虛擬現實學習環境情感體驗研究系統文獻綜述

丁文郁，單美賢

（1.南京郵電大學 通信與信息工程學院；2.南京郵電大學 教育科學與技術學院，江蘇 南京 210023）

0 引言

杜威的“做中學”理論強調，最好的教育是體驗式的，當學生參與其中時，會從中獲得樂趣并充滿信心，從而學得更多、學得更快。虛擬現實作為一種新的交互媒體，可以為用戶提供豐富且身臨其境的體驗，是創造體驗式學習的有效工具。2012 年以來，支持沉浸式虛擬現實的計算資源和設備激增，為教與學創造了前所未有的體驗式學習環境。由信息時代向體驗時代轉變的過程中，虛擬現實學習環境在提供沉浸式體驗方面為教育教學提供了獨特的優勢：學習者在360°沉浸式三維模擬環境中自由探索、與視覺對象交互，并通過頭戴顯示器和身體傳感器參與動手實驗，有一種“身臨其境”的感覺。

情感是每個人生活中必不可少的要素，教育科學領域已經公認情感在學習中的重要性，已有研究表明，情感通過影響學習的認知過程（如注意力資源、記憶存儲與檢索、問題解決以及學習策略的使用）影響學生的學習成績［1］。目前，學界在情感與認知學習過程方面已經積累了豐富的研究經驗，逐步建構完整的理論體系。情感一致性假設［2］闡釋了情緒節點的激活促進以及與情緒一致的材料可及性。該假設預測情緒一致性可以簡化認知過程：積極的情緒（如享受）比消極的情緒（如悲傷）更容易回憶起積極的信息（如成功測試后的反饋）；負面信息（例如發現考試不及格）更容易產生負面情緒。產生一致性的原因在于人們的大腦結構，該結構由關聯和語義相似性組成：關聯性越強，關聯越緊密，信息的位置越近，激活起來就越容易。情感狀態的激活是有選擇地和自動地引發先前與該情感相關的思想和表征，并且這些概念更有可能用于后續的建設性認知任務?！扒楦屑葱畔ⅰ崩碚摚?］研究表明，情感對記憶和認知影響的性質及程度在很大程度上取決于人們在特定情況下采用什么樣的信息處理策略。情緒本身為學習者帶來了不同的信息，一個人會解釋自己的情緒，并在積極情緒中作出積極反應，而在消極情緒中作出厭惡反應。“依賴于情緒的認知風格”的假設認為，情感對認知的影響和情感是信息的思想的整合，積極的情緒表示一個愉快、安全的環境（=信息）。這樣一個積極的環境為整體和創造性思維提供了最佳的前提條件，因為它不會強迫學習者應對這種情況，但可以開闊胸懷（=認知）。這些理論研究充分表明了情感體驗對認知學習的重要影響。

虛擬現實學習環境（Virtual Reality Learning Environment，VLE）是指基于某種教學模式的虛擬環境，包括一個或多個教學目標，為用戶提供在物理世界中無法體驗到的體驗，并獲得特定的學習成果［4］。VLE 的主要特征是能夠促使用戶在虛擬世界中產生“存在感/臨場感（Presence）”，根據用戶的情感參與以及與虛擬環境和虛擬形象的聯系構建個人體驗［5］；在VLE 中的學習依賴于沉浸程度，即用戶在認知和情感上對VLE 應用程序的投入程度。由此可見，人們借助情感為自身的體驗賦予意義，情感影響著VLE 中的學習成效。VLE 中的情感體驗是一個復雜且動態的概念，它涉及到學習者的內部狀態、系統設置和交互環境等。在有關情感和VLE 設計的文獻中，人們認識到了VLE 對情感體驗的影響，但很少對其進行深入探討或闡述。

現有的一些研究發現，在VLE 中，學習者借助VR 技術體驗深入的沉浸感和存在感時，會有更好的學習表現［6-9］。然而，當前多數研究是從VLE 技術特征的感知角度（存在感和沉浸感）出發探討VLE 中學習者的學習表現，但情感在VLE 中的作用尚未得到系統研究，從學習者主體角度探討VLE 中學習者情感體驗的研究系統性不強。為此，本研究擬采用系統性文獻綜述方法，從情感角度探討VLE 中學習者的情感體驗影響因素，梳理當前VLE 中情感體驗測量方式，以期為VLE 中的情感體驗設計提供參考。

1 研究方法

1.1 研究問題

為了解國外當前VLE 中學習者情感體驗研究現狀，本研究采用系統性文獻綜述方法開展研究，研究問題為：①VLE 中影響學習者情感體驗的因素有哪些？②VLE 中學習者情感體驗影響因素的測量方式有哪些？

1.2 樣本獲取

本研究遵循國際上通用的系統性文獻綜述方法（PRISMA：Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses）進行文獻篩選。首先，為有效獲得近10 年來高質量研究文獻，在Scopus 數據庫中，以“virtual reality” OR “augmented reality” AND “emotion* experience” OR “affective* experience”為關鍵詞進行檢索，限定年份為2011-2021 年，共檢索到1 167 篇。在Web of Science（WOS）數據庫中，以“virtual reality” AND “emotion* experience” OR “affective* experience”為關鍵詞進行檢索，限定年份為2011 年1 月—2021 年12 月，共有1 111 篇文章。兩個數據庫重復文獻為621篇。

為保證文獻分析結果的可靠性和準確性，基于研究問題，對初步檢索到的1 657（1 111+1 167-621=1 657）篇文獻制定了納入/排除標準。文獻入選標準為：①全文可獲?。虎趯嵶C研究；③研究包括明確的研究問題、研究方法以及研究結論；④研究屬于教育學習環境領域；⑤研究主題聚焦虛擬現實學習環境中的情感體驗，包括但不限于影響因素、測量方法等研究內容；⑥研究環境符合虛擬學習環境。對文獻標題、摘要及具體內容進行反復篩選評估后，最終獲得符合條件的文獻38 篇，具有較好的代表性。PRISMA流程如圖1 所示，文獻篩選和數據編碼由兩名研究員共同完成，以確保數據篩選和編碼一致性。

Fig.1 PRISMA flow圖1 PRISMA流程

2 虛擬現實學習環境中的情感體驗

情感體驗是情感主體對其與情感對象交互過程中產生的情感狀態的主觀體驗過程與結果［10］，情感控制理論（Affect Control Theory）被認為是理解人們在社會情境中的情感、行為和情感體驗的最全面的框架之一［11］，情感控制理論將情感體驗的控制視為理解人們的感受、行為和思考的關鍵，也是人們在社會情境中體驗情緒的核心。通過對38 篇文獻進行總結歸納，借鑒Soler 等［12］提出的學習體驗四維模型，本研究認為VLE 中學習者情感感知因素可以從技術實現角度和學習者主體角度思考，包括沉浸感、存在感、具身感和心流感。其中，沉浸感和存在感與學習者從技術實現中的感知特征相關，具身感和心流感則是學習者從身體和情境中的感知特征有關。沉浸感和存在感（臨場感）被視為虛擬現實理論的基本組成部分［13］，沉浸感強調VR 系統提供給用戶的感官體驗，而存在感聚焦于用戶對VR 系統的真實反應；具身感關注的是自我與身體的關系，而存在感則是指自我與環境的關系；當學習者全神貫注地真正投入到學習中時，就會出現心流感。雖然有研究人員認為存在感與心流相似［14］，但兩者之間存在明顯差異：存在感可以是沉浸在虛擬空間中，而心流可以是沉浸在某個用戶動作中的體驗，存在感與虛擬現實學習環境的技術特征相關，心流則與用戶任務特征相關。

在虛擬現實學習環境中，對情感體驗的測量方法可以分為兩類：主觀測量和客觀測量?？陀^測量包括監測虛擬環境對意識較低的反應（如驚嚇反應）或虛擬環境對生理信號（如脈搏或呼吸）的影響；主觀測量包括直接或間接詢問虛擬環境中的感受，問卷調查是目前最常用的情感體驗測量方法。為了相對全面地梳理當前VR 學習環境中情感體驗的主觀測量方法，本研究綜合近10 年相關實證研究分別從沉浸感、存在感、具身感和心流感這4 個方面進行分析，具體數據如表1所示。

2.1 沉浸感

2.1.1 影響因素

在選取樣本中（n=38），有11 篇文獻（28.9%）對虛擬現實中的沉浸感進行研究。沉浸感被描述為一組技術特征，通過從物理世界中抽象出逼真的高分辨率虛擬場景，為用戶提供真實感。沉浸感是“參與者懸置了對自己‘置身于’數字增強環境中的懷疑”［15］，不僅是身體上的，還有精神上和情感上的。沉浸式體驗是一種復雜的、多維的感知，通過原始（多）感官數據和各種認知過程的相互作用而形成［16］。沉浸感能夠衡量系統提供的生動性，是評價虛擬世界置身程度的客觀標準，沉浸式的虛擬系統能夠使得用戶將外部世界拒之門外。桌面式VLE 與通過頭盔式顯示器（HMD）訪問的VLE 之間主要區別在于其沉浸程度，盡管沉浸感會因技術激活的感官數量和硬件質量而異，但通過HMD 或CAVE 訪問的VLE 體驗通常認為具有高度沉浸感，而通過臺式計算機或平板電腦訪問的模擬或3D 世界稱之為低沉浸VLE 或桌面式VLE。與桌面式VLE 相比，沉浸式VLE 還增加了視野的大小，改變了交互方式，這些因素影響了沉浸式VLE 中受益的學習體驗類型，并且對沉浸式VLE 學習內容設計策略至關重要。

沉浸式學習的認知情感理論（Cognitive Affective Model of Immersive Learning，CAMIL）表明，在沉浸式媒體中提高學習成果的基本驅動力是使用教學設計原則，VLE 如何促進學習在很大程度上取決于如何設計沉浸式虛擬現實的特定內容［17］，基于沉浸式虛擬現實的教育研究應該［18］：①利用學習理論指導基于沉浸式虛擬現實的應用程序開發和研究；②將注意力從VR 技術轉移到基于VR 的教學設計，重新定義技術和理論的有效整合；③使用更多樣化的研究設計和方法提高研究的嚴謹性和相關性。

2.1.2 測量方法

在11 篇沉浸感研究中，其中以VR 環境居多（n=8，72.7%），AR 環境的沉浸感測量僅3 篇（27.2%）。Brown等［19］通過定性研究將沉浸感概念化為一個分級的心理過程，并提出了包含3 個一階因子（即參與、全神貫注和完全沉浸）的沉浸感全局模型。IEQ 問卷（Immersive Experiences Questionnaire）［20］和GIQ 問卷（Game Immersion Questionnaire）［21］雖然都是以沉浸感模型為基礎的，但GIQ 提出了沉浸感的高階模型，即沉浸感的3 個一階因子都存在多維性：參與可以分解為吸引力與時間投入；全神貫注包括情感依戀和對周圍環境的感知減少；完全沉浸則包括存在感和同理心。ARI 問卷（Augmented Reality Immersion Questionnaire）［22］是一種AR 感知環境中測量沉浸感的工具。沉浸感是VLE 中學習者最能明顯感受到的一種情感體驗，借助問卷和訪談等測量方法可以多維度地捕捉學習者的沉浸感，為虛擬學習環境設計提供更全面的支持。

2.2 存在感

2.2.1 影響因素

在研究虛擬系統內的情感體驗時，存在感是需要考慮的一個關鍵因素，它通常被視為評估、開發和優化虛擬內容的質量衡量標準。在38 篇研究中，多數研究（n=29，76.3%）都對存在感進行測量和分析。Lombard 等［23］將“存在感”定義為“非中介的感知錯覺”，一種技術和外部物理環境從用戶的現象意識中消失的體驗水平，即用戶在與虛擬刺激或環境交互時未能感知到技術的存在。虛擬現實學習環境中的“存在感”是一個多維結構，主要有3 個元素組成：①空間存在，一種人在物理空間中的感覺；②參與度，人們面對一系列連貫的虛擬刺激或有意義的相關活動和事件時，其精力和注意力集中程度以及對不一致信息的忽略程度；③真實性，虛擬刺激與對真實刺激的預期一致的程度。

虛擬現實研究人員從一開始就將存在感的概念與情緒處理理論聯系起來，認為存在感在是虛擬環境中情緒反應的先決條件［24］，是虛擬環境激活真實情緒的必要中介。情緒會影響個人與環境之間的所有行為、所有認知以及所有有意識和無意識的互動，虛擬環境提供了一種工具用來研究個人對環境的所有內部反應。

Diemer 等［25］的研究使用內感受歸因模型的理論方法強調了情感（尤其是其喚醒度）對存在感的重要性。存在感的認知本質在VR 研究中被概念化，并且被用于評估與沉浸、刺激和情感的關系，因此這構成了人們對存在感理解的核心。根據內感受歸因模型，個體根據兩個基本要素判斷他們在虛擬現實中感受到的存在感程度：①參與者會根據他們所體驗到的與現實世界設置的感知距離判斷他們的存在感，即他們從現實世界中得到的刺激越少，而來自VR 場景的刺激越多，他們的存在感水平就越高；②個體對其感受的情緒喚醒程度的認知判斷。由于喚醒是情緒參與的一個重要指標，喚醒情緒會導致人們認為他們的存在體驗比平靜或中性的情緒狀態更強烈。喚醒代表“行動號召”，讓人警覺，進而導致虛擬環境中更高的存在感評級。

2.2.2 測量方法

測量虛擬環境中的存在感研究已有近30 年的歷史［26］，自從第一次呼吁制定標準化的存在感衡量標準以來，研究人員采取了許多不同的方法以創建標準的存在感測量［27-28］，這些方法可以分為兩類：客觀方法和主觀方法。在29 篇關于存在感的研究中，7 篇文獻（24.1%）使用了客觀測量方法，使用EEG 作為主要測量手段的研究有4 篇文獻，使用皮膚電導率測量的研究有2 篇，其余研究借助心電圖數據、眼動數據等方式測量存在感。當前，客觀測量方式以單模態測量（n=6）居多。存在感測量的客觀方法主要是使用參與者的自動響應作為他們存在感水平的指標，一種客觀的存在感測量方法包括使用生理指標概念，例如腦電信號［29］、心血管（血壓、心率）和眼部反應［30］、肌肉張力、呼吸和姿勢；另一種客觀的存在感測量方法在于測量反映存在感的行為，在此方法中，向受試者呈現相互沖突的虛擬和真實線索，受試者對虛擬線索的反應程度表明其存在感知［31］。大多數學者認為，存在感的生理和行為指標是測量存在感最有用的輔助手段，因為存在感的生理和行為測量提供的測量深度要小得多（如自主喚醒和躲避或退縮可能是對體驗的感知真實性或空間沉浸感的反應），并且可能只對特定的刺激（如視點運動）或當特定的自變量被操縱時有用（如顯示特征）［32］。

存在感的主觀測量方法允許對存在感的潛在維度進行更復雜的分析，主觀方法包括定性方法和存在感問卷，如民族志觀察、焦點小組和自由形式的訪談，允許研究人員“產生無法通過任何量化手段獲得的信息”［33］。雖然可以幫助研究人員更深入、更詳細地了解存在感的概念，但這些方法產生的數據要求特定場景，其泛用性較低。存在感問卷是最廣泛使用的存在感測量方法，SUS 問卷（Slater-Usoh-Steed）［34］（n=5，17.2%）和PQ 問卷（The Presence Questionnaire）［35］（n=4，13.8%）是最初被廣泛使用的存在感問卷。以SUS 和PQ 為基礎開發的IPQ（Igroup Presence Questionnaire）（n=6，20.7%）是目前最常用的標準化問卷之一，該問卷建立在Schuber 等［36］的研究結果之上，由4 個主要部分組成：一般存在（GP）、空間存在（SP）、參與（INV）、真實感體驗（Real）。此外，還有其他不同理論基礎的存在感量表，MEC-SPQ（MEC-Spatial Presence Quenstionnaire）［37］問卷依據空間存在模型測量存在感；ITC-SOPI（ITC-Sense of Presence Inventory）［38］則增加了負面影響（negative effects）因素，量化用戶在虛擬現實中的不適生理體驗；IPO-SPQ（IPO Social Presence Questionnaire）［39］主要測量用戶在使用媒體時的社會存在感。存在感問卷方法支持研究者從學習者的主觀角度測量VLE 的存在感，通過量化數據反映特定因素的細微變化。研究人員在選擇量表時需明確適用場景和量表的側重點，從而便于探索不同類型的存在感本質。

2.3 具身感

2.3.1 影響因素

在38 篇研究中，有2 篇文獻對具身感開展研究。具身感包括“使用和‘擁有’身體的主觀體驗”［40］，強調身體在人類體驗中的作用，并將其與認知過程以及情感過程（即當情緒涉及身體感覺時）聯系起來［41］。在VLE 中，具身是指擁有一個虛擬身體（身體所有權感）的體驗，它可以受到身體的外觀和控制身體動作能力的影響，以及針對身體感官知覺的事件（例如觸摸）。VLE 中的具身體驗是指學習者在中介環境中被模擬的感覺運動信息所包圍，這些信息創造了個體體驗的感覺，通過這種感覺，學習者將自己視為VR 學習環境的一部分。具身感至少有3 種主要性質：首先，人在身體中的自我表現具有空間屬性的高度特征，如一個人的自我位于身體內；其次，這種空間表征總是自我歸因，也就是說，一個人感知自己的身體就是他自己的身體；最后，這個身體也服從自己的意愿，例如一個人是自己身體行為的控制者。由此可見，“具身”一詞是與自我定位感、代理感和身體所有權感等概念聯系在一起的。

自我定位感指一個人在一個身體內部的空間體驗，而不是在一個世界（有或沒有身體）內部的空間體驗。自我定位感關注的是自我與身體間的關系，而（空間）存在感則是指自我與環境間的關系。自我定位感和存在感是指不同問題的心理狀態：如果有一種身體表征中的自我被感知到，則還包括身體與環境之間的關系問題。為了更好地說明自我身體與自我環境（或身體環境）之間的這種區別，體驗自我定位感可以是感覺自己位于生物體或化身的身體內；而與之類似的存在感是將自己置于物理或虛擬空間中的感覺，即使這不需要化身形式的身體表征。盡管自我定位感和存在感解決了不同的空間問題，但它們可以被視為互補的概念，共同構成了一個人的空間表征。

代理感指擁有“全局運動控制的感覺，包括行動、控制、意圖、運動選擇的主觀體驗和意志的有意識體驗”［42］。代理感存在于積極的運動中。代理感受到干擾的一個例子是異己手綜合征患者，他們拒絕接受自己正在控制自己肢體動作的觀念，并聲稱他們的肢體按照自己的意圖行事。當動作的預測結果與動作的實際結果相匹配時（例如在主動運動下存在同步視覺運動相關性時），人們會覺得自己是這些動作的代理人。代理感的發展取決于視覺運動關聯的同步性，多項研究表明，動作的視覺反饋與實際運動之間的差異會對代理感產生負面影響。

身體所有權感是指一個人對身體的自我歸因［43］，它具有占有的特性，暗示著身體是體驗到的感覺的來源。例如，軀體幻體癥患者否認對自己肢體的所有權，他們的身體所有權受到干擾。

具身感有助于感知和行動，使人們能根據身體當前的行動能力擴展世界。感知是一種協同活動，只有當觀察者根據他們的身體能力感知環境時，才有可能通過行動感知環境中的物體，例如，只有當一個球小到可以放在觀察者手中時，才會被認為是可以抓握的。身體是感知問題解決方案中不可或缺的一部分。研究表明，由身體感知的信息（無論是關于身體大小的物理信息或是關于身體狀態的情緒信息），都有助于感知環境的空間布局［44］。此外，情緒對感知的影響可能是功能性的，因為情緒可以使環境中的重要物體更加突出，它們可以激發行動，并且還可以保護生物能量資源［45］。

學習是通過身體發生的，這個有形的實體通過表達情感，使學習過程更加深入。虛擬空間誘發的情感體驗和身心效應，無疑是真實的?？紤]到情感牽涉人們對物質世界的現象學理解，在VLE 的體驗中情感也發揮著不可或缺的作用。大多數實證研究表明，負面情感與認知過程和學習成績之間存在負相關關系［46］，這些發現在虛擬現實學習環境中也得到了證實［47］。在虛擬現實學習環境中，由于技術的局限性以及監測學習者情感狀態的靈活性較低，不可避免地會引起諸如困惑、沮喪、或無聊的負面情感，由于學習過程中的負面情緒會損害學習結果，需要對這些情緒進行調節。通過認知或行為策略對情感進行調節，以改善情感的質量、強度或持續時間。

2.3.2 測量方法

VR 環境中具身感的測量通常使用橡膠手錯覺（RHI：Rubber Hand Illusion）等原始實驗（如個人問卷、位移測量）的測量方法［48］或對虛擬環境中運動或認知任務中的表現及生理反應進行測量［49-50］，也有一些探索性研究側重于使用電生理學或血流動力學方法，研究身體所有權錯覺下的大腦活動變化［51］。Kilteni 等［40］回顧了相關文獻中用于解決具身感測量（自我定位、代理和身體所有權）的方法；Fribourg 等［52］分別通過HTC Vive HMD 的內部跟蹤器進行頭部跟蹤，根據動作捕捉系統進行身體追蹤，分析具身感的代理外觀、代理控制和用戶視點這3 個因素。研究發現，代理外觀沒有代理控制和用戶視點重要，即用戶不一定需要達到最佳代理配置也能感受到令人滿意的具身感，但需要提供高度的代理控制感。Roth 等［53］從虛擬身體的所有權、虛擬身體的代理感和身體圖式的感知變化3 個維度構建虛擬具身問卷（Virtual Embodiment Questionnaire，VEQ）。相對于其他情感因素，具身感測量問卷較新，也較少，這表明在具身感測量方面的研究尚未形成系統認識，如何準確地刻畫學習者在VLE 中的具身感仍然值得探索。

2.4 心流感

2.4.1 影響因素

在研究樣本中共有7 篇（18.4%）文獻分析了心流感。心理學家齊克森米哈里［54］在著作《心流：最佳體驗的心理學》中提出“心流（flow）”這一概念，并將其定義為一種將個人精神能量或注意力完全投注在某種活動上的感覺；內在體驗的最佳狀態是意識中有秩序的狀態即心流狀態，心流產生時同時會有高度的興奮及充實感?！靶牧鳌泵枋龅氖且环N完全專注或投入一項活動的狀態，這種狀態在工作、運動和教育等日?；顒又衅鸬郊钜蛩氐淖饔谩Ｓ捎谶@種自我激勵的學習被認為是最好的學習方式，教育的一個主要挑戰是培養學習者的心流狀態。研究表明，虛擬現實學習環境可以促進學習者的心流狀態，從而幫助學習者取得更好的學業成績［55］。

心流已被概念化為一種最佳體驗，其特點是具有挑戰性的目標與自身能力之間的感知平衡，以此為基礎，提出幾種測量心流狀態的模型：最初的雙通道模型考慮了挑戰與技能間的心流狀態，通過心流通道將焦慮和無聊的狀態分開；Pearce 等［56］改進了最初的雙通道模型，提出四通道模型（見圖2），將心流作為一個過程而不是一個整體狀態進行測量，即包括挑戰和技能之間動態的關系，而八通道模型（見圖3）則在四通道模型的基礎上加入了憂慮、激發（喚醒）、控制、放松4種狀態［57］。

Fig.2 Four channel model of heart flow圖2 心流的四通道模型

Fig.3 Eight channel model of heart flow圖3 心流的八通道模型

Jackson 等［58］認為，與“心流”這種心理狀態相關的因素有9 個：明確的目標、即時反饋、感知技能與挑戰、行動與意識的融合、對任務的專注、控制、自我意識的喪失、時間感的改變以及自發體驗，開發并驗證了測量心流9 個維度的工具。需要注意的是，心流不是“全有或全無”的問題，而是人們可以在每個維度上體驗心流的程度。Pace［59］使用扎根理論的研究方法為Web 用戶的心流維度提供了進一步證據。研究表明，在計算機游戲、數學、外語和基于計算機的統計領域，（在控制其他認知變量之后）心流體驗是學習任務結果的正向預測因子［60］。較高程度的無聊體驗和功能失調的情緒監測（如焦慮反芻）等因素可能會干擾心流狀態。Ibanez 等［61］研究發現，在AR 學習環境中，學習者能體驗到許多有助于增強心流的特征：注意力集中、時間感知改變、更清晰的直接反饋和自發體驗，這些特征可以通過促進學習者的心理狀態（如身份的構建、存在感和共存等）來增強心流體驗；AR 可以提高學習內容的保持率并支持心流體驗，這也有助于提高學生的學業表現［62］。

2.4.2 測量方法

心流是學業特征與心理幸福感之間關系的完全中介，心流通過心理健康對身體健康產生間接的積極影響［63］。Engeser 等［64］提出心流對成績績效積極影響的兩條路徑：首先，心流被認為是一種“高功能性狀態”，因此應該會提高成績績效，這一路徑的基礎可以被看作是心流先決條件的功能，它幫助學習者毫不費力地集中注意力，從而將認知和學習視為“推動者”；其次，心流是持續活動的動力，它引導人們選擇更高的挑戰以再次體驗心流，心流本身可以被認為是心流體驗的動機組成部分，是促進者或有利于學習的“驅動力”。

根 據Finneran 等［65］的PAT（Person-Artefact-Task）模型，Guo 等［66］的心流測量模型從概念上區分了心流的3 個先決條件（挑戰和技能之間的平衡維度、目標的清晰性和反饋）與“適當”的心流體驗，認為心流體驗是一種反思性的高階結構。Schaik 等［60］則將Guo 的心流測量模型應用于沉浸式虛擬環境中的心流研究，一方面在心理測量學上評估Guo 的沉浸式VR 學習環境中的心流體驗測量模型，另一方面檢驗任務特征對心流的影響以及心流體驗結構模型中的心流本身，其研究結果表明，需要持續監控學習者的心流水平并在適當情況下調整學習任務的重要性。Ibanez 等［61］通過借助心流狀態量表（整體狀態感知流和逐步感知流）實證分析了增強現實學習環境中學習者的心流體驗水平，其中，整體狀態感知流測量心流的9 個因素，作為表示心流的情感屬性，而逐步感知流則是將心流作為一個過程進行測量，通過問卷調查任務的感知技能水平和感知挑戰水平，感知挑戰和感知技能的平衡被視為心流?？傮w來看，心流狀態與學習者感知到的挑戰難度聯系緊密，在測量心流感的過程中需兼顧感知挑戰體驗和情感體驗。

3 研究啟示

情感體驗的核心（包括人們描述情感體驗的語言）是由構成情感的判斷而定義，人們通過判斷來體驗世界的，這即是為什么說人們的情感是由判斷塑造或構建［104］。在前意識層面上，情感為人們提供了一個抽象但通用的度量標準，用于感知和整理與事件相關的各種概念的意義，包括身份、行為、環境和體驗，VLE 的設計應考慮新興技術在情感學習支持方面的優勢和局限性，以部署有效的學習環境。

3.1 沉浸感

沉浸感是虛擬現實的特征表現，是影響情感體驗的重要因素。沉浸式體驗的體驗質量評估是一個新興且有前途的研究方向，因為沉浸式體驗涉及人類體驗許多難以感知、捕捉、解釋的無形特征。從系統角度看，技術系統“為參與者的感官提供包容、廣泛、環繞和生動的現實幻覺”的能力被定義為沉浸感［105］，影響沉浸感的系統體驗質量因素包括［106］：圖像真實感、圖形保真度、圖像運動、屏幕尺寸、視覺線索（空間和物體線索）以及感官效應（風、振動、光效應）等。也有研究認為，需要從注意力、時間感知、情緒等人類體驗質量因素以及環境干擾意識、界面保真度等背景因素分析沉浸式體驗質量［107］，這些都為沉浸式體驗的體驗質量評估提供了新的見解。

總體來看，盡管沉浸感這一概念被廣泛用于描述VR，但在VLE 中學習者如何實際體驗沉浸感尚不清楚，一系列問題仍未得到很好的解答。首先，虛擬環境的質量會影響沉浸感，桌面式虛擬現實容易操作，便于實現，但沉浸感較差；基于HMD 的虛擬現實系統操作成本高昂，容易引起眩暈，但使用者可以體驗高度沉浸感，因此在選擇VR 教學媒體時需要明確是沉浸感優先還是學習體驗優先的問題。其次，在設計虛擬現實教學任務過程中，需要考慮到技術新奇效應所帶來的影響，學習者的沉浸感有可能是隨著該效應的減弱而慢慢消退，因此需要通過教學設計和教學干預將VR 技術和學習過程緊密聯結。最后，當前的VR 技術仍有很大進步空間，其實現成本、便攜程度、使用體驗均需作進一步優化，提升VR 硬件條件有助于擴大VR 使用范圍，推動VR 教學落地。

3.2 存在感

存在感是一種“置身于此”的心理狀態，是虛擬現實環境中主客體之間的橋梁。盡管強調虛擬環境提供的技術特征和感官豐富性在提供存在感的過程中很重要，但用戶的個性特征也可能在此過程中發揮作用。用戶的個性特征（如用戶在VR 環境中的認知參與、對環境的空間定位、內向性格、形成心理模型和移情能力）是體驗虛擬現實環境過程中的重要變量［108］。在VR 環境中，用戶會有惡心、頭暈等副作用，因此，用戶的存在感會受到他們的個人能力以及社交和情感特征的影響［109］。

學習者的存在感知根據用戶的個人特征而有所不同，情緒會影響個人與環境之間的行為、認知以及有意識和無意識的互動。與情緒一樣，存在感是動態變化的，受生理自我感知、認知自我描述以及這些變量與環境的遞歸交互的影響。存在感和情緒都需要通過生理、行為和認知的評估進行研究，通過探索存在感的所有潛在方面，無論是情感、認知還是行為，都可以為虛擬環境的所有潛在應用方式敞開大門。人們通常不會考慮他們在現實世界中的存在感程度，但需要了解人們對虛擬世界中存在感的感受，這樣有助于人們更好地理解虛擬環境中的情緒，因為虛擬現實學習環境中的存在感與情感之間是循環互動的：一方面，存在感在“情感”環境中更強烈；另一方面，情感狀態受存在感程度的影響。

3.3 具身感

沉浸式虛擬環境允許具身交互，因為用戶可以在這些環境中找到自我定位、代理和身體所有權的感覺［110］。Dourish［111］認為，具身交互需要控制界面來鼓勵與虛擬環境的高度互動，在此過程中系統以有意義的方式對用戶的行為作出反應。一般而言，在用戶對控制界面的熟悉程度與物理運動和虛擬運動之映射的直觀程度之間存在著權衡，從而允許具身交互。VLE 因其技術特點，具備多模態學習優勢，通過具身交互促進學習者形成具身認知。

研究表明，在學習環境設計中對手勢和動作的關注可以支持學習［112］。學習科學家正在尋找將基于身體的運動融入學習環境的新方法，如Abrahamson 等［113］提出3 個設計原則指導具身認知在創造學習環境中的應用：①活動應該促使知覺和動覺協調；②活動應該具有意義并提供行動反饋循環；③學生需要指導以適應環境。這3 個設計原則與具身認知的觀點相一致，即“數學和科學概念不是抽象的、概念性的、脫離物理世界的心理實體，它們是非常身體的、動覺的和意象的。具身設計的典型交互式任務在于引導學習者發現、改進和實踐解決局部問題的物理行動方案”。

在VR 學習環境中，與虛擬對象的交互是通過使用輸入設備（如Oculus Touch VR 控制器）實現，這些設備本身在VR 中作為工具呈現調解與虛擬對象的交互，當對工具足夠熟練時，工具在某些方面會成為人們自己身體的延伸。已有研究表明，使用工具可以改變身體感知，甚至擴展了人際空間的大?。?14］。實際上，一個人將能夠將注意力集中在任務上而忽略工具本身，而當一個工具壞了（無法使用）時，他們會將注意力轉移到該工具上［115］。學習者在自主進入虛擬現實學習環境之前，需要熟悉虛擬現實交互設備的使用，否則學習者不得不脫離虛擬環境，回到真實世界研究設備的使用，嚴重破壞了虛擬現實學習環境的具身感體驗。由此，選擇合適的VR 交互設備強化學習者的具身感，這是在設計虛擬現實學習環境時值得被充分考慮的一個問題。

3.4 心流感

心流感是虛擬現實環境中用戶體驗的反映之一，是一種沉浸式的狀態和情緒體驗。沉浸式VR 學習環境為評估學習者的心流體驗提供了一個特別合適的環境，這樣的沉浸式環境有利于心流的產生，因為可以執行有目的的學習任務，通過有意義的、高度參與的體驗促進學習。心流已被證明是學習任務表現的獨立預測因子，并且是心理健康和身體健康的預測因子，加之沉浸式VR 學習環境具有促進高度參與體驗學習的巨大潛力，需要深入研究沉浸式VR 環境中心流的測量。值得注意的是，心流往往通過中介效應發揮作用，它在一定程度上催化了其他情感體驗，是技術實現和任務設計完美結合的結果。因此，在討論心流感時，需從情感、認知和行為的維度思考如何構建合理的心流感測量和評價指標體系。

4 結語

本文綜合了近10 年沉浸式VR 學習環境中情感體驗的38 項研究，從VR 學習環境的技術維度和任務維度分析了學習者的情感體驗因素，并梳理了已有研究關于VR 學習環境中情感體驗的相關測量方法，整體的文獻綜述內容如圖4所示。

Fig.4 Overall research framework of emotional experience in virtual reality learning environment圖4 虛擬現實學習環境中的情感體驗研究整體框架

本研究歸納了VLE 中學習者情感體驗的因素，總結不同情感體驗的測量方式，為VLE 中情感體驗的設計與應用勾勒出研究框架，即VLE 的設計應以體驗式學習為導向，密切關注體驗式教育環境的核心特征：沉浸性、存在感、具身性和心流體驗，并嵌入相關的情感體驗測量工具，將現實世界環境中信息的動態顯示與響應學習者行為的特征相結合，在激發學習者學習積極性、支持其更好地獲取知識的同時，幫助學習者發展社交與協作技能，為學習者提供“身、心、境”和諧統一的學習環境。但本研究在文獻選擇方面仍存在著一些不足：首先，研究所選取的文獻均是英文類文獻，沒有考慮中文類文獻；最后，研究所選取的文章都是教育學領域中的量化研究類論文，心理學、計算機科學等領域的文獻沒有被納入，使得VR 學習環境中情感體驗的研究缺乏多學科視角，技術支持下的VR 學習環境中情感體驗理論模型及實踐應用等未能深入研究。