技术应用真的能够有效提升场馆学习效果吗？

许玮 代陶陶 沈致仪 刘迎春

[摘   要] 场馆等非正式学习环境中的技术应用有着重要的教育意义，虽然很多研究已经探究了技术对场馆学习效果的影响，但是鲜有研究去系统地评估其影响大小。为了评估技术对场馆学习效果的影响以及深入探究对该影响起调节作用的各调节变量，研究分析并评价了近十年34项技术应用于场馆学习领域的实验或准实验研究。结果显示，技术应用对提升场馆学习效果具有中等以上的影响，且技术类别、学习者年龄、场馆类型和场馆参观模式等因素会显著影响技术对场馆学习效果的效用。因此，场馆应当加强各类技术的应用，通过构建虚实融合的场馆环境为学习者提供个性化学习体验。

[关键词] 技术应用; 场馆学习; 学习效果; 元分析

[中圖分类号] G434            [文献标志码] A

[作者简介] 许玮（1988—），女，浙江杭州人。讲师，博士，主要从事场馆学习理论与实践研究。E-mail：xuw@zjut.edu.cn。代陶陶为通讯作者，E-mail：1580834174@qq.com。

一、引   言

信息社会知识更新迅速，学校正式学习已满足不了学习者对知识的渴求，场馆等非正式学习环境面向全体社会公民开放，成为承担传承历史文化与普及科学知识的主要教育阵地。场馆环境包含各种与科学、历史、艺术等教育有关的公共文化机构，如自然博物馆、科技馆、天文馆等，场馆学习是基于真实问题、强调探究过程，能够产出多元学习结果的一种教育形式[1]。《全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016—2020年）》提出，将“充分发挥现代信息技术在科技教育和科普活动方面的积极作用，促进学校科技教育和校外科普活动有效衔接”列为“实施青少年科学素质行动”的重点任务之一[2]。2020年，教育部、国家文物局联合印发的《关于利用博物馆资源开展中小学教育教学的意见》中指出，“以先进的现代化信息技术为辅助手段，满足参观者智慧化、个性化的参观需求”[3]。探索新兴技术在场馆教育中的有效应用成为当前亟待解决的重点课题。

目前，国内场馆教育的相关研究集中在家庭群体研究[4]、馆校合作研究[5]、学习效果影响因素[6]以及学习项目评价体系构建[7]等理论研究方面，而国际场馆教育领域，研究者则将带有探究式导览程序和情境游戏等的移动设备应用到场馆中，发现辅助参观设备可以显著提高场馆学习者的学习成绩、学习态度、文化认同和情境兴趣等[8-10]。也有研究证实，头戴式增强现实设备和平板增强现实设备对提升大学生场馆学习体验、知识学习与认知负荷等方面都有显著效果[11-13]。因此，国内急需通过探索技术应用于场馆教育的实际效果来指导场馆智慧教育的理论发展与实践应用[14-15]。

本研究通过系统地分析外文文献中技术使用对场馆学习效果影响的现有研究结果，使用元分析方法探究技术应用是否会影响场馆学习效果。此外，本研究探索了调节变量，包括场馆学习者年龄（K-12学生、大学生、成年人、其他）、技术类别（资源建设、辅助参观和人与展品互动）、场馆类别（科学技术、历史文化）和场馆参观模式（团体或个人），检验技术应用是否会因为调节变量而在场馆学习效果的影响上有所不同。

二、研究设计

为了探究新兴技术在场馆学习效果方面的有效性，本研究采用元分析的方法分析了技术应用于场馆学习的实证研究的结果，以探索其对场馆学习效果的影响，并考察调节变量的影响。

（一）文献搜索与筛选

作为一种系统的循证方法，元分析有着明确、透明的检索策略与标准[16]。2021年2月，出于代表性和可靠性的考虑，研究团队使用布尔运算符“and”或“or”，以“Museum”“Science Center”“Learning”“Education”为主题词，对Web of Science核心合集中的SCI-EXPANDED文章和SSCI文章进行了组合检索，并且圈定时间跨度为2011年至2021年，检索出778篇文章。剔除会议摘要与新闻综述等类型文献后获得736篇文章。按照表1中的筛选标准阅读标题与摘要，剔除与主题无关文章586篇，获得150篇场馆技术应用类文章，接着通过概览全文最终获得34篇符合标准的文献。

由于本研究选择较高质量的文献数据库，且文献纳入标准清晰明确，参考Valentine和Cooper评估文献质量的方法[17]，可以认为本研究纳入分析的文献质量符合元分析的要求。

（二）文献编码

本研究旨在探究技术应用对场馆学习效果的影响，并探索会对这个影响起调节作用的其他变量，因此，本研究的研究对象是场馆中的技术，因变量为学习效果，此外，本研究将场馆类别、学习者年龄和参观模式作为调节变量，编码表见表2。

1. 自变量

场馆中的技术应用指运用到场馆中改进场馆教学、学习或支持学习者进行创造性探究的工具和资源。美国新媒体联盟（New Media Consortium，NMC）自2004年开始，组织各行各业的专家学者（包括教育学者、技术专家等）专注于高等教育和基础教育领域的技术应用与发展趋势，每年定期发布上述领域的《地平线报告》（Horizon Report），呈现新兴信息技术在相应教育领域的应用趋势。自2010年开始，NMC新增《地平线报告》的博物馆版本（Museum Edition），从全民教育的视角系统分析并预测未来五年内对博物馆教育产生重要影响的新兴技术，通过分享新兴技术及其在博物馆的应用案例，预测未来短期（一年内或更短）、中长期（两到三年内）、长期（四到五年内）已有技术的应用趋势和新兴技术的应用可能性，以此来鼓励世界范围内的博物馆机构积极探索新兴技术发挥其社会教育功能的应用形式，为更多的社会公民（包括残障人士及老年人群）提供优质的参观学习体验。本文参考已有研究对《NMC博物馆地平线报告》中的技术分类标准[18]，根据文献筛选及阅读的结果，将应用在场馆中的技术归为三类：资源建设类技术、辅助参观类技术、人与展品互动类技术。

三个类别的技术从展品和交互两个方面为场馆学习提供助力。资源建设类技术涉及场馆各种数字化展品的设计、开发与保存，包括语义网、电子出版、数字资源保护等技术;辅助参观类技术指使用信息技术为场馆学习参观者提供智能化导览或展品资源扩展，包括互联网、位基服务和物联网等;人与展品互动类技术促进场馆中人与展品的互动，为参观者提供愉悦的、沉浸式的参观体验，包括增强现实技术、自然用户界面、虚拟现实等。

2. 因变量

作为一种典型的非正式学习方式，场馆学习的独特性不仅体现在学习过程中的情境性、体验性和自主性特征，更表现在场馆学习效果的多元性上，如国家认同感、情感联系等[19-20]。本研究将从认知层面与非认知层面解释场馆学习的多元学习效果。认知层面主要考察技术应用对学习者知识概念与动作技能方面的影响;在非认知层面，场馆学习包含更丰富的学习结果，如情境兴趣、学习认同以及自我效能感等。

3. 调节变量

Falk等人于1992年提出场馆学习的互动体验模型，将场馆学习的影响因素划分为个人、社会和物理三大因素，并于2000年和2005年在互动体验模型的基础上补充与发展了影响场馆学习的12个因素，形成场馆情境学习模型（Contextual Model of Learning）[6]。本研究基于场馆情境学习模型，综合分析样本文献的研究，选取场馆情境学习模型中个人情境中的学习者年龄阶段、社会情境中的参观模式和物理情境中的场馆类别作为技术影响场馆学习效果的调节变量。

作为一个自由、开放的学习场所，场馆中学习人员的构成相对复杂。为了检验场馆技术对不同学习者学习结果的影响，本研究结合样本特征将每个样本中的实验对象归为K-12学生、成年人、大学生和其他学习者，其中，其他学习者指到访的年龄跨度较大的随机参观者，如Sommerauer在实验中随机选择了年龄跨度为14～79岁的到访者[21]。场馆学习者的复杂性不仅表现在学习者种类的多样，也表现在学习者参观模式上，包括独自参观和结伴参观，故本研究将参观模式归为个人参观和团体参观两类。此外，本研究将场馆分为科学技术型场馆与历史文化型场馆，科学技术型场馆包括医学、天文、自然科学等各类场馆，历史文化型场馆包括历史文化、军事文化和艺术等主题场馆。具体编码表见表2。

（三）元分析框架

根据文献编码结果，参考Jang和顾小清的元分析框架，绘制了本研究的元分析框架，如图1所示。研究自变量为资源建设、辅助参觀和人与展品互动三类技术;调节变量为场馆类别、学习者年龄和参观模式;学习效果为研究的因变量，包含认知层面和非认知层面的学习效果。

三、数据分析

本研究采用Comprehensive Meta Analysis V3（CMA 3.0）采集和分析数据，纳入CMA 3.0的原始数据包括样本数量、平均值、标准差、t值等。本研究采用平均标准差d（Std diff in means）作为效应量来分析技术对场馆学习效果的影响。

（一）发表偏倚分析

发表偏倚是指有统计学显著意义的结果比统计学意义不显著或者无效结果更容易发表[16]。本研究采用漏斗图、失安全系数两种方法对发表偏倚进行检验。如图2的漏斗图所示，研究样本的效应值较为均匀地分布在平均效应值的两侧，我们初步认为发表偏倚低。根据罗森塔尔的观点，如果失安全数N远大于5k+10的容许水平（其中k指元分析中报告的效应大小总数），则发表偏倚不会影响元分析的结果[24]。本研究中失安全系数为3878，远大于395（5×77+10），说明未发表研究的效应值对该研究已纳入的效应值影响不大。综合上述分析，本研究出现发表偏差的可能性较小，元分析结果稳定。

（二）异质性检验

本研究采用Q统计量和I2统计量进行异质性检验，Q值为884.542（p<0.001），I2值为91.408%，说明有91%的异质性源自效应值的真实差异，只有9%是由误差造成的。产生这种差异的原因可能是国家差异、研究被试的年龄差异、研究场馆类别差异等。结果表明样本之间存在异质性，因此，本研究采用随机效应模型（Random Effects）来分析技术对场馆学习效果的影响。

（三）数据分析与结果

1. 技术对场馆学习效果的影响

本研究采用随机模型显示数据结果，共包含34个研究样本，77个效应量，最后计算得出的合并效应值d=0.785，合并效应值为正数，且具有统计学显著意义（p<0.001），说明有正向的影响，见表3。根据Cohen的效应值统计理论，当效应值d=0.2时，被认为影响较小;d=0.5时，被认为有中等影响;d=0.8时，被认为影响较大[25]。本研究合并效应值0.785>0.5，表明技术的使用对场馆学习效果有中等偏上的正面影响，将技术应用到场馆学习中能够显著提高学习者的学习效果。

技术对场馆学习效果的影响表现在认知层面和非认知层面。Q统计显示，技术对认知层面和非认知层面的学习效果影响存在显著差异（Q=9.333，p=0.002< 0.05）。技术对学习者认知层面（d=1.029，p<0.001）和非认知层面（d=0.541，p<0.001）的学习效果均有显著的促进作用。值得注意的是，在认知层面，效应值d>0.8，说明场馆学习中技术的使用能够在很大程度上影响学习者对知识概念、动作技能的掌握。

2. 不同种类的技术对场馆学习效果的影响

根据样本特征，本研究选择资源建设、辅助参观和人与展品互动三个技术类别进行数据整理与分析，元分析结果见表3。Q统计显示，不同种类技术对场馆学习效果的调节作用存在显著差异（Q=7.030，p=0.030<0.05）。三类技术对场馆学习效果的影响都达到了统计学显著意义，资源建设类技术（d=2.967，p=0.001）对学习效果有非常大的促进作用，其次是辅助参观类技术（d=0.870，p<0.001）和人与展品互动类技术（d= 0.685，p<0.001）。

3. 不同类别场馆中技术对学习效果的影响

本研究将场馆分为科学技术型场馆与历史文化型场馆，两类场馆在本研究样本的数量分布相对均衡，表3结果显示，技术应用于科学技术型场馆和历史文化型场馆均对场馆学习者的学习效果产生显著的促进作用，且不同场馆对场馆学习效果的调节作用存在显著差异（Q=13.811，p<0.001）。但是，新兴技术对科学技术型场馆（d=1.098>0.8，p<0.001）的学习效果有非常大的影响，对历史文化型场馆（d=0.536>0.5，p<0.001）的学习效果有着中等偏上的正面影响。

4. 技术对不同学习者场馆学习效果的影响

Q统计结果显示，学习者的年龄阶段对场馆学习效果的调节作用存在显著差异（Q=11.669，p=0.009<0.05），見表3。技术对K-12学生（d=1.106>0.8，p<0.001）的场馆学习效果有很大的影响，对大学生（d=0.704>0.5，p<0.001）和成年人（d=0.713，p<0.001）的学习效果有着较高的影响。但是场馆技术对其他学习者（p=0.272>0.05）的学习效果的促进作用并不显著，这可能与其他学习者群体的学习特征不明显有关。

5. 技术对不同参观模式学习者学习效果的影响

场馆技术对个人学习者和团体学习者的学习效果均有显著的促进作用，且学习者的参观模式对场馆学习效果的调节作用存在显著差异（Q=6.541，p=0.011<0.05），见表3。个人学习者（d=0.823>0.8，p<0.001）有着比团体学习者（d=522>0.5，p<0.001）更好的学习效果，这可能与个人在学习过程中比团体有着更大的自主性有关，他们可以按照自己的喜好去选择参观路线和展品，不用去迁就同行者的喜好或者不用像团体那样将一部分精力放在团体内与学习无关的交流上。

四、讨   论

本研究采用元分析方法搜索并系统分析了34篇技术应用对场馆学习效果的实证文献，探索了技术应用对场馆学习效果的影响。结果显示，技术应用对场馆学习效果起到了很好的促进作用;技术应用对非认知层面和认知层面的学习效果均有显著的促进作用;技术类别、场馆类别、学习者年龄和参观模式对场馆学习效果的调节作用均呈现显著性差异。资源建设类、辅助参观类和人与展品互动类技术均能很好地促进场馆学习效果;技术对科学技术型场馆学习促进作用高于历史文化型场馆的促进作用;技术对不同年龄阶段和不同参观模式的学习者有着不同的促进作用，对K-12学生、大学生和成年人的学习促进作用比对其他学习者显著，对个人学习者的学习促进作用高于团体学习者。具体讨论如下：

第一，场馆学习效果具备多元化特征，技术应用能够促进场馆学习的这种多元化学习效果，具体体现在以知识能力获得为主的认知层面和以情感态度提升为主的非认知层面。部分研究证明，技术应用在学习成绩和认知负荷等认知层面有显著的促进效果，如Sun等具体探究了场馆学习中记忆、理解、分析三个维度的学习成绩和内在、外在、相关三个维度的认知负荷，发现场馆学习中的技术应用有助于降低学习者的内在认知负荷和外在认知负荷，同时增加他们的相关认知负荷，提高他们的记忆能力[11]。还有部分研究发现，技术应用在场馆学习效果的认知层面和非认知层面均有显著的促进效果，如Chu等发现技术使用能显著提高学生的学习成绩和学习动机，同时也能减轻学生的认知负荷等[26]。

第二，资源建设、辅助参观、人与展品互动三类技术都能够有效提升场馆学习效果，其中，资源建设类技术对场馆学习效果的提升明显高于辅助参观类和人与展品互动类技术。例如，Castro探究了虚拟3D模型对学习效果的影响，发现使用3D模型组与使用其他教学资源的小组表现出同等水平的学习动机，但是只有3D模型组能够显著提高学习者的学习成绩（d=13.865，p<0.001）[13]。PRICE等人则制作了一个关于银河系形状的3D立体短视频，发现无论是2D还是3D短视频，都能够提高学习者短期内的学习成绩，但是，只有3D短视频学习者表现出长期的学习收益[27]。除了3D教学模型与视频之外，数字化虚拟场馆资源建设也能有效提升学习效果，如Chen和Lin发现数字图书馆支持的电子学习能够产生更加优异的学习成绩（d=1.794，p<0.001），并指出数字图书馆信息架构中的组织系统对学习绩效至关重要[28]。

第三，在科学技术和历史文化两类场馆中，技术应用对科学技术型场馆学习的促进作用比历史文化型场馆高出很多。科学技术型场馆包括科技馆、科学中心、自然历史博物馆等，技术应用能够增强学习者与展品的互动、延长停留时间，从而促进学习者的学习体验与学习效果。如Chen在中国科学技术博物馆中进行了实验研究，发现移动标签辅助系统可以有效地引导参观者与展品互动，进行深思熟虑的学习，延长参观停留时间[29]。Nelson在亚利桑那科学中心和亚利桑那自然历史博物馆开展了关于一款游戏问答程序促进科学学习的研究，发现使用游戏机制程序的用户平均问的问题是使用普通提问模式用户的两倍，学习者的参与度得到了很大的提高[30]。历史文化型场馆包括历史文化、军事文化、艺术类博物馆，技术应用能够增强学习者与文物之间的情感联系，从而促进学习者的学习体验[20]。

第四，技术应用对K-12学生、大学生和成年人的场馆学习效果有显著的影响，但是对其他学习者的影响效果不显著。在技术促进场馆学习效果的实证研究中，一些研究人员随机选择场馆学习者（包括儿童、青少年、大学生、成年人等）作为教育实验的被试，实验分析中也没有对年龄进行分类分析，便形成了本研究中的其他学习者，如Schwan、Noreikis、Hui Ng等[31-33]。这类研究中的学习者年龄分布广、学习特征不明显，因此，元分析结果显示，技术对他们学习效果的影响并不显著。但也有部分研究人员会根据年龄对这些复杂的参观者进行分类分析，如Cheng将所有参与实验的学习者按照年龄分为成人（18岁以上）、青少年（13～17岁）和儿童（6～12岁）三组，分别探究三组学习者参观前后学习成绩的变化[34]。

第五，自然参观条件下，多数参观者会以团体形式（家庭团体、学校团体等）进入场馆参观，且他们中的60%为家庭团体[35]。本研究的34篇文献中，有6篇将团体参观者作为研究对象。如Melero认为，场馆学习活动中协作学习起着重要的作用，所以将参观者分为四人组与五人组，发现四人组会表现出更高的参与度[36];Yoon则将参与实验的学生分为6～9人组与三人组来探究科学博物馆中使用增强现实和知识构建支架是否会改进学生的学习[37];Horn在探究多点触摸桌面显示器对学习者学习效果的影响时，安排了成对的年轻人与桌面互动，并使用线性混合模型来分析两人的口头参与和与展品的身体互动[38];Hui Ng则将家庭团体参观者分为2～5人的实验组与2～10人的对照组进行实验，发现家庭团体使用移动导览游戏可以显著促进他们的学习体验，提高其学习成绩[33]。虽然元分析结果显示，技术使用对团体参观者学习效果的影响相比于个人参观者较小，但也处于一个中等的影响水平，且团体参观者在场馆参观者中占比很高，因而团体学习者的场馆学习研究十分有意义。

除了场馆技术类别、场馆类别、学习者年龄和参观模式等调节变量之外，一些研究者也开始探索技术影响场馆学习效果的其他调节变量。例如，Gutierrez在探索交互式博物馆展览中动态虚拟人物对用户感知的影响时关注了不同性别学习者的学习结果，发现女性用户能够更好地掌握知识[39];Chen探究了不同学习风格的学习者在技术应用的场馆中的学习效果，发现积极活跃型学习者在注意力、信心和满意度上得分较高，反思型学习者比积极活跃型学习者在相关性得分上更高，并提议场馆为学习者提供定制和个性化学习实践的机会[40]。

五、启示与建议

本研究使用元分析方法对近十年的34篇场馆技术应用英文文献进行梳理和分析，总结了技术对场馆学习的影响效果。元分析的合并效应值为0.785，这说明技术的使用的确能够有效促進场馆学习。但是，场馆信息技术建设的方方面面依旧有非常大的发展空间，对此本研究提出以下几点建议：

（一）加快推进场馆技术应用，全面落实立德树人根本任务

2017年，国务院发布《国家教育事业发展“十三五”规划》，对全面落实立德树人根本任务提出了思想道德水平、创新创业精神与能力、动手实践能力、文化素养和生态文明素养等方面的具体要求[41]。“素质教育进课堂”和“课程思政”背景下，中小学教育和高等学校教育开始重视学生情感态度和价值观的培养，电子书包与多媒体教学资源等的使用也确实进一步提高了学校素质教育的效果[22]，但是，学校教育依旧向知识技能教育倾斜，其所能达到的非认知层面教育有限。根据本研究结果，场馆学习作为非正式学习主要阵地，在技术的支持下，能够兼顾中小学生、高校学生甚至全民的知识能力获得与情感态度提升，是全面落实立德树人根本任务的重要教育阵地。场馆教育工作人员和场馆学习研究人员应当继续推进场馆教育中的技术开发设计，探索场馆教育中技术的应用策略，合理设计技术支持的场馆学习活动，将引进的技术有效地用于提升场馆学习效果中，发挥面向全民开展历史文化传承与科学知识普及的重要作用。

（二）聚焦场馆数字化资源建设，构建虚实融合的场馆学习环境

教育部、国家文物局在2020年发布的《关于利用博物馆资源开展中小学教育教学的意见》中明确指出，推动博物馆教育资源开发应用，加强教育资源建设，扩大博物馆教育资源的覆盖面[3]。当前场馆多应用标本、文字材料等实物作为主要展品，尚未形成面对大众的多媒体数字展品资源。单一形式的实物展品更新换代慢，能反映的教学信息有限，难以激发参观者的兴趣，无法给学习者带来沉浸式的学习体验，而 3D虚拟展品、虚拟场馆等数字化资源具有辐射面广、使用周期长、对学习者自带设备的要求比较低等优势。多元化场馆资源丰富场馆学习情境，打破学习者学习时间与空间的限制，为场馆学习注入新的生命力。此外，考虑到技术的使用效果与收益，可以加大推进辐射面积广、入门门槛低的资源建设类技术，适当降低辅助参观类技术对学习者自带设备的要求，如用微信小程序替代移动App、场馆提供无线网络等，增加人与展品互动技术的辐射面，如增加设备、针对较难理解的展品信息，应用人与展品互动技术，提高技术使用的效率。

（三）推动场馆技术应用专业化，根据学习需求使用技术，增强场馆学习效果

信息技术日益发展，场馆技术种类繁多，究竟哪些技术应用于哪些场馆会取得学习效果上的“高收益”，这也是困扰场馆教育从业人员的一大问题。场馆作为一种可以提供科学技术、历史文化等方面教育资源的公共机构，发生在不同场馆里的学习呈现着非常显著的情境特征，情境不同，其所需要的技术也必将有所区别。因此，解决此问题可以从不同类别的场馆着手：科学技术型场馆为学习者提供了接触科学知识的场所，动手操作可以帮助学习者理解消化这些知识。因此，科学类场所使用增强现实、虚拟现实等人与展品互动类技术将会带来沉浸式的学习体验，提高学习者学习成绩与学习兴趣;历史文化型场馆向学习者传达的是历史、文化和美学类的知识与感受，多媒体技术与虚拟现实等资源建设类技术可以给学习者带来丰富的视听觉盛宴，加强学习者与展品之间的情感联系。此外，由于“其他”类别的学习者年龄跨度大、学习特征不明显等原因，导致此类学习者学习效果并不显著，因此，可根据不同学段和不同参观模式学习者的学习需求提供个性化场馆服务。

六、总结与展望

本研究采用社会科学比较认可的元分析方法，系统分析了近十年34篇高质量外文文献，客观评价了技术应用对场馆学习的影响效果，对“技术应用真的能够提升场馆学习的效果吗”这一问题做出了回应，并探究了各调节变量在这一影响中的作用。同时，研究结论也为场馆教育工作者提供了“如何能够巩固和加强这种促进作用”这一问题的解决思路。本研究依旧存在以下不足之处：纳入元分析的样本量不够大、分析的调节变量不够丰富等，需要参考未来更多的场馆技术应用实证研究，不断改进与完善。

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