混合現實（MR）技術能提升師范生技能訓練成效嗎？

一、研究背景

隨著數智化時代的到來，混合現實（MiredReality，簡稱MR）技術不斷取得新突破，為使用者提供了全新的視覺體驗和交互方式，使得知識學習正在經歷一場立體的、多場域的、全景式的數智化變遷。以虛實融合、實時與多模態交互及三維注冊等為顯著特征的MR技術，以其獨特優勢在教育領域呈現出極大的應用潛力。該技術增強了教學活動的交互性和情境性，能夠為學習者提供知識建構的不同場景，將過去的“聽覺學習”轉變為“視覺盛宴”，在知識學習和技能訓練上為學習者帶來了更多可能。為提高師范生的相關技能訓練能力，2008年美國高校率先將MR技術應用于教師教育領域，開發出了MR教學TeachlivE實驗室。該實驗室通過創設將虛擬和現實相結合的MR教學環境，讓師范生產生更生動的教學體驗和更強的現場感；同時，它還可以向師范生提供具體的教學方法、教學內容及課堂管理技巧等方面的實訓知識，從而提高師范生的相關技能水平。MR的交互性和沉浸感構建了一個超越時空的高度仿真虛擬課堂場景，能夠為師范生提供真實的感覺體驗，能有效改善師范生的技能訓練形態和方式，為未來的師范生培養提供了新視角。

二、研究綜述

MR支持下的師范生技能訓練受到國內外研究者的廣泛關注，但其賦能師范生技能訓練的應用成效究竟如何？目前，還未達成一致的結論。

一類研究認為，MR能夠提升師范生技能訓練成效。曹彥杰[介紹了美國中佛羅里達大學的MR教學TeachLivE實驗室，該實驗室通常被用來訓練師范生的教學技能、管理技能和移情技能，能夠讓師范生技能訓練成效得到提升。李文昊等[以師范生移情能力的培養為內容開展實驗研究，實驗結果表明融合了MR技術的設備能夠從身、心和智3個方面增強學生積極的情感體驗，培養和發展了師范生的移情準確性。葉新東（YeXindong）等3比較了在MR技術系統和微格教學訓練環境中，師范生管理學生在課堂上的行為的成效。結果表明，MR訓練環境下的師范生對學生行為處理的能力高于微格教學組，即MR訓練環境下的師范生的課堂管理技能較高。

另一類研究則認為MR在提升師范生技能訓練成效上的效果不明顯。如約翰遜·戴維（DavidJohnson）等[利用MR建立沉浸式音樂教學環境，研究發現該環境下的音樂教學對師范生的音樂技能訓練效果沒有產生明顯的改善效果。張晏榕（YenJung-Chuan）等[5]在實驗研究中讓實驗組利用MR輔助材料進行月相概念的學習，對照組使用2D動畫和3D仿真材料進行學習，結果表明。雖然兩組學生的學習動機都得到一定程度的提升，但不同的學習方式對師范生的學習成效并未產生顯著影響。

由此可知，關于MR是否能提升師范生技能訓練成效，學界尚未達成一致結論?；诖?，本研究將采用元分析方法來探討以下問題：

（1）MR應用于師范生技能訓練，是否有利于提升技能訓練成效。

（2）MR應用于師范生技能訓練，哪些變量會影響技能訓練成效。

三、研究設計

（一）研究方法與工具

元分析是一種對現有研究數據進行系統性分析的方法，其目的是對同一主題的一系列研究進行統計結果上的概括，整合多份研究結果以得到更為準確的結論。本研究試圖探析MR對師范生技能訓練成效的影響，基于元分析方法的特性，通過比較不同指標來探求MR對師范生技能訓練的干預是否有效，及哪些因素會影響外生變量的實施效果。本研究擬借助CMA3.3軟件進行數據分析。

（二）研究過程

1.文獻檢索

以中國知網、webofscience、SpringerLink等數據庫作為文獻來源，檢索時間為2008年1月至2024年4月。中文文獻主要以“混合現實”或“MR”，并含“師范生”或“技能訓練”或“學習成效”或“應用效果”或“職前教師教育”為檢索關鍵詞；外文文獻的檢索關鍵詞為“MixedReality（混合現實）”或“MR”，并含“normal students（師范生）”或“skills training（技能訓練）”或“applicationeffect（應用效果）”或“pre-teachertraining”（職前教師教育）。

2.文獻篩選

本研究擬定如下標準用于篩選文獻： ① 在研究成果發表時間上，因文獻顯示2008年MR首次應用于師范生技能訓練，因此將研究發表時間設定為2008年1月至2024年4月； ② 在研究方法上，選擇實驗或準實驗研究，單組實驗需報告前后測，雙組實驗需包括使用MR技術進行技能訓練的實驗組，以及使用其他訓練方式進行學習的對照組； ③ 在研究報告數據上，研究至少應報告樣本量、標準差、平均值等統計信息，確保能夠計算出效應值； ④ 在研究對象上，研究需是針對相關院校的師范生。按照已提出的文獻納入標準，經過文獻篩選，最終納入22篇可供分析的實證研究文獻（英文19篇，中文3篇）。

3.特征值編碼

獲得可供分析的22篇文獻后，需要將文獻的各項特征值進行編碼。本研究的編碼內容如下：實驗周期（1周以內 /1～5 周/5周以上）、學科領域（自然科學／人文社科）、班額大?。ㄐ“囝~/大班額）、技能類型（課堂教學/班級管理/移情體驗）、技術類型（可視化穿戴設備/計算機圖像技術/傳感技術）。為確保編碼的準確性，研究組邀請1名教育學教授和1名研究生對22篇文獻獨立進行編碼，二者的編碼一致性系數Kappa值為0.910，編碼可信度較高。具體編碼情況如表1所示。

四、元分析結果與討論

（一）發表偏倚檢驗

本研究采用定性漏斗圖法以及定量Egger線性回歸法來檢驗樣本文獻的發表偏倚情況。由圖1可以看出，絕大多數效應值分布于漏斗圖的中上方，且較為對稱地分布在主軸兩端，因此可初步證實研究樣本出現或產生發表偏倚的概率較小。另外，Egger線性回歸的檢驗結果為 t=0.846lt;1.96 ， p^-0.201gt;0.05 ，也表明已納入調查的樣本數據基本不存在發表偏倚，得到的結果穩健性較高。

（二）異質性檢驗

本研究采用的異質性檢驗方法為 I² 檢驗和 Q 檢驗。 檢驗可辨別研究是否具有異質性， I² 檢驗則可通過指數量化元分析的異質性程度。 Q 檢驗值顯著，說明樣本數據間存在異質性，需選擇隨機效應模型。有研究者將統計量 I² 的取值范圍設置在 0～100% 區間，其中 I² 為0時表明研究不存在異質性， I² 值越大表明異質性越強。本研究樣本的異質性檢驗結果為： Q 值為98.037 ）， I²=45.082%lt;75% ，表明本研究存在中等異質性，故選用隨機效應模型來評估MR對師范生技能訓練成效的影響。

（三）MR對師范生技能訓練成效的整體效應檢驗

本研究采用雅各布·科恩（JacobCohen）提出的效應值判斷標準：當效應值小于0.2為弱效應，影響強度很小；當效應值處于 0.2～0.5 為中等效應，可認為有中等影響強度；當效應值處于 0.5～0.8 為強效應，可認為有中上等影響強度；當效應值大于0.8時，可認為有很大的影響強度。經過檢驗，MR對師范生技能訓練成效綜合影響效應值為0.316（ 95% 置信區間為0.242～0.349 ，介于 0.2～0.5 ，屬于中等效應值，可以認為整體上MR對師范生技能訓練成效有著中等強度的積極影響效果。

（四）MR對師范生技能訓練成效的調節效應檢驗

本研究依次以實驗周期、學科領域、班額大小、技能類型及技術類型作為調節變量進行了調節效應亞組分析，具體分析結果如下。

1.不同實驗周期對MR技能訓練成效的差異分析

實驗周期為1周以內、 1～5 周和5周以上的不同實驗周期的效應值均介于 0.1～0.5 ，說明MR對不同實驗周期內的師范生技能訓練成效都產生了正向積極影響。其中，MR在實驗周期為1周以內的效應值最高 （SMD=0.427 ），表明實驗周期在1周以內時，MR賦能師范生技能訓練成效最為明顯。而實驗周期在 1～5 周，甚至5周以上時，效應值明顯逐漸變小，反映出隨著實驗周期延長，MR對師范生技能訓練的促進作用逐漸減弱。異質性統計組間效應值 Q（b）=5.107 （p=0.048lt;0.05 ，也表明不同實驗周期下的MR對于師范生技能訓練成效的影響具有顯著差異。

2.不同學科領域對MR技能訓練成效的差異分析

為系統分析不同學科領域對師范生技能訓練的影響效果，本研究將涵蓋的課程整體劃分為自然科學和人文社科兩大門類，統計結果得到自然科學對應的學科效應值為 SMD=0.401 ，人文社科對應的學科效應值為 SMD=0.194 ，學科領域間的效應值差距較大，自然科學領域的效應值遠高于人文社科領域，表明MR對于自然科學專業方向的師范生技能訓練成效更為顯著。除此之外，異質性統計組間效應值Q（b）=4.095 0 p=0.043lt;0.05 ，表明效應值在學科領域上存在顯著差異，即MR對不同學科領域的技能訓練效果不同。

3.不同班額大小對MR技能訓練成效的差異分析

以班額大小為調節變量，得到小班額對應的效應值 SMD=0.192 ，大班額對應的效應值為 SMD=0.341 異質性統計組間效應值為 Q（b）=1.172 ？ p=0.279gt;0.05） ，說明效應值在班額大小變量上不存在顯著差異，表明MR對不同班額大小的師范生技能訓練成效都具有促進作用。同時，比較效應值發現，在大班額下實施的MR技能訓練比小班額的提升成效更為顯著，即MR對于大型班額的師范生技能訓練的促進效果更佳。

4.不同技能類型對MR技能訓練成效的差異分析

本研究將師范生技能訓練的效應值劃分為班級管理、課堂教學和移情體驗3種技能類型。從統計結果可知，不同類型的技能的效應值均為正值，說明在MR支持下，師范生不同類型的技能均通過訓練得到一定程度的提升。異質性統計組間效應值Q（b）=1.268 【 （p=0.531gt;0.05 ，表明不同技能的訓練成效未達到統計顯著水平，也表明MR對不同技能訓練成效的影響不存在顯著差異。不同類型的技能的效應作用強度從大到小依次為：移情體驗技能（SMD=0.453 ） gt; 班級管理技能 （SMD=0.345）gt; 課堂教學技能（ SMD=0.245 ）。其中，移情體驗技能效應值最大，且效應值大于0.4，表明MR對該項技能的訓練成效提升最為顯著。

5.不同技術類型對MR技能訓練成效的差異分析

根據MR的內涵，本研究將其技術類型概括為三類：可視化穿戴設備、計算機圖像技術和傳感技術。以此為調節變量，從其調節效應檢驗結果得知：“可視化穿戴設備”對應的效應值為 SMD=0.236 ，“計算機圖像技術”對應的效應值為 SMD=0.276 ，“傳感技術”對應的效應值為 SMD=0.339 。3種不同的技術類型對應的效應值均在 0.2～0.5 之間，表明基于不同技術類型的MR技能訓練成效都能得到中等程度的提升，其中，傳感技術類型下的訓練成效提升最為顯著。異質性統計組間效應值為 Q（b）=0.457 0 ?^'p⁼0.796gt;0.05 ，表明不同技術類型對師范生的技能訓練成效不存在顯著差異。

五、研究結論與啟示

（一）研究結論

本研究通過對22篇中外文獻進行元分析，探究混合現實（MR）技術對師范生技能訓練成效的影響，并對實驗周期、學科領域、班額大小、技能類型及技術類型等一系列可能影響研究結果的調節變量進行了深入探究，具體結論如下。

1.MR對師范生技能訓練成效具有積極影響

MR賦能師范生技能訓練的有效性體現在以下幾個方面：首先，MR以其極高的仿真能力、高度的沉浸性和交互性，可以再現復雜的課堂物理環境和社會環境，使技能的訓練環境更加真實。其次，MR通過虛擬環境改善師范生教學過程的技能和認知，并且以其具備的及時評估及反饋技術幫助師范生建立教學信心，可以有效減緩師范生在教學實踐上的焦慮情緒。最后，MR作為一種移情誘導介質，為師范生提供了發展移情能力所需要的沉浸感，其所具備的更高臨場感強化了師范生包括情感和認知在內的移情反應?；诖耍琈R可為師范生技能訓練活動的有效開展注入新的活力。

2.不同變量對師范生技能訓練成效的調節效應

從實驗周期來看，實驗周期為1周以內時，MR賦能師范生技能訓練的促進作用最為顯著，但隨著實驗周期的延長，MR對師范生技能訓練的正向影響作用在逐漸減弱。造成這一結果的原因可能在于，在短暫的實驗周期內，師范生對新技術融入課堂能保持較高的新奇感，未出現技術倦怠感，生理疲勞程度也較輕，其學習動機此時處于最佳水平[7，利于其技能訓練成效的提升。但是，隨著實驗周期的延長，師范生雖對MR的熟練程度逐漸提升，但他們的學習熱情和新鮮感可能會逐漸降低，加之長期搭載頭戴顯示器或者全息設備上課，產生了身體的疲憊和心理的厭倦，從而導致學習無法達到預期效果。

從學科領域來看，各變量均呈現出中低等程度的積極促進作用，但自然科學專業的學生技能訓練成效最佳。產生這種現象的可能原因在于，MR更易于將自然學科中微觀的、抽象的概念可視化、形象化[8，使模糊對象實例化，從而使技能訓練更具情境性與具象性，更易于被師范生理解；而人文社科類課程更具開放性和思想性，MR應用于該類課堂的技能訓練較難產生具體成效。

從班額大小來看，大班額的師范生技能訓練成效最為顯著。造成這種結果的原因主要與大班教學的特點相關。在傳統的大班教學課堂中，在限定的時段里，教師往往無法兼顧每個師范生的技能訓練情況，師范生往往只是在教師的指導下“被動”練習，而MR設備的及時反饋平臺和學習成效分析技術，能夠幫助教師突破這一教學難題，實時監控師范生的技能訓練進度和成效，解決了大班教學所面臨的討論難、反饋難等突出問題。這也就解釋了MR在大班額下實施的測驗效果更為顯著的原因。

從技能類型來看，MR對師范生的課堂教學技能、班級管理技能和移情體驗技能的訓練都具有正向影響效果，其中對移情體驗技能的訓練成效影響最為顯著。

MR的沉浸感特性和移情情境性允許師范生以生動的方式體驗他者的感受和經歷，讓師范生在自我和他者之間建立深刻聯系，產生移情，從而喚起師范生對不同課堂行為的有效反應。具有較強移情體驗技能的教師更容易和學生進行對話，為學生提供人文關懷，學生也更愿意接納和信任具有該類特征的教師。

從技術類型來看，傳感技術類型的MR輔助師范生技能訓練效果最為顯著，可視化穿戴設備和計算機圖像技術次之。當前，大部分可視化穿戴設備體積大，視線范圍窄，分辨率與刷新率較低，長時間使用會產生眩暈、眼疲勞、惡心等不良反應。傳感技術類型相較于其他兩種技術類型，不僅將虛擬世界和現實世界無縫融為一體，而且將人類的感官延伸到虛擬世界，幫助學習者快速進入學習狀態，因此效果最為顯著。

（二）研究啟示

元分析結果肯定了MR對于師范生技能訓練成效的積極作用，同時提升了師范生對課堂場景的真實體驗感及對新技術的接納度?；谝陨涎芯拷Y果，本研究對未來MR在師范生技能訓練中的科學運用提出幾點建議，以期優化MR訓練師范生技能的過程，提升技能訓練成效。

1.推進MR在師范生技能訓練中的應用

當前國內部分高校開始嘗試將MR與師范生技能訓練相結合，如華中師范大學教師教育實驗中心有效應用混合現實、多媒體、人機交互等技術持續開展虛擬仿真實驗中心的實踐，建立師范生多元化、多途徑和多維度的技能訓練機制。為了推進MR在師范生技能訓練中的應用，首先，院校應設計多場景的全息技術賦能的MR學習空間。在師范生技能訓練中，考慮班級規模對師范生的學習影響和各種學科相關元素，利用全息學習空間提供的個性化學習反饋系統，針對不同技能進行活動設計、任務設計以及關鍵事件設計[9]，幫助師范生提升專業技能并有效運用MR技術應對復雜教學場景的能力。其次，院校應積極開發定制化課程或相關資源。為了滿足師范生在不同領域的技能訓練需求，院校應開發師范生技能訓練的混合現實教材或課程，積累適合混合現實環境下使用的教學資源，包括虛擬模型、模擬交互等。最后，院校應對師范生開展技術應用培訓。通過提供充分的技術培訓和支持，包括MR硬軟件的基礎知識、不同技術類型的結合使用、應用案例以及創造性的使用方法，確保師范生熟悉并能夠靈活運用新技術，提升教育技術應用能力和人工智能素養。

2.挖掘MR在人文社科專業的應用潛力

本研究發現，MR在物理、數學、科學等邏輯思維較強的自然科學學科上已產生較好的運用效果，但在極具抽象性的人文歷史、語言文學、社會經濟等人文社科類專業中，由于其進行混合現實技能訓練的成本高、受時空限制、過程不可逆、現實還原困難等因素，導致學生參與度低、實驗效果一般[]。因此，未來還需充分挖掘MR在人文社科專業上的應用潛力，根據師范生專業學科的不同，將MR與學科內容進行精準匹配。例如，在歷史專業類師范生技能訓練中，通過創建虛擬場景，讓其親身體驗古代戰爭、歷史事件等，強化師范生對相關歷史事件或概念的建構；在地理專業類師范生技能訓練上，可以讓師范生通過MR進行地球運動和山脈、沙漠等景觀的虛擬游覽，加深對地理知識的理解和記憶。總之，在人文社科類專業的師范生技能訓練中，教師可以通過借助相關的文本和技術，將生成式人工智能與師范生技能訓練課堂深度融合，構建實驗場景，讓師范生置身其中，通過情境化的深度體驗達到“借景生情，融情于景，情景交融”的教學效果。這樣不僅能夠解決人文社科教師技能訓練難的困境，而且能夠拓寬師范生技能訓練的實踐領域，借助生成式人工智能思維鏈的強大功能，打造有深度的、智能的、高效的人文社科專業師范生技能訓練課堂環境。

3.構建混合現實場景的移情訓練場所

移情體驗技能是教師專業發展不可分割的一部分，目前，我國的院校并沒有將移情體驗技能的培養納入教師教育能力培養體系，所以未來應關注混合現實場景中對師范生移情體驗技能的訓練，并以具身學習理論和心流理論為理論基礎來構建混合現實場景的移情訓練場所。首先，具身學習理論強調知、情、意的統一，認為學習是身體與環境互動的整體活動，身體的活動方式直接影響學習的結果?；诖耍谶M行技能訓練時，可以通過采用沉浸性較強的設備，增強身體體驗的互動性，促進多種感官交互，從而喚起師范生的具身直覺經驗，以混合現實教學提供的臨場感強化其包括移情在內的認知反應和情感。其次，心流理論認為，當一項活動在個人的能力范圍之內，并能夠激發個人最佳和愉快的體驗（心流體驗），使其達到全身心投入、忘我的狀態時，學習成效最佳?；诖?，應利用MR探索多維場景呈現和立體空間構思，構建全沉浸式的混合現實實驗場景，為師范生提供“第一視角”的技能訓練機會，讓師范生完全沉浸在虛擬世界中，并產生“身臨其境”的真實感和臨場感，使其獲得最佳的心流體驗。

4.MR賦能的持續性和穩定性仍需增強

本研究發現，MR對師范生技能訓練的賦能成效仍需從持續性和穩定性方面進行加強。MR下的學習狀態使師范生擁有了豐富的技能訓練手段，但同時也削弱了師范生對該技能內化的過程性訓練，表象內容碎片化使師范生掌握的技能呈彌散狀態，缺乏因果聯系的認知與主客沖突的內化過程[]。因此，首先，應以真實體驗為引領，整合碎片化知識，重構師范生技能訓練的內容體系。教育者應按照從個別到一般的歸納過程，還原技能產生、發展的情景，通過真實體驗一經驗歸納一技術延展等步驟引導師范生，以符合學習者的認知水平和心智發展為基礎，有序整合碎片化知識。從這種“真實體驗”的學習中，師范生能夠體會相應技能訓練活動的組織要點以及不同風格學習者的干預方法，體驗更真實的課堂場景。其次，應豐富MR融入師范生技能訓練的方式。在保證一系列虛擬呈現情景具有邏輯關系的前提下，應豐富MR融入師范生技能訓練的方式，將MR以多樣化、多形態的方式融入技能訓練方案，全方位調動學習者的多感官交互，提升其學習主動性。最后，為防止師范生長期使用頭戴或穿戴設備導致的認知負荷過載或身體不適等現象，應限定師范生使用相關設備的時間，確保在短周期內促進知識的持續性吸收，并延長新技術發揮促進作用的時效。5

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（責任編輯 孫興麗）

Can Mixed Reality Improve the Effectiveness of Skills Training for Normal Students？

AMeta-AnalysisBasedon22Empirical Studies

ZhangShu，WanQian （Collgeofducatioalieces，icanralUversityngduicana6066）

Abstract：Toapplymixed reality（MR） technology to the skilltrainingfor normal studentshas becomea trend.Althoughalarge numberofcurrentstudies have explored theefectsofMRontheeffectivenessof normal students’skilstraining，thefindingsareinconsistent.Theresultsof themeta-analysisbasedon22empirical studies showthat，overall，MRhasamoderatefacilitating effectonnormal students’skilltraining.Moderating effectanalyses areconductedusing experimental period，subject area，samplesize，skilltype，and technologytype as moderating variables，and itis revealed that：skills training withMR technologyfor normal students ismost effective within1 week;MR is most productive in training normal students inthe natural science disciplines;MR is most fruitfulinclassizesof50ormore; intermsofdifferent typesofskillsand types oftechnologyMRhas the besteffect onthe trainingof empathicexperience skills for normal students，andsensor-based technology has the most obvious promoting effect on MR skills training of normal students.

Keywords：MRtechnology;Normal students’skill training;Meta-analysis