□毛耀忠 劉旭東 宋曉琴

一、引言

虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）作為信息技術(shù)的重要應(yīng)用分支，為用戶獲取知識和解決問題提供了逼真的模擬環(huán)境和交互空間（Makransky et al.，2018），為教育教學(xué)活動提供了新的可能性和技術(shù)支撐。20 世紀(jì)末，虛擬現(xiàn)實已被大量應(yīng)用于飛行員的培訓(xùn)當(dāng)中。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷完善和持續(xù)推廣，游戲娛樂、員工培訓(xùn)、醫(yī)科訓(xùn)練、心理治療、社交場景、教育教學(xué)等領(lǐng)域也開始大量引入虛擬現(xiàn)實（Cipresso et al.，2018）。

虛擬現(xiàn)實按照其能夠營造的沉浸性水平可被大致分為兩類：一類是二維的桌面計算機虛擬現(xiàn)實（Desktop Virtual Reality，簡稱DVR），另一類是三維的頭戴式顯示器或全息式立體空間虛擬場景。二維的桌面計算機虛擬現(xiàn)實通常需要用戶借助鍵盤、鼠標(biāo)、操控桿、觸摸屏等和教學(xué)內(nèi)容互動；頭戴式顯示器要求使用者佩戴在頭部，借助手持操控桿進行控制；全息式立體空間虛擬場景本質(zhì)上是一種類似房間大小的、基于投影技術(shù)的六面立方體虛擬場景，體驗者身處與外界物理環(huán)境隔離的虛擬空間，可以享受到高度沉浸性的體驗，產(chǎn)生自身和虛擬場景融為一體的感受（Muhanna，2015）。由于頭戴式顯示器或全息式立體空間虛擬場景相較DVR，可以為用戶提供更加高質(zhì)量和真實的虛擬體驗，所以也被稱作沉浸式虛擬現(xiàn)實（Immersive Virtual Reality，簡稱IVR）；相應(yīng)地，桌面計算機虛擬現(xiàn)實被稱為非沉浸式虛擬現(xiàn)實或半沉浸式虛擬現(xiàn)實。沉浸式虛擬現(xiàn)實相較非沉浸式虛擬現(xiàn)實除了在視覺、聽覺上具有更高的仿真性外，還在使用者之間以及使用者與學(xué)習(xí)場景之間建立了更強的交互性，其可以借助傳感器系統(tǒng)，實現(xiàn)視覺、聽覺、動覺、觸覺甚至嗅覺等多種感知（Bekele et al.，2019）。鑒于沉浸式虛擬現(xiàn)實相較非沉浸式虛擬現(xiàn)實以及傳統(tǒng)教學(xué)的諸多優(yōu)勢，將沉浸式虛擬現(xiàn)實引入不同學(xué)科的教學(xué)過程，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)績效非常重要。

二、文獻綜述

20世紀(jì)初，杜威提出了“做中學(xué)”的理念，鼓勵學(xué)生在現(xiàn)實世界當(dāng)中針對實踐任務(wù)開展探索性和體驗性的學(xué)習(xí)活動。沉浸式虛擬現(xiàn)實無疑為學(xué)生提供了這樣的學(xué)習(xí)機會。沉浸式虛擬現(xiàn)實支持學(xué)生在安全的學(xué)習(xí)環(huán)境當(dāng)中跨越時空障礙開展身臨其境式的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)者可以在其中獲得更加寬廣的視野、更具立體的感受、更多角度的觀察和遠(yuǎn)近可調(diào)節(jié)的探索（Buttussi et al.，2018）。一些研究發(fā)現(xiàn)，沉浸式虛擬現(xiàn)實相比非沉浸式虛擬現(xiàn)實更能促進學(xué)生的概念理解、知識遷移和情感投入，更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)成績的提高。如：Cheng等（2020）考察了中國臺灣地區(qū)小學(xué)生在沉浸式虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的科學(xué)學(xué)習(xí)狀況，發(fā)現(xiàn)在沉浸式虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境下，小學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)自我效能感（Self-Efficacy）、感知沉浸感（Perceived Immersion） 和 學(xué) 習(xí) 成 績（Learning Outcomes）均顯著高于傳統(tǒng)課堂教學(xué)中的小學(xué)生；在工程教育領(lǐng)域，Alhalabi（2016）開展了一項基于48 名機械工程專業(yè)大學(xué)生志愿者的虛擬現(xiàn)實教學(xué)實驗，測試結(jié)果表明，采用沉浸式虛擬現(xiàn)實的實驗組學(xué)習(xí)效果顯著高于未使用沉浸式虛擬現(xiàn)實的控制組；Jensen等（2018）的研究結(jié)果同樣支持頭戴式顯示設(shè)備（Head-Mounted Display，簡稱HMD）相對于傳統(tǒng)面對面教學(xué)（Face-to-Face Teaching）在促進學(xué)生記憶及理解方面具有顯著優(yōu)越性。

然而，另一些研究卻得出不一致的結(jié)論，發(fā)現(xiàn)沉浸式虛擬現(xiàn)實與其他教學(xué)方式對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響并沒有顯著性差異。如：Makransky等（2019）比較了105名工程學(xué)本科一年級學(xué)生分別采用沉浸式虛擬現(xiàn)實、桌面計算機虛擬現(xiàn)實和傳統(tǒng)教學(xué)方式時的學(xué)習(xí)效果，實驗結(jié)果表明，三種教學(xué)方式在傳遞基本知識方面沒有表現(xiàn)出顯著性差異；Davis等（2019）探討了沉浸式虛擬現(xiàn)實在學(xué)生口語交際練習(xí)中的作用，其中69名學(xué)生利用沉浸式虛擬現(xiàn)實練習(xí)口語交際，127名學(xué)生以面對面方式練習(xí)口語交際，測試結(jié)果顯示，兩組學(xué)生最終的成績沒有顯著性差異；Hassenfeldt等（2020）開展的一項針對57名司法專業(yè)大學(xué)生數(shù)字取證概念（Digital Forensics Concept）教學(xué)的實驗研究結(jié)果顯示，沉浸式虛擬現(xiàn)實組和傳統(tǒng)教學(xué)組之間的學(xué)習(xí)分?jǐn)?shù)沒有顯著性差異。

可見，沉浸式虛擬現(xiàn)實促進學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性還需要得到進一步確認(rèn)。目前已有的關(guān)于虛擬現(xiàn)實影響學(xué)生學(xué)習(xí)的元分析研究是將沉浸式與非沉浸式虛擬現(xiàn)實合并在了一起，整體探討虛擬現(xiàn)實對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響（王雪等，2019；周榕等，2019；鄭玲等，2021；Luo et al.，2021；Woon et al.，2021）。但隨著近幾年可穿戴虛擬現(xiàn)實設(shè)備（尤其是頭戴式顯示器）的快速普及以及相應(yīng)使用成本的降低，越來越多的研究開始專注探討沉浸式虛擬現(xiàn)實對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響作用。本研究采用元分析方法（Meta-Analysis）系統(tǒng)綜合國內(nèi)外近年來已有的實驗和準(zhǔn)實驗研究結(jié)果，探討沉浸式虛擬現(xiàn)實對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響作用，主要擬解決以下兩個研究問題：（1）相對于非沉浸式虛擬現(xiàn)實或傳統(tǒng)教學(xué)，沉浸式虛擬現(xiàn)實是否更有利于促進學(xué)生的學(xué)習(xí)績效？（2）在沉浸式虛擬現(xiàn)實環(huán)境下，其對學(xué)生學(xué)習(xí)績效的影響受到哪些變量的調(diào)節(jié)？

三、研究設(shè)計

本研究采用系統(tǒng)性綜述和元分析指導(dǎo)準(zhǔn)則（The Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses，簡稱PRISMA）開展元分析過程（Bolat et al.，2020），主要包括以下一些步驟：

1.文獻查找過程

為了保證原始文獻的質(zhì)量，外文文獻通過“Web of Science”“ERIC”和“Scopus”三個國際權(quán)威數(shù)據(jù)庫查找。沉浸式虛擬現(xiàn)實對應(yīng)的主題詞為“Immersive Virtual Reality”，學(xué)習(xí)績效對應(yīng)的主題詞包括“Learning Achievement”“Learning Performance”“Learning Outcome”“Learning Skill”和“Learning Effectiveness”，組合邏輯檢索語句為（“Immersive Virtual Reality”） AND （“Learning Achievement” OR “Learning Performance” OR“Learning Outcome” OR “Learning Skill” OR“Learning Effectiveness”），檢索時間跨度為2016年1 月至2022 年6 月，文獻出版類型選“Peer Review Article”，語言選“English”，一共得到3170個檢索結(jié)果。將所有文獻導(dǎo)入EndNote文獻管理軟件，去除重復(fù)文獻后，共得到英文文獻2076 篇。中文文獻通過“中國知網(wǎng)”數(shù)據(jù)庫查找，同樣為了保證原始文獻的質(zhì)量，在檢索過程中選擇了“中文核心”和“CSSCI”期刊。由于相關(guān)的中文研究文獻數(shù)量相對較少，所以僅選擇“沉浸式虛擬現(xiàn)實”為篇名進行檢索，檢索時間跨度同樣為2016 年1 月至2022年6月，共得到18篇中文文獻。

2.文獻篩選標(biāo)準(zhǔn)

共有54 項實驗和準(zhǔn)實驗研究（其中英文文獻48篇，中文文獻6篇）被納入到元分析當(dāng)中，篩選流程見圖1。去除的2040項研究是因為沒有滿足以下一項或多項文獻篩選標(biāo)準(zhǔn)：（1）不是實驗或準(zhǔn)實驗研究；（2）研究缺少控制組（Control Groups）； （3） 學(xué) 習(xí) 成 效 僅 僅 以 自 我 報 告（Self-Report）的形式呈現(xiàn)，沒有經(jīng)過實驗者測量；（4）實驗對象不屬于基礎(chǔ)教育（K-12）或者高等教育階段；（5）實驗結(jié)果僅呈現(xiàn)了沉浸感（Sense of Presence）、動機（Motivation）、態(tài)度（Attitude）、焦慮（Anxiety）、 反 思（Reflection）、 學(xué) 習(xí) 信 念（Learning Belief）、滿意度（Satisfaction）等的測量，沒有報告學(xué)習(xí)績效的結(jié)果，即缺少學(xué)生知識獲得或者任務(wù)表現(xiàn)的得分；（6）缺少開展元分析的完整數(shù)據(jù)（實驗組和控制組各自效應(yīng)值的平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和樣本量），或者缺少可以表征標(biāo)準(zhǔn)化均數(shù)差（Standardized Mean Difference，簡稱SMD）的d 值（Cohen’s d）、g值（Hedges’s g）等；（7）對于非隨機分配的實驗組和控制組，沒有論證或者說明他們之間的等質(zhì)性。

圖1 文獻篩選流程

3.資料提取與編碼

兩位研究者獨立對54項研究提取信息和編碼，編碼內(nèi)容包括：研究代號（作者名＋年份）、效應(yīng)值（知識獲得/任務(wù)表現(xiàn)）、測量方式（即時/延時）、學(xué)段（小學(xué)/初中/高中/大學(xué)）、干預(yù)持續(xù)時間、學(xué)科、總樣本數(shù)、實驗組教學(xué)方式（頭戴式顯示器/全息式立體空間虛擬場景）、控制組教學(xué)方式（傳統(tǒng)教學(xué)/計算機輔助）、實驗組效應(yīng)量均值、實驗組效應(yīng)量標(biāo)準(zhǔn)差、實驗組樣本量、控制組效應(yīng)量均值、控制組效應(yīng)量標(biāo)準(zhǔn)差、控制組樣本量。兩位研究者編碼的一致性系數(shù)Cohen Kappa＝0.920，說明特征值編碼結(jié)果可信。同時，對于編碼結(jié)果不一致的項目，三位研究者一起做了討論，確定了每一個項目的最終編碼類別。由于一些實驗研究存在多個對照組或者在不同時間點進行了多次實驗結(jié)果測量，所以編碼結(jié)果一共有71個獨立的效應(yīng)值，實驗組和控制組總的樣本數(shù)為N＝5039，具體編碼結(jié)果見表1。

表1 特征值編碼匯總表

續(xù)表1

續(xù)表1

4.分析過程

整個元分析過程主要包括計算效應(yīng)值、檢驗異質(zhì)性和分析調(diào)節(jié)效應(yīng)等三個步驟，整個計算過程使用了軟件Comprehensive Meta-Analysis 2.0（簡稱CMA2.0）。針對每一項具體研究，基于其樣本量、效應(yīng)量均值和效應(yīng)量標(biāo)準(zhǔn)差計算相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化均值差?？紤]到Hedges’s g可以更好地糾正小樣本（樣本量小于20）研究的統(tǒng)計偏差，所以采用Hedges’s g 而不是Cohen’s d來表征標(biāo)準(zhǔn)化均值差（Borenstein et al.，2010）。由于影響學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果因素的多元性和復(fù)雜性，同時不同研究所處的背景和地域存在較大差異，所以使用隨機效應(yīng)模型（Random Effects Model，簡稱REM）計算71 個效應(yīng)值的整體效應(yīng)值。效應(yīng)值g 的絕對值達到0.1、0.2、0.5、0.8、1.2、2.0 分別代表效應(yīng)值的水平達到極?。╒ery Small）、 小（Small）、 中 等（Medium）、 大（Large）、極大（Very large）、巨大（Huge）。其中，正的效應(yīng)值g代表實驗組的影響效果好于控制組，負(fù)的效應(yīng)值g代表實驗組的影響效果不及控制組（Cohen，1992）。異質(zhì)性檢驗被用來評估不同研究間效應(yīng)值的變異程度，常用的評估異質(zhì)性的統(tǒng)計量主要有Q 值和I2。整體異質(zhì)性統(tǒng)計量Q＝QB＋QW，Q代表所有納入元分析的效應(yīng)值之間總的異質(zhì)性；QB代表某種分組下的組間異質(zhì)性，若QB對應(yīng)的顯著性p＜0.05，則代表不同組別之間的效應(yīng)值存在顯著性差異，即調(diào)節(jié)變量的調(diào)節(jié)作用成立；QW代表某種分組下的組內(nèi)異質(zhì)性，組內(nèi)異質(zhì)性主要來源于難以控制的無關(guān)變量和抽樣誤差。I2代表由效應(yīng)值的真實差異造成的變異占總變異的比重。Q值越顯著或者I2值越大表示異質(zhì)性越明顯，較大的異質(zhì)性是進行調(diào)節(jié)效應(yīng)分析的前提條件。如果I2＞25%，說明研究間具有實質(zhì)性的差異，即存在潛在的調(diào)節(jié)變量，I2＞25%、I2＞50%、I2＞75%分別代表不同研究之間具有較低、中等、較高的異質(zhì)性水平（Higgins et al.，2003）。調(diào)節(jié)效應(yīng)分析主要采用亞組檢驗和元回歸分析，當(dāng)考察的變量為類型變量時選擇亞組檢驗，當(dāng)考察的變量為整數(shù)變量時選擇元回歸分析。

5.出版偏誤分析

出版偏誤（Publication Bias）是指已經(jīng)發(fā)表的研究文獻不能夠代表研究總體的實際狀況而引發(fā)的偏差（衛(wèi)旭華，2021）。較大的出版偏誤將威脅元分析的結(jié)果、結(jié)論和有效性，因此對篩選的原始文獻進行出版偏誤分析十分必要。本研究使用定性的漏斗圖法（Funnel Pot）和定量的Egger回歸法檢驗出版偏誤。當(dāng)篩選的原始文獻不存在較大的出版偏誤時，基于原始文獻效應(yīng)值繪制的漏斗圖呈現(xiàn)為左右較為對稱的倒立型漏斗形狀，否則所形成的圖形將會出現(xiàn)明顯的左右不對稱。如圖2所示，本研究所選擇的原始文獻效應(yīng)值所形成的漏斗圖以g＝0.400為對稱軸左右均勻分布，說明所選原始文獻的出版偏誤可以接受。同時，Egger 回歸法檢測結(jié)果顯示，t＝0.152，p＝0.880＞0.05，表明本研究所選原始文獻的出版偏誤不顯著，得到的研究結(jié)果具有穩(wěn)健性。

圖2 漏斗圖

四、研究過程分析

根據(jù)元分析統(tǒng)計過程要求，本研究首先對71個效應(yīng)值進行了合并，然后在異質(zhì)性檢驗的基礎(chǔ)上開展了調(diào)節(jié)效應(yīng)分析。

1.整體效應(yīng)和敏感性分析

為了比較沉浸式虛擬現(xiàn)實與其他教學(xué)方式在影響學(xué)生學(xué)習(xí)績效上的差異，本研究借助CMA2.0軟件在隨機效應(yīng)模型下將71 個獨立的效應(yīng)值（實驗組和控制組的樣本總數(shù)為N＝5039）進行了合并。

71 個獨立的效應(yīng)值當(dāng)中，31 個效應(yīng)值（占44%）具有顯著的正向效應(yīng)（p＜0.05），表明在這部分研究中沉浸式虛擬現(xiàn)實影響學(xué)生學(xué)習(xí)績效的程度顯著好于計算機輔助或傳統(tǒng)教學(xué)；3個效應(yīng)值（占4%）具有顯著的負(fù)向效應(yīng)（p＜0.05），表示在這些研究當(dāng)中沉浸式虛擬現(xiàn)實影響學(xué)生學(xué)習(xí)績效的程度顯著不及計算機輔助或傳統(tǒng)教學(xué)；另外37個效應(yīng)值（占52%）未顯示出顯著性差異（p＞0.05），說明在余下的研究當(dāng)中沉浸式虛擬現(xiàn)實與其他教學(xué)方式對學(xué)生學(xué)習(xí)績效的影響程度無顯著性差異。按照元分析的步驟基于隨機效應(yīng)模型將71個獨立效應(yīng)值進行合并，得到整體的效應(yīng)值為g＝0.400（SE＝0.063，CI＝[0.277, 0.524]，p＜0.001），顯示在總體上沉浸式虛擬現(xiàn)實影響學(xué)生學(xué)習(xí)績效的程度顯著優(yōu)于計算機輔助或傳統(tǒng)教學(xué)。另外，敏感性分析顯示，剔除任意一個研究后得到的整體效應(yīng)值介于0.379 和0.419之間，表明元分析估計結(jié)果沒有受到極端值的影響，具有較高的穩(wěn)定性。

2.調(diào)節(jié)效應(yīng)

效應(yīng)值在不同研究間存在較大的異質(zhì)性是進行調(diào)節(jié)效應(yīng)分析的前提。借助CMA2.0軟件，得到總的異質(zhì)性檢驗統(tǒng)計量Q＝294.707（p＜0.001），表明本元分析中的效應(yīng)值存在顯著的異質(zhì)性。同時，另一個異質(zhì)性檢驗統(tǒng)計量I2＝76.25%，表明由效應(yīng)值的真實差異造成的變異占總變異的比重為76.25%，根據(jù)Higgins界定的異質(zhì)性高低標(biāo)準(zhǔn)，I2＞75%，本研究中的效應(yīng)值達到較高的異質(zhì)性水平。因此，沉浸式虛擬現(xiàn)實對學(xué)生學(xué)習(xí)績效的影響可能存在潛在的調(diào)節(jié)變量，需要進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)效應(yīng)分析。本研究依次以測量方式、學(xué)段、實驗干預(yù)持續(xù)時間、學(xué)科、控制組教學(xué)方式、效應(yīng)值所屬領(lǐng)域、沉浸式虛擬現(xiàn)實類型作為調(diào)節(jié)變量進行了調(diào)節(jié)效應(yīng)分析，結(jié)果見表2。

表2 調(diào)節(jié)效應(yīng)分析結(jié)果匯總表

第一，以測量方式（即時/延時）為調(diào)節(jié)變量，得到即時測量方式對應(yīng)的效應(yīng)值g＝0.428（CI＝[0.294，0.561]），延時測量方式對應(yīng)的效應(yīng)值g＝0.213（CI＝[-0.104，0.530]），異質(zhì)性檢驗統(tǒng)計量QB＝1.503（p＝0.220＞0.05），表明效應(yīng)值在不同測量方式之間不存在顯著性差異。同時，比較效應(yīng)值發(fā)現(xiàn)，即時測量方式對應(yīng)的效應(yīng)值大于延時測量方式對應(yīng)的效應(yīng)值，沉浸式虛擬現(xiàn)實對學(xué)生即時學(xué)習(xí)績效的影響大于對延時學(xué)習(xí)績效的影響。

第二，以學(xué)段（大學(xué)/高中/初中/小學(xué)）為調(diào)節(jié)變量，計算出大學(xué)對應(yīng)小的效應(yīng)值g＝0.358（CI＝[0.224，0.493]），高中對應(yīng)極小的效應(yīng)值g＝0.182（CI＝[-0.369，0.734]），初中對應(yīng)中等的效應(yīng)值g＝0.502（CI＝[0.251，0.753]），小學(xué)對應(yīng)大的效應(yīng)值g＝0.954（CI＝[0.309，1.600]），異質(zhì)性檢驗統(tǒng)計量QB＝4.442（p＝0.217＞0.05），表明效應(yīng)值在各個學(xué)段之間不存在顯著性差異。同時，比較效應(yīng)值發(fā)現(xiàn)，初中以下學(xué)段對應(yīng)“中等”以上的效應(yīng)值，而高中以上學(xué)段對應(yīng)“小”以下效應(yīng)值。隨著學(xué)段的增高，效應(yīng)值出現(xiàn)遞減，說明沉浸式虛擬現(xiàn)實對低學(xué)段學(xué)生學(xué)習(xí)績效的影響更大。

第三，以實驗干預(yù)持續(xù)時間（少于1天記為短期，大于等于1天記為長期）為調(diào)節(jié)變量，得到短期實驗干預(yù)對應(yīng)的效應(yīng)值為g＝0.435（CI＝[0.255，0.614]），長期實驗干預(yù)對應(yīng)的效應(yīng)值為g＝0.385（CI＝[0.223，0.547]），異質(zhì)性檢驗統(tǒng)計量QB＝0.165（p＝0.921＞0.05），表明效應(yīng)值在長、短期實驗干預(yù)之間不存在顯著性差異，彼此的效應(yīng)值比較接近。

第四，以學(xué)科為調(diào)節(jié)變量（三門學(xué)科k＝1，未計入調(diào)節(jié)效應(yīng)分析），得到醫(yī)學(xué)具有極小的效應(yīng)值g＝0.174（CI＝[-0.016，0.363]），科學(xué)具有中等的效應(yīng)值g＝0.501（CI＝[0.203，0.799]），工程具有大的效應(yīng)值g＝0.849（CI＝[0.497，1.201]），語言 具 有 中 等 的 效 應(yīng) 值g＝0.502 （CI＝[0.159，0.845]），安全訓(xùn)練具有小的效應(yīng)值g＝0.201（CI＝[-0.300，0.702]），地理具有小的效應(yīng)值g＝0.311（CI＝[0.092，0.531]），幾何具有中等的效應(yīng)值g＝0.606（CI＝[-0.153，1.365]），歷史具有極小的效應(yīng)值g＝0.113（CI＝[-0.811，1.038]），異質(zhì)性檢驗統(tǒng)計量QB＝13.903（p＝0.049＜0.05），表明效應(yīng)值在不同學(xué)科之間存在顯著性差異。工程、幾何、語言、科學(xué)等學(xué)科對應(yīng)的效應(yīng)值大于地理、安全訓(xùn)練、醫(yī)學(xué)、歷史等學(xué)科對應(yīng)的效應(yīng)值。

第五，以控制組教學(xué)方式為調(diào)節(jié)變量，得到計算機輔助教學(xué)方式對應(yīng)的效應(yīng)值g＝0.347（CI＝[0.195，0.499]），傳統(tǒng)教學(xué)對應(yīng)的效應(yīng)值g＝0.497（CI＝[0.281，0.713]），異質(zhì)性檢驗統(tǒng)計量QB＝1.237（p＝0.266＞0.05），表明效應(yīng)值在不同控制組教學(xué)方式之間不存在顯著性差異，效應(yīng)值相對接近。

第六，以效應(yīng)值所屬領(lǐng)域為調(diào)節(jié)變量，得到知識 獲 得 對 應(yīng) 的 效 應(yīng) 值g＝0.384 （CI＝[0.227，0.540]），任務(wù)表現(xiàn)對應(yīng)的效應(yīng)值g＝0.441（CI＝[0.252，0.630]），異 質(zhì) 性 檢 驗 統(tǒng) 計 量QB＝0.212（p＝0.645＞0.05），表明效應(yīng)值在知識獲得和任務(wù)表現(xiàn)之間不存在顯著性差異，效應(yīng)值比較接近。

第七，以沉浸式虛擬現(xiàn)實類型為調(diào)節(jié)變量，探討不同類型沉浸式虛擬現(xiàn)實對學(xué)生學(xué)習(xí)績效的影響是否存在差異。計算結(jié)果顯示，頭戴式顯示器具有小的效應(yīng)值g＝0.427（CI＝[0.302，0.551]），全息式立體空間虛擬場景具有極小的效應(yīng)值g＝0.185（CI＝[-0.551，0.720]），異質(zhì)性檢驗統(tǒng)計量QB＝1.069（p＝0.301＞0.05），表明效應(yīng)值在不同類型的沉浸式虛擬現(xiàn)實之間不存在顯著性差異。同時，比較兩種沉浸式虛擬現(xiàn)實對應(yīng)的研究數(shù)量可以看出，頭戴式顯示器成為近年來主要的沉浸式虛擬現(xiàn)實類型，這主要歸因于其操作較為簡便和成本相對低廉。

五、研究結(jié)論和建議

整體上，沉浸式虛擬現(xiàn)實對學(xué)生學(xué)習(xí)績效的影響高于計算機輔助或傳統(tǒng)教學(xué)（總效應(yīng)值g＝0.400），其促進學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性得到確認(rèn)。調(diào)節(jié)效應(yīng)分析結(jié)果表明，學(xué)科在沉浸式虛擬現(xiàn)實影響學(xué)生學(xué)習(xí)績效的過程中發(fā)揮著調(diào)節(jié)作用，而測量方式、學(xué)段、實驗干預(yù)持續(xù)時間、控制組教學(xué)方式、效應(yīng)值所屬領(lǐng)域、沉浸式虛擬現(xiàn)實類型等變量均不存在調(diào)節(jié)效應(yīng)。另外，比較各個子類的特征可以發(fā)現(xiàn)，即時測量方式對應(yīng)的效應(yīng)值大于延時測量方式對應(yīng)的效應(yīng)值，初中以下學(xué)段對應(yīng)的效應(yīng)值大于高中以上學(xué)段對應(yīng)的效應(yīng)值，頭戴式顯示器是目前應(yīng)用最廣泛的沉浸式虛擬現(xiàn)實類型。未來若意圖進一步提升沉浸式虛擬現(xiàn)實對學(xué)生學(xué)習(xí)績效的影響，建議做好以下幾個方面的工作。

1.促進技術(shù)與教學(xué)的深度融合

如前所述，沉浸式虛擬現(xiàn)實具有正向且小的效應(yīng)值，未來需要持續(xù)優(yōu)化沉浸式虛擬現(xiàn)實與教學(xué)的整合程度，提升效應(yīng)值水平。學(xué)生是否熟悉沉浸式虛擬現(xiàn)實的環(huán)境及操作、教師整合技術(shù)與教學(xué)能力的高低、技術(shù)本身的局限性等都是影響效應(yīng)值高低的重要因素。為了更好地促進技術(shù)與教學(xué)的融合，首先，應(yīng)開展對學(xué)生相關(guān)操作技能的培訓(xùn)（Kavanagh et al.，2017），保證學(xué)生在學(xué)習(xí)探索過程中不會因為操作問題而影響學(xué)習(xí)的進程和思考的深度；其次，提升教師應(yīng)用技術(shù)的能力和水平，使教師熟悉主流的沉浸式虛擬現(xiàn)實設(shè)備、軟件和配套資源，并能恰當(dāng)?shù)匾氲阶约旱慕虒W(xué)活動當(dāng)中（Jensen et al.，2018），發(fā)揮沉浸式虛擬現(xiàn)實高仿真、高沉浸、高交互的優(yōu)勢，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)績效；再次，限定學(xué)生使用相關(guān)設(shè)備的時間，防止學(xué)生長時間穿戴沉浸式虛擬現(xiàn)實設(shè)備產(chǎn)生暈機、眼疲勞等不適癥狀，保證學(xué)生的身體健康和學(xué)習(xí)效率（Weech et al.，2020）。

2.挖掘不同學(xué)科應(yīng)用潛力

本研究的調(diào)節(jié)效應(yīng)分析結(jié)果表明，學(xué)科是影響效應(yīng)值的重要變量，學(xué)科對效應(yīng)值存在調(diào)節(jié)作用。工程、幾何、語言、科學(xué)等學(xué)科具有中等以上的效應(yīng)值，而地理、安全訓(xùn)練、醫(yī)學(xué)、歷史等學(xué)科僅有小的或極小的效應(yīng)值。但需要注意的是，沉浸式虛擬現(xiàn)實對所有學(xué)科的效應(yīng)值均為正，說明沉浸式虛擬現(xiàn)實在每一個學(xué)科當(dāng)中均有較大的應(yīng)用潛力，未來可以借助技術(shù)的進步以及改進沉浸式虛擬現(xiàn)實與學(xué)科教學(xué)的融合方式來持續(xù)提升效應(yīng)值水平。效應(yīng)值在不同學(xué)科之間的差異主要源自不同學(xué)科內(nèi)容的區(qū)別和相應(yīng)技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的融合程度。在沉浸式虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用當(dāng)中，需要根據(jù)學(xué)科的不同，將沉浸式虛擬現(xiàn)實與學(xué)科內(nèi)容精準(zhǔn)匹配，創(chuàng)造性地開展教學(xué)活動。如果學(xué)習(xí)內(nèi)容較多涉及空間結(jié)構(gòu)與分布，那么采用沉浸式虛擬現(xiàn)實便可以讓學(xué)習(xí)內(nèi)容實現(xiàn)立體化，幫助學(xué)生更好地理解相關(guān)概念、原理和機制（Hamilton et al.，2021）；如果學(xué)習(xí)內(nèi)容和運動感知、觸覺感知等緊密相關(guān)，那么就需要加入相應(yīng)的觸覺傳感器、運動反饋系統(tǒng)等，保證學(xué)生與學(xué)習(xí)場景的實時交互，增強學(xué)習(xí)過程的真實感和沉浸感（Huber et al.，2018）；如果學(xué)習(xí)內(nèi)容更偏向抽象、宏觀、邏輯性強的知識，那么就要避免細(xì)枝末節(jié)性的信息分散學(xué)生的注意力，可加入相應(yīng)的語音提示或者符號表征來引導(dǎo)學(xué)生的專注點和思考方向。

3.促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)

本研究得到的即時測量方式對應(yīng)的效應(yīng)值g＝0.428，延時測量方式對應(yīng)的效應(yīng)值g＝0.213，說明沉浸式虛擬現(xiàn)實相對于計算機輔助和傳統(tǒng)教學(xué)不僅提高了即時測試成績，也提高了延時測試成績，但提升延時測試成績的幅度相對較小。一個可能的原因是延時測試成績對應(yīng)的研究數(shù)量較少（k＝9），所以沒能把對延時測試成績的影響充分體現(xiàn)出來。另一個可能的原因是沉浸式虛擬現(xiàn)實沒能支持學(xué)生開展深度學(xué)習(xí)，導(dǎo)致延時測量方式對應(yīng)的效應(yīng)值偏低。因此，一方面要持續(xù)進行沉浸式虛擬現(xiàn)實影響延時測試成績的實證研究，發(fā)掘沉浸式虛擬現(xiàn)實的教學(xué)潛力；另一方面，需要通過在沉浸式虛擬現(xiàn)實當(dāng)中設(shè)置問題鏈、開展人機交互、繪制概念圖等方式支持學(xué)生深度學(xué)習(xí)，促進學(xué)生深刻理解學(xué)科知識，并建立知識之間的聯(lián)結(jié)（毛耀忠等，2021），最終提高學(xué)生的延時測試成績。

4.降低外在認(rèn)知負(fù)荷

本研究的研究結(jié)果顯示，初中以下學(xué)段對應(yīng)中等以上的效應(yīng)值，高中以上學(xué)段對應(yīng)小以下效應(yīng)值，這說明沉浸式虛擬現(xiàn)實支持所有學(xué)段的學(xué)習(xí)活動，同時表明對初中以下學(xué)段的促進作用更加明顯。出現(xiàn)這樣的結(jié)果可能與不同年齡段學(xué)生的學(xué)習(xí)方式有關(guān)。初中以下學(xué)段的學(xué)生在沉浸式虛擬現(xiàn)實當(dāng)中更多地專注于技術(shù)創(chuàng)設(shè)的虛擬場景本身，借助多角度的直觀觀察和動手操作深入認(rèn)識對象；而高中以上學(xué)段的學(xué)生本身具有更強的空間建構(gòu)能力，對直觀模型的依賴程度相對下降，沉浸式虛擬現(xiàn)實呈現(xiàn)的豐富視、聽、觸覺信息在幫助他們理解知識的同時也增加了他們的外在認(rèn)知負(fù)荷（劉昕等，2022），導(dǎo)致沉浸式虛擬現(xiàn)實的效用打了折扣。但不能忽視的是，沉浸式虛擬現(xiàn)實對于高中以上學(xué)段的學(xué)習(xí)仍然具有正向效應(yīng)，只不過在應(yīng)用當(dāng)中由于外在認(rèn)知負(fù)荷的影響降低了其效應(yīng)值。因此，在高中以上學(xué)段教學(xué)中融入沉浸式虛擬現(xiàn)實除了要考慮技術(shù)帶來的益處外，還要思考技術(shù)可能導(dǎo)致的消極方面，在增加學(xué)生學(xué)習(xí)沉浸性、仿真性、交互性和現(xiàn)場感的同時，需控制好可能帶給學(xué)生的過重外在認(rèn)知負(fù)荷，這是提升沉浸式虛擬現(xiàn)實教學(xué)效用的關(guān)鍵。

5.控制教學(xué)使用成本

控制使用成本，增加可用性是推動沉浸式虛擬現(xiàn)實廣泛應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域的前提性條件（Mayne et al.，2020）。比較本研究中兩類沉浸式虛擬現(xiàn)實對應(yīng)的研究數(shù)量可以看出，頭戴式顯示器成為近年來主要的沉浸式虛擬現(xiàn)實類型（k＝65），全息式立體空間虛擬場景主要起到補充的作用（k＝6），這主要歸因于頭戴式顯示器足夠強大的功能和較低的使用成本。隨著技術(shù)的快速迭代進步，越來越多的用戶可以體驗到基于頭戴式顯示器的沉浸式虛擬現(xiàn)實。頭戴式顯示器在可視化和人機交互方面擴展了傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實的功能，可以跟蹤頭部運動，在視線前方顯示相應(yīng)的三維場景，并在虛擬空間中實現(xiàn)自然操作（Han，2020）。頭戴式顯示器的教學(xué)應(yīng)用主要集中在三個方面：虛擬世界表征、模擬和教育游戲（Merchant et al.，2014）。首先，頭戴式顯示器可以為學(xué)生學(xué)習(xí)提供三維模型、球形視頻和虛擬野外旅行，這超越了傳統(tǒng)的二維視覺刺激，為學(xué)生提供了高質(zhì)量的沉浸性學(xué)習(xí)環(huán)境；其次，將觸覺界面（如可穿戴傳感器）與頭戴式顯示器相結(jié)合，可以提升模擬過程中的操作度和控制感，有利于知識遷移和任務(wù)解決；另外，開發(fā)適合頭戴式顯示器的教育游戲，為學(xué)生提供“第一人稱”視角的角色扮演機會，可以讓學(xué)生在情境體驗中深刻理解知識和發(fā)展高階能力。雖然隨著技術(shù)的快速迭代進步，頭戴式顯示器的價格已大幅降低，但要實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用仍然存在困難。因此控制沉浸式虛擬現(xiàn)實在教學(xué)應(yīng)用中的使用成本仍然是推廣的關(guān)鍵。具體地，可以鼓勵共建、共享沉浸式虛擬現(xiàn)實數(shù)字資源庫，節(jié)約教學(xué)資源開發(fā)成本；定制化并集中購置沉浸式虛擬現(xiàn)實終端設(shè)備，在滿足日常教學(xué)需要的同時，最大限度地節(jié)省開支；嘗試不同班級、不同學(xué)校之間輪換使用設(shè)備，提高沉浸式虛擬現(xiàn)實設(shè)備的利用率，降低人均使用成本。