，學習者特征對學習質量也發揮著間接影像作用，標準間接效應值是0.138。

教與學行為除了在SEM 模型中擔當中介作用外，還對學習質量具有直接的正向影響，標準直接效應是0.751，在所有直接效應值中位居首位，突出體現了教與學行為對學習質量的影響是最為強烈的。

綜上，輸入層的客觀要素虛擬仿真教學系統和主觀要素學習者特征兩個維度通過教與學行為這個中介作用，對學習質量產生正向影響作用，按標準總效應值降序排列：教與學行為>虛擬仿真教學系統>學習者特征，體現了各維度對學習質量的影響強弱程度，其中，教與學行為是物流類虛擬仿真課程學習質量的關鍵影響因素。

4 結論與討論

本文從學生視角開展實證研究，探討了物流類虛擬仿真課程學習質量的影響機制，得到了以下主要結論：

4.1 輸入層的主觀因素、客觀因素發揮著不同的重要作用。輸入層中主觀因素學習者特征和客觀因素虛擬仿真教學系統在課程學習過程中扮演著不同角色，物流類虛擬仿真教學系統是課程開展的外部環境基礎，是利用數字化教學工具開展課堂教學改革的核心內容，通過在實驗項目中的沉浸式顯示和交互式操作，創新性地改變了傳統課堂教學模式下的教與學交互行為。當虛擬仿真教學系統建設完成后，其作為客觀因素不再是影響學習質量的關鍵性要素。從學生視角來看，學校實驗中心、授課教師提供虛擬仿真軟硬件環境，教學目標、教學設計、教學資源與物流運營和管理的虛實融合效果已經確定，主觀因素學習者特征將占據影響學習質量的主導地位，決定了能否利用好現有虛擬仿真教學系統，加深了對專業知識的理解，切實提高學習質量。調研結果表明，學習動機明確、學習態度端正、學習興趣濃厚并且物流基礎知識掌握較好的學生，在虛擬仿真課程中學習更具有深度與廣度，在不同交互模式下學習更加有效，學習效果更優。

4.2 過程層的教與學行為對學習質量具有關鍵的中介作用。本文所研究的過程層關注了學生主體在物流類虛擬仿真課程學習過程中的師生交互、生生交互、生機交互、師機交互四種交互行為。相關研究表明，不同交互行為與學習效果二者之間存在正相關關系，交互有利于促進知識建構、能力提示、素質培育[9-10]，本文針對物流類虛擬仿真教學通過實證分析方法驗證了該觀點。研究發現，過程層的教與學行為不僅直接影響學習質量，還在課程教學中起到了關鍵的中介作用。物流類虛擬仿真課程學習質量的影響機制可以解釋為：虛擬仿真教學系統的好壞，學習者特征的差異，是產生學習效果的必要條件，而非充分條件，主、客觀因素均通過不同交互模式下的教與學行為進行轉化，并對學習質量產生影響。為了更好地發揮物流類虛擬仿真教學系統、學習者特征對學習質量的積極影響作用，必須與過程層的中介因素教與學行為深度融合。

4.3 根據結果層學習質量的影響機制優化教學改革實施策略。基于以上兩點結論，可以認為，物流類虛擬仿真課程學習質量這一結果層要素具備動態調節機制，在教與學實踐中，通過改善輸入層虛擬仿真教學系統建設和學習者特征，可以調整輸入層、過程層、結果直接的關聯關系，從知識、能力、素質三方面實現學習質量的提高。在輸入層，基于仿真模擬、VR、AR 等先進技術，合理設定教學目標，優化教學設計，增強教學的趣味性和學生學習主動性，將理論教學與實驗教學相互融合，完善物流類虛擬仿真教學體系，提高實驗課程的豐富性，安排遞進式、綜合性教學內容，推進物流類虛擬仿真教學的“兩性一度”改革。在過程層，達成虛擬仿真課程學習效果的關鍵在于能否促進教與學行為的深度融合，以學生為中心，以教師為主導，針對物流類虛擬仿真的特色，以全面培養學生對現代物流的認識和解決物流復雜問題的能力為首要目標，優化教學過程，不斷調整師生交互、生生交互、生機交互、師機交互方式，多樣化地完成課前知識檢測、翻轉課堂、實驗講解與操作、實驗考核等主要環節，打造虛擬仿真教學改革閉環。在結果層，重視建立和改進虛擬仿真教學系統、學習者特征與教與學行為的連接關系，在課程實施過程中，將輸入層的主、客觀因素有效融入過程層的交互行為中，持續優化物流類虛擬仿真教學系統，改善學生的學習動機、態度、興趣和物流專業知識掌握程度，營造更加和諧高效的主、客觀因素環境，為教與學行為促進學習質量提高打造堅實基礎。

本文從學生視角出發，基于IPO 框架，利用SEM 模型，考察了物流類虛擬仿真課程學習過程中輸入層（客觀要素虛擬仿真教學系統、主觀要素學習者特征）、過程層（教與學行為）影響學習質量的作用機制，探討了過程層（教與學行為）的中介作用，突出強調了即使在虛擬仿真教學環境下教與學的行為依然發揮著關鍵性作用，應給予高度重視，根據教學系統、學習者特征以及學習質量的反饋，持續優化師生交互、生生交互、生機交互、師機交互模式，充分發揮虛擬仿真課程優勢，激發教學潛能，培養創新性、復合型、應用型物流管理人才。

在教育數字化轉型背景下，未來可進一步開展基于學習數據采集的影響機制研究，依據不同年級、課程的學習進度數據，以學論教、以學定教、以學導教，更加智能化、更有針對性地實施虛擬仿真教學設計，改進課堂教學效果，提升學習質量，全面提高物流人才培養質量。