高嵩 赵福政等

摘要：作为一项诞生、发展及成熟于国外的科学技术，国外在虚拟现实（Virtual Reality）技术研究领域起步较早，同时研究成果也具有领先优势。目前，虚拟现实技术已成为国内深化教育革新的一个重要发展方向，尤其是在虚拟现实教育领域，存在众多亟待解决的问题。该文通过对国外VR教育研究核心主题的剖析，发现其所面临的关键问题：缺失研究脉络梳理、学科化研究薄弱、研究价值取向失衡，据此提出三大解决途径：建构VR教育研究脉络模型；创新了VR教育的学科化研究运行机制；规约vR教育研究主体的批评取向。最终提炼出优化我国VR教育研究的发展策略。

关键词：虚拟现实；VR；教育研究

中图分类号：G434 文献标识码：A

目前VR理论与技术已日臻完善，尤其在以美国为首的欧美国家。从1960年Ivan Sutherland（被称为图形学之父）教授提出“The Ultimate Display”概念，到1986年第一篇虚拟现实系统方面的论文“The Virtual Environment Display System”，再到1994年第一本虚拟现实技术著作“Virtual RealityTechnology”。作为一种持续发展的技术，VR在教育领域的尝试也从没中断过，然而理论研究对实践指导却不尽人意，尤其是国内VR教育研究，学术研究话语影响力持续走低。为此，本文采用“研究之研究”的研究方法，针对国外VR教育研究的核心主题、呈现问题，探究优化策略，并为国内VR教育研究提供可供借鉴的发展策略。

一、国外VI I教育研究的核心主题

本文以“VR”“FAucation”“Teach”“Learning”或“Virtual Reality”“Education”“Teach”“Learning”为检索关键字，从Web of Science数据库检索出近10年来75篇高质量英文论文，作为研究材料。首先提炼出五个核心研究主题：VR教育本体化研究、VR教育的教师与学生研究、VR教育的教学模式和方法研究、VR教育的学习环境研究、VR教育技术与课程融合研究。

（一）VR教育的本体化研究

目前，VR教育研究滞后于技术与产业的变革速度，有的问题尚未厘清就被新出现的问题所覆盖，最具代表性的就是VR教育本体化研究的混乱状态。VR教育研究的核心主题之一是VR教育本体与外延的研究，主要包括VR教育的理论完整性和有效性两个层面。第一，VR教育的理论完整性。有“图形学之父”之称的Ivan Sutherland教授基于计算机图形算法，提出“The Ultimate Display”概念。作为一种技术，VR的工具属性自然成为第一要义。随着产业实践的推动，VR教育应用范围不断扩大，尤其是1994年第一本虚拟现实技术著作，Burdea等的Virtual Reality Technology问世，VR教育属性得到广泛认同后，探索VR教育理论完整性的努力一直绵延至今。Kartiko等发表的论文“Learning Science in a Virtual Reality Application：The Impacts of Animated-Virtual ActorVirtual Complexity”，文章指出“VR教育的虚拟现实技术在情感感知（Affeetive Quality）与感知学习（Perception of Learning）之间存在正向关系（Positive Correlations）”。文中反驳了多媒体学习的认知理论（CTML）“复杂的视觉材料可能阻碍新手学习者的学习感知”的观点。最终，通过实证研究对VR教育的“反向关系”特性进行重新检验，并补充VR教育特性。第二，VR教育的有效性。在游戏领域大放异彩的VR技术，是否能将游戏的亲和力平移到教育一直存在争议，其中以“虚拟现实教育游戏软件是否可行性”问题的讨论最为激烈。Virvou、Maria、Katsionis、George学者在“In the Usability and Likeability of Virtual Reality Games for Education：The Case of VR-ENGAGE”一文中，提出VR游戏领域的成功是否能够复制到VR教育领域？游戏属性是否可以重新扩展VR教育本体特性？VR游戏教育资源的可用性与亲和力关系是什么？在众多参与讨论的学者中，Bailenson一方面认同了VR教育的有效性，另一方面，又进一步深化了讨论话题，提出“沉浸式虚拟学习中三个元素”议题，细化了VR教育的有效性的研究对象，重新审视了VR教育中虚拟教师（Digital Transformations of Teachers）、学生（Students）及社会背景（Social Context）间的关系，提出了“不同类型的非语言动作和社会行为以及学习环境的物理性状配置，成为沉浸式虚拟学习中的核心”。

（二）VR教育的教师与学生研究

以传播学视角看，在VR教育的信息交互场中，受VR技术影响，作为传统教育信息交互场中主要参与者的教师与学生，正在遭受着多方质疑。作为数据时代的教育参与者——教师与学生，其合法性和有效性存在诸多争议：一方面，學界对VR教育研究抱有极大热情的背后，是对VR虚拟现实特性无限可能的预判；另一方面，VR对教育变革的影响，已经突破了简单技术辅助层面，形成从创新教学方法到教师角色定位的研究重点。教师创新教学方法层面，VR创新教师概念及其教学方法主要集中在“教与学的概念”（Concepts of Teaching and Learning）、“教学模式和方法”（Pedagogical Models and Methods）以及“学习环境”（Learning Environment）。教师方面，Liu、Hsin-Hun、Yang学者通过对《阿凡达》虚拟现实技术与受众的分析，提出“VR教育中教师（Teaeher）要具有角色表演戏剧能力的新议题”。学生方面，Huang、Hsiu-Mei学者通过研究虚拟现实的三个特征间的关系，并借助案例和问卷调查方式，指出“虚拟环境中学习者（Learner）具有明显的学习意愿（A Positive Impact on Perceived Usefulness），感知有用性更积极（Perceived Ease of Use）”。

（三）VR教育的教学模式和方法研究

该领域研究主要是利用VR技术特性和教育原理，探尋新技术环境下的新教学模式和方法。在众多VR教育应用案例中，出现了许多教学模式和方法，如Varlet、Manuel；Filippeschi、Alessandro等学者提出基于人际关系的协作学习模式（Coordination Model）；Dodd、Bucky.J、Antonenko等学者的桌面虚拟现实在线学习管理系统；Rupasinghe、Thashika.D等学者的虚拟现实培训综合课程。目前，教学模式和方法研究呈现学科化应用趋势，各学科与VR技术融合研究也在不断尝试，收集数据，探索VR教育的教学模式与方法的局限性和未来研究方向。

（四）VR教育的学习环境研究

VR技术对教育最明显的变革之处，就是虚拟现实学习环境的加入。虚拟现实技术引入教育，绝不是教育内容和工具的简单相加，VR的教育价值已经不是一件头盔和一副眼镜能够所涵盖的，VR已经变成了一种学习与思考方式。这部分研究则重点探索VR教育学习环境的变化对教学参与者、教学过程及教学方法的影响。第一，VR虚拟学习是否具有“等价的现实世界”功效，虽然VR技术借助仿真、虚拟技术营造出仿真世界，但无穷渐进真实的虚拟环境毕竟不等于现实。Lloyd、Joanne等则通过试点研究的方法对“等价的现实世界”和“虚拟现实”的学习途径，从而显示出良好的真实和虚拟环境之间的等价性。第二，虚拟学习是否对学生产生影响力，都有哪些方面受到影响。如，Alhalabi Wadee还对虚拟现实学习环境对学生影响力进行研究，通过在实验中控制组设计模型方法，认为“VR教育学习环境可以提升学生的创造力和影响力”。第三，没有一门不存在缺点的技术，同时VR教育的学习环境必定也会有其独特的支持与约束因素。例如，Bower等学者分析了虚拟现实学习环境中学习者受到的支持与约束因素，通过参与者评估的定性分析，揭示了技术和后勤支持是学习的限制性因素，并总结了作者自身的虚拟现实的教训。

（五）VR教育技术与课程融合研究

目前这一领域获得较大的讨论，技术与课程融合研究的案例几乎涵盖大部分科学学科，尤其以医学、汽车工程、工程学学科为主。该领域的研究主要呈现几个特点：第一，研究方法采用定量分析；第二，研究思路则以“技术呈现课程内容”为主，技术支持借助VR成熟设备；第三，研究重点偏向实践性、操作性较强的课程内容。技术与课程融合研究主要集中在教学实践环节，如Ros.M研究的“创新手术学习课程”，利用立体记录到虚拟现实耳机技术；Jang、Susan等研究的3D解剖课程，借助虚拟操作平台、触觉输入设备及动物模型，配合交互性的解剖结构参照系，建设直接操行性的3D解剖课程；Alho Barata研究的电力变压器操作课程；Rupasinhe Thashika d飞机维修技术的培训课程；Papathomas、Pelagia自闭症谱系障碍儿童课程；De Mello Monteiro唐氏综合症短期运动学习课程；De la Torre-Luque（2017）残疾患者视觉空间训练课程；Kim、Pyoung Won治疗师操作电动机课程；Trautrims、Alexander物流全球虚拟团队教学工具；Butavicius、Marcus A腹腔镜模拟操作和心理测试；Mirelman、Anat等帕金森虚拟现实步态训练课程等。

二、国外VR教育研究面临的关键性问题

（一）缺乏系统研究，研究聚合力不足

VR技术并非是一个新话题，关于它的研究与实践已是一门“显学”。相对VR技术发展的清晰脉络而言，VR教育的发展历史、演进脉络及未来趋势，却没有得到细致的研究，主要表现：一方面，在研究方法多元化背景下，定性研究呈现势衰态势；另一方面，综述性的历史研究稀缺。

第一，大数据时代下，数据统计与分析成为科研人员倚重的分析工具和手段，这极大推动VR教育研究的发展。但VR教育的研究对象组成复杂，有些研究内容不能单纯地使用定量的研究手法，如VR教育属性、VR移动学习框架、VR虚拟协作学习策略、VR虚拟学习系统等。2008年至2017年，有关VR教育主题的SSCI文献研究，主要采用定量研究，VR教育研究文献按研究方法情况分布如下表所示。共54篇文章，占共总文献数量72%，数据主要来源实验统计、问卷调查及VR设备使用情况；定性研究所占比较较少，共7篇（9.33%）。而从2012年起混合研究方法逐渐获得关注，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）。总体而言，定性研究势衰态势。

第二，综述性的研究稀缺。目前，VR教育研究的学术成果数量庞大，尤其是近10年来，在VR行业资本的强势推动下，VR教育相关的学术研究成逐年上升状态。通过Web of Science数据库检索发现，国外对VR教育的综述性研究较少，共有3篇SSCI文献关注这一主题。分别是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”。当下，VR教育研究呈现喷涌状态，但因缺乏系统性的综述研究，其研究脉络不清，研究成果呈“碎片化”分布，彼此间关联较少，导致VR教育研究影响力并没有强大的聚合力。故此，VR技术与教育的结合，一直处于VR技术引导教育被动应对的现状，并没有形成技术迎合教育发展需求的良性态势，而教育领域成为VR技术产业应用的试验田。

（二）缺乏学科化研究，研究深度不足

首先，缺乏学科化研究。VR教育研究处于一个结构复杂且动态变化的研究状态，尽管对VR教育本体化研究一直都在进行，但想要用一套系统和理论来涵盖所有学科，显然是不科学的。现阶段研究缺乏对各个学科关于VR教育理论框架的界定，也就是VR教育研究的学科化研究。2008年至2017年的VR教育研究中，有不少各学科关于VR技术与课程融合的研究，但这部分研究停留在学科课程的零碎尝试，并没有进行学科化的VR教育理论、应用系统化研究。目前国外一些学者已经开始展开这一领域的相关研究，例如John Allison“History Educators and the Challenge of Immersive Pasts：a Critical Review of Virtual Reality‘Toolsand History Pedagogy”，John Allison认为“研究则从历史学科的微观视角，批评地梳理了VR教育在历史学科中的应用得失”。

（三）缺乏价值重构，研究生态失调

教育是一个极其复杂的信息传播体系，VR教育良好的研究生态应是以教育活动为基础，以各种具体的课程以及相关的教育现象、教育思潮、教育參与者等为对象的研究活动。技术先导的价值理念，让VR教育研究陷入技术追逐的时代狂欢中，其中，VR教育研究最为典型的就是“技术工具”论，本文通过Web of Science数据库检索发现，技术与课程融合研究的讨论几乎涵盖大部分科学学科，尤其以医学、汽车工程、工程学学科为主，但基本上采用“VR技术+传统教学资源”的方式，VR更多地被视为一种知识呈现载体。目前，VR教育研究中，研究重点更多集中在课程资源制作，而课程资源研究则以条件性课程资源为主。因此，在数量和研究重视程度上，受“技术工具”价值观念影响，VR教育研究生态结构失调。例如，同属课程资源研究范畴中，相对研究数量众多的条件性课程资源，素材性课程资源主题研究的文章只有2篇，如Liou、Hsin-Hun等学者的“虚拟现实《阿凡达》戏剧角色表演素材”，Kou-Liang等学者的“虚拟蝴蝶生态环境素材”。

三、国外VR教育深化研究的突破途径

（一）钩沉与定位：建构VR教育研究脉络模型

面对VR技术飞速发展现状与海量研究成果，只有借助史学研究思路对学术史料钩沉后，才能归纳出VR教育发展的来龙去脉，进而提炼出VR教育深化研究的突破途径。第一，定位研究范畴。分析近10年VR教育研究文献后，本文将VR教育理论体系归纳为方法论、理论研究、应用与外延研究三类。方法论主要包括研究目的、假设、视角、范式、方法；理论研究则涉及概念、元素、结构、特征、意义；应用与外延包括在元素中应用研究、在过程中应用研究、结果与测评研究及其他研究。第二，钩沉研究线索，梳理研究脉络。明确研究范畴后，研究脉络的梳理显得尤为关键。一般而言，综述性的研究都会以时间发展为时间线索，借助生态学研究范畴，将其总结为问题缘起、萌芽、兴起、发展、成熟阶段。此外，本文认为梳理研究脉络的关键内容包括主题内容、时间演进、典型事件、重要文献、重要学者五个方面。结合VR教育的研究范畴，本文绘制了VR教育研究脉络的可视化模型图，如图1所示，为解决当前VR教育研究缺乏体系化综述研究的困境，为进一步深化研究提供借鉴。

（二）细化与整合：创新VR教育的学科化研究运行机制

VR教育研究的学科化研究，并非是要将VR教育研究变成一门学科，而是借助学科的内在建构路径与研究运行机制，对VR教育复杂的研究成果进行细化与整合，形成具有系统化的学术研究脉络。借助学科的内在建构路径“问题研究形态—研究领域形态—基本研究范畴形态—学科形态”，本文设计了VR教育的学科化研究运行机制示意图，如图2所示。首先，VR教育出现的诸多问题被搜集起来，细化整合成VR教育研究的领域，同时依据研究主题的不同，最终提炼出VR教育基本研究范围。据此，经过理论建构最终整合为系统化的知识图谱。反过来，这些系统化的知识体系会反作用于学科化运行机制中的各个步骤，起到规约范式，辨识研究对象以及圈定研究范围三个功能，形成良性的互动系统。

（三）重构与协调：VR教育研究主体的研究取向

目前，在VR教育研究领域，持“唯技术工具论”或认为“VR即载体”的研究主体占据大多数。一方面，这种局面是由研究主体的学术背景决定的，大部分教育技术研究者都是来自理工科，专业以物理和计算机为主；另一方面，VR教育研究的缘起，并非是教育需求引领VR技术发展，事实上陈旧的教育机制与模式，导致教育变革举步维艰，教育困境不断恶化，故此，VR技术才被奉为一剂补救教育困局的良药，受此影响，教育呈现向技术祈求的姿态实属无奈。

VR教育研究的研究取向要以人性解放为主。首先，重构VR教育中技术属性，借助技术哲家米切姆研究成果，可以将VR教育中的VR技术属性归结为：一种对象的技术，如VR眼镜与头盔等；一种过程的技术，如VR虚拟与仿真体验等；一种知识的技术，如VR虚拟场景与图形合成；一种意志的技术，如仿真与虚拟学习思维等。所以，VR教育研究要充分认识这四种技术属性，不能将研究取向单纯地集中在其中一点。其次，明确研究取向的核心价值标准，寻找科学技术与教育的结合点。纵观教育界的几次转变，从素质教育到创新教育，再到主体性教育，教育与学生的角色也随之变化，经历“教”中心到“学”的转变。从哲学角度看，这些转变遵循了人性的解放，是VR科学技术与教育的结合点，也是工具理性与价值理性的和解，更是VR教育研究取向的核心价值标准。

四、对我国VR教育的启示

现阶段我国VR教育仍处于初级阶段：其一，我国VR技术自主研发能力弱，VR先进技术长期被国外垄断，基础硬件和核心技术依赖进口；其二，受产业发展牵引，VR教育更侧重于技术环境、基础设施及产品应用研发。为此，未来我国VR教育研究，要规避国外VR教育所呈现的问题，本文归纳了以下三个方面。

第一，国家政策层面。采用政府引导、企业参与的VR教育发展模式。以美国为例，VR教育产业发展已经纳入国家规划发展的层面，如由政府主导、企业赞助、行业学会主持的教育与课程评估标准，2010年美国颁布并实施“Common Core Standards of the State”（CCSS），其中對VR应用于教育领域提供了具体评估标准。未来，我国要采用政府引导、企业参与的VR教育发展模式，制定详细的vR教育评估标准，引导VR产业与教育良性发展。首先，根据学科核心概念、科学与工程实践及跨领域内涵三个关键维度，覆盖从幼儿教育到义务教育，再到高等教育的新一代科学教育标准，从宏观政策调控角度，充分利用政策和法律手段，对VR教育产业给予支持，同时也可以利用校企及其他机构的研究技术优势，与市场经济效益相结合，加快VR教育产业的发展。

第二，VR教育产业方面。首先，采用系统的学科化研究机制，探寻VR教育产业中的最根本的原命题，为未来VR教育产业发展找准发展“泉眼”。辨识研究对象，甄别出影响VR发展的核心问题，拓展“泉脉”。最后圈定研究范围，克服VR教育产业发展的节点性难题。经过“问题收集”到“提炼主题”再到“建构理论”，VR教育产业研究才能形成具有指导实践的影响力。其次，借助“系统的学科化研究机制”思路，本文将VR教育产业三个关键元素：硬件的开发、教育软件及系统的开发、教育课程资源的开发，与学科化研究机制相结合。一方面提出硬件的学科定制化研发思路，打破教育内容迎合技术硬件的现状。如美国zSpace公司为全美有超过100多个学区定制生产的STEAM（Science科学、Technology技术、Engineering工程、Art艺术、Mathematics数学）课程，以学校需求为主的同时，也将学科化发展作为重中之重。另一方面，相对硬件的定制化思路，VR教育软件建设应以开放性为主。首当其冲的是软件系统和课程资源方面，面对VR教育巨大的需求缺口，只有共享性、开放性的联盟机制，才能吸引众多开发者借助开放性的基础技术，提供源源不断的共享资源。

第三，VR教育科研价值观方面。坚持“以史为鉴”的科研态度，倡导人本主义研究价值观。首先，“以史为鉴”的科研态度，是为了克服科研中出现的技术创新乏力问题。VR教育技术的探索，是建立对过往技术的总结，并在科学的发展趋势推断下持续革新。借助VR教育发展脉络的可视化模型，绘制我国VR教育发展的演变脉络，寻找研究的缘起、发展及重要发展节点，更重要的是可以预判未来的发展趋势。其次，坚持人性解放的研究取向。目前，与我国先进VR教育技术一同被引进的，还有各种对VR教育研究的研究价值取向。只有坚持人性解放的研究取向，才能充分消解各种研究方法、价值判断间相互矛盾的负面影响。