我国虚拟现实技术教育应用研究综述——基于知识图谱的可视化分析

盘东霞 付梦晗 甘佳艳 农余彪

（南宁师范大学，广西 南宁 530100）

一、引言

在数字化时代背景下，以虚拟现实技术为核心的新兴技术不断发展，不仅给人类提供了便利，而且也对教育的变革产生了巨大的影响。虚拟现实技术（Virtual Reality Technology，简称VR）是在20世纪60年代被发现于Sensorama模拟装置中，1989年正式被美国Jaron Lanier提出的[1]，它是运用计算机技术模拟生成虚拟三维空间，通过逼真的虚拟仿真场景为用户提供视觉、听觉、触觉等感官虚拟，借助穿戴设备使人产生身临其境的感受和体验[2]。VR由于具有沉浸式、构想性、交互性等特点，在教育教学中的应用更为广泛[3]。特别是在5G低能耗、高数据速率、高系统容量背景下[4]，越来越多的地区将虚拟现实技术应用到教育中。基于此，本研究将利用CiteSpace软件，通过绘制知识图谱对我国虚拟现实技术从2011年到2021年应用到教育领域的文献进行分析，以此得出该领域的研究现状、研究热点及研究趋势，以便为后续研究者提供参考。

二、研究设计

（一）数据来源

本研究所需要的数据是来自中国知网（CNKI）数据库，具体做法如下：选择高级检索，使用期刊数据库，勾选中“社会科学II辑”和“CSSCI”,检索关键词为“VR”或者“虚拟现实技术”或者“Virtual Reality”或者“AR”或者“增强现实技术”或者“Augmented Reality”，分别在其“并含”中输入“教育教学”“educational research”，检索条件为精确，时间范围从2011年到2021年（检索日期为2021年3月20日），一共检索到69篇文献，把会议、访谈、重复文献等进行手动删除，最终得到的有效数据为63篇，然后以Refworks文献导出格式进行导出，并保存到相应的文件夹中，以便进行后续数据的处理与分析。

（二）研究方法

本研究利用知识图谱法对文献进行可视化分析。知识图谱法所运用的基本原理是共词分析和引文分析，基本方法是社会网络分析方法、复杂网络分析方法和信息化可视化方法[5]。目前，有很多工具可以绘制知识图谱，本文将使用陈超美博士开发的可视化分析软件CiteSpace分析虚拟现实技术教育研究领域的情况，以便研究者能够快速梳理该领域的研究热点和研究前沿，掌握我国虚拟现实技术在教育中的应用情况。具体做法为：首先对该领域的总体现状进行分析：用Excel表格统计2011年到2021年63篇文献发文量的情况；同时通过作者共现知识网络图谱找出发文量较大的高产量作者和中介中心性较高的核心作者，得出该研究领域有较大影响力的研究学者。其次是挖掘虚拟现实技术领域的热点：通过关键词共现知识图谱和关键词聚类表找出其研究热点。最后是预测研究前沿发展方向：通过关键词共现图和关键词时区图发现其研究趋势。

三、研究结果分析

（一）文献发文量分析

本研究通过使用Excel对检索到的CSSCI期刊数据文献进行整理，统计其在2011年到2021年的发文量情况，如图1所示。通过该图可知，可以明显发现我国虚拟现实技术教育应用研究领域的发文趋势：近十年的发文量整体呈现上升趋势。在2011年到2016年都是缓慢增长，于2017年达到一个峰值，期间发表了12篇文献，这是研究热度的一个转折点。之后从2018年到2021年发表的数量有所下降，这说明对我国虚拟现实技术教育应用研究的热度有所下降。

图1 2011—2021年虚拟现实技术教育应用研究文献时间分布

（二）研究作者分析

利用CiteSpace软件对研究虚拟现实技术教育应用领域的作者进行分析，首先将处理好的数据导入到软件中，在时间片TimeSlicing将时间设置为2011年到2021年，切割跨度为1，聚类点类型Node types选择作者Author，剪切连线为寻径pathfinder，然后运行CiteSapce，得出其节点数为150、连线数为179条、网络密度为0.016的作者共现知识图谱和核心作者表，见图2和表1。在图2中节点越大，说明该作者发文次数就越多；线条越粗，说明研究作者之间的合作越紧密。从图中可以直观地看出魏小东、李颖、金义富、华子荀、王萍、程志六人的节点数是最大的，说明他们发文次数较多。另外，图2中由于研究作者之间有一定的合作，在图谱中形成了几个作者的子网络结构，比较显著的是以魏小东、华子荀、金义富、周金钰、赵一鸣为核心形成的网络结构，这说明他们之间有一定的学术研究合作关系，而且还是比较紧密的。但是从整体来看，整个图谱的网络较为零散，单独节点较多，表明大多作者是进行独立研究，合作交流不够，在未来研究中可以多加强学术交流。

图2 研究作者共现知识图谱

另外，在表1中，也可以清楚地看出研究虚拟现实技术教育应用领域的核心作者及其发文量。表中的频度是指作者的发文次数，其频度越大，说明该研究者的发文量越多。由该表可知，魏小东、李颖、金义富、华子荀、王萍、程志六人的频度是最高的，说明他们是该领域的高产量作者，发文量较高。

表1 研究虚拟现实技术教育领域的核心作者

（三）研究机构分析

需要了解核心机构研究虚拟现实技术教育应用的情况，将节点类型设置为机构Institution，运行CiteSpace软件，得出研究机构共现知识图谱，见图3。在此基础上，从Export中选择“Run Batch Mode”，可以获得机构被引频次表，如表2所示。从图3和表2发现，陕西师范大学教育学院被引次数是最高的，其次是上海大学计算中心、北京理工大学、湛江师范学院、杭州师范大学等，说明这几所大学发文量较多，在虚拟现实技术方面的科研力量是比较强的。但是也可以看出这几所研究机构之间联系不强，缺少合作。

表2 虚拟现实技术教育应用研究机构被引频次

图3 研究机构共现知识图谱

（四）研究热点分析

研究热点是在某个时间段内，对某一个领域最新的内容进行研究。对研究热点的分析，能够很好地了解和掌握该研究领域的重点和发展趋势，同时对于深入了解这一领域的研究内容具有重要作用[6]。而作者通常用出现频次高的关键词作为某个领域研究的热点，它是作者对文章核心内容的高度提炼与概括，体现着文章的研究价值与方向[7]。

在CiteSpce软件中通过高频关键词体现其研究热点。将CiteSpace的节点类型设置为关键词Keyword，其他参数与作者参数相同，然后运行，得出关键词词频分析表和关键词共现知识图谱，见表3和图4。从表3中可知，高频关键词主要有“虚拟现实技术”“增强现实”“增强现实技术”“教育应用”“移动学习”“元分析”“教育技术”“创新创业教育”“教育游戏”等。其中，“虚拟现实技术”出现的频度达到26次，“增强现实”为24次。而“虚拟现实技术”“增强现实”“创新创业教育”“增强现实技术”“教育技术”“学习效果”“教育应用”“移动学习”“教育游戏”等关键词的中介中心性较高，这与高频关键词是一致的，只是顺序不一样。表明这些关键词是我国虚拟现实技术教育应用研究领域的热点。在节点数为165、连线380、网络密度为0.0281的关键词共现知识图谱中，也可以看出虚拟现实技术教育应用的研究热点。一个节点代表一个关键词，关键词字体越大，说明该关键词出现的次数越多，而且图中通过共现次数表示它们之间的联系。

表3 虚拟现实技术研究领域核心关键词

图4 关键词共现知识图谱

通过分析主要高频关键词，可以总结为三个方面的内容。第一，虚拟现实技术教育教学设备、平台、环境以及涉及的技术都为教育领域的发展提供了支持帮助，为学习者提供了可视化的模型，比如涉及关键词有“Unity3d”“3dmax”“vr”“虚拟实验”等，这些环境、辅助工具能促进学生对教学内容的理解。第二，虚拟现实技术教育教学应用主要在教育游戏、移动学习等方面，主要涉及的关键词有“教育游戏”“虚拟实验”“教学模式”“实验教学”等，这些新兴技术的发展为教学方式带来了新发展，打破了传统的教学模式。第三，虚拟现实技术为学习者提供了新的学习环境、学习模式。通过构建沉浸式虚拟现实环境，为学习者提供视觉、听觉、触觉的互动学习方式。另外，基于虚拟现实技术的特点，能够解决教学资源缺乏、教学场地不足、难以实现危险性实训操作等问题。

（五）研究趋势

对于某一个研究领域发展趋势的探讨，可以通过其突现词得到该领域的研究趋势。突现词是在一定的时间内被引频次突然增加的关键词，它在一定程度上体现了该领域的研究趋势，也说明了它得到的关注程度如何。所以，可以通过设置CiteSpace软件“Brustness”中的参数来对我国智慧教育研究趋势进行分析，然后运行CiteSpace得出关键词突现图，如图5所示。

图5 关键词突现图

通过图5可以发现在2011年到2021年的主要突现词：2012年到2014年的突现词为“移动学习”；2014到2015年的突现词为“教育游戏”；2019年到2021年的突现词为“元分析”。在这些突现词中，“元分析”一直是今天研究的热点，也是目前我国智慧教育研究的发展趋势。

另外，通过在CiteSpace软件layout中选择Timezone View可以得出节点数165、连线数为380、密度为0.0281的关键词时序图，也叫关键词时区图，如图6所示。关键词时序图是反映某一研究主题随着时间变化的主要研究内容，也体现了该研究领域在某一段时间内的发展趋势。

图6 关键词时区图

在图6中可以发现，从2011年到2021年我国虚拟现实技术教育应用领域的发展趋势是：在虚拟现实技术、增强现实技术这些关键词基础之上，朝着“3dmax”、“Unity3d”、“元分析”、“学习效果”、“系统分析”和“虚拟实验”的方向前进。随着信息技术的发展和5G网络的覆盖，虚拟现实技术在教育教学领域中的应用将会更加广泛，也会大大改善学习者的体验，实现个性化和情境化教育。

四、研究总结

通过分析我国虚拟现实技术教育应用研究，可以得出以下结论：

首先，从目前关于虚拟现实技术研究发表的文献来看，整体呈现上升发展趋势。前期的研究相对较少，而且缓慢，但是在2016年以后，发文量有一个快速上升。2016年到2017年间是我国虚拟现实技术元年，虚拟现实技术教育应用成为我国教育发展的方向，具有良好的发展前景。

其次，从虚拟现实技术教育应用研究的核心作者和机构来看，虚拟现实技术经过近十年的发展，已经形成了一批以李颖、金义富等为中心的研究学者，他们对该领域研究做出了一定的贡献，但是他们之间的合作不够。而且研究的机构主要在综合性大学，机构间的合作也较少。这也启示我们要加强虚拟现实技术的教育应用研究，重视多学科的合作，实现教育教学的创新。

最后，从虚拟现实技术教育应用的研究热点和研究趋势来看，我国虚拟现实技术教育应用研究主要分为以下四个方面的内容：第一，虚拟现实技术相关设备软件的设计、开发和运用研究；第二，虚拟现实教学实验平台的搭建、实践研究；第三，虚拟现实技术在教育应用中的教学模式研究；第四，虚拟现实技术为学习者创造新的学习环境、学习模式、学习情境研究。但是对于虚拟现实教育应用还是存在一些挑战：首先，虚拟现实技术教育应用缺乏对教学内容的研究，VR课程的制作与设计是有一定难点的，也缺乏丰富的教学设计和教学模式，这些都是需要研究的方向，需要选择更优化的教学模式，呈现更有效的学习效果；其次，其硬件配置要求高，缺少成熟的产品，所以需要提高硬件配置，提供更好的沉浸式体验。

综上所述，虚拟现实技术未来在教育领域的应用必定会越来越广泛，前景也会越来越广阔。在5G网络技术背景下，虚拟现实技术作为新兴技术手段，未来必将会在学校被广泛应用，改变传统的教学模式，提供新的教学手段，为学习者创造更先进的智慧学习环境，转变新的学习模式，提高学习效果。