科技前沿｜玩游戏还能提升问题解决能力？——沉浸式虚拟现实游戏使其成为可能

01研究背景

美国国家研究委员会认为，21世纪学习能力是学习过程的基础；这些能力分属三个领域:人际能力、内在能力和认知能力。其中认知能力领域包括批判性思维能力、创造力、执行功能和解决问题能力，而解决问题是一个定义和识别问题，寻求替代解决方案，并在相对新的情况下实施最佳解决方案的过程。在学习解决问题和目标导向行为的初始阶段，工作记忆至关重要，因此，获得这些能力是儿童早期和中期最关键、最具挑战性的任务。7到9岁之间，工作记忆、注意力和灵活性显著增加，因此，儿童中期是这些能力进一步培养的重要阶段，对儿童健康发展至关重要。此外，培养灵活的、可迁移的解决问题能力在当代教育体系中是至关重要的，因为它们对培养期识字和计算能力有积极的影响。该研究旨在调查IVR（immersive virtual reality沉浸式虚拟现实）技术是否可以成为开发和练习解决问题能力的有用工具，比较了参与者在三种不同的媒介上使用解决问题的益智类游戏(过河任务)的成功率。

02研究方法

1.数据收集

实验选取120名7-9岁儿童（女61，男59）作为被试，他们被随机均分到三种条件下：桌游（BG），平板和IVR。其中，桌游组使用玩具形象物品，如图1所示；平板组使用iPad软件，如图2所示；IVR组使用VR设备（HTC Vive）玩游戏，如图3所示。与其他两组不同的是，在IVR条件的情况下，参与者成为游戏中的农夫，允许参与者控制船，使他或她成为游戏的一部分。

图1：桌游条件下的过河游戏图2：平板条件下过河游戏

图3：IVR条件下过河游戏

2.实验流程

a.热身阶段（10分钟）：一名女性研究人员向孩子介绍自己，并与孩子一起玩了大约5分钟的游戏。在玩耍时，研究人员问了孩子一些问题以建立融洽关系。接着填写CSSQ（儿童模拟器不适感量表）。

b. 刺激阶段（解决问题，10分钟）：被试被随机分到三种条件中的一种，每种条件下40人。

c. 分散注意力阶段：10分钟自由玩耍。孩子们可以选择独立玩乐高或者iPad游戏。在玩耍5分钟后，研究人员通过一份参与问卷，询问他们在之前活动中的乐趣。

d. 学习迁移阶段: 在这一阶段，研究者要求孩子再次解决过河游戏，但方式与刺激阶段不同。IVR和平板电脑条件下的被试们被要求使用桌面游戏来解决问题，桌游组则被要求使用IVR来解决问题。

03研究结果

1.表现结果

采取卡方独立性检验对结果分析，不同条件下儿童完成渡河游戏差异显著(χ2(2) = 22.97, p < .001)（见表1）。IVR条件下的大多数参与者(77.5%)成功解决了问题，而平板条件下有32.5%，BG条件下有30%的参与者成功解决了问题。

表1：每个条件下参与者解决问题游戏的百分比结果柱状图

采取Kruskal-Wallis检验表明，在不同条件下(在那些成功解决问题的人之间)动作次数的分布具有统计学上的显著差异(H(2) = 10.33, p = .006)（见表2）。

表2：每个条件下的动作数的箱形图

采取卡方独立性检验来检验不同条件被试的表现，变量间结果差异显著。χ2(6) = 24.44, p < .001。IVR组的被试(7.5%)在解决渡河游戏时放弃的频率低于其他两种情况:平板(30%)和BG组(30%)（见表3）。

表3：有提示或没有提示的参与者和没有解决或放弃的参与者的百分比堆叠柱状图

2.兴趣得分结果

Kruskal-Wallis检验表明，兴趣得分在不同条件下差异显著(H(2) = 12.01, p = .002)。IVR条件下的儿童比平板条件下(U = 457.00, p = .001)和BG条件下(U = 601.00, p = .041)的儿童表现出更大的兴趣和乐趣（见表4）。

表4：每个条件下的兴趣和乐趣得分的箱形图

3.迁移结果

通过解决问题的动作次数来衡量是否能够将学习从两种媒体条件(IVR和平板电脑)转移到物理游戏(BG)中。Kruskal-Wallis测试表明，在不同条件下，解决任务的动作次数差异显著(H(2) = 37.64, p < .001)（见表5）。IVR和平板条件下的被试比BG条件下的被试解决问题的动作次数更少。

表5：柱状图显示了经过IVR组和平板组训练的被试采用BG再次参与游戏与未参与训练的被试间的动作平均值，以及标准误差。

04讨论

实验表现结果表明，IVR条件下的儿童在解决任务时比平板电脑或BG条件下的儿童表现得更好。IVR技术可以为用户提供的真实临场感可以减少认知负荷，允许用户与环境进行交互可以帮助认知过程。此外，当儿童对呈现给他们的材料感兴趣时，他们会更努力地学习和解决学习任务。

实验结果表明，使用IVR学习如何解决问题的任务，并将学习转移到物理世界是可能的。在IVR条件下(以及平板电脑条件下)的孩子们能够将在训练中学到的解决问题的知识转移到桌面游戏中。

原文

Immersive virtual reality as a tool to learn problem-solving skills

作者

Paola Araiza-Alba , Therese Keane, Won Sun Chen, Jordy Kaufman

期刊

Computers & Education

发表时间

2021.01

DOI

https://doi.org/10.1016/j.compedu.2020.104121

Contributors

■ 翻译版权 丨 西外多脑核

■ 编译 丨陶然

■ 审校 丨童玲

■ 排版 丨王子怡

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