空間圖式：沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)促進(jìn)地理空間認(rèn)知

沈夏林 楊葉婷

[摘? ?要] 地理空間的宏觀性超越了人類(lèi)感知能力的范圍，造成地理教學(xué)普遍存在脫離情境和經(jīng)驗(yàn)的問(wèn)題，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)（IVR）為此提供了模擬體驗(yàn)，但其學(xué)習(xí)效用和內(nèi)在機(jī)制并不明確。研究考察了沉浸感與學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、在場(chǎng)感與具身關(guān)切、圖式與概念生成三對(duì)關(guān)系;設(shè)計(jì)了課堂實(shí)驗(yàn)檢測(cè)IVR和視頻兩種場(chǎng)景下的學(xué)習(xí)差異，從學(xué)習(xí)體驗(yàn)和認(rèn)知兩方面對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)IVR在空間在場(chǎng)、深度知覺(jué)和圖式化過(guò)程中存在優(yōu)勢(shì);討論了IVR材料忠實(shí)于客觀和人為選擇性建構(gòu)之間的矛盾，認(rèn)為符合圖式原則是考量選擇性建構(gòu)的一個(gè)依據(jù)。文章從地理空間思維的角度詮釋了具身的意蘊(yùn)，繼而以具身認(rèn)知的思想賦予了情境學(xué)習(xí)以新內(nèi)涵。

[關(guān)鍵詞] 地理空間; 在場(chǎng)感; 圖式; 具身認(rèn)知; 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)

[中圖分類(lèi)號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 沈夏林（1979—），男，浙江嵊州人。高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，博士，主要從事虛擬環(huán)境下的具身學(xué)習(xí)研究。E-mail：sxl@zjnu.cn。

一、引? ?言

地理課程多涉及對(duì)地理空間的認(rèn)知，如天體、大氣、地形等，但是，地理空間作為宏觀現(xiàn)象，其空間與時(shí)間上的巨大跨度，超越了人類(lèi)直接感知的范圍，盡管教學(xué)中已采用不同具象程度、不同感知通道的媒體，脫離情境、脫離經(jīng)驗(yàn)仍是困擾地理教學(xué)的問(wèn)題[1]。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)（Immersion Virtual Reality，IVR）技術(shù)具有高沉浸性的優(yōu)勢(shì)。由于近年消費(fèi)級(jí)頭盔顯示器的量產(chǎn)化，IVR設(shè)備成本大幅下降，加上第三方應(yīng)用和資源的豐富，已經(jīng)具備了在常規(guī)課堂中應(yīng)用的可能，出現(xiàn)了一些包括地理在內(nèi)的教學(xué)應(yīng)用研究，如：以IVR系統(tǒng)感知宏觀生態(tài)系統(tǒng)有助其科學(xué)概念的形成[2];將谷歌街景用于地理空間學(xué)習(xí)提升學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)[3];通過(guò)IVR在二維、三維等高線(xiàn)和實(shí)境轉(zhuǎn)換中享受到“地圖樂(lè)趣”[4]，等等。

然而，也有研究表明，虛擬現(xiàn)實(shí)并非必然促進(jìn)學(xué)習(xí)[5]，IVR在地理宏觀空間認(rèn)知中的共性?xún)?yōu)勢(shì)、建基于什么樣的機(jī)制等問(wèn)題并未明確，為此，本文將針對(duì)IVR在宏觀空間概念學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，開(kāi)展理論分析，設(shè)計(jì)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)，試圖揭示通過(guò)IVR促進(jìn)宏觀空間概念建構(gòu)的機(jī)制。

二、理論框架

（一）沉浸感與動(dòng)機(jī)

地理現(xiàn)象在空間尺度上具有宏觀性，在時(shí)間跨度上具有長(zhǎng)期性，如太陽(yáng)系直徑達(dá)到2光年以上，圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期最短的水星也達(dá)到了88天，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人類(lèi)直接感知的范圍。視頻、三維動(dòng)畫(huà)和圖形圖像等媒體，將宏觀地理現(xiàn)象以學(xué)習(xí)者視覺(jué)上可觀察的方式呈現(xiàn)，盡管解決了地理現(xiàn)象的時(shí)空尺度限制，但難以為學(xué)習(xí)者營(yíng)造知識(shí)建構(gòu)的情境，以致在基本地理概念的形成上實(shí)質(zhì)是記憶的過(guò)程，是一種從“概念到概念”的學(xué)習(xí)，缺乏形成科學(xué)思維的感知通道，從而也難以讓學(xué)習(xí)者沉浸其中——地理課經(jīng)常被認(rèn)為是枯燥的“地圖課”[4]?；镜乩砀拍钭鳛橥评砗椭R(shí)創(chuàng)新的基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)習(xí)者影響的深度超出了概念本身的意義。

IVR為基本地理概念的形成提供了可行的感知通道。沉浸性是IVR的基本技術(shù)特性，巴（Bae S）等人以自我參照表征和客體參照表征兩個(gè)概念解釋了學(xué)習(xí)者如何在IVR中形成沉浸感。前者指體驗(yàn)者將自身作為參照點(diǎn)的視角來(lái)表征所在空間的位置，后者則在體驗(yàn)者之外的框架內(nèi)定位參照點(diǎn)[6]。如虛擬漫游中的第一人稱(chēng)視角即為自我參照表征;第三人稱(chēng)視角為客體參照表征——通常以體驗(yàn)者后上方的一定距離內(nèi)的視角獲取空間信息。除了感知真實(shí)性——體驗(yàn)者對(duì)媒介所表現(xiàn)的世界與現(xiàn)實(shí)世界之間合理性、準(zhǔn)確性和相似性的判斷，實(shí)證研究表明，自我參照表征比對(duì)象參照表征具有更高的沉浸性[7]。IVR作為自我參照的空間表征，場(chǎng)景跟隨體驗(yàn)者視點(diǎn)轉(zhuǎn)換，場(chǎng)景深度和距離同步變化，相比對(duì)象參照表征的3D視頻，IVR使學(xué)習(xí)者具有更高的沉浸性，營(yíng)造更“真實(shí)”的學(xué)習(xí)情境，從而提升學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

沉浸感可以通過(guò)心流體驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量。心流體驗(yàn)指?jìng)€(gè)人精神力完全投入某項(xiàng)活動(dòng)上的狀態(tài)，主要表現(xiàn)為注意力高度集中、充滿(mǎn)愉悅感、引發(fā)好奇心、感到時(shí)間飛逝等狀況[8]。心流體驗(yàn)已經(jīng)成為了解學(xué)習(xí)者使用信息技術(shù)工具狀態(tài)的一個(gè)有效測(cè)量工具。

（二）在場(chǎng)感與具身認(rèn)知

IVR的學(xué)習(xí)效用通常以在場(chǎng)感（Sense of Presence）解釋?zhuān)篒VR應(yīng)用的目標(biāo)是創(chuàng)造在場(chǎng)感，使體驗(yàn)者形成身在虛擬環(huán)境中的錯(cuò)覺(jué)，形成人類(lèi)感官與虛擬輸入、輸出之間的匹配[9]。在場(chǎng)感包含空間在場(chǎng)與社會(huì)在場(chǎng)，空間在場(chǎng)指用戶(hù)將其感覺(jué)來(lái)源歸因于虛擬環(huán)境的意識(shí)狀態(tài)，社會(huì)在場(chǎng)則為“與某人在場(chǎng)”的錯(cuò)覺(jué)，指獲知他人心智、意圖和感官印象的程度[10]。IVR的技術(shù)特性使體驗(yàn)者“身在其中”地經(jīng)歷地理事件，如模擬宇航員遨游太空，這為地理學(xué)習(xí)提供了理想的學(xué)習(xí)情境。實(shí)證研究表明，同等條件下，IVR比視頻等媒體能引發(fā)更高的在場(chǎng)感[11]。但是，在場(chǎng)感并不必然導(dǎo)致地理學(xué)習(xí)的發(fā)生。

安（Ahn）等人認(rèn)為，人們對(duì)地理事件認(rèn)識(shí)不足的原因主要在于兩方面[11]：首先，地理事件往往不能被直接觀察到;例如，海水PH值持續(xù)降低正破壞整個(gè)海洋系統(tǒng)，但這種嚴(yán)重后果難以引發(fā)人們的認(rèn)同，因?yàn)樗麄兒苌儆袡C(jī)會(huì)親自看到海洋酸化對(duì)海洋生物的影響。其次，許多地理事件發(fā)生在緩慢、漸進(jìn)的過(guò)程中，其漫長(zhǎng)的時(shí)間跨距容易使人們忽視問(wèn)題的嚴(yán)重性。為此，安提出了平行中介模型——由具身體驗(yàn)并行空間在場(chǎng)，在其實(shí)驗(yàn)中，以IVR構(gòu)建海洋生態(tài)場(chǎng)景，讓被試化身為珊瑚，感受海洋酸化和人類(lèi)行為帶來(lái)的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種方式有效增加了對(duì)地理和環(huán)境問(wèn)題的參與度，當(dāng)人們從親歷者的角度看問(wèn)題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致自我和他人形成心理重疊，從而產(chǎn)生親密感和同理心。

具身體驗(yàn)反過(guò)來(lái)又提升了在場(chǎng)感，IVR以化身示能性為體驗(yàn)者提供了身體歸屬于虛擬場(chǎng)景的幻覺(jué)，從而發(fā)生“身體轉(zhuǎn)換”，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)體驗(yàn)者僅以視覺(jué)方式看到作為化身的外部實(shí)體被觸摸，就能形成自己身體被觸摸的感覺(jué)，大腦將身體歸屬的感知賦予被觸摸的可見(jiàn)實(shí)體，這種身體轉(zhuǎn)換的錯(cuò)覺(jué)已經(jīng)被經(jīng)典的橡膠手假肢實(shí)驗(yàn)所證明[12]。雖然視頻圖像也被證明具有身體轉(zhuǎn)換效應(yīng)[13]，但I(xiàn)VR具備更強(qiáng)烈的身體遷移錯(cuò)覺(jué)。在安的IVR實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中，當(dāng)漁網(wǎng)觸及珊瑚礁時(shí)，實(shí)驗(yàn)者僅僅用手指輕戳被試，被試即產(chǎn)生了強(qiáng)烈的身體代入感，感到自己的身體正遭受痛苦體驗(yàn)，激發(fā)起了自然與自我之間的聯(lián)系，舒爾茨（Schultz）等人將這種現(xiàn)象描述為自我中的自然融入（Inclusion of Nature in Self，INS）[14]。

以心流體驗(yàn)、滿(mǎn)意度、認(rèn)知三個(gè)模塊的問(wèn)卷作為檢測(cè)工具。心流體驗(yàn)采用皮爾斯（Pearce J）等人開(kāi)發(fā)的量表，檢測(cè)學(xué)習(xí)者在持續(xù)使用信息技術(shù)工具時(shí)投入其中的狀態(tài)，包括控制感、沉浸感、愉悅感、專(zhuān)注度等信息[27]，共8個(gè)題目。滿(mǎn)意度采用楚（Chu H）等人的學(xué)習(xí)模式滿(mǎn)意度量表[28]，檢測(cè)學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)方式的認(rèn)可程度，共7個(gè)題目。兩者編制為一套問(wèn)卷，以李克特5點(diǎn)計(jì)分，其中“1”表示非常不同意，“5”表示非常同意。認(rèn)知檢測(cè)根據(jù)“宇宙中的地球”教學(xué)內(nèi)容而編制，用于檢測(cè)學(xué)習(xí)者的知識(shí)掌握情況，從單元檢測(cè)、月考試卷中選擇了與該課內(nèi)容相關(guān)的若干題目，經(jīng)高校學(xué)科教學(xué)論專(zhuān)家與高中一線(xiàn)教師討論、修正，最終確定8個(gè)選擇題和7個(gè)綜合題組成測(cè)驗(yàn)問(wèn)卷。進(jìn)一步以安德森教學(xué)目標(biāo)分類(lèi)的認(rèn)知過(guò)程維度，將試題分成記憶、理解、應(yīng)用三種類(lèi)型，并對(duì)題目賦分，選擇題為每題3分，綜合題每題2～4分。

（四）被試和過(guò)程

從浙江省某中學(xué)高一年級(jí)的20個(gè)班級(jí)中，選取同一位教師任教的、地理成績(jī)相近的兩個(gè)班級(jí)學(xué)生為被試，分別作為實(shí)驗(yàn)組（44人）和對(duì)照組（47人）。并將該年級(jí)最近一次的地理月考成績(jī)作為參照，檢測(cè)兩個(gè)班級(jí)學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備狀況，排除先前經(jīng)驗(yàn)的影響。經(jīng)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)組平均成績(jī)（M=79.55，SD=6.663）與對(duì)照組（M=79.70，SD=6.423）接近，兩者沒(méi)有顯著差異（t=-0.114，p=0.909>0.05）。因而，兩組樣本有效。

在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生進(jìn)行了虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔使用的培訓(xùn)，使學(xué)生熟悉設(shè)備的基本使用方法，并提供了“細(xì)胞”“三峽船閘”兩個(gè)與課程內(nèi)容無(wú)關(guān)的IVR資源，給予學(xué)生充分的時(shí)間體驗(yàn)，以消除由于新鮮感對(duì)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的可能影響。

實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)班級(jí)分別安排了連續(xù)兩節(jié)課的時(shí)間開(kāi)展本項(xiàng)內(nèi)容的學(xué)習(xí)并完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。由同一位教師對(duì)兩個(gè)班級(jí)授課，在引出課堂教學(xué)主題、了解基本概念后，實(shí)驗(yàn)組學(xué)習(xí)通過(guò)IVR頭盔體驗(yàn)太陽(yáng)系遨游的場(chǎng)景，過(guò)程約7分鐘，在此期間允許重復(fù)體驗(yàn);對(duì)照組通過(guò)教室大屏幕觀看視頻進(jìn)行體驗(yàn)，重復(fù)觀看兩次。其余如教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)組織方式、學(xué)習(xí)時(shí)間等因素，兩個(gè)班級(jí)完全一致。教學(xué)和體驗(yàn)過(guò)程約50分鐘，此后，花費(fèi)約30分鐘完成課堂檢測(cè)并填寫(xiě)問(wèn)卷，問(wèn)卷材料當(dāng)堂上交。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，安排了約10分鐘時(shí)間，讓對(duì)照組使用IVR設(shè)備重新體驗(yàn)太陽(yáng)系場(chǎng)景，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生觀看視頻，以此消除可能的不良影響。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（一）學(xué)習(xí)體驗(yàn)結(jié)果

對(duì)學(xué)生的心流體驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的均值（M=38.12，SD=2.978）高于對(duì)照組（M=35.93，SD=5.882），兩者差異具有顯著性（t=2.184，p=0.032<0.05），即實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的心流體驗(yàn)優(yōu)于對(duì)照組。對(duì)學(xué)生的滿(mǎn)意度數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t體驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的均值（M=33.23，SD=3.131）高于對(duì)照組（M=31.15，SD=5.526），兩者差異具有顯著性（t=2.165，p=0.033<0.05），即實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的學(xué)習(xí)滿(mǎn)意度高于對(duì)照組。學(xué)習(xí)體驗(yàn)結(jié)果支持本研究的第一個(gè)假設(shè)：IVR能為地理空間學(xué)習(xí)帶來(lái)更高的沉浸感和在場(chǎng)感。

（二）認(rèn)知檢測(cè)結(jié)果

對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)生的認(rèn)知檢測(cè)結(jié)果以記憶、理解、應(yīng)用三個(gè)維度進(jìn)行區(qū)分，并分別進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

（1）記憶維度上，實(shí)驗(yàn)組均值（M=2.78，SD=0.925）略高于對(duì)照組（M=2.73，SD=1.015），但兩者差異不具顯著性（t=0.731，p=0.465>0.05）。

（2）理解維度上，實(shí)驗(yàn)組均值（M=2.25，SD=1.351）高于對(duì)照組（M=1.92，SD=1.434），兩者差異具有顯著性（t=2.563，p=0.011<0.05）。

（3）應(yīng)用維度上，實(shí)驗(yàn)組均值（M=1.13，SD=1.461）高于對(duì)照組（M=1.09，SD=1.449），但兩者差異不具有顯著性（t=0.185，p=0.854>0.05）。

因而，認(rèn)知檢測(cè)結(jié)果在理解維度上印證了本研究的第二個(gè)假設(shè)——IVR能為地理空間的學(xué)習(xí)帶來(lái)更好的認(rèn)知效果。但是，在記憶和應(yīng)用維度上不支持該假設(shè)。

五、分析與討論

（一）從地圖課到現(xiàn)場(chǎng)課

心流體驗(yàn)結(jié)果表明，IVR引發(fā)了學(xué)習(xí)者更強(qiáng)烈的沉浸感和在場(chǎng)感，其原因可能在于學(xué)習(xí)者產(chǎn)生了位置轉(zhuǎn)換和身份轉(zhuǎn)換的錯(cuò)覺(jué)。

位置轉(zhuǎn)換錯(cuò)覺(jué)。實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生在佩戴頭盔體驗(yàn)時(shí)，未經(jīng)提示而自發(fā)地轉(zhuǎn)動(dòng)頭部，從不同的方向觀察空間場(chǎng)景，頭盔和手機(jī)的位置傳感器模擬了這種功能：一旦學(xué)習(xí)者進(jìn)入虛擬場(chǎng)景，其前后、上下360度動(dòng)態(tài)圖像的位置將“鎖定”，根據(jù)體驗(yàn)者視角變化動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)相應(yīng)方位的101度畫(huà)面（實(shí)驗(yàn)所用頭盔視場(chǎng)角為101度，大于人類(lèi)約100度的雙眼極限視場(chǎng)）。通過(guò)這種方式，為體驗(yàn)者提供了以自我為參照的第一人稱(chēng)視角，從而以視覺(jué)反饋營(yíng)造“我能”的自主感，以及“我在其中”的歸屬感[12]。自主感和歸屬感被認(rèn)為是決定空間在場(chǎng)的兩大因素，甚至優(yōu)先于圖像保真度，這在虛擬現(xiàn)實(shí)游戲研究中已經(jīng)得到證實(shí)——即使圖像保真度不高，仍能讓體驗(yàn)者沉浸其中[20]。通過(guò)這種方式，IVR體驗(yàn)者猶如置身太空，產(chǎn)生強(qiáng)烈的空間在場(chǎng)感，也即位置轉(zhuǎn)換的錯(cuò)覺(jué)。而大屏幕投影的視頻既不具備如此寬廣的視場(chǎng)角，也不具備自我參照表征的視覺(jué)互動(dòng)。

身份轉(zhuǎn)換錯(cuò)覺(jué)。IVR以自我為參照的第一人稱(chēng)視角，也使體驗(yàn)者猶如被拉入到宇宙空間場(chǎng)景中，產(chǎn)生了“近身空間”效應(yīng)。近身空間指位于人體可及范圍的物理空間[29]，生物體對(duì)位于近身空間的對(duì)象具有更敏感的反應(yīng)，這種現(xiàn)象具有進(jìn)化意義：攻擊距離內(nèi)的捕食者更具有威脅性和緊迫性，遠(yuǎn)距離的對(duì)象則只要保持識(shí)別、觀察即可。IVR的近身空間效應(yīng)增強(qiáng)了體驗(yàn)者的感知敏度，使其“化身”為宇航員，以宇航員的具身關(guān)切應(yīng)對(duì)場(chǎng)景中的地理問(wèn)題，由此產(chǎn)生身份轉(zhuǎn)換的錯(cuò)覺(jué)。

此外，感知通道給予學(xué)習(xí)者有關(guān)太陽(yáng)系原始、一手的信息，相比間接認(rèn)知，其信息量完整而豐富，這是知識(shí)發(fā)現(xiàn)及個(gè)性化學(xué)習(xí)的前提。感知作為人類(lèi)認(rèn)知系統(tǒng)的基底層通道，以身體“嵌入”太空情境進(jìn)行體驗(yàn)，這種記憶本身是深刻的。IVR的地理空間體驗(yàn)，不僅使地理教學(xué)從“地圖課”轉(zhuǎn)變?yōu)椤艾F(xiàn)場(chǎng)課”，通過(guò)虛擬化身還將對(duì)地理問(wèn)題的關(guān)切“嵌入”其中，這種轉(zhuǎn)換從學(xué)習(xí)滿(mǎn)意度上再次得到印證。

（二）從深度知覺(jué)到圖式化

在認(rèn)知檢測(cè)中，實(shí)驗(yàn)班在理解維度上表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，其原因可能在于IVR與視頻學(xué)習(xí)者在深度知覺(jué)和圖式化過(guò)程中的差異。

首先，IVR具備深度知覺(jué)優(yōu)勢(shì)。人類(lèi)視覺(jué)本身在三維世界中進(jìn)化而來(lái)，雙眼視差及對(duì)由頭部細(xì)微運(yùn)動(dòng)所形成圖像序列的連續(xù)知覺(jué)形成了對(duì)景深的感知。IVR模擬了深度知覺(jué)原理——根據(jù)人眼視角的微小變化提供不同視差的連續(xù)圖像，這也是視頻幀率和屏幕刷新率影響三維影像質(zhì)量的原因，兩者決定了每秒鐘呈現(xiàn)不同視差圖像數(shù)量的能力（本實(shí)驗(yàn)所用視頻為每秒30幀，手機(jī)屏幕和計(jì)算機(jī)屏幕刷新率均為60Hz）。而視頻則已經(jīng)是一種二維化的圖像序列，無(wú)法形成人眼的景深錯(cuò)覺(jué)。

圖1? ?包含圖式線(xiàn)索的太陽(yáng)系IVR場(chǎng)景

其次，IVR感知和圖式化過(guò)程的融合有助于深度理解。實(shí)驗(yàn)材料在模擬太陽(yáng)系空間運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，添加了“圖式線(xiàn)索”——如地軸、赤道、代表公轉(zhuǎn)軌道的虛線(xiàn)等輔助信息，這些線(xiàn)索在現(xiàn)實(shí)世界中并不存在。由于圖式是有關(guān)對(duì)象類(lèi)屬信息集合的簡(jiǎn)圖，這些輔助信息使本身不可見(jiàn)的關(guān)鍵線(xiàn)索顯性化，疊加于模擬真實(shí)的虛擬場(chǎng)景中，為體驗(yàn)者建立圖式提供了良好的支架。如公轉(zhuǎn)軌道示意線(xiàn)，為多個(gè)行星同時(shí)運(yùn)行中原本看似散亂的過(guò)程建立了序列，由此有助于建立對(duì)太陽(yáng)系空間關(guān)系的邏輯認(rèn)知，如圖1所示。并且，IVR這種感知信息和圖式線(xiàn)索共存的方式，將經(jīng)典體驗(yàn)式學(xué)習(xí)[30]中體驗(yàn)和抽象兩個(gè)分離的階段融合到了一起，使學(xué)習(xí)者在不中斷體驗(yàn)的狀態(tài)下進(jìn)行圖式化（大衛(wèi)·庫(kù)伯表述為抽象化），有助于學(xué)習(xí)者的深度理解。相比而言，利用視頻學(xué)習(xí)的被試，由于視頻內(nèi)容的強(qiáng)信息性、低體驗(yàn)性，其“圖式化”缺乏IVR體驗(yàn)中被試所經(jīng)歷的切身、不言而喻的理解基礎(chǔ)，實(shí)質(zhì)上仍舊是一種記憶。

除此之外，我們認(rèn)為，IVR體驗(yàn)中深度知覺(jué)和圖式化過(guò)程融合的特征，同樣有助于長(zhǎng)時(shí)記憶，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果中記憶維度的差異并沒(méi)有顯著性，原因可能在于短時(shí)記憶在認(rèn)知檢測(cè)時(shí)仍在發(fā)揮作用，而使IVR體驗(yàn)帶來(lái)的長(zhǎng)時(shí)記憶優(yōu)勢(shì)未能凸顯。但是，應(yīng)用維度由于涉及更多的實(shí)踐因素，短短幾分鐘的課堂體驗(yàn)尚未能引發(fā)具備顯著性的影響。

（三）從仿真到選擇性建構(gòu)

虛擬現(xiàn)實(shí)建立于對(duì)真實(shí)世界的模擬，但并不是客觀重現(xiàn)，首先是由于技術(shù)發(fā)展的限度，尚無(wú)法對(duì)如此復(fù)雜的客觀世界建立精確的模型，因而通常采用增強(qiáng)目標(biāo)對(duì)象的被感知性和忽略其他對(duì)象的方式進(jìn)行近似模擬。這符合經(jīng)濟(jì)性原則——僅僅關(guān)注于目標(biāo)對(duì)象，以最少的投入產(chǎn)生所需的沉浸效果;也符合教學(xué)性原則——使學(xué)習(xí)者專(zhuān)注于目標(biāo)對(duì)象而減少不必要的心智資源耗費(fèi)。

“宇宙中的地球”教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)習(xí)者建立對(duì)地球所處宏觀空間及其關(guān)系的整體認(rèn)知，并以此理解與之相關(guān)的地理現(xiàn)象的成因，如晝夜、季節(jié)的交替。但是，地球作為宏觀天體，在時(shí)空尺度上超越了人類(lèi)感知的廣度與敏度：如果讓學(xué)習(xí)者在太空中的合適位置觀察，將看到地球以一種極緩慢的速度運(yùn)行——自轉(zhuǎn)一周耗時(shí)24小時(shí)，完成一個(gè)公轉(zhuǎn)周期則達(dá)到365天;同時(shí)，由于太陽(yáng)系廣袤的空間，肉眼實(shí)際上并不能看到多個(gè)行星圍繞太陽(yáng)有序運(yùn)行的場(chǎng)景。也即，觀察者并不能通過(guò)直接的視知覺(jué)建立空間關(guān)系的直觀模型。盡管天文學(xué)家確立天體運(yùn)行軌道是依賴(lài)于長(zhǎng)期觀察數(shù)據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型，而不是感知。但是，地理學(xué)習(xí)則需要從感知模型出發(fā)。因而，本實(shí)驗(yàn)對(duì)所用材料采用了多種建構(gòu)手段，如縮小太陽(yáng)系的空間跨度，忽略復(fù)雜的宇宙背景，加快行星自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的速度;更重要的是，為行星運(yùn)行添加表示公轉(zhuǎn)軌道的示意線(xiàn)，為地球添加了地軸和赤道示意線(xiàn)，這些輔助線(xiàn)盡管在現(xiàn)實(shí)世界中并不存在，但有助于學(xué)習(xí)者感知到看似雜亂的行星運(yùn)行的整體性，有助于認(rèn)識(shí)地理現(xiàn)象與地球運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。

選擇性建構(gòu)的手法，在包括虛擬現(xiàn)實(shí)在內(nèi)的教學(xué)資源開(kāi)發(fā)中普遍存在，這似乎有悖于科學(xué)性原則，但如若僅僅是仿真，許多資源將失去學(xué)習(xí)效用。選擇性建構(gòu)在獲得良好教學(xué)效果的同時(shí)，也存在著風(fēng)險(xiǎn)，尤其是虛擬現(xiàn)實(shí)，由于其強(qiáng)體驗(yàn)性，學(xué)習(xí)者一旦形成錯(cuò)誤認(rèn)知，將難以消除其負(fù)面影響。因而，教學(xué)資源開(kāi)發(fā)中人為建構(gòu)和忠實(shí)于客觀這一對(duì)矛盾，是一個(gè)有待討論的問(wèn)題。就本研究而言，我們認(rèn)為，是否有利于圖式的生成是判斷選擇性建構(gòu)合理性的依據(jù)，這為虛擬現(xiàn)實(shí)及地理教學(xué)資源開(kāi)發(fā)提供了參考。

六、結(jié)? ?語(yǔ)

IVR在地理空間學(xué)習(xí)中具備如下顯著的優(yōu)勢(shì)：首先，利用人類(lèi)感官系統(tǒng)特性，以視知覺(jué)沉浸及自我參照表征營(yíng)造空間在場(chǎng)，使學(xué)習(xí)者猶如置身于地理空間之中，產(chǎn)生位置轉(zhuǎn)換錯(cuò)覺(jué);通過(guò)近身空間效應(yīng)，使學(xué)習(xí)者保持對(duì)認(rèn)知對(duì)象的感知敏度，對(duì)地理空間問(wèn)題施以第一人稱(chēng)的具身關(guān)切，從而產(chǎn)生角色轉(zhuǎn)換錯(cuò)覺(jué)。由此，使地理空間的學(xué)習(xí)由“地圖課”轉(zhuǎn)變?yōu)椤艾F(xiàn)場(chǎng)課”。其次，IVR為地理空間認(rèn)知保留了深度知覺(jué)信息，盡管僅僅是模擬的信息，但這種信息是個(gè)性化學(xué)習(xí)的來(lái)源，同時(shí)也是知識(shí)結(jié)構(gòu)化的感知基礎(chǔ)。最后，圖式線(xiàn)索和感知情境的融合，使學(xué)習(xí)者在不中斷體驗(yàn)的情況下進(jìn)行圖式化，使圖式化過(guò)程順暢而深刻，有助于學(xué)習(xí)者的深度理解。因而，本研究從地理空間思維的獨(dú)特角度詮釋了具身認(rèn)知的內(nèi)涵，繼而以具身認(rèn)知思想賦予了情境學(xué)習(xí)以新的意蘊(yùn)。

此外，基于研究所使用材料的性質(zhì)，進(jìn)一步討論了虛擬現(xiàn)實(shí)究竟應(yīng)該忠于客觀，還是允許人為的選擇性建構(gòu)。從技術(shù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)性和教學(xué)性原則考量，人為的選擇性建構(gòu)無(wú)可避免，業(yè)已成為教學(xué)資源開(kāi)發(fā)的共同問(wèn)題，選擇性建構(gòu)在促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的同時(shí)，伴隨著科學(xué)性風(fēng)險(xiǎn)，這是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題，而是否符合圖式原則是選擇性建構(gòu)的考量依據(jù)。

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