虚拟现实技术在教育领域研究的Citespace可视化分析

陈丽枫

摘  要：该研究利用Citespace软件对2013—2022年CNKI中的257篇虚拟现实技术在教育技术领域的核心期刊文献进行可视化分析。研究表明：在政策、信息技术时代发展下，虚拟现实技术在教育领域的研究整体上呈现平稳上升的趋势；研究热点是增强现实、虚拟实验、教学、元分析等；研究方向是虚拟现实的应用类别、技术以及教育理论、应用的有效性研究；演进趋势朝着虚拟仿真、元分析的方向前进，未来将会打破当下所谓的“虚拟”与“现实”的壁垒，实现教育元宇宙。

关键词：虚拟现实技术  教育  Citespace  可视化分析  元分析

中图分类号：G434            文献标识码：A

Citespace Visualization Analysis of Virtual Reality Technology in the Research in the Field of Education

CHEN Lifeng

（Fujian Open University， Fuzhou， Fujian Province， 350000 China）

Abstract： This study uses Citespace software to visually analyze 257 core journal literature on virtual reality technology in the field of educational technology on Cnki from 2013 to 2022. The study shows that the research of virtual reality technology in the field of education shows a steady upward trend on the whole under the development of policies and the information technology era， research hotspots are augmented reality， virtual experiments， teaching， meta-analysis， etc， the research direction is the effectiveness research of the application category， technology， and   education theory and application of virtual reality， and that the evolution trend is moving towards the direction of virtual simulation and meta-analysis and will break the barriers between the so-called "virtual" and "real" in the future to realize the educational metaverse.

Key Words：Virtual reality technology；Education；Citespace；Visualization analysis ；Meta-analysis

虛拟现实（Virtual Reality，VR）的概念早在20世纪60年代就已萌芽，但正式概念是由美国VPL Reserach公司创始人Jaron Lanier在1989提出的。现如今，作为当代“三大前景最好的计算机技术[1]”之一，虚拟现实定义目前尚无统一的标准。总体来说，国内学者认为虚拟现实技术是指采用以计算机技术为核心的现代高科技手段，生成一种的虚拟环境，用户借助一些特殊的输入/输出设备，与虚拟世界中的物体进行自然交互，从而通过视觉、听觉和触觉等获得与真实世界相同的感受[2]。

目前，国内虚拟现实的发展已经从理论传说迈向现实产品，应用于教育在内的各个领域，也引起社会高度关注。2013年，教育部根据《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》决定开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设，旨在全面提高高校学校创新精神和实践能力，推动高等学校实验教学改革和创新[3]。2018 年，教育部等五部门印发《教师教育振兴行动计划（2018—2022年）》，明确提出“互联网+教师教育”，充分利用虚拟现实、人工智能等新技术，推进教师教育信息化教学平台建设和应用，推动以自主、合作、探究为主要特征的教学方式变革[4]。2019 年教育部实施“双万计划”认证了首批国家1 500门左右虚拟仿真实验教学一流课程[5]。科技的发展与政策的推动下，国内虚拟现实技术在教育领域的相关研究逐渐增多。在此基础上，该研究借助Citespace软件的科学知识图谱，梳理我国近10年内虚拟现实技术在教育领域的研究内容，聚焦于该研究领域的热点和未来发展趋势，为国内虚拟现实在教育领域的研究水平提供学术价值。

1  研究设计

1.1 数据来源

该研究是以CNKI（中国国家知识基础设施，即中国知网）为数据来源，先以主题词“虚拟现实技术”为进行检索，再于高级搜索中将“虚拟现实技术+教育”相关主题词设定为：教育or课程or学习or教学or学生or教师，并含“虚拟现实技术”做进一步检索，限定文献发表时间为2013—2022年（檢索日期为2022年7月25日），来源类别为SCI期刊、北大核心、CSSCI、CSCD的中文核心期刊，剔除会议、报纸、图书等无关数据，最终检索到“虚拟现实技术”相关数据1 126条，“虚拟现实技术+教育”相关文献257条。故此，该研究以这257条核心期刊论文作为样本进行可视化分析。

1.2 研究方法

该研究先对论文样本的年发文量进行分析，再用Citespace软件分析虚拟现实技术在教育领域的研究情况，包含关键词节点分析和聚类分析，探究虚拟现实技术在教育领域的研究热点和前沿发展。Citespace软件是陈超美博士开发的一款眼着于分析科学分析中蕴含的潜在知识，是在科学计量学、数据可视化背景下逐渐发展起来的一款引文可视化分析软件，对学科的演化路径和知识前沿进行分析与预测[6]。

该研究具体的研究过程为：先将257条“虚拟现实技术+教育”论文样本导入Citespace软件中的转换器进行预处理，建立项目，再使用用软件进行关键词分析和聚类分析。Citespace软件中，时间参数设置为2013年1月至2022年7月，时间切片设置为1年，节点类型设置为“Key Word”，阈值设置为topN%=50%，在此设置基础上运行生成相关的科学知识图谱：关键词共现知识图谱、关键词时间区域图谱以及聚类分析。

2  可视化分析

2.1年发文量分析

发文量的变化趋势一定程度上体现了该研究领域的规模大小以及社会的关注度情况。2013—2022年期间，“虚拟现实技术”与“虚拟现实技术+教育”相关论文的年发文量如图1所示。根据图1显示，“虚拟现实技术+教育”相关论文的年发文数明显少于“虚拟现实技术”的发文数，仅是虚拟现实技术应用领域范围的一部分。同时，“虚拟现实技术”和“虚拟现实技术+教育”相关论文的发文数均相对平稳增长，且均在2017年、2020年激增。根据调查，2016年两会发布了第十三个五年规划纲要指出要大力推行虚拟现实与互动影视等新兴前言领域创新和产业化；2019年5G技术的出现，也为虚拟现实的发展提供关键支撑。如此，在时代技术革新下，2017年、2020年虚拟现实技术均引起一波浪潮，成为社会瞩目的关注点。综上所述，虚拟现实技术与政策、时代发展同步，在其支持下虚拟现实技术研究已加大关注，在教育领域的研究也不断深入。

2.1 研究文献热点、演进及趋势

2.1.1 关键词共现分析

关键词是一篇论文的核心概括，其中高频关键词常被用来确定一个领域的研究热点。该文利用关键词作为参考指标，通过Citespace软件，得到“虚拟现实技术+教育”的高频关键词共现知识图谱（图2）。关键词共现知识图谱中，圆形节点大小表示关键词频次，频次越大，圆形越大，由此可见，“虚拟现实”是作为最核心的关键词，频数最大，除此之外，增强现实、虚拟实验、教学、元分析等词也是该文共现图谱中重要的关键词。为进一步详细了解虚拟现实技术在教育领域研究的热点，该研究从中选取频数远远大于4个的关键词为高频关键词，共16个，如表1所示。

通过分析表1和图2的高频关键词，可以总结出我国虚拟现实技术在教育领域研究的重点有3个方面：第一，虚拟现实技术为教育提供的技术支持，如增强现实、现实技术、虚拟仿真、虚拟现实、人机交互、3ds Max 、3D打印等关键词，这些虚拟现实教育教学设备、平台、技术、环境等都促进学生对课程知识的理解；第二，虚拟现实技术教育教学的典型应用主要体现在医学教育、学科教学或图书馆中，主要有教学、医学教育、教学应用、图书馆等关键词，说明虚拟现实技术为学科教学、医学教育、图书馆方面都带来了新的突破，促进教育改革；第三，虚拟现实技术在学科教育教学中提供新的教学模式、提升学习效果等。主要涉及实验教学、教学模式、学习效果等关键词，说明虚拟现实技术为打破传统教育模式提供了更好的解决方案，为学生提供生动、逼真的学习环境，更满足学生的虚拟体验，提升教学质量。

2.1.2 关键词聚类分析

对关键词进行共现分析的基础上，对关键词网络进行聚类分析，为该研究整合和归纳研究方向。该文采用K聚类分析方式对关键词进行聚类，得到“虚拟现实技术+教育”关键词聚类分析图谱，并选取了聚类中排名前9个的聚类标签，得到关键词聚类分析图（图3）。通过分析聚类间的关系，可以进一步归纳虚拟现实在教育领域三大研究方向。

（1）關于虚拟现实的应用类别的研究。主要涉及的聚类标签有 “#人体模型”“#护理教育”“#教育”。#人体模型涉及的关键词有组织工程、三维重建、医学教育等；#护理教育涉及的关键词有护理、护理教育、教学实践等；#教育涉及的关键词有实验教学、教学模式、教学方法等。众所周知，虚拟现实技术因独特的低成本、沉浸性、交互性、想象性等技术特性，广泛应用于娱乐、航空航天、机械制造、医学、服装等各个领域。在医学、护理教育中，传统的医学教学方法，不可避免得存在理论知识抽象、实践与临床脱节等问题，而虚拟现实能够模拟真实场景，提供理想的学习材料和环境，有效弥补当前医学教学中的不足，突破时间和空间上的限制，提供更好的临床诊疗条件和手段，有力地推动医学的发展[7]。学科教育教学中，虚拟现实技术极大克服传统教学时间和空间的限制，全方位、多角度地展示教学内容，突破时空界限，节省成本，规避风险，其应用形式有虚拟实验室、虚拟课堂教学、虚拟仿真校园等。

（2）关于虚拟现实的技术的研究。主要涉及的聚类标签有#虚拟现实、#增强现实、#虚拟仿真、#交互技术。#交互技术涉及到主要的关键词是现实技术。虚拟现实中无论是虚拟现实技术、增强现实技术，其本质在于它的模仿和仿真。通过现有的信息技术手段达到对现实世界中客观实物的模拟和再现，令使用者产生“身临其境”的感觉。技术的发展推动各个领域的变革，推动世界的发展。

（3）关于虚拟现实技术在教育理论、应用的有效性研究。主要涉及的聚类标签有#元分析、#具身认知。元分析是一种定量分析手段，运用一些测量和统计分析技术，总结和评价已有的研究。一些专家学者利用元分析方法量化分析虚拟现实技术对教学效果是否具有显著性的影响。具身认知涉及的关键词有具身认知、深度学习等。具身认知是将身体、环境（物理、人文、社会等）和心智三者在认知过程中形成有机的统一体。专家学者认为具身认知理论和虚拟实验的融合能提高沉浸感，提升学习效果，进而推动教育教学的发展进程[8]。

2.1.3 研究脉络及趋势分析

研究脉络不仅能体现该领域的研究趋势，也能快速识别领域内的前沿发展。对一个领域发展趋势的研究可以通过突现词和关键词时区图得到该领域的研究趋势。

该文利用Citespace中的“Brustness”设置，调整阈值参数，得到我国虚拟现实技术在教育领域的4个突现关键词，如图4所示。通过图4可以看出，2013—2022年的主要突现词有虚拟实验、具身认知、元分析、增强现实，且4个突现关键词的突现强度均远远大于1.5，为研究发展前沿关键词：（1）虚拟实验是2013年就有的突现关键词，说明虚拟实验很早就引起了专家学者的关注；（2）2016—2017年的突现词为具身认知，且强度为1.52，具身认知理论的具身转变以及虚拟现实技术的感官支持，均为虚拟现实与具身教学的融合提供了更多教学发展的可能性；（3）2019—2020年的突现词为“增强现实”，突变强度为1.59，表明增强现实对教育的影响也不断在加深；（4）2019—2022年的突变关键词是“元分析”，且突变强度为1.81，说明虚拟现实技术在教育领域的元分析研究一直是今天研究的热点，也是目前国内研究的发展趋势。

另外，通过Citespace中的Layout中选择Timezone View，得到虚拟现实技术在教育领域的关键词时序图，如图5所示。从图5中可以发现，学者就已经围绕虚拟现实技术在教育领域的研究，包括增强现实在教育中的应用。随着信息技术的发展和国家政策的导向，虚拟现实技术在教育领域的应用更范围，衍生到医学教育、服装行业等。虚拟现实也朝着“虚拟仿真”“元分析”等方向前进，在教育领域不断发展，旨在满足学生个性化体验和提升学习效果。

3  研究结论

该研究以CNKI为数据来源，主题为虚拟现实技术在教育领域的核心文献为研究样本，以Citespace作为数据分析工具。通过上述的可视化分析，得出以下的结论。

（1）目前，在政策、时代技术的发展下，虚拟现实技术的关注在不断加深，其在教育领域相关的理论和实验研究也正在蓬勃开展中。

（2）虚拟现实技术在教育领域的重要关键词是增强现实、虚拟实验、教学、元分析等；同时，虚拟现实在技术支持下，典型应用于医学教育、学科教学和图书馆中，致力于为学科教育提供新的教学模式、提高学习效果。

（3）虚拟现实技术在教育领域的聚类分析表明其研究的3个方向：关于虚拟现实的应用类别的研究；关于虚拟现实的技术的研究；关于虚拟现实技术在教育理论、应用的有效性研究。

（4）虚拟现实技术＋教育的研究趋势是朝着“虚拟仿真”“元分析”等研究方向前进，不断满足学生个性化体验和提升学习效果。

在时代发展和政策的倡导下，虚拟现实技术正飞速发展，在教育领域充分发挥其优势：可以直观向学生展示发电机的复杂结构、工作原理以及工作时各零件的运行状态；在虚拟空间建立人体模型，观察人体结构，模拟解剖过程，甚至建立虚拟手术台，模拟手术练习。

2021年，元宇宙震撼教育界研究领域。作为元宇宙核心技术之一的虚拟现实技术，终将打破“虚拟”与“现实”的壁垒，实现“抽象”与“具实”的特征，消除“线上”与“线下”的冲突，形成下一代移动互联网形态的新宇宙。这也为虚拟现实技术在教育领域的发展带来极大的机遇，强有力推动我国教育事业的发展，今后应加大对虚拟现实技术的开发，研究剖析现阶段存在的问题，让技术更支持教育教学实践，增强虚拟课堂模式的现实性和未来扩展性，从而提高教学效果。

参考文献[1] 王健美，张旭，王勇，等.美国虚拟现实技术发展现状、政策及对我国的启示[J].科技管理研究，2010，30（14）：37-40，56.

[2] 苗志宏.虚拟现实技术基础与应用[M].北京：清华大学出版社，2014.05

[3] 教育部高等教育司.关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[EB/OL].

（2013-08-13）[2022-08-16].http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201308/

t20130821_156121.html.

[4] 教育部，国家发展改革委，财政部，人力资源社会保障部，中央编办.教育部等五部门

关于印发《教师教育振兴行动计划（2018—2022年）》的通知[EB/OL].（2018-03-28）

[2022-08-16].http：//www.gov.cn/xinwen/2018-03/28/content_5278034.htm.

• 赵婀娜.教育部实施“双万计划”[EB/OL].（2019-11-04）[2022-08-16].http：//www.

gov.cn/xinwen/2019-11/04/content_5448286.htm.