虚拟现实技术在中学科学教育中的应用效果研究：对学生动机与学业成绩的影响

《IEEE Access》：Design, Implementation, and Pilot Evaluation of a Virtual Reality Application for Science Learning

　　

摘要：

本研究在一项产学研合作框架下，针对面向中学科学教育的虚拟现实（VR）学习系统的设计、开发与初步课堂评估开展了一项试点研究。主要目标是为六年级"消化系统"单元开发一款基于头戴式显示器（HMD）的VR应用程序，并探究其对学生学业成绩、科学学习动机和空间能力的影响。该应用程序遵循快速原型教学模型进行开发，融合了交互式三维解剖模型和用户中心导航，以支持学生对抽象科学概念的参与。本研究范围内开发的VR系统被整合到基于5E的教学流程中，并通过一项准实验试点研究进行评估，共涉及36名六年级学生（5E+VR组，n = 18；仅5E组，n = 18）。在科学学习动机方面，在控制前测分数后，观察到具有统计学意义的组间效应以及显著的组×时间交互效应，表明两组在随时间变化的模式上存在差异。在空间能力方面，尽管5E+VR组的平均分数提升幅度更大，但经调整的组间差异未达统计学显著水平。在学业成绩方面，两组之间未观察到具有统计学意义的差异。总体而言，研究结果表明，与课程对齐的VR系统可作为支持学生科学学习动机的补充性教育技术。然而，仍需进一步开展具有更大且更多样化样本、更长时间干预周期以及不同教学与交互设计的研究，以进一步验证这些发现。