學生視角下物流類虛擬仿真課程的學習質(zhì)量影響機制研究

梁 辰，徐 揚

（大連東軟信息學院 信息與商務管理學院，遼寧 大連 116023）

0 引言

虛擬仿真課程主要是指運用計算機搭建虛擬可視化的教學實驗環(huán)境，對虛擬實驗設(shè)備進行操控并實現(xiàn)虛擬仿真實驗操作的一類課程。相比傳統(tǒng)的實驗教學，受限于各種條件的約束，學生只能在規(guī)定的時間和地點，利用給定的實驗設(shè)備，完成固定的實驗內(nèi)容，虛擬仿真創(chuàng)造性地解決了在實驗、實踐、實訓教學中實驗設(shè)備高投入、高損耗、高風險與實驗過程難實施、難觀摩、難再現(xiàn)（“三高三難”）的痛點和難點問題，也成為提高大學生動手能力的重要教學環(huán)節(jié)[1]。自2013 年起，教育部啟動全國高校虛擬仿真實驗教學資源建設(shè)。十年間，全國多所高校以提高學生實踐能力和創(chuàng)新精神為核心，以現(xiàn)代信息技術(shù)為依托，積極建設(shè)虛擬仿真實驗教學一流課程，深入推進信息技術(shù)與高等教育實驗教學的深度融合，切實提高了高等教育實驗教學質(zhì)量和實踐育人水平，并在線教學工作期間中發(fā)揮出了關(guān)鍵性的支撐作用，保證了在線實驗教學穩(wěn)定、有序和高質(zhì)量人才培養(yǎng)[2]。2022 年11 月，教育部聯(lián)合工信部等四部門聯(lián)合發(fā)布《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應用融合發(fā)展行動計劃（2022—2026 年）》，大力推進“虛擬仿真實驗教學2.0”行動，促進我國虛擬仿真實驗室的建設(shè)與發(fā)展，深化新時代教育教學的改革，加快培養(yǎng)緊缺人才。

虛擬仿真教學系統(tǒng)利用互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建虛擬實驗場景，通常由仿真平臺、仿真實驗室、教學課程體系構(gòu)成，隨著虛擬仿真技術(shù)突飛猛進的發(fā)展和在實驗教學中的廣泛應用，極大地豐富了高等教育的教學模式，發(fā)揮著對專業(yè)類實驗教學數(shù)字化轉(zhuǎn)型的示范引領(lǐng)作用。如在一些開設(shè)物流專業(yè)的高校中，智能物流實訓室已完成軟硬件搭建，學生利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)“沉浸式”地參與課堂實訓，模擬包裹入庫、上架、分揀等作業(yè)流程，身臨其境地體驗物流操作[3]。在充分肯定虛擬仿真教學建設(shè)成果的同時，值得關(guān)注的是，從教學功能角度，充滿科技感的虛擬仿真教學系統(tǒng)是否真正促進了學生的學習質(zhì)量，能否讓學生在實驗課堂達到增強理論課堂的知識理解，達到提高綜合實踐能力、解決復雜物流系統(tǒng)問題的教學目標?，F(xiàn)有教學研究大多關(guān)注了虛擬仿真教學平臺設(shè)計與系統(tǒng)應用，而針對虛擬仿真課程學習質(zhì)量的系統(tǒng)性探索較少[4]。因此，本文基于文獻研究和學生調(diào)研，構(gòu)建物流類虛擬仿真課程學習質(zhì)量影響機制的研究模型，重點解決物流類虛擬仿真課程的學習質(zhì)量主要受哪些因素影響以及這些因素是如何影響學習質(zhì)量這一核心問題。

1 學習質(zhì)量影響機制IPO 框架

1.1 輸入層Input。以學生的認知過程為主體，虛擬仿真課程的輸入要素包括主觀因素和客觀因素兩部分。從主觀角度，學習者特征對虛擬仿真課程的學習具有重要的影響作用，學習動機、學習態(tài)度、學習興趣和物流專業(yè)知識儲備等因素作為開放性復雜系統(tǒng)，共同顯著地影響學習效果[5-6]。從客觀角度，虛擬仿真課程主要依借助于互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等信息技術(shù)，開展靈活多樣的教學活動，將虛擬技術(shù)與課程教學深度融合是其典型特征，教學目標、教學設(shè)計、教學資源等傳統(tǒng)教學元素與現(xiàn)代信息技術(shù)虛實融合效果作為輸入要素，共同影響著課程的學習過程。

1.2 過程層Process。建構(gòu)主義教育理論認為學習是個體與社會在交互中完成主動建構(gòu)過程，學習者需要經(jīng)歷外部信息的獲得過程和與外部環(huán)境的互動過程[7]。學習者通過與外界信息的交互來獲得信息，然后與已有的知識體系進行融合，并在解構(gòu)—建構(gòu)的過程中提取新的經(jīng)驗。通常，學習者通過機械記憶式被動接受、有意義的主動接受兩種方式獲得外部信息，而虛擬仿真教學營造了反映實體對象變化的三維虛擬世界，為學習者提供了可以探索的交互方式，可視為一種有意義的主動接收式學習。學習者借助虛擬仿真教學系統(tǒng)與不同主體進行交互，通過情境參與推動信息轉(zhuǎn)化，認知系統(tǒng)實現(xiàn)信息內(nèi)化，實踐操作產(chǎn)生信息外化，學習才真正發(fā)生。

1.3 結(jié)果層Outcome。知識、能力、素質(zhì)三者之間的關(guān)系始終是教育教學關(guān)注的焦點問題，知識是課程學習質(zhì)量的基礎(chǔ)，能力體現(xiàn)知識的運用，素質(zhì)則表現(xiàn)為知識的升華[8]。結(jié)合文獻調(diào)研結(jié)果，本文在結(jié)果層學習質(zhì)量方面綜合考量學生在知識、能力、素質(zhì)三各方面的達成情況，將物流專業(yè)基礎(chǔ)知識、專業(yè)發(fā)展能力、專業(yè)價值觀與虛擬仿真教學質(zhì)量評價相融合，豐富了結(jié)果層的考察維度，以探索輸入層、過程層對其的影響機制。

2 研究設(shè)計

2.1 模型假設(shè)。本文將IPO 框架與虛擬仿真教學情境相結(jié)合，從學生視角出發(fā)，虛實融合技術(shù)、教學元素構(gòu)成虛擬仿真教學系統(tǒng)，屬于外部因素，學習動機、學習態(tài)度、專業(yè)知識基礎(chǔ)等學習者特征屬于主觀因素，以此構(gòu)建了基于IPO 框架的虛擬仿真教學的學習效果假設(shè)模型，如圖1 所示，并提出以下假設(shè)：

圖1 虛擬仿真課程學習質(zhì)量影響機制的假設(shè)路徑圖

假設(shè)H1：物流類虛擬仿真教學系統(tǒng)對不同交互模式的教與學行為有顯著正向影響；

假設(shè)H2：學習者個人特征對不同交互模式的教與學行為有顯著正向影響；

假設(shè)H3：物流類虛擬仿真教學系統(tǒng)對學習質(zhì)量有顯著正向影響；

假設(shè)H4：學習者個人特征對學習質(zhì)量有顯著正向影響；

假設(shè)H5：不同交互模式的教與學行為對學習質(zhì)量有顯著正向影響。

2.2 調(diào)研方法。本文對遼寧省多所高校2019—2021 級修讀過物流類仿真課程的學生發(fā)放調(diào)查問卷，樣本數(shù)據(jù)共包括645 名本科生，經(jīng)數(shù)據(jù)整理有效問卷共計611 份。從虛擬仿真教學系統(tǒng)、學習者特征、教與學行為和學習質(zhì)量四個維度對問卷中的15 個二級維度問題進行調(diào)查，采用李克特5 點量表打分法，學生結(jié)合個人學習體驗對觀測變量的陳述給出正面或負面回答，自評式問卷調(diào)查工具如表1 所示。各維度的可信度Cronbach's α 值介于0.724～0.918 之間，有效度KMO 值在0.795～0.876 之間，可以認為，調(diào)查問卷的可信度、有效度較好。

表1 虛擬仿真課程學習質(zhì)量調(diào)查工具

運用SPSS 27.0 軟件和AMOS 24.0 軟件，對各變量的標準化數(shù)據(jù)進行計算。輸入層的客觀因素虛擬仿真教學系統(tǒng)和主觀因素個人學習特征為自變量，過程層的教與學行為是中介變量，結(jié)果層的學習效果為因變量，采用結(jié)構(gòu)方程模型（Structured Equation Modeling，SEM）分析調(diào)研數(shù)據(jù)，對研究假設(shè)進行驗證，并計算直接與間接效應值。

3 研究結(jié)果

3.1 模型結(jié)果檢驗。SEM 結(jié)構(gòu)模型檢驗主要通過參數(shù)檢驗和擬合度兩個方面的指標進行，其中，參數(shù)檢驗是對估計參數(shù)進行顯著性檢驗，選取臨界比率C.R.大于2 和p 值小于0.05 作為可以通過檢驗的標準，擬合度考察模型的擬合程度，考慮X2/df、GFI、RMSEA、RMR、CFI、NFI 等指標，檢驗結(jié)果如表2、表3 所示。

表2 假設(shè)模型的參數(shù)檢驗值

表3 模型的擬合效果檢驗

在前文假設(shè)的基礎(chǔ)上所構(gòu)建的中介模型，經(jīng)檢驗，各擬合指標顯示學生調(diào)研數(shù)據(jù)與模型具有較好的擬合度，但根據(jù)參數(shù)檢驗C.R.和p 值，可以發(fā)現(xiàn)，在假設(shè)模型中的多條路徑中，僅有虛擬仿真教學系統(tǒng)對學習質(zhì)量的直接影響作用不顯著，不具備統(tǒng)計學意義，故在后續(xù)分析中不考慮該路徑。由此，可以確定虛擬仿真教學系統(tǒng)、學習者特征可通過對教與學的行為產(chǎn)生正向作用，從而對學習質(zhì)量起到積極的影響，即教與學行為在分析框架中承擔著虛擬仿真教學系統(tǒng)、學習者特征與學習質(zhì)量之間的中介變量，能解釋結(jié)果變量（學習質(zhì)量）的變化。

3.2 影響機制分析。標準化的路徑回歸系數(shù)可以體現(xiàn)不同維度因素影像學習質(zhì)量的效應值，相關(guān)數(shù)據(jù)如表4 所示，包括標準直接效應值、標準間接效應值和標準總效應值。

表4 模型的標準效應值

虛擬仿真教學系統(tǒng)對教與學行為產(chǎn)生直接的正向影響作用，標準直接效應值是0.364，比學習者特征對教與學行為的影響更大。通過教與學行為的中介作用，客觀因素虛擬仿真教學系統(tǒng)對學習質(zhì)量產(chǎn)生了正向影響，標準間接效應值是0.273。

學習者特征對教與學行為、學習質(zhì)量均有直接的正向影響作用，標準直接效應值是0.184、0.208，由此可知，學習者特征對學習質(zhì)量的影響作用更強。此外，通過教與學行為，學習者特征對學習質(zhì)量也發(fā)揮著間接影像作用，標準間接效應值是0.138。

教與學行為除了在SEM 模型中擔當中介作用外，還對學習質(zhì)量具有直接的正向影響，標準直接效應是0.751，在所有直接效應值中位居首位，突出體現(xiàn)了教與學行為對學習質(zhì)量的影響是最為強烈的。

綜上，輸入層的客觀要素虛擬仿真教學系統(tǒng)和主觀要素學習者特征兩個維度通過教與學行為這個中介作用，對學習質(zhì)量產(chǎn)生正向影響作用，按標準總效應值降序排列：教與學行為>虛擬仿真教學系統(tǒng)>學習者特征，體現(xiàn)了各維度對學習質(zhì)量的影響強弱程度，其中，教與學行為是物流類虛擬仿真課程學習質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素。

4 結(jié)論與討論

本文從學生視角開展實證研究，探討了物流類虛擬仿真課程學習質(zhì)量的影響機制，得到了以下主要結(jié)論：

4.1 輸入層的主觀因素、客觀因素發(fā)揮著不同的重要作用。輸入層中主觀因素學習者特征和客觀因素虛擬仿真教學系統(tǒng)在課程學習過程中扮演著不同角色，物流類虛擬仿真教學系統(tǒng)是課程開展的外部環(huán)境基礎(chǔ)，是利用數(shù)字化教學工具開展課堂教學改革的核心內(nèi)容，通過在實驗項目中的沉浸式顯示和交互式操作，創(chuàng)新性地改變了傳統(tǒng)課堂教學模式下的教與學交互行為。當虛擬仿真教學系統(tǒng)建設(shè)完成后，其作為客觀因素不再是影響學習質(zhì)量的關(guān)鍵性要素。從學生視角來看，學校實驗中心、授課教師提供虛擬仿真軟硬件環(huán)境，教學目標、教學設(shè)計、教學資源與物流運營和管理的虛實融合效果已經(jīng)確定，主觀因素學習者特征將占據(jù)影響學習質(zhì)量的主導地位，決定了能否利用好現(xiàn)有虛擬仿真教學系統(tǒng)，加深了對專業(yè)知識的理解，切實提高學習質(zhì)量。調(diào)研結(jié)果表明，學習動機明確、學習態(tài)度端正、學習興趣濃厚并且物流基礎(chǔ)知識掌握較好的學生，在虛擬仿真課程中學習更具有深度與廣度，在不同交互模式下學習更加有效，學習效果更優(yōu)。

4.2 過程層的教與學行為對學習質(zhì)量具有關(guān)鍵的中介作用。本文所研究的過程層關(guān)注了學生主體在物流類虛擬仿真課程學習過程中的師生交互、生生交互、生機交互、師機交互四種交互行為。相關(guān)研究表明，不同交互行為與學習效果二者之間存在正相關(guān)關(guān)系，交互有利于促進知識建構(gòu)、能力提示、素質(zhì)培育[9-10]，本文針對物流類虛擬仿真教學通過實證分析方法驗證了該觀點。研究發(fā)現(xiàn)，過程層的教與學行為不僅直接影響學習質(zhì)量，還在課程教學中起到了關(guān)鍵的中介作用。物流類虛擬仿真課程學習質(zhì)量的影響機制可以解釋為：虛擬仿真教學系統(tǒng)的好壞，學習者特征的差異，是產(chǎn)生學習效果的必要條件，而非充分條件，主、客觀因素均通過不同交互模式下的教與學行為進行轉(zhuǎn)化，并對學習質(zhì)量產(chǎn)生影響。為了更好地發(fā)揮物流類虛擬仿真教學系統(tǒng)、學習者特征對學習質(zhì)量的積極影響作用，必須與過程層的中介因素教與學行為深度融合。

4.3 根據(jù)結(jié)果層學習質(zhì)量的影響機制優(yōu)化教學改革實施策略。基于以上兩點結(jié)論，可以認為，物流類虛擬仿真課程學習質(zhì)量這一結(jié)果層要素具備動態(tài)調(diào)節(jié)機制，在教與學實踐中，通過改善輸入層虛擬仿真教學系統(tǒng)建設(shè)和學習者特征，可以調(diào)整輸入層、過程層、結(jié)果直接的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從知識、能力、素質(zhì)三方面實現(xiàn)學習質(zhì)量的提高。在輸入層，基于仿真模擬、VR、AR 等先進技術(shù)，合理設(shè)定教學目標，優(yōu)化教學設(shè)計，增強教學的趣味性和學生學習主動性，將理論教學與實驗教學相互融合，完善物流類虛擬仿真教學體系，提高實驗課程的豐富性，安排遞進式、綜合性教學內(nèi)容，推進物流類虛擬仿真教學的“兩性一度”改革。在過程層，達成虛擬仿真課程學習效果的關(guān)鍵在于能否促進教與學行為的深度融合，以學生為中心，以教師為主導，針對物流類虛擬仿真的特色，以全面培養(yǎng)學生對現(xiàn)代物流的認識和解決物流復雜問題的能力為首要目標，優(yōu)化教學過程，不斷調(diào)整師生交互、生生交互、生機交互、師機交互方式，多樣化地完成課前知識檢測、翻轉(zhuǎn)課堂、實驗講解與操作、實驗考核等主要環(huán)節(jié)，打造虛擬仿真教學改革閉環(huán)。在結(jié)果層，重視建立和改進虛擬仿真教學系統(tǒng)、學習者特征與教與學行為的連接關(guān)系，在課程實施過程中，將輸入層的主、客觀因素有效融入過程層的交互行為中，持續(xù)優(yōu)化物流類虛擬仿真教學系統(tǒng)，改善學生的學習動機、態(tài)度、興趣和物流專業(yè)知識掌握程度，營造更加和諧高效的主、客觀因素環(huán)境，為教與學行為促進學習質(zhì)量提高打造堅實基礎(chǔ)。

本文從學生視角出發(fā)，基于IPO 框架，利用SEM 模型，考察了物流類虛擬仿真課程學習過程中輸入層（客觀要素虛擬仿真教學系統(tǒng)、主觀要素學習者特征）、過程層（教與學行為）影響學習質(zhì)量的作用機制，探討了過程層（教與學行為）的中介作用，突出強調(diào)了即使在虛擬仿真教學環(huán)境下教與學的行為依然發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，應給予高度重視，根據(jù)教學系統(tǒng)、學習者特征以及學習質(zhì)量的反饋，持續(xù)優(yōu)化師生交互、生生交互、生機交互、師機交互模式，充分發(fā)揮虛擬仿真課程優(yōu)勢，激發(fā)教學潛能，培養(yǎng)創(chuàng)新性、復合型、應用型物流管理人才。

在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，未來可進一步開展基于學習數(shù)據(jù)采集的影響機制研究，依據(jù)不同年級、課程的學習進度數(shù)據(jù)，以學論教、以學定教、以學導教，更加智能化、更有針對性地實施虛擬仿真教學設(shè)計，改進課堂教學效果，提升學習質(zhì)量，全面提高物流人才培養(yǎng)質(zhì)量。