综述：教育科学高等教育中的虚拟现实：360°应用的范围综述

《Computers & Education: X Reality》：Virtual Reality in Educational Science Higher Education: A Scoping Review of 360° Applications

　　

摘要 背景：沉浸式技术（如虚拟现实（VR））为设计学习和体验空间提供了新的可能性，这些空间扩展并补充了传统的教学环境。然而，关于学生通过使用基于360°视频的虚拟现实（360° VR）所发展的能力，目前研究尚不充分。本文基于Fr?hlich-Gildhoff等人（2014）提出的能力模型，该模型专为幼儿教育（ECE）领域的教育工作者设计，旨在系统性地梳理和分析教育科学领域高等教育中360° VR应用的研究现状。 方法：本研究遵循PRISMA范围综述扩展版（PRISMA-ScR）和Joanna Briggs Institute（JBI）的指南，进行了一项范围综述。研究人员在FIS-Bildung、ERIC、Web of Science和Google Scholar四个数据库中进行了系统检索，纳入了2019年1月至2025年2月间发表的、以教育科学相关专业学生为对象、涉及360°视频VR应用的实证期刊文章。最终，32项研究被纳入分析。研究人员使用人工智能辅助工具Elicit进行数据提取，并采用演绎式类别应用方法，依据能力模型对研究结果进行了理论驱动的分析。 结果：纳入的研究主要集中于职前教师（N=24）和社会工作学生（N=7），大多采用混合方法设计（N=15）。研究一致表明，360° VR能显著增强临场感和沉浸感，并支持理论与实践的结合。基于能力模型的分析揭示了360° VR在促进专业知识与反思性经验知识、情境感知与分析、动机以及行动潜能（方法论技能和社会技能）等能力倾向维度方面的潜力。同时，研究也指出了技术接受度、认知负荷、伦理规范报告不足等挑战。 结论：360° VR为教育科学领域高等教育中的反思性和实践导向学习提供了有力支持。其有效性关键在于教学法的嵌入和引导性反思。未来的研究应侧重于方法上更严谨的设计，并更系统地关注能力发展的长期影响。

1. 引言

近年来，数字媒体在高等教育中的应用日益重要。特别是虚拟现实（VR）等沉浸式技术，为设计学习和体验空间开辟了新的可能性，这些空间扩展并补充了传统的教学环境。尽管技术解决方案日益普及，VR应用在教育情境中的整合也越来越多，但仍需研究学生在使用基于360°视频的虚拟现实（360° VR）时所发展的能力。本文将虚拟现实理解为一种可通过头戴式显示器（HMD）体验的沉浸式媒介，其基于对真实环境的360°视频录制。这种360° VR形式提供了以逼真方式体验复杂行动情境的机会，从而将理论知识与实践相关的应用场景联系起来。研究表明，360° VR有助于增强临场感，并促进反思性和行动导向能力的发展。这为教育科学领域的高等教育开辟了广阔前景，能够有针对性地为学生应对复杂的专业要求做好准备，并支持能力发展过程。基于能力导向的方法作为高等教育教育学中的核心指导原则，本文借鉴了Fr?hlich-Gildhoff等人（2014）开发的能力模型作为理论框架，该模型专为幼儿教育（ECE）领域的教育工作者设计。该模型区分了专业实践中的素养倾向和表现，并强调了态度以及扎实的实践和自我反思对幼儿教育工作者专业发展的重要性。它为分析360° VR在促进教育科学学生能力方面的应用提供了一个概念上兼容的基础。对现有文献的初步审查表明，针对幼儿教育情境中360°视频使用的研究很少，这凸显了本文的重要性。本文旨在系统性地描绘和分析教育科学领域高等教育中360° VR使用的研究现状。为此，将进行一项范围综述，以提供现有研究文献的概览并综合研究成果。在方法上，本范围综述遵循PRISMA范围综述扩展版（PRISMA-ScR）以及Joanna Briggs Institute（JBI）的指南。本综述聚焦于以下问题：如何描述教育科学领域高等教育中使用360° VR的研究格局？通过使用该技术，学生在多大程度上能体验到其素养倾向能力的扩展？以及在高等教育的教与学过程中，出现了哪些机遇和挑战？

2. 概念背景

扩展现实（XR），包括增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和混合现实（MR），正越来越多地被用作一种教育技术，以实现沉浸式和交互式的学习体验。XR可以激励学习者，促进参与，并支持技能发展。本文聚焦于VR技术，特别是基于视频的、具有三自由度（3DoF）的360° VR。这种沉浸式媒体体验形式使用户能够通过头戴式显示器完全沉浸在真实录制的视听环境中。它将虚拟现实的技术原理——即创造三维、多感官、因而沉浸的体验世界——与360°视频的方法相结合，后者能够以球面图像格式对真实场景进行完整的全方位录制。与计算机生成的VR环境不同，360° VR场景基于真实的视频素材，这创造了一种沉浸式的观看体验。立体录制技术和高清图像分辨率营造出强烈的临场感和参与感，这与情感投入和学习动机相关联。Makransky和Petersen在其沉浸式学习认知情感模型（CAMIL）中论证了沉浸式虚拟现实（IVR）的学习有效性。CAMIL模型确定了临场感和能动性作为促进IVR学习的两个主要心理因素，并描述了六个可能导致基于IVR的学习成果的情感和认知因素，如兴趣、动机、自我效能感、具身、认知负荷和自我调节。本文采纳了CAMIL模型中强调的“临场感”和“能动性”特征，作为VR学习过程的基本前提，并将这一视角扩展到能力导向的方法。能力导向的方法被认为是高等教育教育学中的核心指导原则，旨在使学生能够应对复杂的专业要求。Fr?hlich-Gildhoff等人（2014）开发的能力模型，针对幼儿教育专业实践，区分了行动的素养倾向基础和行动的表现性执行。素养倾向层面包括：理论的、学科特定的知识以及习惯性的、反思性的经验知识；对情境的具体感知和分析；专业人员当前的动机状态；以及以程序性、方法-实践性知识形式存在的行动潜能，包括“例如教学方法、诊断、观察和研究方法”，同时也指社交技能，如“包容能力、采纳他人观点和共情的能力、认可/容忍以及提出批评和达成妥协的能力”。在这些基础上，嵌入并依赖于行动意愿和计划，以及行动的实施，这些受到给定框架条件和情境性语境因素的影响。该模型的核心是态度，作为一种相对稳定、独立于情境的元素，为专业表现提供框架。在具体实践情境中执行行动时，专业人员总是以实践-教学和科学-反思两种方式行事。扎实的实践和自我反思是态度以及素养倾向和表现的基础。素养倾向在表现过程中不直接可观察，因此能力和对表现要求的能力性处理可以从表现本身推断出来。素养倾向构成了能力发展的基础和内部前提，因此使用“素养倾向”这一术语。本文关注素养倾向作为能力领域是核心要点。在本范围综述中，该能力模型作为理论框架，用于构建现有关于高等教育中360° VR使用的研究体系。

3. 方法论

范围综述是一种提供现有研究文献概览并综合相关研究发现的方法。当目标是提供特定主题的概览时，此方法适用。本范围综述的方法论方法基于PRISMA范围综述扩展版（PRISMA-ScR）以及在此基础上由Joanna Briggs Institute（JBI）开发的范围综述方法框架。在此框架内，研究问题使用“PCC”结构——人群、概念、情境——来表述。详细的协议已创建，可在https://osf.io/8p9u7/files/osfstorage 获取。根据JBI范围综述指南，不对个别研究的方法学质量进行正式批判性评估。然而，为后续综合提供背景，纳入的研究按研究设计和样本量进行描述性分类，而不进行正式的质量评估。

3.1. 纳入标准

系统化地回答这些研究问题需要为选择纳入进一步分析的研究定义纳入和排除标准。纳入标准包括：出版年份：2019年1月至2025年2月；语言：英语和德语；地理区域：所有国家；出版物类型：实证期刊文章；目标受众：教育科学重点学位课程的学生；主题：实施基于360°视频的虚拟现实。纳入标准是通过迭代过程制定的，在此过程中，根据审查的文献逐步细化和调整标准。特别是目标群体的定义，由于国际文献中术语的异质性，需要反复细化。与教育科学相关的概念在不同国家和学术背景下描述不同，包括诸如教育、教育科学、教育学或教师教育等术语。因此，目标群体标准的措辞被不断调整，以确保概念清晰度和国际适用性。最终表述“教育科学重点学位课程的学生”被选中，以涵盖不同高等教育系统中的相关学位课程，同时与研究问题保持一致。同样，主题标准在初步筛选过程中也得到了细化。对文献的早期审查显示，“虚拟现实”一词的使用不一致，通常涵盖广泛的沉浸式技术和模拟形式。特别是，研究并不总是清楚地区分完全计算机生成的虚拟现实和基于360°视频的虚拟现实。为确保纳入研究之间的概念一致性和可比性，主题标准被逐步明确，以专门关注基于360°视频的虚拟现实的实施。相应地，2019年之前的出版物被排除，基于技术需要保持最新状态。此外，在2019年之前，关于在教育情境中使用360°视频的研究非常少。诸如硕士论文、散文、元分析、综述和报告等出版物形式也被排除，因为目标是用基于一手研究发现的、有充分依据的循证文献来回答研究问题。所有目标受众不侧重于教育科学的研究均被排除。此限制是为了确保研究结果的更大可比性。“教育科学重点”一词不仅指作为独立学科的教育科学，也指相关学科或内容重叠的学科，如教育学、社会科学、人文科学和社会工作。其理由在于这些学科在国内和国际背景下的不同整合方式及其内容的重叠。在内容方面，只纳入侧重于使用基于360°视频的VR的研究结果。将范围限制在这种特定类型的技术上，也允许研究结果具有更大的可比性和特异性，并基于本研究的特定研究目标。

3.2. 检索策略

选择了四个数据库进行检索——一个德语、一个英语和两个国际数据库：FIS-Bildung（教育专业信息系统，教育学门户）；ERIC（教育资源信息中心，教育科学研究所）；Web of Science（主题）；Google Scholar。用于数据库检索的检索字符串基于PCC框架分为三类：人群、概念、情境。使用布尔检索运算符AND和OR来构建检索字符串。关键词根据各学科数据库的术语指南进行了调整，并以各种形式使用。检索于2024年10月1日至2025年2月12日期间进行。

3.3. 相关论文的识别

专业数据库中的检索共产生2645条相关结果。这些结果被导入文献管理软件Citavi，程序自动移除了重复项（188条）。剩余的2457条记录被导入Rayyan软件。第一步，软件识别出另外366条重复项，使移除的重复项总数达到554条。剩余的2091条结果随后由两人根据既定的纳入和排除标准在初步筛选过程中独立评估。使用Cohen's Kappa计算了评分者间信度，显示出高度一致性（Cohen's K = 0.89）。在第一轮筛选中，根据纳入和排除标准检查了研究结果的标题和摘要，导致另外1816条记录被排除。剩余的275条记录由一人根据全文审查其适用性，导致另外195条记录被移除。为确保研究与本文关注的VR格式相关，对剩余的80条记录进行了进一步的全文审查，导致另外48条记录被排除。最终，确定了32项研究进行进一步分析。

3.4. 数据提取/数据分析

研究结果的编码始于选择用于总结和分析结果的类别。类别系统分为总体框架类别、内容聚焦类别和用于进一步分析的类别。为了使用指定类别分析研究结果，使用了AI驱动的研究工具Elicit。该工具专为循证文献检索和研究数据提取而设计。在此背景下，它被用于提取研究数据；32项选定的研究和定义的类别系统都被上传到Elicit。Elicit根据指定类别提取信息，并以表格概览形式呈现。为确保质量，对提取的数据进行了详细的人工审查。三个关键类别（研究设计、参与者和研究国家）对所有研究进行了全面的人工审查。共进行了八处澄清以更详细地呈现信息。对于其余类别，对提取的数据进行了随机抽样审查，以评估与原始来源相比的合理性和一致性。此过程未发现系统性偏差，因此数据被采纳用于进一步分析，代表了一种务实的、人在环路中的质量保证方法。本文的另一个重点是基于Fr?hlich-Gildhoff等人（2014）开发的能力模型的素养倾向相关能力维度，对实证发现进行理论引导的分析。根据Mayring（2022）的演绎类别应用，对纳入的研究进行了评估，因为能力模型提供了理论依据充分的参考框架。素养倾向相关的能力维度——理论的、学科特定的知识和习惯性的、反思性的经验知识；对情境的感知和分析；动机；行动潜能（方法论技能）和社交技能——被确立为主要演绎类别，并根据Mayring的方法论通过定义、锚定示例和编码规则进行操作化，以确保主体间可重复性。分类由第一作者执行和记录，随后在研究团队内讨论。模糊的分类被共同审查并通过共识解决。尽管能力维度在理论上是区分描述的，但个别实证发现具有多个维度的特征。在这些情况下，分类基于理论上占主导地位的维度；在无法明确分类的情况下，进行了合理的多重分类。由于纳入的研究并未明确检验能力发展，能力模型被用作演绎分析透镜，以理论驱动的方式构建研究发现与素养倾向相关能力维度之间的潜在联系。

4. 结果

对32项选定研究的分析提供了关于教育科学领域高等教育中360° VR使用的研究发现的系统概览；这些发现与三个研究问题相关呈现。在下文中，N表示纳入研究的数量，n表示选定研究中的参与者数量。

4.1. 纳入研究概览

本综述纳入的32项研究发表于2019年至2024年间，其中大多数出现在2023年（N=10），表明对高等教育中360° VR使用的研究兴趣日益增长。在文献检索完成时，未识别出2025年的合适出版物。研究的地理分布显示研究活动集中在西方国家，特别是美国（N=8）和德国（N=6）。其他研究在荷兰、西班牙、挪威和澳大利亚等国家进行，而只有少数研究来自亚洲、非洲和南美洲背景。关于研究领域，大多数研究侧重于职前教师（N=24），其次是社会工作学生（N=7）和教育学学生（N=1）。只有三项研究明确涉及幼儿教育专业的学生。关于研究方法，出现了异质性的领域。32项选定研究采用了定性、定量和混合方法设计，其中混合方法最为常见（N=15）。定量研究主要考察学生的接受度、态度、使用意向、自我效能感或感知收益。定性研究主要重构主观体验、解释模式、反思过程和学习的情绪方面。学生样本量普遍有限。大多数研究（N=15）的样本量在10到50名参与者之间，而少数研究（N=2）的参与者少于十名。尽管纳入的研究在沉浸感、专业感知、反思和情感投入方面显示出360° VR的有希望的效果，但证据基础在方法上仍然是异质的，特点是探索性和小规模研究，而方法上更受控制的实验研究相对较少。此外，对发现的分析揭示了伦理程序报告方面的显著差距。在17项研究中，没有提供关于遵守伦理标准的信息；九项研究简要提及遵守伦理指南或获得伦理委员会批准；而六项研究更详细地描述了伦理方面。

4.2. 通过使用360° VR促进技能

虽然前一节提供了纳入研究的特征和结果的概览，但以下分析根据Fr?hlich-Gildhoff等人（2014）开发的能力框架，以理论驱动的方式对研究中报告的实证发现进行分类。能力模型作为演绎分析框架，用于对纳入研究中报告的结果进行分类。分析聚焦于以下能力维度：a. 学科特定的、理论知识/习惯性和反思性经验知识；b. 情境感知和分析；c. 动机；d. 行动潜能（方法论技能）/社交技能。

a. 学科特定的、理论知识/习惯性和反思性经验知识

一些研究发现表明，360° VR支持学科特定理论知识的获取以及反思性学习过程的发展。例如，健康和社会服务领域的研究结果表明，360° VR与引导性反思阶段的结合促进了对内容的更深理解、更大的情感投入和基于观察的经验学习。类似的效果也在其他学科中得到证实，如语言学习和体育教育：沉浸式、适应性和多视角的学习环境能够实现对学科特定内容的细致感知。此外，360° VR应用显示出培养反思能力的潜力。沉浸式场景的真实性和多视角性鼓励学生进行批判性自我反思，以及对与其专业发展相关的现实情境进行反思和增强意识。

b. 情境感知和分析

多项研究表明，360° VR能增强学生感知和分析专业实践情境的能力。360°视频提供的多视角视图使学生能够从不同角度观察课堂或社会工作情况，从而更全面地感知情境细节。研究指出，使用360°视频的职前教师在识别学生行为、数学策略以及课堂互动方面表现出更高的专业注意技能。这种增强的感知能力被认为是发展专业判断和决策能力的基础。

c. 动机

研究一致表明，360° VR的沉浸式和互动特性能够显著提高学生的学习动机和参与度。学生报告称，使用VR技术学习更具吸引力和乐趣。享乐动机、绩效期望和努力期望被认为是影响接受沉浸式VR的最重要因素。此外，360° VR提供的真实感和临场感也被认为是增强学习动机的关键因素。然而，也有研究指出，技术问题、认知负荷和不适感可能对动机产生负面影响。

d. 行动潜能（方法论技能）/社交技能

研究发现，360° VR为学生提供了实践和应用专业知识的安全环境，从而有助于发展行动潜能。通过模拟真实场景，学生可以练习课堂管理、社会工作干预等专业技能，而无需面对真实情境中的风险。此外，协作式VR体验和小组讨论环节促进了学生的社交技能发展，如沟通、协作和观点采择能力。然而，研究也指出了挑战，包括技术接受度、认知负荷、设备成本以及将VR有效整合到课程中的教学法需求。

5. 讨论与结论

本范围综述系统地描绘了教育科学领域高等教育中360° VR应用的研究现状。研究结果表明，360° VR作为一种沉浸式技术，在促进反思性、实践导向学习方面具有显著潜力。其核心价值在于提供真实、沉浸的体验，支持理论联系实践，并促进学生专业能力的发展。然而，综述也揭示了当前研究的局限性，包括方法上的异质性、样本量小、缺乏纵向研究以及伦理规范报告不足。未来的研究应采用更严谨的方法，关注能力发展的长期影响，并探索最佳的教学法整合策略，以充分发挥360° VR在教育科学高等教育中的潜力。