张玲燕?卓铎涛?林伟婷?吴天生?陈丽君
摘 要 虚拟学习环境具有高沉浸性和逼真感特征，丰富的感知刺激带来更真实的感知体验，但也易造成认知加工负荷超载。研究基于双任务范式，考察次任务感觉通道、空间位置数量和呈现时间三个因素对学习者虚拟空间位置记忆认知负荷的影响。结果发现，在任务难度较高时，触觉通道能适当降低主观认知负荷；
空间位置数量的增加会带来主观认知负荷（心理努力和任务难度）的显著提升；
在0.7s的呈现时间下，学习者得以在加工主任務之余，较好地完成次任务。研究建议，在设计虚拟学习环境时，可以利用跨通道优势效应提高加工效率；
控制虚拟环境学习单元呈现的信息数量（不超过四个）；
为虚拟空间学习者留出0.7s左右较为充裕的加工时间。
关键词 虚拟学习环境；
认知负荷；
空间位置；
多感知整合；
跨通道优势效应
分类号 G446
DOI：10.16842/j. cnki. issn2095-5588.2023.06.002
1 引言
良好的学习环境是保障有效学习发生的重要场所。虚拟学习环境是借助计算机生成的一种虚拟环境，通过创设丰富的虚拟视觉、听觉、触觉等感知觉刺激，为学习者提供更加直观与仿真的学习体验。在沉浸式虚拟学习环境下，学习者通过头盔式显示器、手势、体势和自然语言等方式与环境信息进行实时交互，体验到身临其境的感觉（史铁君， 2008），有效提高学习效果（崔钰婷， 赵志群， 2020; 李宝敏等， 2019; 王雪等， 2019）。然而，虚拟学习环境中丰富的多感觉通道资源也可能会带来信息资源过多且目的性不强、不同感觉通道的信息相互冲突等问题，加大学习者的认知负荷，造成极大的学习负担（高媛等， 2016）。虚拟学习环境下，如何科学、合理地配置媒体资源和技术工具，将复杂的信息资源和技术操作变成一种自然的存在，优化控制认知负荷水平，进而提高学习者的认知加工效果，促进高级学习目标实现是需要重点关注的问题（Coyle et al.， 2015）。
认知负荷是指一段时间内外界信息对个体认知系统施加的心理活动总量，即个体在进行信息加工时所需要的认知资源总量（Sweller， 1988）。资源有限理论（Kahneman， 1973）认为，人的认知资源是有限的，任何学习和问题解决活动都需要消耗一定的认知资源，带来认知上的负荷。图式理论则认为，个体图式的类型及数量与认知负荷大小有着密不可分的联系（辛自强， 林崇德， 2002）。两种常用的认知负荷测量方法是主观测量法和任务绩效测量法。主观测量法根据个体在完成任务过程中的主观感受与体验来评价认知负荷，是对认知负荷最直接的测量。客观认知负荷测量方法又称任务绩效测量法，是根据任务绩效来评判认知负荷程度的方法。其中，单任务测量法以主任务绩效作为衡量认知负荷的指标（李金波， 2009）。双任务测量法包含主任务和次任务，如果个体在次任务上表现良好，则说明主任务对于学习者的认知负荷水平不高；
反之，则说明主任务认知负荷较大，学习者没有更多认知资源分配给次任务（Brünken et al.， 2002）。主观测量法和客观测量法分别从学习者本身的主观体验和客观的任务绩效两个角度阐释学习过程带来的认识负荷。两种指标的综合使用能够更加全面地阐释认知负荷的产生机制。
适当的认知负荷水平是保证学习者顺利而有效学习的关键（Sweller， 2010），认知负荷超载则会降低学习效率。在设计虚拟学习环境时，需遵循学习者认知加工和心理负荷的特点，使学习者最大限度地利用认知资源，实现有效学习（张慧 等， 2018）。因此，有效测量虚拟学习环境中的认知负荷尤为重要。视觉空间位置记忆是用来测量认知负荷的常用任务（吴文春 等， 2017）。探测视觉工作记忆容量的研究范式主要有静态位置记忆和动态位置记忆两种。静态位置记忆探测范式一般采用Corsi木块任务（Awh & Jonides， 2001）和变化觉察任务（Vogel et al.， 2001）。动态位置记忆探测范式中刺激位置是随时刷新和不断变动的，需要学习者对空间位置保持注意，常见的有正弦光栅范式和随机点阵画移动范式（Bosworth et al.， 2012）。研究者使用上述任务和范式发现，影响视觉空间位置记忆的因素包括感觉通道（Marcus， 1996）、项目数量（王丽萍 等， 2021）及刺激呈现时间（吴文春 等， 2018）。
视觉、触觉等感觉通道都能为我们提供关于这个世界的特定信息，但这些感觉一般并不独立发挥作用。个体在接收和处理信息时通常会将来自各感觉通道的信息融合起来，形成整体的知觉和感知判断。这种将来自多种感觉通道的信息有效整合为统一、连贯、稳定的知觉信息的现象被称为多感知整合（文小辉 等， 2011; Emst & Bulthoff， 2004）。在各种感觉通道中，视觉对于空间位置的感知最为精确（刘强， 2010）。在双任务范式中，视觉空间位置感知也可能受到触觉等感觉通道的影响。Marcus等（1996）在平面视觉认知负荷的研究中发现，主次任务使用同一感知通道会增加主任务的认知负荷。Brunken等（2003）也发现，与视觉单通道相比，不同感知通道整合时学习者的主任务绩效更好。这说明在双任务范式中，多个感知通道呈现刺激的方法有利于降低认知负荷，提升学习效果。那么，在虚拟学习环境下，是否存在与平面媒体环境下相同的加工规律？基于此，本研究将比较在虚拟环境下，主次任务为视觉单一通道与视觉-触觉双通道整合的认知负荷差异，这是研究关注的第一个影响因素。
项目数量对视觉空间位置加工产生影响。Cowan（2001）认为人类视觉工作记忆容量的顶峰为四个。近期研究发现，视觉工作记忆中能存储3～4个客体信息和4～5个空间位置（吴文春等，2017）。这一结果与Vogel等（2001）提出的工作记忆中可加工的固定客体数目相符。脑科学的相关研究表明，一般人群在空间位置记忆任务中所能记忆的目标数量大约为四个（王丽萍 等， 2021）。在虚拟环境下，视觉空间位置记忆数量是否与传统平面媒体一致？空间位置数量增加会带来认知负荷的哪些具体变化？这是研究关注的第二个影响因素。
虚拟视觉空间位置记忆通常需要考虑刺激的呈现时间。随着认知加工时间的延长，认知负荷下降，工作记忆容量会增大。研究表明，学习者对三维客体两个基本特征进行完整加工需要0.5s左右（Vogel et al.， 2006），即0.5s是三维客体空间加工所需要的基本时间。虚拟现实学习空间信息的丰富性带来两种加工可能性：易化加工或干扰加工。为检测这两种假设，本研究在正式实验前进行了预实验。结合吴文春等（2018）對三维空间客体呈现时间的设置及赫飞等（2014）发现人的适宜感知时间间隔为200～300ms，预实验以0.5s为锚定点，设置了0.3s，0.5s，0.7s三种呈现时间。结果发现，呈现时间为0.3s时，被试的次任务成绩出现地板效应，说明被试来不及作出反应。0.5s和0.7s时，主次任务的完成都在适宜范围且有区分度。基于此结果，正式实验选取两种呈现时间：0.5s和0.7s。
综上，本研究使用双任务范式考察在沉浸式虚拟学习情境中次任务呈现通道、空间位置数量和呈现时间三个因素对虚拟认知负荷和学习效果的影响，从而测定在虚拟情境中合理配置实时加工的学习资源需要考虑的因素。研究假设为，在虚拟学习环境中，视觉-触觉双通道呈现的认知负荷低于单一视觉通道呈现；
随着记忆位置数量的增多，认知负荷相应提升；
刺激呈现时间的延长有助于降低认知负荷。
2 研究方法
2.1 研究对象
大学本科生34人，其中男生14人，女生20人，平均年龄20.38±1.65岁，所有学生视力（或矫正视力）正常，均为右利手，此前未做过类似实验。
2.2 研究设计
采用2（次任务感觉通道：视觉、触觉）×3（空间位置数量：3个、4个、5个）×2（呈现时间：0.5s、0.7s）三因素混合实验设计，其中次任务感觉通道、空间位置数量为组内因素，呈现时间为组间因素。因变量为虚拟空间位置记忆的认知负荷。其中，客观认知负荷采用任务绩效法测算，包括主次任务正确率和反应时四个指标；
主观认知负荷采用主观测量法测算，包括学习者主观评定的心理努力和任务难度两个指标。
2.3 实验仪器与材料
采用Unity 5.6.1f1编程系统和联想Lenovo电脑媒体渲染管理工具（型号P510/coco）、HTC人机交互位置光学交互平台（含HTC 虚拟现实头盔（型号HTC VILE）以及HTC手柄）实现刺激材料的呈现及数据记录。实验图形为蓝色正方体（0.5cm×0.5cm×0.5cm）。为更好地呈现虚拟学习环境的沉浸感和立体空间感，虚拟场景构建为一个空房间，房间地面为灰黑色，墙面为白色，屋顶为棕黄色，在屋顶一端设计有三条延伸的白线以更好地突出场景的立体感（见图1）。
采用Paas编制的认知负荷自评量表（Paas， 1993）进行心理努力和任务难度的主观评价。该量表共两道题目，采用9级评分制，分数越高说明认知负荷越高。该量表的效度系数为0.77（孙崇勇， 刘电芝， 2013），本研究中的一致性信度系数Cronbachs α为0.93。
在双任务范式中，需要学习者识记的空间位置主任务刺激为蓝色正方体（0.5cm×0.5cm×0.5cm）。视觉次任务刺激为一个红色气球，其大小与蓝色正方体一致。触觉次任务为左手柄的一次震动，通过预实验确定触觉次任务的强度。预实验程序为：随机抽取五名符合实验要求的学生进行预实验，采用与正式实验相同的设备与程序。学习者佩戴好设备，手持手柄后，分别施加强度（Trigger Haptic Pulse 500）为250、500、750、1000、1250的震动，让学习者用1～7级评级（1为“感觉非常微弱”、4为“感觉强度中等”、7为“感觉非常强烈”）。学习者评级的结果显示，强度为500时，评级与平均数最接近4（3.6±0.49）。因此，正式实验中触觉次任务强度设定为500。
2.4 实验程序
首先，由主试介绍实验流程和实验仪器的使用方法。学习者戴上沉浸式虚拟现实头盔，左右手分别持一个手柄，根据自身舒适度调整头盔松紧度以及座椅高度，熟悉手柄键位，按下右手扳手键进入实验。
其次，学习者阅读虚拟空间呈现的文字指导语之后，按下右手扳手键进入练习环节。学习空间的120°视角正上方出现三个蓝色正方体，学习者需在指定时间内识记蓝色正方体的位置，同时检测次任务（红色气球或者震动）有无出现，实验中有50%的几率出现次任务；
在检测阶段判断虚拟空间的某一个位置是否出现过蓝色正方体。练习环节包含八次试验（呈现时间0.5s和0.7s各四次），学习者每完成一个试次，均可通过虚拟空间的文字反馈得到是否正确和具体反应时间的反馈。练习环节可重复进行，直至完全理解并熟悉实验流程。当学习者确认熟悉了实验流程，可以按下右手扳手键进入正式实验。
正式实验按主次任务通道（视觉-视觉，视觉-触觉）分为两个轮次，为避免顺序效应，每一个轮次内的刺激呈现按拉丁方设计排序。每个轮次中的单一试次均分为三个阶段：
（1）注视阶段：虚拟空间中心位置出现红色正方体注视点（0.5cm×0.5cm×0.5cm）。当学习者将视线移到红色正方体内时，刺激出现，红色正方体消失。
（2）学习阶段：在虚拟空间中以刚才的红色正方体位置为中心，设计有一个2×4的隐形矩阵，随机在其中的3个、4个、5个位置出现需要识记位置的蓝色正方体，要求学习者记住图形的空间位置。学习阶段中各有50%的几率出现持续时间为0.5s或0.7s的不同感觉通道次任务（视觉为红色气球；
触觉为左手柄震动），要求学习者在次任务出现时尽快按下右手手柄的圆盘键。按键后，次任务消失；
若没有按键反应，则次任务在0.5s或0.7s后消失。
（3）保持阶段：识记项目消失，出现空白屏，保持时间为0.5s。
（4）检测阶段：在虚拟空间的2×4隐形矩阵中的任一位置，随机出现一个蓝色正方体，学习者需要判断该空间位置刚才是否出现过蓝色正方体？若是，则按右手扳手键；
若否，则按左手扳手键。学习者如果在2s内未作反应，检测图形会自动消失。
每一个轮次，学习者完成的单一试次数量为3×20=60次，实验分两个轮次，共完成120次。每结束一轮次实验后，完成认知负荷自评量表，题目通过虚拟空间的文字呈现，学习者口头回答，主试做记录。学习者戴着虚拟头盔休息三分钟，之后进入下一个轮次。具体实验流程如图1所示。
2.5 数据分析
使用SPSS 22.0统计分析软件对数据进行分析。删除反应时在正负三个标准差以外的被试数据。
3 研究结果
为便于呈现结果，首先以次任务感知通道为分组依据，分析视觉次任务（表1）和触觉次任务（表2）中虚拟学习环境下的认知负荷情况，然后将两类数据进行整合分析。
3.1 视觉次任务下虚拟空间位置记忆的认知负荷分析
重复测量方差分析结果显示，在客观认知负荷指标方面，呈现时间对次任务正确率影响显著，F（1，24）=28.64，p<0.001，η2p=0.54，0.7s时间下的次任务正确率显著高于0.5s；
呈现时间对次任务反应时影响显著，F（1，24）=23.53，p<0.001，η2p=0.50，0.7s时间下的次任务反应时显著长于0.5s。在主观认知负荷方面，呈现时间对任务难度评分影响显著，F（1，32）=5.72，p<0.05，η2p=0.15，0.7s时间下的任务难度评价显著高于0.5s。这说明加工时间充足的情况下，被试对此任务进行了精细加工，带来的认知负荷较大。
空间位置数量对主观认知负荷指标存在显著影响。首先，其对心理努力评分有显著影响，F（2，64）=18.52，p<0.001，η2p=0.37；
事后比较显示，3个数量时的心理努力评分低于4个和5个（t=-4.29，df=33，p<0.001，d=0.60；
t=-4.65，df=33，p<0.001，d=0.63）；
4个数量时的心理努力评分低于5个（t=-3.36，df=33，p<0.01，d=0.50）。其次，空间位置数量对任务难度评分有显著影响，F （2，64）=14.40，p<0.001，η2p=0.31；
事后比较显示，3个数量时的任务难度评分低于4个和5个（t=-3.11，df=33，p<0.01，d=0.48；
t=-4.12，df=33，p<0.001，d=0.58）；
4个数量时的任务难度评分低于5个（t=-3.96，df=33，p<0.001，d=0.57）。其他效应均不显著（ps>0.05）。这说明刺激数量越多，任务给学习者带来的主观认知负荷越大。
3.2 触觉次任务下虚拟空间位置记忆的认知负荷分析
重复测量方差分析结果显示，在客观认知负荷指标方面，呈现时间对次任务正确率影响显著，F（1，24）=5.23，p<0.05，η2p=0.18，0.7s时间下的次任务正确率显著高于0.5s；
呈现时间对次任务反应时影响显著，F（1，24）=13.67，p<0.01，η2p=0.36，0.7s时间下的次任务反应时显著长于0.5s。该结果与视觉次任务的情况一致，表明本实验中存在速度-准确性权衡。在加工时间充足的情况下，被试倾向于追求准确度，而牺牲反应时。
在主观认知负荷指标方面，空间位置数量对心理努力评分影响显著，F（2，64）=3.65，p<0.05，η2p=0.10，事后比较显示，3个数量时的心理努力评分低于4个（t=-2.33，df=33，p<0.05，d=0.38）。空间位置数量对任务难度评分影响显著，F（2，64）=11.30，p<0.001，η2p=0.26，事后比较显示，3个数量时的任务难度评分低于4个和5个（t=-4.49，df=33，p<0.001，d=0.62；
t=-3.71，df=33，p<0.001，d=0.54）。其他效应均不显著（ps>0.05）。与视觉次任务的情况一致，这说明刺激数量越多，任务给学习者带来的主观认知负荷越大。
3.3 虚拟空间位置记忆认知负荷的整合分析
将视觉与触觉次任务通道的数据合并进行整合分析，结果显示，呈现时间对次任务正确率影响显著，F（1，21）=12.54，p<0.01，η2p=0.37，0.7s时的次任务正确率显著高于0.5s；
呈现时间在次任务反应时上主效应显著，F（1，21）=16.28，p<0.001，η2p=0.44，0.7s時的次任务反应时显著高于0.5s；
呈现时间在任务难度评分上主效应显著，F（1，32）=5.91，p<0.05，η2p=0.16，0.7s时的任务难度评价显著高于0.5s。
空间位置数量对心理努力评价影响显著，F（2，64）=20.43，p<0.001，η2p=0.39，事后比较显示，3个数量时的心理努力评价低于4个和5个（t=-5.37，df=33，p<0.001，d=0.68；
t=-4.50，df=33，p<0.001，d=0.62）；
4个数量时的心理努力评价低于5个（t=-2.80，df=33，p<0.01，d=0.44）。数量对任务难度评价影响显著，F（2，64）=18.27，p<0.001，η2p=0.36，事后比较显示，3个数量时的任务难度评价低于4个和5个（t=-4.50，df=33，p<0.001，d=0.62；
t=-4.61，df=33，p<0.001，d=0.63）；
4个数量时的任务难度评价低于5个（t=-3.27，df=33，p<0.01，d=0.49）。
次任务通道对任务难度评价影响显著，在空间位置数量为5个时，视觉通道的任务难度评价（M=5.09）显著高于触觉通道（M=4.80），F（1，32）=4.53，p<0.05，η2p=0.12。其他效应均不显著（ps>.05）。这说明在需要加工的刺激较多时，触觉通道较视觉通道具有加工优势。这与华子荀（2019）发现的虚拟现实环境支持动觉学习的结论及沈阳等（2021）发现的虚拟现实环境促进手部技能习得的研究结论一致。这说明，与视觉学习材料相比，在虚拟现实环境中设置触觉学习材料能够提高学习效果。
4 讨论
本研究从次任务感知通道、空间位置数量和呈现时间三个方面，考察虚拟学习环境下视觉空间位置记忆认知负荷的影响因素。结果表明，在任务难度较高时，触觉通道能适当降低主观认知负荷；
空间位置数量的增加会带来主观认知负荷的显著提升；
虚拟空间位置学习的有效加工时间是0.7s左右。
4.1 触觉通道能适当降低主观认知负荷
次任务感觉通道的对比研究发现，在空间位置数量为 5 时，学习者对视觉通道的任务难度评价显著高于触觉通道。该结果说明在任务难度较大时，触觉通道较视觉通道具有加工优势；
相较于单一视觉感知整合，视触觉整合的效果能够在一定程度上降低主观认知负荷感受。该发现与吴岚（2009）提出的跨感觉通道效应一致：在双任务加工中，主次任务不占用同一感觉通道时加工效果较同一感觉通道好。这可能是由于与身体直接相关的感觉运动体验有助于促进认知加工（谢和平等， 2020; Kontra et al.， 2015）。触觉次任务直接震动学习者手部，调动了具身认知，表现出具身加工的优势。这种主观认知负荷感受的降低只出现在加工5个空间位置记忆条件下，而没有在3和4个位置时出现，说明当整体加工难度增强时，跨通道的加工优势会更加明显。
4.2 空间位置数量增加带来主观认知负荷的显著提升
空间位置数量对主观认知负荷指标有显著影响。数据整合分析的结果显示，空间位置数量为3时学习者的心理努力和任务难度评分显著低于4和5，数量为4时的评分显著低于5。可见，学习者对因刺激数量引起的主观感受特别敏感，学习者感受到的主观认知负荷随空间位置数量的增加显著提升。该结果与Seufert 等（2007）的发现一致，即由刺激材料本身引起的认知负荷随着客体数量的增多而升高。在虚拟现实空间位置记忆中，客体数量超过3后，每增加1个数量都会使学习者主观上产生明显的认知负荷提高的感觉。
值得注意的是，刺激数量的增加并没有带来客观认知负荷的提高。不论加工的位置数量是3个还是4个或5个，学习者在完成主任务和次任务时的正确率与反应时没有产生明显变化。这说明学习者虽然主观上对于位置数量变化引起的心理努力和任务难度的评估很敏感，但客观增加数量并不会带来加工结果的显著变化。这可能是因为人类视觉空间位置记忆容量在4～5个之间（吴文春 等， 2017; 2018; Cowan， 2001）。从客观指标上看，被试在此范围内能较为成功地进行学习，学习效果差异不大。综上，前人在考察人类视觉空间位置记忆时通常以客观任务绩效为衡量标准，本研究则结合了主客观两种标准，更为全面地揭示了虚拟现实学习环境中学习者视觉空间位置记忆加工的容量，是对过往研究的补充。
4.3 虚拟空间位置记忆的充裕加工时间约为0.7s
研究发现，呈现时间显著影响虚拟空间位置记忆的认知负荷。在视、触次任务下，呈现时间为0.7s时的次任务正确率（视觉73%，触觉63%）均非常显著地高于0.5s（视觉33%，触觉37%），说明在0.7s时学习者已对主任务进行了较好的加工，故对次任务也可以进行较为准确的反应。这与Barrouillet等的发现一致，随着呈现时间的延长，加工难度下降，认知负荷也随之下降，学习者释放更多的认知资源用于次任务的加工（Barrouillet et al.， 2007）。车敬上等（2019）也认为，当学习者将认知资源分配到一个低难度任务上，个体就能够节省更多的认知资源到其他任务，两个任务则能同时进行；
而当认知资源分配到一个高难度任务上，就有可能耗尽资源，没有足够的资源分配到其他任务上。同时，随着呈现时间的延长，学习者的次任务反应时会增长。这说明当加工时间从0.5s延长到0.7s，学习者分配了更多的资源和时间到次任务加工上，因此，次任务得到了更加充分的加工。
4.4 客观认知负荷和主观认知负荷的差异
客观认知负荷测量方法是根据任务绩效来评判认知负荷程度的方法。主观测量法根据个体在完成任务过程中的主观感受与体验来评价认知负荷。客观认知负荷和主观认知负荷反映了学习者认知加工的不同层面。二者在相关指标上看似存在差异，但实际上相辅相成，共同验证了相关因素对学习者认知负荷的影响。
本研究发现，刺激呈现时间對客观认知负荷产生了影响。具体表现为与0.5s相比，在呈现时间为0.7s时，被试在次任务上的反应时更长，但正确率更高。这说明本实验中存在速度—准确性权衡（周强， 胡瑜， 2004）。在加工时间充足的情况下，被试倾向于追求准确度，而牺牲反应时。同时也说明在时间更为充足的情况下，学习者调用了更多认知资源用于次任务的加工。被试在客观认知负荷指标上的表现也得到主观认知负荷（任务难度）的证实。研究显示，在呈现时间为0.7s时，被试对任务难度的评分更高，说明被试在主观上感受到的认知负荷更高。因此，呈现时间在主客观认知负荷上的表现是相辅相成的：刺激呈现时间较长，学习者的客观表现越好，但同时带来的主观认知负荷也越大。
刺激数量对学习者认知负荷的影响则主要体现在主观认知负荷方面。研究发现，空间位置数量对被试主观感受到的心理努力和任务难度具有显著影响。刺激数量越多，被试需要调用的心理资源越多，感受到的主观认知负荷也越高。然而，刺激数量对客观认知负荷的影响并不显著。这可能是因为3、4、5个空间位置的任务对被试而言都是可以完成的，因此在客观任务绩效方面差别不大。主观认知负荷指标则说明，虽然被试在3、4、5个空间位置任务中的客观任务绩效差异不显著，但其实他们付出的认知资源和内在努力程度是有显著差异的。因此，刺激数量对学习者认知负荷的影响主要体现在主观认知负荷指标上。刘哲雨等（2022）发现，在虚拟现实学习环境下，学习者对学习任务的投入度作为心流体验的重要组成部分对学习成绩产生显著影响。本研究发现学习者在主观认知负荷明显增大的情况下仍然能够保持较好的客观学习成绩，进一步验证了心流体验在虚拟现实环境中的体现。
4.5 应用建议
第一，充分利用跨通道优势效应提高虚拟加工效率。Salln?s（2010）的实验发现，虚拟学习环境中的触觉反馈装置可以有效增强学习者的社会临场感，提高学习者在虚拟学习中的行为投入深度。Persky等也发现，通过触觉通道增强学习者对虚拟学习资源的感知程度，能够使学习者对环境中的信息元素产生更强的临场感（Persky et al. ， 2009），提高学习效果。本研究发现，触觉与视觉整合加工带来的主观任务难度评分低于单一视觉通道加工。因此，在进行虚拟空间环境要素的设计时，可对不同通道的资源进行合理配置。第二，合理控制虚拟环境学习单元呈现的刺激数量。本研究表明，虚拟空间位置数量的增加对主观认知负荷指标有显著影响。建议一次让学习者同时加工的位置数量不超过3个，以保持适度的主观认知负荷。第三，为虚拟学习留出充裕时间。在虚拟学习环境下，适当延长呈现时间可以为学习者释放出更多认知加工资源，从而降低认知负荷（邢强， 黄伟东， 2008）。本研究结果显示，当加工时间延长到0.7s，学习者的正确率显著提升至60%以上，说明这是一个相对充足的加工时间，学习者得以在加工主任务之余，较好地加工次任务。因此，为保障学习材料得到更加充分的加工，虚拟空间位置的呈现和加工时间不宜过短，以0.7s左右为宜。
4.6 不足与展望
本研究在以下方面存在局限：第一，缺乏对影响认知负荷主观因素的考察。学习者本身的学习经验、学习心向、工作记忆容量、情绪状态等是影响认知负荷的重要因素，本研究主要关注客观方面的影响因素，故在主观因素方面的探索十分有限。未来可以在个性化因素对虚拟现实学习环境的影响方面展开研究（胡艺龄等， 2021; 柯照文等， 2020）。第二，对由虚拟空间位置带来的认知负荷影响考察不够全面。空间位置本身的排列组合模式、呈现方式和动态位置变化等特点，以及学习过程中界面与学习者的互动等因素会在不同程度上对认知负荷产生影响（向维 等， 2021）。本研究未对此进行深入考察。第三，缺乏衡量认知负荷加工深度的生理指标。本研究使用了反应时、正确率以及学习者的主观报告等指标，可能未能充分揭示学习过程中的认知负荷变化情况。未来研究可使用眼动、脑电及心率变异性（HRV）（彭婉晴等， 2019）等与工作记忆刷新、认知负荷动态变化有关的生理指标，以更加精确地测评学习者的认知负荷。
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