張玲燕?卓鐸濤?林偉婷?吳天生?陳麗君

摘 要 虛擬學習環(huán)境具有高沉浸性和逼真感特征，豐富的感知刺激帶來更真實的感知體驗，但也易造成認知加工負荷超載。研究基于雙任務范式，考察次任務感覺通道、空間位置數量和呈現時間三個因素對學習者虛擬空間位置記憶認知負荷的影響。結果發(fā)現，在任務難度較高時，觸覺通道能適當降低主觀認知負荷；空間位置數量的增加會帶來主觀認知負荷（心理努力和任務難度）的顯著提升；在0.7s的呈現時間下，學習者得以在加工主任務之余，較好地完成次任務。研究建議，在設計虛擬學習環(huán)境時，可以利用跨通道優(yōu)勢效應提高加工效率；控制虛擬環(huán)境學習單元呈現的信息數量（不超過四個）；為虛擬空間學習者留出0.7s左右較為充裕的加工時間。

關鍵詞 虛擬學習環(huán)境；認知負荷；空間位置；多感知整合；跨通道優(yōu)勢效應

分類號 G446

DOI：10.16842/j. cnki. issn2095-5588.2023.06.002

1 引言

良好的學習環(huán)境是保障有效學習發(fā)生的重要場所。虛擬學習環(huán)境是借助計算機生成的一種虛擬環(huán)境，通過創(chuàng)設豐富的虛擬視覺、聽覺、觸覺等感知覺刺激，為學習者提供更加直觀與仿真的學習體驗。在沉浸式虛擬學習環(huán)境下，學習者通過頭盔式顯示器、手勢、體勢和自然語言等方式與環(huán)境信息進行實時交互，體驗到身臨其境的感覺（史鐵君， 2008），有效提高學習效果（崔鈺婷， 趙志群， 2020; 李寶敏等， 2019; 王雪等， 2019）。然而，虛擬學習環(huán)境中豐富的多感覺通道資源也可能會帶來信息資源過多且目的性不強、不同感覺通道的信息相互沖突等問題，加大學習者的認知負荷，造成極大的學習負擔（高媛等， 2016）。虛擬學習環(huán)境下，如何科學、合理地配置媒體資源和技術工具，將復雜的信息資源和技術操作變成一種自然的存在，優(yōu)化控制認知負荷水平，進而提高學習者的認知加工效果，促進高級學習目標實現是需要重點關注的問題（Coyle et al.， 2015）。

認知負荷是指一段時間內外界信息對個體認知系統(tǒng)施加的心理活動總量，即個體在進行信息加工時所需要的認知資源總量（Sweller， 1988）。資源有限理論（Kahneman， 1973）認為，人的認知資源是有限的，任何學習和問題解決活動都需要消耗一定的認知資源，帶來認知上的負荷。圖式理論則認為，個體圖式的類型及數量與認知負荷大小有著密不可分的聯系（辛自強， 林崇德， 2002）。兩種常用的認知負荷測量方法是主觀測量法和任務績效測量法。主觀測量法根據個體在完成任務過程中的主觀感受與體驗來評價認知負荷，是對認知負荷最直接的測量?？陀^認知負荷測量方法又稱任務績效測量法，是根據任務績效來評判認知負荷程度的方法。其中，單任務測量法以主任務績效作為衡量認知負荷的指標（李金波， 2009）。雙任務測量法包含主任務和次任務，如果個體在次任務上表現良好，則說明主任務對于學習者的認知負荷水平不高；反之，則說明主任務認知負荷較大，學習者沒有更多認知資源分配給次任務（Brünken et al.， 2002）。主觀測量法和客觀測量法分別從學習者本身的主觀體驗和客觀的任務績效兩個角度闡釋學習過程帶來的認識負荷。兩種指標的綜合使用能夠更加全面地闡釋認知負荷的產生機制。

適當的認知負荷水平是保證學習者順利而有效學習的關鍵（Sweller， 2010），認知負荷超載則會降低學習效率。在設計虛擬學習環(huán)境時，需遵循學習者認知加工和心理負荷的特點，使學習者最大限度地利用認知資源，實現有效學習（張慧 等， 2018）。因此，有效測量虛擬學習環(huán)境中的認知負荷尤為重要。視覺空間位置記憶是用來測量認知負荷的常用任務（吳文春 等， 2017）。探測視覺工作記憶容量的研究范式主要有靜態(tài)位置記憶和動態(tài)位置記憶兩種。靜態(tài)位置記憶探測范式一般采用Corsi木塊任務（Awh & Jonides， 2001）和變化覺察任務（Vogel et al.， 2001）。動態(tài)位置記憶探測范式中刺激位置是隨時刷新和不斷變動的，需要學習者對空間位置保持注意，常見的有正弦光柵范式和隨機點陣畫移動范式（Bosworth et al.， 2012）。研究者使用上述任務和范式發(fā)現，影響視覺空間位置記憶的因素包括感覺通道（Marcus， 1996）、項目數量（王麗萍 等， 2021）及刺激呈現時間（吳文春 等， 2018）。

視覺、觸覺等感覺通道都能為我們提供關于這個世界的特定信息，但這些感覺一般并不獨立發(fā)揮作用。個體在接收和處理信息時通常會將來自各感覺通道的信息融合起來，形成整體的知覺和感知判斷。這種將來自多種感覺通道的信息有效整合為統(tǒng)一、連貫、穩(wěn)定的知覺信息的現象被稱為多感知整合（文小輝 等， 2011; Emst & Bulthoff， 2004）。在各種感覺通道中，視覺對于空間位置的感知最為精確（劉強， 2010）。在雙任務范式中，視覺空間位置感知也可能受到觸覺等感覺通道的影響。Marcus等（1996）在平面視覺認知負荷的研究中發(fā)現，主次任務使用同一感知通道會增加主任務的認知負荷。Brunken等（2003）也發(fā)現，與視覺單通道相比，不同感知通道整合時學習者的主任務績效更好。這說明在雙任務范式中，多個感知通道呈現刺激的方法有利于降低認知負荷，提升學習效果。那么，在虛擬學習環(huán)境下，是否存在與平面媒體環(huán)境下相同的加工規(guī)律？基于此，本研究將比較在虛擬環(huán)境下，主次任務為視覺單一通道與視覺-觸覺雙通道整合的認知負荷差異，這是研究關注的第一個影響因素。

項目數量對視覺空間位置加工產生影響。Cowan（2001）認為人類視覺工作記憶容量的頂峰為四個。近期研究發(fā)現，視覺工作記憶中能存儲3～4個客體信息和4～5個空間位置（吳文春等，2017）。這一結果與Vogel等（2001）提出的工作記憶中可加工的固定客體數目相符。腦科學的相關研究表明，一般人群在空間位置記憶任務中所能記憶的目標數量大約為四個（王麗萍 等， 2021）。在虛擬環(huán)境下，視覺空間位置記憶數量是否與傳統(tǒng)平面媒體一致？空間位置數量增加會帶來認知負荷的哪些具體變化？這是研究關注的第二個影響因素。

虛擬視覺空間位置記憶通常需要考慮刺激的呈現時間。隨著認知加工時間的延長，認知負荷下降，工作記憶容量會增大。研究表明，學習者對三維客體兩個基本特征進行完整加工需要0.5s左右（Vogel et al.， 2006），即0.5s是三維客體空間加工所需要的基本時間。虛擬現實學習空間信息的豐富性帶來兩種加工可能性：易化加工或干擾加工。為檢測這兩種假設，本研究在正式實驗前進行了預實驗。結合吳文春等（2018）對三維空間客體呈現時間的設置及赫飛等（2014）發(fā)現人的適宜感知時間間隔為200～300ms，預實驗以0.5s為錨定點，設置了0.3s，0.5s，0.7s三種呈現時間。結果發(fā)現，呈現時間為0.3s時，被試的次任務成績出現地板效應，說明被試來不及作出反應。0.5s和0.7s時，主次任務的完成都在適宜范圍且有區(qū)分度?；诖私Y果，正式實驗選取兩種呈現時間：0.5s和0.7s。

綜上，本研究使用雙任務范式考察在沉浸式虛擬學習情境中次任務呈現通道、空間位置數量和呈現時間三個因素對虛擬認知負荷和學習效果的影響，從而測定在虛擬情境中合理配置實時加工的學習資源需要考慮的因素。研究假設為，在虛擬學習環(huán)境中，視覺-觸覺雙通道呈現的認知負荷低于單一視覺通道呈現；隨著記憶位置數量的增多，認知負荷相應提升；刺激呈現時間的延長有助于降低認知負荷。

2 研究方法

2.1 研究對象

大學本科生34人，其中男生14人，女生20人，平均年齡20.38±1.65歲，所有學生視力（或矯正視力）正常，均為右利手，此前未做過類似實驗。

2.2 研究設計

采用2（次任務感覺通道：視覺、觸覺）×3（空間位置數量：3個、4個、5個）×2（呈現時間：0.5s、0.7s）三因素混合實驗設計，其中次任務感覺通道、空間位置數量為組內因素，呈現時間為組間因素。因變量為虛擬空間位置記憶的認知負荷。其中，客觀認知負荷采用任務績效法測算，包括主次任務正確率和反應時四個指標；主觀認知負荷采用主觀測量法測算，包括學習者主觀評定的心理努力和任務難度兩個指標。

2.3 實驗儀器與材料

采用Unity 5.6.1f1編程系統(tǒng)和聯想Lenovo電腦媒體渲染管理工具（型號P510/coco）、HTC人機交互位置光學交互平臺（含HTC 虛擬現實頭盔（型號HTC VILE）以及HTC手柄）實現刺激材料的呈現及數據記錄。實驗圖形為藍色正方體（0.5cm×0.5cm×0.5cm）。為更好地呈現虛擬學習環(huán)境的沉浸感和立體空間感，虛擬場景構建為一個空房間，房間地面為灰黑色，墻面為白色，屋頂為棕黃色，在屋頂一端設計有三條延伸的白線以更好地突出場景的立體感（見圖1）。

采用Paas編制的認知負荷自評量表（Paas， 1993）進行心理努力和任務難度的主觀評價。該量表共兩道題目，采用9級評分制，分數越高說明認知負荷越高。該量表的效度系數為0.77（孫崇勇， 劉電芝， 2013），本研究中的一致性信度系數Cronbachs α為0.93。

在雙任務范式中，需要學習者識記的空間位置主任務刺激為藍色正方體（0.5cm×0.5cm×0.5cm）。視覺次任務刺激為一個紅色氣球，其大小與藍色正方體一致。觸覺次任務為左手柄的一次震動，通過預實驗確定觸覺次任務的強度。預實驗程序為：隨機抽取五名符合實驗要求的學生進行預實驗，采用與正式實驗相同的設備與程序。學習者佩戴好設備，手持手柄后，分別施加強度（Trigger Haptic Pulse 500）為250、500、750、1000、1250的震動，讓學習者用1～7級評級（1為“感覺非常微弱”、4為“感覺強度中等”、7為“感覺非常強烈”）。學習者評級的結果顯示，強度為500時，評級與平均數最接近4（3.6±0.49）。因此，正式實驗中觸覺次任務強度設定為500。

2.4 實驗程序

首先，由主試介紹實驗流程和實驗儀器的使用方法。學習者戴上沉浸式虛擬現實頭盔，左右手分別持一個手柄，根據自身舒適度調整頭盔松緊度以及座椅高度，熟悉手柄鍵位，按下右手扳手鍵進入實驗。

其次，學習者閱讀虛擬空間呈現的文字指導語之后，按下右手扳手鍵進入練習環(huán)節(jié)。學習空間的120°視角正上方出現三個藍色正方體，學習者需在指定時間內識記藍色正方體的位置，同時檢測次任務（紅色氣球或者震動）有無出現，實驗中有50%的幾率出現次任務；在檢測階段判斷虛擬空間的某一個位置是否出現過藍色正方體。練習環(huán)節(jié)包含八次試驗（呈現時間0.5s和0.7s各四次），學習者每完成一個試次，均可通過虛擬空間的文字反饋得到是否正確和具體反應時間的反饋。練習環(huán)節(jié)可重復進行，直至完全理解并熟悉實驗流程。當學習者確認熟悉了實驗流程，可以按下右手扳手鍵進入正式實驗。

正式實驗按主次任務通道（視覺-視覺，視覺-觸覺）分為兩個輪次，為避免順序效應，每一個輪次內的刺激呈現按拉丁方設計排序。每個輪次中的單一試次均分為三個階段：

（1）注視階段：虛擬空間中心位置出現紅色正方體注視點（0.5cm×0.5cm×0.5cm）。當學習者將視線移到紅色正方體內時，刺激出現，紅色正方體消失。

（2）學習階段：在虛擬空間中以剛才的紅色正方體位置為中心，設計有一個2×4的隱形矩陣，隨機在其中的3個、4個、5個位置出現需要識記位置的藍色正方體，要求學習者記住圖形的空間位置。學習階段中各有50%的幾率出現持續(xù)時間為0.5s或0.7s的不同感覺通道次任務（視覺為紅色氣球；觸覺為左手柄震動），要求學習者在次任務出現時盡快按下右手手柄的圓盤鍵。按鍵后，次任務消失；若沒有按鍵反應，則次任務在0.5s或0.7s后消失。

（3）保持階段：識記項目消失，出現空白屏，保持時間為0.5s。

（4）檢測階段：在虛擬空間的2×4隱形矩陣中的任一位置，隨機出現一個藍色正方體，學習者需要判斷該空間位置剛才是否出現過藍色正方體？若是，則按右手扳手鍵；若否，則按左手扳手鍵。學習者如果在2s內未作反應，檢測圖形會自動消失。

每一個輪次，學習者完成的單一試次數量為3×20=60次，實驗分兩個輪次，共完成120次。每結束一輪次實驗后，完成認知負荷自評量表，題目通過虛擬空間的文字呈現，學習者口頭回答，主試做記錄。學習者戴著虛擬頭盔休息三分鐘，之后進入下一個輪次。具體實驗流程如圖1所示。

2.5 數據分析

使用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件對數據進行分析。刪除反應時在正負三個標準差以外的被試數據。

3 研究結果

為便于呈現結果，首先以次任務感知通道為分組依據，分析視覺次任務（表1）和觸覺次任務（表2）中虛擬學習環(huán)境下的認知負荷情況，然后將兩類數據進行整合分析。

3.1 視覺次任務下虛擬空間位置記憶的認知負荷分析

重復測量方差分析結果顯示，在客觀認知負荷指標方面，呈現時間對次任務正確率影響顯著，F（1，24）=28.64，p<0.001，η2p=0.54，0.7s時間下的次任務正確率顯著高于0.5s；呈現時間對次任務反應時影響顯著，F（1，24）=23.53，p<0.001，η2p=0.50，0.7s時間下的次任務反應時顯著長于0.5s。在主觀認知負荷方面，呈現時間對任務難度評分影響顯著，F（1，32）=5.72，p<0.05，η2p=0.15，0.7s時間下的任務難度評價顯著高于0.5s。這說明加工時間充足的情況下，被試對此任務進行了精細加工，帶來的認知負荷較大。

空間位置數量對主觀認知負荷指標存在顯著影響。首先，其對心理努力評分有顯著影響，F（2，64）=18.52，p<0.001，η2p=0.37；事后比較顯示，3個數量時的心理努力評分低于4個和5個（t=-4.29，df=33，p<0.001，d=0.60；t=-4.65，df=33，p<0.001，d=0.63）；4個數量時的心理努力評分低于5個（t=-3.36，df=33，p<0.01，d=0.50）。其次，空間位置數量對任務難度評分有顯著影響，F （2，64）=14.40，p<0.001，η2p=0.31；事后比較顯示，3個數量時的任務難度評分低于4個和5個（t=-3.11，df=33，p<0.01，d=0.48；t=-4.12，df=33，p<0.001，d=0.58）；4個數量時的任務難度評分低于5個（t=-3.96，df=33，p<0.001，d=0.57）。其他效應均不顯著（ps>0.05）。這說明刺激數量越多，任務給學習者帶來的主觀認知負荷越大。

3.2 觸覺次任務下虛擬空間位置記憶的認知負荷分析

重復測量方差分析結果顯示，在客觀認知負荷指標方面，呈現時間對次任務正確率影響顯著，F（1，24）=5.23，p<0.05，η2p=0.18，0.7s時間下的次任務正確率顯著高于0.5s；呈現時間對次任務反應時影響顯著，F（1，24）=13.67，p<0.01，η2p=0.36，0.7s時間下的次任務反應時顯著長于0.5s。該結果與視覺次任務的情況一致，表明本實驗中存在速度-準確性權衡。在加工時間充足的情況下，被試傾向于追求準確度，而犧牲反應時。

在主觀認知負荷指標方面，空間位置數量對心理努力評分影響顯著，F（2，64）=3.65，p<0.05，η2p=0.10，事后比較顯示，3個數量時的心理努力評分低于4個（t=-2.33，df=33，p<0.05，d=0.38）?？臻g位置數量對任務難度評分影響顯著，F（2，64）=11.30，p<0.001，η2p=0.26，事后比較顯示，3個數量時的任務難度評分低于4個和5個（t=-4.49，df=33，p<0.001，d=0.62；t=-3.71，df=33，p<0.001，d=0.54）。其他效應均不顯著（ps>0.05）。與視覺次任務的情況一致，這說明刺激數量越多，任務給學習者帶來的主觀認知負荷越大。

3.3 虛擬空間位置記憶認知負荷的整合分析

將視覺與觸覺次任務通道的數據合并進行整合分析，結果顯示，呈現時間對次任務正確率影響顯著，F（1，21）=12.54，p<0.01，η2p=0.37，0.7s時的次任務正確率顯著高于0.5s；呈現時間在次任務反應時上主效應顯著，F（1，21）=16.28，p<0.001，η2p=0.44，0.7s時的次任務反應時顯著高于0.5s；呈現時間在任務難度評分上主效應顯著，F（1，32）=5.91，p<0.05，η2p=0.16，0.7s時的任務難度評價顯著高于0.5s。

空間位置數量對心理努力評價影響顯著，F（2，64）=20.43，p<0.001，η2p=0.39，事后比較顯示，3個數量時的心理努力評價低于4個和5個（t=-5.37，df=33，p<0.001，d=0.68；t=-4.50，df=33，p<0.001，d=0.62）；4個數量時的心理努力評價低于5個（t=-2.80，df=33，p<0.01，d=0.44）。數量對任務難度評價影響顯著，F（2，64）=18.27，p<0.001，η2p=0.36，事后比較顯示，3個數量時的任務難度評價低于4個和5個（t=-4.50，df=33，p<0.001，d=0.62；t=-4.61，df=33，p<0.001，d=0.63）；4個數量時的任務難度評價低于5個（t=-3.27，df=33，p<0.01，d=0.49）。

次任務通道對任務難度評價影響顯著，在空間位置數量為5個時，視覺通道的任務難度評價（M=5.09）顯著高于觸覺通道（M=4.80），F（1，32）=4.53，p<0.05，η2p=0.12。其他效應均不顯著（ps>.05）。這說明在需要加工的刺激較多時，觸覺通道較視覺通道具有加工優(yōu)勢。這與華子荀（2019）發(fā)現的虛擬現實環(huán)境支持動覺學習的結論及沈陽等（2021）發(fā)現的虛擬現實環(huán)境促進手部技能習得的研究結論一致。這說明，與視覺學習材料相比，在虛擬現實環(huán)境中設置觸覺學習材料能夠提高學習效果。

4 討論

本研究從次任務感知通道、空間位置數量和呈現時間三個方面，考察虛擬學習環(huán)境下視覺空間位置記憶認知負荷的影響因素。結果表明，在任務難度較高時，觸覺通道能適當降低主觀認知負荷；空間位置數量的增加會帶來主觀認知負荷的顯著提升；虛擬空間位置學習的有效加工時間是0.7s左右。

4.1 觸覺通道能適當降低主觀認知負荷

次任務感覺通道的對比研究發(fā)現，在空間位置數量為 5 時，學習者對視覺通道的任務難度評價顯著高于觸覺通道。該結果說明在任務難度較大時，觸覺通道較視覺通道具有加工優(yōu)勢；相較于單一視覺感知整合，視觸覺整合的效果能夠在一定程度上降低主觀認知負荷感受。該發(fā)現與吳嵐（2009）提出的跨感覺通道效應一致：在雙任務加工中，主次任務不占用同一感覺通道時加工效果較同一感覺通道好。這可能是由于與身體直接相關的感覺運動體驗有助于促進認知加工（謝和平等， 2020; Kontra et al.， 2015）。觸覺次任務直接震動學習者手部，調動了具身認知，表現出具身加工的優(yōu)勢。這種主觀認知負荷感受的降低只出現在加工5個空間位置記憶條件下，而沒有在3和4個位置時出現，說明當整體加工難度增強時，跨通道的加工優(yōu)勢會更加明顯。

4.2 空間位置數量增加帶來主觀認知負荷的顯著提升

空間位置數量對主觀認知負荷指標有顯著影響。數據整合分析的結果顯示，空間位置數量為3時學習者的心理努力和任務難度評分顯著低于4和5，數量為4時的評分顯著低于5?？梢?，學習者對因刺激數量引起的主觀感受特別敏感，學習者感受到的主觀認知負荷隨空間位置數量的增加顯著提升。該結果與Seufert 等（2007）的發(fā)現一致，即由刺激材料本身引起的認知負荷隨著客體數量的增多而升高。在虛擬現實空間位置記憶中，客體數量超過3后，每增加1個數量都會使學習者主觀上產生明顯的認知負荷提高的感覺。

值得注意的是，刺激數量的增加并沒有帶來客觀認知負荷的提高。不論加工的位置數量是3個還是4個或5個，學習者在完成主任務和次任務時的正確率與反應時沒有產生明顯變化。這說明學習者雖然主觀上對于位置數量變化引起的心理努力和任務難度的評估很敏感，但客觀增加數量并不會帶來加工結果的顯著變化。這可能是因為人類視覺空間位置記憶容量在4～5個之間（吳文春 等， 2017; 2018; Cowan， 2001）。從客觀指標上看，被試在此范圍內能較為成功地進行學習，學習效果差異不大。綜上，前人在考察人類視覺空間位置記憶時通常以客觀任務績效為衡量標準，本研究則結合了主客觀兩種標準，更為全面地揭示了虛擬現實學習環(huán)境中學習者視覺空間位置記憶加工的容量，是對過往研究的補充。

4.3 虛擬空間位置記憶的充裕加工時間約為0.7s

研究發(fā)現，呈現時間顯著影響虛擬空間位置記憶的認知負荷。在視、觸次任務下，呈現時間為0.7s時的次任務正確率（視覺73%，觸覺63%）均非常顯著地高于0.5s（視覺33%，觸覺37%），說明在0.7s時學習者已對主任務進行了較好的加工，故對次任務也可以進行較為準確的反應。這與Barrouillet等的發(fā)現一致，隨著呈現時間的延長，加工難度下降，認知負荷也隨之下降，學習者釋放更多的認知資源用于次任務的加工（Barrouillet et al.， 2007）。車敬上等（2019）也認為，當學習者將認知資源分配到一個低難度任務上，個體就能夠節(jié)省更多的認知資源到其他任務，兩個任務則能同時進行；而當認知資源分配到一個高難度任務上，就有可能耗盡資源，沒有足夠的資源分配到其他任務上。同時，隨著呈現時間的延長，學習者的次任務反應時會增長。這說明當加工時間從0.5s延長到0.7s，學習者分配了更多的資源和時間到次任務加工上，因此，次任務得到了更加充分的加工。

4.4 客觀認知負荷和主觀認知負荷的差異

客觀認知負荷測量方法是根據任務績效來評判認知負荷程度的方法。主觀測量法根據個體在完成任務過程中的主觀感受與體驗來評價認知負荷?？陀^認知負荷和主觀認知負荷反映了學習者認知加工的不同層面。二者在相關指標上看似存在差異，但實際上相輔相成，共同驗證了相關因素對學習者認知負荷的影響。

本研究發(fā)現，刺激呈現時間對客觀認知負荷產生了影響。具體表現為與0.5s相比，在呈現時間為0.7s時，被試在次任務上的反應時更長，但正確率更高。這說明本實驗中存在速度—準確性權衡（周強， 胡瑜， 2004）。在加工時間充足的情況下，被試傾向于追求準確度，而犧牲反應時。同時也說明在時間更為充足的情況下，學習者調用了更多認知資源用于次任務的加工。被試在客觀認知負荷指標上的表現也得到主觀認知負荷（任務難度）的證實。研究顯示，在呈現時間為0.7s時，被試對任務難度的評分更高，說明被試在主觀上感受到的認知負荷更高。因此，呈現時間在主客觀認知負荷上的表現是相輔相成的：刺激呈現時間較長，學習者的客觀表現越好，但同時帶來的主觀認知負荷也越大。

刺激數量對學習者認知負荷的影響則主要體現在主觀認知負荷方面。研究發(fā)現，空間位置數量對被試主觀感受到的心理努力和任務難度具有顯著影響。刺激數量越多，被試需要調用的心理資源越多，感受到的主觀認知負荷也越高。然而，刺激數量對客觀認知負荷的影響并不顯著。這可能是因為3、4、5個空間位置的任務對被試而言都是可以完成的，因此在客觀任務績效方面差別不大。主觀認知負荷指標則說明，雖然被試在3、4、5個空間位置任務中的客觀任務績效差異不顯著，但其實他們付出的認知資源和內在努力程度是有顯著差異的。因此，刺激數量對學習者認知負荷的影響主要體現在主觀認知負荷指標上。劉哲雨等（2022）發(fā)現，在虛擬現實學習環(huán)境下，學習者對學習任務的投入度作為心流體驗的重要組成部分對學習成績產生顯著影響。本研究發(fā)現學習者在主觀認知負荷明顯增大的情況下仍然能夠保持較好的客觀學習成績，進一步驗證了心流體驗在虛擬現實環(huán)境中的體現。

4.5 應用建議

第一，充分利用跨通道優(yōu)勢效應提高虛擬加工效率。Salln?s（2010）的實驗發(fā)現，虛擬學習環(huán)境中的觸覺反饋裝置可以有效增強學習者的社會臨場感，提高學習者在虛擬學習中的行為投入深度。Persky等也發(fā)現，通過觸覺通道增強學習者對虛擬學習資源的感知程度，能夠使學習者對環(huán)境中的信息元素產生更強的臨場感（Persky et al. ， 2009），提高學習效果。本研究發(fā)現，觸覺與視覺整合加工帶來的主觀任務難度評分低于單一視覺通道加工。因此，在進行虛擬空間環(huán)境要素的設計時，可對不同通道的資源進行合理配置。第二，合理控制虛擬環(huán)境學習單元呈現的刺激數量。本研究表明，虛擬空間位置數量的增加對主觀認知負荷指標有顯著影響。建議一次讓學習者同時加工的位置數量不超過3個，以保持適度的主觀認知負荷。第三，為虛擬學習留出充裕時間。在虛擬學習環(huán)境下，適當延長呈現時間可以為學習者釋放出更多認知加工資源，從而降低認知負荷（邢強， 黃偉東， 2008）。本研究結果顯示，當加工時間延長到0.7s，學習者的正確率顯著提升至60%以上，說明這是一個相對充足的加工時間，學習者得以在加工主任務之余，較好地加工次任務。因此，為保障學習材料得到更加充分的加工，虛擬空間位置的呈現和加工時間不宜過短，以0.7s左右為宜。

4.6 不足與展望

本研究在以下方面存在局限：第一，缺乏對影響認知負荷主觀因素的考察。學習者本身的學習經驗、學習心向、工作記憶容量、情緒狀態(tài)等是影響認知負荷的重要因素，本研究主要關注客觀方面的影響因素，故在主觀因素方面的探索十分有限。未來可以在個性化因素對虛擬現實學習環(huán)境的影響方面展開研究（胡藝齡等， 2021; 柯照文等， 2020）。第二，對由虛擬空間位置帶來的認知負荷影響考察不夠全面?？臻g位置本身的排列組合模式、呈現方式和動態(tài)位置變化等特點，以及學習過程中界面與學習者的互動等因素會在不同程度上對認知負荷產生影響（向維 等， 2021）。本研究未對此進行深入考察。第三，缺乏衡量認知負荷加工深度的生理指標。本研究使用了反應時、正確率以及學習者的主觀報告等指標，可能未能充分揭示學習過程中的認知負荷變化情況。未來研究可使用眼動、腦電及心率變異性（HRV）（彭婉晴等， 2019）等與工作記憶刷新、認知負荷動態(tài)變化有關的生理指標，以更加精確地測評學習者的認知負荷。

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