国内外虚拟学习研究进展的可视化比较分析*

陈丽君 林伟婷

（广东技术师范大学 教育科学与技术学院，广东 广州 510665）

一、引言

虚拟学习环境是基于计算机网络的多媒体技术和工具而构建的学习空间和网络学习平台[1]。而虚拟学习则是在虚拟环境中获得个体的行为经验以及行为变化的过程。信息技术的发展提供了虚拟学习的可能性，满足学生随时随地、形式灵活、富于交互、碎片化学习的需要。2018年《教育信息化2.0行动计划》提出信息技术和智能技术要深度融入教育全过程，推动改进教学、优化管理和提升绩效[2]。伴随虚拟现实技术在教育中的广泛应用，虚拟学习的延伸与深化研究也正不断引起众多学者的关注。2016 年《地平线报告高等教育版》提出虚拟现实技术是未来2—3年解决深度学习矛盾的关键技术[3]。信息技术的进步已经成为虚拟学习不容小觑的方面，它与教育教学的深度融合将进一步推进虚拟学习研究的发展。因此，国家政策发展要求与信息技术发展使得虚拟学习研究变得尤为重要。虚拟学习的关键在于技术助推学习效果提高，但是因为其是长期处于多学科交叉的边缘学科，使得研究难度更高，研究难以保证深度，这成为虚拟学习研究面临的主要瓶颈。此外由于国内外学科发展水平的不一致，国内外在虚拟学习领域研究中的侧重点也有所不同。相对而言，国外虚拟学习研究根基深厚、角度多元，有较多可借鉴之处。另外，目前国内外虚拟学习领域的研究还没有可视化的对比分析。基于此，研究尝试通过文献计量学方法及可视化技术，利用CiteSpace工具比较国内外虚拟学习研究的发展脉络以及探寻研究热点与前沿，其分析结果可为今后国内该领域研究的目标凝练和寻找后续研究突破口等提供科学依据，以期对我国教育信息现代化建设和提高虚拟学习效果提供启示。

二、数据来源与分析方法

从国内外比较的视角，以“虚拟学习”为主题，通过知识图谱工具CiteSpace系统分析国内外研究概况、研究热点与前沿。国内研究主要利用中国知网（CNKI）为来源数据库，以“虚拟学习”或“虚拟环境学习”为主题词进行检索，为保证期刊权威性和客观性，排除非核心期刊、综述、会议报告等文献，得到653条结果，时间跨度为1996—2020年。国外文献数据下载于Web of Science（WOS）核心合集，每一条数据记录主要是文献的题录信息，包括文献的作者、题目、摘要和文献的引文检索。具体方法为： 以TS=（“virtual environment learning”OR“virtual learning”）进行检索，时间跨度为1996年—2020年。在数据下载的过程中选择“Article”类型，去除“Review”、“Note”等类型，文献语言为“English”，共检索到970篇文献。以上数据检索时间为2020年4月22日。针对上述收集到的数据，研究采用可视化分析软件CiteSpace对国内外虚拟学习发文量、研究领域、研究热点与前沿四个方面进行比较分析。

三、国内外虚拟学习研究整体概况

（一）研究文献发表趋势分析

为从整体上把握国内外虚拟学习的文献数量变化及时序规律，研究对国内653篇及国外970篇相关文献进行对比后发现：从整体数量上看，国外发文量远超于国内，国内外整体研究趋势趋同化，均呈现整体增长的趋势，部分年份有回落；且国内外研究均呈现出技术推动研究发展进程的特征。

其中国内相关领域文献总量较少，平均每年发文26篇。最高发文数量是在2010年，共61篇文献，并在此年发文量首次超过国外。其次，国外研究平均每年发文量39篇。直至20世纪末，受困于技术发展局限，国内外2000年以前关于虚拟学习的研究数量较少，平均每年在2.3篇文献的振幅波动。进入21世纪后，随着信息技术的不断发展和计算机专业化程度的提高，国内外学术界关于虚拟学习的研究表现出长久且持续的生命力。2001年之后相关研究的数量增长较快，除个别年份总量有所下降之外，基本呈现逐年增加的趋势。2016年虚拟现实技术在教育中的应用使得相关研究达到了最高值，国内外发文量高达125篇，这是虚拟现实技术在教育中的广泛应用所带来的技术发展倒逼研究发展进程的结果。

（二）研究领域比较分析

国内研究领域大部分集中在教育学，占比为76.11%，其次是图书馆、情报与文献学和计算机应用科学，分别占比10.72%和5.51%，低于国外排名前六的研究领域，但在国内占比位居前三。国外研究方向的总体特点就是教育研究为主导，交叉学科和跨学科研究性质较明显。计算机科学、工程学和医学等技术型研究也是研究的主要领域。从两者对比来看，国外的研究范围和深度均优于国内研究。国内研究领域范围狭窄，跨学科研究不明显，更集中在社会科学领域。国外除了从教育学领域关注虚拟学习，也强调从多种角度探索计算机技术、工程技术、医学和心理学等自然学科与虚拟学习的结合研究，强调技术上的改进、医学的应用和心理认知机制的研究等（见表1）。

表1 国内外虚拟学习研究领域比较

四、国内外虚拟学习研究热点可视化分析

研究热点是在一定时期内研究数量较多且存在内在关系的一组文章所探讨的热门问题，在可视化软件中通常以关键词词频的高低分布来表示该领域发展动向和研究热点[4]。运行CiteSpace,点击运行形成稳定的关键词图谱后，点击“聚类”，以更直观地展示虚拟学习研究热点分布。最终形成关键词词频及中心度列表（见表2、表3）和关键词共现聚类网络图（见图1、图2）。

（一）国内外虚拟学习关键词词频比较分析

从关键词词频比较得出，国内研究主题范围比较宏观且单一，国外研究主题更为微观，角度更为多元化，具有一定的研究深度。国内研究频次在10次以上的关键词一共有7个。其中虚拟学习社区、虚拟学习环境和虚拟现实是该领域最受关注的热点。从中心度上看，国内关键词中心度呈现两级分化的特征，关键词中心度最高可达到0.44，但同时也有45%的关键词中心度为0（见表2）。

表2 国内核心期刊收录虚拟学习研究文献关键词词频分布

国外关于虚拟学习研究的20个关键词中，频数均高于20个以上。研究最多的关键词有虚拟学习环境、教育与在线学习，且关键词中心度较为平均，并且无中心度为0的关键词（见表3）。

表3 WOS收录虚拟学习研究文献关键词词频分布

从内容上看国内外相似的关键词有虚拟学习环境、虚拟学习、虚拟现实。不同在于国内更多从宏观层面或者学习环境建构层面去探索虚拟学习，比如虚拟学习社区、高校图书馆、虚拟环境、远程教育等。虽然也有部分关于深度学习、知识建构的研究，但数量少，且中心度不高。说明国内在虚拟学习过程机制的研究少且尚未形成体系。此外，国外研究除关注宏观层面的要素之外，一方面既注重对虚拟学习微观层次的研究，比如学生、表现/成绩、学习分析、动机、满意度等；另一方面也关注技术在虚拟学习的应用研究，比如技术、设计、模式、第二生活等。

（二）国内外虚拟学习关键词聚类比较分析

1. 国内虚拟学习关键词聚类分析

国内聚类图谱共有114个结点，132条连线，Q值为0.74（>0.3），S 值为0.44（>0.4），表明所得图谱结构显著且可信度较高。从聚类间的连线与聚类名称上看，虚拟学习各聚类之间连接线稀疏，国内虚拟学习研究的传承关系较弱，研究内容细化程度不够（见图1）。国内研究关键词聚类分析共有4大聚类，可以发现过去25年我国虚拟学习研究主要围绕4个主要主题展开：虚拟学习社区、虚拟学习、虚拟学习环境和虚拟现实研究。

图1 国内虚拟学习研究关键词聚类图

（1）虚拟学习社区研究

虚拟学习社区包含关键词有“社会网络分析、虚拟社区、交互、教师专业发展和知识建构”等。虚拟学习社区是指在网络环境下,社区成员通过获取、产生、分析与合作分享知识所形成的人际团体与学习环境[5]。其实质是社区成员及其关系集合的社会网络。国内对于该主题研究聚焦在虚拟社区环境要素构建、社区成员角色定位与行为探讨，以及虚拟学习社区知识建构、共享和管理过程分析。而社会网络分析不仅是研究虚拟学习社区要素及其之间相互关系的热门工具，也是研究关系论最常使用的一种思维模式。

（2）虚拟学习研究

虚拟学习包含关键词有“学习环境、远程教育、学习者、虚拟学习和社会性交互等”。国内对于该热点的研究内容主要有：一是有关新型虚拟学习理论研究的涌现。如描述分布式学习、远程学习、混合学习和泛在学习的内涵、特征与应用等。二是虚拟学习环境或空间的设计与构建。三是虚拟学习活动设计，如第二语言虚拟课程中的教学活动等。四是传统教育学习活动在虚拟学习的适应性分析，比如，如何在虚拟学习中有效实现社会性交往与观察性学习等。

（3）虚拟学习环境研究

虚拟学习环境是基于信息技术构建起来的用于支持学生学习的一种人工环境[6]。它使学生能够与老师和同学进行交互，不受时间和地点的限制访问学习资源，并使用最先进的信息和通信技术。该主题包含关键词“虚拟学习环境、高校图书馆、e-learning、虚拟实验和信息共享空间等。国内更多虚拟学习环境是集中于基于二维网络环境的研究，主要研究内容有两个方面：一是关于虚拟学习环境的设计研究，通常从理论层面探索虚拟学习环境的设计与构建，如分布式认知视角、生态系统理论、情境学习理论与认知负荷理论等。此外是虚拟学习环境与数字图书馆的融合研究，如基于虚拟学习环境的高校图书馆的用户需求分析、服务模式分析与共享空间分析等。大多是概括式的笼统介绍，较少针对性的细化分类研究。

（4）虚拟现实研究

虚拟现实研究包含关键词“虚拟现实、增强现实、非正式学习和元分析”等。基于虚拟现实技术产生的三维立体空间的学习，可使学习者沉浸在虚拟现实环境里，实现多感官同步交互，获得“身临其境”的感受与体会[7]。主要研究内容一方面是对虚拟现实应用的技术准备探讨和对三维四维学习平台的介绍；另一方面是对虚拟现实三维学习空间具体问题的分析，如学习资源、支持工具、学习策略、评价方式的设计等。现今较为热门的是有关虚拟现实的元分析，如通过stata等手段研究虚拟现实技术是否能促进学习、是否能提高教学效率等。

2.国外虚拟学习关键词聚类分析

国外虚拟学习关键词共现时区图谱共有177个节点，987条连线，7个聚类，Q值为0.35（Q>0.3），S值为0.75（S>0.4），表明所得图谱结构显著且可信度较高。通过图2发现，过去25年间国际上对虚拟学习研究主要围绕7个主题展开：higher education（高等教育）、channel expansion theory（渠道扩张理论）、learning analysis(学习分析）、second life（第二生活）、virtual learning（ 虚 拟 学 习 ）、cooperative/collaborative learning（合作学习）以及blended learning(混合学习）。

从聚类的可视化上看，国外虚拟学习研究热点众多，集成性专题研究丰富，各聚类主题之间关系密切，继承和拓展性强。综合各聚类主题和内含关键词情况，其研究热点内容可概括为五个层面：虚拟学习的开发与设计、虚拟学习评价研究、虚拟学习干预研究、虚拟学习中个体特征或经验的相互影响以及虚拟环境下教学促进研究。

图2 国外虚拟学习研究关键词聚类图

（1）虚拟学习开发与设计

虚拟学习的开发与设计是虚拟学习领域的持续研究热点，同时也是极具跨学科特色的研究热点。它是通过计算机技术或工程技术学与教育理论相互融合，不断重新定义技术与教育之间的关系，并产生解决教育问题的方案。当前，虚拟学习空间模型建构主要应用在医学教育、合作学习、在线学习与远程教育当中。一方面该系列研究通常始于一个新的技术项目研究，举例说明项目的开发过程和应用效果。每一项目都为下一代虚拟学习的设计和开发奠定了基础。最早1998年Guzman A开发了一个虚拟学习空间模型并设计了相应的软件、硬件和课件，以实现本质上远程和异步的高质量教育[8]。另一方面则在验证某一教育问题基础上提出如何促进虚拟学习空间模型设计的设想，大多尚未落地实施。如揭示学生在线浏览时的心理过程，并提供一个更适合于e-learning环境的设计，建议学校最好为学生提供有利于他们进入流动状态的电子学习环境[9]。

(1)为中小企业提供了新的融资手段。通过融资租赁能够提高中小企业的技术水平。在对相关技术设备进行更新时，通过融资租赁，企业只需要付出一部分款项就能够获得使用固定资产的权利，在使用设备的过程中积累资本，从而提高自身的经济实力。对于那些技术发展水平比较高，且发展速度非常快的企业，同样也可以采用融资租赁的方式，来减少因固定资产更新过快而引发的风险。该种租赁方式比较灵活，方便，承租方可以根据自身发展的实际情况与融资租赁公司进行相互协调，从而签订相关协议，这样能够确保出租方不改变所有权，还能避开有关国家政策制度的限制。所以，融资租赁可以有效解决中小企业融资难的问题[4]。

（2）虚拟学习评价研究

关于虚拟学习评价研究的内容主要是评价学习效果与评价工具的设计。一方面是评价虚拟学习教学效果、学习体验和评价工具本身，如使用虚拟学习评价工具评估学生体验（满意度和偏好）。使用计算机算法收集收据，来分析和评价学生的学习过程及其在各自表现中的反映和贡献。或者在虚拟学习环境中使用多项选择评估工具的情况以及使用者对这种工具的态度分析。另一方面就是评价工具的设计与构建使用。即设计一套创新性虚拟评估工具或远程学习评估系统，并检验其在虚拟学习中的评价效果。

（3）虚拟学习干预研究

此类型研究主要体现在“学习、网络学习、混合学习、合作学习等聚类中。主要聚焦于信息技术的进步是否促进学生学习效果的命题并展开大量研究。通常从经验入手，采用程序化、操作化和定量分析的手段，如访谈、测试、个案和实验等研究方法，尽量使虚拟学习研究达到精细化和准确化的水平。研究主要目的在于为将信息技术整合到课程内容、教学设计和教学方法提供实证基础。如通过实验研究得出翻转式课堂教学法可提高学生的考试成绩和满意度[10]。伴随着新的理论和技术的突破，近年来虚拟现实（VR）和混合现实（MR）等技术创新已成功融入虚拟学习研究的热点话题。现有研究更强调在虚拟学习环境中创造真实的学习体验对学习过程的影响。如探索三维虚拟学习对学生不良结构问题解决能力的影响等。

（4）虚拟学习中个体特征与经验的相互影响研究

该类型研究强调了学习者特征在虚拟学习中的作用，并强调了区分不同特征要素的组合影响在虚拟学习的差异性和重要性，既丰富了虚拟学习理论的基础研究，也为使用信息技术的教育工作者以及虚拟学习平台的开发人员提供了实际的启示。在研究前期，虚拟学习更加关注学习者认知特征，如学习者批判性思维、认知风格、学习偏好、协同问题解决的认知处理模式等。现今，关于学习者情绪、动机、兴趣等非认知特征也是虚拟学习中常见的研究话题。渠道扩展理论（CET）则是该系列研究的重要理论基础之一。一般是基于渠道扩张理论分析学习者特征和经验与虚拟学习环境相关属性（即互动性、内容设计、网站信任）之间的关系，以及在虚拟学习效果研究中加入学习者特征（学习风格、个人创新性和动机）、经验和感知的考虑。强调了各种经验对感知媒体丰富度的影响，丰富了多媒体丰富度理论，在原有静态丰富度加入了更多的社会影响因素，为使用移动技术的教育工作者以及虚拟学习平台的开发人员提供了实际的启示。

在虚拟学习环境中进行课程教学时，最大的问题之一是如何促进和发展教学，从而提高整体的学习体验和效果。首先是从教师的角度剖析虚拟学习是否更能促进教师的专业发展，以及在远程虚拟学习中导师角色的转换。其次在教学策略方面，注重研究教师在虚拟学习中的教学策略、微笑表情对学生学习绩效、情绪、动机的影响机制。此外，在教学方法上，合作和基于问题与游戏的探究式学习是虚拟学习中最常使用的教学方法。

（三）国内外研究热点的比较分析

在相似性方面，国内外虚拟学习研究均重视环境和技术支持对虚拟学习的重要作用，探究如何构建支持虚拟学习的环境，尤其是在信息与传播技术支持下的虚拟学习或学习管理系统，以更好地支持虚拟学习。相关研究关键词包括“虚拟学习环境、学习环境、在线学习”等。

在异质性方面，从关键词数量、聚类节点大小和连接线上看，国内虚拟学习研究领域较为单一，还停留在虚拟学习社区和环境构建等宏观层面的研究，且相关研究之间也缺乏一定的关联性和承接性，研究内容相对松散、孤立。国外虚拟学习研究内容角度多元，相关研究之间的关联紧密，体系比较完善。具体从关键词和聚类内容上看，国内的研究注重虚拟学习社区环境要素、社区成员与知识管理之间关系的研究，社会网络分析是该领域的重要理论基础。虚拟学习环境设计与构建和虚拟学习教学活动的设计是国内研究的热点。而国外的研究更为具体和深入，注重对学习过程和学习性能的具体分析。具体表现为：国外虚拟学习研究除了重视虚拟环境的设计与开发，更加注重学习过程机制分析、虚拟学习的干预研究、学习者特征与经验的影响、虚拟学习评价以及教学促进等。在研究方法上，国内研究成果大多是定性的描述，大部分是基于理论的阐述和理论模型的构建，缺乏多次重复验证的可能。国外研究更加注重定性与定量相结合的方法，探索虚拟学习在实践中的应用，对比实验与混合式研究是主要的研究方法。

五、虚拟学习研究前沿可视化分析

把握研究前沿有助于研究者对学科领域研究的最新态势有清晰的认知，有效预测研究领域的发展，识别需进一步深入探索的问题。在研究中，前沿往往采用代表该研究内容的词汇或短语出现次数的变化进行分析，在CiteSpace中的Citation Burst能使前沿术语突出显示。突现性反映了文献在一定时期被引频次的增长情况，突现性越大，说明被引频次增长越快。

对比发现，国内外虚拟学习研究的发展趋势是有所区别的（见表4）。从最新突变词上看，2020年学习分析、学生与表现将成为国外研究前沿，虚拟现实技术与深度学习成为国内研究前沿。进一步观察发现，相同的主题词国内研究较国外研究滞后1—2年。如虚拟现实这一突变词2017年已经是国外当年的研究前沿命题，而将近3年后成为了国内研究前沿。同时国外研究的前沿内容仍然是以挖掘虚拟学习内部机制为主，国内研究现阶段部分研究仍在虚拟学习的宏观层面徘徊，如探讨虚拟现实技术在虚拟学习中的应用、优势与挑战等议题。但从深度学习一词也能看出国内研究也呈现了逐步细化的趋势。

表4 国内外虚拟学习关键词突现表

六、研究结论与展望

通过梳理1996—2020年WOS核心数据库与中国知网核心期刊收录的虚拟学习研究论文发现，国内外虚拟学习研究热度尽管在未来3年有轻微回落，但仍保持稳定增长的趋势。国内外研究发展趋势趋同，且国内外研究均重视虚拟学习环境和技术支持，均从不同视角论证虚拟学习的重要意义。但经国内外比较发现，国内研究依旧有较大的提升与借鉴空间。

在研究领域上，国内研究领域范围较为狭窄，多集中于教育学与社会学领域。国外十分重视跨学科方法的运用，研究方向以教育研究为主导，交叉学科和跨学科研究性质较明显。国外尤其重视借鉴计算机科学、工程学、医学和心理学等学科理论和方法来研究虚拟学习问题，这也使虚拟学习研究有了更坚实的理论和技术基础。在研究方法上，国内量化和精准性研究略显不足。国内研究以理论分析和案例经验总结成果居多，实验研究和实证性的应用研究成果较少，国外研究则比较重视研究的实践应用性，深入细致的量化研究更多。

在研究视角上，我国虚拟学习在宏观和中观层面的研究偏多，研究往往从学习环境构建、虚拟社区环境与社区成员之间的关系属性、虚拟现实技术的教育应用等宏观视角关注虚拟学习问题，并习惯于尝试建立普适性理论。对虚拟学习内部结构特征、要素分析以及学习过程机制尚缺乏深入探索。国外学者倾向于选择相对微观的问题，从多个角度进行深入分析，研究视角更加贴近学习过程本身，从而提高研究问题的针对性、理论发展的深度性与实践指导的有效性。

在研究前沿方面，虚拟现实技术与深度学习将是国内的研究前沿，国外在未来会持续将虚拟学习的学习过程加工机制作为研究重点。随着信息技术促进教育现代化的纵向推近，微观层面的虚拟学习有望成为国内研究重点，并进一步与学习过程耦合，信息技术的不断更新迭代也为我国虚拟学习研究提出了新的命题和创新空间，未来我们需要关注以下几个方面：

第一，注重学科融合。虚拟现实技术的教育应用涉及多学科的融合，未来研究应更加致力于多种学科合作研究，在巩固教育学现有研究的基础上，充分发挥计算机科学、认知科学、工程学、心理学、图书馆情报学等学科在虚拟学习领域的研究作用，构建多学科融合的虚拟学习研究理论体系。

第二，丰富研究方法。对于当前国内虚拟学习研究大量使用理论分析和案例分析等定性方法的问题，将来应探索MI算法、大数据手段、数学建模等新技术及实证调查和实验等定量的研究方法，分析虚拟学习过程存在的问题及其对策，探析虚拟学习对预期学习结果的影响。综合运用定性方法、定量方法和新技术，提升虚拟学习研究的科学性与说服力。

第三，细化虚拟学习研究主题。虚拟学习研究应由虚拟学习社区、虚拟学习环境、虚拟现实宏观层面逐步向纵深挖掘，加强对虚拟学习内部要素和认知加工机制的研究。如关注学习过程要素与学习者认知与非认知特征因素在虚拟学习环境下的影响机制。同时，还应关注虚拟学习评估研究，重视对虚拟学习体验与教学效果的科学评价，并开发科学合理的评价体系。