虚拟现实学习环境情感体验研究系统文献综述

丁文郁，单美贤

（1.南京邮电大学 通信与信息工程学院；2.南京邮电大学 教育科学与技术学院，江苏 南京 210023）

0 引言

杜威的“做中学”理论强调，最好的教育是体验式的，当学生参与其中时，会从中获得乐趣并充满信心，从而学得更多、学得更快。虚拟现实作为一种新的交互媒体，可以为用户提供丰富且身临其境的体验，是创造体验式学习的有效工具。2012 年以来，支持沉浸式虚拟现实的计算资源和设备激增，为教与学创造了前所未有的体验式学习环境。由信息时代向体验时代转变的过程中，虚拟现实学习环境在提供沉浸式体验方面为教育教学提供了独特的优势：学习者在360°沉浸式三维模拟环境中自由探索、与视觉对象交互，并通过头戴显示器和身体传感器参与动手实验，有一种“身临其境”的感觉。

情感是每个人生活中必不可少的要素，教育科学领域已经公认情感在学习中的重要性，已有研究表明，情感通过影响学习的认知过程（如注意力资源、记忆存储与检索、问题解决以及学习策略的使用）影响学生的学习成绩［1］。目前，学界在情感与认知学习过程方面已经积累了丰富的研究经验，逐步建构完整的理论体系。情感一致性假设［2］阐释了情绪节点的激活促进以及与情绪一致的材料可及性。该假设预测情绪一致性可以简化认知过程：积极的情绪（如享受）比消极的情绪（如悲伤）更容易回忆起积极的信息（如成功测试后的反馈）；负面信息（例如发现考试不及格）更容易产生负面情绪。产生一致性的原因在于人们的大脑结构，该结构由关联和语义相似性组成：关联性越强，关联越紧密，信息的位置越近，激活起来就越容易。情感状态的激活是有选择地和自动地引发先前与该情感相关的思想和表征，并且这些概念更有可能用于后续的建设性认知任务。“情感即信息”理论［3］研究表明，情感对记忆和认知影响的性质及程度在很大程度上取决于人们在特定情况下采用什么样的信息处理策略。情绪本身为学习者带来了不同的信息，一个人会解释自己的情绪，并在积极情绪中作出积极反应，而在消极情绪中作出厌恶反应。“依赖于情绪的认知风格”的假设认为，情感对认知的影响和情感是信息的思想的整合，积极的情绪表示一个愉快、安全的环境（=信息）。这样一个积极的环境为整体和创造性思维提供了最佳的前提条件，因为它不会强迫学习者应对这种情况，但可以开阔胸怀（=认知）。这些理论研究充分表明了情感体验对认知学习的重要影响。

虚拟现实学习环境（Virtual Reality Learning Environment，VLE）是指基于某种教学模式的虚拟环境，包括一个或多个教学目标，为用户提供在物理世界中无法体验到的体验，并获得特定的学习成果［4］。VLE 的主要特征是能够促使用户在虚拟世界中产生“存在感/临场感（Presence）”，根据用户的情感参与以及与虚拟环境和虚拟形象的联系构建个人体验［5］；在VLE 中的学习依赖于沉浸程度，即用户在认知和情感上对VLE 应用程序的投入程度。由此可见，人们借助情感为自身的体验赋予意义，情感影响着VLE 中的学习成效。VLE 中的情感体验是一个复杂且动态的概念，它涉及到学习者的内部状态、系统设置和交互环境等。在有关情感和VLE 设计的文献中，人们认识到了VLE 对情感体验的影响，但很少对其进行深入探讨或阐述。

现有的一些研究发现，在VLE 中，学习者借助VR 技术体验深入的沉浸感和存在感时，会有更好的学习表现［6-9］。然而，当前多数研究是从VLE 技术特征的感知角度（存在感和沉浸感）出发探讨VLE 中学习者的学习表现，但情感在VLE 中的作用尚未得到系统研究，从学习者主体角度探讨VLE 中学习者情感体验的研究系统性不强。为此，本研究拟采用系统性文献综述方法，从情感角度探讨VLE 中学习者的情感体验影响因素，梳理当前VLE 中情感体验测量方式，以期为VLE 中的情感体验设计提供参考。

1 研究方法

1.1 研究问题

为了解国外当前VLE 中学习者情感体验研究现状，本研究采用系统性文献综述方法开展研究，研究问题为：①VLE 中影响学习者情感体验的因素有哪些？②VLE 中学习者情感体验影响因素的测量方式有哪些？

1.2 样本获取

本研究遵循国际上通用的系统性文献综述方法（PRISMA：Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses）进行文献筛选。首先，为有效获得近10 年来高质量研究文献，在Scopus 数据库中，以“virtual reality” OR “augmented reality” AND “emotion* experience” OR “affective* experience”为关键词进行检索，限定年份为2011-2021 年，共检索到1 167 篇。在Web of Science（WOS）数据库中，以“virtual reality” AND “emotion* experience” OR “affective* experience”为关键词进行检索，限定年份为2011 年1 月—2021 年12 月，共有1 111 篇文章。两个数据库重复文献为621篇。

为保证文献分析结果的可靠性和准确性，基于研究问题，对初步检索到的1 657（1 111+1 167-621=1 657）篇文献制定了纳入/排除标准。文献入选标准为：①全文可获取；②实证研究；③研究包括明确的研究问题、研究方法以及研究结论；④研究属于教育学习环境领域；⑤研究主题聚焦虚拟现实学习环境中的情感体验，包括但不限于影响因素、测量方法等研究内容；⑥研究环境符合虚拟学习环境。对文献标题、摘要及具体内容进行反复筛选评估后，最终获得符合条件的文献38 篇，具有较好的代表性。PRISMA流程如图1 所示，文献筛选和数据编码由两名研究员共同完成，以确保数据筛选和编码一致性。

Fig.1 PRISMA flow图1 PRISMA流程

2 虚拟现实学习环境中的情感体验

情感体验是情感主体对其与情感对象交互过程中产生的情感状态的主观体验过程与结果［10］，情感控制理论（Affect Control Theory）被认为是理解人们在社会情境中的情感、行为和情感体验的最全面的框架之一［11］，情感控制理论将情感体验的控制视为理解人们的感受、行为和思考的关键，也是人们在社会情境中体验情绪的核心。通过对38 篇文献进行总结归纳，借鉴Soler 等［12］提出的学习体验四维模型，本研究认为VLE 中学习者情感感知因素可以从技术实现角度和学习者主体角度思考，包括沉浸感、存在感、具身感和心流感。其中，沉浸感和存在感与学习者从技术实现中的感知特征相关，具身感和心流感则是学习者从身体和情境中的感知特征有关。沉浸感和存在感（临场感）被视为虚拟现实理论的基本组成部分［13］，沉浸感强调VR 系统提供给用户的感官体验，而存在感聚焦于用户对VR 系统的真实反应；具身感关注的是自我与身体的关系，而存在感则是指自我与环境的关系；当学习者全神贯注地真正投入到学习中时，就会出现心流感。虽然有研究人员认为存在感与心流相似［14］，但两者之间存在明显差异：存在感可以是沉浸在虚拟空间中，而心流可以是沉浸在某个用户动作中的体验，存在感与虚拟现实学习环境的技术特征相关，心流则与用户任务特征相关。

在虚拟现实学习环境中，对情感体验的测量方法可以分为两类：主观测量和客观测量。客观测量包括监测虚拟环境对意识较低的反应（如惊吓反应）或虚拟环境对生理信号（如脉搏或呼吸）的影响；主观测量包括直接或间接询问虚拟环境中的感受，问卷调查是目前最常用的情感体验测量方法。为了相对全面地梳理当前VR 学习环境中情感体验的主观测量方法，本研究综合近10 年相关实证研究分别从沉浸感、存在感、具身感和心流感这4 个方面进行分析，具体数据如表1所示。

2.1 沉浸感

2.1.1 影响因素

在选取样本中（n=38），有11 篇文献（28.9%）对虚拟现实中的沉浸感进行研究。沉浸感被描述为一组技术特征，通过从物理世界中抽象出逼真的高分辨率虚拟场景，为用户提供真实感。沉浸感是“参与者悬置了对自己‘置身于’数字增强环境中的怀疑”［15］，不仅是身体上的，还有精神上和情感上的。沉浸式体验是一种复杂的、多维的感知，通过原始（多）感官数据和各种认知过程的相互作用而形成［16］。沉浸感能够衡量系统提供的生动性，是评价虚拟世界置身程度的客观标准，沉浸式的虚拟系统能够使得用户将外部世界拒之门外。桌面式VLE 与通过头盔式显示器（HMD）访问的VLE 之间主要区别在于其沉浸程度，尽管沉浸感会因技术激活的感官数量和硬件质量而异，但通过HMD 或CAVE 访问的VLE 体验通常认为具有高度沉浸感，而通过台式计算机或平板电脑访问的模拟或3D 世界称之为低沉浸VLE 或桌面式VLE。与桌面式VLE 相比，沉浸式VLE 还增加了视野的大小，改变了交互方式，这些因素影响了沉浸式VLE 中受益的学习体验类型，并且对沉浸式VLE 学习内容设计策略至关重要。

沉浸式学习的认知情感理论（Cognitive Affective Model of Immersive Learning，CAMIL）表明，在沉浸式媒体中提高学习成果的基本驱动力是使用教学设计原则，VLE 如何促进学习在很大程度上取决于如何设计沉浸式虚拟现实的特定内容［17］，基于沉浸式虚拟现实的教育研究应该［18］：①利用学习理论指导基于沉浸式虚拟现实的应用程序开发和研究；②将注意力从VR 技术转移到基于VR 的教学设计，重新定义技术和理论的有效整合；③使用更多样化的研究设计和方法提高研究的严谨性和相关性。

2.1.2 测量方法

在11 篇沉浸感研究中，其中以VR 环境居多（n=8，72.7%），AR 环境的沉浸感测量仅3 篇（27.2%）。Brown等［19］通过定性研究将沉浸感概念化为一个分级的心理过程，并提出了包含3 个一阶因子（即参与、全神贯注和完全沉浸）的沉浸感全局模型。IEQ 问卷（Immersive Experiences Questionnaire）［20］和GIQ 问卷（Game Immersion Questionnaire）［21］虽然都是以沉浸感模型为基础的，但GIQ 提出了沉浸感的高阶模型，即沉浸感的3 个一阶因子都存在多维性：参与可以分解为吸引力与时间投入；全神贯注包括情感依恋和对周围环境的感知减少；完全沉浸则包括存在感和同理心。ARI 问卷（Augmented Reality Immersion Questionnaire）［22］是一种AR 感知环境中测量沉浸感的工具。沉浸感是VLE 中学习者最能明显感受到的一种情感体验，借助问卷和访谈等测量方法可以多维度地捕捉学习者的沉浸感，为虚拟学习环境设计提供更全面的支持。

2.2 存在感

2.2.1 影响因素

在研究虚拟系统内的情感体验时，存在感是需要考虑的一个关键因素，它通常被视为评估、开发和优化虚拟内容的质量衡量标准。在38 篇研究中，多数研究（n=29，76.3%）都对存在感进行测量和分析。Lombard 等［23］将“存在感”定义为“非中介的感知错觉”，一种技术和外部物理环境从用户的现象意识中消失的体验水平，即用户在与虚拟刺激或环境交互时未能感知到技术的存在。虚拟现实学习环境中的“存在感”是一个多维结构，主要有3 个元素组成：①空间存在，一种人在物理空间中的感觉；②参与度，人们面对一系列连贯的虚拟刺激或有意义的相关活动和事件时，其精力和注意力集中程度以及对不一致信息的忽略程度；③真实性，虚拟刺激与对真实刺激的预期一致的程度。

虚拟现实研究人员从一开始就将存在感的概念与情绪处理理论联系起来，认为存在感在是虚拟环境中情绪反应的先决条件［24］，是虚拟环境激活真实情绪的必要中介。情绪会影响个人与环境之间的所有行为、所有认知以及所有有意识和无意识的互动，虚拟环境提供了一种工具用来研究个人对环境的所有内部反应。

Diemer 等［25］的研究使用内感受归因模型的理论方法强调了情感（尤其是其唤醒度）对存在感的重要性。存在感的认知本质在VR 研究中被概念化，并且被用于评估与沉浸、刺激和情感的关系，因此这构成了人们对存在感理解的核心。根据内感受归因模型，个体根据两个基本要素判断他们在虚拟现实中感受到的存在感程度：①参与者会根据他们所体验到的与现实世界设置的感知距离判断他们的存在感，即他们从现实世界中得到的刺激越少，而来自VR 场景的刺激越多，他们的存在感水平就越高；②个体对其感受的情绪唤醒程度的认知判断。由于唤醒是情绪参与的一个重要指标，唤醒情绪会导致人们认为他们的存在体验比平静或中性的情绪状态更强烈。唤醒代表“行动号召”，让人警觉，进而导致虚拟环境中更高的存在感评级。

2.2.2 测量方法

测量虚拟环境中的存在感研究已有近30 年的历史［26］，自从第一次呼吁制定标准化的存在感衡量标准以来，研究人员采取了许多不同的方法以创建标准的存在感测量［27-28］，这些方法可以分为两类：客观方法和主观方法。在29 篇关于存在感的研究中，7 篇文献（24.1%）使用了客观测量方法，使用EEG 作为主要测量手段的研究有4 篇文献，使用皮肤电导率测量的研究有2 篇，其余研究借助心电图数据、眼动数据等方式测量存在感。当前，客观测量方式以单模态测量（n=6）居多。存在感测量的客观方法主要是使用参与者的自动响应作为他们存在感水平的指标，一种客观的存在感测量方法包括使用生理指标概念，例如脑电信号［29］、心血管（血压、心率）和眼部反应［30］、肌肉张力、呼吸和姿势；另一种客观的存在感测量方法在于测量反映存在感的行为，在此方法中，向受试者呈现相互冲突的虚拟和真实线索，受试者对虚拟线索的反应程度表明其存在感知［31］。大多数学者认为，存在感的生理和行为指标是测量存在感最有用的辅助手段，因为存在感的生理和行为测量提供的测量深度要小得多（如自主唤醒和躲避或退缩可能是对体验的感知真实性或空间沉浸感的反应），并且可能只对特定的刺激（如视点运动）或当特定的自变量被操纵时有用（如显示特征）［32］。

存在感的主观测量方法允许对存在感的潜在维度进行更复杂的分析，主观方法包括定性方法和存在感问卷，如民族志观察、焦点小组和自由形式的访谈，允许研究人员“产生无法通过任何量化手段获得的信息”［33］。虽然可以帮助研究人员更深入、更详细地了解存在感的概念，但这些方法产生的数据要求特定场景，其泛用性较低。存在感问卷是最广泛使用的存在感测量方法，SUS 问卷（Slater-Usoh-Steed）［34］（n=5，17.2%）和PQ 问卷（The Presence Questionnaire）［35］（n=4，13.8%）是最初被广泛使用的存在感问卷。以SUS 和PQ 为基础开发的IPQ（Igroup Presence Questionnaire）（n=6，20.7%）是目前最常用的标准化问卷之一，该问卷建立在Schuber 等［36］的研究结果之上，由4 个主要部分组成：一般存在（GP）、空间存在（SP）、参与（INV）、真实感体验（Real）。此外，还有其他不同理论基础的存在感量表，MEC-SPQ（MEC-Spatial Presence Quenstionnaire）［37］问卷依据空间存在模型测量存在感；ITC-SOPI（ITC-Sense of Presence Inventory）［38］则增加了负面影响（negative effects）因素，量化用户在虚拟现实中的不适生理体验；IPO-SPQ（IPO Social Presence Questionnaire）［39］主要测量用户在使用媒体时的社会存在感。存在感问卷方法支持研究者从学习者的主观角度测量VLE 的存在感，通过量化数据反映特定因素的细微变化。研究人员在选择量表时需明确适用场景和量表的侧重点，从而便于探索不同类型的存在感本质。

2.3 具身感

2.3.1 影响因素

在38 篇研究中，有2 篇文献对具身感开展研究。具身感包括“使用和‘拥有’身体的主观体验”［40］，强调身体在人类体验中的作用，并将其与认知过程以及情感过程（即当情绪涉及身体感觉时）联系起来［41］。在VLE 中，具身是指拥有一个虚拟身体（身体所有权感）的体验，它可以受到身体的外观和控制身体动作能力的影响，以及针对身体感官知觉的事件（例如触摸）。VLE 中的具身体验是指学习者在中介环境中被模拟的感觉运动信息所包围，这些信息创造了个体体验的感觉，通过这种感觉，学习者将自己视为VR 学习环境的一部分。具身感至少有3 种主要性质：首先，人在身体中的自我表现具有空间属性的高度特征，如一个人的自我位于身体内；其次，这种空间表征总是自我归因，也就是说，一个人感知自己的身体就是他自己的身体；最后，这个身体也服从自己的意愿，例如一个人是自己身体行为的控制者。由此可见，“具身”一词是与自我定位感、代理感和身体所有权感等概念联系在一起的。

自我定位感指一个人在一个身体内部的空间体验，而不是在一个世界（有或没有身体）内部的空间体验。自我定位感关注的是自我与身体间的关系，而（空间）存在感则是指自我与环境间的关系。自我定位感和存在感是指不同问题的心理状态：如果有一种身体表征中的自我被感知到，则还包括身体与环境之间的关系问题。为了更好地说明自我身体与自我环境（或身体环境）之间的这种区别，体验自我定位感可以是感觉自己位于生物体或化身的身体内；而与之类似的存在感是将自己置于物理或虚拟空间中的感觉，即使这不需要化身形式的身体表征。尽管自我定位感和存在感解决了不同的空间问题，但它们可以被视为互补的概念，共同构成了一个人的空间表征。

代理感指拥有“全局运动控制的感觉，包括行动、控制、意图、运动选择的主观体验和意志的有意识体验”［42］。代理感存在于积极的运动中。代理感受到干扰的一个例子是异己手综合征患者，他们拒绝接受自己正在控制自己肢体动作的观念，并声称他们的肢体按照自己的意图行事。当动作的预测结果与动作的实际结果相匹配时（例如在主动运动下存在同步视觉运动相关性时），人们会觉得自己是这些动作的代理人。代理感的发展取决于视觉运动关联的同步性，多项研究表明，动作的视觉反馈与实际运动之间的差异会对代理感产生负面影响。

身体所有权感是指一个人对身体的自我归因［43］，它具有占有的特性，暗示着身体是体验到的感觉的来源。例如，躯体幻体症患者否认对自己肢体的所有权，他们的身体所有权受到干扰。

具身感有助于感知和行动，使人们能根据身体当前的行动能力扩展世界。感知是一种协同活动，只有当观察者根据他们的身体能力感知环境时，才有可能通过行动感知环境中的物体，例如，只有当一个球小到可以放在观察者手中时，才会被认为是可以抓握的。身体是感知问题解决方案中不可或缺的一部分。研究表明，由身体感知的信息（无论是关于身体大小的物理信息或是关于身体状态的情绪信息），都有助于感知环境的空间布局［44］。此外，情绪对感知的影响可能是功能性的，因为情绪可以使环境中的重要物体更加突出，它们可以激发行动，并且还可以保护生物能量资源［45］。

学习是通过身体发生的，这个有形的实体通过表达情感，使学习过程更加深入。虚拟空间诱发的情感体验和身心效应，无疑是真实的。考虑到情感牵涉人们对物质世界的现象学理解，在VLE 的体验中情感也发挥着不可或缺的作用。大多数实证研究表明，负面情感与认知过程和学习成绩之间存在负相关关系［46］，这些发现在虚拟现实学习环境中也得到了证实［47］。在虚拟现实学习环境中，由于技术的局限性以及监测学习者情感状态的灵活性较低，不可避免地会引起诸如困惑、沮丧、或无聊的负面情感，由于学习过程中的负面情绪会损害学习结果，需要对这些情绪进行调节。通过认知或行为策略对情感进行调节，以改善情感的质量、强度或持续时间。

2.3.2 测量方法

VR 环境中具身感的测量通常使用橡胶手错觉（RHI：Rubber Hand Illusion）等原始实验（如个人问卷、位移测量）的测量方法［48］或对虚拟环境中运动或认知任务中的表现及生理反应进行测量［49-50］，也有一些探索性研究侧重于使用电生理学或血流动力学方法，研究身体所有权错觉下的大脑活动变化［51］。Kilteni 等［40］回顾了相关文献中用于解决具身感测量（自我定位、代理和身体所有权）的方法；Fribourg 等［52］分别通过HTC Vive HMD 的内部跟踪器进行头部跟踪，根据动作捕捉系统进行身体追踪，分析具身感的代理外观、代理控制和用户视点这3 个因素。研究发现，代理外观没有代理控制和用户视点重要，即用户不一定需要达到最佳代理配置也能感受到令人满意的具身感，但需要提供高度的代理控制感。Roth 等［53］从虚拟身体的所有权、虚拟身体的代理感和身体图式的感知变化3 个维度构建虚拟具身问卷（Virtual Embodiment Questionnaire，VEQ）。相对于其他情感因素，具身感测量问卷较新，也较少，这表明在具身感测量方面的研究尚未形成系统认识，如何准确地刻画学习者在VLE 中的具身感仍然值得探索。

2.4 心流感

2.4.1 影响因素

在研究样本中共有7 篇（18.4%）文献分析了心流感。心理学家齐克森米哈里［54］在著作《心流：最佳体验的心理学》中提出“心流（flow）”这一概念，并将其定义为一种将个人精神能量或注意力完全投注在某种活动上的感觉；内在体验的最佳状态是意识中有秩序的状态即心流状态，心流产生时同时会有高度的兴奋及充实感。“心流”描述的是一种完全专注或投入一项活动的状态，这种状态在工作、运动和教育等日常活动中起到激励因素的作用。由于这种自我激励的学习被认为是最好的学习方式，教育的一个主要挑战是培养学习者的心流状态。研究表明，虚拟现实学习环境可以促进学习者的心流状态，从而帮助学习者取得更好的学业成绩［55］。

心流已被概念化为一种最佳体验，其特点是具有挑战性的目标与自身能力之间的感知平衡，以此为基础，提出几种测量心流状态的模型：最初的双通道模型考虑了挑战与技能间的心流状态，通过心流通道将焦虑和无聊的状态分开；Pearce 等［56］改进了最初的双通道模型，提出四通道模型（见图2），将心流作为一个过程而不是一个整体状态进行测量，即包括挑战和技能之间动态的关系，而八通道模型（见图3）则在四通道模型的基础上加入了忧虑、激发（唤醒）、控制、放松4种状态［57］。

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

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

Jackson 等［58］认为，与“心流”这种心理状态相关的因素有9 个：明确的目标、即时反馈、感知技能与挑战、行动与意识的融合、对任务的专注、控制、自我意识的丧失、时间感的改变以及自发体验，开发并验证了测量心流9 个维度的工具。需要注意的是，心流不是“全有或全无”的问题，而是人们可以在每个维度上体验心流的程度。Pace［59］使用扎根理论的研究方法为Web 用户的心流维度提供了进一步证据。研究表明，在计算机游戏、数学、外语和基于计算机的统计领域，（在控制其他认知变量之后）心流体验是学习任务结果的正向预测因子［60］。较高程度的无聊体验和功能失调的情绪监测（如焦虑反刍）等因素可能会干扰心流状态。Ibanez 等［61］研究发现，在AR 学习环境中，学习者能体验到许多有助于增强心流的特征：注意力集中、时间感知改变、更清晰的直接反馈和自发体验，这些特征可以通过促进学习者的心理状态（如身份的构建、存在感和共存等）来增强心流体验；AR 可以提高学习内容的保持率并支持心流体验，这也有助于提高学生的学业表现［62］。

2.4.2 测量方法

心流是学业特征与心理幸福感之间关系的完全中介，心流通过心理健康对身体健康产生间接的积极影响［63］。Engeser 等［64］提出心流对成绩绩效积极影响的两条路径：首先，心流被认为是一种“高功能性状态”，因此应该会提高成绩绩效，这一路径的基础可以被看作是心流先决条件的功能，它帮助学习者毫不费力地集中注意力，从而将认知和学习视为“推动者”；其次，心流是持续活动的动力，它引导人们选择更高的挑战以再次体验心流，心流本身可以被认为是心流体验的动机组成部分，是促进者或有利于学习的“驱动力”。

根 据Finneran 等［65］的PAT（Person-Artefact-Task）模型，Guo 等［66］的心流测量模型从概念上区分了心流的3 个先决条件（挑战和技能之间的平衡维度、目标的清晰性和反馈）与“适当”的心流体验，认为心流体验是一种反思性的高阶结构。Schaik 等［60］则将Guo 的心流测量模型应用于沉浸式虚拟环境中的心流研究，一方面在心理测量学上评估Guo 的沉浸式VR 学习环境中的心流体验测量模型，另一方面检验任务特征对心流的影响以及心流体验结构模型中的心流本身，其研究结果表明，需要持续监控学习者的心流水平并在适当情况下调整学习任务的重要性。Ibanez 等［61］通过借助心流状态量表（整体状态感知流和逐步感知流）实证分析了增强现实学习环境中学习者的心流体验水平，其中，整体状态感知流测量心流的9 个因素，作为表示心流的情感属性，而逐步感知流则是将心流作为一个过程进行测量，通过问卷调查任务的感知技能水平和感知挑战水平，感知挑战和感知技能的平衡被视为心流。总体来看，心流状态与学习者感知到的挑战难度联系紧密，在测量心流感的过程中需兼顾感知挑战体验和情感体验。

3 研究启示

情感体验的核心（包括人们描述情感体验的语言）是由构成情感的判断而定义，人们通过判断来体验世界的，这即是为什么说人们的情感是由判断塑造或构建［104］。在前意识层面上，情感为人们提供了一个抽象但通用的度量标准，用于感知和整理与事件相关的各种概念的意义，包括身份、行为、环境和体验，VLE 的设计应考虑新兴技术在情感学习支持方面的优势和局限性，以部署有效的学习环境。

3.1 沉浸感

沉浸感是虚拟现实的特征表现，是影响情感体验的重要因素。沉浸式体验的体验质量评估是一个新兴且有前途的研究方向，因为沉浸式体验涉及人类体验许多难以感知、捕捉、解释的无形特征。从系统角度看，技术系统“为参与者的感官提供包容、广泛、环绕和生动的现实幻觉”的能力被定义为沉浸感［105］，影响沉浸感的系统体验质量因素包括［106］：图像真实感、图形保真度、图像运动、屏幕尺寸、视觉线索（空间和物体线索）以及感官效应（风、振动、光效应）等。也有研究认为，需要从注意力、时间感知、情绪等人类体验质量因素以及环境干扰意识、界面保真度等背景因素分析沉浸式体验质量［107］，这些都为沉浸式体验的体验质量评估提供了新的见解。

总体来看，尽管沉浸感这一概念被广泛用于描述VR，但在VLE 中学习者如何实际体验沉浸感尚不清楚，一系列问题仍未得到很好的解答。首先，虚拟环境的质量会影响沉浸感，桌面式虚拟现实容易操作，便于实现，但沉浸感较差；基于HMD 的虚拟现实系统操作成本高昂，容易引起眩晕，但使用者可以体验高度沉浸感，因此在选择VR 教学媒体时需要明确是沉浸感优先还是学习体验优先的问题。其次，在设计虚拟现实教学任务过程中，需要考虑到技术新奇效应所带来的影响，学习者的沉浸感有可能是随着该效应的减弱而慢慢消退，因此需要通过教学设计和教学干预将VR 技术和学习过程紧密联结。最后，当前的VR 技术仍有很大进步空间，其实现成本、便携程度、使用体验均需作进一步优化，提升VR 硬件条件有助于扩大VR 使用范围，推动VR 教学落地。

3.2 存在感

存在感是一种“置身于此”的心理状态，是虚拟现实环境中主客体之间的桥梁。尽管强调虚拟环境提供的技术特征和感官丰富性在提供存在感的过程中很重要，但用户的个性特征也可能在此过程中发挥作用。用户的个性特征（如用户在VR 环境中的认知参与、对环境的空间定位、内向性格、形成心理模型和移情能力）是体验虚拟现实环境过程中的重要变量［108］。在VR 环境中，用户会有恶心、头晕等副作用，因此，用户的存在感会受到他们的个人能力以及社交和情感特征的影响［109］。

学习者的存在感知根据用户的个人特征而有所不同，情绪会影响个人与环境之间的行为、认知以及有意识和无意识的互动。与情绪一样，存在感是动态变化的，受生理自我感知、认知自我描述以及这些变量与环境的递归交互的影响。存在感和情绪都需要通过生理、行为和认知的评估进行研究，通过探索存在感的所有潜在方面，无论是情感、认知还是行为，都可以为虚拟环境的所有潜在应用方式敞开大门。人们通常不会考虑他们在现实世界中的存在感程度，但需要了解人们对虚拟世界中存在感的感受，这样有助于人们更好地理解虚拟环境中的情绪，因为虚拟现实学习环境中的存在感与情感之间是循环互动的：一方面，存在感在“情感”环境中更强烈；另一方面，情感状态受存在感程度的影响。

3.3 具身感

沉浸式虚拟环境允许具身交互，因为用户可以在这些环境中找到自我定位、代理和身体所有权的感觉［110］。Dourish［111］认为，具身交互需要控制界面来鼓励与虚拟环境的高度互动，在此过程中系统以有意义的方式对用户的行为作出反应。一般而言，在用户对控制界面的熟悉程度与物理运动和虚拟运动之映射的直观程度之间存在着权衡，从而允许具身交互。VLE 因其技术特点，具备多模态学习优势，通过具身交互促进学习者形成具身认知。

研究表明，在学习环境设计中对手势和动作的关注可以支持学习［112］。学习科学家正在寻找将基于身体的运动融入学习环境的新方法，如Abrahamson 等［113］提出3 个设计原则指导具身认知在创造学习环境中的应用：①活动应该促使知觉和动觉协调；②活动应该具有意义并提供行动反馈循环；③学生需要指导以适应环境。这3 个设计原则与具身认知的观点相一致，即“数学和科学概念不是抽象的、概念性的、脱离物理世界的心理实体，它们是非常身体的、动觉的和意象的。具身设计的典型交互式任务在于引导学习者发现、改进和实践解决局部问题的物理行动方案”。

在VR 学习环境中，与虚拟对象的交互是通过使用输入设备（如Oculus Touch VR 控制器）实现，这些设备本身在VR 中作为工具呈现调解与虚拟对象的交互，当对工具足够熟练时，工具在某些方面会成为人们自己身体的延伸。已有研究表明，使用工具可以改变身体感知，甚至扩展了人际空间的大小［114］。实际上，一个人将能够将注意力集中在任务上而忽略工具本身，而当一个工具坏了（无法使用）时，他们会将注意力转移到该工具上［115］。学习者在自主进入虚拟现实学习环境之前，需要熟悉虚拟现实交互设备的使用，否则学习者不得不脱离虚拟环境，回到真实世界研究设备的使用，严重破坏了虚拟现实学习环境的具身感体验。由此，选择合适的VR 交互设备强化学习者的具身感，这是在设计虚拟现实学习环境时值得被充分考虑的一个问题。

3.4 心流感

心流感是虚拟现实环境中用户体验的反映之一，是一种沉浸式的状态和情绪体验。沉浸式VR 学习环境为评估学习者的心流体验提供了一个特别合适的环境，这样的沉浸式环境有利于心流的产生，因为可以执行有目的的学习任务，通过有意义的、高度参与的体验促进学习。心流已被证明是学习任务表现的独立预测因子，并且是心理健康和身体健康的预测因子，加之沉浸式VR 学习环境具有促进高度参与体验学习的巨大潜力，需要深入研究沉浸式VR 环境中心流的测量。值得注意的是，心流往往通过中介效应发挥作用，它在一定程度上催化了其他情感体验，是技术实现和任务设计完美结合的结果。因此，在讨论心流感时，需从情感、认知和行为的维度思考如何构建合理的心流感测量和评价指标体系。

4 结语

本文综合了近10 年沉浸式VR 学习环境中情感体验的38 项研究，从VR 学习环境的技术维度和任务维度分析了学习者的情感体验因素，并梳理了已有研究关于VR 学习环境中情感体验的相关测量方法，整体的文献综述内容如图4所示。

Fig.4 Overall research framework of emotional experience in virtual reality learning environment图4 虚拟现实学习环境中的情感体验研究整体框架

本研究归纳了VLE 中学习者情感体验的因素，总结不同情感体验的测量方式，为VLE 中情感体验的设计与应用勾勒出研究框架，即VLE 的设计应以体验式学习为导向，密切关注体验式教育环境的核心特征：沉浸性、存在感、具身性和心流体验，并嵌入相关的情感体验测量工具，将现实世界环境中信息的动态显示与响应学习者行为的特征相结合，在激发学习者学习积极性、支持其更好地获取知识的同时，帮助学习者发展社交与协作技能，为学习者提供“身、心、境”和谐统一的学习环境。但本研究在文献选择方面仍存在着一些不足：首先，研究所选取的文献均是英文类文献，没有考虑中文类文献；最后，研究所选取的文章都是教育学领域中的量化研究类论文，心理学、计算机科学等领域的文献没有被纳入，使得VR 学习环境中情感体验的研究缺乏多学科视角，技术支持下的VR 学习环境中情感体验理论模型及实践应用等未能深入研究。