40、沉浸式学习环境对用户体验的提升研究

最新推荐文章于 2025-10-13 08:00:00 发布

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#沉浸式学习环境 #用户体验 #虚拟现实

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沉浸式学习环境对用户体验的提升研究

1. 研究背景与方法

为评估科学博物馆沉浸式学习环境的可用性和交互性，开展了一项针对高中生的实验。采用Tcha - Tokey等人开发的沉浸式虚拟环境用户体验问卷，该问卷从七个维度评估用户体验：
- 参与度（Engagement） ：指人在学习过程中与活动的关系，包括行为参与、情感参与和认知参与。
- 临场感（Presence） ：在创建环境中的感觉。
- 沉浸感（Immersion） ：虚拟环境的感官刺激产生与真实物理世界相同效果的错觉。
- 情感（Emotion） ：用户在虚拟环境中产生的主观感受。
- 可用性（Usability） ：系统的易学性和易用性。
- 体验后果（Experience consequence） ：用户在虚拟环境中可能出现的症状，如网络疾病、紧张、头晕、头痛等。
- 技术采纳（Technology adoption） ：用户未来使用或打算使用沉浸式虚拟环境的行动和决策。

问卷原包含10个子量表和87个项目，为适应实验，选取21个项目，采用5点李克特量表（1为“强烈不同意”，5为“强烈同意”）。为保证翻译可靠性，由北京师范大学的教师进行翻译和回译，直至对所有问题达成一致。

2. 实验对象与数据处理

30名来自北京实验中学的高中生参与实验并填写问卷，其中男性20人（67%），女性10人（33%），年龄在16 - 17岁。11名学生（37%）在实验前从未使用过VR设备，19名学生（63%）有过VR使用经验。

变量	选项	频率	百分比(%)
性别	男	20	67
	女	10	33
年龄	16	17	57
	17	13	43
VR使用经验	从未	11	37
	偶尔	19	63

问卷项目根据李克特量表得分进行编码，部分问题反向编码。使用描述性统计和均值来评估学生使用沉浸式学习系统的体验，同时进行t检验，比较有和没有VR使用经验的学生在虚拟沉浸式学习体验上的差异。

3. 实验结果分析

t检验结果 ：无VR使用经验学生的平均得分是4.12，有VR使用经验学生的平均得分是3.96，t检验结果显示差异不显著（p = 0.266）。
|组ID|均值(标准差)|T值|显著性(双侧)|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|无VR使用经验|4.12(0.42)|1.134|0.266|
|有VR使用经验|3.96(0.33)| | |
各问题平均得分 ：各调查问题的平均得分显示，问题5（临场感）的平均得分最高，为4.63；问题15（可用性）的平均得分最低，为3.20。
各维度平均得分 ：将调查中各维度的问题分组，技术采纳维度得分最高，为4.07；沉浸感维度得分最低，为3.69。

graph LR
    A[参与度] --> B(4.01)
    C[沉浸感] --> D(3.69)
    E[技术采纳] --> F(4.07)
    G[可用性] --> H(3.40)
    I[临场感] --> J(4.00)
    K[情感] --> L(3.93)
    M[体验后果] --> N(3.98)

4. 结果讨论

VR经验对体验的影响 ：有和无VR使用经验的学生在用户体验上无显著差异。参与度主要体现人们参与环境或活动的感受，而沉浸感是对模拟环境的意识程度。HTC Vive和生动的虚拟场景设计有效吸引了学生的注意力，增强了参与度，但学生的沉浸感得分相对较低，主要原因是交互设备的可用性得分较低。合理设计VR设备设置和自然交互方式可降低VR使用经验对用户体验的影响。
系统的优势与不足 ：该沉浸式学习系统能有效提升学生的学习体验，多数项目平均得分大于3分，7个项目（33.3%）得分高于4分。如项目5和6分别达到4.63和4.43分，表明学生能轻松实现对虚拟展品的多角度和详细观察；项目2和4分别为4.23和4.17分，说明系统在视觉和漫游方式上对学生有吸引力；项目10、16和21分别达到4.20、4.17和4.40分，表明系统的3D音频能有效帮助学生识别声源。然而，项目3、11和15得分较低，学生反映交互方式繁琐不自然，未完全沉浸在学习过程中。可能是因为部分学生使用Touch力反馈设备时操作不顺畅，以及HTC头盔分辨率不够高。
体验后果与学习时间 ：评估学生体验后果的项目18和19得分相对较高，可能是由于学生通过头戴式显示器体验虚拟环境的时间较短。研究表明，普通人使用头戴式显示器超过15 - 20分钟通常会出现网络疾病。因此，设计科学博物馆展览时应考虑学习时间，以降低用户因网络疾病产生不适的风险，同时研究其他沉浸式显示和交互方法，提供更易接受和操作的虚拟学习环境。

5. 研究局限性与展望

本研究存在一定局限性：
- 推广受限 ：VR环境在其他科学博物馆的推广和传播有限，考虑到VR环境设置成本和设备使用，难以扩展到一些预算有限的普通科学博物馆，公众对交互设备的使用教育也是推广的问题。未来应寻找更经济实惠且常见的设备用于沉浸式学习环境设计。
- 样本数量有限 ：参与研究的学生数量有限，导致对VR学习环境建设框架如何影响用户体验各维度的预测不够准确，未来需要进行更大样本的研究。
- 未评估学习成果和动机 ：本研究是对系统可用性和可行性的初步研究，未评估学习成果和动机。未来将进行实验，测试所提出的沉浸式学习环境设计对人们知识获取和学习动机的有效性。

总体而言，本研究提出的科学博物馆虚拟沉浸式学习环境建设框架具有良好的整体性能。未来可配备更高分辨率的HTC Vive头盔和服务器，设计更简单易操作的交互界面，以提高沉浸感和可用性。该沉浸式学习环境作为一种新的科普模式，可随时随地让观众体验科学博物馆展览内容，激发观众的探索和创新精神，促进公众科学素养的提升。还可将研究扩展到数学、天文学和化学等其他科学领域，结合5G技术构建具有云体验的科普展览项目，为科学博物馆展览甚至解决教育公平和教育资源平衡问题提供有效解决方案。

沉浸式学习环境对用户体验的提升研究

6. 问卷设计与维度解析

问卷是评估用户体验的重要工具，本研究采用的问卷在设计上具有系统性和全面性。问卷从七个维度来评估用户体验，每个维度都有其具体的含义和作用。
|维度|含义|示例问题|
| ---- | ---- | ---- |
|参与度|人在学习过程中与活动的关系，包括行为、情感和认知参与|“The visual aspects of the virtual environment involved me”|
|临场感|在创建环境中的感觉|“My interactions with the virtual environment seemed natural”|
|沉浸感|虚拟环境的感官刺激产生与真实物理世界相同效果的错觉|“I become so involved in the virtual environment that I was not aware of things happening around me”|
|情感|用户在虚拟环境中产生的主观感受|“I enjoyed being in this virtual environment”|
|可用性|系统的易学性和易用性|“I thought the interaction devices (HTC headset, controller handle and/or stylus) was easy to use”|
|体验后果|用户在虚拟环境中可能出现的症状|“I suffered from fatigue during my interaction with the virtual environment”|
|技术采纳|用户未来使用或打算使用沉浸式虚拟环境的行动和决策|“Learning to operate the virtual environment would be easy for me”|

通过对这些维度的分析，可以更深入地了解用户在沉浸式学习环境中的体验。例如，参与度高意味着学生更积极地参与到学习活动中，临场感强则让学生感觉仿佛真的置身于虚拟环境中。

7. 系统设计对用户体验的影响

系统设计的各个方面都会对用户体验产生影响，下面从几个关键方面进行分析：
- 设备选择 ：本研究中使用的HTC Vive和Geomagic Touch等设备相对不常见，可能会影响用户的使用体验。但合理的设备设置和自然的交互方式可以降低这种影响。例如，通过优化设备的操作流程，让用户更容易上手。
- 场景设计 ：生动的虚拟场景设计能够有效吸引学生的注意力，增强参与度。如系统中的虚拟展览场景，让学生能够轻松实现对展品的多角度和详细观察，提高了学习的趣味性。
- 交互设计 ：交互方式的设计直接影响用户的沉浸感和体验。如果交互方式繁琐不自然，用户就难以完全沉浸在学习过程中。因此，设计简单、自然的交互方式是提升用户体验的关键。

graph LR
    A[系统设计] --> B[设备选择]
    A --> C[场景设计]
    A --> D[交互设计]
    B --> E(影响使用体验)
    C --> F(增强参与度)
    D --> G(提升沉浸感)

8. 对教育和科普的启示

教育方面 ：沉浸式学习环境为教育提供了新的模式和方法。它能够让学生更加积极地参与到学习中，提高学习的效果。例如，在科学课程中使用虚拟博物馆展览，学生可以更直观地观察和学习科学知识。
科普方面 ：作为一种新的科普模式，沉浸式学习环境可以随时随地让观众体验科学博物馆展览内容，激发观众的探索和创新精神，促进公众科学素养的提升。未来可以将这种模式推广到更多的科学领域，如数学、天文学和化学等。