用于评估青少年空间技能的沉浸式虚拟现实技术：表现、性别差异及其与计算思维的关联

《IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics》：Immersive VR for the Assessment of Spatial Skills in Adolescents: Performance, Gender Effects, and Links to Computational Thinking

　　

摘要：

空间技能，尤其是心理旋转能力，与STEM（科学、技术、工程和数学）成就以及计算思维（CT）能力越来越紧密相关。传统的二维空间评估方法存在有效性问题和公平性问题，这些问题源于视觉上的模糊性、遮挡现象以及缺乏深度线索，需要复杂的二维到三维的认知转换。这些因素可能导致性别差异，使男性获得优势，但这可能反映了测试偏见而非真正的能力差异。沉浸式虚拟现实（VR）通过提供立体深度、多视角视图、真实的照明效果和身临其境的交互体验，似乎能够缓解这些问题。我们在一项针对48名青少年（年龄12-16岁）的被试内研究中，使用虚拟现实心理旋转评估（VRMRA）比较了他们在VR和传统二维评估中的空间表现。结果显示，VR显著提高了心理旋转测试（MRT）类任务的准确性（提高了1.3个项目的正确率，p < .001），而在PSVT:R任务中，二维和VR之间的准确性没有显著差异。我们观察到性别效应具有任务特异性：VR在MRT类任务中显著提高了女性的表现，逆转了男性在二维评估中的优势；而在PSVT:R类任务中，男性的表现有所提升。无论是在二维还是VR评估中，空间技能得分都与计算思维能力呈正相关，表明两者之间存在联系。这些结果表明，使用VR进行空间技能评估会产生与传统二维评估不同的表现模式，突显了沉浸式VR在开发改进工具方面的重要性，以及其对包容性STEM教育和人才识别可能产生的积极影响。