國外虛擬現實（VR）教育研究存在的問題與啟示

高嵩 趙福政等

摘要：作為一項誕生、發展及成熟于國外的科學技術，國外在虛擬現實（Virtual Reality）技術研究領域起步較早，同時研究成果也具有領先優勢。目前，虛擬現實技術已成為國內深化教育革新的一個重要發展方向，尤其是在虛擬現實教育領域，存在眾多亟待解決的問題。該文通過對國外VR教育研究核心主題的剖析，發現其所面臨的關鍵問題：缺失研究脈絡梳理、學科化研究薄弱、研究價值取向失衡，據此提出三大解決途徑：建構VR教育研究脈絡模型；創新了VR教育的學科化研究運行機制；規約vR教育研究主體的批評取向。最終提煉出優化我國VR教育研究的發展策略。

關鍵詞：虛擬現實；VR；教育研究

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

目前VR理論與技術已日臻完善，尤其在以美國為首的歐美國家。從1960年Ivan Sutherland（被稱為圖形學之父）教授提出“The Ultimate Display”概念，到1986年第一篇虛擬現實系統方面的論文“The Virtual Environment Display System”，再到1994年第一本虛擬現實技術著作“Virtual RealityTechnology”。作為一種持續發展的技術，VR在教育領域的嘗試也從沒中斷過，然而理論研究對實踐指導卻不盡人意，尤其是國內VR教育研究，學術研究話語影響力持續走低。為此，本文采用“研究之研究”的研究方法，針對國外VR教育研究的核心主題、呈現問題，探究優化策略，并為國內VR教育研究提供可供借鑒的發展策略。

一、國外VI I教育研究的核心主題

本文以“VR”“FAucation”“Teach”“Learning”或“Virtual Reality”“Education”“Teach”“Learning”為檢索關鍵字，從Web of Science數據庫檢索出近10年來75篇高質量英文論文，作為研究材料。首先提煉出五個核心研究主題：VR教育本體化研究、VR教育的教師與學生研究、VR教育的教學模式和方法研究、VR教育的學習環境研究、VR教育技術與課程融合研究。

（一）VR教育的本體化研究

目前，VR教育研究滯后于技術與產業的變革速度，有的問題尚未厘清就被新出現的問題所覆蓋，最具代表性的就是VR教育本體化研究的混亂狀態。VR教育研究的核心主題之一是VR教育本體與外延的研究，主要包括VR教育的理論完整性和有效性兩個層面。第一，VR教育的理論完整性。有“圖形學之父”之稱的Ivan Sutherland教授基于計算機圖形算法，提出“The Ultimate Display”概念。作為一種技術，VR的工具屬性自然成為第一要義。隨著產業實踐的推動，VR教育應用范圍不斷擴大，尤其是1994年第一本虛擬現實技術著作，Burdea等的Virtual Reality Technology問世，VR教育屬性得到廣泛認同后，探索VR教育理論完整性的努力一直綿延至今。Kartiko等發表的論文“Learning Science in a Virtual Reality Application：The Impacts of Animated-Virtual ActorVirtual Complexity”，文章指出“VR教育的虛擬現實技術在情感感知（Affeetive Quality）與感知學習（Perception of Learning）之間存在正向關系（Positive Correlations）”。文中反駁了多媒體學習的認知理論（CTML）“復雜的視覺材料可能阻礙新手學習者的學習感知”的觀點。最終，通過實證研究對VR教育的“反向關系”特性進行重新檢驗，并補充VR教育特性。第二，VR教育的有效性。在游戲領域大放異彩的VR技術，是否能將游戲的親和力平移到教育一直存在爭議，其中以“虛擬現實教育游戲軟件是否可行性”問題的討論最為激烈。Virvou、Maria、Katsionis、George學者在“In the Usability and Likeability of Virtual Reality Games for Education：The Case of VR-ENGAGE”一文中，提出VR游戲領域的成功是否能夠復制到VR教育領域？游戲屬性是否可以重新擴展VR教育本體特性？VR游戲教育資源的可用性與親和力關系是什么？在眾多參與討論的學者中，Bailenson一方面認同了VR教育的有效性，另一方面，又進一步深化了討論話題，提出“沉浸式虛擬學習中三個元素”議題，細化了VR教育的有效性的研究對象，重新審視了VR教育中虛擬教師（Digital Transformations of Teachers）、學生（Students）及社會背景（Social Context）間的關系，提出了“不同類型的非語言動作和社會行為以及學習環境的物理性狀配置，成為沉浸式虛擬學習中的核心”。

（二）VR教育的教師與學生研究

以傳播學視角看，在VR教育的信息交互場中，受VR技術影響，作為傳統教育信息交互場中主要參與者的教師與學生，正在遭受著多方質疑。作為數據時代的教育參與者——教師與學生，其合法性和有效性存在諸多爭議：一方面，學界對VR教育研究抱有極大熱情的背后，是對VR虛擬現實特性無限可能的預判；另一方面，VR對教育變革的影響，已經突破了簡單技術輔助層面，形成從創新教學方法到教師角色定位的研究重點。教師創新教學方法層面，VR創新教師概念及其教學方法主要集中在“教與學的概念”（Concepts of Teaching and Learning）、“教學模式和方法”（Pedagogical Models and Methods）以及“學習環境”（Learning Environment）。教師方面，Liu、Hsin-Hun、Yang學者通過對《阿凡達》虛擬現實技術與受眾的分析，提出“VR教育中教師（Teaeher）要具有角色表演戲劇能力的新議題”。學生方面，Huang、Hsiu-Mei學者通過研究虛擬現實的三個特征間的關系，并借助案例和問卷調查方式，指出“虛擬環境中學習者（Learner）具有明顯的學習意愿（A Positive Impact on Perceived Usefulness），感知有用性更積極（Perceived Ease of Use）”。

（三）VR教育的教學模式和方法研究

該領域研究主要是利用VR技術特性和教育原理，探尋新技術環境下的新教學模式和方法。在眾多VR教育應用案例中，出現了許多教學模式和方法，如Varlet、Manuel；Filippeschi、Alessandro等學者提出基于人際關系的協作學習模式（Coordination Model）；Dodd、Bucky.J、Antonenko等學者的桌面虛擬現實在線學習管理系統；Rupasinghe、Thashika.D等學者的虛擬現實培訓綜合課程。目前，教學模式和方法研究呈現學科化應用趨勢，各學科與VR技術融合研究也在不斷嘗試，收集數據，探索VR教育的教學模式與方法的局限性和未來研究方向。

（四）VR教育的學習環境研究

VR技術對教育最明顯的變革之處，就是虛擬現實學習環境的加入。虛擬現實技術引入教育，絕不是教育內容和工具的簡單相加，VR的教育價值已經不是一件頭盔和一副眼鏡能夠所涵蓋的，VR已經變成了一種學習與思考方式。這部分研究則重點探索VR教育學習環境的變化對教學參與者、教學過程及教學方法的影響。第一，VR虛擬學習是否具有“等價的現實世界”功效，雖然VR技術借助仿真、虛擬技術營造出仿真世界，但無窮漸進真實的虛擬環境畢竟不等于現實。Lloyd、Joanne等則通過試點研究的方法對“等價的現實世界”和“虛擬現實”的學習途徑，從而顯示出良好的真實和虛擬環境之間的等價性。第二，虛擬學習是否對學生產生影響力，都有哪些方面受到影響。如，Alhalabi Wadee還對虛擬現實學習環境對學生影響力進行研究，通過在實驗中控制組設計模型方法，認為“VR教育學習環境可以提升學生的創造力和影響力”。第三，沒有一門不存在缺點的技術，同時VR教育的學習環境必定也會有其獨特的支持與約束因素。例如，Bower等學者分析了虛擬現實學習環境中學習者受到的支持與約束因素，通過參與者評估的定性分析，揭示了技術和后勤支持是學習的限制性因素，并總結了作者自身的虛擬現實的教訓。

（五）VR教育技術與課程融合研究

目前這一領域獲得較大的討論，技術與課程融合研究的案例幾乎涵蓋大部分科學學科，尤其以醫學、汽車工程、工程學學科為主。該領域的研究主要呈現幾個特點：第一，研究方法采用定量分析；第二，研究思路則以“技術呈現課程內容”為主，技術支持借助VR成熟設備；第三，研究重點偏向實踐性、操作性較強的課程內容。技術與課程融合研究主要集中在教學實踐環節，如Ros.M研究的“創新手術學習課程”，利用立體記錄到虛擬現實耳機技術；Jang、Susan等研究的3D解剖課程，借助虛擬操作平臺、觸覺輸入設備及動物模型，配合交互性的解剖結構參照系，建設直接操行性的3D解剖課程；Alho Barata研究的電力變壓器操作課程；Rupasinhe Thashika d飛機維修技術的培訓課程；Papathomas、Pelagia自閉癥譜系障礙兒童課程；De Mello Monteiro唐氏綜合癥短期運動學習課程；De la Torre-Luque（2017）殘疾患者視覺空間訓練課程；Kim、Pyoung Won治療師操作電動機課程；Trautrims、Alexander物流全球虛擬團隊教學工具；Butavicius、Marcus A腹腔鏡模擬操作和心理測試；Mirelman、Anat等帕金森虛擬現實步態訓練課程等。

二、國外VR教育研究面臨的關鍵性問題

（一）缺乏系統研究，研究聚合力不足

VR技術并非是一個新話題，關于它的研究與實踐已是一門“顯學”。相對VR技術發展的清晰脈絡而言，VR教育的發展歷史、演進脈絡及未來趨勢，卻沒有得到細致的研究，主要表現：一方面，在研究方法多元化背景下，定性研究呈現勢衰態勢；另一方面，綜述性的歷史研究稀缺。

第一，大數據時代下，數據統計與分析成為科研人員倚重的分析工具和手段，這極大推動VR教育研究的發展。但VR教育的研究對象組成復雜，有些研究內容不能單純地使用定量的研究手法，如VR教育屬性、VR移動學習框架、VR虛擬協作學習策略、VR虛擬學習系統等。2008年至2017年，有關VR教育主題的SSCI文獻研究，主要采用定量研究，VR教育研究文獻按研究方法情況分布如下表所示。共54篇文章，占共總文獻數量72%，數據主要來源實驗統計、問卷調查及VR設備使用情況；定性研究所占比較較少，共7篇（9.33%）。而從2012年起混合研究方法逐漸獲得關注，2008年至2011年混合研究0篇，2012年（2篇）、2013年（2篇）、2015年（3篇）、2016年（4篇）、2017年（3篇）。總體而言，定性研究勢衰態勢。

第二，綜述性的研究稀缺。目前，VR教育研究的學術成果數量龐大，尤其是近10年來，在VR行業資本的強勢推動下，VR教育相關的學術研究成逐年上升狀態。通過Web of Science數據庫檢索發現，國外對VR教育的綜述性研究較少，共有3篇SSCI文獻關注這一主題。分別是Tassos A.Mikropoulos、Antonis Natsis的“Education Virtual Environments：A Ten-year Review of Empirical Research（1999-2009）”；Jorge Martin-Gutierrez等“Virtual Technology Trends in Education”；John Allison“History Educators and the Challenge of Tmmersive Pasts：a Critical Review of Virtual Reality‘Toolsand History Pedagogy”。當下，VR教育研究呈現噴涌狀態，但因缺乏系統性的綜述研究，其研究脈絡不清，研究成果呈“碎片化”分布，彼此間關聯較少，導致VR教育研究影響力并沒有強大的聚合力。故此，VR技術與教育的結合，一直處于VR技術引導教育被動應對的現狀，并沒有形成技術迎合教育發展需求的良性態勢，而教育領域成為VR技術產業應用的試驗田。

（二）缺乏學科化研究，研究深度不足

首先，缺乏學科化研究。VR教育研究處于一個結構復雜且動態變化的研究狀態，盡管對VR教育本體化研究一直都在進行，但想要用一套系統和理論來涵蓋所有學科，顯然是不科學的。現階段研究缺乏對各個學科關于VR教育理論框架的界定，也就是VR教育研究的學科化研究。2008年至2017年的VR教育研究中，有不少各學科關于VR技術與課程融合的研究，但這部分研究停留在學科課程的零碎嘗試，并沒有進行學科化的VR教育理論、應用系統化研究。目前國外一些學者已經開始展開這一領域的相關研究，例如John Allison“History Educators and the Challenge of Immersive Pasts：a Critical Review of Virtual Reality‘Toolsand History Pedagogy”，John Allison認為“研究則從歷史學科的微觀視角，批評地梳理了VR教育在歷史學科中的應用得失”。

（三）缺乏價值重構，研究生態失調

教育是一個極其復雜的信息傳播體系，VR教育良好的研究生態應是以教育活動為基礎，以各種具體的課程以及相關的教育現象、教育思潮、教育參與者等為對象的研究活動。技術先導的價值理念，讓VR教育研究陷入技術追逐的時代狂歡中，其中，VR教育研究最為典型的就是“技術工具”論，本文通過Web of Science數據庫檢索發現，技術與課程融合研究的討論幾乎涵蓋大部分科學學科，尤其以醫學、汽車工程、工程學學科為主，但基本上采用“VR技術+傳統教學資源”的方式，VR更多地被視為一種知識呈現載體。目前，VR教育研究中，研究重點更多集中在課程資源制作，而課程資源研究則以條件性課程資源為主。因此，在數量和研究重視程度上，受“技術工具”價值觀念影響，VR教育研究生態結構失調。例如，同屬課程資源研究范疇中，相對研究數量眾多的條件性課程資源，素材性課程資源主題研究的文章只有2篇，如Liou、Hsin-Hun等學者的“虛擬現實《阿凡達》戲劇角色表演素材”，Kou-Liang等學者的“虛擬蝴蝶生態環境素材”。

三、國外VR教育深化研究的突破途徑

（一）鉤沉與定位：建構VR教育研究脈絡模型

面對VR技術飛速發展現狀與海量研究成果，只有借助史學研究思路對學術史料鉤沉后，才能歸納出VR教育發展的來龍去脈，進而提煉出VR教育深化研究的突破途徑。第一，定位研究范疇。分析近10年VR教育研究文獻后，本文將VR教育理論體系歸納為方法論、理論研究、應用與外延研究三類。方法論主要包括研究目的、假設、視角、范式、方法；理論研究則涉及概念、元素、結構、特征、意義；應用與外延包括在元素中應用研究、在過程中應用研究、結果與測評研究及其他研究。第二，鉤沉研究線索，梳理研究脈絡。明確研究范疇后，研究脈絡的梳理顯得尤為關鍵。一般而言，綜述性的研究都會以時間發展為時間線索，借助生態學研究范疇，將其總結為問題緣起、萌芽、興起、發展、成熟階段。此外，本文認為梳理研究脈絡的關鍵內容包括主題內容、時間演進、典型事件、重要文獻、重要學者五個方面。結合VR教育的研究范疇，本文繪制了VR教育研究脈絡的可視化模型圖，如圖1所示，為解決當前VR教育研究缺乏體系化綜述研究的困境，為進一步深化研究提供借鑒。

（二）細化與整合：創新VR教育的學科化研究運行機制

VR教育研究的學科化研究，并非是要將VR教育研究變成一門學科，而是借助學科的內在建構路徑與研究運行機制，對VR教育復雜的研究成果進行細化與整合，形成具有系統化的學術研究脈絡。借助學科的內在建構路徑“問題研究形態—研究領域形態—基本研究范疇形態—學科形態”，本文設計了VR教育的學科化研究運行機制示意圖，如圖2所示。首先，VR教育出現的諸多問題被搜集起來，細化整合成VR教育研究的領域，同時依據研究主題的不同，最終提煉出VR教育基本研究范圍。據此，經過理論建構最終整合為系統化的知識圖譜。反過來，這些系統化的知識體系會反作用于學科化運行機制中的各個步驟，起到規約范式，辨識研究對象以及圈定研究范圍三個功能，形成良性的互動系統。

（三）重構與協調：VR教育研究主體的研究取向

目前，在VR教育研究領域，持“唯技術工具論”或認為“VR即載體”的研究主體占據大多數。一方面，這種局面是由研究主體的學術背景決定的，大部分教育技術研究者都是來自理工科，專業以物理和計算機為主；另一方面，VR教育研究的緣起，并非是教育需求引領VR技術發展，事實上陳舊的教育機制與模式，導致教育變革舉步維艱，教育困境不斷惡化，故此，VR技術才被奉為一劑補救教育困局的良藥，受此影響，教育呈現向技術祈求的姿態實屬無奈。

VR教育研究的研究取向要以人性解放為主。首先，重構VR教育中技術屬性，借助技術哲家米切姆研究成果，可以將VR教育中的VR技術屬性歸結為：一種對象的技術，如VR眼鏡與頭盔等；一種過程的技術，如VR虛擬與仿真體驗等；一種知識的技術，如VR虛擬場景與圖形合成；一種意志的技術，如仿真與虛擬學習思維等。所以，VR教育研究要充分認識這四種技術屬性，不能將研究取向單純地集中在其中一點。其次，明確研究取向的核心價值標準，尋找科學技術與教育的結合點。縱觀教育界的幾次轉變，從素質教育到創新教育，再到主體性教育，教育與學生的角色也隨之變化，經歷“教”中心到“學”的轉變。從哲學角度看，這些轉變遵循了人性的解放，是VR科學技術與教育的結合點，也是工具理性與價值理性的和解，更是VR教育研究取向的核心價值標準。

四、對我國VR教育的啟示

現階段我國VR教育仍處于初級階段：其一，我國VR技術自主研發能力弱，VR先進技術長期被國外壟斷，基礎硬件和核心技術依賴進口；其二，受產業發展牽引，VR教育更側重于技術環境、基礎設施及產品應用研發。為此，未來我國VR教育研究，要規避國外VR教育所呈現的問題，本文歸納了以下三個方面。

第一，國家政策層面。采用政府引導、企業參與的VR教育發展模式。以美國為例，VR教育產業發展已經納入國家規劃發展的層面，如由政府主導、企業贊助、行業學會主持的教育與課程評估標準，2010年美國頒布并實施“Common Core Standards of the State”（CCSS），其中對VR應用于教育領域提供了具體評估標準。未來，我國要采用政府引導、企業參與的VR教育發展模式，制定詳細的vR教育評估標準，引導VR產業與教育良性發展。首先，根據學科核心概念、科學與工程實踐及跨領域內涵三個關鍵維度，覆蓋從幼兒教育到義務教育，再到高等教育的新一代科學教育標準，從宏觀政策調控角度，充分利用政策和法律手段，對VR教育產業給予支持，同時也可以利用校企及其他機構的研究技術優勢，與市場經濟效益相結合，加快VR教育產業的發展。

第二，VR教育產業方面。首先，采用系統的學科化研究機制，探尋VR教育產業中的最根本的原命題，為未來VR教育產業發展找準發展“泉眼”。辨識研究對象，甄別出影響VR發展的核心問題，拓展“泉脈”。最后圈定研究范圍，克服VR教育產業發展的節點性難題。經過“問題收集”到“提煉主題”再到“建構理論”，VR教育產業研究才能形成具有指導實踐的影響力。其次，借助“系統的學科化研究機制”思路，本文將VR教育產業三個關鍵元素：硬件的開發、教育軟件及系統的開發、教育課程資源的開發，與學科化研究機制相結合。一方面提出硬件的學科定制化研發思路，打破教育內容迎合技術硬件的現狀。如美國zSpace公司為全美有超過100多個學區定制生產的STEAM（Science科學、Technology技術、Engineering工程、Art藝術、Mathematics數學）課程，以學校需求為主的同時，也將學科化發展作為重中之重。另一方面，相對硬件的定制化思路，VR教育軟件建設應以開放性為主。首當其沖的是軟件系統和課程資源方面，面對VR教育巨大的需求缺口，只有共享性、開放性的聯盟機制，才能吸引眾多開發者借助開放性的基礎技術，提供源源不斷的共享資源。

第三，VR教育科研價值觀方面。堅持“以史為鑒”的科研態度，倡導人本主義研究價值觀。首先，“以史為鑒”的科研態度，是為了克服科研中出現的技術創新乏力問題。VR教育技術的探索，是建立對過往技術的總結，并在科學的發展趨勢推斷下持續革新。借助VR教育發展脈絡的可視化模型，繪制我國VR教育發展的演變脈絡，尋找研究的緣起、發展及重要發展節點，更重要的是可以預判未來的發展趨勢。其次，堅持人性解放的研究取向。目前，與我國先進VR教育技術一同被引進的，還有各種對VR教育研究的研究價值取向。只有堅持人性解放的研究取向，才能充分消解各種研究方法、價值判斷間相互矛盾的負面影響。