王雪 成雨薇 李慧洋 何連青 潘新葉

摘要：在沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)（Immersion Virtual Reality，IVR）應(yīng)用于提升學(xué)習(xí)效果的過(guò)程中，學(xué)習(xí)者的空間能力與身體姿勢(shì)是重要的影響因素?；诖?，文章首先從學(xué)習(xí)者的空間能力視角，通過(guò)分組對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究IVR環(huán)境下不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)對(duì)學(xué)習(xí)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：低空間能力學(xué)習(xí)者為追求良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)時(shí)可選擇站位姿勢(shì)，為獲得更好的學(xué)習(xí)效果時(shí)可選擇坐位姿勢(shì)；高空間能力學(xué)習(xí)者不同的身體姿勢(shì)對(duì)學(xué)習(xí)影響不大，但采用坐位姿勢(shì)可以維持平和的情緒狀態(tài)。之后，文章通過(guò)結(jié)構(gòu)方程模型分析，揭示了不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)影響學(xué)習(xí)的路徑：低空間能力學(xué)習(xí)者的站位姿勢(shì)通過(guò)提升沉浸感、存在感與結(jié)果性積極情緒改善學(xué)習(xí)體驗(yàn)，坐位姿勢(shì)則可直接提升學(xué)習(xí)效果；高空間能力學(xué)習(xí)者的坐位姿勢(shì)可提升過(guò)程性中性情緒，存在感的提升也可直接提升學(xué)習(xí)效果，并通過(guò)提升沉浸感來(lái)增強(qiáng)結(jié)果性積極情緒。最后，文章針對(duì)IVR環(huán)境的設(shè)計(jì)與教學(xué)應(yīng)用提出相關(guān)建議，以期促進(jìn)IVR及教育元宇宙的良性發(fā)展，從而助推我國(guó)的教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：IVR環(huán)境；空間能力；身體姿勢(shì)；學(xué)習(xí)體驗(yàn)；學(xué)習(xí)效果

【中圖分類(lèi)號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097（2024）05—0084—10 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2024.05.009

引言

IVR環(huán)境支撐了以感官體驗(yàn)與交互技術(shù)為基礎(chǔ)的教育元宇宙的興起，可為學(xué)習(xí)者營(yíng)造高感知、高沉浸、高互動(dòng)的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，是我國(guó)教育領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化的新興力量^[1][2]。然而，在教育教學(xué)中有效發(fā)揮IVR環(huán)境的優(yōu)勢(shì)與作用仍然存在許多困難，教育工作者需以學(xué)習(xí)者為中心，深入探索IVR環(huán)境下“為何”“何時(shí)”以及“如何”設(shè)計(jì)有效的學(xué)習(xí)活動(dòng)等問(wèn)題^[3][4]。具身認(rèn)知理論提出，應(yīng)通過(guò)人與環(huán)境的不斷整合，幫助學(xué)習(xí)者保持身體體驗(yàn)和認(rèn)知發(fā)展的內(nèi)在統(tǒng)一性^[5]。學(xué)習(xí)者的空間能力是IVR環(huán)境下身體體驗(yàn)與認(rèn)知效果的重要影響因素，而學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)也會(huì)影響IVR環(huán)境下的身體體驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果^[6]。因此，為不同空間能力的學(xué)習(xí)者選擇合適的身體姿勢(shì)、設(shè)計(jì)有效的學(xué)習(xí)活動(dòng)，是能否實(shí)現(xiàn)IVR環(huán)境下高效學(xué)習(xí)的關(guān)鍵之所在。基于此，本研究依據(jù)具身認(rèn)知理論，借助情緒測(cè)試儀和相關(guān)量表，測(cè)量IVR環(huán)境下不同空間能力學(xué)習(xí)者采用不同身體姿勢(shì)學(xué)習(xí)的體驗(yàn)和效果，以找到適合不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)，揭示身體姿勢(shì)對(duì)不同空間能力學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的作用機(jī)制，以期為IVR環(huán)境下的教學(xué)設(shè)計(jì)提供參考，促進(jìn)IVR環(huán)境教學(xué)效果的提升，進(jìn)而加快實(shí)現(xiàn)我國(guó)的教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

一 相關(guān)研究綜述與問(wèn)題的提出

當(dāng)前，研究者針對(duì)“IVR環(huán)境對(duì)學(xué)習(xí)效果有何影響”的問(wèn)題紛紛提出了自己不同的觀點(diǎn)：Makransky等^[7]的研究發(fā)現(xiàn)，IVR環(huán)境不僅能夠提升學(xué)習(xí)者對(duì)科學(xué)的興趣和自我效能感，還能增強(qiáng)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)任務(wù)中的參與度和合作意識(shí)，更好地發(fā)揮集體效能；但Parong等^[8]發(fā)現(xiàn)，IVR環(huán)境會(huì)給學(xué)習(xí)者帶來(lái)較高的認(rèn)知負(fù)荷，對(duì)學(xué)習(xí)不但沒(méi)有起顯著促進(jìn)作用，反而會(huì)阻礙學(xué)習(xí)。此外，研究者還紛紛探討了IVR環(huán)境下學(xué)習(xí)者的空間能力對(duì)學(xué)習(xí)的影響問(wèn)題?？臻g能力是指?jìng)€(gè)體操作和變換空間圖像的能力，主要包括空間可視化能力（即想象操縱、旋轉(zhuǎn)、扭曲或顛倒物體的能力）、心理旋轉(zhuǎn)能力（即在腦海中準(zhǔn)確描繪二維或三維物體旋轉(zhuǎn)的能力）兩個(gè)維度^[9]。例如，Safadel等^[10]對(duì)比了學(xué)習(xí)者在IVR、桌面屏幕兩種學(xué)習(xí)環(huán)境下學(xué)習(xí)生物知識(shí)的情況，發(fā)現(xiàn)IVR能夠顯著提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，且能幫助低空間能力學(xué)習(xí)者更好地實(shí)現(xiàn)三維物體的可視化；Price等^[11]指出，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)多通道感知（如視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等）學(xué)習(xí)內(nèi)容和多感覺(jué)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)參與（如站立、移動(dòng)、蹲下等）交互活動(dòng)，建立起IVR環(huán)境與其內(nèi)在認(rèn)知之間的聯(lián)系；Legault等^[12]發(fā)現(xiàn)，IVR環(huán)境下學(xué)習(xí)者可以隨意走動(dòng)、感受學(xué)習(xí)環(huán)境并主動(dòng)與虛擬環(huán)境交互，能夠獲得更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果；但Lui^[13]的研究表明，先驗(yàn)知識(shí)水平較低的學(xué)習(xí)者在IVR環(huán)境下采用坐位姿勢(shì)學(xué)習(xí)，可以獲得更好的學(xué)習(xí)效果。

綜上可知，IVR環(huán)境有可能改善學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果，但也可能會(huì)給學(xué)習(xí)者帶來(lái)較高的認(rèn)知負(fù)荷而阻礙學(xué)習(xí)；IVR環(huán)境下學(xué)習(xí)者的空間能力是設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)需要考慮的重要因素，如何針對(duì)學(xué)習(xí)者的空間能力特征設(shè)計(jì)個(gè)性化的學(xué)習(xí)策略，此問(wèn)題還有待深入探索；IVR環(huán)境下學(xué)習(xí)者的身體感官與運(yùn)動(dòng)是影響學(xué)習(xí)的另一重要因素，目前還沒(méi)有研究者探究如何根據(jù)學(xué)習(xí)者的空間能力特征有效調(diào)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的問(wèn)題，關(guān)于學(xué)習(xí)者的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)學(xué)習(xí)的作用機(jī)制問(wèn)題也缺乏研究?；诖?，本研究嘗試探討不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)對(duì)IVR學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果的影響，主要解決以下問(wèn)題：①I(mǎi)VR環(huán)境下，不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)對(duì)學(xué)習(xí)有何影響？②IVR環(huán)境下，不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)影響學(xué)習(xí)的路徑是什么？

二 研究設(shè)計(jì)

1 實(shí)驗(yàn)分組

參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，本研究設(shè)計(jì)了四個(gè)實(shí)驗(yàn)組：“站位-低空間能力”組、“坐位-低空間能力”組、“站位-高空間能力”組、“坐位-高空間能力”組。同時(shí)，本研究以不同空間能力學(xué)習(xí)者在IVR環(huán)境下的身體姿勢(shì)（包含站位、坐位）為自變量，以學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)（包含過(guò)程性積極情緒、過(guò)程性中性情緒、過(guò)程性消極情緒、結(jié)果性積極情緒、結(jié)果性消極情緒、沉浸感、存在感）和學(xué)習(xí)效果（包含保持成績(jī)、遷移成績(jī)）為因變量，開(kāi)展了空間能力和身體姿勢(shì)對(duì)IVR學(xué)習(xí)影響的實(shí)驗(yàn)。

2022年10月，本研究從天津市T大學(xué)招募了130名大學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)。去除情緒測(cè)試儀采集不全、先驗(yàn)知識(shí)水平高的被試13人，最終保留有效被試117人，其中男生13人、女生104人。117名有效被試先被隨機(jī)分配至站位組、坐位組，之后按高、低空間能力繼續(xù)分組。本研究采用Simpson等^[14]提出的中位數(shù)分裂法區(qū)分學(xué)習(xí)者的空間能力，將空間能力測(cè)試總分大于所在站位或坐位組中位數(shù)得分的學(xué)習(xí)者確定為“高空間能力學(xué)習(xí)者”、小于或等于所在站位或坐位組中位數(shù)得分的學(xué)習(xí)者確定為“低空間能力學(xué)習(xí)者”。最終，本研究形成的四個(gè)實(shí)驗(yàn)組情況如下：“站位-低空間能力”組，26人；“坐位-低空間能力”組，28人；“站位-高空間能力”組，33人；“坐位-高空間能力”組，30人。

2 實(shí)驗(yàn)材料

本研究的實(shí)驗(yàn)材料選自VR職業(yè)體驗(yàn)訓(xùn)練系統(tǒng)中的生物課程“人體解剖結(jié)構(gòu)”。被試通過(guò)IVR交互設(shè)備HTC VIVE-VR，可以操控虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中的人體結(jié)構(gòu)三維模型和白板上的學(xué)習(xí)內(nèi)容，自主學(xué)習(xí)人體各系統(tǒng)（包括肌肉系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)、淋巴系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)）的知識(shí)內(nèi)容，如圖1（a）所示。同時(shí)，被試可以通過(guò)身體的移動(dòng)調(diào)整其在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中的位置，也可以通過(guò)HTC VIVE-VR配套手柄上的瞬移功能進(jìn)行快速移動(dòng)，仿佛置身于真實(shí)的手術(shù)室環(huán)境中學(xué)習(xí)人體解剖知識(shí)，如圖1（b）所示?！白弧弊藙?shì)學(xué)習(xí)的被試與“站位”姿勢(shì)學(xué)習(xí)的被試僅在身體自由度方面存在不同，而使用的設(shè)備和學(xué)習(xí)的內(nèi)容完全相同。

3 測(cè)量指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)工具

本研究以空間能力、學(xué)習(xí)體驗(yàn)、學(xué)習(xí)效果為測(cè)量指標(biāo)，其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工具如表1所示。

4 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中、實(shí)驗(yàn)后三個(gè)環(huán)節(jié)，每位被試的實(shí)驗(yàn)總時(shí)長(zhǎng)約為60分鐘。在實(shí)驗(yàn)前，主試告知被試實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，引導(dǎo)被試簽署知情同意書(shū)并完成學(xué)習(xí)者空間能力水平測(cè)試；在實(shí)驗(yàn)中，被試佩戴HTC頭戴設(shè)備和情緒測(cè)試儀耳夾，熟悉手柄操作，并根據(jù)所在實(shí)驗(yàn)分組采用坐位或站位姿勢(shì)完成學(xué)習(xí)任務(wù)；在實(shí)驗(yàn)后，被試填寫(xiě)學(xué)習(xí)體驗(yàn)量表并完成學(xué)習(xí)效果測(cè)試。

三 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

為解決前述兩個(gè)研究問(wèn)題，本研究首先采用雙因素方差分析，探究身體姿勢(shì)、空間能力對(duì)各因變量的主效應(yīng)和交互作用；隨后采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，分析不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)對(duì)各因變量的影響；最后借助偏最小二乘結(jié)構(gòu)方程模型（PLS-SEM），深入分析不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)影響學(xué)習(xí)的路徑。四組被試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表2所示。

1 不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)對(duì)學(xué)習(xí)的影響分析

雙因素方差分析結(jié)果表明，在IVR環(huán)境下，學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)對(duì)于結(jié)果性消極情緒具有顯著的主效應(yīng)（F=7.507，p=0.007，η?=0.062），其中站位姿勢(shì)學(xué)習(xí)者的結(jié)果性消極情緒顯著高于坐位姿勢(shì)學(xué)習(xí)者（p=0.009），而對(duì)于其他因變量均無(wú)顯著的主效應(yīng)。學(xué)習(xí)者的空間能力對(duì)于過(guò)程性中性情緒具有顯著的主效應(yīng)（F=5.038，p=0.027，η?=0.043），其中低空間能力學(xué)習(xí)者的過(guò)程性中性情緒顯著高于高空間能力學(xué)習(xí)者（p=0.025）；對(duì)于結(jié)果性積極情緒和遷移成績(jī)具有邊緣顯著的主效應(yīng)（F=2.764，p=0.099，η?=0.024；F=2.815，p=0.096，η?=0.024），其中低空間能力學(xué)習(xí)者的結(jié)果性積極情緒高于高空間能力學(xué)習(xí)者、遷移成績(jī)低于高空間能力學(xué)習(xí)者，但都未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著水平；對(duì)于其他因變量均無(wú)顯著的主效應(yīng)。此外，學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)和空間能力僅對(duì)過(guò)程性中性情緒具有邊緣顯著的交互作用（F=3.154，p=0.078，η?=0.027）?？偟膩?lái)說(shuō)，身體姿勢(shì)主要影響IVR學(xué)習(xí)結(jié)束之后的消極情緒狀態(tài)，坐位姿勢(shì)可有效抑制消極情緒的產(chǎn)生；空間能力主要影響IVR學(xué)習(xí)過(guò)程中的中性情緒，低空間能力學(xué)習(xí)者更易維持平和的情緒狀態(tài)，且學(xué)習(xí)結(jié)束之后的結(jié)果性積極情緒更高，但因受空間能力所限，其遷移成績(jī)較差。

獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于低空間能力學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，“站位-低空間能力”組的結(jié)果性消極情緒、沉浸感均顯著高于“坐位-低空間能力”組（p=0.028，p=0.032），但其他各項(xiàng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)指標(biāo)兩組均不存在顯著差異；“坐位-低空間能力”組的保持成績(jī)邊緣顯著高于“站位-低空間能力”組（p=0.093），“坐位-低空間能力”組的遷移成績(jī)也高于“站位-低空間能力”組，但未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著水平?？梢?jiàn)，在IVR環(huán)境下，低空間能力學(xué)習(xí)者采用站位姿勢(shì)學(xué)習(xí)可以顯著提高沉浸感；而采用坐位姿勢(shì)學(xué)習(xí)能夠降低學(xué)習(xí)之后的消極情緒、取得更好的學(xué)習(xí)效果，尤其對(duì)于學(xué)習(xí)內(nèi)容的記憶更加有利。對(duì)于高空間能力學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，“坐位-高空間能力”組的過(guò)程性中性情緒顯著高于“站位-高空間能力”組（p=0.040）；“坐位-高空間能力”組的結(jié)果性積極情緒、存在感、遷移成績(jī)均略高于“站位-高空間能力”組，而其過(guò)程性積極情緒、過(guò)程性消極情緒、結(jié)果性消極情緒、沉浸感、保持成績(jī)均略低于“站位-高空間能力”組，但都未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的顯著水平。由此可見(jiàn)，在IVR環(huán)境下，高空間能力學(xué)習(xí)者采用坐位姿勢(shì)學(xué)習(xí)能夠保持學(xué)習(xí)過(guò)程中的情緒平穩(wěn)，但整體來(lái)看，高空間能力學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果與學(xué)習(xí)體驗(yàn)并沒(méi)有受到身體姿勢(shì)的顯著影響。

2 不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)影響學(xué)習(xí)的路徑分析

本研究參考Wang等^[21]的研究成果，將IVR環(huán)境下學(xué)習(xí)者的不同身體姿勢(shì)（包含站位、坐位）作為輸入端，以學(xué)習(xí)體驗(yàn)作為中介變量，以學(xué)習(xí)效果作為輸出端，構(gòu)建了不同空間能力學(xué)習(xí)者身體姿勢(shì)對(duì)學(xué)習(xí)的作用機(jī)制模型，如圖2所示。

王雪等^[22]的研究表明，積極的情緒狀態(tài)能對(duì)認(rèn)知過(guò)程起到正向的調(diào)節(jié)作用，最終促進(jìn)學(xué)習(xí)效果的提升；但Parong等^[23]的研究發(fā)現(xiàn)，IVR環(huán)境下高度的情緒喚醒不利于學(xué)習(xí)者注意力的集中，進(jìn)而對(duì)學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生不利影響?？梢?jiàn)，積極情緒作為一種高度喚醒的情緒狀態(tài)不一定能改善IVR環(huán)境下的學(xué)習(xí)，這或許與學(xué)習(xí)者的空間能力具有個(gè)體差異有關(guān)。綜上，考慮到低空間能力學(xué)習(xí)者很難建立心理上的空間表征，而IVR環(huán)境的技術(shù)特征能幫助學(xué)習(xí)者彌補(bǔ)空間能力的不足，且情緒的喚醒程度與學(xué)習(xí)者受環(huán)境技術(shù)特征影響的沉浸感存在相關(guān)關(guān)系，因此本研究構(gòu)建了低空間能力學(xué)習(xí)者身體姿勢(shì)對(duì)學(xué)習(xí)的作用機(jī)制模型，如圖2（a）所示。另外，考慮到高空間能力學(xué)習(xí)者建立心理上的空間表征較為容易，對(duì)物理環(huán)境中技術(shù)特征的依賴程度較弱，對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響更多地取決于學(xué)習(xí)者能否主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程并掌控學(xué)習(xí)節(jié)奏，而存在感作為一種能夠反映學(xué)習(xí)者主觀心理意識(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)更容易受到影響，且上述組間差異分析結(jié)果顯示高空間能力學(xué)習(xí)者僅在過(guò)程性中性情緒上存在顯著差異，因此本研究設(shè)計(jì)了高空間能力學(xué)習(xí)者身體姿勢(shì)對(duì)學(xué)習(xí)的作用機(jī)制模型，如圖2（b）所示。依據(jù)Henseler等^[24]提出的模型擬合度判定標(biāo)準(zhǔn)，可以得出本研究設(shè)計(jì)的兩個(gè)作用機(jī)制模型的整體擬合度良好。其中，低空間能力學(xué)習(xí)者身體姿勢(shì)通過(guò)過(guò)程性積極情緒影響沉浸感的作用機(jī)制模型的擬合度情況為：SRMR=0.056＜0.08，d_ULS=0.086＜0.160（95%），d_G=0.022＜0.043（95%）；高空間能力學(xué)習(xí)者身體姿勢(shì)通過(guò)過(guò)程性中性情緒影響存在感的作用機(jī)制模型的擬合度情況為：SRMR=0.027＜0.08，d_ULS=0.020＜0.096（95%），d_G=0.006＜0.031（95%）。

對(duì)于低空間能力學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，其在IVR環(huán)境下的身體姿勢(shì)既通過(guò)影響沉浸感、存在感與結(jié)果性積極情緒作用于學(xué)習(xí)體驗(yàn)，又能夠直接影響保持成績(jī)與遷移成績(jī)，具體分析如下：①“站位/坐位姿勢(shì)→沉浸感”的作用路徑顯著（beta=-0.285，p=0.014），說(shuō)明低空間能力學(xué)習(xí)者采用站位姿勢(shì)充分調(diào)動(dòng)了身體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與IVR學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行交互，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)過(guò)程中的沉浸感，而采用坐位姿勢(shì)降低了沉浸感；“沉浸感→存在感”的作用路徑極其顯著（beta=0.647，p＜0.001），說(shuō)明低空間能力學(xué)習(xí)者的沉浸感水平能夠正向影響存在感；“存在感→結(jié)果性積極情緒”的作用路徑顯著（beta=0.379，p=0.005），說(shuō)明低空間能力學(xué)習(xí)者感受到的存在感越高，其學(xué)習(xí)結(jié)束之后的積極情緒就越高。②“站位/坐位姿勢(shì)→保持成績(jī)”的作用路徑顯著（beta=0.265，p=0.035），“保持成績(jī)→遷移成績(jī)”的作用路徑同樣顯著（beta=0.353，p=0.019），說(shuō)明低空間能力學(xué)習(xí)者采用坐位姿勢(shì)能夠獲得更好的保持與遷移成績(jī)。

對(duì)于高空間能力學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，其在IVR環(huán)境下的身體姿勢(shì)能夠影響過(guò)程性中性情緒，存在感影響保持成績(jī)和遷移成績(jī)，且存在感與沉浸感影響結(jié)果性積極情緒，具體分析如下：①“站位/坐位姿勢(shì)→過(guò)程性中性情緒”的作用路徑顯著（beta=0.260，p=0.022），說(shuō)明高空間能力學(xué)習(xí)者采用坐位姿勢(shì)能夠維持更平和的情緒狀態(tài)。②“存在感→保持成績(jī)”的作用路徑顯著（beta=0.378，p=0.017），說(shuō)明當(dāng)高空間能力學(xué)習(xí)者感受到更高的存在感時(shí)，可顯著提高其保持成績(jī)；“保持成績(jī)→遷移成績(jī)”的作用路徑邊緣顯著（beta=0.272，p=0.063），說(shuō)明高空間能力學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的記憶水平與遷移應(yīng)用水平正相關(guān)。③“存在感→沉浸感”的作用路徑極其顯著（beta=0.698，p＜0.001），“沉浸感→結(jié)果性積極情緒”的作用路徑極其顯著（beta=0.520，p＜0.001），表明高空間能力學(xué)習(xí)者的存在感可正向預(yù)測(cè)沉浸感，沉浸感有效激發(fā)了結(jié)果性積極情緒。

四 結(jié)果討論

1 IVR環(huán)境下，不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)對(duì)學(xué)習(xí)有何影響？

（1）IVR環(huán)境下低空間能力學(xué)習(xí)者需根據(jù)學(xué)習(xí)目的選擇適合的身體姿勢(shì)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)涂臻g能力學(xué)習(xí)者采用站位姿勢(shì)學(xué)習(xí)時(shí)，獲得了顯著更高的沉浸感；而采用坐位姿勢(shì)時(shí)，產(chǎn)生了更少的結(jié)果性消極情緒并獲得了更好的保持成績(jī)，且遷移成績(jī)也相對(duì)較高。這說(shuō)明IVR環(huán)境下低空間能力學(xué)習(xí)者使用站位姿勢(shì)能夠充分調(diào)動(dòng)身體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，可給他們帶來(lái)更加積極的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。雖然低空間能力學(xué)習(xí)者采用站位姿勢(shì)時(shí)其活動(dòng)更為自由，但也會(huì)因?yàn)樾枰^(guò)多處理與學(xué)習(xí)材料無(wú)關(guān)的內(nèi)容而造成認(rèn)知負(fù)載——坐位姿勢(shì)能夠幫助低空間學(xué)習(xí)者規(guī)避這一問(wèn)題，使他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中能夠合理分配認(rèn)知資源，從而促進(jìn)對(duì)知識(shí)的深度理解與建構(gòu)，最終取得較好的學(xué)習(xí)效果。綜上可知，IVR環(huán)境下的低空間能力學(xué)習(xí)者需要依據(jù)學(xué)習(xí)目的來(lái)選擇合適的身體姿勢(shì)，如果學(xué)習(xí)目的為獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，就宜選擇站位姿勢(shì)；如果學(xué)習(xí)目的為獲得更好的學(xué)習(xí)效果，則宜選擇坐位姿勢(shì)，這也進(jìn)一步反映出IVR環(huán)境所提供的功能和營(yíng)造的氛圍應(yīng)該與學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目的與個(gè)體特征相匹配。

（2）IVR環(huán)境下高空間能力學(xué)習(xí)者可自由選擇身體姿勢(shì)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，當(dāng)高空間能力學(xué)習(xí)者采用坐位姿勢(shì)時(shí)，其在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中的情緒明顯更為平和，且結(jié)果性積極情緒、存在感、遷移成績(jī)相對(duì)較高；而采用站位姿勢(shì)時(shí)，其在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生了強(qiáng)烈的情緒喚醒，表現(xiàn)為激發(fā)了相對(duì)較高的過(guò)程性積極情緒、過(guò)程性消極情緒與結(jié)果性消極情緒，且沉浸感與保持成績(jī)略高。浸入式分心假設(shè)（Immersion-As-Distractor Hypothesis）認(rèn)為，IVR環(huán)境下豐富的感知與身體的運(yùn)動(dòng)會(huì)讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生過(guò)度的情緒喚醒^[25]。具體來(lái)說(shuō)，高空間能力學(xué)習(xí)者采用坐位姿勢(shì)學(xué)習(xí)時(shí)，身體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)動(dòng)較少，情緒喚醒度也隨之減少，而平和的情緒狀態(tài)可使學(xué)習(xí)者的注意力更加集中，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)內(nèi)容的深層次理解。高空間能力學(xué)習(xí)者采用站位姿勢(shì)學(xué)習(xí)時(shí)，產(chǎn)生了更強(qiáng)烈的情緒喚醒，且受到IVR環(huán)境想象性、沉浸性、互動(dòng)性的影響，獲得了更高的沉浸感，也記住了更多的學(xué)習(xí)內(nèi)容。綜上可知，身體姿勢(shì)對(duì)高空間能力學(xué)習(xí)者的IVR學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果的整體影響不大，高空間能力學(xué)習(xí)者可自由選擇坐位或站位姿勢(shì)開(kāi)展學(xué)習(xí)。

2 IVR環(huán)境下，不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)影響學(xué)習(xí)的路徑是什么？

根據(jù)上述不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)影響學(xué)習(xí)的路徑分析結(jié)果，低空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)影響學(xué)習(xí)的路徑有2條，而高空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)影響學(xué)習(xí)的路徑有3條。

（1）IVR環(huán)境下低空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)影響學(xué)習(xí)的路徑

①“站位→沉浸感→存在感→結(jié)果性積極情緒”路徑：對(duì)于低空間能力學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，站位姿勢(shì)可以幫助他們更加自由地調(diào)動(dòng)感知運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)與IVR環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。而感知系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)疊加產(chǎn)生的具身感受，給低空間能力學(xué)習(xí)者帶來(lái)了更加鮮活的情境體驗(yàn)，使他們能夠感受到更強(qiáng)烈的沉浸感和存在感，進(jìn)而誘發(fā)他們的結(jié)果性積極情緒。

②“坐位→保持成績(jī)→遷移成績(jī)”路徑：對(duì)于低空間能力學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)，采用坐位姿勢(shì)學(xué)習(xí)時(shí)他們的身體活動(dòng)范圍相對(duì)較小，認(rèn)知資源的消耗也隨之降低。另外，坐位姿勢(shì)帶來(lái)的舒適感受能幫助低空間能力學(xué)習(xí)者更加專(zhuān)注于對(duì)知識(shí)的記憶，從而取得更好的保持成績(jī)；同時(shí)，對(duì)知識(shí)記憶水平的提升也可促進(jìn)他們對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用，最終取得更好的遷移成績(jī)。

（2）IVR環(huán)境下高空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)影響學(xué)習(xí)的路徑

①“坐位→過(guò)程性中性情緒”路徑：高空間能力學(xué)習(xí)者采用坐位姿勢(shì)，能夠獲得更多的過(guò)程性中性情緒。能力補(bǔ)償假設(shè)（Ability-As-Compensator Hypothesis）認(rèn)為，高空間能力學(xué)習(xí)者具有處理高度動(dòng)態(tài)可視化學(xué)習(xí)內(nèi)容的能力，因此真實(shí)、具體的學(xué)習(xí)環(huán)境（如IVR環(huán)境）對(duì)高空間能力學(xué)習(xí)者沒(méi)有明顯的幫助^[26]。IVR環(huán)境下，高空間能力學(xué)習(xí)者采用坐位姿勢(shì)時(shí)能夠維持更加平和的情緒狀態(tài)。

②“存在感→保持成績(jī)→遷移成績(jī)”路徑：IVR環(huán)境下逼真的學(xué)習(xí)情境與可以隨時(shí)互動(dòng)的學(xué)習(xí)過(guò)程讓高空間能力學(xué)習(xí)者感受到了更高的存在感，這可促進(jìn)他們對(duì)知識(shí)的記憶和理解，進(jìn)而獲得更好的保持成績(jī)與遷移成績(jī)。但本研究并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)高空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)對(duì)存在感的顯著影響，后續(xù)研究可以通過(guò)設(shè)計(jì)不同的學(xué)習(xí)任務(wù)充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者不同的感知運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，深入分析IVR環(huán)境下如何有效激發(fā)高空間能力學(xué)習(xí)者的存在感。

③“存在感→沉浸感→結(jié)果性積極情緒”路徑：高空間能力學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中感受到的存在感能夠有效激發(fā)他們對(duì)IVR環(huán)境高度沉浸的心理感受，這為他們提供了更為真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，而沉浸感的提升能夠增強(qiáng)結(jié)果性積極情緒。

五 IVR環(huán)境設(shè)計(jì)與教學(xué)應(yīng)用的建議

根據(jù)上述結(jié)果討論，可知IVR環(huán)境與學(xué)習(xí)者的高度融合是改善學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果的有效路徑?；诖耍狙芯酷槍?duì)IVR環(huán)境的設(shè)計(jì)與教學(xué)應(yīng)用提出建議，以實(shí)現(xiàn)IVR環(huán)境與學(xué)習(xí)者的高度融合，改善IVR環(huán)境下的學(xué)習(xí)體驗(yàn)與學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)IVR以及以IVR技術(shù)為核心的教育元宇宙在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，進(jìn)而加快實(shí)現(xiàn)我國(guó)的教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 根據(jù)IVR環(huán)境下的學(xué)習(xí)目的，選擇符合學(xué)習(xí)者空間能力特征的身體姿勢(shì)

促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的不是IVR環(huán)境本身，而是采取能夠與技術(shù)匹配的個(gè)性化學(xué)習(xí)策略，以形成學(xué)習(xí)環(huán)境與學(xué)習(xí)者高度融合、相輔相成的動(dòng)力體系^[27][28]。因此，需要充分考慮學(xué)習(xí)者的個(gè)體特征（如空間能力）差異，選擇適合的個(gè)性化學(xué)習(xí)策略，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者充分調(diào)動(dòng)其身心參與到學(xué)習(xí)活動(dòng)中?；诖?，本研究建議：①當(dāng)學(xué)習(xí)者的空間能力水平較低時(shí)，若學(xué)習(xí)目的是通過(guò)體驗(yàn)IVR環(huán)境獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)（如太空探索、職業(yè)體驗(yàn)等），就適宜選擇站位姿勢(shì)；若學(xué)習(xí)目的是通過(guò)IVR營(yíng)造出的真實(shí)情境獲得更好的學(xué)習(xí)效果（如醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)外科手術(shù)操作技能、化學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)等），則適宜選擇坐位姿勢(shì)。②當(dāng)學(xué)習(xí)者的空間能力水平較高時(shí)，則可在IVR環(huán)境下靈活選擇站位或坐位姿勢(shì)。

2 利用IVR環(huán)境的優(yōu)勢(shì)促進(jìn)學(xué)習(xí)者空間能力的發(fā)展，滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求

IVR在三維空間的呈現(xiàn)上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可將空間關(guān)系精確地表現(xiàn)出來(lái)，還可提供更為豐富的多感官刺激與互動(dòng)。另外，IVR環(huán)境下不同空間能力學(xué)習(xí)者的身體姿勢(shì)對(duì)學(xué)習(xí)體驗(yàn)與學(xué)習(xí)效果具有不同的作用路徑。因此，教師和IVR環(huán)境的設(shè)計(jì)者可以充分利用IVR環(huán)境的優(yōu)勢(shì)來(lái)促進(jìn)學(xué)習(xí)者空間能力的發(fā)展，也可以提供更加靈活豐富的學(xué)習(xí)內(nèi)容和更加人性化的硬件設(shè)施來(lái)滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求?；诖?，本研究建議：①利用IVR技術(shù)訓(xùn)練和提升學(xué)習(xí)者的空間能力，使其惠及相關(guān)學(xué)科（如數(shù)學(xué)、地理、繪畫(huà)等）的學(xué)習(xí)，從而助力學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展；②提供更加靈活、多元化的學(xué)習(xí)內(nèi)容與場(chǎng)景，既包括豐富身心體驗(yàn)的場(chǎng)景，也包括促進(jìn)知識(shí)技能提升的場(chǎng)景，以滿足學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求；③更大程度地提高IVR環(huán)境的可用性與有效性，如為學(xué)習(xí)者提供舒適的座椅，以緩解IVR環(huán)境造成的緊張、眩暈等不適感。

需要說(shuō)明的是，本研究選用的IVR實(shí)驗(yàn)材料為生物課程中的“人體解剖結(jié)構(gòu)”，被試均為在校大學(xué)生，故研究結(jié)論是否適用于其他學(xué)科和其他年齡段的學(xué)習(xí)者仍需進(jìn)一步探索。此外，后續(xù)研究也可以借助眼動(dòng)、腦電等多模態(tài)生理指標(biāo)測(cè)量技術(shù)深入探索IVR環(huán)境下的學(xué)習(xí)機(jī)制問(wèn)題。

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How Does Body Posture Affect Learning in the Immersion Virtual Reality Environment？

——Based on the Perspective of Learners Spatial Ability

WANG Xue¹CHENG Yu-Wei²LI Hui-Yang³HE Lian-Qing⁴PAN Xin-Ye⁵

（1. Faculty of Education， Tianjin Normal University， Tianjin， China 300387;

2. Heizhuanghu Township Peoples Government of Chaoyang District， Beijing， China 100021;

3. Tianjin No.21 Middle School， Tianjin， China 300070;

4. Jiangmen Xinhui Overseas Chinese Experimental Primary School， Jiangmen， Guangdong， China 529100;

5. Huangchuan No.1 Senior High School， Xinyang， Henan， China 464000）

Abstract： In the process of applying immersion virtual reality （IVR） to improve learning effects， learners spatial ability and body posture are important influencing factors. Based on this， the paper firstly explored the impact of body postures of learners with different spatial abilities on learning in the IVR environment through group comparison experiments from the perspective of learners spatial abilities. The results showed that learners with low spatial ability could choose a standing posture when pursuing good learning experience， and a sitting posture was achieved when achieving good learning effects. The different body postures of learners with high spatial ability had little impact on learning， but adopting a sitting posture could maintain a peaceful emotional state. Subsequently， through structural equation model analysis， the pathways of body posture affecting learning among learners with different spatial abilities were revealed. The standing posture of learners with low spatial ability improved learning experience by promoting immersion， presence， and consequential positive emotions， while the sitting posture can directly improve learning effects. The sitting posture of learners with high spatial ability can promote procedural neutral emotions， and the promotion of presence can also directly improve learning effects and heighten consequential positive emotions through enhancing immersion. Finally， the relevant suggestions for the design and teaching application of the IVR environment were proposed to accelerate the benign development of IVR and the educational metaverse， so as to boost the education digital transformation in China.

Keywords： IVR environment; spatial ability; body posture; learning experience; learning effect

*基金項(xiàng)目：本文為國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“教學(xué)視頻中情緒設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)習(xí)的影響機(jī)制及其優(yōu)化方法研究”（項(xiàng)目編號(hào)：62107030）的階段性研究成果。

作者簡(jiǎn)介：王雪，教授，博士，研究方向?yàn)槎嗝襟w畫(huà)面語(yǔ)言學(xué)、數(shù)字教育資源設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)分析等，郵箱為wangxuetjnu@qq.com。

收稿日期：2023年9月31日

編輯：小米