沉浸式虛擬現(xiàn)實賦能科學教育能有效提升學生的學習結(jié)果嗎？

張慕華 劉紫依 李妍

摘要：當前，沉浸式虛擬現(xiàn)實（IVR）技術(shù)在教育領(lǐng)域的應用呈上升趨勢。雖有大量研究探討了IVR對學生學習結(jié)果的影響作用，但未聚焦到科學學科，也未對不同類型的學習結(jié)果加以區(qū)分。鑒于此，文章采用元分析方法，對國內(nèi)外44篇相關(guān)實證研究文獻進行定量分析，研究結(jié)果表明，整體而言IVR對學生的科學學習結(jié)果具有顯著正向影響，但效應量較小（總效應量g=0.275）；IVR對知識保持類和知識遷移類學習結(jié)果的影響均受教學方法調(diào)節(jié)，學段僅調(diào)節(jié)IVR對知識保持類學習結(jié)果的影響，測量方式僅調(diào)節(jié)IVR對知識遷移類學習結(jié)果的影響；IVR搭配預訓練教學方法對陳述性科學知識的學習促進作用更顯著；IVR搭配探究式教學時采用延時測量的方式更能發(fā)現(xiàn)知識遷移的效果。文章通過研究，期望從教學方法選擇和教學效果測量兩方面為IVR技術(shù)賦能科學教育提供啟示。

關(guān)鍵詞：沉浸式虛擬現(xiàn)實；科學學習；知識保持；知識遷移；教學方法

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2024）06—0071—10 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2024.06.008

一 研究背景

當前，國際競爭的新格局越來越聚焦創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，而科學教育是科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的核心^[1]。隨著虛擬現(xiàn)實、人工智能等新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，通過科教融合協(xié)同育人的方式促進科學教育高質(zhì)量發(fā)展，大力提升我國青少年科學素養(yǎng)，確保科技創(chuàng)新人才隊伍長遠發(fā)展已成必然。2023年，教育部等十八部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加強新時代中小學科學教育工作的意見》就明確指出，要充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，探索利用虛擬現(xiàn)實、人工智能等技術(shù)手段改進和強化科學實驗教學^[2]。中央電化教育館虛擬實驗教學服務系統(tǒng)（https：//vlab.eduyun.cn/）上線的各種虛擬實驗資源就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于科學實驗教學的代表性成果。

作為一種通過多傳感通道生成實時模擬和交互的高端用戶接口，虛擬現(xiàn)實技術(shù)分為頭戴式系統(tǒng)、洞穴式系統(tǒng)、桌面式系統(tǒng)三類^[3]。與桌面式系統(tǒng)用電腦屏幕呈現(xiàn)三維虛擬環(huán)境，通過鼠標、手柄等與內(nèi)容進行交互不同，頭戴式系統(tǒng)和洞穴式系統(tǒng)可以通過隔斷物理現(xiàn)實，為用戶提供一種高保真度的虛擬環(huán)境和高沉浸感的逼真體驗，被稱之為沉浸式虛擬現(xiàn)實（Immersive Virtual Reality，IVR）系統(tǒng)^[4]。IVR因其高沉浸性和高交互性特征可以在五方面賦能科學教育^[5]：通過可視化呈現(xiàn)抽象科學概念促進理解；增強動機和投入提升學習體驗；提供虛擬實驗室模擬練習提升科學實踐技能；提供第一人稱體驗式學習機會增加同理心和轉(zhuǎn)變科學態(tài)度；通過虛擬實地考察提供親身參與的學習體驗。

已有研究表明，IVR能夠通過支持情境化學習促進學生對科學知識的理解和技能的遷移^[6]。例如，相比傳統(tǒng)教學，IVR能夠顯著提升小學生在能源轉(zhuǎn)化和能源傳輸主題中的學業(yè)表現(xiàn)^[7]；提升中學生在冰川地形主題中的學業(yè)表現(xiàn)^[8]。然而，一些研究則發(fā)現(xiàn)，IVR教學對提升學生的科學學習結(jié)果無顯著作用。例如，相比觀看他人使用IVR學習的錄屏視頻，直接使用IVR學習并未有效提升大學生的藥物管理知識學習^[9]；相比桌面虛擬仿真實驗，IVR實驗并未顯著提升大學生在電路基礎(chǔ)知識方面的學業(yè)表現(xiàn)^[10]?？梢?，IVR在提升學生科學學習結(jié)果方面尚未達成一致，有必要采用元分析的方法厘清IVR對學生科學學習結(jié)果的影響。

雖然已有的元分析研究探討了IVR對學生學習結(jié)果的總體影響，也識別了IVR影響學習結(jié)果的各種調(diào)節(jié)變量（如學段、學科等），但這些研究并未聚焦科學學習，也未對不同類型的學習結(jié)果加以區(qū)分^[11][12][13]。根據(jù)Mayer^[14]的學習結(jié)果分類理論，知識保持和知識遷移是兩種不同類型的學習結(jié)果，前者考察學生對學習材料的記憶能力，后者則考察學生在新的環(huán)境中使用學習材料的能力。Coban等^[15]在其元分析研究中指出，IVR在促進知識保持類學習結(jié)果中的優(yōu)勢非常明顯，但是對知識遷移類學習結(jié)果的影響還需要更多的證據(jù)。周榕等^[16]的元分析研究發(fā)現(xiàn)，教學方法對虛擬現(xiàn)實促進學生學習結(jié)果有顯著調(diào)節(jié)效應。最近的兩項實證研究也發(fā)現(xiàn)，IVR結(jié)合特定教學方法可以顯著提升學生的知識保持和知識遷移成績^[17][18]。

因此，本研究聚焦科學學習領(lǐng)域，采用元分析方法，探討IVR對科學知識保持和知識遷移兩類不同學習結(jié)果的影響，考察教學方法對IVR影響學習結(jié)果的調(diào)節(jié)效應，以期為IVR賦能科學教育，促進科學教育的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供相關(guān)啟示。研究旨在回答如下幾個問題：①總體而言，IVR的使用能否顯著提升學生的科學學習結(jié)果？②教學方法的采用是否會調(diào)節(jié)IVR對學習結(jié)果的影響？③哪些變量會調(diào)節(jié)IVR對知識保持類學習結(jié)果的影響？④哪些變量會調(diào)節(jié)IVR對知識遷移類學習結(jié)果的影響？⑤哪些變量會調(diào)節(jié)教學方法對IVR科學學習結(jié)果的影響？

二 研究設(shè)計

遵循Borenstein等^[19]提出的元分析步驟與方法，本研究通過文獻篩選和編碼獲得實驗數(shù)據(jù)，再通過數(shù)據(jù)分析工具CMA?3.3計算IVR對科學學習結(jié)果影響的平均效應量，并進一步分析教學方法、學段等調(diào)節(jié)變量對效應量的影響。為校正Cohens d產(chǎn)生的小樣本效應量估計偏差^[20]，本研究采用Hedgesg作為效應量指標。

1 文獻檢索與篩選

本研究以Web of Science Core Collection、Scopus、EBSCO、IEEE Xplore作為主要的英文文獻樣本來源，文獻檢索式為（“Immersive virtual reality”?OR?“IVR”?OR?“Head Mounted Display”?OR?“Cave Automatic Virtual Environment”?OR?“Mobile VR”?OR?“Enhanced VR”） AND?（“Course*”?OR?“Education*”?OR?“Instruction*”?OR?“Teaching*”?OR?“Learning*”?OR?“Pedagogy*”?OR?“Training*”） AND?（“Achievement*”?OR?“Performance*”?OR?“Outcome*”），文獻時間跨度為2011年1月～2022年12月共獲得12年的英文期刊論文2832篇。中文文獻以中國知網(wǎng)收錄的CSSCI核心期刊為來源，以“沉浸式虛擬現(xiàn)實”或“沉浸式虛擬環(huán)境”為關(guān)鍵詞進行檢索，得到2011年1月～2022年12月的中文文獻共計12篇。

在文獻篩選階段，本研究制定了如下文獻篩選標準：①研究聚焦IVR在自然科學中的應用，包括物理學、化學等基礎(chǔ)科學和醫(yī)學、農(nóng)學等應用科學；②采用實驗或準實驗方法；③研究的主要自變量為IVR干預，包含實驗組和對照組，且實驗組使用IVR教學，對照組采用非沉浸式媒體或傳統(tǒng)方式教學；④因變量中包含學習結(jié)果變量，即反映學習結(jié)果的量化指標，如測試成績、任務表現(xiàn)得分等；⑤研究提供計算效應量所需的數(shù)據(jù)，包括實驗組和對照組樣本量、均值、標準差。本研究基于以上標準人工篩選，剔除不符合條件的文獻后，最終得到44篇文獻作為樣本。文獻篩選流程如圖1所示。

2 變量設(shè)定與編碼

已有元分析研究表明，IVR對學習結(jié)果的影響受學段、測量方式等調(diào)節(jié)變量的影響^[21][22]。本研究對知識保持和知識遷移這兩種學習結(jié)果加以區(qū)分，考察不同調(diào)節(jié)變量對這兩種學習結(jié)果的調(diào)節(jié)效應。本研究重點關(guān)注的調(diào)節(jié)變量是教學方法，同時引入其他調(diào)節(jié)變量以深入分析教學方法的具體調(diào)節(jié)效應。本研究所選取的調(diào)節(jié)變量包括：①學段，即實驗對象所在的年級，包括小學、中學和大學；②測量方式，即對學習結(jié)果的測量采用即時方式還是延時方式；③知識類型，即實驗中學習內(nèi)容所屬的知識種類，分為陳述性知識和程序性知識兩種；④實驗組的教學方法，即采用IVR開展教學時是否結(jié)合特定的教學方法，包含生成性學習、探究式學習、預訓練、反饋法四種?；谏鲜鲆?guī)則，研究團隊的兩位研究人員對樣本文獻進行獨立編碼，Kappa系數(shù)值為0.89，部分代表性樣本文獻的編碼結(jié)果如表1所示。納入分析的研究中測量學習結(jié)果的方式各有不同，部分研究分別采用即時方式和延時方式測量學習結(jié)果，部分研究分別測量了不同類型的學習結(jié)果，也有部分研究存在多個對照組，因此納入分析的44篇研究最終得到88個獨立的效應量。

3 分析思路與過程

在對效應量進行發(fā)表偏倚和異質(zhì)性檢驗的基礎(chǔ)上，本研究首先開展總體效應檢驗以回答研究問題①，然后進行調(diào)節(jié)效應分析以檢驗教學方法的調(diào)節(jié)效應，以回答研究問題②；最后進行不同類型的學習結(jié)果和不同教學方法的亞組分析，以回答研究問題③④⑤。

4?發(fā)表偏倚與異質(zhì)性檢驗

（1）發(fā)表偏倚檢驗

為了保證元分析結(jié)果的有效性，本研究首先對效應量樣本進行發(fā)表偏倚檢驗，采用定性的發(fā)表偏倚漏斗圖檢驗法和定量的Egger回歸檢驗法進行發(fā)表偏倚檢驗。然后，本研究使用CMA?3.3計算失安全系數(shù)（fail-safe N）用于估計未發(fā)表文章中重要效應量對研究結(jié)果的影響。圖2所示為發(fā)表偏倚漏斗檢驗的結(jié)果。

由圖2可知，基于樣本文獻效應量繪制的漏斗基本呈對稱分布，說明發(fā)表偏倚存在的可能性較小。Egger回歸檢驗發(fā)表偏倚結(jié)果顯示，t值為0.139，p值為0.890＞0.05，說明本研究所選樣本文獻發(fā)表偏倚不顯著^[31]。最后，本研究的效應量樣本數(shù)為K=88，得到的失安全系數(shù)N=2205（遠大于5K+10=450），說明未發(fā)表的研究對元分析結(jié)果沒有影響^[32]。上述分析結(jié)果表明，元分析結(jié)果具有可靠性和穩(wěn)健性。

（2）異質(zhì)性檢驗

異質(zhì)性檢驗是評估不同研究間效應量變異程度的有效方法，常用的統(tǒng)計量主要有Q和I²，表2為本研究得到的異質(zhì)性檢驗結(jié)果。

由表2可知，本研究總效應量的Q值為565.555（p＜0.001），說明樣本效應量之間存在異質(zhì)性。根據(jù)Higgins等^[33]的研究，當I²值達到25%、50%、75%時，分別代表樣本的異質(zhì)性為低、中、高水平。本研究所得I²值為84.617%，說明樣本效應量的異質(zhì)性較高，IVR對學習結(jié)果的影響可能存在潛在調(diào)節(jié)變量的影響。因此，本研究在總體效應檢驗后進一步進行調(diào)節(jié)效應分析。

三 研究結(jié)果

1 總體效應檢驗

考慮到研究樣本效應量異質(zhì)性較高，本研究采用隨機效應模型進行分析，得到的總體效應量為0.275。根據(jù)Cohen^[34]的研究，當效應量達到0.2、0.5、0.8時分別代表具有較小、中等和較大的影響。本研究得到的總體效應量Hedgesg值換算成Cohens d值后在0.2～0.5之間，表明IVR干預對學生科學學習結(jié)果具有較小的顯著正向影響。

2 調(diào)節(jié)效應分析

表3為IVR學習結(jié)果的調(diào)節(jié)效應檢驗結(jié)果。在學段方面，IVR對小學組學習結(jié)果有較大程度的正向促進作用（g=1.015，p＜0.05）；對中學組學習結(jié)果有中等程度的正向促進作用（g=0.515，p＜0.05）；對大學組學習結(jié)果有較低程度的正向促進作用（g=0.158，p＜0.05）。在測量方式方面，IVR對即時測量的學習結(jié)果有較低程度的正向促進作用（g=0.280，p＜0.001）；對延遲測量的學習結(jié)果的作用不顯著（g=0.250，p＞0.05）。在知識類型方面，IVR對陳述性科學知識的學習結(jié)果有較低等程度的促進作用（g=0.174，p＜0.05）；對程序性科學知識的學習結(jié)果的作用不顯著（g=0.149，p＞0.05）。在教學方法方面，IVR教學中搭配使用教學方法對學習結(jié)果有近中等程度的正向促進作用（g=0.447，p＜0.001）；不搭配教學方法對學習結(jié)果的促進作用不顯著（g=0.130，p＞0.05）。效應量在學段（Q_B＝8.375，p＜0.05）、教學方法（Q_B＝5.246，p＜0.05）方面有顯著性差異，說明學段、教學方法對IVR影響科學學習結(jié)果有顯著調(diào)節(jié)作用。

3 學習結(jié)果的亞組分析

（1）知識保持亞組分析

表4為知識保持亞組分析結(jié)果。在學段方面，IVR對小學組知識保持的促進作用最大（g=0.913，p＜0.05），其次是中學組（g=0.633，p＜0.01），最后是大學組（g=0.213，p＜0.05）。在測量方式方面，采用即時測驗的方式對IVR促進知識保持有近中等程度的影響（g=0.372，p＜0.05），而采用延時測驗的方式對IVR促進知識保持無顯著影響（g=0.135，p＞0.05）。在知識類型方面，IVR對促進陳述性知識的保持有近中等程度的正向影響（g=0.396，p＜0.05），而對程序性知識的保持無顯著影響。在教學方法的使用方面，采用預訓練的方法對IVR促進知識保持有近中等程度的正向影響（g=0.435，p＜0.05），采用其他教學方法則對IVR促進知識保持無顯著影響。效應量在不同學段（Q_B＝5.705，p＜0.05）和不同教學方法（Q_B＝7.266，p＜0.05）方面均存在顯著性差異，說明學段和教學方法會調(diào)節(jié)IVR對知識保持類學習結(jié)果的影響。

（2）知識遷移亞組分析

表5為知識保持亞組分析結(jié)果。在學段方面，小學組的樣本量僅為1，故不作分析。由表5可知，IVR對中學組（g=0.030，p＞0.05）和大學組（g=0.002，p＞0.05）的知識遷移沒有顯著影響。在測量方式方面，采用延時測量的方式對IVR促進知識遷移有近中等程度的影響（g=0.317，p＜0.05），說明IVR對知識遷移的促進作用可能在一段時間后才能顯現(xiàn)。在知識類型方面，IVR對促進陳述性知識和程序性知識的遷移均沒有顯著影響。在教學方法的使用方面，反饋法組的樣本量僅為1，故不作分析。采用預訓練的方法對IVR促進知識遷移有低等程度的負向影響（g=-0.293，p＜0.05），采用其他教學方法對IVR促進知識遷移則無顯著影響。效應量在不同學段（Q_B＝8.346，p＜0.05）、測量方式（Q_B＝3.975，p＜0.05）和不同教學方法（Q_B＝5.177，p＜0.05）方面均存在顯著差異，說明學段、測量方式和教學方法均會調(diào)節(jié)IVR對知識遷移類學習結(jié)果的影響。

4 教學方法的亞組分析

表6為教學方法的亞組分析結(jié)果?？紤]到采用反饋教學方法的樣本文獻只有4篇，本研究不再進行亞組分析，僅對生成性學習、探究性學習和預訓練做亞組分析。由表6可知，采用生成性學習教學方法時，學段、測量方式、知識類型均對IVR提升科學學習結(jié)果無顯著性影響。采用探究式學習教學方法時，效應量在不同測量方式（Q_B＝5.093，p＜0.05）方面存在顯著性差異；使用延時測量的方式對IVR提升科學學習結(jié)果有近中等程度的正向影響（g=0.367，p＜0.05）。采用預訓練教學方法時，效應量在不同類型的知識（Q_B＝13.201，p＜0.05）方面存在顯著性差異；IVR對陳述性知識的學習結(jié)果有近中等程度的正向影響（g=0.429，p＜0.05），而對程序性知識的學習結(jié)果有較低程度的負向影響（g=-0.289，p＜0.05）?？梢?，測量方式會調(diào)節(jié)探究式學習教學方法對IVR學習結(jié)果的影響，知識類型會調(diào)節(jié)預訓練教學方法對IVR學習結(jié)果的影響。

四 結(jié)論與啟示

1 研究結(jié)論

本研究采用元分析方法，系統(tǒng)分析了IVR對不同類型科學學習結(jié)果的影響，考察了教學方法的調(diào)節(jié)效應，主要包含如下三點結(jié)論：①IVR對科學學習結(jié)果具有低等程度的正向影響。總體而言，IVR對學生的科學學習結(jié)果具有較小的顯著正向影響（總效應量g=0.275），這與已有元分析研究的結(jié)果一致^[35][36][37]。同時，本研究發(fā)現(xiàn)學段對IVR影響學生科學學習結(jié)果具有重要的調(diào)節(jié)作用，這與Coban等^[38]、Wu等^[39]的元分析研究結(jié)果一致。由學習結(jié)果的亞組分析可知，學段僅調(diào)節(jié)IVR對知識保持類學習結(jié)果的影響；而關(guān)于IVR對知識遷移類學習結(jié)果的影響，尚未發(fā)現(xiàn)學段對其具有調(diào)節(jié)作用。②測量方式調(diào)節(jié)IVR對知識遷移類學習結(jié)果的影響。雖然已有元分析發(fā)現(xiàn)，測量方式對IVR影響學生的總體學習結(jié)果不具有調(diào)節(jié)作用^[40][41]，但本研究的學習結(jié)果亞組分析發(fā)現(xiàn)，測量方式對IVR影響知識遷移類學習結(jié)果具有調(diào)節(jié)作用。其中，采用延時測量方式對IVR促進知識遷移有近中等程度的影響（g=0.317），這說明IVR對知識遷移的促進作用可能在一段時間后才能顯現(xiàn)。③在考察教學方法對IVR學習結(jié)果的影響時，需要區(qū)分不同類型的學習結(jié)果，同時考量不同知識類型、測量方式帶來的差異。根據(jù)學習結(jié)果亞組分析，IVR搭配預訓練教學方法對科學知識保持類結(jié)果有顯著的正向影響，但對知識遷移類結(jié)果則有顯著的負向影響。IVR搭配預訓練教學方法對陳述性知識的學習具有顯著的正向促進作用，而對程序性知識的學習有顯著的負向影響。在IVR搭配探究式學習方法時，使用延時測量的方式對IVR提升科學學習結(jié)果有近中等程度的正向影響?？梢姡琁VR環(huán)境下學生的科學知識保持和遷移效果是教學方法、知識類型、測量方式多種因素綜合作用的結(jié)果，而非簡單的技術(shù)干預。

2 研究啟示

上述研究結(jié)果對IVR賦能科學教育具有如下啟示：①采用系統(tǒng)性思維指導IVR賦能科學教育的實踐路徑。學段、教學方法、測量方式等對IVR學習結(jié)果的調(diào)節(jié)效應表明，IVR賦能科學教育在實踐操作中需要綜合考量學習者特征、教學方法的采用、對學習結(jié)果的評價方式等一系列可能影響技術(shù)賦能效果的因素，通過系統(tǒng)性思維的指導，有望最大程度地發(fā)揮IVR賦能學生科學學習的潛能。②深入探究IVR提升科學學業(yè)表現(xiàn)的有效教學方法。當前，IVR對學生科學學習結(jié)果的影響好壞參半，這與IVR學習中的高認知負荷有很大關(guān)系^[42][43]。已有研究發(fā)現(xiàn)，IVR教學中搭配使用預訓練、同伴教學法等教學方法^[44][45]，能夠降低IVR學習中學生的外在認知負荷，從而有助于提升其科學學業(yè)表現(xiàn)。因此，IVR賦能科學教育要充分利用IVR對復雜科學概念的可視化呈現(xiàn)和第一視角的沉浸式體驗等技術(shù)優(yōu)勢，還要在實踐中持續(xù)探索IVR與教學設(shè)計方法的最佳組合，有效降低IVR引發(fā)的認知負荷問題，提升學生的科學學習結(jié)果。③采用多元評估的方式持續(xù)評估IVR對學生科學學習的長期影響。未來研究應采用多元化的評估方式，通過即時測驗評估IVR帶來的短期影響，延時測驗評估IVR帶來的長期影響；同時要綜合考察IVR對認知結(jié)果和非認知結(jié)果的影響，這對于科學教育的人才培養(yǎng)具有深遠意義。

參考文獻

[1]鄭永和，楊杰.加強高質(zhì)量科學教育體系建設(shè)的現(xiàn)實挑戰(zhàn)與基本路徑[J].中國基礎(chǔ)教育，2022，（10）：32-35.

[2]教育部等十八部門.關(guān)于加強新時代中小學科學教育工作的意見[OL].

[3][4]Makransky G， Lilleholt L. A structural equation modeling investigation of the emotional value of immersive virtual reality in education[J]. Educational Technology Research & Development， 2018，（5）：1141-1164.

[5]Matovu H， Ungu D A K， Won M，?et al. Immersive virtual reality for science learning： Design， implementation， and evaluation[J]. Studies in Science Education，?2022，（2）：205-244.

[6]Di Natale A F， Repetto C， Riva G， et al. Immersive virtual reality in K‐12 and higher education： A 10‐year systematic review of empirical research[J]. British Journal of Educational Technology，?2020，（6）：2006-2033.

[7]Cheng K H， Tsai C?C. Students motivational beliefs and strategies， perceived immersion and attitudes towards science learning with immersive virtual reality： A partial least squares analysis[J]. British Journal of Educational Technology，?2020，（6）：2140-2159.

[8]Chen C?C， Chen L?Y. Exploring the effect of spatial ability and learning achievement on learning effect in VR assisted learning environment[J]. Educational Technology & Society，?2022，（3）：74-90.

[9]Dubovi I. Learning with virtual reality simulations： Direct versus vicarious instructional experience[J]. Interactive Learning Environments，?2022，（10）：6627-6639.

[10][42]胡藝齡，聶靜，張?zhí)扃?，?具身認知視域下VR技術(shù)賦能實驗教學的效果探究[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2021，（5）：94-102.

[11][21][35][39]Wu B， Yu X， Gu X. Effectiveness of immersive virtual reality using head-mounted displays on learning performance： A meta-analysis[J]. British Journal of Educational Technology，?2020，（6）：1991-2005.

[12][15][22][36][38][40]Coban M， Bolat Y I， Goksu I. The potential of immersive virtual reality to enhance learning： A meta-analysis[J]. Educational Research Review， 2022，36：100452.

[13][37][41][43]毛耀忠，劉旭東，宋曉琴.沉浸式虛擬現(xiàn)實對學生學習績效的影響——基于54項實驗和準實驗研究的元分析[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2023，（1）：93-102.

[14]Mayer R E. Learning and Instruction[M]. Upper Saddle River， N.J.： Pearson Merrill Prentice Hall， 2002：26.

[16]周榕，李世瑾.虛擬現(xiàn)實技術(shù)能提高學習成效嗎？——基于46個有效樣本的實驗與準實驗元分析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019，（11）：46-52.

[17]向維，李文昊，李亞芳，等.虛擬現(xiàn)實環(huán)境中反饋對學習效果的影響機制——基于共情的中介效應分析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2021，（6）：88-95.

[18][28][29][44]Meyer O A， Omdahl M K， Makransky G. Investigating the effect of pre-training when learning through immersive virtual reality and video： A media and methods experiment[J]. Computers & Education，?2019，140：103603.

[19]Borenstein M， Hedges L V， Higgins J P T， et?al. Introduction to Meta-Analysis[M]. Chichester， UK： Wiley， 2009：15-57.

[20]Hedges L V. Distribution theory for glasss estimator of effect size and related estimators[J]. Journal of Educational Statistics，?1981，（2）：107-128.

[23]Liu R， Wang L， Lei J，?et al. Effects of an immersive virtual reality-based classroom on students learning performance in science lessons[J].?British Journal of Educational Technology，?2020，（6）：2034-2049.

[24][25]Makransky G， Mayer R E. Benefits of taking a virtual field trip in immersive virtual reality： Evidence for the immersion principle in multimedia learning[J]. Educational Psychology Review，?2022，（3）：1771-1798.

[26][27]Makransky G， Terkildsen T S， Mayer R E. Adding immersive virtual reality to a science lab simulation causes more presence but less learning[J]. Learning and Instruction， 2017，60：225-236.

[30]Zhao J， Lin L， Sun J， et al. Using the summarizing strategy to engage learners： Empirical evidence in an immersive virtual reality environment[J].?The Asia-Pacific Education Researcher， 2020，（5）：473-482.

[31]Egger M， Smith G D， Phillips A?N. Meta-analysis： Principles and procedures[J]. British Medical Journal， 1997，（7121）：1533-1537.

[32]Rosenthal R. The file drawer problem and tolerance for null results[J]. Psychological Bulletin， 1979，（3）：638-641.

[33]Higgins J P， Thompson S G， Deeks J J，?et al. Measuring inconsistency in meta-analyses[J]. British Medical Journal， 2003，（7414）：557-560.

[34]Cohen J. Statistical power analysis for the behavioral sciences?（2nd Edition）[M]. New York： Routledge， 1988：25-27.

[45]Zhong Z， Zhang G， Jin S， et al. Investigating the effect of peer instruction on learners with different cognitive styles in VR-based learning environment[J]. Education and Information Technologies， 2022，（8）：11875-11899.

Can Immersive Virtual Reality-enabled Science Education Improve Student Learning Outcomes Effectively？

——A?Meta-Analysis Based on 44 Domestic and Foreign Empirical Papers?from 2011-2022

ZHANGMu-Hua????LIUZi-Yi ???LI Yan

（College of Elementary Education， Capital?Normal University， Beijing， China 100048）

Abstract：At present， the application of immersive virtual reality （IVR）?technology in the field of education is on the rise. Although?a large number of?studies have explored?the impact of IVR on students learning outcomes， there is?not focus on the scientific disciplines or differentiated between different types of learning outcomes. In view of this， the meta-analysis method was employed to conduct a quantitative analysis of?44 relevant empirical research literature at home and abroad. The research results showed?that， on the whole， IVR had?a positive impact on students scientific learning results， but the effect size was small?（the total effect size g=0.275）， and the influences of IVR on the learning results of knowledge retention and knowledge transfer were regulated by teaching methods. The learning stages only regulated the impact of IVR on the learning results of knowledge retention， and measurement methods only regulated the impact of IVR on on the learning results of knowledge transfer. The combination of IVR and pre-training teaching approach?had a more significant promoting effect on the learning of declarative scientific knowledge， and using the method of delayed measurement in IVR combined with inquiry-based learning?can better discover the effect of knowledge transfer. Through research， it was expected to provide insights for empowering science education with IVR technology in terms of the teaching approaches?selection and the learning outcomes?measurement.

Keywords：immersive virtual reality; scientific?learning; knowledge retention; knowledge transfer; teaching approach

————————

*基金項目：本文為國家自然科學基金青年項目“沉浸式虛擬現(xiàn)實學習環(huán)境中認知負荷的多維評估和干預機制研究”（項目編號：62107003）的階段性研究成果。

作者簡介：張慕華，講師，博士，研究方向為技術(shù)增強的學習、計算機支持的協(xié)作學習、學習分析等，郵箱為zhangmuhua@cnu.edu.cn。

編輯：小時