一种适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型及其部署方法技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型及其部署方法，包括以下步骤：步骤S1：根据在场景中虚拟场景的沉浸性和人机交互的即时性，保留TAM‑TTF模型中的任务特征、技术特征、任务技术匹配、感知有用性和感知易用性五个变量；步骤S2：选取适合虚拟现实技术特征的结果变量：将反思性思维和感知学习效果作为VRIPL模型的结果变量；步骤S3：VRIPL模型引入个人参与因素作为结果变量的直接影响因素，用以研究个人参与系统的程度对于使用系统的学习效果；步骤S4：在虚拟现实教育系统中进行感知学习效果交互模型部署。本发明专利技术能从任务技术匹配的视角出发，提出并验证了在教育领域虚拟现实交互技术如何改善感知学习效果，进而改善学习效果。

A perceptual learning interaction model and its deployment method for virtual reality education system

【技术实现步骤摘要】
一种适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型及其部署方法
本专利技术涉及虚拟现实
，特别是一种适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型的构建及部署方法。
技术介绍
近几年以来，作为一类新兴的计算机模拟仿真交互技术，虚拟现实交互(VirtualRealityInteraction,VRI)技术在教育、军事和医学等领域的应用得到了业内人士的广泛肯定。以文字、图像和视频为主的传统多媒体人机交互方式已无法满足日益爆发式的数据增长和多维度广时域的信息交换的需求，而虚拟现实交互技术的出现为教育模式的创新注入新的活力。对于如何设计虚拟现实教育系统能够有效改善学习效果，现有的技术存在以下3点问题：（1）现有的虚拟现实教育系统大多面向授课方式的改变，即将传统的多媒体授课方式或实物操作的培训方法转变为运用虚拟教育的形式进行训练。大多数虚拟现实教育系统采用将培训内容作为知识点进行交互的内容，以学习引导模式与考核模式结合的方式训练学员，以达到提高学员学习成绩的效果。但是，大部分的虚拟现实教育系统缺少VRI影响学习效果的理论或者模型的指导，缺少对VRI影响学习效果的原因及程度的研究。（2）现有的VRI理论研究主要基于技术接受模型（TechnologyAcceptanceModel,TAM）来探究学员使用VR的意图，分析VR如何影响学习效果。然而，对于建立VRI与学习效果之间内在关联的任务与技术匹配（Task-TechnologyFit,TTF）这一观点的关注却较少。（3）现有的技术大多针对某一具体案例进行系统的设计，缺少一个具备通用指导价值的、且能够有效提高学习效果的虚拟现实教育交互模型。现有技术大多数是针对具体的系统设计提出技术方案，对于系统开发者如何将能够改善学习效果的模型部署到实际系统中，未给予说明。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型及其部署方法，能从任务技术匹配的视角出发，提出并验证了在教育领域虚拟现实交互技术如何改善感知学习效果，进而改善学习效果。本专利技术采用以下方案实现：一种适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型(VirtualRealityImpactModelforPerceptualLearning，以下简称VRIPL)所述VRIPL模型的影响变量为TAM-TTF模型中的任务特征、技术特征、任务技术匹配、感知有用性和感知易用性五个变量；将反思性思维和感知学习效果作为VRIPL模型的结果变量；根据虚拟现实交互技术特性，影响变量中的感知有用性和感知易用性与结果变量中的反思性思维存在正向影响关系，将五个影响变量与结果变量连接并组成VRIPL模型。进一步地，所述个人参与因素是反应学员的学习能力和学习态度，包括学员参与因素和教员参与因素。进一步地，本专利技术还提供一种基于适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型的部署方法，包括以下步骤：步骤1：将VRIPL模型中的任务特征在虚拟现实教育系统中进行部署：任务特征的部署首先是提取和分析用户的整体需求，然后将用户的整体需求分解为软件功能需求和硬件功能需求，最后结合虚拟现实教育系统所涉及的教学知识点设计为教育系统中的具体任务，学员在完成任务的过程中进行教学知识点的学习；步骤2：VRIPL模型中的技术特征在虚拟现实教育系统中进行部署：所述技术特征用于对于虚拟现实教育系统的系统设计需求提供相应的服务和支持，包括VR硬件技术支持和软件功能技术支持；步骤3：VRIPL模型中的感知易用性在虚拟现实教育系统中进行部署：在虚拟现实教育系统设置操作引导模式指引学员在虚拟场景中进行基本操作包括移动、转向、拾取和使用物品，用以提升学员对于系统的感知易用性；步骤4：VRIPL模型中的感知有用性在虚拟现实教育系统中进行部署：所述感知有用性用于评估学员使用VRI技术加强自身学习效果的程度；在虚拟现实教育系统中将学员需完成的任务分为三种类型：引导式任务、自由式任务和考核式任务；所述引导式任务用于引起学员初步的反思性思维；所述自由式任务用于提升学员的反思性思维，改善感知学习效果；所述考核式任务用于学员的成绩管理。进一步地，所述步骤2的具体内容为：结合教育系统的教学知识点确定所需的硬件设备类型：若学员选择沉浸式体验，且场地可移动区域较大，所需自由度较高则选择HTCVive或者OculusRift；否则选择移动端或者一体机式硬件设备；教育系统根据学员选择的硬件设备匹配对应的应用场景，并通过任务特征分析各个知识点对应的任务的特点，用以增强系统的可交互性。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术VRIPL模型部署于虚拟现实教育系统之后，相比于传统多媒体的教学方式，可改善学员11.1%的学习效果。部署VRIPL模型的虚拟现实教育系统可改善虚拟现实教育系统5.8%的学习效果、6.2%的学习效率和6.6%的反思性思维效果。在系统满意度方面，VRIPL模型的部署提高了虚拟现实教育7.2%的系统满意度。（2）本专利技术VRIPL模型能从任务技术匹配的视角出发，提出并验证了在教育领域虚拟现实交互技术如何改善感知学习效果，进而改善学习效果。附图说明图1为本专利技术实施例的模型构建及应用流程图。图2为本专利技术实施例的VRIPL模型结构演变图，其中图2（a）为TAM-TTF模型图，图2（b）为VRIPL模型图。图3为本专利技术实施例的VRIPL模型部署流程图。图4为本专利技术实施例的实例验证流程图。图5为本专利技术实施例的VRFSE与VRIPL模型关系对应图。图6为本专利技术实施例的高层火场逃生任务流程图。图7为本专利技术实施例的任务选择图，其中图7（a）为任务选择图，图7（b）为任务选择结果图。图8为本专利技术实施例的实例验证过程流程图。图9为本专利技术实施例的消防安全知识测试数据对比图图10为本专利技术实施例的VRFSE系统使用满意度调查图具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本实施例提供，一种适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型，所述VRIPL模型的影响变量为TAM-TTF模型中的任务特征、技术特征、任务技术匹配、感知有用性和感知易用性五个变量；将反思性思维和感知学习效果作为VRIPL模型的结果变量；根据虚拟现实交互技术特性，影响变量中的感知有用性和感知易用性与结果变量中的反思性思维存在正向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型，其特征在于：所述VRIPL模型的影响变量为TAM-TTF模型中的任务特征、技术特征、任务技术匹配、感知有用性和感知易用性五个变量；将反思性思维和感知学习效果作为VRIPL模型的结果变量；根据虚拟现实交互技术特性，影响变量中的感知有用性和感知易用性与结果变量中的反思性思维存在正向影响关系，将五个影响变量与结果变量连接并组成VRIPL模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型，其特征在于：所述VRIPL模型的影响变量为TAM-TTF模型中的任务特征、技术特征、任务技术匹配、感知有用性和感知易用性五个变量；将反思性思维和感知学习效果作为VRIPL模型的结果变量；根据虚拟现实交互技术特性，影响变量中的感知有用性和感知易用性与结果变量中的反思性思维存在正向影响关系，将五个影响变量与结果变量连接并组成VRIPL模型。


2.根据权利要求1所述的一种适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型，其特征在于：所述个人参与因素是反应学员的学习能力和学习态度，包括学员参与因素和教员参与因素。


3.一种基于权利要求1至2任一项所述的适用于虚拟现实教育系统的感知学习交互模型的部署方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将VRIPL模型中的任务特征在虚拟现实教育系统中进行部署：任务特征的部署首先是提取和分析用户的整体需求，然后将用户的整体需求分解为软件功能需求和硬件功能需求，最后结合虚拟现实教育系统所涉及的教学知识点设计为教育系统中的具体任务，学员在完成任务的过程中进行教学知识点的学习；
步骤2：VRIPL模型中的技术特征在虚拟现实教育系统中进行部署：所述技术特征用于对于虚拟现...

【专利技术属性】
技术研发人员：林一，兰扬帆，王舜波，吴秉坤，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35