□張慕華 祁彬斌 黃志南 朱永海 李云文

一、引言

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）技術(shù)支持的沉浸式學(xué)習(xí)是智能時代的重要學(xué)習(xí)方式之一。VR的沉浸性特征能夠通過為學(xué)習(xí)者提供多空間視角、情境化體驗、促進學(xué)習(xí)遷移來提升教學(xué)效果（Dede，2009）。VR系統(tǒng)可以分為頭戴式（Head Mounted Displays，HMD）、洞穴式（Cave Automatic Virtual Environment，CAVE）以 及 桌 面 式 三 種 類 型（Makransky et al.，2018）。前兩種系統(tǒng)可以給用戶帶來高度的沉浸感，被稱為沉浸式VR（Immersive VR，IVR）系統(tǒng)。

當(dāng)前，隨著各種消費級HMD的普及，IVR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用備受關(guān)注。在國外，IVR已經(jīng)被廣泛用于工程、化學(xué)、生物等18個學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)科教學(xué)中（Radianti et al.，2020）。在國內(nèi)，IVR也開始被應(yīng)用于理工科實驗教學(xué)（鐘正等，2018；李欣等，2019；胡藝齡等，2021；劉革平等，2021）、科學(xué)概念學(xué)習(xí)（柳瑞雪等，2019）、空間認知與空間推理技能學(xué)習(xí)（沈夏林等，2020；柳瑞雪等，2021）、STEM動覺學(xué)習(xí)（華子荀，2019）、語言學(xué)習(xí)（梅明玉等，2019；葉新東等，2019）、語文教學(xué)中的情感培養(yǎng)（沈夏林等，2019）及寫作學(xué)習(xí)（楊剛等，2020；2021）等學(xué)習(xí)情境。Natale等人（2020）在對高等教育和K-12教育領(lǐng)域IVR技術(shù)應(yīng)用的18項實證研究進行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)：（1）IVR有助于學(xué)生完成對空間知識表征要求較高的任務(wù)；（2）IVR有助于學(xué)生勝任在現(xiàn)實世界中不切實際或不可能完成的體驗式學(xué)習(xí)任務(wù)；（3）IVR能夠給學(xué)生提供參與學(xué)習(xí)任務(wù)的機會，激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在動機和學(xué)習(xí)興趣；（4）IVR能夠通過情境化學(xué)習(xí)促進學(xué)生對科學(xué)知識的理解和技能的遷移。綜上可見，IVR技術(shù)在教育中的應(yīng)用在改善學(xué)生學(xué)習(xí)體驗、提升學(xué)習(xí)效果方面具有巨大潛能。然而，IVR賦能學(xué)習(xí)的內(nèi)在機理目前尚不明晰（華子荀等，2021）。

沉浸感是IVR環(huán)境引發(fā)的獨特心理體驗，也是IVR賦能學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素。已有研究表明，相比傳統(tǒng)媒體，IVR更能促進學(xué)生的遷移能力（Makransky et al.，2019a）、設(shè)計技能（Kim et al.，2020）、復(fù)雜概念理解能力（Lui et al.，2020）、科學(xué)學(xué)業(yè)成績（Liu et al.，2020）等，但是在陳述性和程序性知識的獲得方面，并沒有明顯優(yōu)勢（胡藝齡等，2021；Makransky et al.，2019a），甚至有副作用（Makransky et al.，2019b）。同時，已有研究發(fā)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)媒體，IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者報告了更多的情緒喚醒（Kim et al.，2014；Pallavicini et al.，2019；Parong et al.，2020）。根據(jù)Plass等人（2019）的研究，IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者感知到的情緒喚醒可能會引發(fā)大腦進行額外的認知加工，從而形成外部認知負荷，繼而降低學(xué)習(xí)效果。

綜上可見，IVR環(huán)境引發(fā)的沉浸感和情感體驗對IVR學(xué)習(xí)效果有重要影響。深入探索IVR學(xué)習(xí)中沉浸感、情感體驗與學(xué)習(xí)效果之間的復(fù)雜關(guān)系有望揭示IVR賦能學(xué)習(xí)的內(nèi)在機理，最終為IVR支持的教學(xué)實踐的開展提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)。

二、文獻綜述

1.沉浸感對學(xué)習(xí)效果的影響

沉浸性是VR的基本特征之一，是衡量技術(shù)及其可供性（Affordances）的一種客觀屬性（Cummings et al.，2016）。沉浸感是個體在人機交互中的心理體驗，最初被用來描述玩家在電子游戲中的心理體驗（Brown et al.，2004）。個體的沉浸感體驗具有三個基本特征：（1）忘卻了時間的存在；（2）忘卻了現(xiàn)實世界的存在；（3）因全身心投入而產(chǎn)生一種“置身”于任務(wù)環(huán)境的感覺（Haywood et al.，2006）。Jennett等人（2008）認為沉浸感是一種僅次于心流（Flow）的心理體驗，可以從專注度、暫時抽離、穿越感、挑戰(zhàn)、情感投入、享樂感6個維度進行描述和測量。其中，專注度（Basic Attention，BA）是指個體在多大程度上感受到自己專注于虛擬環(huán)境。暫時抽離（Temporal Dissociation，TD）指個體在多大程度上感受到自己忘記了時間的存在。穿越感（Transportation，T）指個體在多大程度上認為自己在虛擬的環(huán)境里而非真實世界。挑戰(zhàn)（Challenge，C）指個體在多大程度上認為任務(wù)是有挑戰(zhàn)的。情感投入（Emotional Involvement，EI）指個體在多大程度上產(chǎn)生了對任務(wù)的情感依戀，包括在任務(wù)中產(chǎn)生的好奇心、同理心等情感體驗。享樂感（Enjoyment，E）指個體在完成任務(wù)時的愉悅程度?？梢?，沉浸感是一種包含多個維度的復(fù)雜心理體驗。

IVR環(huán)境引發(fā)的沉浸感體驗被認為是影響學(xué)習(xí)成效的重要因素。Makransky等人（2020）的研究表明，IVR學(xué)習(xí)比視頻學(xué)習(xí)更能激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣和自我效能感。柳瑞雪（2019）的研究證實IVR環(huán)境相較于傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境能夠顯著提升學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中的自我效能感和集體效能感。此外，還有證據(jù)表明IVR環(huán)境有助于提升學(xué)生的學(xué)業(yè)表現(xiàn)。例如，Liu等人（2020）的研究表明，相比傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境，IVR環(huán)境能夠顯著提升學(xué)生的科學(xué)學(xué)業(yè)成績。Lui等人（2020）發(fā)現(xiàn)，IVR環(huán)境中學(xué)生對復(fù)雜科學(xué)概念的學(xué)習(xí)效果顯著優(yōu)于桌面VR環(huán)境中學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。Makransky等人（2019a）的研究發(fā)現(xiàn)，相比傳統(tǒng)培訓(xùn)方式，IVR環(huán)境能顯著提升學(xué)生的實驗技能遷移能力。胡藝齡等人（2021）的研究亦證實IVR環(huán)境比桌面仿真環(huán)境更有助于提升學(xué)生的實驗技能遷移能力與問題解決能力。

上述研究充分證明了IVR環(huán)境引發(fā)的沉浸感對學(xué)習(xí)效果的重要影響。然而，作為一種復(fù)雜的心理體驗，沉浸感的哪些維度會影響IVR環(huán)境中學(xué)生的學(xué)習(xí)效果還有待深入探索，其影響學(xué)習(xí)的內(nèi)在機理也尚待揭示。

2.情感對學(xué)習(xí)效果的影響

由于情感的復(fù)雜性和內(nèi)隱性，學(xué)術(shù)界尚未對情感的定義達成共識（Plass et al.，2019）。Russell（2003）提出核心情感（Core Affect）這一概念，并將其作為情感心理建構(gòu)的基本單元。所謂核心情感是一種神經(jīng)生理學(xué)狀態(tài)（Neurophysiological State），即個體有意識獲得的一種簡單的無需反思的情緒體驗，這種體驗會影響個體的知覺、認知和行為，并受到許多內(nèi)因和外因的影響（Russell，2003）。Russell將核心情感進一步劃分為愉悅度（Pleasure）和喚醒度（Arousal）兩個維度，認為可以從這兩個維度建構(gòu)不同類型的情感。

情感對人類的認知過程（包括感知、注意力、學(xué)習(xí)、記憶、推理和問題解決等）有重要影響（Tyng et al.，2017）。情感神經(jīng)科學(xué)的研究表明，情感和認知是相互關(guān)聯(lián)的，情感來自于與處理認知功能相關(guān)的腦皮層區(qū)域（LeDoux et al.，2017）。情感與記憶的相關(guān)研究表明，情感會通過擴大或縮小個體的認知資源，以及情緒依存（Mood-Dependent）的信息編碼和檢索等不同方式影響個體的工作記憶（Plass et al.，2019）。將情感與學(xué)習(xí)聯(lián)系起來的成就情感控制—價值理論（Control-Value Theory of Achievement Emotion，CVT）則描述了學(xué)習(xí)過程中由控制感和任務(wù)價值感引發(fā)的成就情感對最終學(xué)習(xí)結(jié)果的影響（Pekrun，2000）。多媒體學(xué)習(xí)認知—情感整合理論更是強調(diào)：學(xué)習(xí)中，認知過程和情感過程是相互伴隨且不可分割的，當(dāng)學(xué)習(xí)者感知多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境中的聽覺和視覺信息時，就已經(jīng)體驗到了核心情感；可以通過設(shè)計多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境來誘發(fā)情感，從而促進學(xué)習(xí)或認知技能的發(fā)展（Plass et al.，2016）?？梢姡楦袑W(xué)習(xí)效果的影響已經(jīng)得到證實，情感與認知的復(fù)雜關(guān)系也正在被逐步揭示。

3.IVR環(huán)境中的情感體驗研究

已有研究通過情緒喚醒（Emotional Arousal）和情緒效價（Emotional Valence）兩個維度探究IVR環(huán)境中的情感體驗。例如，Kim等人（2014）發(fā)現(xiàn)IVR環(huán)境和桌面VR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的情緒喚醒、情緒效價和學(xué)習(xí)表現(xiàn)有顯著性差異，IVR環(huán)境比桌面VR更能激發(fā)學(xué)習(xí)者的情緒喚醒，帶來更多負面情緒的改變，但IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者需要花費更長的時間完成任務(wù)。Lum等人（2018）的研究表明，IVR環(huán)境比非IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者表現(xiàn)出更多的積極情緒（如愉悅感），更少的消極情緒（如無聊、生氣）；同時IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者感知到自身的心理努力更少，學(xué)習(xí)表現(xiàn)更好。Olmos-Raya等人（2018）發(fā)現(xiàn)，IVR環(huán)境比桌面VR環(huán)境更能激發(fā)學(xué)習(xí)者的積極情緒，兩種環(huán)境激發(fā)的積極情緒對學(xué)習(xí)動機和興趣均有顯著正向影響，但僅IVR環(huán)境激發(fā)的積極情緒對知識的即時獲得和長期保留有顯著正向影響。Pallavicini等人（2019）采用自我報告和心率、皮膚電等生理測量的方法收集IVR環(huán)境和桌面VR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的情緒反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的情緒反應(yīng)更激烈，特別是在愉悅感和好奇心方面顯著高于桌面VR環(huán)境，但IVR環(huán)境和桌面VR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)表現(xiàn)并無顯著性差異。Parong等人（2020）的研究發(fā)現(xiàn)：相比桌面VR環(huán)境，IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者報告了更多的情緒喚醒、更多的外部認知負荷，在知識的保留和遷移測試中表現(xiàn)更差?？梢姡琁VR環(huán)境對激發(fā)學(xué)習(xí)過程中的情感有顯著優(yōu)勢，然而，在IVR環(huán)境激發(fā)的各種情感對學(xué)習(xí)效果的影響上目前學(xué)界尚未達成一致，仍需進一步探索。

綜上可見，IVR環(huán)境引發(fā)的沉浸感和情感體驗對學(xué)習(xí)效果有重要影響。然而，沉浸感的哪些維度對學(xué)習(xí)效果有影響，以及什么樣的情感體驗對學(xué)習(xí)效果有影響尚不清楚。因此，本研究旨在探究沉浸感、情感體驗與學(xué)習(xí)效果之間的復(fù)雜關(guān)系，以期為IVR如何賦能學(xué)習(xí)提供科學(xué)依據(jù)，為IVR環(huán)境下的教與學(xué)實踐提供啟示。具體而言，本研究旨在回答如下兩個研究問題：

（1）IVR學(xué)習(xí)環(huán)境中，高低表現(xiàn)組的學(xué)生在沉浸感體驗的哪些維度有顯著性差異？

（2）IVR學(xué)習(xí)環(huán)境中，高低表現(xiàn)組的學(xué)生在哪些情感體驗方面有顯著性差異？

三、研究設(shè)計與實施

1.研究對象

本研究采用招募被試的方式開展實驗，實驗對象為北京市某985高校的76名大一到大四的本科生，其中男生31人，女生45人，年齡在17歲到21歲之間。這些學(xué)生中42%所學(xué)專業(yè)為自然科學(xué)，58%所學(xué)專業(yè)為人文社會科學(xué)；超過50%為大四學(xué)生，5%為大一新生。這些學(xué)生在高中均選修了生物學(xué)科，且在高中會考中的生物學(xué)科成績均為A等級。這確保了這些學(xué)生在生物方面的原有知識是處于同一水平的。

2.實驗環(huán)境與材料

本研究使用華為VR Glass系統(tǒng)搭配NOLO CV1交互手柄、一臺高性能工作站以及一臺顯示器搭建IVR學(xué)習(xí)實驗環(huán)境，如圖1所示。

圖1 IVR學(xué)習(xí)實驗環(huán)境

為了讓所有實驗對象適應(yīng)VR環(huán)境，熟悉手柄的基本操作，更好地進行正式實驗，研究選用了虛擬實驗教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)（https://vlab.eduyun.cn/portal/home）中的“做一幅葉畫”VR資源（如圖2所示）對實驗對象進行培訓(xùn)。在該實驗中，學(xué)生需要操作手柄進入一個虛擬實驗室，移動身體來到實驗操作臺前，最后通過操作手柄抓取虛擬實驗臺上的葉子來完成一幅葉畫的制作。在培訓(xùn)環(huán)節(jié)，所有實驗對象均未表現(xiàn)出眩暈、惡心等生理不適。在實驗助手的指導(dǎo)下完成上述一系列操作后，所有實驗對象參與了正式實驗。

圖2 “做一幅葉畫”VR資源

在正式實驗環(huán)節(jié)，研究選用了Body VR公司開發(fā)的“人體血液之旅”VR資源（如圖3所示）。該學(xué)習(xí)材料持續(xù)13分鐘左右，通過逼真的模擬場景和精心的交互設(shè)計，讓學(xué)生身臨其境地感受到自己乘坐位于人體心臟內(nèi)部小動脈的一個飛行器，開始一段奇妙的人體之旅。通過第一人稱的視角，學(xué)生可以在虛擬旅行中學(xué)習(xí)人體血液細胞的相關(guān)知識，包括不同類型的血液細胞及細胞器的形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能等。通過游戲的方式，學(xué)生可以通過控制手柄發(fā)射白細胞和抗體，在交互中體驗人體細胞如何與病毒作斗爭。

圖3 “人體血液之旅”VR資源片段

3.實驗流程

整個實驗持續(xù)約1個小時，具體的實驗流程如圖4所示，主要包含預(yù)調(diào)查、VR體驗、正式實驗、測試和體驗調(diào)查以及訪談5個環(huán)節(jié)。

圖4 實驗流程圖

預(yù)調(diào)查環(huán)節(jié)主要是讓學(xué)生填寫性別、年級、專業(yè)、高中生物學(xué)科會考成績等基本信息，用時約5分鐘左右。VR體驗環(huán)節(jié)中，實驗助手會幫助學(xué)生佩戴好VR Glass、正確拿握控制手柄，教會學(xué)生使用手柄進行交互的操作方法，包括用手柄調(diào)整自己在虛擬環(huán)境中的位置，操控虛擬場景中的對象，以及退出虛擬環(huán)境等基本操作，為接下來的正式實驗做好準(zhǔn)備。VR體驗環(huán)節(jié)持續(xù)10分鐘左右。正式實驗環(huán)節(jié)中，由于體驗時間較長，學(xué)生可以坐在轉(zhuǎn)椅上進行體驗。實驗助手會幫學(xué)生調(diào)整好轉(zhuǎn)椅的位置，佩戴好VR Glass和耳機，告訴學(xué)生在接下來的VR體驗中，可以自行探索用手柄進行交互。正式實驗結(jié)束后，學(xué)生完成一份測試題和一份VR體驗調(diào)查問卷，耗時20分鐘左右。在訪談環(huán)節(jié)，教師會根據(jù)學(xué)生的體驗調(diào)查問卷填寫情況進行隨機訪談，時間約5分鐘左右。

4.數(shù)據(jù)收集與量表工具

研究采用主觀報告的方法收集學(xué)生在IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)的沉浸感和情感體驗數(shù)據(jù)，用客觀測量的方法收集學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)，包含知識保留成績和知識遷移成績。沉浸感量表改編自Jennett等人（2008）的沉浸感體驗量表。該量表最初被用來測量用戶在電子游戲中的沉浸感體驗，之后被Cheng等人（2020）用來測量學(xué)生在IVR學(xué)習(xí)環(huán)境中的沉浸感體驗。由于本研究所使用的IVR學(xué)習(xí)材料并沒有包含特定的任務(wù)供學(xué)生挑戰(zhàn)，挑戰(zhàn)維度的題項被刪減。最終，研究采用的沉浸感量表包含5個維度，每個維度3題，其題項示例和內(nèi)部一致性信度系數(shù)（Cronbach’s Alpha值）如表1所示。

表1 沉浸感體驗量表（Jennett et al.，2008；Cheng et al.，2020）

研究采用Parong等人（2020）開發(fā)的適用于VR情境的情感量表。該量表以Russell（2003）的情感模型為理論依據(jù)，從喚醒度和愉悅度兩個維度評估學(xué)生的情感狀態(tài)。每個維度2題，其題項示例和內(nèi)部一致性信度系數(shù)如表2所示。

表2 情感體驗量表（Parong et al.，2020）

表1和表2中的Cronbach’s Alpha值均在0.7以上，說明本研究采用的沉浸感體驗量表和情感體驗量表均具有較好的內(nèi)部一致性信度。

本研究的測試題目由研究者和一位大學(xué)生物學(xué)專業(yè)教師在參考Meyer等人（2019）的測試題目基礎(chǔ)上改編而成，包含10道檢驗知識保留的選擇題和3道檢驗知識遷移的簡答題，每種類型題目的分值和示例如表3所示。

表3 IVR學(xué)習(xí)后測題目及示例（Meyer et al.，2019）

為了保證3道遷移測試題目的評分信度，研究者邀請了兩位具有生物學(xué)背景的研究人員共同進行評分，在明確了評分標(biāo)準(zhǔn)后，兩位研究人員獨自進行評分。最終，3道遷移測試題目的評分者一致性信度Cohen’s Kappa系數(shù)分別為0.85、0.82、0.87，表明3道遷移測試題的評分具有較高的評分者一致性。

四、研究發(fā)現(xiàn)

統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)（結(jié)果如表4所示），性別、年齡、專業(yè)背景（自然科學(xué)或人文社會科學(xué)）對學(xué)生在IVR學(xué)習(xí)中的沉浸感和情感體驗無顯著性影響。這說明，在本研究中，學(xué)生在IVR環(huán)境中的沉浸感和情感體驗未受性別、專業(yè)背景等影響。

表4 樣本特征對沉浸感和情感體驗的影響

學(xué)生在IVR學(xué)習(xí)結(jié)束后的知識保留和知識遷移情況如圖5所示。箱線圖顯示，50%的學(xué)生知識保留成績集中在7~9分之間，25%的學(xué)生知識保留成績在9分以上，25%的學(xué)生知識保留成績低于7分。因此，研究將知識保留成績在9分以上的定義為知識保留高表現(xiàn)組，將成績低于7分的定義為知識保留低表現(xiàn)組，并進一步考察知識保留高低表現(xiàn)組學(xué)生在沉浸感和情感體驗方面的差異性。同理，研究將知識遷移成績在22分以上的定義為知識遷移高表現(xiàn)組，將成績低于16分的定義為知識遷移低表現(xiàn)組，并進一步考察知識遷移高低表現(xiàn)組學(xué)生在沉浸感和情感體驗方面的差異性。單樣本K-S檢驗發(fā)現(xiàn)，樣本不服從正態(tài)分布，因此采用Mann-Whitney U檢驗法來分析高低表現(xiàn)組學(xué)生在沉浸感和情感體驗各維度的差異性。

圖5 知識保留和知識遷移成績分布箱線圖

1.知識保留高低表現(xiàn)組學(xué)生在沉浸感體驗上的差異性分析

為了解知識保留高低表現(xiàn)組學(xué)生在沉浸感體驗的哪些維度存在差異，研究對兩組學(xué)生沉浸感體驗的5個維度進行了Mann-Whitney U檢驗，結(jié)果如表5所示。結(jié)果顯示，知識保留高表現(xiàn)組的學(xué)生在專注度（BA）、暫時抽離（TD）、穿越感（T）、情感投入（EI）和享樂感（E）5個維度上的得分均高于低表現(xiàn)組，但是僅在專注度（BA）維度存在顯著性差異（p＜0.05）。

表5 知識保留高低表現(xiàn)組沉浸感體驗差異性分析

2.知識遷移高低表現(xiàn)組學(xué)生在沉浸感體驗上的差異性分析

同理，為了解知識遷移高低表現(xiàn)組學(xué)生在沉浸感體驗的哪些維度存在差異，研究對兩組學(xué)生沉浸感體驗的5個維度進行了Mann-Whitney U檢驗，結(jié)果如表6所示。結(jié)果顯示，知識遷移高表現(xiàn)組的學(xué)生在專注度（BA）、暫時抽離（TD）、穿越感（T）和享樂感（E）四個維度上的得分均高于低表現(xiàn)組，但是僅在享樂感（E）維度存在顯著性差異（p＜0.05）。

表6 知識遷移高低表現(xiàn)組沉浸感體驗差異性分析

3.知識保留高低表現(xiàn)組學(xué)生在情感體驗上的差異性分析

為了解知識保留高低表現(xiàn)組學(xué)生在情感體驗的哪些維度存在差異，研究對兩組學(xué)生的情感體驗進行了Mann-Whitney U檢驗，結(jié)果如表7所示。結(jié)果顯示，知識保留高表現(xiàn)組的學(xué)生在積極高喚醒情緒（PH）、積極低喚醒情緒（PL）、消極高喚醒情緒（NH）維度的得分均高于低表現(xiàn)組，但是僅在消極高喚醒情緒（NH）維度具有顯著性差異（p＜0.05）。

表7 知識保留高低表現(xiàn)組情感體驗差異性分析

4.知識遷移高低表現(xiàn)組學(xué)生在情感體驗上的差異性分析

為了解知識遷移高低表現(xiàn)組學(xué)生在情感體驗的哪些維度存在差異，研究對兩組學(xué)生的情感體驗進行了Mann-Whitney U檢驗，結(jié)果如表8所示。結(jié)果顯示，知識遷移高表現(xiàn)組的學(xué)生在積極高喚醒情緒（PH）、積極低喚醒情緒（PL）維度的得分高于低表現(xiàn)組，而在消極高喚醒情緒（NH）、消極低喚醒情緒（NL）維度的得分低于低表現(xiàn)組。知識遷移高低表現(xiàn)組學(xué)生僅在消極低喚醒情緒（NL）維度具有顯著性差異（p＜0.05）。

表8 知識遷移高低表現(xiàn)組情感體驗差異性分析

五、結(jié)論及啟示

1.專注度是影響IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者知識保留的重要因素

Mann-Whitney U檢驗發(fā)現(xiàn)，知識保留高低表現(xiàn)組的學(xué)生在專注度上存在顯著性差異。這說明學(xué)習(xí)者在IVR環(huán)境中的專注度是影響其知識保留的潛在重要因素。知識保留反映的是學(xué)生的記憶能力（Mayer，2008），而專注度與記憶能力之間的關(guān)系已經(jīng)被證實（Seli et al.，2016）。同時，已有研究表明，IVR環(huán)境中那些為了提升沉浸感而增加的誘人細節(jié)（例如逼真的場景、精美的動畫等）如果是一些有趣但與學(xué)習(xí)無關(guān)的內(nèi)容時，往往會分散學(xué)生的注意力，給學(xué)生帶來較高的外部認知負荷，進而降低學(xué)習(xí)效果（Parong et al.，2018；Makransky et al.，2019b）。正如在實驗后的訪談環(huán)節(jié)有學(xué)生提到的“虛擬場景搭建得太棒了！有時候會被一些別的元素吸引而錯過一些關(guān)鍵知識點的講解……”?？梢姡琁VR環(huán)境中，學(xué)習(xí)者需要保持高度的注意力才可能取得好的學(xué)習(xí)效果。這也進一步解釋了為什么IVR環(huán)境中知識保留高低表現(xiàn)組的學(xué)生會在專注度維度具有顯著性差異。

2.消極的高喚醒情緒有助于提升IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的知識保留

Mann-Whitney U檢驗發(fā)現(xiàn)，知識保留高表現(xiàn)組學(xué)生報告的消極高喚醒情緒顯著多于低表現(xiàn)組。這與Chittaro等人（2015）的研究發(fā)現(xiàn)是一致的，即IVR安全培訓(xùn)比傳統(tǒng)培訓(xùn)更能提升學(xué)生的安全知識保留成績，也更容易激發(fā)學(xué)生諸如恐懼之類的消極高喚醒情緒。Parong等人（2020）的研究也發(fā)現(xiàn)，IVR學(xué)習(xí)中的高喚醒情緒會正向影響學(xué)生的知識保留表現(xiàn)。同時，情緒喚醒（尤其是消極情緒，如恐懼）作為正向影響記憶的一個重要因素，在已有研究中已經(jīng)得到證實（Finn et al.，2011）。有關(guān)情感對記憶的影響，Plass等人（2019）指出情感可能會通過增強或削弱信息編碼來擴大或縮小個體的認知資源。在本研究中，那些在IVR體驗中感知到更多消極高喚醒情緒的學(xué)習(xí)者，在信息加工過程中大腦可能增強了對相應(yīng)信息的編碼，從而提升了記憶效果。例如，有學(xué)生在訪談中提及“在病毒入侵人體細胞（環(huán)節(jié)），當(dāng)看到好多病毒撲面而來時，還是有點恐懼的，所以對這個畫面印象非常深刻……后面做到有關(guān)人體細胞與病毒作斗爭的題目時，腦子里就會浮現(xiàn)出當(dāng)時的場景……”。

3.享樂感體驗是影響IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者知識遷移的重要因素

Mann-Whitney U檢驗發(fā)現(xiàn)，知識遷移高表現(xiàn)組報告的享樂感體驗顯著多于低表現(xiàn)組。這說明學(xué)習(xí)者在IVR環(huán)境中的享樂感體驗是影響其知識遷移的潛在重要因素。知識遷移考察的是學(xué)生在新的環(huán)境中使用學(xué)習(xí)材料的能力（Mayer，2008）。IVR通過支持情境化學(xué)習(xí)促進知識在真實情境中的遷移（Liu et al.，2017）。已有研究已經(jīng)證實了IVR在促進知識遷移方面的巨大潛能（Olmos-Raya et al.，2018）。同時，Makransky等人（2019a）也發(fā)現(xiàn)，IVR學(xué)習(xí)組與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)組的學(xué)生在知識遷移和享樂感方面存在顯著性差異，IVR組的學(xué)生表現(xiàn)出更好的遷移測試效果，報告出更多的享樂感。本研究在此基礎(chǔ)上進一步揭示了IVR環(huán)境中的享樂感體驗與知識遷移表現(xiàn)之間的微妙關(guān)系。例如，有學(xué)生在訪談中提到的“非常棒的體驗，有種身臨其境的感覺，特別是自己化身人體細胞與病毒作斗爭的時候，讓我明白了為什么普通感冒過幾天就好了……”。

4.消極的低喚醒情緒不利于IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的知識遷移

Mann-Whitney U檢驗發(fā)現(xiàn)，知識遷移高低表現(xiàn)組的學(xué)生在消極低喚醒情緒維度具有顯著性差異，知識遷移低表現(xiàn)組比高表現(xiàn)組報告了更多的消極低喚醒情緒。此研究發(fā)現(xiàn)進一步證實了Makransky等人（2021）的研究假設(shè)。該研究認為，IVR環(huán)境有助于激發(fā)學(xué)生的情境興趣和內(nèi)在動機，情境興趣通過提高學(xué)生的注意力和投入度來促進其知識保留，繼而促進學(xué)習(xí)遷移；內(nèi)在動機通過激發(fā)學(xué)生的毅力和好奇心來促進學(xué)生的知識保留，進一步促進學(xué)習(xí)遷移。IVR環(huán)境中，當(dāng)學(xué)生感知到較多的無聊、郁悶等消極低喚醒情緒時，其情境興趣和內(nèi)在動機就會被削弱，從而阻礙學(xué)習(xí)遷移的有效發(fā)生。例如，在后續(xù)的訪談環(huán)節(jié)，有學(xué)生指出：“學(xué)習(xí)過程是固定的，大部分時間是在聽知識講解，交互活動比較少，感覺有些無聊。如果能多些交互的話，會更有趣一些，效果也會更好一些?！币虼耍琁VR學(xué)習(xí)活動設(shè)計需要考慮個性化的交互活動設(shè)計，避免引發(fā)學(xué)習(xí)者的消極低喚醒情緒，從而確保知識遷移的有效發(fā)生，激發(fā)IVR技術(shù)賦能學(xué)習(xí)的潛在價值。

上述研究結(jié)論為IVR教學(xué)研究和實踐提供了如下三點啟示。第一，IVR教學(xué)實踐中要平衡學(xué)習(xí)者的沉浸感體驗和認知負荷。一方面，IVR學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計和開發(fā)要最大程度地提升學(xué)生的沉浸感體驗，特別是專注度和享樂感體驗，促進知識保留和知識遷移的有效發(fā)生。另一方面，IVR教學(xué)活動的設(shè)計和實施要最大程度地減少學(xué)生的外部認知負荷，促進關(guān)聯(lián)認知負荷，以提升學(xué)習(xí)效果。第二，IVR教學(xué)實踐中要充分考慮學(xué)習(xí)者的個體特征差異。例如，在本研究中，那些專注度更強的學(xué)生在最后的知識保留測試中取得了更好的成績。Cheng等人（2020）的研究也發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)者的自我調(diào)節(jié)能力是影響IVR學(xué)習(xí)效果的重要因素，自我調(diào)節(jié)能力強的學(xué)習(xí)者在IVR學(xué)習(xí)中更能受益。此外，學(xué)習(xí)風(fēng)格也被證實對IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者遷移能力的提升有調(diào)節(jié)作用，活躍型學(xué)習(xí)者遷移能力的提升更為顯著（胡藝齡等，2021）?？梢?，IVR教學(xué)實踐中需要特別考慮學(xué)習(xí)者的自我調(diào)節(jié)能力、認知風(fēng)格等個體特征。第三，IVR相關(guān)學(xué)習(xí)研究需要特別關(guān)注IVR環(huán)境中的情感體驗，明晰認知與情感之間的復(fù)雜關(guān)系。作為高度可控的人造環(huán)境，IVR環(huán)境可能是探索情感與認知復(fù)雜關(guān)系的絕佳實驗場。IVR技術(shù)可為研究人員創(chuàng)建一個在生態(tài)效度和實驗控制程度上都足夠的研究場域（Smith，2019），促進學(xué)術(shù)界在情感如何影響認知和學(xué)習(xí)方面形成清晰的研究結(jié)論。

六、總結(jié)與展望

研究探索了IVR環(huán)境中沉浸感、情感與不同類型的學(xué)習(xí)結(jié)果之間的復(fù)雜關(guān)系，發(fā)現(xiàn)專注度是影響IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者知識保留的重要因素，消極的高喚醒情緒有助于提升IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的知識保留；享樂感體驗是影響IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者知識遷移的重要因素，消極的低喚醒情緒不利于IVR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的知識遷移?；谏鲜鲅芯堪l(fā)現(xiàn)，IVR教學(xué)實踐中要注意平衡學(xué)習(xí)者的沉浸感體驗和認知負荷，并充分考慮學(xué)習(xí)者個體特征差異。同時，研究也呼吁學(xué)術(shù)界關(guān)注IVR環(huán)境中的情感體驗研究，進一步揭示認知與情感之間的復(fù)雜關(guān)系。然而，由于研究樣本和IVR學(xué)習(xí)情境的局限性，本研究的結(jié)論需要謹(jǐn)慎地用于其他IVR學(xué)習(xí)情境。未來，還需要在真實的教學(xué)情境中開展大規(guī)模長周期的實證研究，以對其進行進一步驗證。此外，研究采用主觀報告的方式收集學(xué)生在IVR學(xué)習(xí)結(jié)束后的沉浸感和情感體驗，數(shù)據(jù)收集的方式比較單一。未來的研究可以捕獲學(xué)習(xí)者在IVR學(xué)習(xí)中的眼動、表情、心率等反映學(xué)習(xí)者沉浸感和情感體驗的生理數(shù)據(jù)，通過多模態(tài)數(shù)據(jù)的耦合，深入探索IVR環(huán)境中沉浸感、情感與學(xué)習(xí)表現(xiàn)之間的復(fù)雜關(guān)系。