基于VR实训系统的学习行为意向影响因素研究

段丹萍+项朝阳

摘 要：虚拟仿真技术应用于教学的最终目的是为了更好地支持学生学习，而学习行为意向直接影响学生运用虚拟仿真实训系统进行学习的实际行为。本研究采用问卷调查、结构方程模型等方法，以技术接受模型和沉浸理论为基础，构建基于虚拟仿真实训系统的学习行为意向影响因素模型，提出假设，通过实证研究发现：沉浸体验、感知易用性和感知有用性显著正向影响学习行为意向；沉浸体验、感知易用性和感知有用性受到VR特性和计算机自我效能的正向影响；感知有用性受到组织管理的正向影响。最后，为高职院校开展虚拟仿真实训教学改革提供了策略性建议。

关键词：技术接受模型；沉浸理论；虚拟仿真实训系统；学习行为意向

中图分类号：G40-057 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）19-0029-05

虚拟仿真（Virtual Reality，VR）技术应用于实训教学有明显的优势，如：能突破时空限制、创设基于真实的虚拟学习环境，激发学生产生较强的学习兴趣和沉浸感；可利用建模和虚拟交互深入剖析事物和对象的内部结构、状态、变化过程、工艺流程等，提高学习绩效；可节省时间和经济成本，避免危险操作引发的安全问题等。然而，VR技术本身并不是为教育量身定做的，我们应从学习的本质出发，用学习理论指导VR技术在教学中的应用：一是要明确VR技术对学习产生什么影响和作用；二是根据VR技术对学习产生的作用和影响，结合相应的学习理论引入VR技术应用的相应理论[1]。大量的研究证明行为意向直接影响用户对信息系统的实际使用，个人对使用信息技术的行为意向越强，表明他越有可能采取实际的行为[2]。为此，本研究采用文献研究、问卷调查、结构方程模型等方法，以技术接受模型和沉浸理论为基础，构建了基于VR实训系统的学习行为意向影响因素模型，通过实证研究分析了各个影响因素对学习行为意向的影响情况。本研究对探索VR学习环境中学生的行为与心理特征的研究有一定参考价值，同时能为VR实训系统的设计、开发与应用提供策略性参考。

一、理论探讨

1.技术接受模型

技术接受模型（Technology Acceptance Model，TAM）最初由Davis提出，旨在明确对计算机与信息系统的广泛接受起决定性的影响因素。TAM理论认为，用户对某一项信息技术的使用行为是由用户的行为意向最终决定的，而用户的行为意向由感知有用性和感知易用性两个变量共同决定[3][4]。感知有用性衡量的是信息系统对工作绩效的帮助大小，受到感知易用性和外部变量（如：主观规范、系统技术特征、任务特征、自愿性、形象等）的影响；感知易用性衡量的是系统使用的难易程度，受到系统技术特征、任务特征、计算机自我效能、外部控制感、计算机焦虑感、计算机娱乐性等因素的影响[5][6]。技术接受模型在国内广泛受到关注，并延伸到教育领域中，也为VR技术在教学中的应用提供了理论依据和实证参考。

2.沉浸理论

沉浸体验是VR技术领域关注的重点之一，也是衡量VR系统性能的一个重要尺度。如何有效地应用沉浸理论提高VR系统的沉浸性和用户的沉浸体验，一直是VR技术及其应用领域研究的热点问题。沉浸理论（Flow Theory）最初由Csikszentmihalyi提出，受到了各国学者的关注，对于沉浸体验的概念、理论模型和在不同领域的研究成果也非常丰富。有关沉浸体验的研究表明：技能和挑战是激发沉浸体验的两个重要因素，当用户的挑战与技能平衡或者略高于某一水平时，个人会进入“沉浸”状态[7]。大量实证研究表明，沉浸体验及相关理论适用于解释以互联网、电子商务、网络社交工具、网络游戏等信息技术为媒介的行为现象[8][9]。

二、模型构建与研究设计

1.研究模型与假设

综合以上理论分析，本研究以技术接受模型和沉浸理论作为理论框架，构建了基于VR实训系统的学习行为意向影响因素模型，如图1所示。

参考相关文献[3-7][10][11]，本研究将各变量定义为：①学习行为意向（Learning Behavior Intention）指学生使用VR实训系统进行学习的主观意愿的强烈程度；②沉浸体验（Flow Experience）指学生在利用VR实训系统开展学习的过程中，学生处于一种“忘我”的状态，这种状态以感受到愉悦、时间很快改变为特征；③感知有用性（Perceived Usefulness）指学生认为使用VR实训系统能够帮助其完成学习任务，达成学习目标的有效程度；④感知易用性（Perceived Ease of Use）指学生认为VR实训系统操作的容易程度；⑤任务特征（Task Characteristics）指促使學生更多地依赖VR系统开展学习的主观和客观条件；⑥VR特性（Virtual Reality Characteristics）即VR实训系统的功能特征，指VR实训系统能够帮助学生完成学习任务的支持性服务；⑦计算机自我效能指学生对自己使用VR实训系统完成某一项学习任务的能力的自我判断；⑧组织管理指教师为学生使用VR实训系统能提供的支持，例如讲解、示范、引导、帮助和评价等。为了进一步探索各个变量之间的关系，提出以下研究假设：

H1：学生对VR实训系统的沉浸体验正向影响其学习行为意向。

H2：学生对VR实训系统的感知有用性正向影响其学习行为意向。

H3：学生对VR实训系统的感知易用性正向影响其学习行为意向。

H4：学生对VR实训系统的感知易用性正向影响其感知有用性。

H5：任务特征正向影响学生对VR实训系统的沉浸体验。

H6：任务特征正向影响学生对VR实训系统的感知有用性。

H7：任务特征正向影响学生对VR实训系统的感知易用性。

H8：VR特性正向影响学生对VR实训系统的沉浸体验。endprint

H9：VR特性正向影响学生对VR实训系统的感知有用性。

H10：VR特性正向影响学生对VR实训系统的感知易用性。

H11：学生的计算机自我效能正向影响其对VR实训系统的沉浸体验。

H12：学生的计算机自我效能正向影响其对VR实训系统的感知有用性。

H13：学生的计算机自我效能正向影响其对VR实训系统的感知易用性。

H14：教师的组织管理能力正向影响学生对VR实训系统的感知有用性。

H15：教师的组织管理能力正向影响学生对VR实训系统的感知易用性。

2.研究设计与实施

根据研究假设，我们设计了“任务特征”、“VR特性”、“计算机自我效能”、“组织管理”、“沉浸体验”、“感知易用性”、“感知有用性”和“行为意向”8个变量的35项测量指标，所有测量项目均采用李克特（likert scale）七级量表，通过问卷的方式对模型进行实证检验。

本研究选取自主开发的中药制药虚拟工厂为案例，该系统可实现对中药制药工厂与车间的漫游，车间布局、设备剖面显示和360度全方位查看、中药制药生产工艺流程的模拟操作及考核等功能。通过在常规的实训教学前后引入中药制药虚拟工厂，观察学生的学习行为。研究对象为广东某高职院校15级中药学专业1～4班，共计214名学生。问卷的收集采用在线填写和回收的方式。研究時间从2016年4月开始持续到7月，共发放问卷220份，收回问卷218份。问卷的回收率为99%，有效回收率为100%。

三、影响因素分析

1.信度和效度检验

（1）信度分析

信度分析使用Spss 19.0软件测定Cronbach α系数来检验量表的稳定性与一致性。本研究中，问卷Cronbach α系数为0.951和所有变量的Cronbach α系数均超过0.7的标准阈值，表明问卷具有良好的信度。

（2）效度分析

本研究所有测量问项在参考已有的相关实证文献基础上，结合了本研究的相关背景、技术环境和研究对象的特点进行设置，并通过与相关领域的专家和用户进行访谈，对初稿问项的句子结构、措辞等方面进行了完善，在一定程度上保证了问卷的内容效度。

通过验证性因子分析来检验问卷的结构效度。首先，对所有问项进行KMO与Bartlett检验，得到KMO值为0.919，非常适合做因子分析。此外，Bartlett球体检验显著，也满足做因子分析的标准。接着，运用AMOS 21对测量模型进行验证性因子分析。采用最大似然法分析测量模型的收敛效度，结果表明，潜变量所有指标的因子载荷均大于0.5，组合信度（CR）均大于0.7，平均方差提取值（AVE）均大于0.5，说明测量模型的各个测量指标收敛于相应因子，模型的内在质量好。

2.结构方程模型建立与修正

运用Amos建立结构方程模型，评估模型的拟合度。通过分析输出的结果表明，卡方值的显著性概率值为P=0.000<0.05，达到显著水平，表示假设模型与实际数据十分拟合。参照模型拟合度指数可接受范围标准， 其中GFI、AGFI、RMSEA未达到理想水平，说明模型的结构总体上是合理的，仍存在修正的可能性。根据Amos Output提供的修正建议，参考估计值和模型的路径系数，导致拟合度欠佳的主要原因有：①从模型的路径系数输出结果可知，有关潜变量任务特征的研究假设，其路径的回归权重均未达显著，因此建议删除任务特征变量；②某些误差变量的相关关系数值较大，因此建议在不违背经验法则的原则上建立残差变量间的相关关系。表1为模型修正过程中产生的数据，说明经过两次修正后模型拟合度较好。

3.路径分析与假设检验

修正后的模型由于删除了“任务特征”变量，因此与该变量相关的H5、H6、H7假设均不考虑。经过结构模型检验和分析，路径分析结果及相关研究假设验证情况见图2。除H9、H15外，其余所有研究假设的P值均<0.05，具有显著统计意义，且各路径系数均为正值，表明研究假设的前因变量对果变量具有显著的正向影响。

4.结果讨论

通过路径分析结果可知，模型中各个研究变量之间因果关系较为复杂。为了更直观地了解这些变量之间的关系，我们运用Amos计算出各个研究变量之间直接效应、间接效应和总效应，见表2。

（1）变量间的直接效应

①外生潜变量VR特性对内生潜变量沉浸体验与感知易用性有直接影响；外生潜变量计算机自我效能对内生潜变量沉浸体验、感知有用性与感知易用性均有直接影响；外生潜变量组织管理对内生潜变量感知有用性有直接影响。②内生潜变量沉浸体验、感知有用性和感知易用性对学习行为意向有直接影响。

（2）变量间的间接效应

VR特性、计算机自我效能和组织管理通过对沉浸体验、感知有用性和感知易用性的直接影响，从而对学习行为意向产生间接影响。数据分析结果表明，计算机自我效能对学习行为意向的间接影响力最大为0.464，其次是VR特性为0.227，组织管理为0.145。可见，学生的计算机自我效能是影响学习行为意向的关键因素之一。

（3）对学习行为意向的总效应

从各个变量对学习行为意向的总效应看，三个内生潜变量中感知易用性的影响最大为0.384，其次是感知有用性为0.347，总效应最小是沉浸体验为0.268。三个外生潜变量中，总效应最大的是计算机自我效能，达到0.409，其后依次为VR特性为0.262和组织管理为0.122。

四、研究结论与建议

1.研究结论

（1）沉浸体验、感知易用性和感知有用性对学习行为意向有显著的正向影响，且感知易用性对感知有用性有正向影响。这一结论与TAM模型及VR实训系统的沉浸特性是适配的。表明，学生想不想参与和是否要持续参与VR实训学习，均受到这三个因素的影响：即学生是否在VR实训过程中感受到一种全身心投入和带来的内心愉悦；VR实训系统容易操作的程度；学生对感知使用VR实训系统能够帮助其完成学习任务，达成学习目标的有效程度。endprint

（2）VR特性、计算机自我效能和组织管理通过沉浸体验、感知易用性和感知有用性对基于VR实训系统的学习行为意向产生间接影响，且计算机自我效能的影响力最大。VR特性对学习行为意向有间接的正向影响，即VR实训系统在沉浸感、交互性、构想性、界面设计等方面越合理，参与者就越倾向于继续参与VR学习。计算机自我效能对学习行为意向有间接的正向影响，且是影响学习行为意向的关键因素之一。说明在初次或很少接触到VR实训系统的情况下，学生依然有信心自己能够驾驭该系统并顺利完成学习任务，这种信念对学生的沉浸体验、感知易用性和感知有用性均有正向影响，从而激发学生持续的参与VR学习、提高学习绩效。与传统课堂和其他技术手段相比，VR实训系统为学生提供了更加逼真、自由、广阔的学习空间，但与真实的操作还是存一定差异，需要教师的组织管理促进学生对VR实训系统的接受意愿。

（3）VR特性、计算机自我效能对沉浸体验和感知易用性均有显著的正向影响。已有研究表明，“挑战-技能”的矛盾循环是沉浸体验的动力，而学生过去的经验、情绪态度等个性化差异也影响他们对VR实训系统的沉浸体验。VR实训系统所具有的沉浸性特征能促使学生全身心投入到基于现实的虚拟环境中去，产生的沉浸体验不是教育者传授的间接经验，而是学生在虚拟环境中获得的直接经验。因此，如何设计VR实训系统、如何提升学生的自我效能感，促使他们产生并保持沉浸体验的状态，从而最终完成学习是一个需要深入研究的课题。VR特性和计算机自我效能对感知易用性有显著的正向影响，且计算机自我效能的影响程度远超过VR特性。表明学生是否感知到VR实训系统容易操作，受到其主观因素计算机自我效能的影响较大。

（4）组织管理对感知有用性有显著的正向影响。表明在学生使用VR实训系统过程中，教师越能提供恰当的讲解、示范、引导、帮助和评价等，越有助于学生感知到VR实训系统有用。

2.对开展虚拟仿真实训教学应用的建议

（1）以实训教学的实际需求为导向，提升使用者的感知有用性

实训教学是培养学生职业技能和综合职业素养的最主要途径和手段，但并非所有的实训教学都需要用到VR技术。针对传统实训教学中操作耗时过长、购置和运行成本高、操作原理较难理解、设备结构和操作过程复杂、操作过程中容易出现安全事故等问题，结合专业特点、教师和学生的使用需求以及实际的技术条件等，同时通过教师的讲解、引导、示范等手段辅助学生自主学习，有效地解决传统实训教学中存在的问题，提升学生对VR实训系统的感知有用性，从而提高学习绩效。

（2）深度沉浸式设计，促进并保持学生的沉浸体验

沉浸体验的产生条件包括：清楚的目标、自觉体验、挑战—技能平衡、潜在的控制感、专注于任务、明确的反馈、行动—意识融合、时间感扭曲、失去自我意识九个因素[7]。为了让学生在开展VR实训时产生沉浸体验并能够保持这种状态，可通过两方面来实现：一是运用逼真的画面、声音、动画特效等来刺激学生的视、听、触觉多维体验感。二是通过设计学习情境、角色、清晰的学习目标、动态的学习难易度调整、深度的交互、即时的反馈等降低其认知阻力、产生愉快的学习情绪甚至忘记时间，从而让学生融入到VR实训情境中忘我学习并持续下去。

（3）降低VR实训的操作和技术难度，提升学生的感知易用性

VR技术应用于实训教学不仅要解决教与学的问题，同时也要解决技术本身带来的问题。VR实训系统虽然突破了传统实训的局限，但因VR技术的技术复杂性、沉浸性、高性能运行和高配置要求等带来的系统响应速度慢、兼容性问题、眩晕感等，使学生容易产生认知负荷，导致对VR实训产生抵触甚至放弃学习。设计、开发VR实训系统时，一是可通过合理的界面布局、清晰的导航、明确的操作步骤提示等手段来降低VR实训操作的难度；二是在保证教学效果的前提下，选择技术难度低、操作简单、易于控制、容易共享、响应速度快、兼容性强的VR技术及相关设备。

（4）虚实融合引导示范，提升学生自我效能感

在VR实训中，学生是通过键盘、鼠标、传感器等获得实践经验，在一定程度上降低了技能训练的效果，同时容易养成不遵守操作规程的习惯。因此，VR实训并不能完全替代真实的实训，需要与真实的实训相辅相成为学生提供一种虚实融合的学习环境，而教师在整个过程中需要不断的引导示范。教师可以采取：口头上的鼓励与支持，使学生相信自己使用VR系统进行学习的能力；通过反复引导和示范操作唤醒具有压力和焦虑现象的学生，使其消除面临VR系统操作时的畏惧情绪和害怕无法完成任务的焦虑。

参考文献：

[1]于洪涛，施德路，刘国海.论桌面虚拟实验对学习作用研究的必要性[J].內蒙古民族大学学报， 2008（4）：386-387.

[2]谭光兴，徐峰，屈文建.高校学生网络教学行为意向影响因素与模型[J].电化教育研究，2012（1）：47-53+58.

[3]Davis，F.D. Perceived usefulness，perceived ease of use，and user acceptance of information technology[J].MIS Quarterly， 1989，13（3）：319-342.

[4]Davis，F.D.， Bagozzi，R.P.， Warshaw， P.R. User acceptance of computer technology： a comparison of two theoretical models[J].Management Science， 1989，35 （8）：982-1003.

[5]刘勇.微信用户的使用意图研究[D].吉林大学，2015.

[6]刘莉莉.基于技术接受模型的大学生网络学习平台意向影响因素研究[D].浙江师范大学，2013.

[7]景娟娟.国外沉浸体验研究述评[J].心理技术与应用，2015（3）：54-58.

[8]Hsu， C.L.and Lu，H.P.Why do People Play Online Games？ An Extended TAM with Social Influences and Flow Experience[J].In-formation & Management， 2004，41（7）：853-868.

[9]冯崇军.大学生微博沉浸体验与行为研究[D].南京师范大学，2014.

[10]孙元.基于任务—技术匹配理论视角的整合性技术接受模型发展研究[D].浙江大学，2010.

[11]谢幼如，盛创新，杨晓彤，伍文燕.网络学习空间提升自我效能感的效果研究[J].中国电化教育，2016（1）：34-40.endprint