基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)館學(xué)習(xí)效果分析

陳穎博 張文蘭 陳思睿

摘要：場(chǎng)館學(xué)習(xí)在社會(huì)教育中的作用日益突出，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和游戲化學(xué)習(xí)的融入成為場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)。為探究場(chǎng)館學(xué)習(xí)中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)展品及其呈現(xiàn)順序?qū)W(xué)習(xí)效果的影響，開(kāi)發(fā)了名為“AR盒子”的虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)境，并以光的折射為主題設(shè)計(jì)了游戲化和非游戲化兩組虛擬仿真學(xué)習(xí)內(nèi)容?；诓煌瑢W(xué)習(xí)內(nèi)容呈現(xiàn)順序分組（游戲優(yōu)先和非游戲優(yōu)先）的對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：“AR盒子”能夠有效促進(jìn)學(xué)習(xí)者的知識(shí)理解，且在學(xué)習(xí)感知、學(xué)習(xí)投入、具身學(xué)習(xí)效果、AR仿真適用性、學(xué)習(xí)滿意度等方面均有較好表現(xiàn);相較而言，游戲優(yōu)先組在知識(shí)理解上的學(xué)習(xí)效果更好，在具身學(xué)習(xí)效果上的反饋更為積極，且表現(xiàn)出更加活躍的參與行為。因此，通過(guò)合理利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)提升展品表現(xiàn)力，創(chuàng)設(shè)高度沉浸的學(xué)習(xí)情境，并在學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)中融入恰當(dāng)?shù)挠螒蚧?，能夠改善?chǎng)館學(xué)習(xí)效果。同時(shí)，應(yīng)注重參觀路線和展品呈現(xiàn)順序設(shè)計(jì)，對(duì)于蘊(yùn)含復(fù)雜科學(xué)概念的展品，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先以游戲化仿真的形式進(jìn)行呈現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí);場(chǎng)館學(xué)習(xí);學(xué)習(xí)效果;虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)境;游戲化學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G434 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1009-5195（2020）05-0104-09 ?doi10.3969/j.issn.1009-5195.2020.05.012

一、引言

博物館、科技館等場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境在社會(huì)教育中的作用日益突出。然而，一方面由于傳統(tǒng)場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境缺乏形象化的信息表征，無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜科學(xué)現(xiàn)象和空間關(guān)系的可視化（張美霞，2017）;另一方面由于缺少精準(zhǔn)高效的活動(dòng)設(shè)計(jì)和展品設(shè)計(jì)（夏文箐等，2015），使得參觀者和展品及環(huán)境間的深度交互較少，難以促進(jìn)其高階思維能力發(fā)展。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過(guò)虛擬信息與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的融合為用戶帶來(lái)了全新的體驗(yàn)，在教育領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。已有研究發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)最適合場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境下的探究式學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者可以利用虛實(shí)融合的可視化仿真方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜科學(xué)現(xiàn)象的探究（Yoon et al.，2014）。然而，場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境中的引導(dǎo)線索、協(xié)作方式、參觀路線（李智鵬，2019）和展品呈現(xiàn)（鮑賢清，2011）等因素均會(huì)影響學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。此外，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲化學(xué)習(xí)方面展現(xiàn)出巨大潛力（楊文陽(yáng)等，2017）。因此，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和游戲元素融入場(chǎng)館學(xué)習(xí)，通過(guò)優(yōu)化信息及展品呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)活動(dòng)和參觀路線設(shè)計(jì)來(lái)提升學(xué)習(xí)效果成為學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

本研究開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為“AR盒子”的虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)境，針對(duì)“光的折射”這一科學(xué)現(xiàn)象設(shè)計(jì)了游戲化仿真和非游戲化仿真兩種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)展品，旨在通過(guò)探究增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)展品及其呈現(xiàn)順序?qū)?chǎng)館學(xué)習(xí)效果的影響，為優(yōu)化場(chǎng)館設(shè)計(jì)、提升場(chǎng)館學(xué)習(xí)效果提供參考和借鑒。

二、文獻(xiàn)綜述

美國(guó)學(xué)習(xí)改革委員會(huì)將“場(chǎng)館”定義為“各種與科學(xué)、歷史、藝術(shù)等教育相關(guān)的公共機(jī)構(gòu)”，如各種類型的專題博物館、科技館、天文館等。場(chǎng)館學(xué)習(xí)（Museum Learning）是在這些公共教育機(jī)構(gòu)中，通過(guò)視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等多感官體驗(yàn)獲得經(jīng)驗(yàn)的非正式學(xué)習(xí)行為（張美霞，2017）。

場(chǎng)館肩負(fù)著廣大民眾學(xué)習(xí)知識(shí)和提升素養(yǎng)的使命，但由于傳統(tǒng)場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境缺乏豐富的刺激、形象化的信息表征和沉浸式的學(xué)習(xí)情境，因而難以滿足民眾日益提升的學(xué)習(xí)需求。于是有研究嘗試將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入場(chǎng)館，以構(gòu)建虛實(shí)融合的場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境（鄭旭東等，2015;李志河等，2016）。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augumented Reality，AR）指通過(guò)3D 技術(shù)在真實(shí)物體上疊加虛擬影像，從而達(dá)到一種視覺(jué)增強(qiáng)效果，具有虛實(shí)融合、無(wú)縫交互、三維配準(zhǔn)等特點(diǎn)（張四方等，2018）。由于AR以強(qiáng)大的視覺(jué)表現(xiàn)力將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界融合于三維空間中（Martín-Gutiérrezet al.，2015），可為學(xué)習(xí)者創(chuàng)設(shè)刺激豐富、高度沉浸、融合現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)情境，因而能夠通過(guò)改善展品呈現(xiàn)形式和學(xué)習(xí)者體驗(yàn)?zāi)Ｊ剑ぐl(fā)場(chǎng)館學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)者探究、反思的動(dòng)機(jī)和興趣，促進(jìn)其知識(shí)的內(nèi)化與建構(gòu)（李志河等，2018），尤其是對(duì)科學(xué)概念的理解與掌握（黃紅濤等，2018）。此外，AR在基于游戲化仿真的游戲化學(xué)習(xí)中也具有廣泛應(yīng)用潛能（楊文陽(yáng)等，2017）。本研究所指的游戲化仿真是將游戲元素融入學(xué)習(xí)活動(dòng)和AR仿真環(huán)境，使學(xué)習(xí)者通過(guò)角色扮演、探索、協(xié)作與競(jìng)爭(zhēng)等方式在完成任務(wù)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移，從而提升其問(wèn)題求解、決策、創(chuàng)新等高階思維能力（卡爾·卡普，2015）。

已有研究發(fā)現(xiàn)，在場(chǎng)館學(xué)習(xí)中應(yīng)當(dāng)提供適度的指導(dǎo)并允許學(xué)習(xí)者自由探索（Capuano et al.，2016），結(jié)構(gòu)化和協(xié)作式的小組學(xué)習(xí)比個(gè)體學(xué)習(xí)效果更好（Kreuzer et al.，2017），學(xué)習(xí)支架和非正式學(xué)習(xí)行為（自我引導(dǎo)的探索和問(wèn)題的產(chǎn)生）之間具有關(guān)聯(lián)（Yoon et al.，2013），且學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)效果顯著相關(guān)（王婷等，2018）?？梢?jiàn)學(xué)習(xí)支架、協(xié)作水平、學(xué)習(xí)模式、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)等因素均會(huì)對(duì)場(chǎng)館學(xué)習(xí)的效果產(chǎn)生影響。此外，也有研究表明，場(chǎng)館學(xué)習(xí)中的展品設(shè)計(jì)（李志河等，2016;2018）、參觀路線（鮑賢清，2011;李智鵬，2019）等都會(huì)影響場(chǎng)館學(xué)習(xí)效果，但類似研究主要關(guān)注展品的質(zhì)量和吸引力（許瑋等，2015）、信息呈現(xiàn)（李志河等，2016）、內(nèi)容表現(xiàn)、陳列方式、參觀路徑（李智鵬，2019）以及內(nèi)容的豐富度、類型和交互性（鮑賢清，2011）等方面，卻忽視了展品呈現(xiàn)順序?qū)W(xué)習(xí)效果的影響。

在對(duì)場(chǎng)館學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)方面，已有研究以影響場(chǎng)館學(xué)習(xí)的因素為基礎(chǔ)，建立了場(chǎng)館學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，包括知識(shí)理解、情感態(tài)度（學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)機(jī)、期望和學(xué)習(xí)體驗(yàn)）、動(dòng)作技能和社會(huì)交流（張燕等，2015;謝娟，2017）等。然而，這些研究多針對(duì)傳統(tǒng)場(chǎng)館學(xué)習(xí)，缺乏對(duì)基于AR的場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)效果影響因素的探討。由于場(chǎng)館學(xué)習(xí)是自由而開(kāi)放的，能夠產(chǎn)出多元的學(xué)習(xí)結(jié)果，為突出AR的技術(shù)特點(diǎn)及其在場(chǎng)館學(xué)習(xí)中的效果，在綜合已有評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，可從知識(shí)理解、學(xué)習(xí)投入、學(xué)習(xí)滿意度（何聚厚等，2019）、學(xué)習(xí)感知、具身學(xué)習(xí)效果、AR仿真適用性（周榕等，2019;何聚厚等，2019）等方面對(duì)學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中知識(shí)理解反映學(xué)習(xí)者對(duì)復(fù)雜科學(xué)概念的理解，學(xué)習(xí)感知用于測(cè)量學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)習(xí)投入反映學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，具身學(xué)習(xí)效果用于測(cè)量學(xué)習(xí)者身體動(dòng)作的協(xié)調(diào)性和動(dòng)作思維的一致性，AR仿真適用性反映AR在場(chǎng)館學(xué)習(xí)中的適用程度，學(xué)習(xí)滿意度反映學(xué)習(xí)者對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的滿意程度。

基于上述研究，本研究將學(xué)習(xí)支架、協(xié)作水平、學(xué)習(xí)模式、動(dòng)機(jī)形式等因素作為游戲元素融入基于AR的場(chǎng)館學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，探究AR及不同類型仿真展品的呈現(xiàn)順序?qū)?chǎng)館學(xué)習(xí)效果的影響，并從知識(shí)理解、學(xué)習(xí)感知、學(xué)習(xí)投入、具身學(xué)習(xí)效果、AR仿真適用性、學(xué)習(xí)滿意度等層面對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。

三、“AR 盒子”：虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)

1.AR關(guān)鍵技術(shù)及工作原理

AR的關(guān)鍵技術(shù)包括空間定位、圖像識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)與傳感器、移動(dòng)計(jì)算等技術(shù)。其基本工作原理是通過(guò)智能設(shè)備內(nèi)置的攝像頭識(shí)別真實(shí)場(chǎng)景中的標(biāo)記物，依靠傳感設(shè)備追蹤真實(shí)場(chǎng)景中物體的運(yùn)動(dòng)，利用空間定位技術(shù)將虛擬信息（如圖像、文字、三維動(dòng)畫(huà)）和現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行三維精確位置配準(zhǔn)，并通過(guò)智能眼鏡、超短焦投影等顯示設(shè)備將虛實(shí)結(jié)合的信息展示出來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

2.“AR盒子”的硬件配置及功能

“AR盒子”是在科技館中一個(gè)面積為45.3平方米的房間里面創(chuàng)建的虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)境，由AR眼鏡、3D超短焦投影儀及物理空間構(gòu)成。

（1）AR眼鏡

AR眼鏡具備960×540分辨率和23度視角場(chǎng)（Field of View，F(xiàn)oV），配備九軸慣性測(cè)量傳感器以及具備360度頭部跟蹤和3D視覺(jué)飛行時(shí)間（Time of Flight，ToF）功能的深度攝像頭。九軸慣性測(cè)量傳感器可以對(duì)重力、速度和電磁進(jìn)行感應(yīng)，通過(guò)分析虛擬和現(xiàn)實(shí)世界中運(yùn)動(dòng)物體的空間向量、運(yùn)動(dòng)向量、電磁感應(yīng)等參數(shù)的變化來(lái)追蹤其運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而依靠對(duì)虛擬和現(xiàn)實(shí)世界中物體的精準(zhǔn)定位來(lái)實(shí)現(xiàn)三維空間的精確位置配準(zhǔn)。通過(guò)360度頭部跟蹤功能，學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)頭即可觸碰虛擬世界，自由調(diào)整運(yùn)動(dòng)速度，并可以在虛擬世界中隨意走動(dòng)，從而獲得身臨其境和富有表現(xiàn)力的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。深度攝像頭生成的點(diǎn)云使得AR軟件能夠繪制出周圍環(huán)境，實(shí)現(xiàn)與虛實(shí)環(huán)境的深度融合。同時(shí)，深度攝像頭還可以檢測(cè)學(xué)習(xí)者的動(dòng)作和姿勢(shì)，使其能夠通過(guò)肢體與虛擬元素進(jìn)行交互。

（2）3D超短焦投影儀

3D超短焦投影儀可以為學(xué)習(xí)者提供模擬周邊環(huán)境的全局感知，幫助其更好地理解仿真現(xiàn)象。在“AR盒子”中，學(xué)習(xí)者可以通過(guò)投影地板上全局呈現(xiàn)的圖像和AR眼鏡上局部呈現(xiàn)的透明圖像獲得多種動(dòng)態(tài)三維圖像，從而實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的顯示效果。

（3）物理空間

物理空間是一個(gè)45.3平方米的房間，其中綠色的線條，可為學(xué)習(xí)者提供一些隱含線索，比如中心分界線表示高、低折射率材料之間的邊界，矩形線環(huán)繞投影區(qū)域以區(qū)分出虛擬與現(xiàn)實(shí)的邊界。系在矩形地板中間的尼龍搭扣，表示光在高折射率材料中的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)減慢。學(xué)習(xí)者在尼龍搭扣地板上慢速行走，以增強(qiáng)動(dòng)作與科學(xué)現(xiàn)象間的交互體驗(yàn)（Hayes et al.，2017）。此外，研究還將AR眼鏡的相機(jī)矩陣參數(shù)與Unity 3D提供的投影虛擬空間相對(duì)應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)真實(shí)空間和虛擬空間的無(wú)縫融合。

3.學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)了游戲化仿真和非游戲化仿真兩組不同類型的學(xué)習(xí)內(nèi)容。兩組學(xué)習(xí)內(nèi)容都是關(guān)于光的折射及其相關(guān)概念，均使用AR技術(shù)并適用于場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境，其設(shè)計(jì)的核心特性如表1所示。

（1）游戲化仿真

游戲化仿真由5個(gè)階段組成，均由學(xué)習(xí)者用一束光擊中自己對(duì)面的目標(biāo)，但各階段的介質(zhì)和射擊位置不同：空氣—空氣（階段1）、空氣—水（階段2）、空氣—金剛石（階段3）、水—空氣（階段4）以及上述介質(zhì)條件下的位置變化（階段5），其場(chǎng)景設(shè)計(jì)如圖1所示。在游戲化仿真中鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者通過(guò)協(xié)作完成任務(wù)，即兩個(gè)學(xué)習(xí)者作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)在給定的次數(shù)內(nèi)，依次在上述5個(gè)階段的條件下射擊目標(biāo)。兩個(gè)佩戴AR眼鏡的學(xué)習(xí)者分別控制光線進(jìn)行射擊。當(dāng)兩個(gè)學(xué)習(xí)者都成功擊中位于邊界之外的一個(gè)白球時(shí)，當(dāng)前階段結(jié)束，此時(shí)球的顏色變?yōu)樽仙?。在任?wù)過(guò)程中，AR眼鏡上會(huì)顯示各階段的射擊次數(shù)和總分。與非游戲化仿真相比，游戲化仿真由于不顯示最近光的傳播軌跡，其提供的學(xué)習(xí)支架更少，學(xué)習(xí)者需要以探索和協(xié)作的方式找到自己的解決方案。因此，在游戲化仿真中，學(xué)習(xí)是在學(xué)習(xí)者制定射擊策略以實(shí)現(xiàn)理想的光線路徑的過(guò)程中自然發(fā)生的，即采用的是倒退式規(guī)劃的交互策略。

（2）非游戲化仿真

非游戲化仿真是將二維虛擬仿真從桌面環(huán)境轉(zhuǎn)換至AR仿真環(huán)境，在內(nèi)容設(shè)計(jì)上未采用游戲元素。其任務(wù)涉及兩種角色（射擊者和觀察者）、兩組介質(zhì)（“空氣—水”和“空氣—金剛石”）和兩組位置（靠近和遠(yuǎn)離邊界），不同角色、介質(zhì)、位置組合成8個(gè)階段，其場(chǎng)景設(shè)計(jì)如圖2所示。兩個(gè)佩戴AR眼鏡的學(xué)習(xí)者分別作為射擊者和觀察者完成任務(wù)，并在每個(gè)階段結(jié)束時(shí)交換角色和位置。在射擊位置的學(xué)習(xí)者通過(guò)抓取和釋放手勢(shì)來(lái)發(fā)射光線，在觀察位置的學(xué)習(xí)者則通過(guò)AR眼鏡來(lái)觀察光線的軌跡和折射變化。在每階段任務(wù)開(kāi)始前，學(xué)習(xí)者都會(huì)沿著上一階段的光路走一遍。地板上兩種介質(zhì)的交界處系有尼龍搭扣以減慢學(xué)習(xí)者的行走速度，模擬出一種與光穿過(guò)不同介質(zhì)類似的物理體驗(yàn)。學(xué)習(xí)者在不同介質(zhì)的邊界上轉(zhuǎn)動(dòng)身體，觀察入射角度和折射角度之間的關(guān)系。在非游戲化仿真中，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)是在支架（光的傳播軌跡）和線索（尼龍搭扣、轉(zhuǎn)動(dòng)身體）的引導(dǎo)下進(jìn)行的，即采用的是前進(jìn)式規(guī)劃的交互策略。

四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

本研究構(gòu)建了一種基于AR的虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)境，展現(xiàn)光在兩種介質(zhì)之間傳播和折射的科學(xué)現(xiàn)象，以促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)相關(guān)科學(xué)概念的理解。為有效利用AR技術(shù)進(jìn)行場(chǎng)館學(xué)習(xí)活動(dòng)和展品設(shè)計(jì)，探究不同類型虛擬仿真學(xué)習(xí)內(nèi)容呈現(xiàn)順序?qū)W(xué)習(xí)效果的影響，本研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了兩種學(xué)習(xí)者體驗(yàn)順序，即分別先后體驗(yàn)游戲化仿真和非游戲化仿真。

1.被試與實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)招募了10組（每組2人，共20人）男女混合的被試，其中男性14人，女性6人，年齡為12～14歲，所有被試都具有AR/VR的使用經(jīng)歷。基于李克特5級(jí)量表的預(yù)調(diào)查結(jié)果顯示，被試對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)機(jī)的主觀評(píng)價(jià)分別為M=3.76（SD=1.19）和M=4.27（SD=0.69）。為控制無(wú)關(guān)變量及環(huán)境裝置對(duì)結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，并將10組被試隨機(jī)分配到游戲優(yōu)先和非游戲優(yōu)先兩種不同實(shí)驗(yàn)條件中。去除因注意力不集中，無(wú)法完成后測(cè)和事后調(diào)查的無(wú)效數(shù)據(jù)后，共獲得16份數(shù)據(jù)。

2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本研究的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖3所示，共分為五步：第一步，進(jìn)行30分鐘的前測(cè)以了解被試的基礎(chǔ);第二步，在指導(dǎo)下進(jìn)行10分鐘的射擊姿勢(shì)練習(xí)，以幫助被試適應(yīng)虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)境和關(guān)鍵姿勢(shì)，比如通過(guò)抓、放動(dòng)作來(lái)開(kāi)啟光的傳播;第三步，以不同的順序體驗(yàn)虛擬仿真，體驗(yàn)順序由被試的分組決定（共60分鐘）;第四步，通過(guò)30分鐘的后測(cè)檢測(cè)被試對(duì)復(fù)雜科學(xué)概念的學(xué)習(xí)效果;第五步，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，通過(guò)事后調(diào)查和半結(jié)構(gòu)化訪談（約20分鐘）了解被試在其他方面的學(xué)習(xí)效果。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，射擊次數(shù)、得分等交互日志均被記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中。在對(duì)學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)上，實(shí)驗(yàn)通過(guò)前后測(cè)對(duì)比來(lái)檢驗(yàn)被試對(duì)知識(shí)的理解，并通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查及訪談來(lái)檢驗(yàn)被試在學(xué)習(xí)感知等其余5個(gè)維度上的學(xué)習(xí)效果。

3.測(cè)量工具

（1）前測(cè)和后測(cè)試題

前后測(cè)用于了解被試在實(shí)驗(yàn)前后對(duì)復(fù)雜科學(xué)概念理解上的差異。試題由研究人員和2名物理教師共同設(shè)計(jì)，包括10道多項(xiàng)選擇和6道簡(jiǎn)答題，涵蓋對(duì)光的折射知識(shí)的理解及其科學(xué)概念的應(yīng)用。為避免前測(cè)對(duì)后測(cè)的影響，后測(cè)中對(duì)題目順序和語(yǔ)言表述進(jìn)行了修改。在兩次測(cè)試中，多項(xiàng)選擇題全部正確得1分，出現(xiàn)錯(cuò)誤選項(xiàng)得0分;簡(jiǎn)答題全部正確得1分，部分正確得0.5分，錯(cuò)誤得0分。前后測(cè)的得分均通過(guò)交叉評(píng)閱確定，評(píng)閱結(jié)果得到物理教師認(rèn)可。

（2）事后調(diào)查問(wèn)卷

事后調(diào)查問(wèn)卷用于測(cè)量被試的學(xué)習(xí)效果。Falk等（2000）將數(shù)字化場(chǎng)館學(xué)習(xí)效果歸納為知識(shí)概念、動(dòng)作技能、情感態(tài)度和社會(huì)交流，其中情感態(tài)度包括學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)機(jī)、期望和態(tài)度。本研究以Falk等（1992）提出的場(chǎng)館情境學(xué)習(xí)模型為理論基礎(chǔ)，結(jié)合Bower等（2015）的“可穿戴技術(shù)學(xué)習(xí)體驗(yàn)評(píng)價(jià)量規(guī)”編制事后調(diào)查問(wèn)卷。對(duì)原評(píng)價(jià)量規(guī)的改編主要體現(xiàn)在將可穿戴技術(shù)聚焦為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并且因原評(píng)價(jià)量規(guī)中未涉及“具身學(xué)習(xí)”，而其又是AR仿真學(xué)習(xí)的重要特征（黃紅濤等，2018），故根據(jù)專家建議增加了“具身學(xué)習(xí)效果”因子。研究采用德?tīng)柗品ㄗ稍冾I(lǐng)域?qū)＜乙庖?jiàn)，最終確定事后調(diào)查問(wèn)卷的5個(gè)因子和22道題目，即學(xué)習(xí)感知（5個(gè)題目）、學(xué)習(xí)投入（5個(gè)題目）、具身學(xué)習(xí)效果（4個(gè)題目）、AR仿真適用性（4個(gè)題目）和學(xué)習(xí)滿意度（4個(gè)題目）。問(wèn)卷采用李克特5級(jí)量表，用1～5表示對(duì)題目表述從“非常不同意”到“非常同意”的認(rèn)可程度。其中，學(xué)習(xí)感知反映學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)和社交體驗(yàn);學(xué)習(xí)投入反映學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣;具身學(xué)習(xí)效果反映學(xué)習(xí)者動(dòng)作與思維的一致性，用于測(cè)量其動(dòng)作技能的習(xí)得程度;AR仿真適用性反映學(xué)習(xí)者對(duì)技術(shù)的體驗(yàn)、態(tài)度和接受度;學(xué)習(xí)滿意度反映學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)期望的實(shí)現(xiàn)程度。使用AMOS對(duì)問(wèn)卷進(jìn)行驗(yàn)證性因子分析，檢驗(yàn)因子的結(jié)構(gòu)模型，結(jié)果顯示各測(cè)量項(xiàng)與因子間的載荷關(guān)系顯著，表明結(jié)構(gòu)模型具有較好的聚合效度和擬合優(yōu)度，各測(cè)量項(xiàng)能較好地反映所屬因子。信效度分析結(jié)果顯示，問(wèn)卷的信度和效度分別為0.923和0.792，表明其信效度較高。

（3）訪談設(shè)計(jì)

事后調(diào)查結(jié)束后對(duì)被試進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化訪談，以進(jìn)一步了解其在“AR盒子”中的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。訪談主要涉及三個(gè)方面的問(wèn)題：第一，參與實(shí)驗(yàn)前的個(gè)人情況;第二，對(duì)虛擬仿真學(xué)習(xí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和感受;第三，對(duì)“AR盒子”硬件配置的使用體驗(yàn)和感受。

五、數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

研究采用SPSS對(duì)前后測(cè)成績(jī)、問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果和交互數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析，并采用NVivo對(duì)訪談數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)性分析。首先，對(duì)所有被試的前后測(cè)成績(jī)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，并對(duì)訪談數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)性分析，評(píng)價(jià)基于“AR盒子”的整體學(xué)習(xí)效果。其次，分別對(duì)兩組被試的前后測(cè)成績(jī)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)和協(xié)方差分析，并對(duì)問(wèn)卷數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，對(duì)比兩種仿真順序?qū)W(xué)習(xí)效果的影響。

1.基于“AR盒子”的整體學(xué)習(xí)效果

采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)對(duì)前后測(cè)成績(jī)進(jìn)行分析，其描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，學(xué)習(xí)者的平均成績(jī)從前測(cè)的6.89增至后測(cè)的9.76，增長(zhǎng)率為41%，后測(cè)成績(jī)提升顯著（t=5.98，p<0.001）。上述結(jié)果表明“AR盒子”對(duì)學(xué)習(xí)者的知識(shí)理解具有顯著的積極影響。

對(duì)訪談數(shù)據(jù)的分析揭示了基于“AR盒子”的虛擬仿真學(xué)習(xí)在學(xué)習(xí)感知等5個(gè)方面的學(xué)習(xí)效果：（1）學(xué)習(xí)感知。大部分學(xué)習(xí)者表示AR設(shè)備的操作比較容易，能夠有效支持同伴間的互動(dòng)，幫助其理解光的折射現(xiàn)象，并且獲得了較為愉快的學(xué)習(xí)經(jīng)歷。（2）學(xué)習(xí)投入。多數(shù)學(xué)習(xí)者表示，AR眼鏡能夠讓他們保持高度的注意力，傳感器和頭部跟蹤功能創(chuàng)設(shè)了高度沉浸的學(xué)習(xí)情境，讓他們可以長(zhǎng)時(shí)間沉浸在學(xué)習(xí)情境中，提升了他們的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。（3）具身學(xué)習(xí)效果。有學(xué)習(xí)者表示，通過(guò)手勢(shì)變化和轉(zhuǎn)動(dòng)身體來(lái)控制光線的方式，能夠幫助他們更好地理解入射角和折射角的關(guān)系。此外，尼龍搭扣對(duì)行走的阻礙讓他們體驗(yàn)到了光速在水中會(huì)變慢，這種將身體運(yùn)動(dòng)和科學(xué)現(xiàn)象相映射的方式，促進(jìn)了其對(duì)知識(shí)的理解。（4）AR仿真適用性。所有學(xué)習(xí)者都表示“AR盒子”營(yíng)造了逼真的學(xué)習(xí)情境，通過(guò)自主控制設(shè)備模擬自然現(xiàn)象的方式實(shí)現(xiàn)了多感官融通的交互體驗(yàn)。但也有學(xué)習(xí)者認(rèn)為AR眼鏡太笨重，存在視覺(jué)覆蓋區(qū)域小、舒適度低、虛擬圖形和現(xiàn)實(shí)世界偶爾有些錯(cuò)位、圖形顯示效果差等問(wèn)題。（5）學(xué)習(xí)滿意度。大部分學(xué)習(xí)者認(rèn)為光的軌跡及其通過(guò)不同介質(zhì)時(shí)的折射設(shè)計(jì)得非常形象，“AR盒子”給他們提供了舒適的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，其對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)和情境創(chuàng)設(shè)的滿意度較高。總體來(lái)看，學(xué)習(xí)者大多認(rèn)為“AR盒子”對(duì)學(xué)習(xí)很有幫助。

通過(guò)對(duì)前后測(cè)成績(jī)及訪談結(jié)果的分析可以發(fā)現(xiàn)，基于“AR盒子”的場(chǎng)館學(xué)習(xí)在知識(shí)理解、學(xué)習(xí)感知、學(xué)習(xí)投入、具身學(xué)習(xí)效果、AR仿真適用性、學(xué)習(xí)滿意度等方面均具有較好的表現(xiàn)，能夠有效提升場(chǎng)館學(xué)習(xí)效果。

2.仿真體驗(yàn)順序?qū)W(xué)習(xí)效果的影響

（1）前后測(cè)分析

分別對(duì)兩組不同仿真體驗(yàn)順序被試的前后測(cè)成績(jī)進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，以檢驗(yàn)不同仿真呈現(xiàn)順序?qū)χR(shí)理解的影響，其描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。可以看出，游戲優(yōu)先組的后測(cè)成績(jī)提升十分顯著（t=7.76，p<0.001），而非游戲優(yōu)先組的前后測(cè)成績(jī)也存在顯著差異（t=3.155，p<0.05）。以上結(jié)果表明，兩組不同體驗(yàn)順序的被試在學(xué)習(xí)后對(duì)知識(shí)的理解都有顯著提高。

由于兩組不同體驗(yàn)順序的被試在知識(shí)理解上均有顯著提升，因而有必要進(jìn)一步分析不同體驗(yàn)順序?qū)χR(shí)理解影響的差異。通過(guò)Levene檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同體驗(yàn)順序組在誤差方差上無(wú)顯著差異（F=0.037，p>0.05），且樣本均呈正態(tài)分布，故采用協(xié)方差分析（ANCOVA）檢驗(yàn)不同順序組在知識(shí)理解上的差異。研究以后測(cè)成績(jī)?yōu)橐蜃兞?，前測(cè)成績(jī)?yōu)閰f(xié)變量，體驗(yàn)順序分組為自變量，進(jìn)行協(xié)方差分析。結(jié)果顯示，不同分組在成績(jī)提升上存在顯著差異（F=10.55，p<0.05），游戲優(yōu)先組的學(xué)習(xí)效果（修正均值=10.68）明顯優(yōu)于非游戲優(yōu)先組（修正均值=8.82）。上述結(jié)果表明，雖然兩組學(xué)習(xí)者的最終成績(jī)差異不大，但不同的仿真體驗(yàn)順序?qū)е铝孙@著的前后測(cè)成績(jī)提升差異，游戲優(yōu)先組在知識(shí)理解上的學(xué)習(xí)效果更好。

（2）事后調(diào)查分析

針對(duì)事后調(diào)查數(shù)據(jù)，研究采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析兩組不同仿真體驗(yàn)順序被試在學(xué)習(xí)感知等5個(gè)因子上的學(xué)習(xí)效果差異，其結(jié)果如表4所示。游戲優(yōu)先組對(duì)因子3（具身學(xué)習(xí)效果）的評(píng)價(jià)（M=18.77）高于非游戲優(yōu)先組（M=17.25），且表現(xiàn)出顯著差異（t=2.25，p<0.05）。兩組被試雖然在因子1（學(xué)習(xí)感知）、因子2（學(xué)習(xí)投入）、因子4（AR仿真適用性）、因子5（學(xué)習(xí)滿意度）上無(wú)顯著差異，但均對(duì)因子5（學(xué)習(xí)滿意度）給予較高評(píng)價(jià)，均值分別為19.39（游戲優(yōu)先組）和19.27（非游戲優(yōu)先組）。上述結(jié)果表明，不同仿真體驗(yàn)順序的學(xué)習(xí)者在具身學(xué)習(xí)效果上的反饋存在顯著差異，且游戲優(yōu)先組的評(píng)價(jià)更為積極;不同分組雖然在學(xué)習(xí)感知、學(xué)習(xí)投入、AR仿真的適用性、學(xué)習(xí)滿意度上均給予了較高評(píng)價(jià)，但組間差異不顯著，這表明體驗(yàn)順序?qū)@4個(gè)因子沒(méi)有顯著影響。

（3）交互日志分析

研究通過(guò)對(duì)交互日志記錄的射擊次數(shù)和游戲得分進(jìn)行分析，了解體驗(yàn)順序?qū)W(xué)習(xí)者行為的影響。

第一，針對(duì)射擊次數(shù)的對(duì)比分析。將射擊次數(shù)作為因變量，體驗(yàn)順序和學(xué)習(xí)內(nèi)容類型（游戲化仿真和非游戲化仿真）作為自變量，進(jìn)行雙因素混合設(shè)計(jì)方差分析，結(jié)果如圖4所示。分析結(jié)果顯示，體驗(yàn)順序?qū)ι鋼舸螖?shù)的影響不顯著（F=4.785，p>0.05），而學(xué)習(xí)內(nèi)容類型對(duì)射擊次數(shù)具有顯著影響（F=10.813，p<0.05），且體驗(yàn)順序和學(xué)習(xí)內(nèi)容類型間存在顯著的相互作用（F=7.136，p<0.05）。對(duì)兩個(gè)自變量都進(jìn)行簡(jiǎn)單效應(yīng)分析后發(fā)現(xiàn)，游戲優(yōu)先組在非游戲化仿真中的射擊次數(shù)（M=64.61，SD=13.85）顯著高于非游戲優(yōu)先組（M=45.20，SD=7.40），同樣前者在游戲化仿真中的射擊次數(shù)（M=47.22，SD=7.66）也明顯高于后者（M=42.15，SD=7.21）。這意味著游戲化仿真優(yōu)先的順序安排策略促進(jìn)了學(xué)習(xí)者的參與行為，并且其作用在后續(xù)的非游戲化仿真中仍然有效。

第二，針對(duì)游戲得分的對(duì)比分析。由于不同體驗(yàn)順序分組的學(xué)習(xí)者在游戲總得分上不存在顯著差異（F=4.862，p>0.05），因而進(jìn)一步探究其在游戲化仿真各階段中的得分差異。將各階段的游戲得分作為因變量，將階段和體驗(yàn)順序作為自變量，進(jìn)行雙因素混合設(shè)計(jì)方差分析，結(jié)果如圖5所示。可以看出，非游戲優(yōu)先組各階段的得分均略高于游戲優(yōu)先組，但不存在顯著差異（F=5.752，p>0.05），而組內(nèi)階段間的游戲得分差異顯著（F=8.373，p<0.001）。通過(guò)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，第5階段的得數(shù)最低。這一方面表明由于非游戲優(yōu)先組在非游戲化仿真中的體驗(yàn)，對(duì)于其在游戲化仿真中的表現(xiàn)有提升作用;另一方面也說(shuō)明學(xué)習(xí)者距離介質(zhì)的交界面越近，其成功完成任務(wù)的難度越大。

六、討論與總結(jié)

1.合理利用AR技術(shù)增強(qiáng)展品表現(xiàn)力，創(chuàng)設(shè)高度沉浸的學(xué)習(xí)情境

前后測(cè)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)及訪談結(jié)果表明“AR盒子”在場(chǎng)館學(xué)習(xí)中的知識(shí)理解、學(xué)習(xí)感知、學(xué)習(xí)投入、具身學(xué)習(xí)效果、AR仿真適用性、學(xué)習(xí)滿意度等方面具有一定的積極效果，可見(jiàn)在場(chǎng)館學(xué)習(xí)中合理利用AR技術(shù)呈現(xiàn)展品內(nèi)容以增強(qiáng)其表現(xiàn)力，能夠有效促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)復(fù)雜科學(xué)概念的理解，進(jìn)而提升其學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)效果。然而，訪談結(jié)果也表明 “AR盒子”也存在視覺(jué)覆蓋區(qū)域偏小、舒適度較低、顯示效果較差等不足。針對(duì)上述問(wèn)題，在進(jìn)行場(chǎng)館學(xué)習(xí)的虛擬仿真環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，可以從以下幾方面予以解決：第一，通過(guò)采用高性能的AR產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)大視角覆蓋、超高清、無(wú)眩暈的高舒適度體驗(yàn)（An et al.，2018）;第二，采用紅外傳感器或多個(gè)慣性測(cè)量單元，提供更精確的全身跟蹤，實(shí)現(xiàn)虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的精確配準(zhǔn)（Marchand et al.，2016）;第三，用實(shí)物模擬部分科學(xué)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)身體動(dòng)作和科學(xué)現(xiàn)象之間的統(tǒng)一，減少動(dòng)作與思維的沖突（Hwang et al.，2016），促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的理解。

2.恰當(dāng)融入游戲化元素，優(yōu)化場(chǎng)館學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)

場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)的核心是學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)，而學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)是應(yīng)該給學(xué)習(xí)者多大程度的自主選擇權(quán)（Ibanez et al.，2018）。本研究在游戲化和非游戲化虛擬仿真學(xué)習(xí)內(nèi)容中融入了不同程度的學(xué)習(xí)支架元素，體現(xiàn)出不同程度的協(xié)作水平，也反映出不同類型的動(dòng)機(jī)形式，以此給予學(xué)習(xí)者不同程度的自主選擇權(quán)。結(jié)果表明，這兩種類型的虛擬仿真學(xué)習(xí)內(nèi)容都能有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)的理解。相較而言，游戲化仿真支持團(tuán)隊(duì)協(xié)作，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者通過(guò)合作的方式進(jìn)行探究、實(shí)驗(yàn)和反思，而非游戲化仿真由自主的、以任務(wù)為導(dǎo)向的活動(dòng)組成，缺乏與探究相關(guān)的社會(huì)交互行為。因此，在場(chǎng)館學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)中通過(guò)融入恰當(dāng)?shù)挠螒蚧?、設(shè)定具有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)、提供適量的學(xué)習(xí)支架，進(jìn)而鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者的協(xié)作式探究并賦予其一定的自主選擇權(quán)，可以有效喚醒其探究意識(shí)和認(rèn)知潛能，提高學(xué)習(xí)的效果。

3.根據(jù)展品內(nèi)容特性，設(shè)計(jì)合理的參觀路線和呈現(xiàn)順序

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同虛擬仿真學(xué)習(xí)內(nèi)容的體驗(yàn)順序?qū)W(xué)習(xí)效果存在影響，游戲優(yōu)先組的整體學(xué)習(xí)效果優(yōu)于非游戲優(yōu)先組，且在知識(shí)理解、具身學(xué)習(xí)效果方面存在顯著優(yōu)勢(shì)。游戲化仿真促進(jìn)了學(xué)習(xí)者更為積極的學(xué)習(xí)參與，并且這種作用在非游戲化仿真階段仍在持續(xù)。因此，在設(shè)計(jì)場(chǎng)館學(xué)習(xí)的參觀路線和展品呈現(xiàn)順序時(shí)，應(yīng)當(dāng)有所考慮。具體而言，對(duì)于蘊(yùn)含復(fù)雜科學(xué)概念的展品，應(yīng)當(dāng)以游戲化仿真的形式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者，并通過(guò)參觀路線引導(dǎo)學(xué)習(xí)者優(yōu)先體驗(yàn);而其他展品則可以以非游戲化仿真的形式，按照邏輯關(guān)系和場(chǎng)館空間的實(shí)際情況安排呈現(xiàn)順序。比如涉及物理、天文、生化等復(fù)雜的科學(xué)現(xiàn)象的展品可以通過(guò)游戲化仿真的形式優(yōu)先展覽，而涉及歷史、政治、旅游等人文知識(shí)的展品可以通過(guò)非游戲化仿真的形式，以時(shí)間、空間為線索進(jìn)行呈現(xiàn)。

場(chǎng)館學(xué)習(xí)在社會(huì)教育中的作用日益突出，而傳統(tǒng)場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境在信息表征、情境創(chuàng)設(shè)和活動(dòng)設(shè)計(jì)等方面存在的固有問(wèn)題使其難以滿足學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求。本研究創(chuàng)建了一個(gè)名為“AR盒子”的虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)境，并針對(duì)光的折射這一科學(xué)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了游戲化仿真和非游戲化仿真兩種不同類型的虛擬仿真學(xué)習(xí)內(nèi)容，以探究不同類型的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)展品及其呈現(xiàn)順序?qū)?chǎng)館學(xué)習(xí)效果的影響。研究結(jié)果表明增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可有效提升場(chǎng)館學(xué)習(xí)效果，且不同體驗(yàn)類型展品的體驗(yàn)順序?qū)W(xué)習(xí)效果存在影響。這一研究發(fā)現(xiàn)有助于更好地利用新興信息技術(shù)對(duì)場(chǎng)館學(xué)習(xí)中的環(huán)境、內(nèi)容和活動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和布置，進(jìn)而更好地發(fā)揮場(chǎng)館的社會(huì)教育功能。

注釋：

① S1和S2分別代表射擊者1和射擊者2，圓形代表射擊位置，橢圓形代表目標(biāo)位置，空氣之外的其他介質(zhì)用紋理表示，線條模擬光線的傳播軌跡，并非實(shí)際路徑。階段1～3變換射入介質(zhì)，階段4變換射出介質(zhì)，階段5變換射出介質(zhì)和射擊位置。

② 虛線圓圈代表學(xué)習(xí)者1，實(shí)線圓圈代表學(xué)習(xí)者2;S表示射擊者，O表示觀察者。

參考文獻(xiàn)：

[1][美]卡爾·卡普（2015）.游戲，讓學(xué)習(xí)成癮[M].陳陣.北京：機(jī)械工業(yè)出版社：25-27.

[2]鮑賢清（2011）.場(chǎng)館中的學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)[J].遠(yuǎn)程教育雜志，29（02）：84-88.

[3]何聚厚，梁瑞娜，肖鑫等（2018）.基于沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)[J].電化教育研究，39（3）：75-81.

[4]何聚厚，黃秀莉，韓廣新等（2019）.VR教育游戲?qū)W習(xí)動(dòng)機(jī)影響因素實(shí)證研究[J].電化教育研究，40（8）：70-77.

[5]黃紅濤，孟紅娟，左明章等（2018）.混合現(xiàn)實(shí)環(huán)境中具身交互如何促進(jìn)科學(xué)概念理解[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，（6）：28-36.

[6]李志河，師芳（2016）.非正式學(xué)習(xí)環(huán)境下的場(chǎng)館學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)與構(gòu)建[J].遠(yuǎn)程教育雜志，34（6）：95-102.

[7]李志河，師芳，胡睿智等（2018）.數(shù)字化場(chǎng)館中的非正式學(xué)習(xí)影響因素及其模型研究[J].電化教育研究，39（12）：70-77.

[8]李智鵬（2019）.非正式環(huán)境下學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)路徑影響因素研究[D].北京：北京郵電大學(xué).

[9]王婷，鄭旭東，李秀菊（2018）.家庭群體的場(chǎng)館學(xué)習(xí)研究：進(jìn)展、挑戰(zhàn)與出路[J].電化教育研究，39（7）：57-63.

[10]夏文箐，張劍平（2015）.文化傳承中的場(chǎng)館學(xué)習(xí)： 特征、目標(biāo)與模式[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，25（8）：5-11.

[11]謝娟（2017）.西方科技場(chǎng)館的學(xué)習(xí)效果研究綜述[J].外國(guó)中小學(xué)教育，（3）：25-30.

[12]許瑋，張劍平（2015）.場(chǎng)館中的情境學(xué)習(xí)模型及其發(fā)展[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，25（9）：5-11.

[13]楊文陽(yáng)，胡衛(wèi)平（2017）.AR移動(dòng)科學(xué)游戲沉浸感特征及影響因素分析[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，（3）：105-112.

[14]張美霞（2017）.新媒體技術(shù)支持下的場(chǎng)館建設(shè)與場(chǎng)館學(xué)習(xí)——以現(xiàn)代教育技術(shù)博物館為例[J].中國(guó)電化教育，（2）：20-24.

[15]張四方，江家發(fā)（2018）.科學(xué)教育視域下增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)應(yīng)用的研究與展望[J].電化教育研究，39（7）： 64-69，90.

[16]張燕，梁濤，張劍平（2015）.場(chǎng)館學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)： 資源與學(xué)習(xí)的視角[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，25（10）：5-11.

[17]鄭旭東，李志茹（2015）.新興信息技術(shù)在場(chǎng)館學(xué)習(xí)中的創(chuàng)新應(yīng)用： 現(xiàn)狀、趨勢(shì)與挑戰(zhàn)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，25（6）：5-11.

[18]周榕，李世瑾（2019）.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能提高學(xué)習(xí)成效嗎？——基于46個(gè)有效樣本的實(shí)驗(yàn)與準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)元分析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，29（11）：46-52.

[19]An， Z.， Xu， X.， & Yang， J. et al. （2018）. Real-Time Three-Dimensional Tracking and Registration Method in the AR-HUD System[J]. IEEE Access， 6：43749-43757.

[20]Bower， M.， & Sturman， D. （2015）. What Are the Educational Affordances of Wearable Technologies？[J].Computer & Education， 88：343-353.

[21]Capuano， G.， Gaeta， A.， & Guarino， G. et al. （2016）. Enhancing Augmented Reality with Cognitive and Knowledge Perspectives： A Case Study in Museum Exhibitions[J]. Behaviour & Information Technology， 35（11）： 968-979.

[22]Falk， J. H.， & Dierking， L. D. （1992）. The Museum Experience[M]. Washington， DC： Whalesback Books： 1-7.

[23]Falk， J. H.， & Dierking， L. D. （2000）. Learning from Museums： Visitor Experiences and the Making of Meaning[M]. Lanham： Alta Mira Press： 39.

[24]Hayes， J. M.， & Kraemer， D. J. （2017）. Grounded Understanding of Abstract Concepts： The Case of STEM Learning[J]. Cognitive Research： Principles and Implication， 2（7）：1-15.

[25]Hwang， G.， Wu， P.， & Chen， C. et al. （2016）. Effects of an Augmented Reality-Based Educational Game on Students Learning Achievements and Attitudes in Real-World Observations[J]. Interactive Learning Environments， 24（8）：1895-1906.

[26]Ibanez， M. B.， Di-Serio， A.， & Villaran-Molina， D. et al. （2018）. Support for Augmented Reality Simulation Systems： The Effects of Scaffolding on Learning Outcomes and Behavior Patterns[J]. IEEE Transactions on Learning Technologies， 9（1）：46-56.

[27]Kreuzer， P.， & Dreesmann， D. （2017）. Museum Behind the Scenes： An Inquiry-Based Learning Unit with Biological Collections in the Classroom[J]. Journal of Biological Education， 51（3）：261-272.

[28]Marchand， E.， Uchiyama， H.， & Spindler， F. （2016）. Pose Estimation for Augmented Reality： A Hands-on Survey[J]. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics， 22（12）： 2633-2651.

[29]Martín-Gutiérrez， J.， Fabiani， P.， & Benesova， W. et al. （2015）. Augmented Reality to Promote Collaborative and Autonomous Learning in Higher Education[J]. Computers in Human Behavior， 51：752-761.

[30]Yoon， S. A.， Elinich， K.， & Wang， J. et al. （2013）. Scaffolding Informal Learning in Science Museums： How Much Is Too Much？[J]. Science Education， 97（6）：848-877.

[31]Yoon， S. A.， & Wang， J. （2014）. Making the Invisible Visible in Science Museums Through Augmented Reality Devices[J]. Tech Trends， 58（1）：49-55.

收稿日期 2020-05-20 責(zé)任編輯 譚明杰

Abstract： The role of museum learning in social education has become increasingly prominent， and the integration of augmented reality technology and gamification learning has become a new trend in museum learning environment design. In order to explore the impact of augmented reality exhibits and their presentation order on learning effects in museum learning， a virtual simulation learning environment named “AR box” was developed， and two groups of virtual simulation learning contents， including gamification and non-gamification were designed with the theme of light refraction. Based on the presentation order of different learning content grouping （gamification priority and non-gamification priority）， the controlled experiment results show that： “AR box” can effectively promote learners understanding of knowledge， and help students have good performance in learning perception， learning engagement and embodied learning， AR simulation applicability， learning satisfaction and other aspects; in comparison， the gamification priority group has better learning effects in knowledge understanding， and more positive feedback on the effect of embodied learning， and more active participation behavior. Therefore， through rational use of augmented reality technology to enhance the expressiveness of exhibits to create a highly immersive learning environment， and merge appropriate gamification elements into the design of learning content， the learning effect of the museum can be improved. At the same time， attention should be paid to the design of the visiting route and the presentation sequence of the exhibits， and the exhibits containing complex scientific concepts should be presented in the form of gamification simulation first.

Keywords： Augmented Reality; Museum Learning; Learning Effects; Virtual Simulation Learning Environment;Gamification Learning