陳嘉欣 占小紅 楊笑

摘要： 通過(guò)多元分析方法對(duì)國(guó)內(nèi)外VR/AR技術(shù)在化學(xué)教育的應(yīng)用進(jìn)行主題提煉、熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)分析。研究表明： VR/AR技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用、技術(shù)或系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)、對(duì)學(xué)習(xí)者的影響研究是國(guó)內(nèi)外共同關(guān)注的研究主題;教學(xué)模式、教學(xué)方法或策略等方面的變革是國(guó)內(nèi)特有的研究聚焦點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： VR/AR技術(shù); 化學(xué)教育; 比較研究; 共詞分析

文章編號(hào)： 10056629（2022）01000807

中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸興起，使教與學(xué)出現(xiàn)了更加多元化模式，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被視為未來(lái)2～3年解決深度學(xué)習(xí)矛盾的關(guān)鍵技術(shù)[1]?！秶?guó)家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出，要綜合利用人工智能等信息技術(shù)來(lái)探索未來(lái)教育教學(xué)的新模式[2]。

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是一種采用計(jì)算技術(shù)生成逼真的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)一體化的特定范圍的沉浸式交互環(huán)境[3]。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）作為VR技術(shù)的拓展，是將計(jì)算機(jī)形成的虛擬信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景，使人們?cè)谝曈X(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等方面增強(qiáng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的體驗(yàn)，具有虛實(shí)結(jié)合、交互性、浸潤(rùn)性等特點(diǎn)[4]。

VR/AR技術(shù)作為一種能將化學(xué)抽象知識(shí)可視化、情境化的工具，能幫助學(xué)生從宏觀、微觀等多層面認(rèn)識(shí)化學(xué)。同時(shí)，虛擬仿真環(huán)境為學(xué)生提供了反映真實(shí)實(shí)驗(yàn)的情境，給予學(xué)生參與科學(xué)實(shí)踐的機(jī)會(huì)。因此，VR/AR技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中逐步開(kāi)始應(yīng)用并日趨深入。

近十年來(lái)國(guó)內(nèi)VR/AR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究逐年升溫，但VR/AR技術(shù)與化學(xué)教學(xué)融合的研究還缺乏教學(xué)應(yīng)用的系統(tǒng)化研究[5]，這在一定程度上阻礙了我國(guó)化學(xué)教學(xué)的改革和創(chuàng)新，梳理和明晰國(guó)內(nèi)外有關(guān)VR/AR技術(shù)與化學(xué)教學(xué)融合的研究現(xiàn)狀十分必要。

共詞分析方法是一種量化的內(nèi)容分析方法，與一般的內(nèi)容分析方法相比，其優(yōu)勢(shì)在于它更為客觀，能較好地克服傳統(tǒng)文獻(xiàn)研究法偏主觀、定性歸納的弊端，能直觀地呈現(xiàn)出領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、主題及趨勢(shì)[6]。本研究采用可視化的共詞分析法，對(duì)近十年國(guó)內(nèi)外VR/AR技術(shù)在化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)行對(duì)比分析，揭示國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域研究的差異，并聚焦國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及未來(lái)趨勢(shì)，為未來(lái)我國(guó)VR/AR技術(shù)融入化學(xué)課程研究提出啟示。

2 研究設(shè)計(jì)

本研究的英文文獻(xiàn)以Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)來(lái)源，檢索條件為T(mén)S=（"Virtual Reality" OR "Augment Reality" OR "Virtual laboratories" OR "VR" OR "AR" OR "Enhanced Visualization" OR "GestureBased Computing" OR "3D Printing" OR "3D Printed" OR "ThreeDimensional Printing "OR "Wearable Technology" OR "Virtual Assistants" OR "Virtual and Remote Laboratories"） AND TS=（Chemistry）。中文文獻(xiàn)以中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）作為數(shù)據(jù)來(lái)源，以“虛擬現(xiàn)實(shí)”或“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”或“虛擬仿真”或“VR/AR”或“VR”并含“化學(xué)”作為主題詞進(jìn)行檢索，中外文獻(xiàn)的檢索時(shí)間均限為2010年至2020年11月。通讀每篇文獻(xiàn)的標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵詞等，發(fā)現(xiàn)一些與本研究無(wú)關(guān)的文獻(xiàn)，如VR/AR技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用或只涉及化學(xué)教育但與VR/AR技術(shù)完全無(wú)關(guān)的文獻(xiàn)等，人工篩除后獲得有效中文文獻(xiàn)317篇、英文文獻(xiàn)111篇。

利用現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)技術(shù)中的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析、聚類(lèi)分析等多元分析方法，歸納出該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、主題與發(fā)展趨勢(shì)。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 高頻關(guān)鍵詞確定

首先，借助Bicomb共詞分析軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞的提取，人工合并篩選后確定中文文獻(xiàn)的高頻詞為34個(gè)，英文文獻(xiàn)的高頻詞為30個(gè)，其中國(guó)內(nèi)外關(guān)鍵詞頻次為10以上的約十個(gè)，因此選取前十個(gè)關(guān)鍵詞初步研究領(lǐng)域熱點(diǎn)，如表1所示。國(guó)內(nèi)外VR/AR在化學(xué)教學(xué)的應(yīng)用均關(guān)注在高等教育的研究，主要以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，國(guó)外在基礎(chǔ)教育的應(yīng)用也是研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)則未出現(xiàn)基礎(chǔ)教育相關(guān)高頻詞，說(shuō)明國(guó)內(nèi)VR/AR在基礎(chǔ)教育的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用的研究較薄弱。此外，國(guó)內(nèi)研究關(guān)注VR/AR技術(shù)帶來(lái)的教學(xué)改革;國(guó)外則強(qiáng)調(diào)VR/AR技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)者實(shí)踐學(xué)習(xí)的影響。

3.2 研究主題提煉——聚類(lèi)分析

僅靠高頻關(guān)鍵詞無(wú)法揭示各個(gè)研究熱點(diǎn)之間的聯(lián)系，借助SPSS對(duì)高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類(lèi)分析，可以提煉出研究主題，聚類(lèi)結(jié)果如圖1（a）（b）所示。

3.2.1 國(guó)內(nèi)研究主題

主題1： 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)促進(jìn)人才培養(yǎng)的研究。該主題包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)、創(chuàng)新能力、人才培養(yǎng)、實(shí)踐教學(xué)等關(guān)鍵詞。研究主要借助虛擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、自主創(chuàng)新能力等未來(lái)人才培育目標(biāo)。如王梅等人構(gòu)建了針對(duì)條件控制類(lèi)實(shí)驗(yàn)的高中探究性化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)模式，并以“對(duì)H2O2分解速率的影響因素”虛擬實(shí)驗(yàn)為例來(lái)說(shuō)明該教學(xué)模式可以培養(yǎng)學(xué)生的聯(lián)想思維，而聯(lián)想思維在該模式中又可以激發(fā)學(xué)生探究興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，增強(qiáng)對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解等多方面的作用[7]。

主題2： 基于VR技術(shù)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究。該主題包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)改革、教學(xué)模式、應(yīng)用等關(guān)鍵詞。VR技術(shù)在國(guó)內(nèi)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用主要以虛擬實(shí)驗(yàn)為主，因此該主題主要關(guān)注開(kāi)發(fā)相應(yīng)的VR技術(shù)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)及帶來(lái)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)變革。如李中強(qiáng)以制備乙酸乙酯及工業(yè)合成氨等高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，展示了VR技術(shù)的安全、環(huán)保、門(mén)檻低等優(yōu)勢(shì)，闡述了能利用VR技術(shù)講清實(shí)驗(yàn)原理;進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作;支持反復(fù)觀看進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)等具體開(kāi)展步驟，有助于學(xué)生的實(shí)踐能力及學(xué)習(xí)興趣的提升[8]。

主題3：“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代基于虛擬現(xiàn)實(shí)的混合式教學(xué)方法研究。該主題包括教學(xué)方法、在線課程、線上線下教學(xué)等關(guān)鍵詞。在互聯(lián)網(wǎng)背景下，無(wú)機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等化學(xué)學(xué)科分支領(lǐng)域的教學(xué)中慕課等在線課程以及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)逐漸興起，“線上+線下”教學(xué)方法打破了時(shí)空的限制，成為獨(dú)立的研究熱點(diǎn)。如許文菊等人開(kāi)發(fā)了分析化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并設(shè)計(jì)了基于平臺(tái)的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，即課前借助平臺(tái)理解實(shí)驗(yàn)原理，多次虛擬操作練習(xí)，課中進(jìn)行真實(shí)實(shí)驗(yàn)，課后獲取教學(xué)評(píng)價(jià)與反饋的教學(xué)模式，能節(jié)約課中講解時(shí)間，最大程度避免和克服學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)原理和重難點(diǎn)、熟悉關(guān)鍵操作、數(shù)據(jù)記錄與處理等環(huán)節(jié)存在的經(jīng)常性和普遍性問(wèn)題，能有效提升教學(xué)質(zhì)量[9]等。

主題4： 基于信息技術(shù)的高等教育實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究。該主題包括Unity3D、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、高校、高職等關(guān)鍵詞。實(shí)驗(yàn)室的信息化建設(shè)作為教育信息化研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容，同樣屬于VR/AR平臺(tái)或系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)研究，但主要集中在從Unity3D、 VRML等信息技術(shù)的角度來(lái)探討高等院校的實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的可行性、開(kāi)發(fā)及應(yīng)用等方面的研究。如蘇學(xué)軍等介紹了基于VRML與3D MAX構(gòu)建的大學(xué)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能讓學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)機(jī)理、儀器的工作原理及使用方法并進(jìn)行仿真操作，師生與生生之間可以在平臺(tái)上進(jìn)行交流互動(dòng)，不僅滿足教學(xué)需要，還能為遠(yuǎn)程教學(xué)及學(xué)生自主學(xué)習(xí)和繼續(xù)教育提供條件[10]。

3.2.2 國(guó)外研究主題

主題1：“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下VR/AR技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)者的影響研究。該研究主題包括互聯(lián)網(wǎng)或基于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)、基于多媒體的學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程教學(xué)或自學(xué)等關(guān)鍵詞。研究方向主要以基于VR/AR技術(shù)的化學(xué)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及對(duì)學(xué)習(xí)者影響的效果研究。如Merchant等人構(gòu)建了3D桌面虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境對(duì)學(xué)習(xí)者特征（即感知和心理變量）的影響模型，幫助提高了桌面虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的有效性，以增強(qiáng)空間能力及科學(xué)成就，并發(fā)現(xiàn)基于3D虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)對(duì)于提高學(xué)生的化學(xué)成績(jī)是有效的[11]; Ling等人通過(guò)基于增強(qiáng)的沉浸式現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)11年級(jí)的學(xué)生的“氣體定律”知識(shí)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該程序能促進(jìn)學(xué)生對(duì)關(guān)鍵知識(shí)的理解及學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣[12]。

主題2： 借助VR/AR/3D打印技術(shù)促進(jìn)學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)/動(dòng)手操作研究。當(dāng)今化學(xué)教學(xué)越發(fā)強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和探究能力的培養(yǎng)，實(shí)踐學(xué)習(xí)/操作性學(xué)習(xí)從VR/AR/3D打印技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)者的影響研究中獨(dú)立出來(lái)，成為一個(gè)單獨(dú)的研究主題。該主題包括實(shí)踐學(xué)習(xí)或操作性學(xué)習(xí)、跨學(xué)科或多學(xué)科等關(guān)鍵詞。該主題的研究探討了借助VR/AR技術(shù)讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)手操作來(lái)獲得沉浸感，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。同時(shí)，由于許多課程的設(shè)置越來(lái)越多學(xué)科化，需要相應(yīng)地開(kāi)發(fā)實(shí)踐學(xué)習(xí)活動(dòng)。如Ferrell等人設(shè)計(jì)了一種教育性VR活動(dòng)——iMDVR應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)課程，該活動(dòng)可以展示化學(xué)概念并引導(dǎo)學(xué)生操縱探索虛擬空間中的動(dòng)態(tài)分子，結(jié)果表明該活動(dòng)能提高學(xué)生的沉浸感和動(dòng)手實(shí)踐能力，幫助學(xué)生理解化學(xué)概念，通過(guò)對(duì)學(xué)生的訪談發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生對(duì)該活動(dòng)呈積極態(tài)度[13]等。

主題3： 化學(xué)教學(xué)中的虛擬技術(shù)開(kāi)發(fā)研究。該主題主要包括虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬實(shí)驗(yàn)室、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等關(guān)鍵詞。主要探討了用于化學(xué)教學(xué)中的各種虛擬技術(shù)的“靈活性”或“定制性”開(kāi)發(fā)。如Sampaio等人開(kāi)發(fā)了一個(gè)可自定義的虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)@UMa，教師在該平臺(tái)可以自主定制實(shí)驗(yàn)方案并讓學(xué)生在該平臺(tái)中執(zhí)行和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，改變大多數(shù)平臺(tái)只能根據(jù)固有的程序來(lái)組織教學(xué)，可以滿足教師多元化的教學(xué)需求，并且能相應(yīng)地跟蹤學(xué)生，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和克服學(xué)習(xí)困難[14]; Erdem等人創(chuàng)建了一個(gè)框架，使虛擬化學(xué)實(shí)驗(yàn)室之間能實(shí)現(xiàn)通信和交互，實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)與資料之間的共享，實(shí)現(xiàn)更加靈活的教學(xué)[15]。

3.2.3 國(guó)內(nèi)外主題的對(duì)比分析

通過(guò)聚類(lèi)分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外研究存在一些共同的主題： （1）VR/AR技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究;（2）VR/AR技術(shù)遠(yuǎn)程教學(xué)的應(yīng)用研究;（3）VR/AR技術(shù)或系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)研究;（4）VR/AR技術(shù)對(duì)學(xué)生的影響研究。

在共同主題中，研究成果也存在著一定的差異，如VR/AR技術(shù)對(duì)學(xué)生的影響研究主題中，國(guó)內(nèi)更多為理論研究，而國(guó)外側(cè)重學(xué)生學(xué)習(xí)效果、態(tài)度及動(dòng)機(jī)等實(shí)證研究;對(duì)于VR/AR技術(shù)或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)研究主題，國(guó)內(nèi)研究主要針對(duì)某一平臺(tái)或系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，而國(guó)外更關(guān)注技術(shù)開(kāi)發(fā)層面的靈活性及定制性等。

此外，國(guó)內(nèi)研究特有的主題有： （1）VR/AR技術(shù)與化學(xué)課程融合的教學(xué)模式、方法等改革研究;（2）基于VR/AR技術(shù)的高等教育仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究。國(guó)外研究特有的主題有： VR/AR/3D打印技術(shù)支持下的跨學(xué)科/多學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用融合研究。

3.3 研究熱點(diǎn)分析——社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜識(shí)別

為了更好地把握研究熱點(diǎn)，借助Ucinet 6.0社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析軟件生成國(guó)內(nèi)外研究高頻關(guān)鍵詞社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜，并采用中介中心度進(jìn)行中心性可視化分析，如圖2（a）（b）所示。

3.3.1 基于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分析

圖2（a）的國(guó)內(nèi)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜中，除了中心詞“虛擬現(xiàn)實(shí)”外，教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、教學(xué)模式等關(guān)鍵詞的節(jié)點(diǎn)較大且距離中心詞較近、連線較粗，說(shuō)明當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要關(guān)注以VR技術(shù)為支撐的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式等變革研究。圖2（b）的國(guó)外社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜中，實(shí)踐學(xué)習(xí)/操作性學(xué)習(xí)、高中/入門(mén)化學(xué)、一年級(jí)本科生、二年級(jí)本科生等關(guān)鍵詞的節(jié)點(diǎn)較大，并且這些詞共同形成以“實(shí)踐學(xué)習(xí)/操作性學(xué)習(xí)”為核心的研究類(lèi)團(tuán)，表明當(dāng)前國(guó)外主要關(guān)注對(duì)中、高等教育學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下學(xué)習(xí)范式的轉(zhuǎn)變及實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

3.3.2 基于整體屬性分析

從圖譜的整體來(lái)看，可以看出國(guó)內(nèi)圖譜以“虛擬現(xiàn)實(shí)”為核心詞，與“實(shí)驗(yàn)室教學(xué)”“教學(xué)改革”等構(gòu)成核心層，國(guó)外圖譜以“實(shí)踐學(xué)習(xí)/操作性學(xué)習(xí)”為核心詞，與“基于計(jì)算機(jī)的學(xué)習(xí)”“高中/入門(mén)化學(xué)”“跨學(xué)科/多學(xué)科”等構(gòu)成核心層，核心層構(gòu)成的主題結(jié)構(gòu)是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn);國(guó)內(nèi)圖譜中如“實(shí)踐教學(xué)”“人才培養(yǎng)”“中學(xué)化學(xué)”等關(guān)鍵詞，國(guó)外圖譜中如“遠(yuǎn)程教學(xué)/自學(xué)”“探究式/發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)”等關(guān)鍵詞處于圖譜的邊緣層，反映了當(dāng)前該研究領(lǐng)域的薄弱之處，可能發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)或研究熱度較小，但可能成為將來(lái)的關(guān)注方向。

3.3.3 基于中心性分析

在社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜中，當(dāng)點(diǎn)度中心度、接近中心度較低，中介中心度較高的關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)則代表著未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)[16]。在UCINET中獲得關(guān)鍵詞的三種中心度的數(shù)值，導(dǎo)入excel中得到三種中心度的簇狀柱形圖，如圖3（a）（b）所示。

根據(jù)圖3（a）（b）選取符合點(diǎn)度中心度、接近中心度較低，而中介中心度較高的關(guān)鍵詞，如國(guó)內(nèi)關(guān)鍵詞“教學(xué)改革”、國(guó)外關(guān)鍵詞“基于互聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)”。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外所有高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行分析可以得到符合該要求的關(guān)鍵詞，國(guó)內(nèi)包括教學(xué)改革、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、教學(xué)模式、教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)踐教學(xué)、在線課程、線上線下教學(xué)、創(chuàng)新能力等關(guān)鍵詞，表明國(guó)內(nèi)未來(lái)的研究方向?yàn)榛赩R/AR技術(shù)的化學(xué)教學(xué)變革方面的研究，具體包括開(kāi)展以促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展的實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)改革研究以及在線課程或線上線下混合教學(xué)模式變革研究。國(guó)外包括互聯(lián)網(wǎng)/基于互聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)、基于多媒體的學(xué)習(xí)、跨學(xué)科/多學(xué)科、虛擬現(xiàn)實(shí)、3D打印等關(guān)鍵詞，表明國(guó)外未來(lái)的關(guān)注方向主要為學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變研究，這也是當(dāng)前國(guó)外研究的熱點(diǎn)，具體包括學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)/多媒體/計(jì)算機(jī)等硬件或軟件使用VR/AR/3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科/多學(xué)科教與學(xué)等方面的研究。

4 研究結(jié)論

本研究采用可視化的共詞分析法，對(duì)近十年國(guó)內(nèi)外VR/AR技術(shù)在化學(xué)教育的應(yīng)用研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀及熱點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、薄弱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)有共同之處，也存在一定的差異，主要呈現(xiàn)出以下三點(diǎn)特征：

4.1 均重視VR/AR技術(shù)在化學(xué)學(xué)科的教學(xué)應(yīng)用研究，但側(cè)重點(diǎn)不同

VR/AR技術(shù)在化學(xué)教育中的應(yīng)用研究逐漸轉(zhuǎn)向教學(xué)研究，成為當(dāng)前及今后的研究熱點(diǎn)。但國(guó)內(nèi)外側(cè)重點(diǎn)有所不同，當(dāng)前國(guó)內(nèi)研究側(cè)重于改進(jìn)教師的教學(xué)工作，主要聚焦于具體的教學(xué)模式、方法或策略等變革。國(guó)外更側(cè)重于VR/AR技術(shù)中對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的影響，主要關(guān)注借助技術(shù)來(lái)促進(jìn)學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)范式的轉(zhuǎn)變。

4.2 均聚焦于應(yīng)用效果研究，但關(guān)注的層面略有不同

輔之以技術(shù)的使用促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的達(dá)成是國(guó)內(nèi)外研究共同的目標(biāo)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)研究更多地從理論層面進(jìn)行探討，缺乏大量實(shí)證研究的證明，且對(duì)應(yīng)用效果的實(shí)證研究主要關(guān)注相關(guān)的技術(shù)或系統(tǒng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響，僅有極少部分的實(shí)證研究涉及對(duì)學(xué)生態(tài)度或動(dòng)機(jī)等非認(rèn)知因素的影響。國(guó)外對(duì)于VR/AR技術(shù)的應(yīng)用效果研究多為通過(guò)實(shí)證研究來(lái)對(duì)系統(tǒng)的可用性和實(shí)際的教學(xué)效果進(jìn)行驗(yàn)證[17]，且對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的評(píng)價(jià)顯示出更加多元化的傾向，除了關(guān)注學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果外，也關(guān)注了技術(shù)使用下學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、動(dòng)機(jī)及學(xué)習(xí)范式等方面的改變。

4.3 研究主題系統(tǒng)化，但研究深度有待挖掘

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外VR/AR技術(shù)在化學(xué)教學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域的研究都較為系統(tǒng)，VR/AR技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用、技術(shù)或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)、對(duì)學(xué)習(xí)者的影響等方面的研究是國(guó)內(nèi)外共同關(guān)注的研究主題，體現(xiàn)了VR/AR技術(shù)在化學(xué)教學(xué)應(yīng)用研究的系統(tǒng)化特征。國(guó)內(nèi)的VR/AR技術(shù)在化學(xué)教學(xué)的應(yīng)用雖然形成了較為系統(tǒng)化的研究主題，但研究深度仍有待挖掘。通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外研究主題的共同點(diǎn)和差異性，可以發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)研究需要從理論層面的探討拓展到相應(yīng)的實(shí)證研究、對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的分析需要更加地多元化、在技術(shù)開(kāi)發(fā)層面需要更具靈活性等，做到研究廣度和深度共同發(fā)展。

5 研究啟示

VR/AR技術(shù)在我國(guó)化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于淺層階段，其理論和實(shí)踐層面仍具有很大的發(fā)展空間。

5.1 加強(qiáng)VR/AR技術(shù)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)的應(yīng)用

由于化學(xué)學(xué)科的抽象概念、微觀知識(shí)和空間結(jié)構(gòu)等教學(xué)內(nèi)容對(duì)于剛接觸化學(xué)的中學(xué)生而言存在一定的學(xué)習(xí)困難。借助VR/AR技術(shù)能幫助學(xué)習(xí)者拓展多維空間，有效激發(fā)對(duì)化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)對(duì)中學(xué)課堂中有限的教學(xué)條件下提供拓展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。我國(guó)VR/AR技術(shù)在中學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用較少，在后續(xù)的研究中應(yīng)加強(qiáng)VR/AR技術(shù)在中學(xué)化學(xué)的教學(xué)應(yīng)用研究，如NOBOOK、 ChemLab等屬于桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件，可應(yīng)用于難以在課堂實(shí)施初高中化學(xué)實(shí)驗(yàn);ELEMENT 4D等AR軟件配合相應(yīng)的紙牌或書(shū)籍等，能在物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)起三維呈現(xiàn)、虛擬結(jié)合、沉浸學(xué)習(xí)等重要作用。這兩類(lèi)技術(shù)所需要的成本較為低廉且實(shí)現(xiàn)技術(shù)較為簡(jiǎn)單，便于在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用。而對(duì)于一些設(shè)備條件允許的學(xué)校還可以使用沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，采用頭盔、傳感手套等交互設(shè)備的作用下進(jìn)行概念、原理、結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)等化學(xué)教學(xué)，幫助學(xué)生獲得沉浸式互動(dòng)體驗(yàn)，

調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

5.2 加強(qiáng)基于證據(jù)的教學(xué)實(shí)證研究

VR/AR技術(shù)在化學(xué)課堂中應(yīng)用的教學(xué)效果是我國(guó)研究中較為缺乏的研究領(lǐng)域。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域的實(shí)證研究主要采用問(wèn)卷法、紙筆測(cè)驗(yàn)法和訪談法來(lái)了解學(xué)生的態(tài)度、動(dòng)機(jī)等及教學(xué)干預(yù)前后學(xué)業(yè)成就等的變化情況。在后續(xù)的研究可以借鑒對(duì)作業(yè)及在線交互記錄等資料，使用對(duì)學(xué)習(xí)模式進(jìn)行跟蹤研究的內(nèi)容分析法及課堂觀察法等，加強(qiáng)基于證據(jù)的VR/AR技術(shù)應(yīng)用的多維度實(shí)證研究，為VR/AR技術(shù)在化學(xué)教學(xué)應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

5.3 加強(qiáng)評(píng)價(jià)體系多元化設(shè)計(jì)

為了促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科的深度學(xué)習(xí)，除了要求學(xué)生掌握核心知識(shí)外，需要培養(yǎng)學(xué)生的批判理解、遷移應(yīng)用、問(wèn)題解決等方面的能力。除了對(duì)學(xué)習(xí)者成績(jī)的影響，融入新興技術(shù)后學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度和動(dòng)機(jī)等的改變也可能成為影響學(xué)習(xí)效果的因素，今后研究中要更多

關(guān)注對(duì)學(xué)生深度學(xué)習(xí)能力的要求，綜合考慮學(xué)生態(tài)度、動(dòng)機(jī)等多方面的因素，探索構(gòu)建科學(xué)有效的基于VR/AR技術(shù)的評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)的多元化。

5.4 加強(qiáng)硬件定制化、軟件開(kāi)放化，實(shí)現(xiàn)資源的共建共享

由于不同學(xué)科所需要的技術(shù)硬件或有所不同，需要加強(qiáng)硬件的化學(xué)學(xué)科定制化開(kāi)發(fā)，這也需要化學(xué)教師提高技術(shù)應(yīng)用及開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力，根據(jù)自己的教學(xué)需求設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)化學(xué)VR/AR應(yīng)用。此外，當(dāng)前我國(guó)仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)VR/AR教育平臺(tái)和系統(tǒng)之間的資源共享，需要不斷探索和完善，從而實(shí)現(xiàn)資源的高度共享。

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