李月 陈雨薇 陈毅萍
【摘 要】
伴随着互联网和虚拟现实技术的迅速发展,3D虚拟世界在传统教育和远程教育中的应用日渐广泛,已成为教育技术研究不容忽视的新领域。本文采用文献研究的方法,基于国外三大学术期刊数据库截至2014年7月的相关研究成果,从3D虚拟世界应用情况、研究内容和研究方法三个维度综述国外3D虚拟世界教育实证研究,试图揭示其研究现状和趋势,探讨其问题和启示,以期为国内相关研究提供借鉴。
【关键词】 3D虚拟世界;教育应用实证研究;文献研究
【中图分类号】 G420 【文献标识码】 A 【文章编号】 1009—458x(2015)08—0016—07
一、研究背景
3D虚拟世界是一种能高度逼真地模拟人在现实世界中的视听触觉等的高级人机界面 [1]。它通常具备三个重要特征:模拟三维空间,采用虚拟化身,提供交互式聊天工具[2]。用户可以选择虚拟的3D模型作为自己的虚拟化身并控制其行为动作。典型的3D虚拟世界平台有Second Life(第二人生)和 Active Worlds(活跃世界)等,这些平台现已拥有来自全球的众多用户。到2014年11月,Second Life的注册用户已超过4,018万,并且平均每月约有40万新用户加入[3]。 凭借沉浸性、匿名性和交互性等优势,3D虚拟世界的教育价值已经得到了广泛认可,在各教育层次,它已被用于个人和群体的知识习得以及技能、态度和动机的培养[4]。
伴随教育界对3D虚拟世界日益密切的关注,有关3D虚拟世界的教育实证研究不断涌现。Hew 和Cheung[5]的统计显示,2008年5月之前,发表在同行评审期刊的3D虚拟世界教育实证研究为15项;随后,Kim、Lee和Thomas[6]的统计发现,到2011年12月,该类研究已达65项。研究数量的显著增长体现了全球范围内将3D虚拟世界用于教学的明显趋势,教师、教育机构和政府对它的关注逐渐升温,3D虚拟世界已成为教育技术领域的热点话题。然而,我国学术界对此关注较少。笔者统计,2014年8月之前,国内学者在同行评审期刊发表的3D虚拟世界教育实证研究仅6项,相关探讨主要停留在理论层面。因此,了解国外3D虚拟世界教育实证研究能为国内相关理论研究和实践活动提供借鉴,具有重要的现实意义。
尽管已有学者对3D虚拟世界教育实证研究进行综述,但Hew和 Cheung收集的文献发表于2009年以前,不足以反映国外的研究现状,Kim、Lee和Thomas的样本文献虽然延伸到2011年,但没有对研究现状、趋势和问题进行综合分析。因此,基于国外三大学术期刊数据库截至2014年7月的相关研究成果,本文将通过如下三个研究问题揭示3D虚拟世界教育实证研究的现状与趋势:① 3D虚拟世界在国外教育实证研究中的应用情况如何?② 国外3D虚拟世界教育实证研究涉及哪些研究内容,结论如何?③ 国外3D虚拟世界教育实证研究采用了哪些研究方法?此外,在梳理以上研究问题的现状与趋势之后,本文将探讨既有研究成果存在的问题以及对我国相关研究的启示,以资同行借鉴。
二、研究方法
1. 文献收集
本综述研究基于国外学术期刊论文,文献取自以下数据库: Academic Source Complete(ASC)、Education Resource Information Center(ERIC)以及 SciVerse ScienceDirect。这三个数据库共收录期刊16,280种,是世界上最常用的大型学术期刊数据库。笔者以“virtual world”为关键词进行检索,通过阅读论文的摘要和研究方法排除了检索结果中的书评、综述和复制性研究等,获取截至2014年7月的国外3D虚拟世界教育实证研究文献74篇。随后,笔者通过阅读以上论文的参考文献,获取了另外7篇同类文献。因此,本研究的有效样本文献共计81篇。
2. 文献分析
依据本文的三个研究问题,如图1所示,笔者从3D虚拟世界应用情况、研究内容和研究方法三个维度对81篇样本文献进行分析。首先,3D虚拟世界应用情况体现在应用目的、应用方式和应用平台三个方面。其中,应用目的参照Kim、Lee和Thomas[7]的研究,分为交流、模拟和体验三类;应用方式分为混合学习和在线学习;应用平台的划分采用持续比较法,即分类前不规定类别,第一份文献应用的平台作为第一个类别,随后将第二份文献应用的平台和第一份的比较,若相同则归为第一类,否则成立新的类别,余下文献按相同方式分类。其次,研究内容参考Hew 和Cheung[8]的研究,分为学习效果、情感和社交三类。最后,研究方法按照描述性研究和实验研究划分。
三、统计结果
经过对样本文献的梳理,总体而言,3D虚拟世界教育实证研究近年增长显著,从2009年的6项上升到2013年的15项。此外,在2014年,8月之前的研究已达10项。从这一趋势判断,未来相关研究会持续升温。在呈现研究趋势时,鉴于2009年以前文献较少,而2014年的数据尚不完整,笔者仅统计了2009年至2013年的数据。下文将分别从三个研究问题着手具体讨论3D虚拟世界教育实证研究的现状与趋势。
研究问题1. 3D虚拟世界在国外教育中的应用情况如何?
3D虚拟世界在国外教育实证研究中的应用情况体现在应用目的、应用方式和应用平台三个方面,详细情况如下:
(1)应用目的统计
样本文献中,如图2所示,将3D虚拟世界单独用于交流、模拟或体验的研究分别占12.3%、4.9%、4.9%(共22.1%),其余研究兼顾其中两种或三种目的。下文将分别阐述交流、模拟和体验三种应用目的的相关概念和分布情况。
用于交流时,3D虚拟世界凭借语言和/或非语言交流工具充当信息传递的空间,语言交流为基于文本或语音聊天功能的同步交流;非语言交流通过虚拟化身的手势、姿势和外形实现[9]。同时,虚拟化身的匿名性使参与者在交流中不受种族、宗教、社会地位等因素的束缚[10]。借助多样的交流工具和匿名的虚拟化身,参与者得以表达复杂的情绪,减少心理距离感,实现有效沟通。此外,3D虚拟世界还能增强交流时间和地点的便利性和灵活性。在本研究选取的81篇样本文献中(如图2所示),将3D虚拟世界单独用于交流的研究占12.3%, 用于交流和模拟的占39.5%,用于交流和体验的占13.7%,兼顾交流、模拟和体验三种目的的占18.5%,即应用3D虚拟世界促进交流的研究共计84%。由此得出,将其用于交流是绝大多数研究者的目的。
用于模拟时,3D虚拟世界呈现由电脑模拟现实环境产生的三维空间,如教室、校园等。该模拟空间让参与者通过虚拟化身快速沉浸在三维环境中,为专题研讨和角色扮演等活动提供了良好的环境。样本文献中(如图2所示),模拟现实环境使用3D虚拟世界的研究占4.9%,模拟和交流使用它的研究占39.5%,模拟和体验使用它的研究占6.2%,基于三种目的的研究占18.5%,即样本文献中应用3D虚拟世界模拟现实环境的共计69.1%。该比例虽低于将它用于交流的研究,但模拟仍是众多研究者的目的。
用于体验时,3D虚拟世界让学习者以虚拟化身为载体在其中建造或操作学习内容,观察行为的结果,检验假设并反省原有理解[11]。学习者还可以借此超越一些现实世界的局限,参与原本昂贵、危险或无法开展的活动[12]。样本文献中(如图2所示),4.9%的研究将3D虚拟世界单独用于体验,13.7%的研究将它用于体验和交流,6.2%的研究将它用于体验和模拟,18.5%的研究兼顾三种目的。因此,将虚拟世界用于体验的研究共43.3%。相比交流和模拟,体验是较少研究者使用3D虚拟世界的目的。
将样本文献按应用目的分类后,笔者将分类后的文献按年度梳理,得出近年应用目的的分布趋势(如图3)。基于各种目的使用3D虚拟世界的研究总体都呈增长趋势。其中,将它同时用于交流和模拟的研究数量增幅平稳,将它同时用于交流、模拟和体验的研究数量在波动中有所上升,将它单独用于交流以及同时用于交流和体验的研究呈小幅稳步增长,其他研究数量在低水平波动。
(2)应用方式统计
就应用方式而言,3D虚拟世界在教育实证研究中应用于混合学习和在线学习。混合学习指教学内容部分在3D虚拟世界进行,其余在实体场所展开。样本文献中,采用混合学习的研究占48.1%。在线学习指所有教学活动都在3D虚拟世界进行。采用在线学习的研究占51.9%,略高于前者。
将采用混合学习和在线学习的文献分别按年度统计后发现,近年来,将3D虚拟世界用于混合学习和在线学习的研究数量总体都实现了增长,但采用在线学习的研究增长更稳定,逐渐超过采用混合学习的研究(如图4)。这印证了Dickey[13] 2011年指出的趋势,即3D虚拟世界作为多参与者积极互动的平台将更多地用作独立教学工具。
(3)应用平台统计
Second Life是由美国林登验室(Linden Lab)开发的一个基于互联网的3D虚拟世界,该平台发布于2003年并很快成为最受欢迎的3D虚拟世界。样本文献中,以Second Life为平台的研究占58%,明显超过应用Active Worlds 的研究(13.6%)和应用River City的研究(6.2%),应用其他平台的研究比重较大,占22.4%。
论及各应用平台近年的分布趋势(如图5),以Second Life为应用平台的研究逐年攀升。这符合Kim、Lee和Thomas等[14]在2012年做出的推断,即会有更多学校在Second Life中创建虚拟校园和开设在线课程。此外,2010年后Active Worlds不再应用于研究,应用River City的研究呈小幅增长,应用其他平台的研究数量在波动中略有上浮。
研究问题2. 国外3D虚拟世界教育实证研究涉及哪些研究内容,结论如何?
通过梳理样本文献的研究内容,笔者发现,如图6所示,单独讨论学习效果、情感或社交的研究分别占样本文献的39.5%、21.1%和12.2%,共计72.8%,比重较大;4.9%的研究讨论其他内容;余下文献同时讨论学习效果、情感和社交中的两者。下面将分别呈现学习效果、情感和社交这三类研究内容的分布现状及其结论。
如图6所示,探讨学习效果的研究最为丰富,在样本文献中占39.5%,同时探讨学习效果和情感的占16.1%,同时探讨学习效果和社交的占2.5%,即58.1%的研究涉及了学习效果的讨论。因此,它是研究者探讨的重点。多数探讨学习效果的研究得出参与者通过使用3D虚拟世界获得了良好的学习效果,如Aydogan[15]等在电力和能源系学生中进行的实验里,控制组和实验组均学习了电力变压器的内部结构。研究者对比前后测结果发现,在3D虚拟世界中学习的实验组比接受传统教学的控制组对学习内容的理解更深入。然而,也有少数研究认为,在提高学习效果上,3D虚拟世界并不比传统教学方式优越,如 Gonzalez等[16]进行的实验中,研究者为训练工程学学生的空间能力组织了越野识途比赛,控制组在真实环境下参与比赛而实验组在3D虚拟世界中参与,数据显示两组的空间能力都得到了提高,并且进步程度无明显差异。
关注情感的研究具体涉及学习者对3D虚拟世界学习经历的接受度和满意度。如图6所示,仅关注情感的研究占21.1%,在关注情感的同时,涉及学习效果或社交的研究分别占16.1%和3.7%,即样本文献中,涉及情感的研究共40.9%。这类研究得出的结论基本一致,即参与者对3D虚拟世界的学习经历持积极态度。Teresa等[17]在2012年进行实验,组织健康专业学生使用Second Life接受跨专业教育,展开跨专业病例讨论。研究结果显示,86%的参与者认为在Second Life的学习经历对未来参与跨专业活动和医疗团队大有裨益,他们认为其优点包括便利性、灵活性和交互性。
此外,国外学者还关注3D虚拟世界参与者的社交,具体涉及交流特点和对交流平台的利用情况等。如图6所示,样本文献中,研究内容仅探讨社交的占12.2%,在探讨社交的同时,还涉及学习效果或情感的分别占2.5%和3.7%,即样本文献中探讨了社交的共计18.4%。与学习效果和情感相比,社交受到的关注较少。该类研究的结论总体表明3D虚拟世界能促进参与者的社交,如上文提到的Teresa等[18]的实验。其研究结果显示94%的参与者认为在Second Life中团队交流良好,89%的参与者认为所有成员都为讨论做出了贡献。他们认为虚拟世界的匿名性和交互性有效促进了不同专业的学生间交流的深度和广度,但也反映了交流中出现的障碍,包括技术问题和专业背景差异。
按研究内容分类文献后,笔者将分类后的文献按年度梳理,得出近年来研究内容的分布趋势(如图7)。探讨学习效果的研究增长最快,尤其在2010年后呈直线攀升,探讨情感的研究略有上升,同时探讨学习效果和情感的研究在波动中上升,余下研究的数量在较低水平波动。
此外,这些研究内容依托的学科领域广泛,相对集中于科学(22.2%)、语言(17.3%)、计算机(12.3%)、商业(8.6%)、医学(8.6%)和设计(3.7%)领域,其他学科领域的研究(23.6%)较为丰富,跨学科研究(3.7%)较少。
笔者选取了科学、语言、计算机、商业和医学学科领域的研究中单独探讨学习效果、情感或社交的研究,并使用SPSS19.0对以上五类学科和三类研究内容进行了对应分析。结果显示,P=0.03,因此,在0.05的显著水平下,两者有较显著的相关关系。如图8所示,语言学科的研究偏向于探讨参与者的社交,科学、计算机和医学学科的研究偏向于探讨学习效果,商业学科的研究更关注情感的讨论,即应用3D虚拟世界时不同学科偏向关注的研究内容不同。
研究问题3. 国外3D虚拟世界教育实证研究采用了哪些研究方法?
样本文献采用的研究方法包括描述性研究和实验研究。描述性研究对自然产生的现象进行描述,不施加人为控制[19]。其采用的数据收集方法包括问卷、采访、观察、测试和在线日志文件等,其中问卷最为常用,在涉及情感的研究中尤其如此。样本文献中,描述性研究占65.4%,是主要的研究方法。实验研究通过控制变量,比较控制组和实验组从而检验假设和因果关系[20]。样本文献中34.6%为实验研究。
笔者将采用描述性研究和实验研究的文献分别按年度划分,得出近年研究方法的分布趋势(如图9)。2009年,实验研究数量显著低于描述性研究,此后,两者差距不断缩小,最终实验研究数量超过了描述性研究。 Hew和Cheung[21]的综述指出,2008年2月之前,93.3%的研究为描述性研究,实验研究仅占6.7%。本综述截至2014年7月的数据显示,描述性研究占65.4%,实验研究占34.6%。这同样证明了近年实验研究的大幅增长,说明更多的研究者开始通过有目的地操纵变量建立变量间的因果关系,而不再局限于描述和解释自然环境下的变量,这也表明相关研究日臻成熟。
以上三个研究问题的统计结果表明,近年来,3D虚拟世界教育实证研究成果卓然且增势不减,在3D虚拟世界应用情况、研究内容和研究方法三个维度都呈现了突出的现状和趋势特征,具体可归纳如下:
3D虚拟世界应用情况特征包括:① 交流和模拟为最主要且增长最快的应用目的,鉴于3D虚拟世界能提供便捷的交流工具、模拟现实环境和促进沉浸式学习,笔者预期这两类应用目的将受到持续关注;② 在线学习在研究中的应用略多于混合学习且增长更稳定。目前,3D虚拟世界教育实证研究不断深入,相关教学策略也逐渐成熟,这让在线学习更易实施,但鉴于混合学习能结合面授和在线学习的优势,同样会受到研究者的重视;③ Second Life是最常用且增长最快的应用平台,采用其他平台的研究数量有所上升,随着开源虚拟世界的发展,笔者预期研究者对其他平台的应用将更广泛。
研究内容以学习效果和情感为焦点,探讨学习效果的研究增长最显著。此外,科学和语言学科的研究成果最丰富,并且不同学科偏向探讨的研究内容不同。随着对既有研究内容的深入探讨以及更多学科领域的参与,笔者预期新的研究内容将相继出现。
研究方法以描述性研究为主,实验研究增长更显著。研究者对学习效果的关注度逐年上升,而实验研究能更准确地反映学习效果,前期的描述性研究也为实验研究做了准备,因此推测实验研究会得到更多的应用。
四、现存问题与启示
通过对文献的梳理和分析,笔者发现目前3D虚拟世界教育实证研究存在如下问题:
1. 应用平台的选择理据尚待探讨
数据显示,尽管Second Life是最常用的平台,其他平台在研究中的应用日渐广泛,因此,供研究者选择的平台更丰富了。然而,鲜有研究阐述选择某3D虚拟世界平台的原因,有所阐述的少数研究也仅涉及软件技术层面的因素。忽视对平台选择理据的探讨导致一些研究未利用虚拟世界的优势,而仅将它作为传统教学的替代方式。
2. 研究内容中地区和个体差异尚未涉及
首先,尚无学者探讨不同地区的学习者使用3D虚拟世界的教育效果差异。同时,样本文献中,40.7%的研究出自北美,34.6%的研究出自欧洲,出自亚洲和澳洲的研究分别占14.8%和9.9%。研究成果明显集中于欧美地区,这让我们难以通过阅读文献比较3D虚拟世界教育效果的地区差异。其次,研究内容未涉及学习者个体差异,如性别、感知觉类型等。
3. 研究方法的效度和信度有待提高
首先,样本文献中,一些研究的内部效度不高,即自变量和因变量之间的关系不够明确。一方面,由于实验对无关变量的控制不佳,例如在探讨3D虚拟世界对学习效果的影响时,研究者忽略教学方法对学习效果同样存在影响。另一方面,由于在一些长期实验中被试流失严重,因此,即使初期被试样本是随机取样和分配的,避免了被试的个体差异对研究的影响,但被试的中途缺失导致剩余样本无法代表原样本,这同样会降低内部效度。其次,一些研究的信度受到以下三类因素的影响,被试方面,尤其在描述性研究中,多数研究得出被试通过在3D虚拟世界中的学习获得了良好效果,其依据主要是观察和回顾性自我报告,例如采访和问卷。然而,被试通常对社会赞许的问题给予肯定回答,社会赞许性长期被视为自我报告数据误差产生的潜在因素 [22]。主试方面,一些研究由单一人员完成,数据质量取决于研究者的专业程度,但基于个人因素(如情绪、既有观念等)的影响,这类研究难以保证研究者采集的数据是客观公正的。时间方面,超过半数的研究(61%)的持续时间不足半年,而短期研究可能产生新奇效应,即学生和教师由于对3D虚拟世界的新鲜感产生偏见,降低结果的准确度。
基于以上对样本文献现存问题的分析,笔者得出以下对国内相关研究的启示:
1. 探讨应用平台的选择理据
为有效利用3D虚拟世界平台,未来研究应更详细地阐述选择某平台的原因,例如说明其类型、可行性和可拓展性,从而有效利用3D虚拟世界平台的优势。同时,探究3D虚拟世界平台的普遍属性和某平台的特殊属性的研究也很有价值,以此为基础进行教育实证研究的学者能科学地选择符合研究目的的应用平台,进而探讨选择理据。
2. 开启虚拟世界教育效果的地区和个体差异的讨论
就研究内容而言,为了解3D虚拟世界教育效果的地区差异,从而更恰当和广泛地将它用于辅助教学,研究者应探讨不同地区学习者使用3D虚拟世界的教育效果差异,例如,在主张教师中心论的地区和主张学生中心论的地区,3D虚拟世界促进学习者社交的程度差异。同时,来自不同国家和地区的研究包括国内研究很有必要。研究内容应更多地关注学习者的个体差异,例如感知觉类型,可以假设听觉型、视觉型和动觉型学生分别偏好将虚拟世界用于交流、模拟和体验。
3. 提高研究方法的效度和信度
为提高内部效度,研究者应对无关变量进行有效控制,消除并防止被试流失。此外,为提高信度,未来研究可采取以下措施:在被试方面,从程序上和统计上控制社会赞许性;在程序上,可采用指导语控制法,即告知问卷的匿名性以及诚实准确的自我报告对调查结果的重要性;在统计上,可通过协变量技术将社会赞许性作为影响测量结果的协变量剔除[23];在主试方面,减少观察者对被观察者的影响,同时提高观察的标准化程度,减少观察者主观因素的影响;在时间方面,研究的持续时间应足够长,这不仅能让研究者得知参与者是否受新奇效应的影响,还能揭示长期使用虚拟世界的效果,例如是否会产生负面影响,这目前还未得到探讨。
五、结束语
既有的3D虚拟世界教育实证研究已揭示和验证了3D虚拟世界的教育效果。不断涌现的实证研究和3D虚拟世界的独有优势都预示着它更广阔的教学应用前景。纵然已涌现了一批研究成果,研究存在的问题仍有待突破,3D虚拟世界蕴含的教育潜能还有待挖掘。尽管我国现代教育技术发展迅速,类似Second Life的虚拟世界平台也相继出现,但迄今国内对3D虚拟世界的教育实证研究尚处于探索阶段,相关研究仍有待推进。相信通过借鉴国外研究成果并避免其局限性,国内相关研究将取得更深入的发展并推动3D虚拟世界在教育领域的推广与应用。
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收稿日期:2015-01-30
定稿日期:2015-04-08
作者简介:李月,硕士研究生;陈毅萍,副教授,硕士生导师。重庆大学外国语学院 (400044)。
陈雨薇,重庆大学艺术学院 (400044)。
责任编辑 池 塘