《Environmental Education Research》：Digital learning – sustainable futures? A systematic literature review on the effects of digital media learning on sustainability skills in STEM education
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在快速变化的世界中，科学教育面临的要求已经演变，使得在教育促进可持续发展（Education for Sustainable Development, ESD）领域内创新学习方法成为必要。尽管数字方法已被视为ESD背景下的宝贵资产，但仍缺乏聚焦于学校STEM教
在快速变化的世界中，科学教育面临的要求已经演变，使得在教育促进可持续发展（Education for Sustainable Development, ESD）领域内创新学习方法成为必要。尽管数字方法已被视为ESD背景下的宝贵资产，但仍缺乏聚焦于学校STEM教育的综合研究。遵循PRISMA指南，本综述通过调查STEM学科学校ESD干预中使用了哪些数字方法，以及与之相关的教学考虑、学生结果和评估实践，来填补这一研究空白。对Web of Science核心合集和FIS Bildung数据库的检索确定了截至2025年12月发表的30项研究，描述了28种采用前后测设计的数字或数字支持ESD干预措施。研究结果揭示了九种数字方法（游戏化、虚拟现实、增强现实、数字或混合学习模块、在线交流工具、人工智能、视频、电子书、移动学习），用于可视化、增强现实体验或促进交流。尽管只有63.3%的研究包含对照组，但结果表明干预效果总体积极，实验组通常优于或匹配对照组。效果最常在认知和动机-情感领域观察到，而行为结果在评估时也显示出积极趋势。评估实践异质性较大，研究主要采用纯粹的定量方法，使用特定主题且通常是自行开发的工具。总的来说，本综述强调需要更多高质量研究，并提供ESD评估实践的更高透明度，同时强调教育者应考虑数字机会以推进STEM情境中的可持续发展教育。
**引言（Introduction）**
社会、技术与环境的深刻变革正重塑对教育的要求，学习者和教育系统需应对当前与未来的复杂挑战。21世纪技能框架强调信息、媒体与技术技能，并重视环境素养等跨学科能力，后者是环境教育（Environmental Education, EE）的重要成果。EE与教育促进可持续发展（Education for Sustainable Development, ESD）紧密关联，而科学、技术、工程和数学（Science, Technology, Engineering and Mathematics, STEM）教育可为其提供重要支撑。尽管数字工具在EE和ESD中的潜力已获广泛认可，但现有研究对数字ESD干预的方法特征与结果缺乏系统综合，尤其是针对学校情境下的STEM教育。本综述聚焦作为EE主要目标群体的学校学生，旨在识别有前景的数字方法，并分析其教学原理与评估实践。
**教育促进可持续发展与相关能力（Education for Sustainable Development and relevant competencies）**
根据联合国教科文组织（UNESCO）的定义，ESD赋予学习者知识、技能、价值观和态度，使其能为环境完整性、经济可行性和公正社会做出明智决策与负责任行动。ESD与EE在目标和内容上存在重叠，本综述将ESD视为EE的延伸而非替代。UNESCO能力模型基于先前概念定义了八项关键能力，如系统思考和综合问题解决，并将学习目标划分为认知、社会情感和行为领域。本综述将可持续发展能力简化为：使学习者借助认知、动机-情感或行为方面的能力，建设性和负责任地参与当今世界。
**数字方法在教育促进可持续发展中的应用（Digital approaches in Education for Sustainable Development）**
数字技术已越来越多地融入EE实践。本综述将“数字方法”界定为学习安排中任何教学构成性的数字要素，无论是否指明具体工具。已有文献综述提供的分类框架各异，例如区分课堂内外环境，或区分沉浸式与非沉浸式工具。这些分类存在重叠，也反映了数字方法种类繁多。由于缺乏针对STEM教育中数字ESD效果的清晰指导，本综述试图填补该空白。
**研究目的与研究问题（Aims and research questions）**
本综述的首要目标是识别学校STEM教育中支持ESD的有前景数字方法，包括所采用的数字格式、相关教学理由及其对学生的影响；次要目标是综合现有评估实践，提高ESD结果测量透明度。中心研究问题是：STEM教育中的学校ESD干预采用了哪些数字方法，并伴随哪些教学考虑、学生结果和评估实践？该问题被分解为四个具体研究问题（RQ1–RQ4），分别涉及数字方法的类型、使用原因、认知/动机-情感/行为效果及评估方式。
**研究方法与设计（Research method and design）**
综述遵循PRISMA指南进行。文章识别阶段于2024年10月在Web of Science核心合集和FIS Bildung数据库中检索，随后于2025年12月更新。检索字符串涵盖ESD（含EE替代概念）、数字化和学校STEM教育三个主要焦点，使用多条同义关键词扩充。筛选分为标题/摘要筛选和全文审查两步，纳入标准包括：同行评审的英文或德文论文、评估与EE/ESD明确关联的干预、数字化要素具有教学构成性、目标群体为学校学生、干预可在STEM科目中实施、属于原始实证研究。全文筛选阶段进一步限定为采用定量或混合方法并报告推断统计和前后测设计的研究。数据分析时记录干预特征、分组设计、学习者感知和结果变量，对缺失信息编码为“未报告”。效应量仅针对显著结果计算，必要时使用计算工具补充，并按Cohen（1988）分类解释。数字方法和教学理由采用归纳法分类。最终纳入30篇文章，共涵盖28项干预。
**研究结果（Findings）**
*RQ1：采用的数字方法*。归纳出九种数字方法：游戏化（Gamification）、虚拟现实（Virtual Reality, VR）、增强现实（Augmented Reality, AR）、数字或混合学习模块（Digital or Hybrid Learning Modules）、在线交流工具（Online Communication Tools）、人工智能（Artificial Intelligence, AI）、视频（Videos）、电子书（E-book）和移动学习（M-Learning）。游戏化与VR最为常见，各六项干预。干预对象中，小学占39.3%，初中/中学占39.3%，高中占14.3%。虽然主题多样，但所有干预均涉及生态维度，仅个别干预纳入社会维度或更广泛的可持续发展目标。
*RQ2：教学理由*。识别出三种主要理由。最常见的理由是“实现可视化和人工体验”（约75%），用于改变视角、探索不可达场景或促进主动学习，VR、AR、视频、电子书、AI及部分游戏化属于此类。第二种理由是“提高动机和增强真实体验”（14.3%），例如将游戏化与实地考察结合，或利用移动学习在真实环境中提供即时信息。第三种理由是“关注沟通、合作与反思”（10.7%），如通过社交媒体或在线讨论系统支持学习者参与环境议题和协作任务。
*RQ3：学生效果*。单组前后测设计的研究中，除个别子变量（如环境关注、问题意识）外，绝大多数结果显著改善。有对照组的设计中，实验组在33个ESD相关变量上的18个中显著优于对照组，14个变量上两组无显著差异，仅有一例对照组（真实接触蜜蜂）优于实验组。总体效果以认知维度最为常见，动机-情感维度次之，行为维度较少评估但趋势积极。混合方法研究中的定性数据也普遍支持干预的正向效果。
*RQ4：评估实践*。80%的研究使用参数检验，13.3%使用非参数检验，6.7%两者兼顾。测量工具多以干预主题为特定对象（如“水生生态知识”），整体性环境素养测量较少。约半数测量采用完全自行开发的工具。认知结果主要靠知识型选择题，动机-情感和行为（或行为意向）结果则依赖自陈式Likert量表。行为结果常被操作化为“行为意图”，而非直接观察到的行为。
**讨论（Discussion）**
游戏化和VR是当前评价最多的数字方法，与此前ESD综述的类别趋势一致。AI相关干预仅有两项，可能反映了AI在学校教学中的整合尚处早期，许多教师缺乏相关技能。生态维度占绝对主导，符合ESD常被简化为环境议题的普遍现象，但也提示未来需扩展社会与经济维度。数字方法的主要功能（可视化和真实体验）与已知的EE设计原则相呼应，表明这些因素对有效学习具有潜在重要性。总体上数字干预效果积极，但真实体验在特定结果上可能具有优势，不能完全替代。
**局限性（Limitations）**
本综述纳入的研究存在若干方法论局限：约36.7%的研究无对照组，随机分配不普遍，前后测间隔不一，部分研究使用不适当的统计方法。综述本身也存在局限：检索策略可能遗漏未收录于数据库的文献；排除定性研究会忽视过程性学习成果；数字方法分类具有主观性；发表偏倚可能高估真实效果。
**结论（Conclusion）**
数字方法能够对学校STEM
