增强现实（AR）对设计与技术课程中学生创造力的影响：一项沉浸式学习研究

《Multimodal Technologies and Interaction》：Augmented Reality’s Impact on Student Creativity in Design and Technology: An Immersive Learning Study Zuraini Yakob, Nazlena Mohamad Ali, Mohamad Hidir Mhd Salim and Norshita Mat Nayan

　　

本项准实验研究考察了增强现实（AR）强化教学对马来西亚设计与技术教育领域创造力发展的有效性。46名15岁女学生被分配至AR强化组（n=23）和传统教学组（n=23），开展为期4周的机电设计单元学习。研究人员使用经专家验证、由3名评分者独立评分的改编版托兰斯创造性思维测验-图形版（TTCT-F）工具评估创造力。采用控制前测差异的引导自助协方差分析（Bootstrapped ANCOVA，5000次迭代）发现，AR组在吉尔福德创造力所有成分上的得分均显著提升：精致性（Elaboration，F=27.093，p<0.001，η²=0.387）、原创性（Originality，F=20.445，p<0.001，η²=0.322）、流畅性（Fluency，F=17.896，p<0.001，η²=0.294）和灵活性（Flexibility，F=7.593，p=0.008，η²=0.150）。这种差异效应模式表明AR的运行涉及多种机制，其中以社会建构主义协作支架（socio-constructivist collaborative scaffolding）为主，其次是动机增强与认知负荷降低。这些发现证明了AR在设计与技术教育中促进创造力发展的巨大潜力，尤其体现在协作精致性与生成性构思方面。但单一性别抽样、干预周期较短、准实验设计这三项限制削弱了结论的普适性，未来需要针对异质性群体开展更长周期的研究加以验证。

该论文由Zuraini Yakob、Nazlena Mohamad Ali、Mohamad Hidir Mhd Salim与Norshita Mat Nayan撰写，刊载于《Multimodal Technologies and Interaction》，核心研究对象为增强现实（AR）对设计与技术教育中学生创造力的影响机制与效果。
### 研究背景、现存问题与研究动因
创造力是公认的21世纪核心能力，是当代社会创新与问题解决的核心支撑，在设计与技术教育中尤为重要：学生需通过迭代流程整合技术知识与用户中心思维，生成、优化并评估设计方案。但现有实证研究表明，中学生普遍难以产出原创性且充分完善的创意，尤其在涉及空间推理与系统整合的设计任务中表现短板，传统二维静态的教学方式难以支撑创意设计流程，无法有效支持学生外化创意、迭代设计并基于同伴反馈优化方案。
增强现实（AR）作为可将数字信息实时叠加至物理环境的教育技术，已被证实能提升学习者的空间能力与任务表现，但对其创造力促进效应的实证结论存在显著差异，效应量从可忽略到大规模提升不等。进一步梳理现有研究发现：多数研究仅报告创造力的总体得分或单一成分效应，缺乏对吉尔福德（Guilford）四成分创造力（流畅性Fluency、灵活性Flexibility、原创性Originality、精致性Elaboration）差异效应的理论解释与实证检验；同时东南亚地区的相关研究严重匮乏，现有结论的普适性不足。为明确AR对设计与技术课程中学生创造力的作用效果与底层机制，填补区域研究空白，为教学实践提供可参考的实证依据，研究人员开展了该项准实验研究。
### 研究设计与核心结论及意义
研究人员采用准实验前后测对照组设计，将马来西亚吉隆坡一所公立中学46名15岁初三女生（无机电设计领域先修经验）按自然班级分为两组：AR强化组23人，在4周（共8课时、每课时60分钟）的机电设计单元中使用MekaAR应用开展协作学习，通过AR功能查看叠加于真实工作空间的机械零件三维模型，完成设计迭代；对照组23人采用传统教学方式，使用教材、二维图纸与纸质草图开展相同内容的学习。
研究发现AR强化教学对四项创造力成分均有显著提升效应，且效应模式存在显著差异：精致性效应量最大，其次为原创性、流畅性，灵活性效应量最小。该结论证明了AR在设计与技术教育中促进创造力发展的巨大潜力，尤其对协作导向的创意优化与生成性构思具有突出价值；同时构建的上下文敏感理论框架可解释现有研究中不一致的结论，推动相关领域研究从“AR是否有效”的泛化问题转向“在何种条件下AR对特定创造力成分产生效应”的精准研究范式，为教育者设计AR支持的创意类课程提供理论参考。
### 关键技术方法
研究样本队列为马来西亚吉隆坡一所公立中学的46名初三女生（平均年龄15.2岁），分属两个自然班级。核心评估工具为适配马来西亚机电设计单元的改编版托兰斯创造性思维测验-图形版（TTCT-F），经3人专家小组验证、3名评分者盲法独立校准评分。数据分析采用控制前测差异的引导自助协方差分析（Bootstrapped ANCOVA，5000次迭代），解决方差异常问题，确保统计结果的稳健性。
### 研究结果
1. 描述性统计结果：通过对比两组前测、后测创造力成分得分发现，前测阶段对照组在流畅性、灵活性、原创性上得分更高，实验组在精致性上得分更高；后测阶段两组四项成分得分均提升，但实验组提升幅度显著更大，其中精致性提升4.39分、流畅性提升4.21分，且实验组后测得分标准差更大，说明AR教学下学生的创意回应多样性更高。
2. 前测等价性检验结果：独立样本t检验显示两组前测四项创造力成分得分均存在显著差异（p<0.05），效应量为中到大规模，因此采用以pre-test得分为协变量的协方差分析（ANCOVA）控制基线不平衡。
3. 正态性与方差齐性检验结果：Shapiro-Wilk检验与Levene检验显示所有成分的前后测数据均存在正态性偏离与方差异常（p>0.05），因此采用引导自助ANCOVA（5000次迭代）获得稳健估计。
4. 引导自助ANCOVA分析结果：控制前测得分后，AR组在四项创造力成分上的后测得分均显著高于对照组（p<0.008），效应量为中到大规模，其中精致性效应量最大，其次为原创性、流畅性，灵活性效应量最小。
### 讨论与结论总结
讨论部分指出，效应模式的非均匀性与教学设计特性高度匹配：精致性的最大效应源于AR的可持久共享数字工件属性，该属性作为社会建构主义协作支架（socio-constructivist collaborative scaffolding），支持了同伴解释、批评与设计迭代的递归循环；流畅性与原创性的较高效应则来自AR降低的空间认知负荷与低风险原型设计环境对内在动机的提升；灵活性效应较小的原因可能是学生领域知识局限与小组早期趋同效应，未设置引导发散类探索的显式教学策略。此外，马来西亚集体主义文化可能放大社会路径的作用，但该解释未获得实证数据支持，仅作理论推测。研究同时指出，单一性别、短周期干预与准实验设计的限制削弱了结论的普适性。
最终研究结论为：AR强化教学对马来西亚设计与技术教育中的四项创造力成分均有中到大规模的提升效应，且效应模式受文化背景、教学设计、学习者特征与评估对齐程度的调节：集体主义文化（本研究中未验证）可能放大社会路径作用，协作导向的教学设计可强化精致性效应，新手学习者更易从外部支架中获益，评估标准对齐迭代优化的任务可放大精致性效应。实践层面，马来西亚设计与技术教育者可优先采用协作导向的AR教学，配套针对类别转换与领域知识整合的显式支架，同时教师需接受专业发展培训，对技术约束保持合理预期。