空间推理技能（Spatial Reasoning Skill）是空间认知领域中一种重要的认知能力,无论在是日常生活中还是在多样化的学科领域中,它都扮演着至关重要的角色。大量研究已表明,空间推理技能与许多学科领域密切相关。近年来,国际教育界高度关注空间推理技能的发展,一些国家已经纷纷采取课程教学改革措施以加强空间推理技能的培养。因此,为了提升学习者在多学科领域的学业成就,以及具备面向未来社会发展的基本技能,亟需为他们创造更多与空间推理技能相关的教育和训练机会。然而,在当前的学校教育中,空间推理技能的重要性并没有得到足够重视。一方面,传统课堂教学缺乏培养空间推理技能的条件（例如技术工具）;另一方面,多数传统学校采用的平面二维的媒体呈现形式开展的课程教学,不利于学习者的空间推理技能发展和对空间推理过程的理解。由此可见,采取更适合的教学工具、创新教学环境,已成为发展空间推理技能的必要途径。新兴技术的不断发展与创新改变了传统教育的组织形式和教与学方式,也为支持空间推理技能的培养提供了新的途径。如何有效利用新技术作为认知工具,并通过学校教育来培养学习者的空间推理技能,已成为一项重要的研究议题。沉浸式技术（虚拟现实、增强现实、混合现实）包含的立体三维图像和物理运动控制能为用户提供沉浸式虚拟体验和即时反馈,从而使与空间推理技能有关的教学体验更具沉浸性和交互性。加之,沉浸式技术在教育领域应用的广泛性和日益的可获取性,使得其在支持空间推理技能的发展过程中正变得可行且日益重要。空间推理技能具有可塑性,并且可以通过教育和训练得到提高,而沉浸式技术在支持空间推理技能方面具有潜在优势。因此,本研究主要探究基于沉浸式技术（虚拟现实技术）构建的沉浸式学习环境,如何影响中学生的空间推理技能。具体而言,本研究的主要研究问题包括以下三个:问题一:空间推理技能发展的关键要素是什么?沉浸式技术是如何影响并促进空间推理过程的?问题二:空间推理技能在学校教育领域至关重要,那么该如何设计并构建面向空间推理技能发展的沉浸式学习环境?问题三:面向空间推理技能发展的沉浸式学习环境设计的效果如何?能否提升学习者的空间推理技能以及学业表现?为了回答上述研究问题,首先,本研究综合对空间推理技能的概念、组成维度进行了综合剖析,提炼出了空间推理技能发展所需要的四个关键要素:（1）可视化与呈现;（2）导航;（3）心理旋转和转换;（4）识别、组成和分解。这四个关键要素可用于指导学校教育环境中的空间推理技能培养。然后,本研究分析了沉浸式技术在发展空间推理技能方面的优势。在空间推理过程中,沉浸式技术的“沉浸感”“构想性”特性可以帮助学习者将“心理理解”过程中涉及的心理的认知过程可视化,帮助他们成功地“看”空间信息,并提供真实世界的感官体验。沉浸式技术具有的“交互性”特性可以进一步帮助学习者去实践那些在空间推理的“物理转换”过程中涉及的行为或想法,促进他们外在空间信息和内在概念表征的呈现连接。其次,本研究在建构学习理论、认知负荷理论、以及经验学习理论的基础上,结合沉浸式技术特性,空间推理技能发展要素,构建了面向空间推理技能发展的沉浸式学习环境设计模型。该模型所需的设计要素包括:设计原则、学习者、学习情境、学习内容、以及学习活动。进而,基于该设计模型,设计了两个教学案例,分别是基于头戴式显示器（Head-Mounted-Display,HMD）的《陶瓷艺术与制作》课程;和基于桌面式一体机（zSpace）的《青铜器与甲骨文》课程。最后,为了验证面向空间推理技能发展的沉浸式学习环境设计的效果,本研究采用混合研究方法,分析了以上两个教学案例的应用效果。研究结果显示:（1）面向空间推理技能发展的沉浸式学习环境对提升空间推理技能具有显著性影响。该学习环境能够显著提升中学生的空间推理技能,及其心理旋转、空间定向、空间可视化三个维度的能力;访谈结果也表明,沉浸式课程可以呈现三维对象,帮助学习者更好地学习三维对象的外观、结构特征;（2）该学习环境能够显著提升中学生对空间推理技能的自我感知;（3）在该学习环境中,学习者的学业表现（学业成绩、心流体验、体验活动）均具有显著性的提高,并且该该习环境也有助于减轻学习认知负荷;（4）个性化特征（性别、年龄、学习风格）对空间推理技能及其自我感知均不存在显著性差异。本研究最终形成以下结论:（1）沉浸式技术可以作为培养学习者空间推理技能的一种有效的认知工具,能影响并促进学习者的空间推理过程;（2）本研究构建了以发展空间推理技能为目标、以沉浸式技术为中介,融合学习者、学习情境、学习内容、学习活动为一体的面向空间推理技能发展的沉浸式学习环境设计模型;（3）该学习环境能够有效发展学习者的空间推理技能,提升学业表现,并降低认知负荷。本研究的创新之包括以下两方面:（1）从面向学习者需要培养空间推理技能的教育需求角度出发,提出了空间推理技能发展的关键要素,并设计了面向空间推理技能发展的沉浸式学习环境设计模型,丰富了在沉浸式学习环境背景下研究空间推理技能的新视角,拓展了对沉浸式技术与空间推理技能关系的认识;（2）提供了在学校教育情境中,使用沉浸式技术来发展中学生空间推理技能的实证证据,从而为沉浸式技术与空间推理技能领域的深度融合应用提供有价值的参考。