國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)

孫校鳳+周艷明+姚凌江+唐雨佳

【摘 要】2016年被稱作“虛擬現(xiàn)實(shí)元年”，各個(gè)領(lǐng)域投身于其中的研究者呈井噴式增長(zhǎng)，為此筆者運(yùn)用SATI軟件對(duì)2000-2016年9月CNKI上439篇文獻(xiàn)進(jìn)行了定性和定量的分析，以期梳理出國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育中的研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及趨勢(shì)。通過高頻關(guān)鍵詞共詞和聚類分析，得出目前國(guó)內(nèi)研究者主要關(guān)注的五個(gè)方面問題：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)研究、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)和職業(yè)教育的應(yīng)用研究以及與遠(yuǎn)程教育、教學(xué)效果的相關(guān)研究。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；共詞分析；教育；SATI

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2017）02-0032-05

前 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱“VR技術(shù)”）已經(jīng)進(jìn)入了軍事、醫(yī)學(xué)、娛樂、教育等多個(gè)方面，并且在這些領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。VR技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，使用戶沉浸到該環(huán)境中去。其不僅涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)，還與多種學(xué)科密切相關(guān)，比如通信、數(shù)學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、生理學(xué)、美學(xué)、心理學(xué)等，是一門多種學(xué)科交叉、多種技術(shù)集合的前沿研究領(lǐng)域。[1]

近年來，我國(guó)學(xué)者也開始對(duì)VR技術(shù)展開積極的研究，各種研究成果出現(xiàn)了井噴式增長(zhǎng)。為此，筆者對(duì)VR技術(shù)在教育中的研究成果進(jìn)行了梳理，以分析出VR技術(shù)在教育中的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)。本文借助SATI文獻(xiàn)題錄信息統(tǒng)計(jì)分析工具，用科學(xué)計(jì)量的研究方法對(duì)2000-2016年9月在中國(guó)知網(wǎng)上發(fā)表的關(guān)于VR技術(shù)和教育相關(guān)的重要文獻(xiàn)進(jìn)行了定量和定性的分析，以可視化的形式呈現(xiàn)國(guó)內(nèi)VR技術(shù)在教育中的研究現(xiàn)狀，從而在此基礎(chǔ)上探討其發(fā)展趨勢(shì)及研究的不足之處。

研究方法與資料篩選

本文主要采用文獻(xiàn)信息統(tǒng)計(jì)分析的技術(shù)方法進(jìn)行綜述。國(guó)內(nèi)外關(guān)于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析的輔助工具已有很多，比如國(guó)外的Bibexcel、Ucinet、Citespace等，這些軟件都主要針對(duì)Web of Science（WoS）等國(guó)外數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)開發(fā)，需要專門的數(shù)據(jù)輸入格式，對(duì)國(guó)內(nèi)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)題錄數(shù)據(jù)不能直接處理?？紤]到這個(gè)原因，筆者選擇了由國(guó)內(nèi)劉啟元開發(fā)的SATI軟件對(duì)文獻(xiàn)題錄信息進(jìn)行處理，利用一般計(jì)量分析、共詞分析、聚類分析等數(shù)據(jù)分析方法，挖掘和呈現(xiàn)出文獻(xiàn)信息的可視化數(shù)據(jù)結(jié)果。[2]

為確保文獻(xiàn)的代表性和學(xué)術(shù)性，筆者將CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)來源定位在CSSCI及核心期刊兩個(gè)子庫(kù)，以“虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)”或“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)”并含“教育”或“教學(xué)”為主題詞，時(shí)間跨度為2000-2016年9月進(jìn)行檢索，通過逐篇瀏覽剔除會(huì)議報(bào)道、征文公告等，最終篩選出439篇文獻(xiàn)作為樣本。

文獻(xiàn)特征分析

1. 文獻(xiàn)的時(shí)間特征

某學(xué)科領(lǐng)域論文的時(shí)間分布在一定程度上可以反映出該領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究的進(jìn)展速度和理論水平。[3]從時(shí)間分布上看，2010年是VR技術(shù)在我國(guó)教育領(lǐng)域研究的重要時(shí)間結(jié)點(diǎn)，這一年研究成果達(dá)到一個(gè)峰值，共有45篇文獻(xiàn)。CNKI中第一篇關(guān)于VR技術(shù)在教育中的研究論文是1994年李蕾編譯的《影響美國(guó)未來的發(fā)展趨勢(shì)》，主要介紹了美國(guó)未來學(xué)家馬文·卡特倫發(fā)表的一份有關(guān)美國(guó)未來發(fā)展趨勢(shì)的長(zhǎng)篇報(bào)告，報(bào)告中關(guān)于未來教育的發(fā)展趨勢(shì)提到了VR技術(shù)。[4]隨后2006年開始我國(guó)學(xué)者對(duì)VR技術(shù)在教育中的研究有所增加，但是縱觀2000-2016年9月論文數(shù)目分布情況，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)發(fā)表的研究成果時(shí)間分布發(fā)散。由此可見，相關(guān)研究進(jìn)展較慢、研究水平較低，處于研究的起步階段。

2. 文獻(xiàn)載體和主體特征

某研究領(lǐng)域論文發(fā)表的主要刊物和研究隊(duì)伍狀況同樣可以在一定程度上反映出該領(lǐng)域?qū)W術(shù)研究的進(jìn)展水平。通過SATI將樣本的“文獻(xiàn)來源”字段進(jìn)行抽取并頻次統(tǒng)計(jì)，得出刊發(fā)相關(guān)研究文獻(xiàn)數(shù)量最多的主要有《實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理》（36篇）《中國(guó)電化教育》（32篇）《現(xiàn)代教育技術(shù)》（30篇）《實(shí)驗(yàn)室研究與探索》（25篇）《電化教育研究》（18篇）《系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)》（14篇）《中國(guó)遠(yuǎn)程教育》（10篇）等，其他較多期刊發(fā)表數(shù)目都在1～4篇之間。有關(guān)VR技術(shù)在教育中的研究文獻(xiàn)分布不集中，體現(xiàn)出了此研究成果還不成熟。

將樣本的“機(jī)構(gòu)”字段抽取并統(tǒng)計(jì)頻次，相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)主要集中在國(guó)內(nèi)較高水平的師范類及綜合類大學(xué)，且主要分布在教育技術(shù)和計(jì)算機(jī)相關(guān)院系。其中，華東師范大學(xué)發(fā)表了4篇相關(guān)研究論文，其他研究主體都為1～2篇，且大部分研究主體之間的位置分散，表明這些研究機(jī)構(gòu)之間的合作不顯著，沒有形成具有競(jìng)爭(zhēng)力的核心研究團(tuán)隊(duì)。

高頻關(guān)鍵詞共詞分析

1. 高頻關(guān)鍵詞確定及共詞矩陣構(gòu)建

共詞分析一般只需要文獻(xiàn)中的高頻關(guān)鍵詞即可。經(jīng)過Excel統(tǒng)計(jì)處理得到1117個(gè)關(guān)鍵詞，共1907頻次。參照Donohue于1975年提出的低頻與高頻詞分界臨界值計(jì)算公式[5]，將本研究高低頻關(guān)鍵詞閾值定為7次，共篩選了29個(gè)高頻關(guān)鍵詞（見表1），約占總頻次的30%。

在高頻關(guān)鍵詞的基礎(chǔ)上，構(gòu)建共詞矩陣是進(jìn)行科學(xué)計(jì)量分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。筆者運(yùn)用SATI軟件生成了一個(gè)行列數(shù)為29的高頻關(guān)鍵詞相異矩陣（見表2）。

2. 主題聚類分析

為進(jìn)一步探索高頻關(guān)鍵詞之間的關(guān)系，筆者將相異矩陣導(dǎo)入到SPSS中對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行Ward法系統(tǒng)聚類分析，本研究的聚類圖如圖1所示。

根據(jù)聚類分析圖，可以將VR技術(shù)在教育中的研究熱點(diǎn)分為五個(gè)類團(tuán)。

（1）VR技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)研究

此類文獻(xiàn)重點(diǎn)闡述了VR技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)途徑。文獻(xiàn)中大多會(huì)涉及3D MAX、VRML、Virtools、三維建模、數(shù)據(jù)手套等技術(shù)。例如：徐超等在《虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可視化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究》一文中著重對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可視化設(shè)計(jì)的場(chǎng)景優(yōu)化和X3D動(dòng)態(tài)交互過程兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，并給出一個(gè)典型的應(yīng)用案例。[6]呂蕾等人提出了一種基于數(shù)據(jù)手套的靜態(tài)手勢(shì)識(shí)別方法，從而提高了手勢(shì)識(shí)別的正確率和效率，保證了用戶和虛擬環(huán)境交互的實(shí)時(shí)性。[7]

（2）VR技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

相關(guān)文獻(xiàn)主要集中在2009-2015年，具體分析了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性及虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)和所面臨的挑戰(zhàn)。大部分學(xué)者認(rèn)為將VR技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是一個(gè)有益的嘗試，可以在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足。其中，黃榮懷從虛擬實(shí)驗(yàn)用戶可信度水平的視角，提出了包含模擬性實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)以及實(shí)證性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次的虛擬實(shí)驗(yàn)PDR 層次模型，并用實(shí)例闡釋了三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)類型。[8]燕浩鵬在《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在旅游實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中的應(yīng)用》一文中介紹了VR技術(shù)在旅游實(shí)驗(yàn)教學(xué)中能夠構(gòu)建虛擬知識(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)、虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)和虛擬訓(xùn)練教學(xué)系統(tǒng)，具有完善教學(xué)模式、豐富教學(xué)手段、突破風(fēng)險(xiǎn)成本時(shí)間限制、實(shí)現(xiàn)教考結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)。[9]由此可見，VR技術(shù)已經(jīng)成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。

（3）VR技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用研究

這方面的研究從時(shí)間上來看跨度比較大，2001-2016年都有研究者關(guān)注。文獻(xiàn)研究了VR技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用類型、方式、特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用過程中存在的問題，并且提出了構(gòu)建虛擬平臺(tái)、虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)等策略，以期促進(jìn)職業(yè)教育的教學(xué)改革。其中，許愛軍等認(rèn)為VR技術(shù)在職業(yè)教育中應(yīng)用的問題主要有：技術(shù)有限與現(xiàn)實(shí)有差距；學(xué)生自主性過強(qiáng)，教師難以監(jiān)控；師生情感交流缺失；降低技能訓(xùn)練效果等。[10]黃新平等應(yīng)用VR技術(shù)創(chuàng)建的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)逼真、形象和可重復(fù)操作的虛擬環(huán)境，在低投入、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)了較好的醫(yī)學(xué)職業(yè)技能教學(xué)效果，為醫(yī)學(xué)職業(yè)教育的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一個(gè)新的教學(xué)模式。[11]

（4）VR技術(shù)與教學(xué)效果的研究

如何提高教學(xué)效果一直是教育領(lǐng)域的重要議題。由于VR技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)教育信息化、提高教學(xué)質(zhì)量成為該領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。童宇陽(yáng)列舉了3D打印技術(shù)在中小學(xué)學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用案例，并且指出3D打印技術(shù)目前面臨的局限性。[12]張力研究了應(yīng)用VR技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量，通過闡述相關(guān)理論、主流技術(shù)、針對(duì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究和實(shí)際教學(xué)應(yīng)用分析，論證了VR技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相互促進(jìn)的發(fā)展趨勢(shì)。[13]

（5）VR技術(shù)與遠(yuǎn)程教育的研究

VR技術(shù)與遠(yuǎn)程教育的結(jié)合標(biāo)志著教育信息化進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元。顧至欣研究了虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)行為的影響因素。其通過實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的有用性、易用性和愉悅性感知均影響遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者的使用意愿和學(xué)習(xí)行為，最終提出了促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)的建議，對(duì)于進(jìn)一步將VR技術(shù)運(yùn)用到遠(yuǎn)程教育中去具有比較大的建設(shè)性。[14]劉琳等在《基于情感計(jì)算和Web3D技術(shù)的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)模型》一文中提出了一個(gè)基于情感計(jì)算和Web 3D技術(shù)的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)模型，旨在解決現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中情感交流和人機(jī)交互匱乏的問題。[15]隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用VR技術(shù)去解決遠(yuǎn)程教育中的一些問題將是該領(lǐng)域的一個(gè)研究方向。

結(jié)論與思考

本研究依據(jù)高頻關(guān)鍵詞共詞分析理論，運(yùn)用聚類分析的方法，對(duì)近16年間國(guó)內(nèi)關(guān)于VR技術(shù)在教育中的研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)進(jìn)行了可視化分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究仍處于初級(jí)階段，大部分研究縱深度和系統(tǒng)性不夠。但可以看出國(guó)內(nèi)學(xué)者已經(jīng)開始逐步關(guān)注將VR技術(shù)引入到教學(xué)中來。目前，國(guó)內(nèi)研究者主要關(guān)注五個(gè)方面的問題：VR技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)研究、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)和職業(yè)教育的應(yīng)用研究以及與遠(yuǎn)程教育、教學(xué)效果的相關(guān)研究。隨著VR技術(shù)的不斷發(fā)展，筆者認(rèn)為，將這一新型技術(shù)應(yīng)用到教育領(lǐng)域中去的本質(zhì)，不在于如何增加一種新的媒體技術(shù)，而在于結(jié)合這一新型技術(shù)創(chuàng)造更好的教學(xué)方式，這將是VR技術(shù)應(yīng)用到教育中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。相信隨著研究的不斷深入，VR技術(shù)在教育領(lǐng)域中會(huì)發(fā)揮更大的作用。

注：姚凌江為本文通訊作者。

參考文獻(xiàn)

Grigore C. Burdea， Philippe coiffet. virtual reality technolog（2nd ed）[M]. USA：Wiley， John&Sons， 2003.

劉啟元，葉鷹. 文獻(xiàn)題錄信息挖掘技術(shù)方法及其軟件SATI的實(shí)現(xiàn)——以中外圖書情報(bào)學(xué)為例[J/OL]. 信息資源管理學(xué)報(bào)，2012，（1）： 50-58. http：//www.liuqiyuan.com/.

張玉雙. 我國(guó)高校圖書館知識(shí)管理研究的文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析[J]. 晉圖學(xué)刊，2008（5）： 45-48.

李蕾. 影響美國(guó)未來的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 國(guó)外未來教育，1994： 63.

Donohue， J.C.Understanding Scientific Literature： A Bibliographic Approach[M]. The MIT Press： cambridge， 1975.

徐超，葛紅美，錢俊. 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可視化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 湖北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（4）： 333-335.

呂蕾，張金玲等. 一種基于數(shù)據(jù)手套的靜態(tài)手勢(shì)識(shí)別方法[J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2015（27）.

黃榮懷，鄭蘭琴，程薇. 虛擬實(shí)驗(yàn)及其學(xué)習(xí)者可信度認(rèn)知[J]. 開放教育研究，2012（6）： 9-15.

燕浩鵬. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在旅游實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中的應(yīng)用[J]. 教育與職業(yè)，2008（30）： 155-156.

許愛軍，張文金. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在職業(yè)教育中應(yīng)用的現(xiàn)狀、問題及對(duì)策[J]. 中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2011（8）： 44-47.

黃新平，楊雪. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)學(xué)職業(yè)教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2013（5）： 83-87.

童宇陽(yáng). 3D打印技術(shù)在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，2013（12）： 16-19.

張力. 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量的研究[J]. 電化教育研究，2003（6）： 56-60.

顧至欣. 虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)行為影響因素研究——以南京博物院數(shù)字虛擬館為例[J]. 中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2016（8）： 13-20.

劉琳，陽(yáng)西述，桑婧. 基于情感計(jì)算和Web3D技術(shù)的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)模型[J]. 中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2008（7）： 64-67.