心理意象視域下元宇宙教學賦能高校學生的學習效果研究

摘要：數字化轉型背景下，元宇宙的應用促使教育方式發生了深刻變革。然而，元宇宙教學中仍存在一些共識性問題尚未得到解決，如學生的學習持久性不強、專注度不足、學習效率低下等。對此，文章將元宇宙教學的沉浸性、交互性、構想性作為刺激變量，將表象能力作為調節變量、心理意象作為中介變量、學習效果作為反應變量，構建了元宇宙教學賦能學習效果的假設模型。在此基礎上，文章構建了假設模型的結構方程模型，并進行了中介效應檢驗和調節作用檢驗，研究結果顯示：元宇宙教學的沉浸性、交互性、構想性均正向影響高校學生的學習效果，心理意象在元宇宙教學影響高校學生學習效果的過程中起中介作用，表象能力在元宇宙教學影響心理意象和高校學生學習效果的過程中發揮調節作用。據此，文章提出高校應將心理意象融入數字素養、開發數字化元宇宙教學平臺、培養學生的表象能力等啟示。文章的研究有助于高校有針對性地提升元宇宙教學中學生的學習效果，并推動元宇宙技術與元宇宙教學的深度融合。

關鍵詞：元宇宙；沉浸性；交互性；構想性；心理意象；表象能力；學習效果

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2024）03—0052—11 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2024.03.005

引言

以元宇宙教學賦能現代教育體系，可為教育數字化轉型升級提供新的思路。盡管虛擬現實技術可在一定程度上實現對多感官的仿真與模擬，但以此技術為代表的元宇宙在改進學生學習行為和效果的內部機理方面鮮有研究，尤其是元宇宙教學中學生的學習心理機制缺乏深入探究。個體認知過程中的心理意象在任何涉及虛擬沉浸的環境學習中都發揮著重要作用，這是因為幾乎任何可能從感官模擬中獲得的行為或認知過程都傾向于利用學生的心理意象[1]。因而，心理意象視域下元宇宙教學如何賦能高校學生的學習效果這一主題亟待深入研究。

心理意象是指對當前不存在的物體或事件的一種知識和心理表征，是以形象的方式儲存在頭腦中的信息，這些信息代表了個體的各種經驗和記憶[2]。簡言之，心理意象是在物體不存在的情況下對物體的心理感知。在教育領域，體育生、舞蹈生、音樂生、醫學生等在準備運動、表演或實驗時常常使用心理意象[3][4][5][6]，但心理意象在基于現代教育技術的教學中尚未得到廣泛關注。而在元宇宙學習情境下，高校學生仍然存在學習持久性不強、專注度不夠、學習效率低下等問題[7]。另外，現有的教育學領域相關研究鮮少從元宇宙教學的技術特征出發[8]，深入探究心理意象在元宇宙教學中如何賦能高校學生學習效果的作用機制。對此，本研究嘗試構建元宇宙教學賦能學習效果的理論模型，從心理意象視域下探究元宇宙教學對高校學生學習效果的影響機制和表象能力的調節作用，以期為元宇宙教學設計的優化提供科學依據和理論指導。

一 研究假設的提出

1 元宇宙教學的“3I”技術優勢賦能學習效果

元宇宙教學具有“3I”技術特征，即沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）和構想性（Imagination）。這為激發高校學生的學習興趣、提高其學習效果提供了有效的技術支撐，主要表現為：①元宇宙教學中視覺畫面的視角、分辨率、聲音、觸感等因素引發的沉浸感和情感體驗，會對高校學生的學習效果產生重要影響[9]。虛擬現實技術構建的元宇宙3D模型和360°視頻物理訪問的環境能更好地促進高校學生開展沉浸式學習[10]，從而使其更有效地掌握學科知識[11]。②可交互的三維立體動態場景和行為動作仿真是元宇宙教學的主渠道，有助于顯著提升學生的學習效果[12]。研究表明，元宇宙教學提供的交互式環境不僅為高校學生提供了更多的一對一互動機會，還促進了更多的師生互動[13]，顯著提升了高校學生在學習中的自我效能感[14]。③元宇宙教學具有3D圖畫的高質量性、多感官模擬的可行性、與虛擬環境的交互性、虛擬代理物或虛擬化身的逼真性等特點，有助于高校學生想象課堂或實驗的真實存在性[15]。技術開發人員還可以根據不同課程特點設計不同的虛擬環境，激發高校學生的想象力[16]。由此可見，元宇宙教學的“3I”技術在課堂或實驗內容的建構方面具有不同于傳統教學的獨特優勢。通過上述分析，本研究推測高校學生在元宇宙教學中所體驗的沉浸性、交互性和構想性對其學習效果存在正向影響，由此提出如下假設：元宇宙教學正向影響高校學生的學習效果（H1），元宇宙教學的沉浸性正向影響高校學生的學習效果（H1a），元宇宙教學的交互性正向影響高校學生的學習效果（H1b），元宇宙教學的構想性正向影響高校學生的學習效果（H1c）。

2 心理意象的中介心理機制

元宇宙教學的“3I”技術特征可以豐富知識的表征形態，營造學習臨場感[17]，有效促進心理意象的形成，主要表現為：①沉浸性能夠促進心理意象的建構。元宇宙環境提供高滲入的沉浸式虛擬體驗，能更有效提高高校學生的情感參與度，誘發其心理模擬過程，從而喚起其更高水平的多感官心理意象。個體心理意象被元宇宙的沉浸性喚起后，能有效用于解決閱讀障礙、計算障礙和其他學習障礙等問題[18]。②交互性能夠促進心理意象的優構。在元宇宙環境下，靈活的動畫、動態的演示格式和音頻運動交互會產生更強烈的心理意象[19][20]，從而影響高校學生對學習的態度及其行為[21]。人機互動和人人互動同樣能夠達到增強心理意象的效果[22]，因為互動能促使高校學生更深入地思考、參與和投入，推動其創造性思維和學習能力的發展，最終體驗到由積極學習態度和行為意圖構成的心理意象[23]。學生之間建立社交聯系，分享心理意象和創造，也可以推動心理意象的進一步發展和豐富[24]。③構想性能夠促進心理意象的重構。在教學領域，元宇宙教學的構想性誘導更高的心理意象細化（即個人在處理信息時想象創造的心理意象數量）[25]，讓高校學生塑造自己的虛擬體驗，想象場景的真實存在，影響不同類型的視覺認知任務，進而轉化為持久、積極的學習效果。因此，與圖片、視頻等媒介相比，元宇宙教學“3I”技術能呈現的感官信息數量更多、質量更高，喚起心理意象的能力也更強。

高校學生通過元宇宙教學的“3I”技術特征促進心理意象的形成，進而通過心理意象喚醒以往的知識和學習體驗[26]，進一步幫助高校學生理解虛擬環境中的知識線索，從而提升認知加工學習效率[27]。心理意象通過想象、構建和操縱心理圖像賦能學習效果，在解決元宇宙環境中的視覺障礙、提升學習者的記憶效率和認知加工效果等方面發揮重要作用。研究表明，學習者可以通過心理意象彌補元宇宙環境中的視覺缺陷，優化視覺體驗并順利完成課堂任務[28]。相較于缺乏想象力者，產生心理意象的學習者表現出更高的英語單詞記憶效率[29]。此外，元宇宙教學的沉浸性、交互性和構想性從各方面喚起心理意象后，高校學生可以借助心理意象將先前所學知識融會貫通并進一步激發其創造力，構思以前未曾體驗過的學習過程或未來可能發生的學習情境[30]。據此，本研究提出如下假設：心理意象在元宇宙教學影響高校學生學習效果的過程中起中介作用（H2），心理意象在元宇宙教學沉浸性影響高校學生學習效果的過程中起中介作用（H2a），心理意象在元宇宙教學交互性影響高校學生學習效果的過程中起中介作用（H2b），心理意象在元宇宙教學構想性影響高校學生學習效果的過程中起中介作用（H2c）。

3 表象能力的調節作用

表象能力（Imagery Capacity）是指個體創造生動可控的心理意象和形成心理意象后能保持足夠時間以影響其復述期望意象的能力[31]，通常根據感官和情感品質進行評估。學習者的自我愿景構建和學習動機發展有賴于表象能力的提高[32]，且學習主動性和學習交流意愿也與表象能力有關。表象能力越高，視覺工作記憶的精度就越高、容量也越大[33]，生成的心理意象也會更加生動、清晰，與實際更加貼近；反之，生成的心理意象只有大體輪廓，與真實情況相差較大。在元宇宙教學環境中，具有較高表象能力的高校學生，更容易感知學習內容并創造生動的心理意象[34]，這有助于彌補虛擬環境中學習材料和多感官線索的不足，促進高校學生對虛擬環境中知識信息的心理加工[35]，從而提升他們的學習效果；相反，表象能力低的高校學生對虛擬環境中抽象的學習對象和知識進行心理表征相對艱難[36]，對學習內容的認知與理解更加困難，因而學習效果相對較差。可見，高校學生表象能力的高低會影響其在元宇宙環境中的心理意象和學習效果。據此，本研究提出如下假設：表象能力在元宇宙教學影響心理意象的過程中發揮調節作用（H3），表象能力在元宇宙教學影響高校學生學習效果的過程中發揮調節作用（H4）。

綜合所述假設，本研究將元宇宙教學的沉浸性、交互性、構想性作為刺激變量，將表象能力作為調節變量、心理意象作為中介變量、學習效果作為反應變量，構建了元宇宙教學賦能學習效果的假設模型（下文簡稱“假設模型”），如圖1所示。

二 數據來源與數據分析

1 研究對象與問卷設計

（1）研究對象

本研究采用問卷調查方法，以江西省四所高校的350名大二、大三學生為調查樣本，于2023年5～6月開展了線上與線下相結合的問卷調查。參與此次調查的學生均在江西省虛擬仿真實驗教學項目共享平臺選修了“基于虛擬現實的創傷救護實踐”“鐵路軌道動力學測試虛擬仿真實驗”“海昏侯國漢代漆器修復虛擬仿真實驗”“‘長征源’革命歷史虛擬仿真實踐教學”四門課程中的其中一門。

（2）問卷設計

本問卷首先基于元宇宙教學的“3I”技術特征和心理表象因素，確定了37個問卷題項，以對假設模型中沉浸性、交互性、構想性、心理意象、表象能力、學習效果6個變量進行測量。之后，本研究對6個變量進行了信效度檢驗，經計算得出各變量的信度系數均高于0.8，表明可靠性較高。各變量組合信度系數CR分別為0.940、0.843、0.941、0.943、0.905、0.875，均高于0.8。各變量AVE值的平方根均大于0.5，且各變量AVE值的平方根均大于該變量與其他變量的相關系數值，符合區分效度的要求。綜上可知，問卷具有良好的信效度。

選修學生的課程學習全部結束后，研究人員向350名高校學生發放調查問卷，得到有效問卷324份，有效回收率為91.4%。之后，本研究采用李克特七點量表對問卷各題項進行統計，用1～7分表示高校學生對各觀測變量的態度水平。

2 各變量的描述性統計和相關分析

（1）各變量的描述性統計

描述性統計結果顯示，被調查學生的年齡范圍為18～21歲（M=19.7，SD=0.91），其中男生169名（占52.2%），女生155名（占47.8%）。李克特七點量表統計數據顯示，沉浸性、交互性、構想性的均值分別為4.81、4.72、4.77，而心理意象、表象能力、學習效果的均值分別為4.80、4.70、4.74，以上變量均值均大于4，體現了被調查學生積極的評價態度。

（2）相關分析

本研究對6個變量進行了相關分析，其相關系數矩陣如表1所示，可以看出：各變量之間的相關系數值均為顯著，相關程度較高，說明各變量之間存在較強的關聯，可用于進一步分析。

3 多重共線性檢驗

由表1可知，所有變量之間的相關系數值不超過0.8，故本研究初步判斷各變量之間不存在多重共線性。進一步將自變量“沉浸性、交互性、構想性、心理意象、表象能力”的均值與因變量“學習效果”的均值納入共線性診斷分析，結果顯示變量之間的方差膨脹因子VIF值分別為7.542、5.203、3.262、5.063、8.343，均低于10，故可以確定各變量之間不存在多重共線性。

三 實證分析

1 結構方程模型

相關分析不能明確變量之間的因果關系，因此本研究采用AMOS 22.0構建假設模型的結構方程模型。對結構方程模型的擬合度進行驗證性因子分析，得到擬合度指標檢驗結果，如表2所示。可以看出，CMIN/df=2.186＜3，CFI=0.93＞0.9，RESMA=0.06＜0.08，說明結構方程模型中各檢驗指標均在標準范圍內，表明結構方程模型的擬合度較好。

將整體的結構方程模型命名為M1，經計算得到結構方程模型中各要素之間的標準化路徑系數，以此為基礎本研究繪制了M1標準化路徑關系圖，得到M1各變量標準化路徑系數估計值，分別如圖2、表3所示。元宇宙教學的“3I”技術特征對學習效果的標準化路徑系數分別為0.52、0.15、0.11，說明元宇宙教學的沉浸性、交互性、構想性對高校學生的學習效果有顯著正向影響，假設H1a、H1b、H1c成立。

2 中介效應檢驗

（1）不含中介變量的結構方程模型的中介效應檢驗

根據Baron等[37]提出的中介效應檢驗，本研究第一步先檢驗不含中介變量的結構方程模型中各路徑系數是否顯著，第二步是在第一步路徑系數顯著的情況下進行含中介變量的結構方程模型的中介效應檢驗，第三步則對比含中介變量與不含中介變量的結構方程模型的標準化路徑系數。本研究將不含中介變量的結構方程模型命名為M2，經計算，得到M2的擬合度指標CMIN/DF=2.883＜5，CFI=0.915＞0.9，RMSEA=0.075＜0.08，說明M2的擬合度較好，可以與樣本數據適配。M2不含中介變量的標準化路徑系數估計值如表4所示，可以看出各路徑系數p＜0.001，均為顯著，說明可以繼續進行中介效應檢驗。

（2）含中介變量的結構方程模型的中介效應檢驗

本研究將含中介變量（即心理意象）的結構方程模型命名為M3，經計算，得到M3的擬合度指標CMIN/DF=1.113＜5，CFI=0.994＞0.9，RMSEA=0.018＜0.08，說明M3的擬合度較好。M3含中介變量的標準化路徑系數估計值如表5所示，可以看出各路徑系數p＜0.001，均為顯著，說明可以將含中介變量與不含中介變量的結構方程模型的標準化路徑系數進行對比。

對比含中介變量的結構方程模型M3與不含中介變量的結構方程模型M2，本研究發現M3的擬合指標比M2有所提高，且標準化路徑系數在加入中介變量后有所降低，說明心理意象在元宇宙教學影響學生學習效果的過程中起中介作用，假設H2a、H2b、H2c成立。

3 調節作用檢驗

本研究以元宇宙教學為自變量、心理意象為因變量、表象能力為調節變量放入SPSS插件Process程序中，使用Model 4檢驗調節效應，結果如表6所示。可以看出，M2交互項的p值=0.031＜0.05，說明表象能力在元宇宙教學影響心理意象的過程中發揮調節作用，假設H3成立。

由圖2可知，心理意象→學習效果的標準化路徑系數為0.3，說明心理意象對學習效果有顯著正向影響。基于此結論，本研究采用簡單斜率分析表象能力在元宇宙教學與心理意象之間的調節效應，結果如圖3所示，可以看出：高表象能力的高校學生能顯著提升心理意象，而增強后的心理意象又正向促進學習效果。進一步，本研究將學習效果作為因變量，發現M2交互性的p值=0.000＜0.05，說明表象能力在元宇宙教學影響高校學生學習效果的過程中發揮調節作用，假設H4成立。

四 研究結論與啟示

1 研究結論

心理意象視域下，從元宇宙教學的“3I”技術特征出發，本研究通過文獻研究、問卷調查等方法研究了高校學生學習效果的影響機制，所得研究結論主要如下：元宇宙教學的沉浸性、交互性、構想性特征均正向影響高校學生的學習效果；心理意象在元宇宙教學影響高校學生學習效果的過程中起中介作用；表象能力在元宇宙教學影響心理意象和高校學生學習效果的過程中發揮調節作用。

2 研究啟示

本研究發現，元宇宙教學的技術優勢可以賦能高校學生的學習效果，心理意象是這一賦能過程的中介心理機制，而表象能力在這一過程中發揮調節作用。據此，本研究從高校的視角，為元宇宙教學的應用提出以下啟示：

（1）落實教育數字化戰略，將心理意象融入數字素養

隨著教育數字化轉型的持續推進，教育改革的復雜性不斷加強[38]。要從根本上落實教育數字化，實現數字化賦能教育高質量發展，高校應采取更多措施提升學生的心理意象，應在當下培養學生數字素養的框架下加入心理意象的諸要素，具體可從以下方面展開：①促進數字資源教學過程中心理意象的建構。創建多元化的元宇宙教學情境，允許學生自主選擇虛擬場景，以符合學生興趣的方式呈現知識，從而提高學生對學習材料的深刻理解、進行個性化學習。同時，加強利用視覺、聽覺、觸覺等多方面來模擬現實體驗的功能，如增加字幕、示意箭頭和語音提示等來幫助學生形成心理意象。②推進虛擬互動過程中心理意象的優構。將元宇宙與不同學科內容精準匹配，如在人機交互過程中，對于抽象、宏觀和邏輯性較強的知識，情境內容宜簡潔精煉，讓知識立體化，避免分散學生注意力[39]；而對于豐富、有趣的知識，可以營造更強的視覺效果，活躍課堂的互動氛圍，提高學生的參與興趣。③加強元宇宙人機互動過程中心理意象的重構。高校應設計更具專業性和真實性的教學系統，將抽象的、傳統的圖像等轉換為3D虛擬環境的形式，以進一步促使學生產生聯想，強化對學生構想性思維的訓練。同時，通過精心控制和優化知識的表達方式，如模擬實際應用場景、運用動態圖像等，來提升學生的構想能力；鼓勵學生以現實為導向豐富經驗和知識、以感知為基礎拓展想象空間，來獲得強烈的意象體驗。

（2）開發數字化元宇宙教學平臺，調節認知負荷與感官負擔

高校應開發“看得見、聽得到、摸得著、聞得出”的數字化元宇宙教學平臺，以更有利于高校學生心理意象的建構，具體可以根據元宇宙教學的“3I”技術特征來設計：①提升平臺的沉浸感，打造沉浸性元宇宙教學環境，使高校學生能更專注地投入到學習活動之中。同時，優化元宇宙教學設備，控制元宇宙教學可能會帶給學生的認知負荷，以降低學生的多感官負擔。②加強平臺的交互性，營造元宇宙教學環境的高交互性情景，以傳遞更多教學信息。同時，設計豐富、有用的學習內容交互，根據教學內容的差異和學生類型的不同，嵌入相關重點互動問題，并針對學生的回答情況提供即時反饋。③拓展平臺的構想性，設計生動活潑的教學課堂，將學生在腦海構建的場景呈現出來，基于虛擬教學的真實性激發學生的想象力，使學生的學習變得專注、輕松。同時，提升教學平臺的技術水平，建立一個更具沉浸性、交互性和構想性的元宇宙教學平臺，喚起高校學生的心理意象，助其獲得更佳的學習效果。

（3）夯實元宇宙教學活動，培養學生的表象能力

在元宇宙教學情境中，學生作為學習的主體，其表象能力高低在很大程度上決定著他們的學習效果。這是因為，學生的表象能力有助于其深化對新概念的認知，并萌發元宇宙環境支持的新的心理聯想。為此，學生需積極、主動地提升表象能力，持續激發自身的想象力和創造力，并在學習環節中切身感知學習內容；教師則要將表象能力訓練納入日常教學，加強對學生的表象能力訓練。例如，教師可以在教學過程中積極引導學生回顧先前積累的知識和經驗，并借助實際訓練來提升學生的表象能力；同時要采取多樣化教學策略，確保學生在后續的虛擬環境學習體驗中能夠保持對信息的認知加工動力，避免因信息中斷而影響學生的心理加工。總之，挖掘、培養學生的表象能力是破解元宇宙教學存在的感官缺失障礙和困境的有效路徑之一。

本研究的創新之處體現在不僅推進了元宇宙教學的內在心理機制研究，而且拓展了元宇宙教學影響高校學生心理意象和學習效果的調節機制研究，并進一步豐富了表象能力理論研究，有助于高校理解元宇宙教學中的心理意象如何影響并內化高校學生的學習效果、如何對高校學生的學習效果發揮能動作用等問題，從而有針對性地提升元宇宙教學中高校學生的學習效果。但是，研究元宇宙教學中高校學生的學習效果影響機制需要綜合考慮教學系統的質量、學習環境的支持、學生個體的差異等多種因素。而學校教學系統設計的難度、教師對元宇宙教學方式的適應程度、高校學生長期沉浸于元宇宙學習環境中可能存在的認知負荷或生理不適感，都是開展元宇宙教學面臨的重要挑戰。另外，高校如何通過有效協調形成一個有機循環、相互促進的教學系統，從而使學生在更舒適的環境下進行個性化學習，是高校元宇宙教學面臨的另一大難題。基于此，后續研究可從學生個體焦慮程度、學習風格等不同視角豐富元宇宙環境下高校學生的學習效果研究，以更全面地了解其內在作用機制，并更深入地探討元宇宙教學中的諸多核心問題。

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Research on the Learning Effects of Metaverse Teaching Empowering

University Students from the Perspective of Psychological Imagery

LENG Xiong-Hui1""" DU Ping1""" LIU Yu1""" HUA Zi-Xun2

（1. School of Economics and Management， East China Jiaotong University， Nanchang， Jiangxi， China 330013;

2. School of Teacher Education， Guangdong Second Normal University， Guangzhou， Guangdong， China 510303）

Abstract： Under the background of digital transformation， the application of metaverse has promoted a profound change in the way of education. However， there are still some consensus problems in the metaverse teaching， such as not strong learning persistence， not enough concentration， and low learning efficiency. Therefore， this paper took the immersion， interaction and conceptuality of metaverse teaching as the stimulus variables， the imagery ability as the moderating variable， the psychological imagery as the mediating variable， the learning effect as the reaction variable， and built a hypothesis model of the learning effect empowered by metaverse teaching. On this basis， the structural equation model of the hypothesis model was constructed， and the mediating effect test and the regulating effect test were carried out. The results showed that the immersion， interaction and conceptuality of the metaverse teaching had positive effects on university students’ learning effects. Psychological imagery played a mediating role in the process of metaverse teaching affecting university students’ learning effect. The imagery ability played a moderating role in the process of metaverse teaching affecting psychological imagery and university students’ learning effects. Accordingly， the inspirations were proposed in this paper that universities should integrate psychological imagery into digital literacy， develop digital metaverse teaching platform， and cultivate students’ imagery ability. The research of this paper was helpful for universities to improve students’ learning effects in metaverse teaching and promote the deep integration of metaverse technology and metaverse teaching.

Keywords： metaverse; immersion; interaction; conceptuality; psychological imagery; imagery ability; learning effect

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*基金項目：本文受江西省教育科學規劃研究重點項目“虛擬仿真教學效果的驅動機制實證研究：臨場感理論視角”（項目編號：20ZD028）、國家自然科學基金項目“基于感官賦能技術的產品觸覺呈現模式和補償機制研究”（項目編號：72362017）資助。

作者簡介：冷雄輝，教授，博士，研究方向為工商管理、消費者行為，郵箱為70590987@qq.com。

收稿日期：2023年9月26日

編輯：小米