姜麗萍 李小平 張琳 陳建珍 董銀銀

摘要：該文在人體機(jī)理感知信息科學(xué)理論和交互技術(shù)成果分析的基礎(chǔ)上，對(duì)人體感知與環(huán)境感知問(wèn)題、人體機(jī)理感知信息獲取問(wèn)題、感知覺(jué)與記憶的關(guān)系問(wèn)題、人機(jī)交互感知與輸入機(jī)理問(wèn)題、5G環(huán)境下VR人機(jī)信息獲取問(wèn)題、虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，并針對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)中缺乏客觀感知回饋設(shè)計(jì)和無(wú)法有效獲取控制變量的弱點(diǎn)，提出了基于人體機(jī)理感知的虛擬現(xiàn)實(shí)可控學(xué)習(xí)體驗(yàn)環(huán)境的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了可穿戴學(xué)習(xí)體驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型。并通過(guò)《英語(yǔ)視聽(tīng)說(shuō)》進(jìn)行探索，嘗試了人體感知環(huán)境下沉浸式體驗(yàn)課程設(shè)計(jì)，部分實(shí)現(xiàn)了虛擬教學(xué)體驗(yàn)空間的控制設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：第五代移動(dòng)通信技術(shù);人體感知;虛擬現(xiàn)實(shí);穿戴系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、引言

隨著技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，人們的學(xué)習(xí)需要尋求一個(gè)更加有效的、真實(shí)的、更加自然態(tài)的學(xué)習(xí)環(huán)境，追求獲取知識(shí)的真實(shí)感和自然態(tài)，這種真實(shí)感和自然態(tài)主要來(lái)源于人們對(duì)知識(shí)的感知和獲取技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。而知識(shí)的感知是一個(gè)認(rèn)定的知識(shí)進(jìn)行自然態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，如仿真學(xué)習(xí)、虛擬現(xiàn)實(shí)化學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí)等，這些學(xué)習(xí)環(huán)境具有返璞歸真的意境，同時(shí)在原始學(xué)習(xí)并維持知識(shí)保真度的基礎(chǔ)上，對(duì)知識(shí)的獲取過(guò)程、理解過(guò)程進(jìn)行科學(xué)的有效性設(shè)計(jì)，在媒體技術(shù)和人機(jī)技術(shù)可允許的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)感知的自然獲取，這其中包括：聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)的獲取和計(jì)算，情感計(jì)算與分析[1]。

在第五代通信個(gè)體及群體多連接、多傳感器信息的獲取環(huán)境的基礎(chǔ)上，筆者試圖找到知識(shí)獲取的多通道的設(shè)計(jì)方法，以逼近真實(shí)的理解感知過(guò)程，構(gòu)造以教學(xué)為目標(biāo)的仿真環(huán)境，讓環(huán)境中的知識(shí)獲取元素和體驗(yàn)過(guò)程向知識(shí)“熵”逼近。讓學(xué)習(xí)者在完成向自我建構(gòu)的過(guò)程中體驗(yàn)知識(shí)“熵”逼近的過(guò)程。如何完成逼近過(guò)程的關(guān)鍵就是要研究VR學(xué)習(xí)空間每—個(gè)分目標(biāo)是否都能與體驗(yàn)者人體體驗(yàn)效果相一致，是否符合人性化的設(shè)計(jì)，換句話說(shuō)，體驗(yàn)者對(duì)內(nèi)涵知識(shí)VR學(xué)習(xí)空間的體驗(yàn)效果決定于體驗(yàn)者感知的舒服和享受程度，如果感知越舒服證明這個(gè)部分空間設(shè)計(jì)和元素設(shè)計(jì)就越成功，反之亦然。從研究中我們發(fā)現(xiàn)人體感知與VR學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)是密切相關(guān)的，從體驗(yàn)上它們是一一對(duì)應(yīng)的（如圖1所示）。

要想獲得在VR體驗(yàn)過(guò)程中最佳的知識(shí)獲取方法，最直接、最有效的方法就是以人體對(duì)知識(shí)元素和知識(shí)表達(dá)環(huán)境的感知為研究重點(diǎn)，即通過(guò)獲取測(cè)量人體生理信號(hào)，實(shí)時(shí)計(jì)算用戶心理狀態(tài)，提取并計(jì)算生理信號(hào)的相應(yīng)特征，推測(cè)用戶在VR體驗(yàn)的心理狀態(tài)，判斷人對(duì)當(dāng)前的知識(shí)元素的感知，找到在VR環(huán)境中知識(shí)傳遞和獲取的最佳設(shè)計(jì)，而人體感知效應(yīng)與環(huán)境感知問(wèn)題研究將成為本問(wèn)題研究的基礎(chǔ)。

二、人體感知效應(yīng)與環(huán)境感知問(wèn)題的研究

（一）人體感知與環(huán)境感知的關(guān)系

人體感知即人的意識(shí)對(duì)內(nèi)外界信息的覺(jué)察、感覺(jué)、注意、知覺(jué)的一系列過(guò)程，分為感覺(jué)過(guò)程和知覺(jué)過(guò)程。感覺(jué)過(guò)程中被感覺(jué)的信息包括有機(jī)體內(nèi)部的生理狀態(tài)、心理活動(dòng)，也包含外部環(huán)境的存在以及存在關(guān)系信息。感覺(jué)不僅接受信息，也受到心理作用影響。知覺(jué)過(guò)程中對(duì)感覺(jué)信息進(jìn)行有組織的處理，對(duì)事物存在形式進(jìn)行理解認(rèn)識(shí)。環(huán)境感知是文化地理學(xué)借心理學(xué)新的研究或成果來(lái)分析人地關(guān)系的。人與自然環(huán)境關(guān)系中的各種可能性進(jìn)行選擇時(shí)不是任意的、隨機(jī)的和毫無(wú)規(guī)律的，而是有一定的客觀規(guī)律可尋的。它受一種思想意識(shí)的支配，這種思想意識(shí)就是環(huán)境感知。每個(gè)人總是生活在一定的環(huán)境中，由于受其環(huán)境及文化的影響，在人們頭腦中必然形成一種印象，這種由環(huán)境影響而形成的印象，就稱之為環(huán)境感知。因此，要對(duì)知識(shí)獲取的各種方法進(jìn)行科學(xué)過(guò)程的研究，就要掌握人們?cè)谶@些環(huán)境下獲取內(nèi)容的手段和對(duì)知識(shí)反應(yīng)的感知度。想了解人們對(duì)知識(shí)的感知，就必須了解人們?cè)谂龅酵饨绛h(huán)境條件刺激到產(chǎn)生記憶意識(shí)轉(zhuǎn)化的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程大致如下，人體在周邊環(huán)境刺激下，將會(huì)在人體內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的感知現(xiàn)象，同時(shí)引起人體外在相應(yīng)的情緒變化;根據(jù)刺激所帶來(lái)的變化程度，大腦將產(chǎn)生不同程度的記憶、意識(shí)狀態(tài)（如圖2所示），進(jìn)而形成了外界刺激到記憶的轉(zhuǎn)換。

VR教學(xué)空間體驗(yàn)是一種瞬間的感覺(jué)，也是一系列感知過(guò)程的綜合，觸摸和視覺(jué)在感知過(guò)程中起到重要的主導(dǎo)、直接、刺激的作用;不同的視覺(jué)強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生不同程度的感知效應(yīng)嘲，不同的觸摸強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生不同程度的刺激神經(jīng)的感知效應(yīng)。體驗(yàn)者對(duì)知識(shí)的認(rèn)知和理解與體驗(yàn)者當(dāng)時(shí)所獲得的磁場(chǎng)位置和磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，與體驗(yàn)者即時(shí)心理狀態(tài)和外界的刺激狀態(tài)有關(guān)，與此體驗(yàn)者對(duì)這方面知識(shí)的陌生程度有關(guān);但以上這些不定性因素我們無(wú)法辨別或同步獲取，對(duì)研究教學(xué)問(wèn)題也是意義不大的，而真正有意義的是要同步獲取在外界環(huán)境的刺激條件下視聽(tīng)觸覺(jué)表象信息和人體感知效應(yīng)信息。

同步確認(rèn)感知效應(yīng)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。這個(gè)感知獲取過(guò)程是一種在生理機(jī)理基礎(chǔ)上建立起來(lái)的形態(tài)感知過(guò)程[3];這個(gè)過(guò)程可能映射的是特定環(huán)境因素，而這個(gè)特定環(huán)境可能又映射的是人的情緒積累因素，也可能映射的是當(dāng)下環(huán)境磁場(chǎng)的作用，也可能是人們?cè)趯?duì)某種知識(shí)狀態(tài)和知識(shí)領(lǐng)域的理解的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的感覺(jué)和體會(huì);而這種生理機(jī)理所獲得的反應(yīng)是客觀的、有效的、自然的和真實(shí)的，是人們?cè)趶?fù)雜綜合環(huán)境下獲取知識(shí)時(shí)的真實(shí)生理反應(yīng)。

（二）人體感知的信息獲取

人體感知的信息主要包括：腦電、心電、皮膚電、皮膚溫度、呼吸、眼電和肌電等[4]。

1.腦電信號(hào)：從生物物理角度來(lái)看，腦電信號(hào)與人的記憶、知覺(jué)情緒、語(yǔ)言、行為等認(rèn)知過(guò)程具有一定的關(guān)系，當(dāng)大腦處于深度睡眠和無(wú)意識(shí)狀態(tài)時(shí)，主要產(chǎn)生δ波;當(dāng)處于深度、放松無(wú)壓力、潛意識(shí)狀態(tài)時(shí)主要產(chǎn)生θ波;α波通常對(duì)應(yīng)于身體放松，思維活躍的狀態(tài);β波，通常產(chǎn)生于緊張、充滿壓力的狀態(tài);當(dāng)人注意力高度集中緊張時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率更高的γ波。

2.心電信號(hào)：可顯示人心理狀態(tài)的變化，在時(shí)域上主要檢測(cè)心率和心率變異性，計(jì)算其均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

3.皮膚電信號(hào)：用來(lái)衡量皮膚和阻抗的。當(dāng)人感到壓力，覺(jué)得緊張時(shí)會(huì)流汗，導(dǎo)致皮膚電發(fā)生變化。也就是說(shuō)，皮膚電可以反映一個(gè)人的心理狀態(tài)。

4.皮膚溫度：通過(guò)測(cè)量皮膚溫度來(lái)檢測(cè)人的心理狀態(tài)是放松，還是較為緊張。

5.呼吸：與人的心理狀況關(guān)系密切，當(dāng)人處于較為放松的時(shí)候，呼吸會(huì)較為緩慢，當(dāng)人的心理狀態(tài)比較緊張的時(shí)候，呼吸會(huì)處于不平穩(wěn)狀態(tài)。

6.眼電信號(hào)：眨眼的頻率與學(xué)習(xí)體驗(yàn)時(shí)的緊張和焦慮的狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)人處于高負(fù)荷疲憊狀態(tài)時(shí)，眨眼的時(shí)間會(huì)變短，頻率下降。人眨眼時(shí)，眼部肌肉會(huì)放出一個(gè)電信號(hào)。

7.肌電信號(hào)：人在學(xué)習(xí)和體驗(yàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的心理狀態(tài)，在愉快時(shí)微笑，憂郁時(shí)皺眉，受到驚嚇時(shí)打哆嗦，此時(shí)面部和頸部相應(yīng)部位的肌肉收縮，導(dǎo)致肌肉表面的電壓發(fā)生變化，即可檢測(cè)到肌電信號(hào)的波動(dòng)。

目前人體感知信息獲取均可以通過(guò)時(shí)域或者頻域信號(hào)獲取技術(shù)來(lái)完成[5]，以上生理信號(hào)的分析、采樣、計(jì)算對(duì)于工業(yè)是一個(gè)較為成熟的技術(shù)，從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度上分析，將其技術(shù)應(yīng)用在VR教學(xué)體驗(yàn)可嵌入學(xué)習(xí)體驗(yàn)穿戴系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，是完全可行的。

人體機(jī)理感知的信息是交互行為的物質(zhì)基礎(chǔ)，是心理狀態(tài)最直接的體現(xiàn);在交互感知上，我們可以通過(guò)VR穿戴系統(tǒng)完成人際交互，實(shí)現(xiàn)更加自然的、協(xié)調(diào)的、相容的、適用的交互形態(tài)和生理感知信息的獲取方法;可以通過(guò)生理感知信息獲取用戶在VR環(huán)境下與知識(shí)元素交互的行為意圖，獲取在VR體驗(yàn)過(guò)程中的心理變化，評(píng)測(cè)用戶認(rèn)知狀態(tài)，以及交互自然性的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)。

三、人機(jī)交互感知與輸入機(jī)理的研究

（一）感知覺(jué)與記憶的關(guān)系

人機(jī)交互情景是通過(guò)影響人的心理狀態(tài)來(lái)影響人的整個(gè)信息加工過(guò)程和人的交互行為的，交互行為當(dāng)中感覺(jué)器官感受到的信息會(huì)被短暫地存儲(chǔ)，會(huì)有一小部分信息被進(jìn)一步加工，視覺(jué)感覺(jué)圖像記憶保持容量為7-17個(gè)字母之間，保持的時(shí)間為200毫秒;聽(tīng)覺(jué)感覺(jué)記憶保持容量為4.4-6.2個(gè)字母之間，保持的時(shí)間為1500毫秒，如果不及時(shí)加工就會(huì)被很快遺忘。

知覺(jué)是對(duì)感覺(jué)信息的組織識(shí)別和理解，只有通過(guò)注意篩選，信息才能從感覺(jué)進(jìn)入到知覺(jué)階段[6]。人的記憶是經(jīng)過(guò)感知覺(jué)加工后的信息，如果人有意將這些內(nèi)容記住，就會(huì)將其轉(zhuǎn)移到長(zhǎng)期記憶中，人們需要這些內(nèi)容的時(shí)候，就從長(zhǎng)期記憶中進(jìn)行檢索，并將其轉(zhuǎn)移到短期記憶進(jìn)行處理。人在長(zhǎng)期記憶里存儲(chǔ)信息和知識(shí)時(shí)，新的內(nèi)容和已有的內(nèi)容聯(lián)系到一起，規(guī)模不斷增大，這就是長(zhǎng)期記憶的特點(diǎn)，其人腦記憶模型如圖3所示。以上這些視覺(jué)聽(tīng)覺(jué)感知指標(biāo)為我們VR教學(xué)空間設(shè)計(jì)和記憶空間設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)，反過(guò)來(lái)也可以從感知記憶效果反饋評(píng)價(jià)證明VR空間相應(yīng)的設(shè)計(jì)是否成功。

在VR空間設(shè)計(jì)和元素設(shè)計(jì)當(dāng)中，要有意地增加感知認(rèn)知過(guò)程的自然度，保持人體最為習(xí)慣的知識(shí)感知獲取方式，把握好獲取的最佳時(shí)間，對(duì)重點(diǎn)現(xiàn)象和最富有特征的知識(shí)現(xiàn)象進(jìn)行描述，達(dá)到人機(jī)現(xiàn)象、感知反饋的自然，達(dá)到展示個(gè)體狀態(tài)和規(guī)律的自然，構(gòu)造出適合不同人的體驗(yàn)空間[7]。

VR體驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要目的是在短時(shí)記憶和原有知識(shí)加工的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期記憶;而虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的刺激、VR元素的交互以及交互時(shí)的觸覺(jué)等短時(shí)記憶為VR教學(xué)長(zhǎng)期記憶奠定了基礎(chǔ)。在VR體驗(yàn)過(guò)程中，人們通過(guò)元素瞬時(shí)聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和視覺(jué)等感知信息的捕捉完成內(nèi)容的記憶，而這些瞬間感知、短期記憶和長(zhǎng)期記憶的有效性和正確性，將對(duì)知識(shí)內(nèi)容體驗(yàn)效果正確評(píng)測(cè)起重要作用。有關(guān)瞬間感知、短期記憶和長(zhǎng)期記憶的關(guān)系如圖4所示。

（二）人體感知信息獲取與虛擬輸入

為了高效的VR信息獲取，就應(yīng)該在人體感知的特性上進(jìn)行研究，讓信息接收部件、顯示設(shè)計(jì)、觸摸感知設(shè)計(jì)、音頻視頻設(shè)計(jì)符合人體生理機(jī)理規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)容元素知識(shí)關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)，為瞬時(shí)記憶、短時(shí)記憶向長(zhǎng)時(shí)記憶的“精準(zhǔn)”轉(zhuǎn)化創(chuàng)造條件。

如果VR教學(xué)體驗(yàn)空間人機(jī)輸入方式和界面設(shè)計(jì)得好，在VR學(xué)習(xí)空間中減輕多余的操作，提供加強(qiáng)記憶的元素，就能夠幫助用戶對(duì)信息進(jìn)行快速的結(jié)構(gòu)化加工，縮短用戶的學(xué)習(xí)時(shí)間，減少交互時(shí)的心理負(fù)荷，減輕體驗(yàn)者的記憶負(fù)荷，加強(qiáng)長(zhǎng)時(shí)間記憶的效果，在無(wú)意識(shí)記憶的基礎(chǔ)上完成體驗(yàn)者對(duì)知識(shí)的自我個(gè)性化建構(gòu)[8]。

VR教學(xué)體驗(yàn)空間的輸入方式主要體現(xiàn)在虛擬空間進(jìn)行虛擬指向、眼神定位、虛擬空間鍵盤(pán)、語(yǔ)義輸入、人體傳感信息、圖像傳感信息、觸摸壓力傳感信息等獲取，信息獲取的手段和設(shè)置與教學(xué)體驗(yàn)反饋有關(guān)，與體驗(yàn)效果評(píng)測(cè)有關(guān)。VR教學(xué)體驗(yàn)輸入以自然的、不經(jīng)意的信息獲取為主，以故事敘事轉(zhuǎn)折方式為主線，以解決問(wèn)題為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其輸入方式充滿著非準(zhǔn)確位置性、聯(lián)想性、無(wú)意識(shí)性、友好性、自然性、寬泛性、環(huán)境融合性，以及界面與故事引發(fā)性和隨機(jī)輸入性。目前出現(xiàn)了許多這樣的VR/AR交互系統(tǒng)，其中包括：語(yǔ)音輸入、手勢(shì)控制輸入、眼動(dòng)輸入、腦電輸入等;并推出了相應(yīng)的AR眼鏡，如Leap Motion等設(shè)備;還有頭動(dòng)輸入、空中打字、單位手勢(shì)輸入等。其中眼動(dòng)交互就是通過(guò)捕捉眼球的運(yùn)動(dòng)來(lái)計(jì)算出視點(diǎn)，并配合眨眼動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)眼動(dòng)交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操控。以上這些人體感知信息獲取設(shè)備的實(shí)現(xiàn)為VR/AR交互輸入奠定了輸入心理模型基礎(chǔ)。

人體感知機(jī)理的信息獲取必須建立在人可接受的、無(wú)任何干擾和命令前提下、無(wú)任何行為障礙和干擾思維的環(huán)境基礎(chǔ)上，必須具備多性能、高密集型的設(shè)備集成，應(yīng)具有包括VR知識(shí)手套、隱形眼鏡、心電傳感器、肌電傳感器、溫度傳感器等設(shè)備的集合，并在此基礎(chǔ)上形成可穿戴學(xué)習(xí)體驗(yàn)系統(tǒng)。

四、可穿戴學(xué)習(xí)體驗(yàn)系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

VR教學(xué)體驗(yàn)是為學(xué)習(xí)者獲取知識(shí)、體驗(yàn)知識(shí)、自我建構(gòu)知識(shí)體系服務(wù)，突出體驗(yàn)個(gè)性化服務(wù)。所以VR教學(xué)體驗(yàn)系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)的宗旨是以學(xué)習(xí)者的需求和感受、以逼近知識(shí)熵的最大程度為指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以VR環(huán)境、體驗(yàn)空間等系列設(shè)計(jì)元素為控制對(duì)象，以人體感知作為修正控制量進(jìn)行閉環(huán)式控制模型的設(shè)計(jì)，形成可穿戴學(xué)習(xí)體驗(yàn)系統(tǒng)。

這種可穿戴學(xué)習(xí)體驗(yàn)系統(tǒng)在獲得人體生理機(jī)理和行為動(dòng)作信息的過(guò)程中，形成系列的感知獲取過(guò)程，為VR教學(xué)空間與體驗(yàn)者之間的平衡和綜合評(píng)價(jià)提供了必要的技術(shù)支撐，是實(shí)踐、探索、效仿、環(huán)境自適應(yīng)、方法的探索、知識(shí)的靈活應(yīng)用、多種途徑解決問(wèn)題的試探，是對(duì)體驗(yàn)者心理素質(zhì)、技術(shù)素質(zhì)、知識(shí)水準(zhǔn)、抗壓能力、創(chuàng)新力、辨識(shí)力、解決問(wèn)題能力等的測(cè)試，是設(shè)計(jì)適應(yīng)體驗(yàn)者逐級(jí)挑戰(zhàn)問(wèn)題空間的探索，是逐漸引導(dǎo)體驗(yàn)者向優(yōu)秀解決途徑方面逼近的過(guò)程[9]。

虛擬現(xiàn)實(shí)的體驗(yàn)性學(xué)習(xí)是以第一視點(diǎn)、第一人稱進(jìn)行的，是對(duì)現(xiàn)象的觀察、操作的感知、環(huán)境的聯(lián)想、記憶的觸發(fā)、沖突中的認(rèn)識(shí)、搏擊當(dāng)中的意識(shí)、多種感知綜合下的知識(shí)環(huán)境渲染和領(lǐng)悟。VR化學(xué)習(xí)體驗(yàn)空間既需要心流理論指導(dǎo)下的沉浸體驗(yàn)設(shè)計(jì)，又需要人體感知下的測(cè)試反饋?zhàn)赃m應(yīng)設(shè)計(jì)，需要在人體正確的感受下，正常的生理狀態(tài)和心理狀態(tài)達(dá)到最優(yōu)的條件下，在VR的自我建構(gòu)設(shè)計(jì)原則基礎(chǔ)上完成體驗(yàn)。要達(dá)到最好的體驗(yàn)效果，設(shè)計(jì)當(dāng)中就需要有明確的、“精準(zhǔn)的”感知元素，有可產(chǎn)生短時(shí)記憶的視聽(tīng)觸感知，有能轉(zhuǎn)為長(zhǎng)時(shí)記憶的聯(lián)想空間、背景元素和音樂(lè)配音等“精準(zhǔn)”元素，要有能讓其產(chǎn)生能力輸出和創(chuàng)造力的知識(shí)運(yùn)用元素;同時(shí)要給出虛擬環(huán)境下的人體的承受力的評(píng)價(jià)，技能能力的評(píng)價(jià)、心理承受能力的評(píng)價(jià)、對(duì)環(huán)境恐懼度的評(píng)價(jià)、對(duì)問(wèn)題敏感度的評(píng)價(jià)、對(duì)所設(shè)元素反應(yīng)的評(píng)價(jià)、對(duì)對(duì)抗元素心理的評(píng)價(jià)、對(duì)過(guò)程進(jìn)程緊張性的評(píng)價(jià)、對(duì)空間友好性和興趣度等“精準(zhǔn)”評(píng)價(jià)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)捕捉真實(shí)的、 “精準(zhǔn)的”感知效果[10]。

感知獲得的效果和質(zhì)量將決定VR體驗(yàn)設(shè)計(jì)的效果和質(zhì)量、VR問(wèn)題認(rèn)知的效果和個(gè)性化設(shè)計(jì)的效果。我們要在虛擬空間行動(dòng)感知中不斷地測(cè)試人機(jī)環(huán)境、人機(jī)因素，不斷地精準(zhǔn)調(diào)整VR環(huán)境對(duì)人的適應(yīng)度，讓VR體驗(yàn)空間與體驗(yàn)者形成閉環(huán)控制的回路，達(dá)到精準(zhǔn)控制的VR體驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程，達(dá)到有依據(jù)性的個(gè)性化體驗(yàn)控制調(diào)整。

（二）可穿戴VR教學(xué)體驗(yàn)系統(tǒng)控制因素的設(shè)計(jì)

VR教學(xué)體驗(yàn)設(shè)計(jì)的控制目標(biāo)是圍繞著體驗(yàn)者對(duì)周邊元素的感知進(jìn)行控制和調(diào)整，以此來(lái)達(dá)到知識(shí)接受程度和自我建構(gòu)程度最佳化的目的;那么在設(shè)計(jì)中具體如何控制，控制什么，根據(jù)什么依據(jù)進(jìn)行控制成為了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，下面我們就可穿戴VR教學(xué)體驗(yàn)系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)中主要涉及到的控制元素設(shè)計(jì)展開(kāi)研究。

1.周邊環(huán)境的控制元素設(shè)計(jì)

在VR可穿戴學(xué)習(xí)體驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，認(rèn)知狀態(tài)對(duì)交互過(guò)程有著一定的關(guān)聯(lián)作用，人體機(jī)理感知信息的大規(guī)模獲取與在線VR過(guò)程信息的同步采集比對(duì)、關(guān)聯(lián)分析，將為VR學(xué)習(xí)體驗(yàn)提供較為完整的控制閉環(huán)系統(tǒng)。我們要在反饋、分析當(dāng)中找到交互行為過(guò)程中行為與生理結(jié)構(gòu)的適合度，提高接口界面與心理模型協(xié)調(diào)相容性，提升積極情緒的體驗(yàn)，減少體驗(yàn)當(dāng)中的工作負(fù)荷，提升注意水平認(rèn)知狀態(tài)。情緒狀態(tài)的變化是VR體驗(yàn)中多個(gè)生理信號(hào)維度的體現(xiàn)（女口圖5所示）。情緒狀態(tài)變化的測(cè)量是一種多模態(tài)的生理測(cè)量，可為人機(jī)交互體驗(yàn)提供更加精細(xì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)[11]，以及工作負(fù)荷和注意水平的測(cè)量指標(biāo);我們將在可穿戴學(xué)習(xí)體驗(yàn)系統(tǒng)人體感知信號(hào)獲取中關(guān)注情景中特定事件中的生理響應(yīng)，找出情緒引發(fā)的原因，也就是我們所要找的引發(fā)控制的因素對(duì)象，我們目的就是對(duì)因素對(duì)象進(jìn)行自適應(yīng)的優(yōu)化、升級(jí)。

2.體驗(yàn)沉浸控制元素設(shè)計(jì)

體驗(yàn)沉浸控制元素設(shè)計(jì)是VR體驗(yàn)學(xué)習(xí)中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，即通過(guò)人體感知給出每一個(gè)體驗(yàn)者適應(yīng)的體驗(yàn)程度和體驗(yàn)級(jí)別，根據(jù)人體感知信號(hào)捕捉的人體特征，結(jié)合人體感知與沉浸式體驗(yàn)的關(guān)系[12]進(jìn)行體驗(yàn)級(jí)別的定位，為VR智能型自適應(yīng)控制提供了判別條件，同時(shí)作為閉環(huán)體驗(yàn)控制分量對(duì)VR級(jí)別進(jìn)行調(diào)整和控制。有關(guān)人體感知與沉浸式體驗(yàn)的控制元素對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖6所示。

（三）可穿戴學(xué)習(xí)體驗(yàn)閉環(huán)可反饋控制系統(tǒng)模型

可穿戴學(xué)習(xí)體驗(yàn)系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)閉環(huán)可反饋的控制系統(tǒng)，是一個(gè)可調(diào)節(jié)的VR學(xué)習(xí)體驗(yàn)空間自適應(yīng)、個(gè)性化建模系統(tǒng)，是具有人工智能、5G環(huán)境技術(shù)特征和生理特征的系統(tǒng)，體現(xiàn)了強(qiáng)烈的輸入感知和輸出感知，吸收了空間描述形態(tài)的外界因素，融合了情景化、故事編導(dǎo)化的人類自然態(tài)的落地描述，給出了挑戰(zhàn)與技能的體驗(yàn)沉浸控制模塊，提供了以知識(shí)和問(wèn)題為核心的、綜合的人體機(jī)理感知效應(yīng)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)客觀評(píng)價(jià)，采用了控制系統(tǒng)的回饋多通道的調(diào)節(jié)與建議，學(xué)習(xí)體驗(yàn)科學(xué)化構(gòu)架，為體驗(yàn)者自我知識(shí)建構(gòu)，為設(shè)計(jì)中信息“熵”的優(yōu)化逼近，提供了良好的設(shè)計(jì)模型[13][14];筆者在《大學(xué)英語(yǔ)視聽(tīng)說(shuō)》設(shè)計(jì)、《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)》VR化教學(xué)課程、《汽車變速箱》VR化教學(xué)課程等設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出了可穿戴學(xué)習(xí)體驗(yàn)閉環(huán)可反饋控制系統(tǒng)模型（如圖7所示）。

五、人體感知環(huán)境下沉浸式體驗(yàn)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐

（一）設(shè)計(jì)內(nèi)容

本團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了《大學(xué)英語(yǔ)視聽(tīng)說(shuō)》VR化教學(xué)課程的設(shè)計(jì)，以人體感知環(huán)境下的沉浸式體驗(yàn)為設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行英語(yǔ)教學(xué)與VR體驗(yàn)融合性問(wèn)題的研究，將視聽(tīng)說(shuō)英語(yǔ)教學(xué)形態(tài)融入到VR化體驗(yàn)交流的形態(tài)當(dāng)中，通過(guò)體驗(yàn)行為的人體感知提升整體環(huán)境和元素的有效性，將英語(yǔ)語(yǔ)言知識(shí)完美地融合于跨文化交際中，突出生動(dòng)、活潑、感知、刺激的視覺(jué)特性，通過(guò)對(duì)各種情景下語(yǔ)言和交際知識(shí)的理解、運(yùn)用，使體驗(yàn)者在提高英語(yǔ)運(yùn)用能力的同時(shí)掌握跨文化的基本知識(shí)和技能、熟悉不同的文化環(huán)境并通曉交際規(guī)范。在VR設(shè)計(jì)中，以自我設(shè)計(jì)行為為主導(dǎo)，引用了大量的VR化設(shè)計(jì)元素，其中包括：享受（樂(lè)趣、享樂(lè)和放松）、心流（集中、吸人）、想象沉浸（故事、同理心）、感官沉浸（在場(chǎng)感）、懸念（挑戰(zhàn)、緊張和壓力）、負(fù)面情緒（失望和挫敗感）、控制（自主、力量）、社會(huì)存在感（與他人的聯(lián)結(jié)、同理心）、以及勝任力（驕傲、精神歡快）等[15]元素，利用VR沉浸式體驗(yàn)手法，來(lái)達(dá)到自我提升英語(yǔ)視聽(tīng)說(shuō)能力的目的。

此次人體感知環(huán)境下沉浸式體驗(yàn)課程設(shè)計(jì)嘗試，實(shí)現(xiàn)了自主探究式智能性虛擬語(yǔ)境空間設(shè)計(jì)、英語(yǔ)配音體驗(yàn)空間設(shè)計(jì)、VR化情景漫游導(dǎo)航、VR化漫游雙語(yǔ)體驗(yàn)空間設(shè)計(jì)、VR化敘事空間設(shè)計(jì)等體驗(yàn)設(shè)計(jì)，將網(wǎng)絡(luò)漫游、虛擬人物智能對(duì)話、影視配音、網(wǎng)上出國(guó)實(shí)踐、視頻填空組合、故事講解、虛實(shí)教學(xué)單元等進(jìn)行組合，體現(xiàn)英語(yǔ)體驗(yàn)空間的獨(dú)有特性，在語(yǔ)言體驗(yàn)的基礎(chǔ)上嘗試了游戲化形態(tài)與語(yǔ)言形態(tài)的融合，體現(xiàn)出探索式學(xué)習(xí)的應(yīng)用框架。

在控制設(shè)計(jì)方面提煉出了游戲化英語(yǔ)體驗(yàn)的控制因素和成分[16]，即：技巧/技能、挑戰(zhàn)、情緒、控制/自由度、專注/集中、實(shí)體呈現(xiàn)、參與感/好奇度、故事/戲劇性、社交屬性、互動(dòng)/可操控性等。并嘗試人體感應(yīng)測(cè)試和自適應(yīng)VR沉浸式級(jí)別的調(diào)整，并實(shí)現(xiàn)部分功能。