虛擬現(xiàn)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(xiàn)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(fā)展下，虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的研究整體上呈現(xiàn)平穩(wěn)上升的趨勢；研究熱點是增強現(xiàn)實、虛擬實驗、教學、元分析等；研究方向是虛擬現(xiàn)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(xiàn)實”的壁壘，實現(xiàn)教育元宇宙。

關鍵詞：虛擬現(xiàn)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(xiàn)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(chuàng)始人Jaron?Lanier在1989提出的?，F(xiàn)如今，作為當代“三大前景最好的計算機技術[1]”之一，虛擬現(xiàn)實定義目前尚無統(tǒng)一的標準?？傮w來說，國內學者認為虛擬現(xiàn)實技術是指采用以計算機技術為核心的現(xiàn)代高科技手段，生成一種的虛擬環(huán)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(xiàn)實的發(fā)展已經從理論傳說邁向現(xiàn)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(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)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(chuàng)新精神和實踐能力，推動高等學校實驗教學改革和創(chuàng)新[3]。2018?年，教育部等五部門印發(fā)《教師教育振興行動計劃（2018—2022年）》，明確提出“互聯(lián)網+教師教育”，充分利用虛擬現(xiàn)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]?？萍嫉陌l(fā)展與政策的推動下，國內虛擬現(xiàn)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(xiàn)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(fā)展趨勢，為國內虛擬現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)來源，先以主題詞“虛擬現(xiàn)實技術”為進行檢索，再于高級搜索中將“虛擬現(xiàn)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(xiàn)實技術”做進一步檢索，限定文獻發(fā)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(shù)據(jù)，最終檢索到“虛擬現(xiàn)實技術”相關數(shù)據(jù)1?126條，“虛擬現(xiàn)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(fā)文量進行分析，再用Citespace軟件分析虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的研究情況，包含關鍵詞節(jié)點分析和聚類分析，探究虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的研究熱點和前沿發(fā)展。Citespace軟件是陳超美博士開發(fā)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(shù)據(jù)可視化背景下逐漸發(fā)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(xiàn)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(shù)設置為2013年1月至2022年7月，時間切片設置為1年，節(jié)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(xiàn)知識圖譜、關鍵詞時間區(qū)域圖譜以及聚類分析。

2??可視化分析

2.1年發(fā)文量分析

發(fā)文量的變化趨勢一定程度上體現(xiàn)了該研究領域的規(guī)模大小以及社會的關注度情況。2013—2022年期間，“虛擬現(xiàn)實技術”與“虛擬現(xiàn)實技術+教育”相關論文的年發(fā)文量如圖1所示。根據(jù)圖1顯示，“虛擬現(xiàn)實技術+教育”相關論文的年發(fā)文數(shù)明顯少于“虛擬現(xiàn)實技術”的發(fā)文數(shù)，僅是虛擬現(xiàn)實技術應用領域范圍的一部分。同時，“虛擬現(xiàn)實技術”和“虛擬現(xiàn)實技術+教育”相關論文的發(fā)文數(shù)均相對平穩(wěn)增長，且均在2017年、2020年激增。根據(jù)調查，2016年兩會發(fā)布了第十三個五年規(guī)劃綱要指出要大力推行虛擬現(xiàn)實與互動影視等新興前言領域創(chuàng)新和產業(yè)化；2019年5G技術的出現(xiàn)，也為虛擬現(xiàn)實的發(fā)展提供關鍵支撐。如此，在時代技術革新下，2017年、2020年虛擬現(xiàn)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(xiàn)實技術與政策、時代發(fā)展同步，在其支持下虛擬現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)實技術+教育”的高頻關鍵詞共現(xiàn)知識圖譜（圖2）。關鍵詞共現(xiàn)知識圖譜中，圓形節(jié)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(xiàn)實”是作為最核心的關鍵詞，頻數(shù)最大，除此之外，增強現(xiàn)實、虛擬實驗、教學、元分析等詞也是該文共現(xiàn)圖譜中重要的關鍵詞。為進一步詳細了解虛擬現(xiàn)實技術在教育領域研究的熱點，該研究從中選取頻數(shù)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(xiàn)實技術在教育領域研究的重點有3個方面：第一，虛擬現(xiàn)實技術為教育提供的技術支持，如增強現(xiàn)實、現(xiàn)實技術、虛擬仿真、虛擬現(xiàn)實、人機交互、3ds?Max?、3D打印等關鍵詞，這些虛擬現(xiàn)實教育教學設備、平臺、技術、環(huán)境等都促進學生對課程知識的理解；第二，虛擬現(xiàn)實技術教育教學的典型應用主要體現(xiàn)在醫(yī)學教育、學科教學或圖書館中，主要有教學、醫(yī)學教育、教學應用、圖書館等關鍵詞，說明虛擬現(xiàn)實技術為學科教學、醫(yī)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(xiàn)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(xiàn)實技術為打破傳統(tǒng)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(huán)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)實在教育領域三大研究方向。

（1）關于虛擬現(xiàn)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(yī)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(xiàn)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(yī)學、服裝等各個領域。在醫(yī)學、護理教育中，傳統(tǒng)的醫(yī)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(jié)等問題，而虛擬現(xiàn)實能夠模擬真實場景，提供理想的學習材料和環(huán)境，有效彌補當前醫(yī)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(yī)學的發(fā)展[7]。學科教育教學中，虛擬現(xiàn)實技術極大克服傳統(tǒng)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(jié)省成本，規(guī)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(xiàn)實的技術的研究。主要涉及的聚類標簽有#虛擬現(xiàn)實、#增強現(xiàn)實、#虛擬仿真、#交互技術。#交互技術涉及到主要的關鍵詞是現(xiàn)實技術。虛擬現(xiàn)實中無論是虛擬現(xiàn)實技術、增強現(xiàn)實技術，其本質在于它的模仿和仿真。通過現(xiàn)有的信息技術手段達到對現(xiàn)實世界中客觀實物的模擬和再現(xiàn)，令使用者產生“身臨其境”的感覺。技術的發(fā)展推動各個領域的變革，推動世界的發(fā)展。

（3）關于虛擬現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)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(huán)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(tǒng)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(fā)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(xiàn)該領域的研究趨勢，也能快速識別領域內的前沿發(fā)展。對一個領域發(fā)展趨勢的研究可以通過突現(xiàn)詞和關鍵詞時區(qū)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(shù)，得到我國虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的4個突現(xiàn)關鍵詞，如圖4所示。通過圖4可以看出，2013—2022年的主要突現(xiàn)詞有虛擬實驗、具身認知、元分析、增強現(xiàn)實，且4個突現(xiàn)關鍵詞的突現(xiàn)強度均遠遠大于1.5，為研究發(fā)展前沿關鍵詞：（1）虛擬實驗是2013年就有的突現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)實技術的感官支持，均為虛擬現(xiàn)實與具身教學的融合提供了更多教學發(fā)展的可能性；（3）2019—2020年的突現(xiàn)詞為“增強現(xiàn)實”，突變強度為1.59，表明增強現(xiàn)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(xiàn)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(fā)展趨勢。

另外，通過Citespace中的Layout中選擇Timezone?View，得到虛擬現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，學者就已經圍繞虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的研究，包括增強現(xiàn)實在教育中的應用。隨著信息技術的發(fā)展和國家政策的導向，虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的應用更范圍，衍生到醫(yī)學教育、服裝行業(yè)等。虛擬現(xiàn)實也朝著“虛擬仿真”“元分析”等方向前進，在教育領域不斷發(fā)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(shù)據(jù)來源，主題為虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的核心文獻為研究樣本，以Citespace作為數(shù)據(jù)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(fā)展下，虛擬現(xiàn)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(xiàn)實技術在教育領域的重要關鍵詞是增強現(xiàn)實、虛擬實驗、教學、元分析等；同時，虛擬現(xiàn)實在技術支持下，典型應用于醫(yī)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(xiàn)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(xiàn)實的應用類別的研究；關于虛擬現(xiàn)實的技術的研究；關于虛擬現(xiàn)實技術在教育理論、應用的有效性研究。

（4）虛擬現(xiàn)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(fā)展和政策的倡導下，虛擬現(xiàn)實技術正飛速發(fā)展，在教育領域充分發(fā)揮其優(yōu)勢：可以直觀向學生展示發(fā)電機的復雜結構、工作原理以及工作時各零件的運行狀態(tài)；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(xiàn)實技術，終將打破“虛擬”與“現(xiàn)實”的壁壘，實現(xiàn)“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(lián)網形態(tài)的新宇宙。這也為虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的發(fā)展帶來極大的機遇，強有力推動我國教育事業(yè)的發(fā)展，今后應加大對虛擬現(xiàn)實技術的開發(fā)，研究剖析現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)實技術發(fā)展現(xiàn)狀、政策及對我國的啟示[J].科技管理研究，2010，30（14）：37-40，56.

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