曲艷艷?乜勇

摘 要：目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)學(xué)習(xí)投入的理論研究總體已趨于成熟，對(duì)學(xué)習(xí)投入的測(cè)量形成了不同版本的測(cè)量量表，而這些測(cè)量量表主要是從宏觀層面考慮的，在特定環(huán)境下對(duì)學(xué)習(xí)投入測(cè)量的研究不夠豐富，特別是在VR環(huán)境下對(duì)學(xué)習(xí)投入的測(cè)量研究較少?；诖?，以VR學(xué)習(xí)環(huán)境為研究背景，分析了VR學(xué)習(xí)環(huán)境及其獨(dú)有特點(diǎn)，用文獻(xiàn)研究法梳理了學(xué)習(xí)投入的概念、內(nèi)涵和理論，分析了VR環(huán)境下學(xué)習(xí)投入測(cè)量的現(xiàn)狀，從教育心理學(xué)、教育神經(jīng)學(xué)和數(shù)據(jù)整合各方面分析了VR環(huán)境下學(xué)習(xí)投入測(cè)量的理論基礎(chǔ)，以一種新的視角即從生理學(xué)的角度入手，設(shè)計(jì)了針對(duì)學(xué)習(xí)投入測(cè)量的各維度生物指標(biāo)，并與傳統(tǒng)的問(wèn)卷調(diào)查法相結(jié)合，最終形成了在VR環(huán)境下對(duì)學(xué)習(xí)投入測(cè)量的方案，同時(shí)說(shuō)明對(duì)各維度指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量時(shí)需要用到的儀器設(shè)備及對(duì)測(cè)量出的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)需要用到的重要技術(shù)。

關(guān)鍵詞：VR環(huán)境；學(xué)習(xí)投入；測(cè)量研究

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-0069（2023）01-0018-06

收稿日期：2022-09-13

基金項(xiàng)目：全國(guó)教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度教育部重點(diǎn)課題“高?；旌辖谈谋尘跋陆處熜畔⒒虒W(xué)能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)評(píng)工具研究”（DCA200305）；2020年度中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)教師教育分會(huì)“新時(shí)代教師教育體系改革與創(chuàng)新”專項(xiàng)課題重點(diǎn)課題“促進(jìn)西部農(nóng)村中小學(xué)教師專業(yè)能力提升的‘雙師教學(xué)共同體研修平臺(tái)的構(gòu)建與實(shí)踐研究”（2020JSD01）

作者簡(jiǎn)介：曲艷艷（1998— ），女，河南洛陽(yáng)人，碩士研究生，研究方向?yàn)閷W(xué)習(xí)投入、信息技術(shù)教育應(yīng)用、人工智能教育應(yīng)用；乜勇（1970—），男，藏族，青海貴德人，教授、博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)教育應(yīng)用、課程與教學(xué)論、人工智能教育應(yīng)用等，系本文通信作者。

引言

信息技術(shù)的發(fā)展使學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)環(huán)境由傳統(tǒng)的黑板粉筆演變?yōu)榕c多媒體技術(shù)相結(jié)合的學(xué)習(xí)環(huán)境，VR技術(shù)的出現(xiàn)，形成了虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境，它突破了傳統(tǒng)環(huán)境中學(xué)習(xí)者僅能通過(guò)教師的講解和演示進(jìn)行學(xué)習(xí)的局限，那么在VR環(huán)境中學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果如何，是否要比傳統(tǒng)環(huán)境中的學(xué)習(xí)效果好，這是非常值得去探究的問(wèn)題。學(xué)習(xí)投入一定程度上影響著學(xué)習(xí)效果，因此應(yīng)該把重點(diǎn)放在測(cè)量學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)投入上，究竟應(yīng)該怎樣去測(cè)量？從哪個(gè)角度入手？測(cè)量哪些指標(biāo)？這正是本文所要研究的。

一、學(xué)習(xí)投入

學(xué)習(xí)投入，最初被維爾馬爾·莎菲利（Wilmar Schaufeli）提出，隨后將學(xué)習(xí)投入的相關(guān)研究拓展到學(xué)生群體。莎菲利[1]認(rèn)為學(xué)習(xí)投入是學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)時(shí)具有的充沛的精力和良好的心理韌性，感到學(xué)習(xí)有意義，對(duì)學(xué)習(xí)本身感興趣，從而沉浸于學(xué)習(xí)之中的狀態(tài)。喬曉熔[2]認(rèn)為，學(xué)習(xí)投入是學(xué)生在開(kāi)始和執(zhí)行學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)行為上卷入的強(qiáng)度和情感上體驗(yàn)的質(zhì)量。蘇紅等人[3]認(rèn)為，學(xué)習(xí)投入是指學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中消耗的經(jīng)費(fèi)、時(shí)間和精力等資源的總稱。本文認(rèn)為學(xué)習(xí)投入是學(xué)習(xí)者在某種特定的學(xué)習(xí)環(huán)境中以一種積極的心理感知投入，并與環(huán)境發(fā)生交互，最終獲得滿足感的過(guò)程。

盡管不同學(xué)者對(duì)學(xué)習(xí)投入的定義各不相同，但大部分都認(rèn)可其內(nèi)涵集中于認(rèn)知、行為和情感投入三個(gè)維度。

（一）認(rèn)知投入

所謂認(rèn)知投入，就是學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)環(huán)境關(guān)系的知覺(jué)力和信念，主要表現(xiàn)為學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)時(shí)的動(dòng)機(jī)水平、學(xué)習(xí)時(shí)的意志力、自我效能感、自我調(diào)節(jié)、使用高級(jí)認(rèn)知技術(shù)，將自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃安排得井井有條、對(duì)自己的學(xué)習(xí)時(shí)間有合理的分配、對(duì)自己未來(lái)有憧憬、設(shè)定好自己的未來(lái)目標(biāo)、與學(xué)生和教師的互動(dòng)意愿等。

（二）行為投入

行為投入是指學(xué)習(xí)者愿意付出的時(shí)間、活動(dòng)的強(qiáng)度和努力的程度對(duì)學(xué)業(yè)努力和學(xué)業(yè)表現(xiàn)程度的反映。主要表現(xiàn)為課前預(yù)習(xí)、上課時(shí)間出勤率、對(duì)學(xué)校與班級(jí)規(guī)則的服從、課堂學(xué)習(xí)參與度、課后作業(yè)完成度、課下所花費(fèi)的時(shí)間及遇到疑難問(wèn)題不放棄愿意為之花費(fèi)時(shí)間、積極參加社會(huì)活動(dòng)等。行為投入可以分為參與、堅(jiān)持、專注、交互、學(xué)術(shù)挑戰(zhàn)、自我監(jiān)控六類[4]。

（三）情感投入

情感投入是學(xué)生在特定學(xué)習(xí)環(huán)境中的情感參與。主要表現(xiàn)為上課時(shí)積極活躍，學(xué)習(xí)知識(shí)的熱情、求知的好奇心等正面情感，對(duì)學(xué)習(xí)的倦怠、焦躁、厭煩等負(fù)面情感。

二、VR學(xué)習(xí)環(huán)境

（一）VR學(xué)習(xí)環(huán)境的概念

VR學(xué)習(xí)環(huán)境是由計(jì)算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)創(chuàng)造的一種交互式的人工世界。在這個(gè)人工世界中，學(xué)習(xí)者可以產(chǎn)生一種身臨其境的真實(shí)感覺(jué)，主要包括浸入式、互動(dòng)式和創(chuàng)造式環(huán)境三種[5]。

（二）VR學(xué)習(xí)環(huán)境的特點(diǎn)

相較于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境，VR學(xué)習(xí)環(huán)境有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即有較強(qiáng)的沉浸性、較好的交互性與較新的構(gòu)想性。

1.沉浸性

VR學(xué)習(xí)環(huán)境的沉浸性主要體現(xiàn)為：當(dāng)學(xué)習(xí)者進(jìn)入場(chǎng)景，仿若置身現(xiàn)實(shí)情境一般，特別是學(xué)習(xí)者借助虛擬設(shè)備如虛擬眼鏡、頭盔和手柄時(shí)，其沉浸感更強(qiáng)。

2.交互性

VR學(xué)習(xí)環(huán)境的交互性主要體現(xiàn)為桌面式交互和沉浸式交互兩種：桌面式交互是學(xué)習(xí)者利用計(jì)算機(jī)的鼠標(biāo)、鍵盤(pán)與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，沉浸式交互是學(xué)習(xí)者借助VR設(shè)備如手柄、頭戴式眼鏡和頭盔與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互[6]。

3.構(gòu)想性

VR學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)想性體現(xiàn)為它以視覺(jué)的呈現(xiàn)方式表現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的構(gòu)思與設(shè)計(jì)，在此環(huán)境中學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者可以大致了解設(shè)計(jì)者的想法和意圖。

三、VR環(huán)境下學(xué)習(xí)投入測(cè)量現(xiàn)狀

（一）傳統(tǒng)環(huán)境下的學(xué)習(xí)投入測(cè)量

1.學(xué)習(xí)投入測(cè)量量表

對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)習(xí)投入測(cè)量量表進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)歸納與總結(jié)， 具體內(nèi)容如表1所示。

2.學(xué)習(xí)投入測(cè)量方法

學(xué)習(xí)投入測(cè)量方法分為三類：學(xué)生對(duì)自己學(xué)習(xí)投入描述形成的報(bào)告、教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)投入描述形成的報(bào)告和特定學(xué)習(xí)環(huán)境下的課堂觀察[7]。學(xué)生自我報(bào)告是指用編制好的學(xué)習(xí)投入題目，讓學(xué)習(xí)者按照從“非常不符合”到“非常符合”的程度進(jìn)行選擇性作答；教師報(bào)告包含學(xué)習(xí)投入與學(xué)習(xí)不滿意調(diào)查表、學(xué)校評(píng)定調(diào)查表和閱讀投入指標(biāo)三種工具；課堂觀察是教師用提前設(shè)置好的指標(biāo)來(lái)記錄課堂觀察結(jié)果。

（二）信息技術(shù)背景下的學(xué)習(xí)投入測(cè)量

信息技術(shù)背景下的學(xué)習(xí)環(huán)境包括在線、遠(yuǎn)程、智慧和混合學(xué)習(xí)環(huán)境等。從測(cè)量維度分析，多數(shù)研究測(cè)量的是學(xué)習(xí)投入的三個(gè)維度，但也有部分研究只集中于測(cè)量學(xué)習(xí)投入的一個(gè)維度行為投入；從測(cè)量方法分析，信息技術(shù)環(huán)境下對(duì)學(xué)習(xí)投入的測(cè)量形成了在某個(gè)具體環(huán)境中的測(cè)量量表，如在線學(xué)習(xí)環(huán)境中產(chǎn)生的測(cè)量表（OSES）和遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)環(huán)境下形成的測(cè)量表（SEDE）[4]。信息技術(shù)環(huán)境下對(duì)學(xué)習(xí)投入的測(cè)量主要是由研究者參照經(jīng)典量表，將編制好的調(diào)查問(wèn)卷或量表發(fā)放給學(xué)習(xí)者讓其進(jìn)行填寫(xiě)。但不同的是信息技術(shù)環(huán)境下對(duì)學(xué)習(xí)投入的測(cè)量可以借助平臺(tái)，利用平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，收集學(xué)習(xí)者在平臺(tái)中學(xué)習(xí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集合。從空間維度來(lái)說(shuō)，可將不同的頁(yè)面和課程的內(nèi)容模塊作為指標(biāo)進(jìn)行考察，對(duì)學(xué)習(xí)者瀏覽的所有課程模塊及頁(yè)面的跳轉(zhuǎn)情況進(jìn)行綜合分析；從時(shí)間維度來(lái)說(shuō)，可對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)時(shí)間、登錄平臺(tái)的時(shí)間、對(duì)平臺(tái)中資源訪問(wèn)情況、參與平臺(tái)中教師安排的活動(dòng)與完成教師布置任務(wù)的情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

在此基礎(chǔ)上，也有研究者提出了更加新穎的測(cè)量方法，如在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間中利用眼動(dòng)儀、用攝像頭把學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)錄制下來(lái)、利用智能設(shè)備捕捉學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時(shí)的面部表情和鼠標(biāo)流數(shù)據(jù)。

（三）VR環(huán)境下的學(xué)習(xí)投入測(cè)量

在VR環(huán)境下對(duì)學(xué)習(xí)投入測(cè)量的研究較少。從測(cè)量維度上來(lái)說(shuō)，主要是從學(xué)習(xí)投入其中的一個(gè)維度，即較多學(xué)者是從行為投入方面進(jìn)行研究，對(duì)學(xué)習(xí)投入三個(gè)維度測(cè)量的研究較少；從測(cè)量方式上看，主要是采用眼動(dòng)試驗(yàn)對(duì)行為投入下的子維度指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。

四、VR環(huán)境下學(xué)習(xí)投入測(cè)量的理論基礎(chǔ)

教育心理學(xué)理論揭示了VR環(huán)境下學(xué)習(xí)投入是如何發(fā)生的，其中最具代表性的理論有自我決定理論、期望價(jià)值理論及互動(dòng)反饋效應(yīng)，自我決定理論揭示了VR環(huán)境下學(xué)習(xí)者自我決定行為的動(dòng)機(jī)過(guò)程[8]，期望控制理論闡述了學(xué)習(xí)者完成學(xué)習(xí)任務(wù)的動(dòng)機(jī)和成功完成任務(wù)可能性之間的關(guān)系，實(shí)質(zhì)是指向?qū)W習(xí)者學(xué)習(xí)時(shí)的動(dòng)機(jī)水平，互動(dòng)反饋效應(yīng)揭示了VR環(huán)境下學(xué)習(xí)者與環(huán)境中各要素之間的關(guān)系及與各要素間的互動(dòng)。

教育神經(jīng)學(xué)理論為測(cè)量VR環(huán)境下的學(xué)習(xí)投入提供了跨學(xué)科基礎(chǔ)。教育神經(jīng)學(xué)認(rèn)為，學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)的生物學(xué)基礎(chǔ)是神經(jīng)元之間突觸的連接[9]，學(xué)習(xí)者進(jìn)行學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)是大腦產(chǎn)生需求，進(jìn)而引起神經(jīng)系統(tǒng)和大腦對(duì)不同學(xué)習(xí)任務(wù)的感知，從而做出改變，大腦中的其他神經(jīng)系統(tǒng)如交感和副交感神經(jīng)系統(tǒng)也會(huì)對(duì)VR 環(huán)境下學(xué)習(xí)投入的不同程度產(chǎn)生不同的反應(yīng)，而這種反應(yīng)又反過(guò)來(lái)影響學(xué)習(xí)本身[10]，教育神經(jīng)學(xué)使得VR環(huán)境下借助腦科學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)投入測(cè)量成為可能。

數(shù)據(jù)整合為科學(xué)反映VR環(huán)境下的學(xué)習(xí)投入提供基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)整合有助于彌補(bǔ)傳統(tǒng)環(huán)境下單維度測(cè)量學(xué)習(xí)投入的不足，以及人工評(píng)判帶來(lái)的數(shù)據(jù)主觀層面的誤差，它借助先進(jìn)儀器和設(shè)備收集學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時(shí)的過(guò)程性數(shù)據(jù)，將多方面數(shù)據(jù)共同作為反映學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)投入水平的依據(jù)，從而更客觀地反映學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)投入。

五、VR環(huán)境下學(xué)習(xí)投入測(cè)量方案的設(shè)計(jì)

到目前為止，對(duì)學(xué)習(xí)投入的測(cè)量方法僅局限于對(duì)傳統(tǒng)措施或者是混合方法的有限改進(jìn)[11]。想要突破這種局限性，就需要從一種新的視角出發(fā)，即需要借助信息科學(xué)、神經(jīng)學(xué)和腦科學(xué)等新的方法來(lái)填補(bǔ)學(xué)習(xí)投入在教育測(cè)量方面的不足，這就意味著可以利用學(xué)習(xí)者的多重感官，來(lái)分析其不同感官的生物信號(hào)，再結(jié)合問(wèn)卷調(diào)查法，更真實(shí)地反映學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)投入。

（一）VR環(huán)境下學(xué)習(xí)投入測(cè)量的思路

對(duì)學(xué)習(xí)投入的測(cè)量，一方面從生理學(xué)的角度出發(fā)，將學(xué)習(xí)者生理各方面的反應(yīng)作為測(cè)量指標(biāo)；另一方面利用問(wèn)卷調(diào)查法讓學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)結(jié)束后進(jìn)行填寫(xiě)，兩方面結(jié)合共同測(cè)量學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)投入。

（二）VR環(huán)境下學(xué)習(xí)投入測(cè)量的指標(biāo)研究

1.生理層面的測(cè)量研究

眼動(dòng)（EM），主要包括追蹤運(yùn)動(dòng)和掃視兩大類，其中眼跳和注視是眼動(dòng)運(yùn)動(dòng)最基本的兩個(gè)指標(biāo)，對(duì)于眼動(dòng)的測(cè)量，需要用特定的眼動(dòng)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即眼動(dòng)試驗(yàn)。眼動(dòng)試驗(yàn)是利用眼動(dòng)儀等先進(jìn)設(shè)備對(duì)學(xué)習(xí)者的眼球與視線進(jìn)行追蹤與連續(xù)測(cè)量的過(guò)程[12]，也即研究學(xué)習(xí)者的視覺(jué)移動(dòng)軌跡，并結(jié)合其他變量對(duì)比和分析學(xué)習(xí)者視線關(guān)注點(diǎn)的變化。試驗(yàn)過(guò)程中，需要研究者提前調(diào)試好眼動(dòng)設(shè)備并連接好對(duì)眼動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量的相關(guān)軟件。目前，利用眼動(dòng)試驗(yàn)來(lái)測(cè)量學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)投入的研究相對(duì)來(lái)說(shuō)不夠豐富，利用眼動(dòng)試驗(yàn)可以測(cè)量學(xué)習(xí)者的注視點(diǎn)指標(biāo)、眼跳指標(biāo)和鼠標(biāo)指標(biāo)等。

腦電波（EEG），是一種自發(fā)的、有節(jié)奏的神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)，由大腦神經(jīng)組織中的突觸電位形成。大腦的活動(dòng)是學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中大量的神經(jīng)元發(fā)揮作用，并同步發(fā)生突觸后電位造成的，它可以捕獲電波在大腦運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的變化，或者腦細(xì)胞向大腦活動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方向。腦電波是對(duì)神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行間接測(cè)量的工具，具有較高的測(cè)量精度，可以測(cè)量毫秒級(jí)的電位變化，至少包含四種不同頻率的波形，從小又快的β波形到大又慢的δ波形對(duì)應(yīng)的頻率分別為β波（14～30 Hz）、α（8～13 Hz）、θ（4～7 Hz）、δ（1～3Hz）；除了這四種不同的波形，還有一種比β波頻率更高的γ波，在30～80 Hz之間，當(dāng)學(xué)習(xí)者專注于某一學(xué)習(xí)情境時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)這種波形；而學(xué)習(xí)者沒(méi)有專注于學(xué)習(xí)而處于睡眠狀態(tài)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)駝峰波、σ波、λ波、κ-復(fù)合波、μ波等這樣特殊的腦電波。若需了解學(xué)生的認(rèn)知活動(dòng)時(shí)，需要分析腦電波的波幅和頻率。

事件相關(guān)的電位（ERP），是大腦通過(guò)過(guò)濾信號(hào)和疊加的方式來(lái)分離腦電波的一種特殊的刺激能力。它反映了大腦出現(xiàn)的電反應(yīng)信號(hào)與所受刺激時(shí)間同步，對(duì)認(rèn)知過(guò)程中學(xué)生大腦中的神經(jīng)電變化做出反應(yīng)，當(dāng)在特定的學(xué)習(xí)環(huán)境中被認(rèn)知處理時(shí)，大腦的潛意識(shí)里會(huì)發(fā)生變化。

心電圖（ECG或EKG），是用心電圖指標(biāo)中的心臟電活動(dòng)周期改變的圖形來(lái)記錄心臟變化的過(guò)程。心電圖指標(biāo)主要包括心率（HR）、心率不穩(wěn)定性（HRV）等。其中心率和心率不穩(wěn)定是經(jīng)常用的兩個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，心率指心臟每分鐘跳動(dòng)的次數(shù)，聯(lián)系學(xué)生的情感變化，若學(xué)生情緒較負(fù)面時(shí)，其心率顯示得較高；心率變異性用來(lái)判斷學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)的韌性，學(xué)生感到有壓力時(shí)，其心率會(huì)比正常高，心率變異性則有所降低[13]；學(xué)習(xí)者具有自控能力時(shí)，其心率會(huì)降低，心率變異性會(huì)相應(yīng)地處于高水平。

表情識(shí)別（FER），表情是通過(guò)眼睛、面部肌肉和嘴巴變化引發(fā)的情緒波動(dòng)。面部表情主要是通過(guò)眼睛和嘴巴之間的肌肉體現(xiàn)的，表達(dá)方式是學(xué)習(xí)者的眼睛、眉毛、嘴巴、鼻子和臉頰五官的綜合表現(xiàn)。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)情境中看到自己感興趣的部分，相應(yīng)的瞳孔會(huì)擴(kuò)大；相反，如果展現(xiàn)的內(nèi)容是學(xué)習(xí)者不擅長(zhǎng)或不感興趣的知識(shí)點(diǎn)，瞳孔會(huì)變小；眉毛顯示的是眉毛之間的肌肉皺紋，它表達(dá)出學(xué)習(xí)者在情緒上的差異；嘴巴的表情主要是口型的改變；鼻腔的收縮與擴(kuò)張是鼻部的主要表現(xiàn)；臉部表情的變化主要是由肌肉的變化引起的。這五種感官通常是相互聯(lián)系的整體，面部識(shí)別主要是五個(gè)器官協(xié)調(diào)變化的結(jié)果，它們相結(jié)合共同表達(dá)出一種情感。

皮膚電反應(yīng)（GSR），是由汗腺活性或交感神經(jīng)系統(tǒng)的變化引起的皮膚阻力，它被認(rèn)為是一項(xiàng)情緒生理指標(biāo)，汗腺分泌得越多通常被認(rèn)為是由更多的情緒反應(yīng)引起的，皮膚的電反應(yīng)可通過(guò)皮膚傳導(dǎo)水平的變化來(lái)確定學(xué)生的精神狀態(tài)，如可以判斷學(xué)習(xí)者的焦慮。

2.問(wèn)卷調(diào)查研究

問(wèn)卷調(diào)查是學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)結(jié)束后填寫(xiě)的關(guān)于整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的描述，以此反映學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)投入狀態(tài)，問(wèn)卷的設(shè)計(jì)思路主要包含兩大部分：第一部分為學(xué)習(xí)者要填寫(xiě)的基本信息；第二部分是包含認(rèn)知、行為和情感的學(xué)習(xí)投入的三維度指標(biāo)，根據(jù)VR環(huán)境下學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的具體內(nèi)容編制題目，每一維度設(shè)置四至六道題目，對(duì)題目的設(shè)計(jì)使用李克特量表的方式，分為非常不符合、不符合、一般符合、非常符合和完全符合五種程度，相應(yīng)的賦分為1至5分。具體執(zhí)行思路為：將設(shè)計(jì)好的問(wèn)卷首先進(jìn)行信效度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果證明信效度良好，則投入使用；否則需進(jìn)行改進(jìn)，直至檢驗(yàn)合格后方可發(fā)放正式使用。

（三）VR環(huán)境下對(duì)學(xué)習(xí)投入測(cè)量的方案

把眼動(dòng)試驗(yàn)下的注視定義為眼球從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)之間靜止的時(shí)間。眼動(dòng)試驗(yàn)下的注視指標(biāo)有注視時(shí)間、注視次數(shù)和注視點(diǎn)分布，通過(guò)眼動(dòng)追蹤可以確定學(xué)習(xí)者的關(guān)注點(diǎn)及其變化，是研究學(xué)習(xí)者行為的重要方式，可以描述學(xué)習(xí)者投入學(xué)習(xí)時(shí)的行為，故可用這部分指標(biāo)測(cè)量學(xué)習(xí)者的行為投入；腦電波描述學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)時(shí)的波形變化，與學(xué)習(xí)者的認(rèn)識(shí)狀態(tài)相關(guān)[14]，可以反映出學(xué)習(xí)者的認(rèn)知狀態(tài)，事件相關(guān)電位記錄了學(xué)習(xí)者對(duì)某項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)加工時(shí)的認(rèn)知變化，心率和心電圖描述出學(xué)習(xí)者的一系列連續(xù)的心率變化，故腦電波和心電圖可以共同描述學(xué)習(xí)者的認(rèn)知投入；面部表情可以追蹤學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)的整個(gè)過(guò)程中的面部變化，可以反映出學(xué)習(xí)者的情緒狀態(tài)，皮膚電反應(yīng)可以測(cè)出學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)的過(guò)程中是否焦慮，所以可以用來(lái)描述學(xué)習(xí)者的情感投入。

（四）分析學(xué)習(xí)投入測(cè)量數(shù)據(jù)的重要技術(shù)

對(duì)生理層面的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與分析，需要用到先進(jìn)的儀器以及扎實(shí)的數(shù)據(jù)分析能力。收集眼動(dòng)數(shù)據(jù)，桌面高精端眼動(dòng)儀、便攜遙測(cè)眼動(dòng)儀、可穿戴眼鏡式眼動(dòng)儀和VR虛擬頭盔式眼動(dòng)儀四類可供選擇。研究者通過(guò)選擇眼動(dòng)儀并利用圖像處理技術(shù)，定位學(xué)習(xí)者的瞳孔所在位置，獲取坐標(biāo)，并通過(guò)一定的算法，計(jì)算眼睛注視或者凝視的點(diǎn)， 得出學(xué)習(xí)者的空間位置疊加視圖、時(shí)間圖視圖和動(dòng)畫(huà)回放視圖三種數(shù)據(jù)視圖；可用簡(jiǎn)易腦電波測(cè)量?jī)x收集腦電信號(hào)，利用近似熵、能量、總變差、偏度和標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)提取出腦電的關(guān)鍵特征；測(cè)量事件相關(guān)電位需要用到電極帽，提取出數(shù)據(jù)后需要分段、濾波等；心電圖的采集與收集需要用到心電采集設(shè)備；面部表情識(shí)別則是利用圖像識(shí)別技術(shù)，基于深度學(xué)習(xí)算法通過(guò)面部肌肉的特征點(diǎn)位置來(lái)計(jì)算和分類面部識(shí)別；皮膚電反應(yīng)需要用到皮膚電測(cè)試儀器進(jìn)行。對(duì)問(wèn)卷調(diào)查收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要利用數(shù)據(jù)分析軟件如SPSS和MATLAB進(jìn)行處理和分析。

六、展望

學(xué)習(xí)投入可以反映出學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)質(zhì)量。對(duì)生理層面各指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，可得到更加客觀的體現(xiàn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)投入的數(shù)據(jù)，結(jié)合問(wèn)卷調(diào)查法得出的數(shù)據(jù)，從而使學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)投入測(cè)量數(shù)據(jù)更綜合，更真實(shí)地反映學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)投入水平；但對(duì)于生理層面的指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量需要用到較先進(jìn)的儀器和設(shè)備，同時(shí)對(duì)生理層面測(cè)量出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析需要用到先進(jìn)的軟件系統(tǒng)、深厚的數(shù)據(jù)分析功底和高水平的數(shù)據(jù)分析方法。如果這些問(wèn)題都能得到有效解決，則這種從生理層面測(cè)量學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)投入的嶄新視角，在未來(lái)將會(huì)得到教育界特別是教育技術(shù)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，將會(huì)有廣闊的發(fā)展前景。

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（責(zé)任編輯 孫興麗）

Design of Learning Engagement Measurement in VR Environment

Qu Yanyan，Nie Yong

（Faculty of Education，Shaanxi Normal University，Xian，Shaanxi，China 710062）

Abstract： At present，the theoretical research on learning engagement at home and abroad has become mature. The measurement of learning engagement has formed different versions of the measurement scale.However，these measurement scales are mainly considered from the macro level.There is not enough research on the measurement of learning engagement in specific environment.There are few studies on the measurement of learning engagement in the VR environment.Based on this，the paper takes VR environment as the research background，analyzes the VR learning environment and its unique characteristics.The paper combs the concept，connotation and theory of learning engagement by literature research and analyzes the current situation of learning engagement measurement in VR environment.The paper analyzes the theoretical basis of measuring learning engagement in VR environment from the aspects of educational psychology，educational neurology and data integration.In a new way，all dimensions of biological indicators of learning engagement measurement are designed from physiological perspective and combines with questionnaire survey method.At the same time，it explains instruments and equipment required when measuring the index and the important techniques needed to analyze the measured index data of each dimension. Finally，the scheme of learning engagement measurement in VR environment is formed.

Key words： VR environment;Learning engagement;Measurement study