翟雪松 孫玉璉 沈 陽 潘俊君

（1.浙江大學(xué) 教育學(xué)院，浙江杭州 310058；2.安徽建筑大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，安徽合肥 230009；3.北京師范大學(xué) 中國(guó)基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測(cè)協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100875；4.北京航空航天大學(xué) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191）

一、引言

在實(shí)現(xiàn)了教育普惠型的發(fā)展目標(biāo)后，“十四五”規(guī)劃明確提出了發(fā)展更高質(zhì)量教育的要求和方向。其中，不斷豐富數(shù)字學(xué)習(xí)資源和革新知識(shí)傳遞方式，成為更高質(zhì)量教育的抓手[1]。教育部等六部門在《關(guān)于推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》中，對(duì)智慧教學(xué)設(shè)施和智慧科研設(shè)施提出：依托感知交互、仿真實(shí)驗(yàn)等裝備，打造生動(dòng)直觀形象的新課堂，以及利用信息技術(shù)輔助模擬實(shí)驗(yàn)過程等任務(wù)[2]。近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）依托圖像處理技術(shù)，讓平面的學(xué)習(xí)資源和數(shù)字空間走向了三維立體的呈現(xiàn)形式，優(yōu)化了數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境，在一定程度上解決了一些投入成本高和實(shí)驗(yàn)環(huán)境復(fù)雜的教育場(chǎng)景搭建問題，具有廣泛的應(yīng)用需求和價(jià)值[3]。然而，當(dāng)VR 被運(yùn)用到常規(guī)課堂教學(xué)時(shí)，卻面臨著課堂沉浸體驗(yàn)未能達(dá)到理想效果、缺少教學(xué)交互、反饋不及時(shí)等問題[4]。反思VR 在教育方面的應(yīng)用，目前大多局限于觀影模式，且交互方式只能通過外部遙控或鍵盤與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行連接，無法提供學(xué)習(xí)者的具身體驗(yàn)和反饋。即當(dāng)VR 課堂停留在數(shù)字化演示時(shí)，并未從根本上改變學(xué)習(xí)者的參與度問題，且現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的信息無法進(jìn)行有效連接，易造成學(xué)習(xí)反饋不及時(shí)和學(xué)習(xí)過程中思維不連貫等問題，使得學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象的深度體驗(yàn)存有缺失[5]。

觸覺反饋（Haptics） 技術(shù)作為一項(xiàng)人機(jī)感知技術(shù)，能夠通過觸覺反饋傳感器，在人機(jī)交互的過程中提供雙向的即時(shí)反饋，有效地彌合了VR 在教學(xué)應(yīng)用中的感知缺陷。因而，VR 與Haptics 的結(jié)合日益成為教育研究者和實(shí)踐者探索的重要領(lǐng)域[6]。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼開展了一系列實(shí)證研究，結(jié)論證明：Haptics 與VR 的有效結(jié)合，能夠帶給學(xué)習(xí)者身心合一的深度心流體驗(yàn)，提升學(xué)習(xí)者在體驗(yàn)活動(dòng)中的專注力，從而實(shí)現(xiàn)VR 教育應(yīng)用的沉浸性和交互性[7]。然而，任何的教育技術(shù)應(yīng)用手段都必須基于恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)應(yīng)用場(chǎng)景?！疤摂M現(xiàn)實(shí)+觸覺反饋”（VR+Haptics）作為一種新興的教學(xué)工具和手段，能否提高以及如何提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率，亟需系統(tǒng)性實(shí)證結(jié)論來指導(dǎo)未來教學(xué)。為此，本研究基于心流理論（Flow Theory）和具身認(rèn)知理論（Embodied Cognition Theory），采用了元分析研究方法，挖掘了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的VR+Haptics 在教育中的實(shí)證研究，旨在為該技術(shù)在教學(xué)中的有效性以及影響機(jī)制，尋找理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

二、研究現(xiàn)狀與目的

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)在教育應(yīng)用中的挑戰(zhàn)

虛擬現(xiàn)實(shí)是創(chuàng)建三維圖像表征的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，能夠有效模擬學(xué)習(xí)者在自然環(huán)境中體驗(yàn)到的視、聽、動(dòng)等行為。依據(jù)不同的交互介質(zhì)，曼達(dá)爾（S.Mandal） 等人將VR 分為非沉浸式桌面虛擬現(xiàn)實(shí)、半沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)和沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)三大類[8]。非沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)是指依賴屏幕的觀影模式，僅能夠提供有圖像反饋帶來的視覺沉浸感； 而半沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)通過頭部跟蹤和運(yùn)動(dòng)設(shè)備，能夠從空間上提供給學(xué)習(xí)者一定的臨場(chǎng)感； 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)指用戶通過插件設(shè)備的輔助，利用聽覺、觸覺及其他非視覺技術(shù)，來增強(qiáng)其沉浸式體驗(yàn)。本研究中的VR+Haptics就是屬于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)的一種。信息計(jì)算學(xué)者曾將VR 的特征概括為3I，即：沉浸性（Immersion）、交互性（Interaction）以及構(gòu)想性（Imagination）[9]?？v觀VR 課堂的應(yīng)用情況，VR 技術(shù)的3I 特征，也恰好是傳統(tǒng)VR 教學(xué)過程中面臨的三大挑戰(zhàn)。換言之，非沉浸式和半沉浸式VR 應(yīng)用模式，并未達(dá)到理想的教學(xué)效果。

首先，現(xiàn)有虛擬課堂尚未提供高質(zhì)量的沉浸效果。因?yàn)?，非沉浸和半沉浸VR 技術(shù)是一種“弱”VR技術(shù)，主要是將知識(shí)的呈現(xiàn)方式從傳統(tǒng)平面呈現(xiàn)轉(zhuǎn)向三維立體呈現(xiàn)，雖然學(xué)習(xí)者感受到了知識(shí)的全景傳播形式，但與“沉浸式”的虛擬學(xué)習(xí)還有一定的距離[10]。換言之，學(xué)習(xí)者仍處于被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)，并未真正參與到教學(xué)活動(dòng)中，更沒有進(jìn)入知識(shí)建構(gòu)的過程。因此，僅依賴單一的視覺通道，無法實(shí)現(xiàn)多通道感官刺激所帶來的沉浸感受。

其次，學(xué)習(xí)者與虛擬環(huán)境之間的交互性不強(qiáng)。高質(zhì)量的教育場(chǎng)景需要借助觸覺體驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)知覺，給學(xué)習(xí)者以主動(dòng)嫁接客觀世界的能力[11]。比如，物理教學(xué)中力的作用力和反作用力定律，醫(yī)學(xué)教育中對(duì)于縫合手術(shù)的力度掌握，都是以觸覺為基礎(chǔ)、視聽覺為輔助的交互式教學(xué)場(chǎng)景。當(dāng)前，弱VR 技術(shù)下的學(xué)習(xí)環(huán)境無法提供給學(xué)習(xí)者實(shí)時(shí)“動(dòng)”的交互，也無法進(jìn)行連貫的有效反饋，學(xué)習(xí)者與虛擬環(huán)境之間的自然交互性也不夠強(qiáng)。

最后，雖然諸多教育者試圖通過VR 為學(xué)習(xí)者打造一個(gè)探究式的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，但弱虛擬環(huán)境可提供給學(xué)習(xí)者的構(gòu)想空間較為局限[12]。羅恒等人將其歸因?yàn)閂R 教學(xué)中的低沉浸性和弱交互性，致使學(xué)習(xí)者在創(chuàng)作、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的過程中受到較大限制；同時(shí)，也讓學(xué)習(xí)者在探索能力和創(chuàng)造性培養(yǎng)方面遇到挑戰(zhàn)[13]。也有學(xué)者認(rèn)為，不同于被動(dòng)的知識(shí)接受，創(chuàng)造式的學(xué)習(xí)需要學(xué)習(xí)者準(zhǔn)確判斷自身所處的能力層次，以及預(yù)期在虛擬環(huán)境中所能達(dá)到的創(chuàng)造階段[14]?？梢?，VR 環(huán)境的構(gòu)想性需要學(xué)習(xí)者勇于踏出從感知到認(rèn)知這一步，對(duì)待知識(shí)能夠從被動(dòng)接受到主動(dòng)接觸，最后才能達(dá)成信任性交往。

（二）VR+Haptics 理論基礎(chǔ)及意義

觸覺反饋是一項(xiàng)人機(jī)感知技術(shù)，在人機(jī)交互中，計(jì)算機(jī)將使用者的輸入觸覺信息發(fā)送給Haptics 設(shè)備，在收到系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)后，再傳遞給使用者[15]。由于Haptics 提供了雙向信息流，能夠使學(xué)習(xí)者更大程度地沉浸在虛擬環(huán)境中。因此，Haptics 在當(dāng)前的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)、交互式教學(xué)和計(jì)算機(jī)模擬領(lǐng)域，愈發(fā)承擔(dān)著重要的角色[16]。當(dāng)Haptics 與VR 通過共定位技術(shù)（Co-localization）相結(jié)合時(shí)，虛擬模型的動(dòng)態(tài)變化會(huì)以力的形式傳遞給學(xué)習(xí)者，使其感受到物體間的交互效果，產(chǎn)生接觸真實(shí)物體的感知。使用Haptics 設(shè)備系統(tǒng)，可以在很大程度上改善目前VR 技術(shù)反饋不及時(shí)、沉浸不持久等缺陷，給予學(xué)習(xí)者足夠的構(gòu)想空間，真正實(shí)現(xiàn)VR 技術(shù)所追求的無縫式交互目標(biāo)。

心流理論認(rèn)為，當(dāng)個(gè)體沉浸在活動(dòng)體驗(yàn)中達(dá)到忘我的狀態(tài)時(shí)，不僅學(xué)習(xí)效率會(huì)有極大提高，也會(huì)擁有極大的滿足感和幸福感[17]。心流體驗(yàn)的達(dá)成需要兩個(gè)基礎(chǔ)條件：一是有即時(shí)反饋的活動(dòng)。對(duì)學(xué)習(xí)者而言，反饋即指對(duì)感官使用所期待的結(jié)果，及時(shí)的反饋有助于學(xué)習(xí)者進(jìn)入沉浸狀態(tài)。將VR 和Haptics 二者結(jié)合，能夠?qū)W(xué)習(xí)結(jié)果預(yù)期與心理預(yù)期產(chǎn)生切實(shí)有效的聯(lián)結(jié)，幫助學(xué)習(xí)者更好地達(dá)到心流狀態(tài)[18]。二是學(xué)習(xí)者要對(duì)這項(xiàng)活動(dòng)有主控感。在桌面虛擬現(xiàn)實(shí)和半沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，學(xué)習(xí)者雖然可以通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)和鍵盤來操縱屏幕上的圖片，但當(dāng)學(xué)習(xí)者想要進(jìn)一步接近并多角度了解學(xué)習(xí)對(duì)象時(shí)，就受到了限制[19]。Haptics 不僅能夠在學(xué)習(xí)者和虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境之間搭建信息交互的橋梁，更能幫助學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制的意向，并根據(jù)自身意愿來改變虛擬環(huán)境的呈現(xiàn)方式。

具身認(rèn)知理論是心智、身體和環(huán)境的一體論，身體各個(gè)部位的活動(dòng)方式?jīng)Q定了個(gè)人的思維方式，各類認(rèn)知活動(dòng)都受身體的動(dòng)作、感受及活動(dòng)方式的制約，強(qiáng)調(diào)身體在認(rèn)知過程中的重要作用[20]。具身認(rèn)知理論是整合學(xué)習(xí)科學(xué)、人機(jī)交互和學(xué)習(xí)環(huán)境的研究，使學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)發(fā)生機(jī)制的探討，從“離身性”向“具身性”轉(zhuǎn)變。隨著VR 技術(shù)以及體感交互等新型人機(jī)交互技術(shù)的普及，具身認(rèn)知理論在教育教學(xué)中的應(yīng)用，具有強(qiáng)大的環(huán)境保障和技術(shù)支持[21]。VR+Haptics憑借其沉浸的特性，使學(xué)習(xí)者獲得如同真實(shí)環(huán)境一般的認(rèn)知體驗(yàn)，它構(gòu)建了一個(gè)完全擬真的認(rèn)知環(huán)境，將虛擬數(shù)字化信息或場(chǎng)景疊加到真實(shí)的環(huán)境中，改變了物理世界中知識(shí)的呈現(xiàn)狀態(tài)。此外，VR+Haptics所構(gòu)成的學(xué)習(xí)環(huán)境，也能夠擴(kuò)展學(xué)習(xí)者對(duì)認(rèn)知內(nèi)容的感知形式和感知范圍，增加學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容感知的維度。它不僅可以促進(jìn)學(xué)習(xí)者認(rèn)知情境的延伸，還可以幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建虛擬的認(rèn)知世界，提供多感官的認(rèn)知資源，以豐富認(rèn)知交互環(huán)境。

目前，有關(guān)VR+Haptics 能否提高學(xué)習(xí)效率的研究，呈現(xiàn)出多種復(fù)雜的結(jié)論。例如，薩拉戈薩-西凱羅斯（J.Zaragoza-Siqueiros）等人在一項(xiàng)關(guān)于正頜外科教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于新手外科醫(yī)生來說，VR+Haptics 的教學(xué)模式會(huì)顯著提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率[22]。而張文娟等人在一項(xiàng)心理運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試中則發(fā)現(xiàn)： 受試者在VR+Haptics 學(xué)習(xí)環(huán)境中效率偏低[23]。因此，教育技術(shù)界亟需對(duì)這一研究問題進(jìn)行元分析，以充分揭示VR+Haptics 促進(jìn)學(xué)習(xí)效率的有效性及相關(guān)影響因素。一方面，VR+Haptics 尚未大規(guī)模引入常規(guī)課堂，現(xiàn)有研究均屬于小樣本的實(shí)驗(yàn)性課堂，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在一定的偶然性或偏差；另一方面，由于VR+Haptics 技術(shù)性較強(qiáng)，有關(guān)其在教育領(lǐng)域的量化研究還處于初探階段。就當(dāng)前國(guó)內(nèi)外已有的VR+Haptics在教育領(lǐng)域的研究來看，大多數(shù)研究仍屬于理論性研究，少有研究通過實(shí)驗(yàn)對(duì)VR+Haptics 在教育方面產(chǎn)生的影響以及原因作詳細(xì)闡述。我們認(rèn)為，通過元分析，則可以對(duì)“相同目的”“相互獨(dú)立”的多個(gè)研究，進(jìn)行定量的綜合分析，可將多個(gè)小樣本整合成較大的樣本，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具普適性。

本研究的目的主要是解決以下三個(gè)問題：（1）相比于VR 觀影模式和線下交互課程，VR+Haptics 能否促進(jìn)學(xué)習(xí)效率的提升？ （2）在VR+Haptics 環(huán)境下，學(xué)習(xí)效率會(huì)受到哪些調(diào)節(jié)效應(yīng)的影響？（3）根據(jù)研究結(jié)論，VR+Haptics 可以在未來應(yīng)用于哪些教育場(chǎng)景？我們希望通過VR+Haptics 在教育領(lǐng)域的元分析，能大致勾勒出有效的教育應(yīng)用場(chǎng)景，并對(duì)其可能面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行闡述，以尋求今后VR+Haptics 在教學(xué)應(yīng)用中提升學(xué)習(xí)效率的有效途徑。

三、數(shù)據(jù)來源及篩選原則

（一）數(shù)據(jù)來源

本研究遵循格拉斯（G.Glass） 的元分析評(píng)估程序，具體包括以下四個(gè)步驟：（1）收集VR+Haptics 的相關(guān)研究；（2）對(duì)所搜集的研究進(jìn)行特征值編碼；（3）通過元分析計(jì)算效應(yīng)量；（4）分析調(diào)節(jié)變量對(duì)效應(yīng)量的影響[24]。關(guān)鍵詞搜索的中文數(shù)據(jù)來自中國(guó)知網(wǎng)，英文數(shù)據(jù)來源于Web of Science（WoS）和Scopus，時(shí)間跨度均為2010年6月到2021年6月。中文文獻(xiàn)檢索采用四組關(guān)鍵詞：（1）虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)關(guān)鍵詞，包括虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、虛擬教室、混合現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)；（2）觸覺相關(guān)關(guān)鍵詞，包括觸覺、力反饋和觸覺反饋；（3）學(xué)習(xí)效率相關(guān)關(guān)鍵詞，包括教育、學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)時(shí)間、效率、模擬、培訓(xùn)。英文文獻(xiàn)檢索采用的四組關(guān)鍵詞：（1）VR 相關(guān)關(guān)鍵詞，包括“virtual reality”“virtual learning environment”“virtual classrooms”“mixed reality”和“augmented reality”；（2）Haptics 相關(guān)關(guān)鍵詞，包括“haptics”“haptic feedback”“haptic”和“tactile”；（3）學(xué)習(xí)效率相關(guān)關(guān)鍵詞，包括“education”“l(fā)earning”“l(fā)earning outcome” “l(fā)earning time” “achievement” “simulation”和“training”。布爾運(yùn)算符“AND”用于整合兩組關(guān)鍵詞，“OR”運(yùn)算符用于連接集合內(nèi)的關(guān)鍵詞。

（二）篩選標(biāo)準(zhǔn)

在本研究的元分析中，我們根據(jù)PRISMA 文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所選入的文獻(xiàn)研究采用詳細(xì)的納入和排除的準(zhǔn)則[25]（如圖1 所示）。綜合以上篩選標(biāo)準(zhǔn)，3698 篇學(xué)術(shù)文獻(xiàn)符合關(guān)鍵詞檢索標(biāo)準(zhǔn)。其中，英文文獻(xiàn)2519 篇，中文文獻(xiàn)1179 篇。在閱讀了摘要之后，對(duì)這些文獻(xiàn)是否應(yīng)該被納入本文的元分析做出了判斷，刪除了2916 篇文獻(xiàn)，最終20 篇文獻(xiàn)被納入當(dāng)前的元分析研究，參與的學(xué)習(xí)者共445 名。由于部分文獻(xiàn)做了多項(xiàng)研究，最終進(jìn)入元分析的案例共42 個(gè)。

（三）編碼規(guī)則

依據(jù)何克抗教授提出的一般教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的基本要素，本研究的元分析編碼包括描述性變量和調(diào)節(jié)變量?jī)蓚€(gè)部分。描述性變量包括標(biāo)題、作者信息、樣本量、發(fā)表年份和教學(xué)模式；調(diào)節(jié)變量包括教學(xué)目標(biāo)、樣本水平和評(píng)價(jià)方式[26]。通過對(duì)納入分析的文獻(xiàn)閱讀歸類后，將教學(xué)模式分為實(shí)體課堂、傳統(tǒng)VR 課堂和VR+Haptics 課堂三類； 教學(xué)目標(biāo)分為知識(shí)傳遞和技能訓(xùn)練兩類； 樣本水平分為學(xué)習(xí)者對(duì)實(shí)驗(yàn)課程有、無先前學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)兩類；評(píng)價(jià)方式通過即時(shí)測(cè)試和延遲測(cè)試，著重分析短期有效和長(zhǎng)期有效，調(diào)節(jié)變量編碼如表1 所示。此外，本研究利用Cohen Kappa 一致性檢驗(yàn)，評(píng)估了入選論文編碼過程的信度，三名VR 教育的專家對(duì)編碼進(jìn)行了評(píng)估，Kappa可信度為0.83，反映編碼信度較高。

表1 元分析調(diào)節(jié)變量編碼

四、研究結(jié)論

（一）異質(zhì)性和出版偏倚檢驗(yàn)

在本研究中，納入元分析的文獻(xiàn)共20 篇，由于其中11 篇文獻(xiàn)同時(shí)報(bào)告了多種不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的對(duì)照結(jié)果，因此，納入元分析的研究數(shù)據(jù)具有多個(gè)效應(yīng)值[27]。經(jīng)閱讀篩選后，最終共有42 個(gè)效應(yīng)值參與元分析。本研究采用I2統(tǒng)計(jì)量來定義異質(zhì)性，即I2<25%（低）、25%<=I2<=75%（中）和I2>75%（高）表示不同程度的異質(zhì)性[28]。若異質(zhì)性較低（I2<50%），選擇固定效應(yīng)模型；反之，選擇隨機(jī)效應(yīng)模型（I2>50%）。在本研究中，實(shí)驗(yàn)組的教學(xué)環(huán)境均為VR+Haptics，對(duì)照組包括實(shí)體課堂、無Haptics 的傳統(tǒng)VR 課堂。關(guān)于學(xué)習(xí)效率的數(shù)據(jù)，采用了學(xué)習(xí)者在保證正確率相當(dāng)?shù)那闆r下，完成同一任務(wù)所需時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)化平均差（SMD）來表示；同時(shí)，與95%的置信區(qū)間（CI）關(guān)聯(lián)起來。元分析的所有合并效應(yīng)值如表2 所示，樣本異質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果顯示，Q=958.297，P=0.000<0.10，I2=95.721。此數(shù)據(jù)表明，樣本間存在很大的異質(zhì)性，故選擇隨機(jī)效應(yīng)模型。

由于出版偏倚容易對(duì)元分析的結(jié)果產(chǎn)生較大影響，會(huì)使元分析產(chǎn)生偏倚的結(jié)論，故在進(jìn)行元分析的過程中，需要對(duì)所篩選文獻(xiàn)的出版偏倚進(jìn)行檢驗(yàn)[29]。本研究采用漏斗圖與貝格（Begg）的秩相關(guān)法檢驗(yàn)出版偏倚，使用元分析軟件Comprehensive Meta Analysis（CMA）得出漏斗圖，當(dāng)研究不存在出版偏倚時(shí)，散點(diǎn)將形成一個(gè)對(duì)稱的倒置漏斗狀。如圖2 所示，漏斗圖中數(shù)據(jù)以-0.728 為對(duì)稱軸分布均勻，說明用于此元分析過程的出版偏倚可以接受。Begg 檢驗(yàn)結(jié)果Z 的值大小為1.752<1.96，P=0.08>0.05，進(jìn)一步表明其出版偏倚不明顯。

（二）VR+Haptics 對(duì)提升學(xué)習(xí)者效率的整體效應(yīng)

本研究的目的一，是為了探究VR+Haptics 對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率是否具有提升作用，從表2 的隨機(jī)效應(yīng)模型我們可以看出，元分析的合并有效值為-1.126（P=0.003<0.01），達(dá)到了統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著水平。遵循Cohen界定的效應(yīng)值標(biāo)準(zhǔn)：效應(yīng)值的數(shù)值小于0.2，則為弱效應(yīng)； 效應(yīng)值的數(shù)值介于0.2 至0.8 之間，則為中等效應(yīng)；效應(yīng)值的數(shù)值大于0.8，則為強(qiáng)效應(yīng)[30]。從表2 的數(shù)據(jù)來看，隨機(jī)模型效應(yīng)值的絕對(duì)值為1.126。因此，從整體效應(yīng)而言，基于VR+Haptics 技術(shù)的教學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率的提升，具有較大程度的積極影響。

表2 VR+Haptics 對(duì)學(xué)習(xí)效率的整體影響

從表3 的元分析結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)組相比于無Haptics 的傳統(tǒng)VR 課堂的合并效應(yīng)值為-1.516，達(dá)到0.001 水平下顯著（P=0.000<0.001）。而實(shí)驗(yàn)組相比實(shí)體課堂的合并有效值為-0.443，未達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著水平（P=0.408>0.05），組間效應(yīng)顯著（QBET=-1.105，P=0.001）。元分析的結(jié)果表明，相對(duì)于傳統(tǒng)VR 課堂，實(shí)驗(yàn)組的促進(jìn)作用十分顯著； 而當(dāng)對(duì)照組是實(shí)體課堂時(shí)，促進(jìn)作用沒達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性。相對(duì)于無Haptics 的VR 環(huán)境，Haptics 的加入不僅能夠給予學(xué)習(xí)者實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)反饋，還能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供視、聽、觸覺一體化的信息體驗(yàn)通道，為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)生動(dòng)且逼真的學(xué)習(xí)情境；同時(shí)，VR+Haptics 還可以創(chuàng)造虛擬或想象的空間，刺激學(xué)習(xí)者對(duì)未發(fā)生事物的想象和思考，促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生。然而，VR+Haptics 作為一項(xiàng)新興技術(shù)，依然面臨一些技術(shù)難點(diǎn)，比如，力的大小以及力的方向都可能存在誤差，且VR 和Haptics 的同步也會(huì)存在一定的延遲。因此，與普通物理環(huán)境相比，VR+Haptics 的學(xué)習(xí)環(huán)境沒有明顯優(yōu)勢(shì)。

表3 VR+Haptics 相對(duì)不同的教學(xué)場(chǎng)景的影響

（三）VR+Haptics 對(duì)提升學(xué)習(xí)者效率的調(diào)節(jié)變量效果檢驗(yàn)

本研究的目的之二，在于探討哪些調(diào)節(jié)變量會(huì)對(duì)VR+Haptics 在學(xué)習(xí)效率方面產(chǎn)生影響，從而尋求這一技術(shù)工具在教育應(yīng)用中的有效應(yīng)用情境，優(yōu)化其技術(shù)應(yīng)用效能。如表4 所示，本研究對(duì)教學(xué)目標(biāo)、樣本水平和教學(xué)評(píng)價(jià)三個(gè)方面進(jìn)行了編碼。從元分析結(jié)果來看，對(duì)于技能型的學(xué)習(xí)內(nèi)容（Z=-2.974，P=0.003）、無先前經(jīng)驗(yàn)（Z=-3.016，P=0.003）和延遲測(cè)試（Z=-4.108，P<0.001）三個(gè)編碼對(duì)象，VR+Haptics具有顯著的正向影響力。

表4 VR+Haptics 對(duì)不同教學(xué)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)效果影響

首先，元分析的結(jié)論表明：在教學(xué)目標(biāo)方面，相對(duì)于知識(shí)獲取，VR+Haptics 更適合于技能習(xí)得。這主要是由于VR+Haptics 能充分調(diào)動(dòng)視覺與觸覺的協(xié)同感知，擴(kuò)展了學(xué)習(xí)者對(duì)實(shí)踐內(nèi)容的感知形式和感知范圍，彌合了傳統(tǒng)VR 單通道視覺感知上的不足。同時(shí)，技能訓(xùn)練的績(jī)效主要取決于反復(fù)的實(shí)操，傳統(tǒng)的實(shí)體訓(xùn)練由于實(shí)訓(xùn)材料的匱乏或條件的局限，往往難以開展重復(fù)性訓(xùn)練，學(xué)習(xí)者在面對(duì)稀缺實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，更容易表現(xiàn)出緊張等情緒。VR+Haptics 則克服了以上困境，并在心理上讓學(xué)習(xí)者無需顧慮實(shí)驗(yàn)材料和環(huán)境的局限性，因此，在很大程度上給予學(xué)習(xí)者寬松的訓(xùn)練環(huán)境[31]。而在大部分的知識(shí)獲取活動(dòng)中，教學(xué)是以知識(shí)傳遞為主要目的，傳遞的量和速度成為教學(xué)設(shè)計(jì)主要考慮的因素，學(xué)習(xí)者個(gè)體的受控性較強(qiáng)。因此，VR+Haptics 難以幫助學(xué)習(xí)者在知識(shí)獲取中獲得即刻的反饋和主控感，相比技能傳遞來說，心流體驗(yàn)在知識(shí)獲取方面顯得較為不足[32]。

其次，VR+Haptics 對(duì)不同先前經(jīng)驗(yàn)水平學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率，有著不同的影響。大量的研究證明，先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)對(duì)學(xué)習(xí)者關(guān)注的內(nèi)容會(huì)起到引導(dǎo)作用，學(xué)習(xí)者可以在學(xué)習(xí)和生活中，建立信息關(guān)聯(lián)、學(xué)習(xí)技能、積累知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)[33]。然而，本文的元分析顯示，VR+Haptics 對(duì)有先前經(jīng)驗(yàn)的合并效應(yīng)值為-0.615，并未達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著水平（P=0.311>0.05）；而無先前經(jīng)驗(yàn)為-1.465，達(dá)到0.01 水平下顯著（P=0.003<0.01）。這可能是由于對(duì)有先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者而言，他們對(duì)所學(xué)知識(shí)體系有一定的了解，借助VR+Haptics是為了彌補(bǔ)部分學(xué)習(xí)內(nèi)容的短板，可能缺少對(duì)所有學(xué)習(xí)內(nèi)容的統(tǒng)籌[34]。同時(shí)，有先前經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者也會(huì)更聚焦VR+Haptics 與實(shí)體課程或傳統(tǒng)VR 課堂的差異之處，因此，會(huì)占用知識(shí)本身以外的認(rèn)知空間。比如，VR+Haptics 的技術(shù)成本能否彌補(bǔ)實(shí)體課程中器材損耗的成本[35]。相比之下，無先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者，會(huì)節(jié)約無關(guān)的認(rèn)知損耗；更為重要的是，學(xué)習(xí)者對(duì)先前知識(shí)和技術(shù)的雙重未知，會(huì)誘發(fā)他們產(chǎn)生濃厚的興趣和探索的欲望[36]。因而，VR+Haptics 反而會(huì)給無先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)者以更高的學(xué)習(xí)效果。

最后，為了探究不同測(cè)試條件下VR+Haptics 對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響，本研究比較了即時(shí)測(cè)試和延遲測(cè)試的合并效應(yīng)值。即時(shí)測(cè)試的合并效應(yīng)值為0.731，未達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著水平（P=0.027>0.05）；延遲測(cè)試的合并有效值為-1.906，達(dá)到0.001 水平下顯著，組間效應(yīng)顯著 （P=0.000<0.001）。元分析數(shù)據(jù)表明，VR+Haptics 技術(shù)對(duì)延遲測(cè)試的學(xué)習(xí)效率提升較為明顯，但對(duì)即時(shí)測(cè)試的學(xué)習(xí)效率不僅未起到提升的作用，反而起到抑制作用。我們認(rèn)為，這一反向結(jié)果的原因可能是： 當(dāng)學(xué)習(xí)者初次從物理環(huán)境或VR 環(huán)境切換到VR+Haptics 環(huán)境時(shí)，無法適應(yīng)視覺和觸覺的雙重虛擬，從而產(chǎn)生由于過度虛擬所帶來的不信任感[36]。但當(dāng)延遲學(xué)習(xí)者的測(cè)試時(shí)間，即讓學(xué)習(xí)者持續(xù)使用VR+Haptics 一段時(shí)間之后，再對(duì)其進(jìn)行測(cè)試時(shí)，能緩解學(xué)習(xí)者因虛擬場(chǎng)景所帶來的陌生感。經(jīng)過持續(xù)訓(xùn)練后，學(xué)習(xí)者能準(zhǔn)確地將VR 視覺反饋與觸覺反饋同步控制。還有一個(gè)原因在于，當(dāng)學(xué)習(xí)者特別是科研工作者，通過持續(xù)一段時(shí)間的實(shí)體課程和虛擬觸覺反饋課程的比較，會(huì)發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能極大地節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，規(guī)避場(chǎng)域受限等問題；而學(xué)習(xí)效果并未受到明顯阻礙時(shí)，會(huì)迅速提升其對(duì)該技術(shù)應(yīng)用的信任度[37]。

綜上元分析的結(jié)果表明，基于VR+Haptics 技術(shù)的教學(xué)，對(duì)學(xué)習(xí)者的整體學(xué)習(xí)效率產(chǎn)生了較大程度的正向影響，促進(jìn)了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效率的提升。同時(shí)，需要注意的是，不同的教學(xué)目標(biāo)、評(píng)測(cè)方式和學(xué)習(xí)者經(jīng)驗(yàn)，都會(huì)影響VR+Haptics 技術(shù)的作用。因此，結(jié)合本研究的三個(gè)調(diào)節(jié)變量，對(duì)如何設(shè)計(jì)有效VR+Haptics 教學(xué)應(yīng)用或?qū)嵺`場(chǎng)景，具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。

五、“虛擬現(xiàn)實(shí)+觸覺反饋”在未來教育場(chǎng)景中的應(yīng)用途徑

教育技術(shù)與教育應(yīng)用需求是相互支撐的，從而不斷促進(jìn)雙方的迭代式發(fā)展。一方面，教育中的現(xiàn)實(shí)問題和需求引導(dǎo)技術(shù)的融合與創(chuàng)新。虛擬現(xiàn)實(shí)的圖像模擬雖然豐富了知識(shí)表征形式，但學(xué)習(xí)者往往缺少“做中學(xué)”的體驗(yàn)，而觸覺反饋的融入恰好能有效激活學(xué)習(xí)者多感官的刺激，提升現(xiàn)有VR 教學(xué)中學(xué)生的體驗(yàn)感和參與感。另一方面，信息技術(shù)也在整合進(jìn)步中，不僅解決了當(dāng)下的教育問題，甚至創(chuàng)設(shè)了很多新的教育需求?！疤摂M現(xiàn)實(shí)+觸覺反饋” 在知識(shí)理解、生理反饋和遠(yuǎn)程協(xié)作等方面，正開辟著很多新的應(yīng)用場(chǎng)景和服務(wù)形式。

（一）VR+Haptics在知識(shí)理解中的應(yīng)用場(chǎng)景

反饋是幫助學(xué)習(xí)者建立知識(shí)與認(rèn)知的重要方式，可以激發(fā)學(xué)習(xí)者在改進(jìn)中學(xué)習(xí)，增強(qiáng)心流體驗(yàn)[38]。近年來，VR 一直努力嘗試通過基于圖像定位的手勢(shì)識(shí)別來實(shí)現(xiàn)交互反饋。然而，由于整體上依然建立在視覺感官基礎(chǔ)上，其反饋效果并不理想。而融入觸覺感知的“視—觸”雙通道反饋，對(duì)學(xué)習(xí)者在關(guān)聯(lián)思考和知識(shí)遷移理解上，有著諸多的應(yīng)用空間。

在關(guān)聯(lián)思考方面，觸覺反饋可以對(duì)虛擬圖文信息進(jìn)行交互驗(yàn)證，從而構(gòu)建關(guān)聯(lián)性思考，這對(duì)幫助學(xué)習(xí)者深刻理解圖文信息所表達(dá)的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等功能性作用有著重要價(jià)值。在物理或材料學(xué)科中，通常為了理解某一材料（如，石墨烯）的功用，需要通過圖像虛擬表征出其蜂窩結(jié)構(gòu)特征（如圖3 所示）。但圖像虛擬僅僅是幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建了思考的源頭或基礎(chǔ)，對(duì)于新材料的相關(guān)學(xué)習(xí)知識(shí)而言，學(xué)習(xí)者的想象力往往是有限的。觸覺反饋則可以讓學(xué)習(xí)者觸碰到虛擬石墨烯材料的韌性，也可以通過電流觸感模擬出其這一結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電發(fā)生機(jī)制。這種功能性的反饋，能夠有效擴(kuò)展文字和圖像認(rèn)知的局限，從而增強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解。

在知識(shí)遷移理解方面，觸覺反饋將散落的知識(shí)點(diǎn)有效地整合為一個(gè)項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)過程。傳統(tǒng)的多媒體學(xué)習(xí)方式通常是文字記憶+圖片理解。但圖片的虛擬呈現(xiàn)即使再逼真，也僅僅只能對(duì)應(yīng)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的記憶，無法串聯(lián)成事件的知識(shí)體系。借助觸覺反饋，可以讓學(xué)習(xí)者在感受某一知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，啟發(fā)他們的遷移理解能力[39]。比如，在歷史學(xué)科學(xué)習(xí)中，可以將某一知識(shí)點(diǎn)設(shè)為中心點(diǎn)，進(jìn)而串聯(lián)起整個(gè)知識(shí)體系。如圖4 所示，觸覺反饋可以幫助學(xué)習(xí)者感受到某歷史文物的工藝特征，再借助VR 可以模擬出歷史場(chǎng)景，建立知識(shí)的遷移體系。如，觸碰到的工藝特征反映出當(dāng)時(shí)怎樣的歷史科技發(fā)展特點(diǎn)？ 為什么這個(gè)朝代會(huì)出現(xiàn)這種工藝？這一工藝對(duì)于后期農(nóng)業(yè)、軍事、藝術(shù)等又產(chǎn)生什么影響？ 這些知識(shí)點(diǎn)的遷移，形成了一個(gè)完整的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)反饋回路，在這一環(huán)境下有助于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)遷移和發(fā)散思維，并將分散的知識(shí)點(diǎn)構(gòu)建成一個(gè)項(xiàng)目化、探究式的學(xué)習(xí)場(chǎng)域。

（二）VR+Haptics在生理反饋中的應(yīng)用場(chǎng)景

從神經(jīng)科學(xué)角度來說，觸覺反饋能有效刺激感知知覺中的腦神經(jīng)元，在學(xué)習(xí)者對(duì)外部環(huán)境的適應(yīng)中起到重要作用[40]。在大量技能型專業(yè)在實(shí)訓(xùn)中，需要解決兩個(gè)問題：一是空間有限問題，二是提升對(duì)外部環(huán)境的反應(yīng)程度問題。前者已經(jīng)通過VR 和零摩擦萬向步行器等得以解決，而后者則需要融入不同感知的觸覺傳感器和定位技術(shù)加以刺激。比如，在體育學(xué)科中，觸覺反饋可用在體育器材中對(duì)學(xué)習(xí)者受力情況給予反饋。從而不斷刺激這一運(yùn)動(dòng)區(qū)間的腦神經(jīng)反應(yīng)能力和肌肉傳感能力。除此以外，體育學(xué)科還涉及到場(chǎng)館、場(chǎng)地等多樣性的問題，因此，局部溫度和送風(fēng)方式等同樣會(huì)影響運(yùn)動(dòng)機(jī)能的發(fā)揮。當(dāng)前，觸覺反饋正朝向柔性皮膚貼合的方向發(fā)展，未來可為學(xué)習(xí)者提供更豐富和精細(xì)度的生理刺激，從而模擬出學(xué)習(xí)場(chǎng)所、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地的“實(shí)地”狀況，提高學(xué)習(xí)者對(duì)外部環(huán)境的適應(yīng)力和反應(yīng)力。

從心理學(xué)角度來說，虛擬仿真和觸覺反饋能讓學(xué)生體驗(yàn)到視覺和觸覺的雙向情感補(bǔ)償。對(duì)于偏遠(yuǎn)寄宿的K-12 學(xué)校而言，社會(huì)交流障礙通常是學(xué)生心理問題（如，自閉癥）的核心。雖然，不少寄宿學(xué)校開設(shè)了情感交流站，為學(xué)生提供遠(yuǎn)程與父母交流的空間，但現(xiàn)有的空間僅局限于視頻交流，若加入具有觸覺傳感的機(jī)械手臂，能從體感上提升情感補(bǔ)償。在特殊教育領(lǐng)域，已有大量研究發(fā)現(xiàn)：相比于真實(shí)世界的交流，一些心理疾病人群往往更愿意接受虛擬場(chǎng)景所帶來的交互方式。通過觸覺模擬可為特殊教育人群創(chuàng)設(shè)社會(huì)交往的情境，可以不斷修正其社交接受度，從而逐步促進(jìn)社交能力的改善[41]。斯特里克蘭（D.Strickland）通過對(duì)自閉癥兒童的實(shí)驗(yàn)研究，也發(fā)現(xiàn)當(dāng)自閉癥兒童進(jìn)入虛擬世界時(shí)，他們開始接受虛擬環(huán)境帶來的變化，并主動(dòng)與之進(jìn)行交流[42]，而Haptics 能給這種交互的有效性帶來極大的增量[43]。觸覺還能帶來超過文字和圖像的情感感受，而且在兒童刺激反饋神經(jīng)里停留的時(shí)間會(huì)更久。即，VR+Haptics構(gòu)建了對(duì)解決青少年心理問題可能會(huì)大于兩者疊加的效果。根據(jù)多媒體學(xué)習(xí)認(rèn)知理論中的雙通道原則，圖像和聲音可以從多感官來交互刺激學(xué)習(xí)者的記憶，而不增加認(rèn)知負(fù)荷。Haptics 的融入，可能會(huì)進(jìn)一步從多通道角度提升學(xué)生的情感感知。

（三）VR+Haptics在遠(yuǎn)程協(xié)作教學(xué)或科研中的應(yīng)用場(chǎng)景

遠(yuǎn)程協(xié)作在未來教育與科研中會(huì)廣泛應(yīng)用，跨區(qū)域、跨平臺(tái)綜合解決復(fù)雜問題，成為一種重要趨勢(shì)[44]。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)在校園的不斷普及，以及傳感器和模擬技術(shù)等方面的提升，VR、AR（Augmented Reality）和Haptics 結(jié)合，勢(shì)必將成為未來遠(yuǎn)程協(xié)作的有效途徑[45]。由于力反饋設(shè)備主要包括機(jī)械臂和穿戴設(shè)備兩種，VR+Haptics 遠(yuǎn)程協(xié)作的形式，主要有遠(yuǎn)程協(xié)同操控和遠(yuǎn)程矯正兩種。

遠(yuǎn)程協(xié)同操控是身處異地的多人，借助VR 對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行圖像模擬，來協(xié)同操控機(jī)械手臂。在很多復(fù)雜的教學(xué)和科研場(chǎng)景中，往往需要多人協(xié)同完成一項(xiàng)工作。比如，在醫(yī)學(xué)教育中，一臺(tái)虛擬手術(shù)需要由主刀醫(yī)師、麻醉師、縫合醫(yī)師等協(xié)作完成。而醫(yī)學(xué)教學(xué)，常常面臨實(shí)驗(yàn)樣本稀缺或?qū)嶒?yàn)環(huán)境高危等問題[44]，VR+Haptics 的遠(yuǎn)程協(xié)同就可以滿足這一教學(xué)場(chǎng)景的需求（如圖5 所示）。對(duì)于必需使用實(shí)體的實(shí)驗(yàn)，使用者也可以通過觸覺反饋感知到遠(yuǎn)端實(shí)驗(yàn)材料在手術(shù)中的受力情況，并在控制系統(tǒng)的幫助下，多人遠(yuǎn)程協(xié)同完成。對(duì)于非必須使用實(shí)體的實(shí)驗(yàn)，比如，為了學(xué)習(xí)者預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí)或者課后鞏固練習(xí)，就可以通過VR 模擬實(shí)物進(jìn)行建模，并與觸覺傳感器建立共同定位后，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)同對(duì)VR 虛擬物體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了達(dá)到遠(yuǎn)程協(xié)同操控的有效性，需要在技術(shù)上滿足遠(yuǎn)程信號(hào)傳遞的低延時(shí)，以及成熟的控制系統(tǒng)算法支撐。因此，人工智能算法的自我學(xué)習(xí)和5G 網(wǎng)絡(luò)的普及，將成為遠(yuǎn)程協(xié)同操控的布局重點(diǎn)。

遠(yuǎn)程矯正是操控人通過遠(yuǎn)端控制受控人的穿戴式外骨骼，從而進(jìn)行糾正性的活動(dòng)。遠(yuǎn)程矯正在醫(yī)學(xué)中有較為廣泛的運(yùn)用，主要是通過對(duì)遠(yuǎn)端病患穿戴式外骨骼的輔助控制，達(dá)到運(yùn)動(dòng)康復(fù)的目的。隨著可穿戴外骨骼的不斷輕量化，在實(shí)操性較強(qiáng)的教學(xué)中（如，工業(yè)加工、技能型體育運(yùn)動(dòng)），VR+Haptics 可以用于遠(yuǎn)端輔助糾正學(xué)習(xí)者在實(shí)驗(yàn)中的操作行為。在工程安全教育中，學(xué)習(xí)者在掌握文本基礎(chǔ)操作后，需要有操作經(jīng)驗(yàn)的培訓(xùn)師進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，而在大量的實(shí)操過程中，培訓(xùn)師往往難以用語言去表述操作技巧。通過VR 對(duì)操作員實(shí)地場(chǎng)景的建模，培訓(xùn)師可以遠(yuǎn)程觀看并利用同步觸覺裝置來演示操作。此時(shí)，學(xué)習(xí)者可以通過穿戴式外骨骼感受到培訓(xùn)師遠(yuǎn)程的操控技能，在體驗(yàn)式學(xué)習(xí)環(huán)境中不斷糾正自己的操控行為。更重要的是，隨著學(xué)習(xí)者在糾正中的數(shù)據(jù)量慢慢增大，借助人工智能深度學(xué)習(xí)算法，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輔助糾正的優(yōu)化，未來學(xué)習(xí)者可以不借助遠(yuǎn)端控制人的干預(yù)，而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)符合自己觸感舒適度的糾正方式。

六、機(jī)遇與挑戰(zhàn)

“虛擬現(xiàn)實(shí)+觸覺反饋”是變革知識(shí)傳遞模式，提升學(xué)習(xí)心流體驗(yàn)，減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)的有效途徑之一。現(xiàn)有的知識(shí)傳遞方式，特別是在基礎(chǔ)教育階段，本質(zhì)上沒有改變通過反復(fù)記憶去復(fù)述或抽象理解知識(shí)的方式[46]。VR+Haptics 可以充分發(fā)揮具身認(rèn)知效果，將繁雜的記憶工作轉(zhuǎn)化為體驗(yàn)感知。2021年7月，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的意見》，明確要減少學(xué)生在學(xué)科輔導(dǎo)方面的負(fù)擔(dān)，鼓勵(lì)開展豐富多彩的科普、文體、藝術(shù)、勞動(dòng)等非學(xué)科活動(dòng)[47]。這就要求在教學(xué)中破除重復(fù)記憶去復(fù)述或抽象理解知識(shí)的學(xué)習(xí)方式，尊重學(xué)習(xí)者身心成長(zhǎng)規(guī)律，充分調(diào)動(dòng)其具身感知，促進(jìn)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生學(xué)習(xí)心流體驗(yàn)。就此而言，VR+Haptics 創(chuàng)新了傳統(tǒng)教學(xué)載體，可以使VR 課堂變得更加真切、鮮活，更能激發(fā)學(xué)習(xí)者主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)單元的動(dòng)機(jī)，從中尋找自己興趣點(diǎn)，從而將單一的學(xué)科學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為學(xué)科與非學(xué)科的融通式學(xué)習(xí)。此外，教育部等六部門最近也提出，要充分依托感知交互、仿真實(shí)驗(yàn)等技術(shù)，打造生動(dòng)、直觀、形象的新課堂，并在有條件的地方支撐居家學(xué)習(xí)和家?；?dòng)。這都為“虛擬現(xiàn)實(shí)+觸覺反饋”今后在教育中的應(yīng)用（如，城鄉(xiāng)遠(yuǎn)程協(xié)同教學(xué)）提供重要的應(yīng)用場(chǎng)景。

當(dāng)然，“虛擬現(xiàn)實(shí)+觸覺反饋”在教育中的廣泛應(yīng)用也面臨著一些挑戰(zhàn)：

首先，是教育資源設(shè)計(jì)的可重復(fù)性問題。由于VR+Haptics 目前尚處于開發(fā)和測(cè)試階段，VR+Haptics 教育資源較為缺少[48]。這主要緣于不同課程要運(yùn)用到不同的虛擬建模，VR+Haptics 教育資源的可重復(fù)利用率較低，初期投入成本也相對(duì)較高。因此，如何提高VR+Haptics 教育資源的利用率，減少投入成本，利用有限的教育資源以發(fā)揮最大的價(jià)值作用，成為VR+Haptics 教學(xué)資源設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的重要因素。

其次，虛擬交互學(xué)習(xí)環(huán)境與傳統(tǒng)課堂的銜接問題。VR+Haptics 教育環(huán)境倡導(dǎo)的是探索精神和創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)，教師在虛擬環(huán)境下不再是知識(shí)的傳授者，而是承擔(dān)引導(dǎo)和輔助的作用；學(xué)生不再是知識(shí)的被動(dòng)吸收者，而是主動(dòng)探索并建構(gòu)知識(shí)[49]。如何將VR+Haptics 所設(shè)計(jì)的教學(xué)理念有效融入傳統(tǒng)課堂的教學(xué)方式中，還有待進(jìn)一步的探索。

再次，技術(shù)的適用性問題，由于部分人群在初次接觸到Haptics 設(shè)備時(shí)會(huì)感到眩暈等不適，因此，學(xué)習(xí)者的視力健康等問題，依然需要加以解決[50]。

最后，教學(xué)評(píng)價(jià)的創(chuàng)新問題。VR+Haptics 作為一項(xiàng)新技術(shù)，能夠在很大程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)者可能會(huì)由于對(duì)技術(shù)的好奇心而付諸更多熱情或投入更多的課外時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)。而目前，基于此評(píng)估和測(cè)量學(xué)習(xí)績(jī)效的顯著性方法尚欠缺，可能不全面[51]。需要我們?cè)诮窈蟮脑u(píng)價(jià)中，綜合考慮學(xué)習(xí)者在利用這一技術(shù)中所體現(xiàn)的社會(huì)活動(dòng)能力、領(lǐng)導(dǎo)力和人文素養(yǎng)等維度，不斷加以完善。