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虚拟3D环境培养高中生空间能力的研究
虚拟现实智能硬件2020年12月第6引文:李颖倩,杨洋,姚正伟,徐光涛。虚拟3D环境探索学生的空间能力。虚拟现实智能硬件,2020,2(6):556-568DOI:10.1016/j.vrih.2020.08.001·文章·探索学生空间能力的虚拟3D环境杨启安李1,杨燕G2,郑伟YAO3,广涛XU1*1. 杭州师范大学教育技术学系,浙江杭州3111212. 杭州师范大学计算机应用技术系,浙江杭州3111213. 杭州师范大学,中国*通讯作者,xuguangtao@hznu.edu.cn投稿时间:2020年4月25日修订日期:2020年8月14日接受日期:2020年8月30日国家重点研发计划(2018 YFB 1004903);浙江省重点学科培育计划(18 JYXK 018)。抽象背景 空间能力是一种独特的智力类型;它可以与其他形式的智能,并发挥了重要作用,在个人的成功,在许多学术领域,特别是在这个时代的技术。3D技术辅助教学可以立体地显示图形,促进学生对图形几何结构和特征的理解。空间能力包括几个方面。针对高中生不同方面的空间能力训练的软件很少。本研究旨在探索培养高中生空间能力的有效方法,促进学生自主探究能力的发展。方法首先,提出提高学生空间能力的探究性设计策略。在此基础上,利用unity3D开发了一个三维查询环境,该查询环境可以使用跳跃动作来完成手势交互。最后,研究者进行体验式活动,并向参与者发放用户体验问卷,以验证空间能力探究环境的应用效果,并通过访谈了解参与者在3D探究环境中探索跳跃运动装置的用户体验。结果32名学生参加了实验。学习者在感知有用性和使用意愿方面得分较高。与感知易用性和感知有用性相比,应用效果的平均得分相对较低。在使用意愿方面,大部分学习者表示愿意在未来使用类似的探究环境进行空间能力训练。结论空间能力探究环境能帮助学习者更好地理解不同的概念。用户表现出继续使用该设备的强烈意愿。该装置还在一定程度上更新了教学理念,强调了学生的主体地位。关键词三维;探究性学习;空间能力;三维探究环境;跳跃运动2096-5796/©版权所有2020北京中科学报出版有限公司Elsevier B. V.代表KeAi Communization Co. Ltd.提供的出版服务。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。www.vr-ih.com李颖倩等:虚拟三维环境探索学生的空间能力5571介绍1956年,“能力”在我国首次被正式列入数学教学目的,强调通过“强化练习”培养学生的计算能力、逻辑推理能力、空间想象能力。因此,作为三大能力之一的空间想象能力,开始引起研究者的关注。空间能力是一种推理技能,指的是在三维空间中思考物体并在有限信息下得出结论的能力。空间能力可以为学者和专业人士提供潜在的预测价值[1],并在科学,技术,工程和数学领域发挥重要作用[2]。例如,空间能力会影响学生在学业水平领域的问题解决能力和形象化表达能力[3]。空间训练可以帮助学生在STEM领域有所作为[1]。空间能力是普遍的,我们生活的各个方面都需要它[4]。它是高中生不可或缺的能力之一。要求学生在几何直觉和空间想象的帮助下感知事物的形状和变化。然后,他们使用图形来理解和解决数学问题。然而,在高中数学教学中,大多数学生在头脑中难以形成所需的空间几何模型。随着信息和网络技术的发展,三维环境为学习者提供了前所未有的机遇和挑战。基于3D的探究环境可以促进学习互动,特别是提高学习兴趣和学习满意度。三维环境具有临场感强的特点,有利于学习者感知真实环境,增强学习体验。这种环境可以帮助学习者增加知识,提高技能。目前,3D环境被广泛用于支持学生空间能力的发展。遵循探究性学习的主体性、提问性和开放性原则,通过本研究完成了一个三维探究环境的设计与实现,并分析了该三维探究环境对提高学生空间能力的影响。2审查2.1概念阐述空间能力的概念起源于心理学理论。它不同于语言能力、计算能力和推理能力,是人类智力的主要组成部分之一。洛曼将空间能力定义为生成、保留和操纵抽象视觉图像的能力[5]。Gaughran提供了类似的定义,将其描述为可视化,操纵和关联真实或虚构空间的能力[6]。Sutton和Allen将其定义为执行以下任务所需的能力(a)物体的心理旋转,(b)理解物体如何出现在不同位置的能力,以及(c)概念化物体在空间中如何相互关联的能力[7]。麦吉认为,空间能力主要包括两个方面:(a)空间视觉能力,包括心理旋转和分解、组合和扭曲二维或三维物体的能力,以及(b)空间定向能力,包括理解所示图形元素排列的能力,随着空间结构方向的变化而保持方位,并思考观察者与空间之间的关系[8]。最后,从教育的角度来看,索尔比将空间能力定义为“一个人在任何正式训练发生之前所具有的先天视觉能力,即,人与生俱来的能力”,并将其与可以通过训练获得的空间技能区分开来[9]。558虚拟现实智能硬件2020年12月第63D技术对于结合虚拟现实、实时仿真和交互式3D设计至关重要。3D技术在知识创新、深度学习、虚拟实验、技能培训等方面展现了其优势。3D技术还为教育应用创新提供了新的环境、平台、资源、工具和范例。美国国家科学基金会(NSF)将探究性学习定义为一种关注自然和物质世界探索过程的学习方法,包括以提问、探索和发现为导向,并在探索和发现过程中进行严格的论证[11]。研究性学习也在某些问题情境下使用工具[12]。3D探究环境是3D技术与探究学习相结合的产物,其目的是通过在3D可视化空间中独立探索3D物体来提高学生的空间能力。现有的利用3D探究环境提高学生空间能力的方法主要是利用3D技术作为教学或自主学习的载体。通过这种方式,学生通过结合自己的经验,更现实的感知,加深他们对空间的理解。2.2研究现状用于构建三维环境的过程在提高学习者的能力方面起着重要的作用。根据建构主义,学习是通过个体与外部环境的互动而发生的。学习者通过真实或虚拟情境中的亲身体验获得的个人信息比通过他人的描述和各种符号表征获得的间接体验更深刻[13]。3D环境可以为学习者提供接近真实世界的学习工具,这也是一个显著的优势。在传统的教育模式中,学生主要通过经验或语言获得知识。因此,一些研究者认为,3D探究环境比传统环境更能有效地促进空间能力的发展。不同的研究人员已经在不同的3D领域证实了这一点:在3D游戏领域,Feng和Pratt利用《荣誉:太平洋突击》(一款3D射击游戏)的环境进行训练,发现在视觉注意力和空间可视化能力方面,只需要10小时就可以提高心理旋转能力。同时,他们发现游戏训练可以减少心理旋转能力的性别差异,这是空间认知的更高层次过程[14]。在3D建模软件领域,Panorkou和其他研究人员通过将SketchUp软件与不同的任务相结合进行了实验。他们证实了使用SketchUp软件将维度感知形成空间能力的重要性。与此同时,他们通过将SketchUp与精心设计的任务和探究问题相结合,表明年轻学生也具有良好的感知能力[15]。Sun和其他研究人员探索了3D CAD学习与空间能力发展之间的关系,发现3D CAD学习可以增强这种能力,特别是空间想象力[16]。在3D虚拟现实技术领域,Merchant和其他研究人员使用Second Life(一种3D虚拟世界)进行准实验研究,发现在这样的3D环境中工作可以显著提高空间能力低的学生的表现[17]。Yurt和其他研究人员进行了为期9周的对照实验,同时研究了通过虚拟环境和具体物体建模对空间思维和心理旋转技能的影响。结果表明,使用具有具体对象的虚拟环境可以帮助更有效地发展空间技能[18]。Dünser和其他研究人员认为,虚拟现实和增强现实为研究人类行为的不同组成部分研究范围包括如何提高559李颖倩等:虚拟三维环境探索学生的空间能力空间能力通过运用这些新技术来研究空间能力的具体方面。实验表明,AR应用训练可以提高空间能力[19]。Kaka Ku Games,Inc.团队设计并开发了一款名为“空间想象”的游戏。这个游戏提供了一个由多个立方体组成的几何体。玩家根据复杂的立体图绘制不同的视图。游戏通过正确分析位置与数量的关系,提高玩家的空间能力。不过,该游戏只针对Android用户,无法进行全方位的3D观察或探索。Minecraft于2009年发布,是一款自由度很高的流行3D沙盒游戏。玩家可以在游戏的3D空间中使用积木组合并建造木制房屋,城堡和城市。玩家可以通过组合积木来提高他们的空间能力。综上所述,研究人员通过设计和实施一个基于3D环境的准实验,发现3D环境的使用有利于部分或整体提高学生的空间能力。同样的实验过程对不同性别、不同学习能力、不同背景的学生有不同的影响。这些实验让学生体验从2D到3D的感知,充分调动学习者的主动性和积极性,提高参与度。然而,大多数关于使用3D软件培养空间能力的研究都只关注工具的使用。它们只供教师在课堂上使用,让学生独立探索问题。这就需要在探究环境中加入一些引导因素,使学生在系统的引导下,遵循系统提供的解题材料和方法,以类似于科学研究的方式主动学习,同时掌握知识内容,让学生体验、理解和运用探究的方法。该方法已广泛应用于课堂教学中,旨在提高学生在3D环境中的空间能力。现有的游戏软件还没有针对高中生的实施,无法实现对学生空间能力的分类训练。因此,本研究设计并开发了一个三维探究环境,旨在探索空间能力对学生的影响,为促进学生在这方面的有效发展提供参考2.3三维查询环境近年来,研究性学习的概念已被广泛应用于教育领域,特别是在科学、地理和医学领域。研究性学习注重对知识的深刻理解。当学生可以使用实验的结果来解释现象,并作出预测,他们可以实现对主题的基本理解。此外,探究学习允许学生犯错误。它要求学生从不同的角度或方面表达和验证自己的想法,最终获得对主题的深刻理解。在学习实践中,不同的学习目标和深度需要采用不同的探究性学习模式。三维探究环境是为高中生设计的。高中生对新技术的接受程度较高,能够更有效地利用环境;然而,高中生的独立性仍然不够。学校不开设专门的课程来培养学生的空间能力,尽管对空间能力的要求反映在数学和地理等学科中。探究式的学习环境可以帮助学生通过不断探索问题的本质来学习。它培养了在调查中所需的思维模式,而不是简单地找到正确的答案。学生建立自己的知识领域,了解自己的知识和生活。当他们有关系时,他们的学习态度会更认真,560虚拟现实智能硬件2020年12月第6对知识的理解会更深。设计目标和概念如下。学生可以通过练习增强对三维空间的感知和理解;通过可视化提高物体填充,心理旋转和心理折叠的能力;进一步发展他们的观察和分析能力和空间想象力;并通过寻求事实培养他们的科学态度。三维探究环境借鉴了生物科学探究模式的概念,并结合立体几何的学习特点。三维查询环境应用了三维查询图1三维查询环境模型示意图。结合3D技术的特点和研究性学习的优势,构建了一个三维环境模型。如图1所示,主要分为以下五个阶段:(1)提出新问题;(2)澄清问题,提出假设;(3)探索操作,验证或推翻假设;(4)确认答案;(5)提供评价和反馈。这些问题是导致学习行为的根本原因。创设有帮助的问题情境是保证自主学习的必要条件。试题的设计与生活紧密结合,有利于学习者的理解和应用。假设阶段在3D探究环境中起着重要作用。在这个阶段,学习者可以根据已有的经验观察和思考问题。思维过程涉及对问题本质的逻辑安排。查询操作是3D查询环境的核心。在查询操作过程中,学习者使用鼠标,键盘或跳跃运动来旋转,折叠和填充3D对象中的间隙。学习者可以在旋转过程中观察物体的姿态,并根据问题选项思考和确认或推翻假设选项。如果提交的答案被证实是错误的,他们可以重新探讨。评价体系包括认知、行为和情感三个方面。认知领域包括理论和概念知识的掌握,包括假设和探索后的成果。行为字段包括实验过程中的程序操作。情感领域包括学习者的学习态度和学习习惯。反馈具有过程性和动态性的特点。评价和反馈主要体现在两个阶段:完成假设和确认假设的答案。通过给学生打分,可以评价学生空间想象能力的发展。33D查询环境的实现本研究所设计的三维查询环境是由Unity3D开发的,交互方式包括键盘、鼠标和手势。Unity3D是一个用于创建3D游戏,视频和可视化的综合开发平台。它已经发布了适用于Windows,iOS和其他平台的产品,并且是最具成本效益的当代引擎之一。体感界面预计将允许与计算机进行更直观的交互,并提供比传统键盘和鼠标更高级别的控制。使用这些技术学习可能更直观和有效[20]。因此,我们在项目中增加了手势互动,以方便学生的探索。手势交互不受传统学习的影响,561李颖倩等:虚拟三维环境探索学生的空间能力认知方法,增加了教学过程的互动性和娱乐性。飞跃运动可视化软件具有三维图形功能,可以获得物体的图像和深度信息。而且装备小,对手的识别度高。因此,我们选择了Leap Motion来实现我们的手势交互。应用程序架构设计如图2所示。图2通用应用程序架构。该查询环境包括三个模块:填充、折叠和旋转。不同模块之间的转换是通过切换统一的场景来实现的。探究过程分为三个阶段,即提出假设、探索操作以确认答案和评价反馈。我们将每个阶段设置为一个空对象,其子对象主要包括一个显示问题信息的画布和交互所需的3D对象。我们将画布的“RenderMode”设置为“ScreenSpace-Camera。“指定摄影机后,画布会自动调整到摄影机的可视范围。通过这种方式,用户界面更好地显示在屏幕上。比画布更靠近摄影机的3D对象将在前面渲染,而更远的对象将被屏蔽。CDPR(CD Project RED)的著名任务设计师米尔斯提到,除了让一款游戏以第一人称与世界更紧密地接触之外,最重要的方面是增加玩家的沉浸感。因此,在第一人称控制模式下,学生可以通过操作键盘(向不同方向移动)和鼠标(调整视角)在场景中漫游。这样可以增强学生的沉浸感,提高他们进行探究性学习的积极性。如图3所示,在主界面中,给出了对环境和代表三个模块的3D对象的介绍,并且在屏幕的中心放置了十字准线,用于选择对象。同时,我们在屏幕中间定义一条射线,即十字准线的位置。当光线与相应模块的3D对象碰撞时,右上角提示用户输入模块名称,并按“Enter”键进入模块。当计算机接收到相应的键信息时,加载目标模块的场景。3.1旋转模块如图4所示,进入旋转模块后,第一阶段是问题界面。用户需要考虑哪些选项可以通过旋转左边的几何体来获得,并相应地提交他们的假设。562虚拟现实智能硬件2020年12月第6图3选择对象进入相应模块。图4旋转模块探索过程的三个阶段。下一个阶段是查询界面。在勘探作业过程中,有三种互动方式。鼠标、键盘和手势可用于控制3D对象的旋转。其中,长按WASD键分别控制对象的上下左右旋转,鼠标通过获取鼠标移动的x轴距离来控制对象的上下旋转。同样,鼠标控制对象的左右旋转,以获得鼠标移动的y轴距离。使用者也可以使用该跳跃动作装置以手抓取物体进行旋转操作。探索后,用户可以确认并提交答案。在3D查询环境中,还可以使用评估反馈系统。计时器记录问题的时间成本,并记录在假设时和询问后所做的选择。最后,该信息被输入到根据规则提供反馈的判断机制。如果学生在进一步探索后选择的答案仍然不正确,学生需要重新调查情况。判断机制见表1。563(a) 一个问题李颖倩等:虚拟三维环境探索学生的空间能力表1判断机制假设选择探索持续时间确认选择是否反馈重新探索√>= 30秒√不恭喜!你的答案是正确的,花了几秒钟。你的空间想象力很好!√<30s√不恭喜!你的答案是正确的,花了几秒钟。你的空间想象力很好!√>= 30秒×是的假设的答案是正确的。不幸的是你在调查后选错了答案它花了 * 秒。考虑重新探索这个问题!√<30s×假设的答案是正确的。不幸的是你选错了答案是在调查之后它花了 * 秒。考虑延长时间,以重新回答这个问题!×>= 30秒√没有,恭喜你,探索之后,你的空间想象力得到了加强,并且正确回答了这个问题。它花了 * 秒!×<30s√没有,恭喜你,探索之后,你的空间想象力得到了加强,并且正确回答了这个问题。它花了 * 秒!×>= 30秒×是的,不幸的是,你在询问后仍然选择了错误的答案。花了几秒钟考虑再次探索这个问题!×<30s×是的,很不幸,你又选错了答案。它花了 * 秒。考虑适当延长时间再进行调查!(b) 重新回答后的反馈假设选择√×是否重新探索否是的反馈恭喜你重新探索并正确回答了这个问题。它花了 * 秒!不幸的是,你又选错了答案。它花了 * 秒。考虑延长时间来重新探索问题或将主题改为练习!3.2填充模块如图5所示,与旋转模块类似,在查询界面中,鼠标控制3D对象的旋转,键盘控制移动。最初,所有对象都处于不可操作状态。当鼠标点击对象时,它可以旋转和移动对象。当再次点击对象时,对象返回到不可操作状态。图5填充模块探索过程的三个阶段(反馈评价同图4 c、d)。当移动选项对象进入问题对象时,点击问题对象,将两个对象绑定在一起进行旋转操作。学生可以从不同的角度观察,评估某个选项的准确性,以补充问题对象的空白部分当将选项对象移出问题对象并按下退出键时,学生可以解除绑定,并继续探索其他选项。3.3折叠模块如图6所示,立方体框的展开视图包括六个小正方形,但是因为564虚拟现实智能硬件2020年12月第6图6折叠模块探索过程的三个阶段(反馈评价同中图4 c、d)。正方形是二维的,折叠时会影响我们的观察,我们将每个“正方形”设计成厚度极小的立方体。通过点击“试一下“按钮,可进行盒子的折叠和展开操作。将全景图折叠成立方体方块后,可以使用键盘、鼠标或手势交互旋转方块,从而观察各种角度的效果,比较选项,获得正确答案。本研究提出了一个“铰链”的概念,即在两个相邻的正方形之间增加一个空的物体,称为“铰链”。“我们将一个正方形设置为铰链的子对象,因此,当铰链旋转时,它也会带动正方形沿着相邻的边旋转,类似于门的打开和关闭效果。出于同样的原因,六个正方形需要五个“铰链”来实现立方体盒子的扩展和折叠。我们在铰链的旋转中使用了一个名为“iTween”的插件,这是一个简单,强大,易于使用的插值系统,可以在给定的时间内将一个值动画化为另一个值。因此,我们可以看到立方体的每个面的角度在一定时间内以线性方式旋转,并使立方体盒的折叠和展开操作更加平滑。4实验4.1仪器和用户为了解使用者对3D查询环境的接受程度、使用体验及使用意愿,本研究应用自行开发的3D查询环境进行实验。共李颖倩等:虚拟三维环境探索学生的空间能力565在32名志愿者中,15名男孩和17名女孩通过微信或QQ推广在线招募。志愿者都是浙江省的本科生或研究生,年龄在18岁到23岁之间。本研究采用“空间能力探究实验室”经验问卷。“问卷采用5分制的李克特量表,从四个方面调查可接受性,即,感知有用性、感知易用性、应用性和使用意愿,涵盖八个项目。该问卷是根据Davis提出的技术接受模型改编的[21]。量表项目的调整经过多位不同的师生多次讨论,经过反复修改最终完成修订。为了解使用者对3D查询环境下使用Leap Motion设备的接受程度、使用体验及使用意愿,本研究采用结构化访谈法,以深度访谈环境对三位本科生及三位研究生进行线下访谈。在受访者的许可下进行了同步录音。4.2设计实验通过微信或QQ上的招聘进行。收到报名后,对志愿者进行了筛选,筛选出本科生和研究生。实验以微信或QQ一对一的形式进行,以确保每个参与者认真进行实验并完成调查问卷。在实验开始前,参与者下载了3D查询环境的安装文件。研究团队随后描述了3D探究环境的基本操作流程,包括实验目的、如何进入环境、如何点击按钮、如何退出等。讲解结束后,参与者可以独立体验和探索环境。在实验过程中,研究人员没有对环境做出任何评论,并提供了30分钟的探索时间。实验结束后,随机抽取6名志愿者使用Leap Motion设备离线体验3D探究环境。体验结束后,对6名志愿者进行了深度访谈。这六名志愿者之前都没有接受过空间能力的训练,也没有接触过跳跃运动设备。4.3分析实验完成后,研究人员通过微信或QQ向参与者分发体验问卷链接。与会者填写并提交了调查问卷,可在调查问卷平台上查看。据统计,共收到32份问卷。空间能力探究实验室体验问卷回收率为100%。经整理及收集所得数据后,统计结果载于在表2之后。表2问卷信度数据收集完成后,使用spss22进行数据分析。分析结果如表2所示。其中,信度系数α值为0.94(>0.9),说明研究数据的可靠性极高。对于“CITC值”,分析项目的CITC值均>0.4,表明存在分析项目之间具有良好的相关性,项目CITCCronbachCronbachQ10.7430.940Q20.7340.936Q30.7240.937Q40.8640.931Q50.9380.9400.926Q60.7520.935Q70.9060.923Q80.9380.926虚拟现实智能硬件2020年12月第6566可靠性水平也很高。综上所述,研究数据的信度系数>0.9,综合说明数据的可靠性较高,可用于进一步分析。表1所示的调查数据表明,学习者在感知有用性和使用意愿方面得分较高,这表明学习者认同在“空间能力探究实验室”这样的探究环境中促进对相关知识的掌握和理解。“另一方面,环境易于使用,可以快速让用户找到所需的功能。与感知易用性和感知有用性相比,应用效果的平均得分相对较低,部分学习者对这种探究环境的应用效果不太认同。在使用意愿方面,大部分学习者表示愿意在未来使用类似的探究环境进行空间能力训练。Table3 使用经验性调查的结果均为“独立评估者和空间能力“(N = 32)尺寸项目强烈同意未决定不同意强烈在访谈中,我们试图从感知有用性、感知易用性、应用性和使用意愿四个方面了解学习者对使用跳跃运动设备和使用环境的真实想法。我们按时间顺序整理和总结了采访记录,并对环境的设计和开发进行了反思。通过这次访谈,我们了解到学习者首先肯定了环境的设计界面和视觉体验。第二,学习者表示,与跳跃运动设备互动是一种新奇的体验,例如,我们可以更直接地拖动和翻转物体。有学习者表示,在练习册上答题时,过程枯燥,很难保证正确率,但在“空间能力探究实验室“中使用跳跃运动设备进行探究,可以看到具体的后运算和操作,几何体发生了哪些变化,可以帮助学生训练空间认知能力,辅助学生思考。最后,一些学习者说,这种形式的调查主动权还给学生自己。学生们可以利用这个环境来锻炼自己,也愿意继续利用这个环境来锻炼空间能力。这种以探究为基础的环境被大多数学生认为提高了他们的空间能力。同时,在采访过程中,我们发现了leap使用探索中的不足“空间能力探究实验室”中的运动设备,即。例如,(1)用于勘探的跳跃运动设备需要一定量的时间来适应设备;(2)偶尔不敏感同意(%)(%)(%)(%)不同意(%)感知有用性使用93.756.25000使用“空间能力探究实验室“后,我感觉自己的空间能力得到了一定程度的87.59.383.1300感知易用性我很快就能理解操作过程,并熟练地使用81.2515.633.1300在“空间能力探究实验室”,我想我可以用鼠标和键盘进行很好的78.1312.59.3800“空间能力探究实验室”实验室空间设计87.512.5000应用与传统的方法相比,我更喜欢使用81.2515.633.1300我认为采用“空间能力探究实验室“的方法87.56.256.2500愿意使用如果有机会,我希望我能继续这样进行空间能力的训练。87.512.5000李颖倩等:虚拟三维环境探索学生的空间能力567在使用设备时发生。首先,在探究式学习设计策略指导下设计开发的“空间能力探究实验室”,使学习者更容易掌握和理解相关知识。这一方面得益于选择可以很好地由计算机模拟的呈现方法。然而,探索性脚手架策略的合理设计使用户能够在培训期间有效地实现他们的目标同时,除了鼠标和键盘,选择这种跳跃动作的交互方式,大大增加了学习者的学习热情和兴趣二是“空间能力探究实验室”易用性高,用户体验好。在当前交互设计领域,用户体验不断被重视,用户的审美也在不断提高。粗糙的图形和设计不能满足用户的需求。这不仅需要一个合理的布局的互动设计,但也有一个简洁的UI设计,让学习者可以快速找到使用时所需的功能。最后,学习者使用这类探究环境的意愿很高,并有潜力深入开发类似的环境。大多数学生表示愿意在未来使用类似的环境进行学习空间能力训练。这表明学生在使用这种形式的软件时对学习有一种预期的态度,为研究团队提供了未来设计和开发的信心。5结论总之,使用从用户体验问卷调查中获得的数据,虽然对科目易用性的看法较低,但大多数参与者认为环境满足学习者的学习需求。根据访问的调查结果,虽然受试者在使用跳跃运动设备时需要更多的时间来适应,但使用跳跃运动设备可以以新的互动方式激发学生的兴趣。该三维查询环境具有形式新颖、真实感强、易于操作等优点。这种新颖形式的优点是可以激发自发的学习兴趣。与传统的学习材料相比,学生可以通过使用虚拟环境更好地理解空间和模型的特性[22]。现实感强的优势有助于学习者探索各种问题。虚拟环境的使用可以帮助学生学习,增强学习者的空间能力,培养学习兴趣[23]。操作简单的优点意味着没有经验的学习者也可以轻松操作该设备。研究性学习模式是培养学生主体性的有效途径。它能使学生由被动接受变为主动吸收,即由“教”变为“学”。“通常,以探究为基础的3D环境能让学习者在探究的过程中增强独立思考和探索的能力,并在反复探索的过程中提高空间能力。然而,这种3D查询环境也有一定的局限性。第一,其形式新颖的优势可以激发学习者自发的学习兴趣,但经过长时间的训练,使用者难免会产生倦怠感。因此,未来的研究将集中在保持学习者的兴趣在一段较长的时间。竞争利益我们声明我们没有利益冲突。引用[1]吴晓波,王晓波.空间训练能在多大程度上提高STEM成绩?教育心理学评论,2015,27(4):607-615虚拟现实智能硬件2020年12月第6568DOI:10.1007/s10648-015-9304-82吴伟杰,王晓刚,王晓刚.探索和加强空间思维与科学、技术、工程和数学成就的联系?心理科学前沿方向,2013,22(5):367-373 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