虛擬現實技術在教育領域研究的Citespace可視化分析

陳麗楓

摘??要：該研究利用Citespace軟件對2013—2022年CNKI中的257篇虛擬現實技術在教育技術領域的核心期刊文獻進行可視化分析。研究表明：在政策、信息技術時代發展下，虛擬現實技術在教育領域的研究整體上呈現平穩上升的趨勢；研究熱點是增強現實、虛擬實驗、教學、元分析等；研究方向是虛擬現實的應用類別、技術以及教育理論、應用的有效性研究；演進趨勢朝著虛擬仿真、元分析的方向前進，未來將會打破當下所謂的“虛擬”與“現實”的壁壘，實現教育元宇宙。

關鍵詞：虛擬現實技術??教育??Citespace??可視化分析??元分析

中圖分類號：G434????????????文獻標識碼：A

Citespace?Visualization?Analysis?of?Virtual?Reality?Technology?in?the?Research?in?the?Field?of?Education

CHEN?Lifeng

（Fujian?Open?University，?Fuzhou，?Fujian?Province，?350000?China）

Abstract：?This?study?uses?Citespace?software?to?visually?analyze?257?core?journal?literature?on?virtual?reality?technology?in?the?field?of?educational?technology?on?Cnki?from?2013?to?2022.?The?study?shows?that?the?research?of?virtual?reality?technology?in?the?field?of?education?shows?a?steady?upward?trend?on?the?whole?under?the?development?of?policies?and?the?information?technology?era，?research?hotspots?are?augmented?reality，?virtual?experiments，?teaching，?meta-analysis，?etc，?the?research?direction?is?the?effectiveness?research?of?the?application?category，?technology，?and???education?theory?and?application?of?virtual?reality，?and?that?the?evolution?trend?is?moving?towards?the?direction?of?virtual?simulation?and?meta-analysis?and?will?break?the?barriers?between?the?so-called?"virtual"?and?"real"?in?the?future?to?realize?the?educational?metaverse.

Key?Words：Virtual?reality?technology；Education；Citespace；Visualization?analysis?；Meta-analysis

虛擬現實（Virtual?Reality，VR）的概念早在20世紀60年代就已萌芽，但正式概念是由美國VPL?Reserach公司創始人Jaron?Lanier在1989提出的。現如今，作為當代“三大前景最好的計算機技術[1]”之一，虛擬現實定義目前尚無統一的標準。總體來說，國內學者認為虛擬現實技術是指采用以計算機技術為核心的現代高科技手段，生成一種的虛擬環境，用戶借助一些特殊的輸入/輸出設備，與虛擬世界中的物體進行自然交互，從而通過視覺、聽覺和觸覺等獲得與真實世界相同的感受[2]。

目前，國內虛擬現實的發展已經從理論傳說邁向現實產品，應用于教育在內的各個領域，也引起社會高度關注。2013年，教育部根據《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》決定開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設，旨在全面提高高校學校創新精神和實踐能力，推動高等學校實驗教學改革和創新[3]。2018?年，教育部等五部門印發《教師教育振興行動計劃（2018—2022年）》，明確提出“互聯網+教師教育”，充分利用虛擬現實、人工智能等新技術，推進教師教育信息化教學平臺建設和應用，推動以自主、合作、探究為主要特征的教學方式變革[4]。2019?年教育部實施“雙萬計劃”認證了首批國家1?500門左右虛擬仿真實驗教學一流課程[5]。科技的發展與政策的推動下，國內虛擬現實技術在教育領域的相關研究逐漸增多。在此基礎上，該研究借助Citespace軟件的科學知識圖譜，梳理我國近10年內虛擬現實技術在教育領域的研究內容，聚焦于該研究領域的熱點和未來發展趨勢，為國內虛擬現實在教育領域的研究水平提供學術價值。

1??研究設計

1.1?數據來源

該研究是以CNKI（中國國家知識基礎設施，即中國知網）為數據來源，先以主題詞“虛擬現實技術”為進行檢索，再于高級搜索中將“虛擬現實技術+教育”相關主題詞設定為：教育or課程or學習or教學or學生or教師，并含“虛擬現實技術”做進一步檢索，限定文獻發表時間為2013—2022年（檢索日期為2022年7月25日），來源類別為SCI期刊、北大核心、CSSCI、CSCD的中文核心期刊，剔除會議、報紙、圖書等無關數據，最終檢索到“虛擬現實技術”相關數據1?126條，“虛擬現實技術+教育”相關文獻257條。故此，該研究以這257條核心期刊論文作為樣本進行可視化分析。

1.2?研究方法

該研究先對論文樣本的年發文量進行分析，再用Citespace軟件分析虛擬現實技術在教育領域的研究情況，包含關鍵詞節點分析和聚類分析，探究虛擬現實技術在教育領域的研究熱點和前沿發展。Citespace軟件是陳超美博士開發的一款眼著于分析科學分析中蘊含的潛在知識，是在科學計量學、數據可視化背景下逐漸發展起來的一款引文可視化分析軟件，對學科的演化路徑和知識前沿進行分析與預測[6]。

該研究具體的研究過程為：先將257條“虛擬現實技術+教育”論文樣本導入Citespace軟件中的轉換器進行預處理，建立項目，再使用用軟件進行關鍵詞分析和聚類分析。Citespace軟件中，時間參數設置為2013年1月至2022年7月，時間切片設置為1年，節點類型設置為“Key?Word”，閾值設置為topN%=50%，在此設置基礎上運行生成相關的科學知識圖譜：關鍵詞共現知識圖譜、關鍵詞時間區域圖譜以及聚類分析。

2??可視化分析

2.1年發文量分析

發文量的變化趨勢一定程度上體現了該研究領域的規模大小以及社會的關注度情況。2013—2022年期間，“虛擬現實技術”與“虛擬現實技術+教育”相關論文的年發文量如圖1所示。根據圖1顯示，“虛擬現實技術+教育”相關論文的年發文數明顯少于“虛擬現實技術”的發文數，僅是虛擬現實技術應用領域范圍的一部分。同時，“虛擬現實技術”和“虛擬現實技術+教育”相關論文的發文數均相對平穩增長，且均在2017年、2020年激增。根據調查，2016年兩會發布了第十三個五年規劃綱要指出要大力推行虛擬現實與互動影視等新興前言領域創新和產業化；2019年5G技術的出現，也為虛擬現實的發展提供關鍵支撐。如此，在時代技術革新下，2017年、2020年虛擬現實技術均引起一波浪潮，成為社會矚目的關注點。綜上所述，虛擬現實技術與政策、時代發展同步，在其支持下虛擬現實技術研究已加大關注，在教育領域的研究也不斷深入。

2.1?研究文獻熱點、演進及趨勢

2.1.1?關鍵詞共現分析

關鍵詞是一篇論文的核心概括，其中高頻關鍵詞常被用來確定一個領域的研究熱點。該文利用關鍵詞作為參考指標，通過Citespace軟件，得到“虛擬現實技術+教育”的高頻關鍵詞共現知識圖譜（圖2）。關鍵詞共現知識圖譜中，圓形節點大小表示關鍵詞頻次，頻次越大，圓形越大，由此可見，“虛擬現實”是作為最核心的關鍵詞，頻數最大，除此之外，增強現實、虛擬實驗、教學、元分析等詞也是該文共現圖譜中重要的關鍵詞。為進一步詳細了解虛擬現實技術在教育領域研究的熱點，該研究從中選取頻數遠遠大于4個的關鍵詞為高頻關鍵詞，共16個，如表1所示。

通過分析表1和圖2的高頻關鍵詞，可以總結出我國虛擬現實技術在教育領域研究的重點有3個方面：第一，虛擬現實技術為教育提供的技術支持，如增強現實、現實技術、虛擬仿真、虛擬現實、人機交互、3ds?Max?、3D打印等關鍵詞，這些虛擬現實教育教學設備、平臺、技術、環境等都促進學生對課程知識的理解；第二，虛擬現實技術教育教學的典型應用主要體現在醫學教育、學科教學或圖書館中，主要有教學、醫學教育、教學應用、圖書館等關鍵詞，說明虛擬現實技術為學科教學、醫學教育、圖書館方面都帶來了新的突破，促進教育改革；第三，虛擬現實技術在學科教育教學中提供新的教學模式、提升學習效果等。主要涉及實驗教學、教學模式、學習效果等關鍵詞，說明虛擬現實技術為打破傳統教育模式提供了更好的解決方案，為學生提供生動、逼真的學習環境，更滿足學生的虛擬體驗，提升教學質量。

2.1.2?關鍵詞聚類分析

對關鍵詞進行共現分析的基礎上，對關鍵詞網絡進行聚類分析，為該研究整合和歸納研究方向。該文采用K聚類分析方式對關鍵詞進行聚類，得到“虛擬現實技術+教育”關鍵詞聚類分析圖譜，并選取了聚類中排名前9個的聚類標簽，得到關鍵詞聚類分析圖（圖3）。通過分析聚類間的關系，可以進一步歸納虛擬現實在教育領域三大研究方向。

（1）關于虛擬現實的應用類別的研究。主要涉及的聚類標簽有?“#人體模型”“#護理教育”“#教育”。#人體模型涉及的關鍵詞有組織工程、三維重建、醫學教育等；#護理教育涉及的關鍵詞有護理、護理教育、教學實踐等；#教育涉及的關鍵詞有實驗教學、教學模式、教學方法等。眾所周知，虛擬現實技術因獨特的低成本、沉浸性、交互性、想象性等技術特性，廣泛應用于娛樂、航空航天、機械制造、醫學、服裝等各個領域。在醫學、護理教育中，傳統的醫學教學方法，不可避免得存在理論知識抽象、實踐與臨床脫節等問題，而虛擬現實能夠模擬真實場景，提供理想的學習材料和環境，有效彌補當前醫學教學中的不足，突破時間和空間上的限制，提供更好的臨床診療條件和手段，有力地推動醫學的發展[7]。學科教育教學中，虛擬現實技術極大克服傳統教學時間和空間的限制，全方位、多角度地展示教學內容，突破時空界限，節省成本，規避風險，其應用形式有虛擬實驗室、虛擬課堂教學、虛擬仿真校園等。

（2）關于虛擬現實的技術的研究。主要涉及的聚類標簽有#虛擬現實、#增強現實、#虛擬仿真、#交互技術。#交互技術涉及到主要的關鍵詞是現實技術。虛擬現實中無論是虛擬現實技術、增強現實技術，其本質在于它的模仿和仿真。通過現有的信息技術手段達到對現實世界中客觀實物的模擬和再現，令使用者產生“身臨其境”的感覺。技術的發展推動各個領域的變革，推動世界的發展。

（3）關于虛擬現實技術在教育理論、應用的有效性研究。主要涉及的聚類標簽有#元分析、#具身認知。元分析是一種定量分析手段，運用一些測量和統計分析技術，總結和評價已有的研究。一些專家學者利用元分析方法量化分析虛擬現實技術對教學效果是否具有顯著性的影響。具身認知涉及的關鍵詞有具身認知、深度學習等。具身認知是將身體、環境（物理、人文、社會等）和心智三者在認知過程中形成有機的統一體。專家學者認為具身認知理論和虛擬實驗的融合能提高沉浸感，提升學習效果，進而推動教育教學的發展進程[8]。

2.1.3?研究脈絡及趨勢分析

研究脈絡不僅能體現該領域的研究趨勢，也能快速識別領域內的前沿發展。對一個領域發展趨勢的研究可以通過突現詞和關鍵詞時區圖得到該領域的研究趨勢。

該文利用Citespace中的“Brustness”設置，調整閾值參數，得到我國虛擬現實技術在教育領域的4個突現關鍵詞，如圖4所示。通過圖4可以看出，2013—2022年的主要突現詞有虛擬實驗、具身認知、元分析、增強現實，且4個突現關鍵詞的突現強度均遠遠大于1.5，為研究發展前沿關鍵詞：（1）虛擬實驗是2013年就有的突現關鍵詞，說明虛擬實驗很早就引起了專家學者的關注；（2）2016—2017年的突現詞為具身認知，且強度為1.52，具身認知理論的具身轉變以及虛擬現實技術的感官支持，均為虛擬現實與具身教學的融合提供了更多教學發展的可能性；（3）2019—2020年的突現詞為“增強現實”，突變強度為1.59，表明增強現實對教育的影響也不斷在加深；（4）2019—2022年的突變關鍵詞是“元分析”，且突變強度為1.81，說明虛擬現實技術在教育領域的元分析研究一直是今天研究的熱點，也是目前國內研究的發展趨勢。

另外，通過Citespace中的Layout中選擇Timezone?View，得到虛擬現實技術在教育領域的關鍵詞時序圖，如圖5所示。從圖5中可以發現，學者就已經圍繞虛擬現實技術在教育領域的研究，包括增強現實在教育中的應用。隨著信息技術的發展和國家政策的導向，虛擬現實技術在教育領域的應用更范圍，衍生到醫學教育、服裝行業等。虛擬現實也朝著“虛擬仿真”“元分析”等方向前進，在教育領域不斷發展，旨在滿足學生個性化體驗和提升學習效果。

3??研究結論

該研究以CNKI為數據來源，主題為虛擬現實技術在教育領域的核心文獻為研究樣本，以Citespace作為數據分析工具。通過上述的可視化分析，得出以下的結論。

（1）目前，在政策、時代技術的發展下，虛擬現實技術的關注在不斷加深，其在教育領域相關的理論和實驗研究也正在蓬勃開展中。

（2）虛擬現實技術在教育領域的重要關鍵詞是增強現實、虛擬實驗、教學、元分析等；同時，虛擬現實在技術支持下，典型應用于醫學教育、學科教學和圖書館中，致力于為學科教育提供新的教學模式、提高學習效果。

（3）虛擬現實技術在教育領域的聚類分析表明其研究的3個方向：關于虛擬現實的應用類別的研究；關于虛擬現實的技術的研究；關于虛擬現實技術在教育理論、應用的有效性研究。

（4）虛擬現實技術＋教育的研究趨勢是朝著“虛擬仿真”“元分析”等研究方向前進，不斷滿足學生個性化體驗和提升學習效果。

在時代發展和政策的倡導下，虛擬現實技術正飛速發展，在教育領域充分發揮其優勢：可以直觀向學生展示發電機的復雜結構、工作原理以及工作時各零件的運行狀態；在虛擬空間建立人體模型，觀察人體結構，模擬解剖過程，甚至建立虛擬手術臺，模擬手術練習。

2021年，元宇宙震撼教育界研究領域。作為元宇宙核心技術之一的虛擬現實技術，終將打破“虛擬”與“現實”的壁壘，實現“抽象”與“具實”的特征，消除“線上”與“線下”的沖突，形成下一代移動互聯網形態的新宇宙。這也為虛擬現實技術在教育領域的發展帶來極大的機遇，強有力推動我國教育事業的發展，今后應加大對虛擬現實技術的開發，研究剖析現階段存在的問題，讓技術更支持教育教學實踐，增強虛擬課堂模式的現實性和未來擴展性，從而提高教學效果。

參考文獻[1]?王健美，張旭，王勇，等.美國虛擬現實技術發展現狀、政策及對我國的啟示[J].科技管理研究，2010，30（14）：37-40，56.

[2]?苗志宏.虛擬現實技術基礎與應用[M].北京：清華大學出版社，2014.05

[3]?教育部高等教育司.關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知[EB/OL].

（2013-08-13）[2022-08-16].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201308/

t20130821_156121.html.

[4]?教育部，國家發展改革委，財政部，人力資源社會保障部，中央編辦.教育部等五部門

關于印發《教師教育振興行動計劃（2018—2022年）》的通知[EB/OL].（2018-03-28）

[2022-08-16].http：//www.gov.cn/xinwen/2018-03/28/content_5278034.htm.

• 趙婀娜.教育部實施“雙萬計劃”[EB/OL].（2019-11-04）[2022-08-16].http：//www.

gov.cn/xinwen/2019-11/04/content_5448286.htm.