学生视角下物流类虚拟仿真课程的学习质量影响机制研究

梁 辰，徐 扬

（大连东软信息学院 信息与商务管理学院，辽宁 大连 116023）

0 引言

虚拟仿真课程主要是指运用计算机搭建虚拟可视化的教学实验环境，对虚拟实验设备进行操控并实现虚拟仿真实验操作的一类课程。相比传统的实验教学，受限于各种条件的约束，学生只能在规定的时间和地点，利用给定的实验设备，完成固定的实验内容，虚拟仿真创造性地解决了在实验、实践、实训教学中实验设备高投入、高损耗、高风险与实验过程难实施、难观摩、难再现（“三高三难”）的痛点和难点问题，也成为提高大学生动手能力的重要教学环节[1]。自2013 年起，教育部启动全国高校虚拟仿真实验教学资源建设。十年间，全国多所高校以提高学生实践能力和创新精神为核心，以现代信息技术为依托，积极建设虚拟仿真实验教学一流课程，深入推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合，切实提高了高等教育实验教学质量和实践育人水平，并在线教学工作期间中发挥出了关键性的支撑作用，保证了在线实验教学稳定、有序和高质量人才培养[2]。2022 年11 月，教育部联合工信部等四部门联合发布《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022—2026 年）》，大力推进“虚拟仿真实验教学2.0”行动，促进我国虚拟仿真实验室的建设与发展，深化新时代教育教学的改革，加快培养紧缺人才。

虚拟仿真教学系统利用互联网、虚拟现实技术，构建虚拟实验场景，通常由仿真平台、仿真实验室、教学课程体系构成，随着虚拟仿真技术突飞猛进的发展和在实验教学中的广泛应用，极大地丰富了高等教育的教学模式，发挥着对专业类实验教学数字化转型的示范引领作用。如在一些开设物流专业的高校中，智能物流实训室已完成软硬件搭建，学生利用虚拟现实技术“沉浸式”地参与课堂实训，模拟包裹入库、上架、分拣等作业流程，身临其境地体验物流操作[3]。在充分肯定虚拟仿真教学建设成果的同时，值得关注的是，从教学功能角度，充满科技感的虚拟仿真教学系统是否真正促进了学生的学习质量，能否让学生在实验课堂达到增强理论课堂的知识理解，达到提高综合实践能力、解决复杂物流系统问题的教学目标。现有教学研究大多关注了虚拟仿真教学平台设计与系统应用，而针对虚拟仿真课程学习质量的系统性探索较少[4]。因此，本文基于文献研究和学生调研，构建物流类虚拟仿真课程学习质量影响机制的研究模型，重点解决物流类虚拟仿真课程的学习质量主要受哪些因素影响以及这些因素是如何影响学习质量这一核心问题。

1 学习质量影响机制IPO 框架

1.1 输入层Input。以学生的认知过程为主体，虚拟仿真课程的输入要素包括主观因素和客观因素两部分。从主观角度，学习者特征对虚拟仿真课程的学习具有重要的影响作用，学习动机、学习态度、学习兴趣和物流专业知识储备等因素作为开放性复杂系统，共同显著地影响学习效果[5-6]。从客观角度，虚拟仿真课程主要依借助于互联网、虚拟现实等信息技术，开展灵活多样的教学活动，将虚拟技术与课程教学深度融合是其典型特征，教学目标、教学设计、教学资源等传统教学元素与现代信息技术虚实融合效果作为输入要素，共同影响着课程的学习过程。

1.2 过程层Process。建构主义教育理论认为学习是个体与社会在交互中完成主动建构过程，学习者需要经历外部信息的获得过程和与外部环境的互动过程[7]。学习者通过与外界信息的交互来获得信息，然后与已有的知识体系进行融合，并在解构—建构的过程中提取新的经验。通常，学习者通过机械记忆式被动接受、有意义的主动接受两种方式获得外部信息，而虚拟仿真教学营造了反映实体对象变化的三维虚拟世界，为学习者提供了可以探索的交互方式，可视为一种有意义的主动接收式学习。学习者借助虚拟仿真教学系统与不同主体进行交互，通过情境参与推动信息转化，认知系统实现信息内化，实践操作产生信息外化，学习才真正发生。

1.3 结果层Outcome。知识、能力、素质三者之间的关系始终是教育教学关注的焦点问题，知识是课程学习质量的基础，能力体现知识的运用，素质则表现为知识的升华[8]。结合文献调研结果，本文在结果层学习质量方面综合考量学生在知识、能力、素质三各方面的达成情况，将物流专业基础知识、专业发展能力、专业价值观与虚拟仿真教学质量评价相融合，丰富了结果层的考察维度，以探索输入层、过程层对其的影响机制。

2 研究设计

2.1 模型假设。本文将IPO 框架与虚拟仿真教学情境相结合，从学生视角出发，虚实融合技术、教学元素构成虚拟仿真教学系统，属于外部因素，学习动机、学习态度、专业知识基础等学习者特征属于主观因素，以此构建了基于IPO 框架的虚拟仿真教学的学习效果假设模型，如图1 所示，并提出以下假设：

图1 虚拟仿真课程学习质量影响机制的假设路径图

假设H1：物流类虚拟仿真教学系统对不同交互模式的教与学行为有显著正向影响；

假设H2：学习者个人特征对不同交互模式的教与学行为有显著正向影响；

假设H3：物流类虚拟仿真教学系统对学习质量有显著正向影响；

假设H4：学习者个人特征对学习质量有显著正向影响；

假设H5：不同交互模式的教与学行为对学习质量有显著正向影响。

2.2 调研方法。本文对辽宁省多所高校2019—2021 级修读过物流类仿真课程的学生发放调查问卷，样本数据共包括645 名本科生，经数据整理有效问卷共计611 份。从虚拟仿真教学系统、学习者特征、教与学行为和学习质量四个维度对问卷中的15 个二级维度问题进行调查，采用李克特5 点量表打分法，学生结合个人学习体验对观测变量的陈述给出正面或负面回答，自评式问卷调查工具如表1 所示。各维度的可信度Cronbach's α 值介于0.724～0.918 之间，有效度KMO 值在0.795～0.876 之间，可以认为，调查问卷的可信度、有效度较好。

表1 虚拟仿真课程学习质量调查工具

运用SPSS 27.0 软件和AMOS 24.0 软件，对各变量的标准化数据进行计算。输入层的客观因素虚拟仿真教学系统和主观因素个人学习特征为自变量，过程层的教与学行为是中介变量，结果层的学习效果为因变量，采用结构方程模型（Structured Equation Modeling，SEM）分析调研数据，对研究假设进行验证，并计算直接与间接效应值。

3 研究结果

3.1 模型结果检验。SEM 结构模型检验主要通过参数检验和拟合度两个方面的指标进行，其中，参数检验是对估计参数进行显著性检验，选取临界比率C.R.大于2 和p 值小于0.05 作为可以通过检验的标准，拟合度考察模型的拟合程度，考虑X2/df、GFI、RMSEA、RMR、CFI、NFI 等指标，检验结果如表2、表3 所示。

表2 假设模型的参数检验值

表3 模型的拟合效果检验

在前文假设的基础上所构建的中介模型，经检验，各拟合指标显示学生调研数据与模型具有较好的拟合度，但根据参数检验C.R.和p 值，可以发现，在假设模型中的多条路径中，仅有虚拟仿真教学系统对学习质量的直接影响作用不显著，不具备统计学意义，故在后续分析中不考虑该路径。由此，可以确定虚拟仿真教学系统、学习者特征可通过对教与学的行为产生正向作用，从而对学习质量起到积极的影响，即教与学行为在分析框架中承担着虚拟仿真教学系统、学习者特征与学习质量之间的中介变量，能解释结果变量（学习质量）的变化。

3.2 影响机制分析。标准化的路径回归系数可以体现不同维度因素影像学习质量的效应值，相关数据如表4 所示，包括标准直接效应值、标准间接效应值和标准总效应值。

表4 模型的标准效应值

虚拟仿真教学系统对教与学行为产生直接的正向影响作用，标准直接效应值是0.364，比学习者特征对教与学行为的影响更大。通过教与学行为的中介作用，客观因素虚拟仿真教学系统对学习质量产生了正向影响，标准间接效应值是0.273。

学习者特征对教与学行为、学习质量均有直接的正向影响作用，标准直接效应值是0.184、0.208，由此可知，学习者特征对学习质量的影响作用更强。此外，通过教与学行为，学习者特征对学习质量也发挥着间接影像作用，标准间接效应值是0.138。

教与学行为除了在SEM 模型中担当中介作用外，还对学习质量具有直接的正向影响，标准直接效应是0.751，在所有直接效应值中位居首位，突出体现了教与学行为对学习质量的影响是最为强烈的。

综上，输入层的客观要素虚拟仿真教学系统和主观要素学习者特征两个维度通过教与学行为这个中介作用，对学习质量产生正向影响作用，按标准总效应值降序排列：教与学行为>虚拟仿真教学系统>学习者特征，体现了各维度对学习质量的影响强弱程度，其中，教与学行为是物流类虚拟仿真课程学习质量的关键影响因素。

4 结论与讨论

本文从学生视角开展实证研究，探讨了物流类虚拟仿真课程学习质量的影响机制，得到了以下主要结论：

4.1 输入层的主观因素、客观因素发挥着不同的重要作用。输入层中主观因素学习者特征和客观因素虚拟仿真教学系统在课程学习过程中扮演着不同角色，物流类虚拟仿真教学系统是课程开展的外部环境基础，是利用数字化教学工具开展课堂教学改革的核心内容，通过在实验项目中的沉浸式显示和交互式操作，创新性地改变了传统课堂教学模式下的教与学交互行为。当虚拟仿真教学系统建设完成后，其作为客观因素不再是影响学习质量的关键性要素。从学生视角来看，学校实验中心、授课教师提供虚拟仿真软硬件环境，教学目标、教学设计、教学资源与物流运营和管理的虚实融合效果已经确定，主观因素学习者特征将占据影响学习质量的主导地位，决定了能否利用好现有虚拟仿真教学系统，加深了对专业知识的理解，切实提高学习质量。调研结果表明，学习动机明确、学习态度端正、学习兴趣浓厚并且物流基础知识掌握较好的学生，在虚拟仿真课程中学习更具有深度与广度，在不同交互模式下学习更加有效，学习效果更优。

4.2 过程层的教与学行为对学习质量具有关键的中介作用。本文所研究的过程层关注了学生主体在物流类虚拟仿真课程学习过程中的师生交互、生生交互、生机交互、师机交互四种交互行为。相关研究表明，不同交互行为与学习效果二者之间存在正相关关系，交互有利于促进知识建构、能力提示、素质培育[9-10]，本文针对物流类虚拟仿真教学通过实证分析方法验证了该观点。研究发现，过程层的教与学行为不仅直接影响学习质量，还在课程教学中起到了关键的中介作用。物流类虚拟仿真课程学习质量的影响机制可以解释为：虚拟仿真教学系统的好坏，学习者特征的差异，是产生学习效果的必要条件，而非充分条件，主、客观因素均通过不同交互模式下的教与学行为进行转化，并对学习质量产生影响。为了更好地发挥物流类虚拟仿真教学系统、学习者特征对学习质量的积极影响作用，必须与过程层的中介因素教与学行为深度融合。

4.3 根据结果层学习质量的影响机制优化教学改革实施策略。基于以上两点结论，可以认为，物流类虚拟仿真课程学习质量这一结果层要素具备动态调节机制，在教与学实践中，通过改善输入层虚拟仿真教学系统建设和学习者特征，可以调整输入层、过程层、结果直接的关联关系，从知识、能力、素质三方面实现学习质量的提高。在输入层，基于仿真模拟、VR、AR 等先进技术，合理设定教学目标，优化教学设计，增强教学的趣味性和学生学习主动性，将理论教学与实验教学相互融合，完善物流类虚拟仿真教学体系，提高实验课程的丰富性，安排递进式、综合性教学内容，推进物流类虚拟仿真教学的“两性一度”改革。在过程层，达成虚拟仿真课程学习效果的关键在于能否促进教与学行为的深度融合，以学生为中心，以教师为主导，针对物流类虚拟仿真的特色，以全面培养学生对现代物流的认识和解决物流复杂问题的能力为首要目标，优化教学过程，不断调整师生交互、生生交互、生机交互、师机交互方式，多样化地完成课前知识检测、翻转课堂、实验讲解与操作、实验考核等主要环节，打造虚拟仿真教学改革闭环。在结果层，重视建立和改进虚拟仿真教学系统、学习者特征与教与学行为的连接关系，在课程实施过程中，将输入层的主、客观因素有效融入过程层的交互行为中，持续优化物流类虚拟仿真教学系统，改善学生的学习动机、态度、兴趣和物流专业知识掌握程度，营造更加和谐高效的主、客观因素环境，为教与学行为促进学习质量提高打造坚实基础。

本文从学生视角出发，基于IPO 框架，利用SEM 模型，考察了物流类虚拟仿真课程学习过程中输入层（客观要素虚拟仿真教学系统、主观要素学习者特征）、过程层（教与学行为）影响学习质量的作用机制，探讨了过程层（教与学行为）的中介作用，突出强调了即使在虚拟仿真教学环境下教与学的行为依然发挥着关键性作用，应给予高度重视，根据教学系统、学习者特征以及学习质量的反馈，持续优化师生交互、生生交互、生机交互、师机交互模式，充分发挥虚拟仿真课程优势，激发教学潜能，培养创新性、复合型、应用型物流管理人才。

在教育数字化转型背景下，未来可进一步开展基于学习数据采集的影响机制研究，依据不同年级、课程的学习进度数据，以学论教、以学定教、以学导教，更加智能化、更有针对性地实施虚拟仿真教学设计，改进课堂教学效果，提升学习质量，全面提高物流人才培养质量。