基于VR沉浸式教学的沉浸感：结构、影响因素及应用策略

王 帅

重庆水利电力职业技术学院，重庆 402160

一、研究背景

（一）研究背景

随着智能化数字化的不断发展，教育不断突破“所能”边界，即能虚实结合、能实时监控、能仿真交互，虚拟现实技术（Virtual Reality，VR）具有3I的特征，即沉浸性、交互性、构想性，VR沉浸性特征为实践教学提供了变革思路［1］。近年来，有学者探索VR在学科教学中的应用研究，在VR情境中沉浸感的学习体验占有重要地位［2］，关注VR情境所带来的沉浸感对提高学习成效和动机，由于VR情境的复杂性和学习者体验的个体差异性，对VR沉浸式教学中呈现出的结构、影响因素与应用策略研究较少。

（二）沉浸式教学模型

在教学过程中，VR搭建的沉浸式教学由三个基本要素组成：教师、学生、情境。首先，教师层面，具身认知理论认为VR构建的沉浸式教学情境背景下，职业教育的变革对教师的专业发展、审美素养提出新要求，教师的专业发展要面向真实化、情境化、网络化的教学问题，要求教师学会使用智能化教育技术；其次，学生层面，沉浸式教学加强学生的主体适应性，强调以学生为中心的过程体验；最后，VR背景下沉浸式教学依托虚拟现实、物联网、大数据技术搭建多感知通道的VR情境，帮助学习者摆脱囿于身体和先前经验制约的困境，通过虚拟现实技术搭建的虚拟仿真情境，可以有效帮助学习者在虚拟情境中获得真实体验及相应经验［3］，提高学习者的学习持久性，见图1。

二、调查问卷的编制与调查实施

（一）问卷编制

本研究中沉浸感问卷量表改编自IPQ沉浸感量表，设置临场感（SP）维度，主要测量虚拟现实场景中的空间感知程度［4］；参与感（INV）评估虚拟情境中的互动感知程度，即学习者对情境中互动的关注程度；真实性（REAL）维度体现的是虚拟现实环境的拟真度，是否符合物理世界的规律和视觉体验。虚拟现实情境内沉浸式教学临场感问卷构成维度的建构和调查题目的编写，该问卷共有两个一级维度：沉浸感和学习者背景，沉浸感维度包含3个因子共计10题，综合IPQ沉浸感问卷中三因素类别：临场感（3题）、参与感（3题）、真实性（4题）；学习者背景维度包含3个因子：性别（1题）、经验（6题）、目的（6题），设置问卷结构如表1：

表1 学习体验调查问卷结构

（二）教学设计和实验材料

本研究依托自主开发的VR虚拟现实平台，设计实施10分钟的传感器选型实验，以HTC VIVE VR眼镜和手柄作为工具。为测量学习者在VR虚拟实验平台中沉浸感的影响机制，选用同一测量工具，对130名高职大一虚拟现实技术专业学生进行问卷调查和访谈，130名被试者均无物联网专业学习背景和知识经验，在测试前由专业教师进行相关知识点讲解，其中89名同学有过VR体验经历，86名同学有过3Dmax建模经验，100名同学有过Unity引擎开发经验。

（三）调查对象分析及材料收集

本研究以高职虚拟现实技术专业学生为研究对象，学习者在实验后立即填写调查问卷，共发放130份调查问卷，回收有效问卷共120份。其中男性学习者88人，占被试人数比例的73%，女性学习者共32人，占被试人数比例为26.7%，使用SPSS26.0进行数据分析。

三、VR沉浸式教学沉浸感的结构与影响因素分析

（一）效度分析和因子分析

因子分析是通过对因子之间内部关系进行测量，研究各变量之间的复杂关系。本部分将对调查结果进行验证性因子分析，验证沉浸感维度的有效性，探究VR沉浸式教学沉浸感的基本结构，为评估变量数据是否适合做因子分析，使用KMO检验和Bartiett的球度检验检验因子分子的变量相关性，如表2。

表2 效度分析表

本研究KMO检验的结果显示，KMO的值为0.918，依据KMO度量标准：0.9以上表示非常适合。同时，Bartlett球形检验的结果显示，显著性P=0.000＜0.005，水平上呈现显著性，拒绝原假设，各变量间具有相关性，表明数据非常适合做因子分析。为检验选取出的共同因素能够解释所有题项变量的比例，根据总方差解释结果显示：公因子的累计方差贡献率为76.891%。一般情况下，累计方差贡献率达到60%及以上，则说明因子对变量的解释能力尚可接受，本研究数据超过60.0%，故因子的解释能力较好，如表3。

表3 总方差解释表

（二）差异性分析

本研究使用独立样本U检验对学习者性别、经验、学习目的在沉浸感各维度上的差异进行分析。结果显示：性别在临场感上存在显著差异，中位数分别为：6.0/7.0，检验结果 p=0.025。因此，统计结果显著，其差异幅度Cohen’s d值为：0.498，分析原因可能由于男女心理结构产生差异，但性别对临场感的影响效应量不大；性别在参与感上存在显著差异，中位数分别为：6.0/8.0，检验结果p=0.029，其差异幅度Cohen’s d值为：0.496，可能由于男、女样本量差距产生的差异，但性别对参与感的影响效应量不大，说明在教学中性别对使用VR技术影响较小；男、女学习者在真实感上不存在显著差异，其差异幅度Cohen’s d值为：0.354，说明性别对学习者感知VR情境中和物理环境的一致性影响较小，如表4。

表4 差异性分析结果

本研究使用方差检验，对学习者经验进行差异分析。结果显示：临场感、参与感和真实感的P值分别为：0.702、0.514、0.591（p 值均 ＞0.05），水平上不呈现显著性，不能拒绝原假设。因此，数据满足方差齐性。结合差异性分析和效应量化分析结果：学习者的经验不同在虚拟现实的临场感、参与感与真实性上存在显著差异。基于临场感、参与感和真实性Eta方（η²值）分别为：0.117、0.211和0.181，说明三维度数据的差异有11.7%、21.1%和18.1%是来源于不同组别间的差异，说明学习者不同体验次数会在参与感和真实性存在较大程度差异，在临场感上存在中等差异；学习者的目的不同在虚拟现实的临场感、参与感与真实性上存在显著差异。基于临场感、参与感和真实性Eta方（η²值）分别为：0.284、0.258和 0.196，说明数据的差异有28.4%、25.8%和19.6%是来源于不同组别间的差异，所以不同学习目的在临场感、参与感和真实性上均存在较大差异。

（三）相关性分析

本研究使用学习者性别、经验、学习目的在沉浸感各维度上的相关性进行检验，结果如表5所示：学习者的性别、经验、学习目的在临场感、参与感和真实性三个维度上显著正相关，其中经验与参与感（p=0.001）和真实性（p=0.003）的相关性较为显著，说明学习者使用VR的经历和次数与学习者进行交互时的参与感和真实性存在显著正相关，在虚拟情境中的参与感、主体性和场景的逼真程度影响到学习者学习体验的积极性；学习者学习目的与临场感（p=0.007）、参与感（p=0.021）、真实性（p=0.009）存在正相关，说明学习者在虚拟情境中的交互体验能够刺激学习者感知信息，积极融入学习任务和主题中，激发学习者的投入度和积极性。

表5 相关性分析结果

四、VR沉浸式教学的基本类型及应用策略

在沉浸式教学中，不同交互类型在应用取向与逻辑演进中融入教学分为学科本位与知识应用、学科思维与融合运用两种方式，结合沉浸感程度呈现四种类型：1.独立式学科本位型，即促使学习者获取以学科知识为主，以培养单一学科知识为主要目标，通过在虚拟情境达到习得经验、提升投入和增强情境的目的［5］；2.分布式学科本位型，即联结各个虚拟现实系统，以获取多元学科资源为目标，促使学习者打破囿于时空界限，实现无边界的泛在学习场域；3.独立式项目融合型，即以项目式为导向，通过任务进阶培养发现与解决问题的能力，通过操作体验、知识应用达到自主探究的学习［6］；4.分布式项目融合型，即将培养多学科知识与复杂问题解决能力为目标，促进学习者在学习过程中去学科化，注重掌握知识，形成创造性的复杂学科思维。

五、结语

基于虚拟现实的沉浸式教学提升沉浸感的途径体现在以下几个方面：1.构建高质感、高拟真和多通道的虚拟情境是提高学习持久性的重要手段［7］，虚拟情境可以有效帮助学习者获得真实体验及相应经验；2.通过建构自主探究、合作探索和意义整合的学习项目和主题，使学习者明确学习目的，提升“共情”感深化认知，触发学习迁移；3.通过具身体验对情境提出评估反馈，能让学习者产生较高的心理认同、集体认同和规则认同［5］。同时，关注VR沉浸感教学中学习者生理维度上的主体适应性，强调以学生为中心的过程体验，以培养学生学习能力、创新能力与核心素养。