虚拟现实技术的教学应用能提升学习效果吗？*——基于教学设计视角的38项实验和准实验的元分析

王 雪 徐文文 高泽红 王志军

（天津师范大学 教育学部，天津 300387）

一、引言

虚拟现实（Virtual Reality，VR）是以计算机技术为核心，结合相关科学技术，生成与真实环境在视、听、触感等方面高度近似的数字模拟环境，使用户借助相关设备就可以与数字模拟环境中的对象进行交互，从而产生亲临真实环境般的感受与体验[1]。VR具有三个基本特征：想象性（Imagination）、交互性（Interaction）和沉浸性（Immersion），简称 3I特征[2]。 VR技术作为新兴教育技术的一种重要形态，在教学过程中的应用将越来越广泛[3-5]。近年来，越来越多的研究也关注了VR技术应用于教学的具体方法与效果，探究了具体学科领域（如，医学、工程、地理等）和非学科领域（如，特殊教育、虚拟仿真校园、远程教育等）中VR技术的教学应用对学生学习效果[6-7]、情感体验以及社交[8]等方面的影响。然而，研究结论却呈现出两种趋势：一类研究发现，VR技术能够显著促进学习者的学习；另一类研究则发现，VR技术对学习者的学习并没有显著的促进作用。研究结论的不统一，致使研究者和教育工作者不得不思考两个现实问题：一是在教学中应用VR技术到底会不会产生更好的教学效果？二是在教学中该如何运用VR技术，才能获得更好的教学效果？

多媒体学习研究创始人Mayer教授认为，“技术本身并不会引发或促进学习，最重要的是找出教学中技术应用的最佳教学设计方法。[9-10]”由此可见，无论在什么样的技术情境下，教学设计尤为重要。最佳的教学设计方法取决于学习者的需求，取决于学习材料的内容，还取决于教学评价的方式，当然还涉及到教学设计的其他要素，例如，教学策略、教学目标等。我国学者颜士刚基于价值哲学和技术哲学的研究视角，提出掌握运用技术的教学方法和良好的“价值取向”，是取得好的教学效果的两个重要前提条件[11]。教学设计是对整节课教学活动的描述，其中包括对于技术如何应用的教学设计，是教师的教学方法及价值取向的主要体现。可见，教学设计对在教学中应用VR技术能否促进学习效果的提升，起到了至关重要的作用。

针对上述两个现实问题，本文拟采用元分析（Meta-analysis）方法，对国内外关于VR技术促进学习的实证研究文献进行梳理与分析，力图从整体上评价VR技术对学习效果的实际影响。与此同时，如上文所述，VR技术是否能促进教学，这在很大程度上取决于教学设计的质量，本文拟依据何克抗教授2016年编著的《教学系统设计（第2版）》中，提到的一般教学系统设计过程的基本要素，对国内外相关文献进行编码[12]，具体探究VR情境下的教学设计对学习效果的影响，并给出改善VR教学应用效果的建议，希望能为如何运用VR技术促进教学，提供一些参考与借鉴。

二、文献综述

目前，关于VR教学对学生学习效果影响的研究结论，主要包括以下两种：（1）基于VR的教学对提升学习效果有显著帮助；（2）基于VR的教学对提升学习效果无显著帮助。

（一）基于VR的教学对提升学生学习效果有显著帮助

国内外部分实证研究结果表明，基于VR的教学能够显著提升学生的学习效果。Liou等以“化学元素周期表”和“人体结构”为学习内容，进行了VR课堂与传统课堂的对比实验研究，两组实验结果均表明，通过VR课堂学习的学生，表现出更高的学习动机，且取得了更好的学习成绩[13]。Shim等为了探究VR技术在教学中应用的有效性，以“眼睛的结构和功能”为学习内容，开展了实验研究，结果表明，实验组（VR教学）学生的学习成绩明显优于对照组（传统教学），并且实验组的学生表现出更高的积极性，更愿意沉浸于学习活动中[14]。Kim探究了使用3D VR模拟的教学方法，对学生学习成就和科学态度的影响，以“板块构造的理解”为学习内容，开展了实验研究。结果表明，3D VR组的学习成绩显著高于传统2D视觉呈现的对照组，另外在3D VR组和2D视觉呈现组中，都发现了学生对科学态度的积极变化[15]。

（二）基于VR的教学对提升学生学习效果无显著帮助

还有部分实证研究结果表明，基于VR的教学对提升学生学习效果无显著帮助。例如，Baser等为了探究在虚拟实验室环境（VLE）与真实实验室环境（RLE）中，学生对电路的概念性理解差异，以“物理中直流电概念”的学习为例，开展了实验研究。其中，实验组和对照组分别在虚拟实验室环境和真实实验室环境中进行学习。学习结束后他对两组学生的学习效果进行立即测试和延迟测试，结果表明，两组在立即测试中表现出几乎相同的效果，在延迟测试中，实验组学生的表现稍优于对照组，但差异并不是很明显[16]。Smith等以“导管插入技术”为学习内容，进行了实验研究，以探究VR模拟对基础护理技能的提高是否有效，结果表明，实验组与对照组学生在学习成绩上无显著差异[17]。刘兴波等为了检测通过VR实验是否可以提高学生操作技能的绩效，以“数码投影机的操作”为学习内容进行了实验研究，结果表明，对于简单的感知运动任务而言，能产生从虚拟实验到真实实验的正迁移效应，但不能完全达到真实实验的效果[18]。Parong等以生物学中“细胞内的旅程”为学习内容，比较了沉浸式VR与PPT幻灯片作为教学媒体的教学效果，结果表明，PPT幻灯片组学生的成绩明显优于沉浸式VR组[19]。

由此可见，对于VR技术的应用能否促进学习效果的提升这个问题，迄今为止还没有达成统一的结论。而且，目前国内外的相关研究，大多是在特定学科内容、年龄或学段等条件之下，探究了VR技术在教学中应用的有效性问题，其研究结论仍抽象且单一，很少有研究从教学设计的角度出发，来全面且具体深入地探讨VR技术对学习效果的影响。

三、理论框架与研究问题

（一）理论框架

教学系统设计过程模式是在教学系统设计的实践当中逐渐形成的，是教学系统设计理论的简约体现。目前，教学系统设计过程模式有很多种，如“以教为主”的教学系统设计过程模式、“以学为主”的教学系统设计过程模式和“学教并重”的教学系统设计过程模式等。虽然，这些模式的设计过程不尽相同，但一般都包括五个共同特征要素，即教学目标分析、学习者分析、教学模式与策略的选择与设计、学习环境设计和教学结果的评价，对这些要素的解释，如表1所示[20]。

表1 教学设计的基本要素

（二）研究问题

针对已有研究存在的问题，本文依据何克抗教授提出的教学系统设计的基本要素作为研究框架，对国内外相关研究开展元分析。主要解决如下六个研究问题：

1.从整体上看，在教学中应用VR技术是否会提升学习效果？

2.从教学目标层面来看，哪种学习结果、知识类型更适合基于VR的教学？

3.从学习者层面来看，哪个学段、哪种先前经验水平更适合基于VR的教学？

4.从教学模式与策略层面来看，哪种教学形式更适合基于VR的教学？

5.从学习环境层面来看，哪种教师参与方式、反馈形式更适合基于VR的教学？

6.从教学评价层面来看，哪种测试条件更适合基于VR的教学？

四、研究方法与过程

元分析（Meta-analysis）是指应用特定的设计和统计学方法，对以往的研究结果进行整体和系统的定量与定性分析[21]。近年来，元分析方法被广泛运用于分析技术在教育教学中应用的有效性问题，且研究结论都具有一定的参考性。例如，王辞晓等使用元分析方法，对国内外近十年中的52项针对移动学习学习成效影响的研究文献，进行了整体分析，发现移动学习对学生的学习成效有积极正向的影响[22]；Sitzmann针对交互式计算机游戏，对学习效果的影响进行了元分析，发现交互式计算机游戏对提高学生学习效果具有统计学上的显著积极影响，另外，该研究还探究了性别、年龄、学习者协作等调节变量，对学生学习效果的影响，并得出了相应的结论[23]。由此可见，运用元分析方法的研究越来越多，且研究结论也越来越具体化。为解决上述的六个研究问题，本文采用元分析方法，对已有的国内外相关文献开展综合性的定量分析，从整体和具体的教学设计要素两个方面，综合探究VR技术在教学中的应用效果。

（一）文献检索

本文中分析的文献主要来源于中国知网（CNKI）、百度学术、Web of Science、ERIC 等数据库。 中文文献的检索主题词为“虚拟现实”或“虚拟学习环境”或“沉浸式学习环境”或“虚拟教室”或“模拟”或“虚拟世界”等，并含“学习效果”或“教学效果”或“教育”或“教学设计”和“实证研究”或“实验研究”。外文文献检索的主题词为“virtual reality”或“virtual worlds” 或 “virtual learning environments” 或 “virtual classrooms”或“immersive learning environment”或“simulations”，并含“education”或“learning effect”或“teaching effect”或“instructional design”。文献检索的时间截止到2019年5月，共检索到中文文献76篇，英文文献120篇。

（二）文献筛选

为了保证研究的准确性与严谨性，需要对检索到的所有文献进行筛选，其筛选标准为：（1）文献中必须包含基于VR的教学对学习效果的影响分析；（2）文献的类型必须为实验研究类文献；（3）文献的实验中必须包含实验组和对照组；（4）文献中必须包含测量学习效果（学习成绩、学习效率等）的数据，且可计算出效应值，计算效应值所需的数据主要包括：实验组和对照组的样本量N、平均值M、标准差SD或t值等；（5）重复文献必须排除。

本文严格按照上述的标准进行人工筛选后，最终纳入元分析研究的文献共有38篇，其中包括13篇中文文献，25篇英文文献。由于部分文献中包含多个效应值，所以，最终可用于元分析的效应值共有39个。

（三）文献编码

为了有针对性地解决上述的六个研究问题，本文根据纳入分析文献的研究变量和教学系统设计基本要素框架，对每个研究问题中涉及到的变量进行了编码，编码情况如表2所示：

表2 编码情况表

（四）效应值计算

效应值是反映实验效应强度或者变量关联强度的指标，它不受样本容量大小的影响 （或者影响很小）。主要分析差异类效应值，用于探究VR技术对不同教学设计条件下产生的学习效果影响的差异。由于纳入的研究数量较小，属于小样本研究，故采用Hedges’ s g（以下简称g值）作为效应值指标。在计算每项研究的效应值大小时，选择的数据主要是：（1）实验组和控制组的平均值Mean、标准差SD和样本量 N；（2）实验组和控制组的平均值Mean、t值和样本量 N[24]。

根据Lipsey等学者的观点，当一项研究在分析中贡献一种以上的效应大小时，会导致统计依赖性，从而引发整体效应的偏差[25]。因此，当将纳入分析的文献出现多个独立的因变量时，仅取其中一项计算效应值。为此，本文选择学习者的学习效果作为唯一的因变量。将纳入分析的部分文献使用多种形式评价学习结果[26-30]，如，在“基于VR技术的体育课堂教学实践研究——以高尔夫球项目为例”中，使用木杆开球、铁杆击高远球、推杆入洞三组技术动作的水平，作为学生能力的度量，本文选择其多项结果的平均值进行计算。

此外，部分研究在测量学习效果时，同时给出了立即和延迟测试下的效果变化。为避免重复计算带来的偏差，以及出于平衡样本量的考虑，在两种学习效果测量条件均涉及到时，本文选择延迟测试的学习效果数据，进行元分析计算。

五、结果分析与讨论

（一）发表偏倚检验

鉴于纳入分析的相关文献，可能存在发表结果与真实结果偏离的现象，进行偏倚检测是必要的。由于本文的样本量较少，故采取定性的漏斗图和定量的Begg’ s检验，来检测发表偏倚[31]。如图1所示，漏斗图上的点，基本以合并效应值0.450为对称分散开，并集中分布于漏斗图的中上部，初步判断发表偏倚不明显。 Begg’ s 检验结果为 Z=1.198＜1.96，p=0.231＞0.05，进一步表明发表偏倚不明显。因此，本文得出的合并效应值精度高，具有稳健性。

（二）从整体上看，在教学中应用VR技术是否会提升学习效果？

38篇文献中有1篇文献同时报告了多种不同实验设计的对照结果[32]，这类研究可以得出多个独立的效应值。因此，最终得到39个效应值参与分析，原始文献元分析结果，如表3所示。

图1 样本发表偏倚检测漏斗图

表3 原始文献元分析结果

images/BZ_67_1295_274_1391_467.pngimages/BZ_67_1355_274_1511_467.pngimages/BZ_67_1511_274_1607_467.png images/BZ_67_1598_274_1721_467.pngimages/BZ_67_1721_274_1826_467.pngimages/BZ_67_1826_274_1926_467.pngimages/BZ_67_1926_274_2061_467.pngimages/BZ_67_2061_274_2166_467.pngimages/BZ_67_2166_274_2266_467.png26 钟亚平（2012） 72 1.459 0.263 0.069 1.975，0.944 5.549 0.000 27 任静丽（2015） 93 0.527 0.209 0.044 0.937，0.116 2.516 0.012 28 李晓丽（2014） 95 0.480 0.207 0.043 0.885，0.075 2.322 0.020 29 张雪林（2012） 148 0.180 0.161 0.026 0.495，-0.135 1.121 0.262 30 王博（2014） 36 0.561 0.335 0.112 1.216，-0.095 1.676 0.094 31 兰洪（2015） 103 0.734 0.202 0.041 1.130，0.337 3.629 0.000 32 刘园园（2018） 30 0.584 0.363 0.132 1.296，-0.127 1.609 0.108 33 Darrah（2014） 49 0.062 0.282 0.079 0.614，-0.490 0.221 0.825 34 Civelek（2014） 215 0.902 0.143 0.020 1.181，0.622 6.318 0.000 35 Merchant（2013） 384 0.065 0.102 0.010 0.265，-0.135 0.633 0.526 36 Jou（2013） 105 0.147 0.194 0.038 0.528，-0.233 0.759 0.448 37 Hu（2009） 44 0.670 0.305 0.093 1.267，0.073 2.198 0.028 38 Kim（2002） 57 -0.566 0.267 0.071 -0.044，-1.089 -2.123 0.034 39 Urhahne（2009） 41 0.188 0.309 0.096 0.794，-0.419 0.607 0.544

表4为所有研究的合并效应值，样本异质性检验结果显示，Q=157.48，p=0.000＜0.10，I2=75.870，说明样本间存在很大的异质性，故应选用随机效应模型进行分析。从表4的随机效应模型可以看出，所有研究的合并效应值为0.450，且达到了统计学显著水平（p=0.000＜0.001），这说明基于VR技术的教学对学生的整体学习效果具有积极正向的影响。本文使用Cohen界定的效应值标准：小效应，效应值小于0.2；中等效应，效应值介于0.2至0.8之间；大效应，效应值大于0.8[33]。因此，从整体而言，基于VR技术的教学对促进学生学习效果的提升，有中等程度的积极影响，这与Merchant等的研究结论基本一致[34]。

在纳入分析的文献中，分析产生此种结果的原因，可以概括为以下几点：其一，VR学习情境能够为学习者提供视、听、触觉一体化的信息体验通道，为学习者与信息空间的交互提供了便捷且有效的途径；其二，VR技术可以为学习者创设生动且逼真的学习情境，学习者在此情境中可以通过自己直接的感官体验，近乎真实地感受周围的环境与事物；其三，运用VR技术不仅可以模拟真实情景，还可以创造虚设或想象的空间和事物，强化学习者对现实世界中不存在事物的想象和思考，促进有意义学习的发生[35-39]。

表4 VR技术对学习效果的整体影响

表5 VR技术对不同教学设计的学习效果的影响

（三）从教学目标层面来看，哪种学习结果、知识类型更适合基于VR的教学？

1.VR技术对不同学习结果测量维度下学习效果的影响

国外著名的教学设计研究专家Walter认为，判断一项活动是否是教学活动，至少要满足三个条件：一是要有具体的教学目标；二是要有针对教学目标的练习和反馈；三是通过评价，确定是否出现了教学目标期望的行为变化[40]。由此可见，教学目标在影响教学效果方面发挥着重要的作用，是教学系统设计中最为关键的要素。为此，本文将纳入元分析的文献，按照学习结果测量维度（反映教学目标的类型），分为知识、技能和能力三组。如表5中数据显示：（1）知识的合并效应值为0.413，技能为0.422，能力为0.363，三者的合并效应值均达到0.001水平下显著（p=0.000＜0.001）；（2）组间效应不显著，QBET=0.324，p=0.850＞0.05。

由此可见，基于VR技术的教学，对学生的知识、技能和能力三类的学习结果，均有中等程度的积极影响，但对三类学习结果的影响程度，不存在显著差异。数据分析的结果表明，对于知识、技能和能力类的教学目标，VR技术的教育应用，均能正向促进教学目标的达成，促进对应学习效果的提升，对三类教学目标的正向影响也基本相当。

2.VR技术对不同知识类型的学习效果的影响

现代教育心理学家认为，从学习的角度来说，教学目标和学习结果可以归结为同一问题。本文根据认知心理学家安德森 （Anderson）的学习结果分类理论中对知识的分类方式[41]，将纳入元分析的文献，按照知识类型分为陈述性知识与程序性知识两组，并归入教学目标分析层面。表5中数据显示：（1）陈述性知识的合并效应值为0.414，程序性知识为0.510，二者的合并效应值均达到0.001水平下显著 （p=0.000＜0.001）；（2）组间效应不显著，QBET=0.056，p=0.813＞0.05。数据分析结果表明，VR技术对不同知识类型的学习效果影响不存在显著差异，但对程序性知识学习效果的正向影响比陈述性知识更高，这与Sitzmann的研究结论一致[42]。

这是因为陈述性知识的学习重点在于对事实性、概念性知识的编码，程序性知识学习的重点则是在对概念和规则理解基础之上的实际操作和应用[43]。VR技术创设的虚拟仿真学习环境，恰好为学习者提供了适宜的实践环境，帮助和引导学习者完成从静态的事实性知识向动态的行为技能转化，因此，更适合程序性知识的学习。

（四）从学习者层面来看，哪个学段、哪种先前经验水平更适合基于VR的教学？

1.VR技术对不同学段学习者学习效果的影响

皮亚杰的“认知发展阶段”学说提出，学习者的学习以及认知发展是循序渐进的阶段性发展过程。因此，学生所处的学段也可能对学习效果产生影响[44]。本文将纳入元分析的文献，按照学段分为大学、中学和小学三组。则表5中数据显示：（1）大学学段的合并效应值为0.315，中学学段为0.568，小学学段为0.450，三者的合并效应值均达到0.001水平下显著 （p=0.000＜0.001）；（2） 组间效应显著，QBET=10.383，p=0.006＜0.05。这表明基于VR技术的教学，对不同学段学习者的学习效果影响也存在显著差异。

具体来看，VR教学对中学生学习效果的影响最为显著，对小学生学习效果的影响次之，对大学生学习效果的影响最弱。这可能是因为中小学生的想象力更加丰富，在学习过程中更注重知识的形象直观呈现，而大学生已经具备一定的生活体验和经历，对事物的探索已不仅仅局限于表层的感受，更多落实于深层次内隐的逻辑架构的思辨。因此，VR所创设的便于感知、理解、探索的学习情境，对中小学学生的学习效果的促进作用更为显著。与此同时，VR对中学生的学习成绩产生最高程度的影响，这是因为中学生已经具备了一定的知识储备，学习能力和适应能力相对更强，能够快速适应VR技术支持下的教学情境；而小学生年龄小、自制力弱一些，在VR教学情境下更易发生注意力分散的情况。

2.VR技术对不同先前经验水平学习者学习效果的影响

多媒体学习研究创始人Mayer教授提出，学习者在多媒体情境中注意（选择）到什么信息，是由自下而上的加工或自上而下的加工所决定的。自下而上的加工指的是，通过学习材料外在视觉化的设计来影响学习过程，例如，通过视觉上的显著特征来吸引初学者的注意。自上而下的加工指的是，通过学习材料传递的知识或提供的线索来吸引学习者的关注。在此过程中，先前知识经验对学习者关注的内容会起到引导作用[45]。因此，学习者的先前经验作为影响教学的因素，也会发挥重要作用。

本文分析了VR对不同先前经验水平 （有先前经验、无先前经验）学习者学习效果的影响。表5中数据显示：（1）有先前经验的合并效应值为0.412，无先前经验为0.396，二者的合并效应值均达到0.001水平下显著（p=0.000＜0.001）；（2）组间效应不显著，QBET=0.04，p=0.841＞0.05。 这说明：基于 VR 的教学对有无先前经验学习者学习效果的影响，不存在显著性差异。这是由于VR技术创设的学习情境给学习者带来沉浸式的学习体验，削弱了先前知识经验对学习者关注内容的引导，因而对有无先前经验水平的学习者的学习效果，都起到了中等程度的促进作用。

（五）从教学模式与策略层面来看，哪种教学形式更适合基于VR的教学？

本文参考Merchant等的研究，将纳入分析的文献，按照VR教学应用形式分为呈现、练习、独立三类[46]。呈现是指VR被用于概念性知识的介绍，练习是指VR被用于所学概念性知识的应用和实践，独立是指VR完全取代传统教学方式，被用于教学的全过程。

本文分析了VR对不同教学形式下学习效果的影响。如表5中数据显示：（1）呈现的合并效应值为0.376，练习为0.376，独立为0.471，三者的合并效应值均达到 0.001 水平下显著（p=0.000＜0.001）；（2）组间效应不显著，QBET=1.567，p=0.457＞0.05。 这表明：VR技术对不同教学形式下的学习效果影响，不存在显著差异，但是对独立VR教学形式下的学习效果促进作用更明显。可见，VR创设的3I（想象性、交互性、沉浸性）学习环境，更加有利于学习者开展自主的探索式学习，独立的VR教学形式更能帮助学习者开展自主学习，取得更好的教学效果。

（六）从学习环境层面来看，哪种教师参与方式、反馈形式更适合基于VR的教学？

1.VR技术对不同教师参与方式下的学习效果的影响

在VR学习环境下，教师是否参与教学内容的讲授是教学设计的重要因素之一。如表5中数据显示：（1）教师参与的合并效应值为0.222，达到0.01水平下显著（p=0.009＜0.01），教师不参与的合并效应值为 0.449，在 0.001 水平下显著（p=0.000＜0.001）；（2）组间效应显著，QBET=5.874，p=0.015＜0.05。 这表明在VR学习环境下，教师参与与否，对学习效果的影响存在显著差异；当没有教师参与时，VR对学习效果的促进作用更大。这可能是由于基于VR的教学具有强交互性，且重点在于学习者与设备、资源之间的互动，更关注于学习者自身的沉浸式体验感，学生的自主性被放大。因而在VR学习环境下，教师的主导和参与作用削弱，教师参与甚至可能会分散学习者的注意力。

2.VR技术对不同反馈形式学习效果的影响

McNamara等认为，反馈形式是VR学习环境下教学设计的重要因素[47]。VR学习环境下的反馈，主要是指学习者在与学习环境进行互动的过程中接收到的反馈。本文将纳入元分析的文献，按照不同反馈形式分为正误反馈、详细解释和视觉线索三组进行分析。正误反馈是指学习者接收到的是正确与否的结果性反馈；详细解释是指在学习者接收到的是对所呈现知识或技能的解释与分析；视觉线索是指学习者接收到的只是隐含在VR环境中的一些视觉性的线索，如，所观看到的图形图像特征等。考虑到反馈与知识类型之间存在相互作用[48-49]，因此，本文对这两个因素进行混合效应分析，并进一步探究VR情境下哪种反馈形式，更适合哪种知识类型的学习任务。

当学习任务为陈述性知识时，Begg’ s检验显示Z=1.188＜1.96，p=0.235＞0.05，不存在偏倚。 如表 5 中数据显示：（1）正误反馈的合并效应值为0.474，详细解释为0.545，且两者的合并效应值均达到0.001水平下显著（p=0.000＜0.001），视觉线索的合并效应值为 0.231，达到 0.01 水平下显著（p=0.005＜0.01）；（2）组间效应显著，QBET=7.404，p=0.025＜0.05。这说明，当学习任务为陈述性知识时，VR对不同反馈形式下学习效果的影响，存在显著差异，详细解释优于正误反馈，视觉线索相对最差。这是因为学习者通常需要详细的解释和指导，才能完成陈述性知识的学习任务。

当学习任务为程序性知识时，Begg’ s检验显示Z=0.450＜1.96，p=0.653＞0.05，不存在偏倚。 如表 5 中的数据显示：（1）正误反馈的合并效应值为0.514，达到 0.001 水平下显著（p=0.000＜0.001），详细解释为0.242，视觉线索为-0.105，且两者的合并效应值均未达到统计显著水平；（2）组间效应显著，QBET=12.820，p=0.002＜0.05。这说明当学习任务为程序性知识时，VR对不同反馈形式下的学习效果的影响，也存在显著差异，正误反馈优于详细解释，视觉线索仍然最差，这与Merchant等学者的研究结论一致[50]。这是因为，在VR学习环境下，更重要的是帮助学习者进行自主学习并完成任务，正误反馈已经足以指导学习者自主探索方法，并完成程序性知识的学习任务。

（七）从教学评价层面来看，哪种测试条件更适合基于VR的教学？

为了掌握运用VR技术教学对学习效果的影响，是否存在不同测试条件上的差异，本文比较了立即测试和延迟测试两种测试条件的合并效应值。如表5中的数据显示：（1）立即测试的合并效应值为0.412，延迟测试为0.393，且两者的合并效应值均达到 0.001 水平下显著（p=0.000＜0.001）；（2）组间效应不显著，QBET=0.046，p=0.830＞0.05。 这说明，VR 技术对不同测量条件下的学习效果的影响，不存在显著差异。由此可见，无论是立即测试还是延迟测试，VR对学习效果的正向影响基本相当，这表明VR对学习效果的促进不仅仅是当场见效，更实现了长期见效的功能。

六、结论与建议

研究结果表明，基于VR技术的教学对整体学习效果，产生了中等程度的正向影响，促进了学习者学习效果的提升。但与以往的教育技术领域的元分析研究不同的是，本文还结合教学设计的基本要素深度，剖析了VR技术在教学目标（学习结果、知识类型）、学习者特征（学段、先前经验水平）、教学形式（呈现、练习、独立）、学习环境（教师参与、反馈形式）和教学评价（立即测试、延迟测试）各教学设计要素层面上，对学习者学习效果影响的差异，并得出如下研究结论：

第一，教学目标层面：VR对知识、技能和能力三种学习结果下的学习效果，均产生了中等程度的正向影响，且影响水平基本相当；VR对程序性知识学习效果的正向影响，比陈述性知识更高。

第二，学习者特征层面：VR教学对中学生学习效果的影响最为显著（中等效应），对小学生学习效果的影响次之（中等效应），对大学生学习效果的影响最弱（中等效应），组间差异显著；VR对有无先前经验水平的学习者的学习效果，都起到了中等程度的促进作用。

第三，教学策略层面：VR对呈现、练习、独立教学形式下的学习效果，均产生了中等程度的正面影响，且在独立教学形式下，学习者取得了最好的学习效果。

第四，学习环境层面：VR对教师参与与否条件下学习效果的影响，存在显著差异，在没有教师参与时，VR对学习效果的促进作用更为显著；VR对不同反馈形式的学习效果影响，存在显著差异，视觉线索相对最差，详细解释在陈述性知识学习任务中效果最优，正误反馈在程序性知识学习任务中效果最优。

第五，教学评价层面：VR对立即或者延迟测试下的学习效果，均产生了中等程度的正向影响，二者并无显著差异。

由此可见，VR技术并不适合于所有的学习者和课堂，因而不能在教学实践中盲目地应用，应该根据教学系统所设计各要素的不同特征，进行科学合理的教学设计。结合元分析结论，本文有针对性地提出以下建议，期望能为今后的VR技术应用于教学实践，提供参考和借鉴。

（一）深化VR技术在实践教学中的有效应用

鉴于VR对整体学习效果产生了中等程度的正向影响，本文建议，在融入针对性教学设计原则的前提下，充分利用VR的3I特征（想象性、交互性、沉浸性），加速推进VR教学模式的应用。正如情境认知与学习理论所指出的，知识的建构与某一特定、真实的情境相联系，随情境的变化而发生改变[51]。因此，要强调学习环境与学习情境的联通性。VR技术的引入，恰巧为教学的情境化设计，提供了丰富的可能性。教师可以在课程教学中创设虚拟情境，使教学内容具象化、体验化，以激发学生的学习兴趣，充分调动学生的主观能动性，提高学生的学习投入度，实现学生与学习资料的自然交互，从而锻炼学生的自主学习能力[52]。例如，在信息化的课堂中，教师可以在特定教学目标的指导下，结合VR技术互动性、可视化等特点，设计游戏化VR教学；在寓教于乐的学习形式中引导学生自主探索，加强学生与教学内容的互动和联结。此外，VR技术还具有突破时空和地域限制的特点，既适用于课堂之前的预习准备，又适用于课堂之后的巩固拓展。在非正式学习中引入VR技术，也不失为一种有效的教学方式。

（二）结合学生的不同特点，促进VR技术在不同学段的灵活运用

VR教学对学习者的先前经验并没有特定要求，但对中小学学生的学习效果影响更大。据此可以认为，不同层次的学习群体间，均可进行VR教学的推广，特别是可以扩大VR教学在中小学领域的实践范围。中小学生的学习，更侧重对基础教学内容的感知与理解，很多时候需要借助具体的场景或情境，来帮助他们理解。利用VR技术创设诸如情节体验式、感官具象化的学习情境，正好可以满足中小学生的这一需求。相比中小学学段，VR在大学学段的使用效果不甚理想。这是因为从中小学到大学，伴随学习层次的层层进阶，学习者习得的经验愈发抽象化。美国视听教育家戴尔（Edgar Dale）提出的“经验之塔”理论，也指出最底层的经验最具体，越往上升则越抽象[53]。大学生的学习内容更多是对隐性知识的挖掘，更注重对知识的思考。所以本文建议在针对大学生进行虚拟教学时，可侧重于通过VR技术，呈现事物或知识间深层次内隐的逻辑架构，从而促进大学生抽象概念的形成。同时建议，加深VR在大学阶段的应用与研究，深入探讨影响VR在大学教学应用效果的深层原因。

（三）制定科学合理的教学策略，保证VR教学中学生的主体地位

本文发现，在基于VR技术的教学过程中，当无教师参与时，VR对学习效果的促进作用更为显著。VR技术提供的是亲身参与、自主建构的环境，在这个拟真的虚拟环境中，学习者最大程度地投入到视、听、触觉等多重感官触发的学习并沉浸其中，也就隔断了与周围环境的感知联系。在此学习过程中，教师的主导作用，更多地是由VR环境中教师代理形象来完成。因此，当学生完成VR学习任务时，不建议教师过多地干预，应尽量保证学习者在VR环境中的沉浸感和交互式体验，突出学习者在学习中的主体地位。教师的角色，可以由教学内容的完全实施者和教学活动的严格把控者，转向新型课堂的领航人和系统内容的设计者。正如苏伯格 （Andrew Feenboyg）所言：“教师们应努力去感受技术，领会如何激活技术，将他们的‘声音’ 在技术上表现出来”[54]。

（四）基于学习任务的不同类型设计和开发适宜的反馈形式

Novak等提出，沉浸体验发生的前提要素，就是具备明确而及时的反馈[55]，这将有助于学习者实时调整自身的表现，协调随时变化的需求以维持流动状态。基于VR环境的学习，是一种“做中学”的探究式、沉浸式的学习过程，学习者在VR环境中得到及时适切的反馈至关重要。根据本文对于反馈形式的研究结果可以看出，在VR教学中，要尽可能地使学生获得正误或是详细解释这类比较明确、清晰的反馈。同时，要避免使用视觉线索反馈，这种反馈无法及时传达完整的信息，因此，难以达到帮助学习者及时调整和纠正学习行为的目的，甚至可能使学习者迷失方向，脱离沉浸式体验。

另外，需要强调的是，要针对特定的学习任务设计适宜的反馈形式。对于陈述性知识学习任务，详细解释比正误反馈更有效，建议在陈述性知识类型的VR教学资源的开发设计中，采取VR技术与思维导图、视频投影、三维动画等各类媒体相结合的反馈方式，通过对所学知识内容的性质、特征和状态的详细反馈说明，降低学习者的认知负荷，增强其对知识内容的理解和领会。对于程序性知识学习任务，正误反馈则比详细解释更有效。当利用VR技术进行程序性知识的教学时，可以选择让学生以角色扮演的形式参与其中，成为虚拟环境中的一部分，借助程序性任务所特有的动作交互，及时为学习者提供精准稳定的正误反馈和效果评估指标；并设置不同阶段、难度系数的技能目标，以激发学习者的挑战欲和积极性，使基于VR技术的教学成为主动学习建构的过程。