張慕華 劉紫依 李妍

摘要：當(dāng)前，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)（IVR）技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用呈上升趨勢(shì)。雖有大量研究探討了IVR對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的影響作用，但未聚焦到科學(xué)學(xué)科，也未對(duì)不同類型的學(xué)習(xí)結(jié)果加以區(qū)分。鑒于此，文章采用元分析方法，對(duì)國(guó)內(nèi)外44篇相關(guān)實(shí)證研究文獻(xiàn)進(jìn)行定量分析，研究結(jié)果表明，整體而言IVR對(duì)學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果具有顯著正向影響，但效應(yīng)量較?。傂?yīng)量g=0.275）；IVR對(duì)知識(shí)保持類和知識(shí)遷移類學(xué)習(xí)結(jié)果的影響均受教學(xué)方法調(diào)節(jié)，學(xué)段僅調(diào)節(jié)IVR對(duì)知識(shí)保持類學(xué)習(xí)結(jié)果的影響，測(cè)量方式僅調(diào)節(jié)IVR對(duì)知識(shí)遷移類學(xué)習(xí)結(jié)果的影響；IVR搭配預(yù)訓(xùn)練教學(xué)方法對(duì)陳述性科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)促進(jìn)作用更顯著；IVR搭配探究式教學(xué)時(shí)采用延時(shí)測(cè)量的方式更能發(fā)現(xiàn)知識(shí)遷移的效果。文章通過(guò)研究，期望從教學(xué)方法選擇和教學(xué)效果測(cè)量?jī)煞矫鏋镮VR技術(shù)賦能科學(xué)教育提供啟示。

關(guān)鍵詞：沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)；科學(xué)學(xué)習(xí)；知識(shí)保持；知識(shí)遷移；教學(xué)方法

【中圖分類號(hào)】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097（2024）06—0071—10 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2024.06.008

一 研究背景

當(dāng)前，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新格局越來(lái)越聚焦創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，而科學(xué)教育是科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的核心^[1]。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，通過(guò)科教融合協(xié)同育人的方式促進(jìn)科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展，大力提升我國(guó)青少年科學(xué)素養(yǎng)，確保科技創(chuàng)新人才隊(duì)伍長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展已成必然。2023年，教育部等十八部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見(jiàn)》就明確指出，要充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，探索利用虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等技術(shù)手段改進(jìn)和強(qiáng)化科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)^[2]。中央電化教育館虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)（https：//vlab.eduyun.cn/）上線的各種虛擬實(shí)驗(yàn)資源就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的代表性成果。

作為一種通過(guò)多傳感通道生成實(shí)時(shí)模擬和交互的高端用戶接口，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分為頭戴式系統(tǒng)、洞穴式系統(tǒng)、桌面式系統(tǒng)三類^[3]。與桌面式系統(tǒng)用電腦屏幕呈現(xiàn)三維虛擬環(huán)境，通過(guò)鼠標(biāo)、手柄等與內(nèi)容進(jìn)行交互不同，頭戴式系統(tǒng)和洞穴式系統(tǒng)可以通過(guò)隔斷物理現(xiàn)實(shí)，為用戶提供一種高保真度的虛擬環(huán)境和高沉浸感的逼真體驗(yàn)，被稱之為沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)（Immersive Virtual Reality，IVR）系統(tǒng)^[4]。IVR因其高沉浸性和高交互性特征可以在五方面賦能科學(xué)教育^[5]：通過(guò)可視化呈現(xiàn)抽象科學(xué)概念促進(jìn)理解；增強(qiáng)動(dòng)機(jī)和投入提升學(xué)習(xí)體驗(yàn)；提供虛擬實(shí)驗(yàn)室模擬練習(xí)提升科學(xué)實(shí)踐技能；提供第一人稱體驗(yàn)式學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)增加同理心和轉(zhuǎn)變科學(xué)態(tài)度；通過(guò)虛擬實(shí)地考察提供親身參與的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

已有研究表明，IVR能夠通過(guò)支持情境化學(xué)習(xí)促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解和技能的遷移^[6]。例如，相比傳統(tǒng)教學(xué)，IVR能夠顯著提升小學(xué)生在能源轉(zhuǎn)化和能源傳輸主題中的學(xué)業(yè)表現(xiàn)^[7]；提升中學(xué)生在冰川地形主題中的學(xué)業(yè)表現(xiàn)^[8]。然而，一些研究則發(fā)現(xiàn)，IVR教學(xué)對(duì)提升學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果無(wú)顯著作用。例如，相比觀看他人使用IVR學(xué)習(xí)的錄屏視頻，直接使用IVR學(xué)習(xí)并未有效提升大學(xué)生的藥物管理知識(shí)學(xué)習(xí)^[9]；相比桌面虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，IVR實(shí)驗(yàn)并未顯著提升大學(xué)生在電路基礎(chǔ)知識(shí)方面的學(xué)業(yè)表現(xiàn)^[10]?？梢?jiàn)，IVR在提升學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果方面尚未達(dá)成一致，有必要采用元分析的方法厘清IVR對(duì)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果的影響。

雖然已有的元分析研究探討了IVR對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的總體影響，也識(shí)別了IVR影響學(xué)習(xí)結(jié)果的各種調(diào)節(jié)變量（如學(xué)段、學(xué)科等），但這些研究并未聚焦科學(xué)學(xué)習(xí)，也未對(duì)不同類型的學(xué)習(xí)結(jié)果加以區(qū)分^[11][12][13]。根據(jù)Mayer^[14]的學(xué)習(xí)結(jié)果分類理論，知識(shí)保持和知識(shí)遷移是兩種不同類型的學(xué)習(xí)結(jié)果，前者考察學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)材料的記憶能力，后者則考察學(xué)生在新的環(huán)境中使用學(xué)習(xí)材料的能力。Coban等^[15]在其元分析研究中指出，IVR在促進(jìn)知識(shí)保持類學(xué)習(xí)結(jié)果中的優(yōu)勢(shì)非常明顯，但是對(duì)知識(shí)遷移類學(xué)習(xí)結(jié)果的影響還需要更多的證據(jù)。周榕等^[16]的元分析研究發(fā)現(xiàn)，教學(xué)方法對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果有顯著調(diào)節(jié)效應(yīng)。最近的兩項(xiàng)實(shí)證研究也發(fā)現(xiàn)，IVR結(jié)合特定教學(xué)方法可以顯著提升學(xué)生的知識(shí)保持和知識(shí)遷移成績(jī)^[17][18]。

因此，本研究聚焦科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域，采用元分析方法，探討IVR對(duì)科學(xué)知識(shí)保持和知識(shí)遷移兩類不同學(xué)習(xí)結(jié)果的影響，考察教學(xué)方法對(duì)IVR影響學(xué)習(xí)結(jié)果的調(diào)節(jié)效應(yīng)，以期為IVR賦能科學(xué)教育，促進(jìn)科學(xué)教育的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供相關(guān)啟示。研究旨在回答如下幾個(gè)問(wèn)題：①總體而言，IVR的使用能否顯著提升學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果？②教學(xué)方法的采用是否會(huì)調(diào)節(jié)IVR對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的影響？③哪些變量會(huì)調(diào)節(jié)IVR對(duì)知識(shí)保持類學(xué)習(xí)結(jié)果的影響？④哪些變量會(huì)調(diào)節(jié)IVR對(duì)知識(shí)遷移類學(xué)習(xí)結(jié)果的影響？⑤哪些變量會(huì)調(diào)節(jié)教學(xué)方法對(duì)IVR科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果的影響？

二 研究設(shè)計(jì)

遵循Borenstein等^[19]提出的元分析步驟與方法，本研究通過(guò)文獻(xiàn)篩選和編碼獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再通過(guò)數(shù)據(jù)分析工具CMA?3.3計(jì)算IVR對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果影響的平均效應(yīng)量，并進(jìn)一步分析教學(xué)方法、學(xué)段等調(diào)節(jié)變量對(duì)效應(yīng)量的影響。為校正Cohens d產(chǎn)生的小樣本效應(yīng)量估計(jì)偏差^[20]，本研究采用Hedgesg作為效應(yīng)量指標(biāo)。

1 文獻(xiàn)檢索與篩選

本研究以Web of Science Core Collection、Scopus、EBSCO、IEEE Xplore作為主要的英文文獻(xiàn)樣本來(lái)源，文獻(xiàn)檢索式為（“Immersive virtual reality”?OR?“IVR”?OR?“Head Mounted Display”?OR?“Cave Automatic Virtual Environment”?OR?“Mobile VR”?OR?“Enhanced VR”） AND?（“Course*”?OR?“Education*”?OR?“Instruction*”?OR?“Teaching*”?OR?“Learning*”?OR?“Pedagogy*”?OR?“Training*”） AND?（“Achievement*”?OR?“Performance*”?OR?“Outcome*”），文獻(xiàn)時(shí)間跨度為2011年1月～2022年12月共獲得12年的英文期刊論文2832篇。中文文獻(xiàn)以中國(guó)知網(wǎng)收錄的CSSCI核心期刊為來(lái)源，以“沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)”或“沉浸式虛擬環(huán)境”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，得到2011年1月～2022年12月的中文文獻(xiàn)共計(jì)12篇。

在文獻(xiàn)篩選階段，本研究制定了如下文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)：①研究聚焦IVR在自然科學(xué)中的應(yīng)用，包括物理學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)和醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等應(yīng)用科學(xué)；②采用實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法；③研究的主要自變量為IVR干預(yù)，包含實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，且實(shí)驗(yàn)組使用IVR教學(xué)，對(duì)照組采用非沉浸式媒體或傳統(tǒng)方式教學(xué)；④因變量中包含學(xué)習(xí)結(jié)果變量，即反映學(xué)習(xí)結(jié)果的量化指標(biāo)，如測(cè)試成績(jī)、任務(wù)表現(xiàn)得分等；⑤研究提供計(jì)算效應(yīng)量所需的數(shù)據(jù)，包括實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組樣本量、均值、標(biāo)準(zhǔn)差。本研究基于以上標(biāo)準(zhǔn)人工篩選，剔除不符合條件的文獻(xiàn)后，最終得到44篇文獻(xiàn)作為樣本。文獻(xiàn)篩選流程如圖1所示。

2 變量設(shè)定與編碼

已有元分析研究表明，IVR對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的影響受學(xué)段、測(cè)量方式等調(diào)節(jié)變量的影響^[21][22]。本研究對(duì)知識(shí)保持和知識(shí)遷移這兩種學(xué)習(xí)結(jié)果加以區(qū)分，考察不同調(diào)節(jié)變量對(duì)這兩種學(xué)習(xí)結(jié)果的調(diào)節(jié)效應(yīng)。本研究重點(diǎn)關(guān)注的調(diào)節(jié)變量是教學(xué)方法，同時(shí)引入其他調(diào)節(jié)變量以深入分析教學(xué)方法的具體調(diào)節(jié)效應(yīng)。本研究所選取的調(diào)節(jié)變量包括：①學(xué)段，即實(shí)驗(yàn)對(duì)象所在的年級(jí)，包括小學(xué)、中學(xué)和大學(xué)；②測(cè)量方式，即對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的測(cè)量采用即時(shí)方式還是延時(shí)方式；③知識(shí)類型，即實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)內(nèi)容所屬的知識(shí)種類，分為陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)兩種；④實(shí)驗(yàn)組的教學(xué)方法，即采用IVR開展教學(xué)時(shí)是否結(jié)合特定的教學(xué)方法，包含生成性學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)、預(yù)訓(xùn)練、反饋法四種。基于上述規(guī)則，研究團(tuán)隊(duì)的兩位研究人員對(duì)樣本文獻(xiàn)進(jìn)行獨(dú)立編碼，Kappa系數(shù)值為0.89，部分代表性樣本文獻(xiàn)的編碼結(jié)果如表1所示。納入分析的研究中測(cè)量學(xué)習(xí)結(jié)果的方式各有不同，部分研究分別采用即時(shí)方式和延時(shí)方式測(cè)量學(xué)習(xí)結(jié)果，部分研究分別測(cè)量了不同類型的學(xué)習(xí)結(jié)果，也有部分研究存在多個(gè)對(duì)照組，因此納入分析的44篇研究最終得到88個(gè)獨(dú)立的效應(yīng)量。

3 分析思路與過(guò)程

在對(duì)效應(yīng)量進(jìn)行發(fā)表偏倚和異質(zhì)性檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本研究首先開展總體效應(yīng)檢驗(yàn)以回答研究問(wèn)題①，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)效應(yīng)分析以檢驗(yàn)教學(xué)方法的調(diào)節(jié)效應(yīng)，以回答研究問(wèn)題②；最后進(jìn)行不同類型的學(xué)習(xí)結(jié)果和不同教學(xué)方法的亞組分析，以回答研究問(wèn)題③④⑤。

4?發(fā)表偏倚與異質(zhì)性檢驗(yàn)

（1）發(fā)表偏倚檢驗(yàn)

為了保證元分析結(jié)果的有效性，本研究首先對(duì)效應(yīng)量樣本進(jìn)行發(fā)表偏倚檢驗(yàn)，采用定性的發(fā)表偏倚漏斗圖檢驗(yàn)法和定量的Egger回歸檢驗(yàn)法進(jìn)行發(fā)表偏倚檢驗(yàn)。然后，本研究使用CMA?3.3計(jì)算失安全系數(shù)（fail-safe N）用于估計(jì)未發(fā)表文章中重要效應(yīng)量對(duì)研究結(jié)果的影響。圖2所示為發(fā)表偏倚漏斗檢驗(yàn)的結(jié)果。

由圖2可知，基于樣本文獻(xiàn)效應(yīng)量繪制的漏斗基本呈對(duì)稱分布，說(shuō)明發(fā)表偏倚存在的可能性較小。Egger回歸檢驗(yàn)發(fā)表偏倚結(jié)果顯示，t值為0.139，p值為0.890＞0.05，說(shuō)明本研究所選樣本文獻(xiàn)發(fā)表偏倚不顯著^[31]。最后，本研究的效應(yīng)量樣本數(shù)為K=88，得到的失安全系數(shù)N=2205（遠(yuǎn)大于5K+10=450），說(shuō)明未發(fā)表的研究對(duì)元分析結(jié)果沒(méi)有影響^[32]。上述分析結(jié)果表明，元分析結(jié)果具有可靠性和穩(wěn)健性。

（2）異質(zhì)性檢驗(yàn)

異質(zhì)性檢驗(yàn)是評(píng)估不同研究間效應(yīng)量變異程度的有效方法，常用的統(tǒng)計(jì)量主要有Q和I²，表2為本研究得到的異質(zhì)性檢驗(yàn)結(jié)果。

由表2可知，本研究總效應(yīng)量的Q值為565.555（p＜0.001），說(shuō)明樣本效應(yīng)量之間存在異質(zhì)性。根據(jù)Higgins等^[33]的研究，當(dāng)I²值達(dá)到25%、50%、75%時(shí)，分別代表樣本的異質(zhì)性為低、中、高水平。本研究所得I²值為84.617%，說(shuō)明樣本效應(yīng)量的異質(zhì)性較高，IVR對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的影響可能存在潛在調(diào)節(jié)變量的影響。因此，本研究在總體效應(yīng)檢驗(yàn)后進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)節(jié)效應(yīng)分析。

三 研究結(jié)果

1 總體效應(yīng)檢驗(yàn)

考慮到研究樣本效應(yīng)量異質(zhì)性較高，本研究采用隨機(jī)效應(yīng)模型進(jìn)行分析，得到的總體效應(yīng)量為0.275。根據(jù)Cohen^[34]的研究，當(dāng)效應(yīng)量達(dá)到0.2、0.5、0.8時(shí)分別代表具有較小、中等和較大的影響。本研究得到的總體效應(yīng)量Hedgesg值換算成Cohens d值后在0.2～0.5之間，表明IVR干預(yù)對(duì)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果具有較小的顯著正向影響。

2 調(diào)節(jié)效應(yīng)分析

表3為IVR學(xué)習(xí)結(jié)果的調(diào)節(jié)效應(yīng)檢驗(yàn)結(jié)果。在學(xué)段方面，IVR對(duì)小學(xué)組學(xué)習(xí)結(jié)果有較大程度的正向促進(jìn)作用（g=1.015，p＜0.05）；對(duì)中學(xué)組學(xué)習(xí)結(jié)果有中等程度的正向促進(jìn)作用（g=0.515，p＜0.05）；對(duì)大學(xué)組學(xué)習(xí)結(jié)果有較低程度的正向促進(jìn)作用（g=0.158，p＜0.05）。在測(cè)量方式方面，IVR對(duì)即時(shí)測(cè)量的學(xué)習(xí)結(jié)果有較低程度的正向促進(jìn)作用（g=0.280，p＜0.001）；對(duì)延遲測(cè)量的學(xué)習(xí)結(jié)果的作用不顯著（g=0.250，p＞0.05）。在知識(shí)類型方面，IVR對(duì)陳述性科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)結(jié)果有較低等程度的促進(jìn)作用（g=0.174，p＜0.05）；對(duì)程序性科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)結(jié)果的作用不顯著（g=0.149，p＞0.05）。在教學(xué)方法方面，IVR教學(xué)中搭配使用教學(xué)方法對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果有近中等程度的正向促進(jìn)作用（g=0.447，p＜0.001）；不搭配教學(xué)方法對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的促進(jìn)作用不顯著（g=0.130，p＞0.05）。效應(yīng)量在學(xué)段（Q_B＝8.375，p＜0.05）、教學(xué)方法（Q_B＝5.246，p＜0.05）方面有顯著性差異，說(shuō)明學(xué)段、教學(xué)方法對(duì)IVR影響科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果有顯著調(diào)節(jié)作用。

3 學(xué)習(xí)結(jié)果的亞組分析

（1）知識(shí)保持亞組分析

表4為知識(shí)保持亞組分析結(jié)果。在學(xué)段方面，IVR對(duì)小學(xué)組知識(shí)保持的促進(jìn)作用最大（g=0.913，p＜0.05），其次是中學(xué)組（g=0.633，p＜0.01），最后是大學(xué)組（g=0.213，p＜0.05）。在測(cè)量方式方面，采用即時(shí)測(cè)驗(yàn)的方式對(duì)IVR促進(jìn)知識(shí)保持有近中等程度的影響（g=0.372，p＜0.05），而采用延時(shí)測(cè)驗(yàn)的方式對(duì)IVR促進(jìn)知識(shí)保持無(wú)顯著影響（g=0.135，p＞0.05）。在知識(shí)類型方面，IVR對(duì)促進(jìn)陳述性知識(shí)的保持有近中等程度的正向影響（g=0.396，p＜0.05），而對(duì)程序性知識(shí)的保持無(wú)顯著影響。在教學(xué)方法的使用方面，采用預(yù)訓(xùn)練的方法對(duì)IVR促進(jìn)知識(shí)保持有近中等程度的正向影響（g=0.435，p＜0.05），采用其他教學(xué)方法則對(duì)IVR促進(jìn)知識(shí)保持無(wú)顯著影響。效應(yīng)量在不同學(xué)段（Q_B＝5.705，p＜0.05）和不同教學(xué)方法（Q_B＝7.266，p＜0.05）方面均存在顯著性差異，說(shuō)明學(xué)段和教學(xué)方法會(huì)調(diào)節(jié)IVR對(duì)知識(shí)保持類學(xué)習(xí)結(jié)果的影響。

（2）知識(shí)遷移亞組分析

表5為知識(shí)保持亞組分析結(jié)果。在學(xué)段方面，小學(xué)組的樣本量?jī)H為1，故不作分析。由表5可知，IVR對(duì)中學(xué)組（g=0.030，p＞0.05）和大學(xué)組（g=0.002，p＞0.05）的知識(shí)遷移沒(méi)有顯著影響。在測(cè)量方式方面，采用延時(shí)測(cè)量的方式對(duì)IVR促進(jìn)知識(shí)遷移有近中等程度的影響（g=0.317，p＜0.05），說(shuō)明IVR對(duì)知識(shí)遷移的促進(jìn)作用可能在一段時(shí)間后才能顯現(xiàn)。在知識(shí)類型方面，IVR對(duì)促進(jìn)陳述性知識(shí)和程序性知識(shí)的遷移均沒(méi)有顯著影響。在教學(xué)方法的使用方面，反饋法組的樣本量?jī)H為1，故不作分析。采用預(yù)訓(xùn)練的方法對(duì)IVR促進(jìn)知識(shí)遷移有低等程度的負(fù)向影響（g=-0.293，p＜0.05），采用其他教學(xué)方法對(duì)IVR促進(jìn)知識(shí)遷移則無(wú)顯著影響。效應(yīng)量在不同學(xué)段（Q_B＝8.346，p＜0.05）、測(cè)量方式（Q_B＝3.975，p＜0.05）和不同教學(xué)方法（Q_B＝5.177，p＜0.05）方面均存在顯著差異，說(shuō)明學(xué)段、測(cè)量方式和教學(xué)方法均會(huì)調(diào)節(jié)IVR對(duì)知識(shí)遷移類學(xué)習(xí)結(jié)果的影響。

4 教學(xué)方法的亞組分析

表6為教學(xué)方法的亞組分析結(jié)果。考慮到采用反饋教學(xué)方法的樣本文獻(xiàn)只有4篇，本研究不再進(jìn)行亞組分析，僅對(duì)生成性學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)和預(yù)訓(xùn)練做亞組分析。由表6可知，采用生成性學(xué)習(xí)教學(xué)方法時(shí)，學(xué)段、測(cè)量方式、知識(shí)類型均對(duì)IVR提升科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果無(wú)顯著性影響。采用探究式學(xué)習(xí)教學(xué)方法時(shí)，效應(yīng)量在不同測(cè)量方式（Q_B＝5.093，p＜0.05）方面存在顯著性差異；使用延時(shí)測(cè)量的方式對(duì)IVR提升科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果有近中等程度的正向影響（g=0.367，p＜0.05）。采用預(yù)訓(xùn)練教學(xué)方法時(shí)，效應(yīng)量在不同類型的知識(shí)（Q_B＝13.201，p＜0.05）方面存在顯著性差異；IVR對(duì)陳述性知識(shí)的學(xué)習(xí)結(jié)果有近中等程度的正向影響（g=0.429，p＜0.05），而對(duì)程序性知識(shí)的學(xué)習(xí)結(jié)果有較低程度的負(fù)向影響（g=-0.289，p＜0.05）?？梢?jiàn)，測(cè)量方式會(huì)調(diào)節(jié)探究式學(xué)習(xí)教學(xué)方法對(duì)IVR學(xué)習(xí)結(jié)果的影響，知識(shí)類型會(huì)調(diào)節(jié)預(yù)訓(xùn)練教學(xué)方法對(duì)IVR學(xué)習(xí)結(jié)果的影響。

四 結(jié)論與啟示

1 研究結(jié)論

本研究采用元分析方法，系統(tǒng)分析了IVR對(duì)不同類型科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果的影響，考察了教學(xué)方法的調(diào)節(jié)效應(yīng)，主要包含如下三點(diǎn)結(jié)論：①IVR對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果具有低等程度的正向影響。總體而言，IVR對(duì)學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果具有較小的顯著正向影響（總效應(yīng)量g=0.275），這與已有元分析研究的結(jié)果一致^[35][36][37]。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)學(xué)段對(duì)IVR影響學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果具有重要的調(diào)節(jié)作用，這與Coban等^[38]、Wu等^[39]的元分析研究結(jié)果一致。由學(xué)習(xí)結(jié)果的亞組分析可知，學(xué)段僅調(diào)節(jié)IVR對(duì)知識(shí)保持類學(xué)習(xí)結(jié)果的影響；而關(guān)于IVR對(duì)知識(shí)遷移類學(xué)習(xí)結(jié)果的影響，尚未發(fā)現(xiàn)學(xué)段對(duì)其具有調(diào)節(jié)作用。②測(cè)量方式調(diào)節(jié)IVR對(duì)知識(shí)遷移類學(xué)習(xí)結(jié)果的影響。雖然已有元分析發(fā)現(xiàn)，測(cè)量方式對(duì)IVR影響學(xué)生的總體學(xué)習(xí)結(jié)果不具有調(diào)節(jié)作用^[40][41]，但本研究的學(xué)習(xí)結(jié)果亞組分析發(fā)現(xiàn)，測(cè)量方式對(duì)IVR影響知識(shí)遷移類學(xué)習(xí)結(jié)果具有調(diào)節(jié)作用。其中，采用延時(shí)測(cè)量方式對(duì)IVR促進(jìn)知識(shí)遷移有近中等程度的影響（g=0.317），這說(shuō)明IVR對(duì)知識(shí)遷移的促進(jìn)作用可能在一段時(shí)間后才能顯現(xiàn)。③在考察教學(xué)方法對(duì)IVR學(xué)習(xí)結(jié)果的影響時(shí)，需要區(qū)分不同類型的學(xué)習(xí)結(jié)果，同時(shí)考量不同知識(shí)類型、測(cè)量方式帶來(lái)的差異。根據(jù)學(xué)習(xí)結(jié)果亞組分析，IVR搭配預(yù)訓(xùn)練教學(xué)方法對(duì)科學(xué)知識(shí)保持類結(jié)果有顯著的正向影響，但對(duì)知識(shí)遷移類結(jié)果則有顯著的負(fù)向影響。IVR搭配預(yù)訓(xùn)練教學(xué)方法對(duì)陳述性知識(shí)的學(xué)習(xí)具有顯著的正向促進(jìn)作用，而對(duì)程序性知識(shí)的學(xué)習(xí)有顯著的負(fù)向影響。在IVR搭配探究式學(xué)習(xí)方法時(shí)，使用延時(shí)測(cè)量的方式對(duì)IVR提升科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果有近中等程度的正向影響?？梢?jiàn)，IVR環(huán)境下學(xué)生的科學(xué)知識(shí)保持和遷移效果是教學(xué)方法、知識(shí)類型、測(cè)量方式多種因素綜合作用的結(jié)果，而非簡(jiǎn)單的技術(shù)干預(yù)。

2 研究啟示

上述研究結(jié)果對(duì)IVR賦能科學(xué)教育具有如下啟示：①采用系統(tǒng)性思維指導(dǎo)IVR賦能科學(xué)教育的實(shí)踐路徑。學(xué)段、教學(xué)方法、測(cè)量方式等對(duì)IVR學(xué)習(xí)結(jié)果的調(diào)節(jié)效應(yīng)表明，IVR賦能科學(xué)教育在實(shí)踐操作中需要綜合考量學(xué)習(xí)者特征、教學(xué)方法的采用、對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的評(píng)價(jià)方式等一系列可能影響技術(shù)賦能效果的因素，通過(guò)系統(tǒng)性思維的指導(dǎo)，有望最大程度地發(fā)揮IVR賦能學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的潛能。②深入探究IVR提升科學(xué)學(xué)業(yè)表現(xiàn)的有效教學(xué)方法。當(dāng)前，IVR對(duì)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果的影響好壞參半，這與IVR學(xué)習(xí)中的高認(rèn)知負(fù)荷有很大關(guān)系^[42][43]。已有研究發(fā)現(xiàn)，IVR教學(xué)中搭配使用預(yù)訓(xùn)練、同伴教學(xué)法等教學(xué)方法^[44][45]，能夠降低IVR學(xué)習(xí)中學(xué)生的外在認(rèn)知負(fù)荷，從而有助于提升其科學(xué)學(xué)業(yè)表現(xiàn)。因此，IVR賦能科學(xué)教育要充分利用IVR對(duì)復(fù)雜科學(xué)概念的可視化呈現(xiàn)和第一視角的沉浸式體驗(yàn)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，還要在實(shí)踐中持續(xù)探索IVR與教學(xué)設(shè)計(jì)方法的最佳組合，有效降低IVR引發(fā)的認(rèn)知負(fù)荷問(wèn)題，提升學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)結(jié)果。③采用多元評(píng)估的方式持續(xù)評(píng)估IVR對(duì)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的長(zhǎng)期影響。未來(lái)研究應(yīng)采用多元化的評(píng)估方式，通過(guò)即時(shí)測(cè)驗(yàn)評(píng)估IVR帶來(lái)的短期影響，延時(shí)測(cè)驗(yàn)評(píng)估IVR帶來(lái)的長(zhǎng)期影響；同時(shí)要綜合考察IVR對(duì)認(rèn)知結(jié)果和非認(rèn)知結(jié)果的影響，這對(duì)于科學(xué)教育的人才培養(yǎng)具有深遠(yuǎn)意義。

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Can Immersive Virtual Reality-enabled Science Education Improve Student Learning Outcomes Effectively？

——A?Meta-Analysis Based on 44 Domestic and Foreign Empirical Papers?from 2011-2022

ZHANGMu-Hua????LIUZi-Yi ???LI Yan

（College of Elementary Education， Capital?Normal University， Beijing， China 100048）

Abstract：At present， the application of immersive virtual reality （IVR）?technology in the field of education is on the rise. Although?a large number of?studies have explored?the impact of IVR on students learning outcomes， there is?not focus on the scientific disciplines or differentiated between different types of learning outcomes. In view of this， the meta-analysis method was employed to conduct a quantitative analysis of?44 relevant empirical research literature at home and abroad. The research results showed?that， on the whole， IVR had?a positive impact on students scientific learning results， but the effect size was small?（the total effect size g=0.275）， and the influences of IVR on the learning results of knowledge retention and knowledge transfer were regulated by teaching methods. The learning stages only regulated the impact of IVR on the learning results of knowledge retention， and measurement methods only regulated the impact of IVR on on the learning results of knowledge transfer. The combination of IVR and pre-training teaching approach?had a more significant promoting effect on the learning of declarative scientific knowledge， and using the method of delayed measurement in IVR combined with inquiry-based learning?can better discover the effect of knowledge transfer. Through research， it was expected to provide insights for empowering science education with IVR technology in terms of the teaching approaches?selection and the learning outcomes?measurement.

Keywords：immersive virtual reality; scientific?learning; knowledge retention; knowledge transfer; teaching approach

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*基金項(xiàng)目：本文為國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境中認(rèn)知負(fù)荷的多維評(píng)估和干預(yù)機(jī)制研究”（項(xiàng)目編號(hào)：62107003）的階段性研究成果。

作者簡(jiǎn)介：張慕華，講師，博士，研究方向?yàn)榧夹g(shù)增強(qiáng)的學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)分析等，郵箱為zhangmuhua@cnu.edu.cn。

編輯：小時(shí)