混合现实（MR）能提高学习成效吗？

摘 要：关于混合现实（MR）能否切实提高学习者的学习成效，以及如何运用才能取得理想的教学效果，学界尚未达成共识。鉴于此，本研究检索并筛选了近10年国内外23项相关（准）实验研究，对其进行了系统分析。结果表明：①从综合影响看，MR对学习成效具有中等偏上的积极影响；②从学段看，MR对小学及以下的影响最大，对中学的影响最小；③从学科看，MR对医学护理类的影响最为显著；④从教学方法看，MR结合讲授法能大幅提高学习成效；⑤从教学目标看，MR对知识类和技能类教学目标的学习成效也产生了中等偏上的积极影响。

关键词：混合现实；学习成效；元分析；调节效应；（准）实验研究

中图分类号：G4 文献标志码：A 文章编号：2096-0069（2024）04-0010-06

引言

混合现实（MR）能将现实世界和数字世界动态相融，完成虚实世界的实时交互和信息的及时获取，真正让用户产生身临其境的体验感。

凭借虚实融合、自然交互和异时空对象共存的教育特性，MR在教学变革、师资培养、场馆教育、实验室创设等方面展现出独特的技术优势和无限的发展空间。但目前对MR的研究还不成熟，国内外学者关于MR是否能切实提高学习者的学习成效持有异议，这将阻碍“MR＋教学”的深度融合与普及推广。因此，在深入研究MR并将其投入实践应用前，须探明MR对学习成效的实际影响，剖析影响MR教学效果的因素，这对于促进教育事业的高质量发展具有重要意义。

一、文献综述

近年来，国内外学者对MR的研究逐渐从理论探讨走向实践应用，相继开展了一系列的实证研究，但研究结论却存在较大差异，主要包括以下两种。

（一）MR对学习成效具有显著影响

这种结论是学界的主流观点。凯西·翁（Cathy Weng）等[1]以“日食与月食”为学习内容开展研究，实验组使用融合了MR技术的书籍，对照组使用普通书籍，结果表明，融合了MR技术的教学可以提高学习者的学习效果，尤其是对空间能力差的学习者帮助较大。还有研究者以“设计汽车发动机”为学习内容，比较了MR和传统教材支持下学习者在设计方面的学习效果，研究发现，使用MR学习的学习者在几何分析和创造力上显著优于对照组[2]。江荣旺等[3]将MR应用于几何教学，结果表明，与传统教学相比，MR教学更有效地提高了学习效果，并激发了学习者的学习兴趣。

（二）MR对学习成效不具有显著影响

部分学者认为MR对学习成效不具有显著影响。吴伟（Wu Wei）等[4]设计了一个户外木结构建筑实验室，使用MR辅助学习者学习建筑知识，研究发现，是否使用MR对学习者学习效果的影响不存在显著性差异。还有研究者创建了一个MR模拟系统，用来学习“行星天文学”的相关知识，实验组的学习者使用该系统控制行星运动，对照组的学习者使用计算机鼠标和键盘进行控制，研究发现，两组学习者最终分数的差异并不显著[5]。蒋佳霖等[6]将MR应用于脊柱外科教学，实验组学习者佩戴MR眼镜模拟手术场景，对照组学习者通过PPT的案例展示进行学习，结果表明，两组学习者在知识的掌握度以及课堂的专注度上无显著性差异。

由此可见，关于MR能否切实提高学习成效这一问题，迄今为止还未形成统一观点。基于此，本研究采用元分析方法，逐一解决以下问题：①相较于传统教学，MR是否更能提高学习者的学习成效？②MR在学段、学科、教学方法、班级规模、教学目标及知识类型等6类调节变量上对学习者学习成效的影响是否存在显著性差异？

二、研究方法与过程

（一）研究方法

元分析是一种可以将多个不一致的研究结果进行整体分析与评价的统计学方法，能解决各项研究之间因样本量、实验流程、统计方法等不同而导致研究结论不一致的矛盾，通过定量与定性两种分析手段，客观地辨析各项研究之间的差异性，从而使研究结论更加真实全面。

（二）研究过程

1.文献检索

以中国知网、万方、Web of Science、Springer Link、

ERIC、Science Direct等数据库为文献来源，检索时间为2010年1月至2023年12月。中文文献的检索主题词为“混合现实”或“MR”，并含“学习成效”或“学习效果”或“学习成绩”或“教学效果”或“应用效果”或“训练”；外文文献的检索主题词为“Mixed Reality（混合现实）”或“MR”，并含“learning effect（学习成效）”或“learning effectiveness（学习效果）”或“effect of learning（学习效果）”或“learning performance（学习成绩）”或“learning gains（学习成绩）”或“teaching effect（教学效果）”或“application effect（应用效果）”或“training（训练）”。汇总检索到的文献并导入End Note软件进行初步筛选。

2.文献筛选

阅读全文，对初筛后的文献进行二次筛选，标准如下：①研究主题必须是MR对学习成效（主要指学习者的学业成绩，可以通过测验成绩、操作技能等级等方式体现）的影响；②研究方法必须是实验或准实验研究，其中，单组实验需包括前后测，双组实验需包括使用MR教学或学习的实验组，以及相应的对照组；③研究结论必须提供完整的、易于计算效应值的实验数据，主要包括样本量、平均值、标准差或者是统计检验后的t值、F值等。根据上述标准筛选后，最终纳入元分析的样本文献共计23篇（国内7篇，国外16篇）。

3.特征值编码

为了方便后期数据分析和计算效应值，对样本文献的各项特征值进行编码，包括作者、发表年份、学段、学科、教学方法、教学目标及实验结果。其中，按照学习者所处的学习阶段，将学段编码为：小学及以下、中学、大学、成人/社会教育；按照学科性质，将相近学科合并，如将工业、土木工程、制造业合并为工程制造，最终将学科编码为：工程制造类、数理科学类、医学护理类、其他类；按照教学形态，将教学方法编码为：讲授法、探究发现法、任务驱动法；学习成果反映教学目标，按照大多数国家的资格框架，将教学目标编码为：知识、技能、能力；按照研究结论，将实验结果编码为：积极影响、无显著性差异。

编码过程由两位研究人员独立完成，若出现归类不一致的情况，由两位研究人员协商，最终确立统一结果，以保证文献特征值编码的一致性和有效性。

4.数据分析

本研究将MR设为自变量，学习成效设为因变量，学段、学科、教学方法、教学目标设为调节变量，借助Review Manager 5.3软件进行数据分析。

三、研究结果与分析

（一）发表偏移与异质性检验

本研究采用定性漏斗图法检验23个样本文献的发表偏移情况，若漏斗图对称，说明发表偏移不明显；若漏斗图不对称，则说明发表偏移明显。如图1所示，绝大多数样本向中线靠拢，对称分布且集中于漏斗图的中上方，说明纳入的样本之间发表偏移不明显，可靠性强、稳健性高。

本研究采用I2值衡量样本之间的异质性程度：当I2≤50%时，认为不存在异质性或异质性可以接受，需使用固定效应模型；当I2＞50%时，认为存在异质性，需使用随机效应模型消除异质性。23个有效样本的异质性检验I2＝87%，说明样本之间存在较大的异质性，因此选用随机效应模型，以保证研究结果科学合理。

（二）整体效应检验

雅各布·科恩（Jacob Cohen）[7]认为，当效应值为0.2左右时，影响较小；当效应值为0.5左右时，影响中等；当效应值为0.8左右时，影响较大；当效应值为1.0左右时，影响最为显著。经过检验，MR对学习成效综合影响的效应值为0.81（95%置信区间为0.5～1.12），Z＝5.13（p＜0.05），达到显著水平。这表明MR教学相较于传统教学来说，对学习成效具有明显的促进作用。

（三）调节效应检验

本研究分别按照学段、学科、教学方法、教学目标4类调节变量的编码进行亚组分析，深度剖析使用MR教学影响学习者学习成效的关键要素。

1.不同学段对学习成效的影响

小学及以下、中学、大学、成人/社会教育的效应值均为正值，且都达到了统计显著水平（p＜0.05），说明MR对不同学段均具有显著的积极影响。具体来说，小学及以下（SMD＝1.21）＞大学（SMD＝0.88）＞成人/社会教育（SMD＝0.68）＞中学（SMD＝0.43）。说明MR对小学及以下的影响最为显著，对中学的影响相对较小，处于中等偏下的影响。从组间效应看，Chi2＝4.35，p＝0.230＞0.05，未达到显著水平。因此MR在不同学段之间对学习成效的影响不存在显著性差异，即MR对不同学段下学习者的学习成效都具有促进作用。

2.不同学科对学习成效的影响

医学护理类的效应值最大（SMD＝1.20），且达到了统计显著水平（p＜0.05），说明MR对医学护理类的影响最为显著，具有显著的积极影响。数理科学类的效应值次之（SMD＝0.87），且达到了统计显著水平（p＜0.05），说明MR对数理科学类具有中等偏上的积极影响。然而，工程制造类和其他类的效应值分别为0.05和0.24，且都没有达到统计显著水平（p＞0.05），说明MR对工程制造类和其他类的影响较小，不具有显著的积极影响。从组间效应看，Chi2＝14.94，p＝0.002＜0.05，达到显著水平。因此，MR在不同学科之间对学习成效的影响存在显著性差异，即MR对不同学科的作用效果并不一样。

3.不同教学方法对学习成效的影响

讲授法、探究发现法及任务驱动法的效应值均为正值，且都达到了统计显著水平（p＜0.05），说明MR对不同教学方法均具有显著的积极影响。具体来说，讲授法（SMD＝1.25）＞探究发现法（SMD＝0.70）＞任务驱动法（SMD＝0.57）。说明MR对讲授法的影响最为显著，即MR结合讲授法能大幅度提高学习者的学习成效。从组间效应看，Chi2＝2.65，p＝0.270＞0.05，未达到显著水平。因此，MR在不同教学方法之间对学习成效的影响不存在显著性差异，即MR对不同教学方法下学习者的学习成效都具有促进作用。

4.不同教学目标对学习成效的影响

知识、技能及能力的效应值均为正值，且都达到了统计显著水平（p＜0.05），说明MR对不同的教学目标均具有显著的积极影响。具体来说，知识（SMD＝

0.91）＞技能（SMD＝0.88）＞能力（SMD＝0.63）。说明MR对知识和技能的影响较大，即MR在知识和技能方面对学习成效的影响均处于中等偏上的程度。从组间效应看，Chi2＝0.53，p＝0.770＞0.05，未达到显著水平。因此，MR在不同教学目标之间对学习成效的影响不存在显著性差异，即MR对不同教学目标下学习者的学习成效都具有促进作用。

四、研究结论与讨论

本研究通过对23份中外文献的元分析，探究了混合现实（MR）对学习成效的影响，结果表明：MR对学习成效具有中等偏上的积极影响；MR对小学及以下阶段的影响最大，对中学阶段的影响最小；MR对医学护理类学科的影响最为显著；MR结合讲授法能大幅度提高学习成效；MR对知识类和技能类教学目标的学习成效会产生中等偏上的积极影响。

（一）MR对学习成效具有显著的积极影响

MR对学习成效的作用机制可能在于：MR通过营造更加真实、自然和动态的沉浸式学习环境，将抽象知识以3D虚拟的形式进行呈现，刺激学习者从“离身学习”转为“具身学习”，学习内容的“真实”反馈不仅增强了学习的趣味性，还提高了学习者的参与感，进而帮助学习者加深对知识的理解。现阶段，MR在与教育教学初步融合上的表现可圈可点，能为学习者提供“所见即所得”的感官体验，是对传统教学的有效补充。

（二）各个调节变量对学习成效的调节效应

1.不同学段

MR对小学及以下阶段的学习成效影响最大，对中学阶段的学习成效影响最小。对于小学及以下阶段的学习者而言，MR可以营造便于感知理解的学习情境和呈现直观生动的知识形象，不仅能最大限度地满足该阶段学习者的主体地位，还能激发他们的求知欲，活跃其思维，让他们在“玩中学、学中乐”的教学活动中开阔学习视野，提高认知水平。中学阶段的学习者已经具备一定的自主学习能力，对知识的探索更倾向于深层次的思辨，且升学压力使他们更加重视学习，所以不太容易受学习环境中其他因素的影响。

2.不同学科

MR对不同学科学习成效的影响存在显著性差异，其中，MR对医学护理类的影响最大。其原因主要是MR应用于虚拟医学课堂，能生动逼真地展示教学内容、激发学习者的学习兴趣，学习者通过身临其境的观察、设身处地的操作，更容易理解和记忆所学内容，真正做到学以致用。MR对工程制造类的影响最小，其原因：一是纳入样本量太少，可能造成偏差；二是工程制造类学科对程序的实际记忆比抽象知识更多，而新兴技术的使用需要更高的认知负荷，学习者起初在MR环境下无法大量记忆知识或猜测下一步做什么，反而要比传统面对面的学习花费更长的时间。因此，在工程制造类学科中，MR并不能完全替代面对面的培训，还需要专业的培训人员。

3.不同教学方法

MR结合讲授法对学习成效的影响最大，其次是探究发现法、任务驱动法。由此可见，在信息化时代，讲授法依然有着其他教学方法无可替代的优势。MR能将真实世界“搬进”课堂，师生在高度仿真的学习情境中亲身感知知识，结合教师富有经验的多维度讲解，学习者能更加全面地了解学习内容、提高知识保留度。“MR＋讲授法”做到了优势互补、扬长避短，使得课堂形象生动。另外，MR无论是结合探究发现法还是任务驱动法，都能在一定程度上提高学习者的学习成效。

4.不同教学目标

MR对知识类和技能类教学目标的学习成效也产生了中等偏上的影响。教学目标的达成度直接关系着学习者学习效果的优劣。在MR课堂中，学习者、环境和资源等要素相互影响、交融共生。根据教学目标与学习者的交互行为，MR课堂动态演化，极具体验性和互动性，虚实相生的学习环境与真实触感的操作更有利于学习者轻松掌握知识、习得技能，从而达到教学目标。能力类的教学目标可以理解为对知识和技能的创造性使用，例如对知识的举一反三、对技能迁移的应用。能力的提高并非一蹴而就，必须循序渐进，因此MR在能力类教学目标中对学习成效的作用效果相对较小。

五、研究启示与建议

元分析结果验证了MR能切实提高学习成效这一观点，但是，如何合理应用MR以追求教学效果的最优化，还需充分考虑学段、学科、教学方法、教学目标的调节作用。

（一）积极推进MR在教学中的普及化应用

MR能将平面的、静态的文字立体化、情趣化，将微观的、抽象的事物概念可视化、形象化，在教学中有着其他技术无可比拟的优势，且本研究发现MR对学习者学习成效的综合影响具有中等偏上的积极作用。但是，目前关于MR应用教学的实证研究太少，说明大众对MR依然持观望态度，这不利于实现国家提出的加快推进技术与教学的深度融合，实现从融合应用迈向创新发展的目标。因此，相关研究人员应加大研究力度，依据各阶段学习者的认知发展特点，在当前研究的基础上广泛开展实验，为一线教师的实践应用提供指导，形成产学研一体化的MR教学生态系统，集各方之力合作推进MR教学从实验研究阶段走向普及化应用阶段。鉴于MR对小学及以下阶段的影响效果非常显著，小学教师可以优先开展MR教学，结合小学生天性好动爱玩、注意力难以集中，但是思维开阔、想象力丰富的特点，借助MR开展游戏化教学，促进学习者情感、社交、认知的全面发展。鉴于MR对中学阶段的影响效果明显下降，本研究认为应多多关注和探讨MR在中学阶段应用不佳的深层次原因及解决措施。

（二）以学科特点为驱动，促进MR的深度发展

本研究发现，MR在不同学科的应用效果存在显著性差异：数理科学类和医学护理类的效果非常显著，工程制造类的效果则不尽如人意，在社会哲学类、文学艺术类学科中的应用也有待持续推广。这表明MR并不适用于所有学科，广大研究人员需要客观、冷静地审视MR的实际效果，切勿盲目追捧新兴技术。根据MR对医学生的培养具有明显优势这一结果，本研究建议大力推广医学护理类学科与MR的深度融合。医学生课业内容多、学制时间长，教师应善用MR技术构建三维仿真空间，一来缓解医学生的学习压力和紧迫感，二来帮助医学生全方位、多角度地观察人体结构，掌握手术操作要领，提高临床实践能力。对于哲学社科类学科，教师可以利用MR再现真实场景，重点关注学习者的情感交流与思维碰撞，培养其人文情怀。此外，在后续研究中，应进一步扩大学科范围，推进MR在文学艺术类学科中的应用，积极探讨其应用效果，为实现MR与多学科的融合发展提供依据。

（三）以教学设计为导向，实现MR的灵活应用

技术只是实现教育目标的辅助手段，教师应更多地关注新兴技术在应用方面的内容设计。本研究发现，MR结合讲授法对学习成效的影响最大，这不仅为讲授法扩大效用发挥空间开辟了新路径，也能提醒教师在选择教学方法时，不要一味地追求新颖，提高教学质量和效率才是关键。本研究建议在开展MR教学时，教师应熟知并掌握MR的特点与操作技巧，基于学习者的认知基础、教学目标和教学重难点，选择合适的教学方法，灵活使用MR，充分调动学习者的学习积极性。比如，在采用任务驱动法完成技能类的教学目标时，教师需要善用MR建立知识与情景之间的联系，引导学习者将所学技能应用于真实任务。这个过程可以发挥学习者的创新想象力，促使其全身心投入到MR教学活动中。此外，由于在沉浸式MR环境下难以区分学习者的学习状态，因此，教师应采用多元的考核评估方式，并在课后记录和评价学习者的学习效果，为学习者提供及时的效果反馈。

综上，本研究对国内外23项（准）实验研究进行了元分析，对“混合现实（MR）能提高学习成效吗？”这一问题作出了基本解释。本研究的结论是在广泛收集相关文献的基础上，采用严格的纳入标准，通过数据分析得出的，具有较高的可靠性，但仍存在两点不足：一是由于MR是新兴技术，教育领域与之相关的实证研究不多，导致有效样本较少；二是由于样本数量的原因，对个别调节变量未进行更细致的划分，因而对相关结论需要谨慎看待。总之，本研究剖析了MR对学习成效的综合影响以及调节变量的具体效应，未来还将持续关注MR教学的实证研究新结论，希望引入更多新视角深度探究MR影响学习成效的潜在调节变量，综合分析MR应结合何种情境、条件，才能实现学习效果的最优化。

参考文献

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[2]TANG Y M， AU K M， LAU H C W， et al. Evaluating the effectiveness of learning design with mixed reality （MR） in higher education[J]. Virtual Reality， 2020（4）：797-807.

[3]江荣旺，王豆豆.混合现实技术在几何教学中的应用研究[J].电脑知识与技术，2020，16（7）：118-119，123.

[4]WU W， SANDOVAL A， GUNJI V， et al. Comparing traditional and mixed reality-facilitated apprenticeship learning in a wood-frame construction lab[J]. Journal of Construction Engineering and Management， 2020（12）：1-13.

[5]LINDGREN R， MOSHELL J M. Supporting children’s learning with body-based metaphors in a mixed reality environment[C].// Proceedings of the 10th international conference on interaction design and children. Orlando Florida USA： University of Central Florida， 2011：177-180.

[6]蒋佳霖，孙璟川，罗溪，等.混合现实技术应用于脊柱外科教学的效果分析[J].中国医学教育技术，2020，34（2）：230-232，243.

[7]COHEN J．A power primer[J]．Psychological Bulletin，1992（1）：155-159．

（责任编辑 孙兴丽）

Can Mixed Reality （MR） Improve Learning Effectiveness？

—— A Meta-Analysis Based on 23 Experiments and Quasi-Experiments

Yang Xinyu， Huang Bin， Xiang Lei

（School of Education， China West Normal University， Nanchong， Sichuan， China 637009）

Abstract： There is no consensus on whether Mixed Reality （MR） can effectively improve learners’ learning effectiveness and how it can be utilized to achieve ideal teaching results. In view of this， this paper searches， screens and systematically analyzes 23 relevant （quasi-） experimental studies at home and abroad in the past ten years. The results show that： （1） from the perspective of comprehensive impact， MR has a moderately positive impact on learning effectiveness; （2） in terms of the phase of studying， MR has the greatest impact on elementary school and below， and the smallest impact on secondary schools; （3） seen from the academic disciplines， the impact of MR on medical and nursing classes is the most significant; （4） speaking of the teaching methods， MR combined with the didactic method can significantly improve learning effectiveness; （5） as for the teaching objectives， MR also has a moderately positive impact on the learning outcomes of knowledge and skill-based teaching objectives.

Key words： Mixed reality; Learning effectiveness; Meta-analysis; Moderating effect; （Quasi-） experimental study

收稿日期：2024-03-05

基金项目：国家社会科学基金“十四五”规划2021年度教育学青年课题“构建区域创新实践共同体：中小学创客教师创新素养提升的路径与策略”（ CCA210255）；南充市社会科学研究“十四五”规划2021年度青年项目“扩展现实（XR）技术对学生学习效果的影响研究”（NC21C204）

作者简介：杨馨宇（1997— ），女，山东济宁人，硕士研究生，研究方向为教育技术学基本理论；黄斌（1981— ），男，陕西西安人，副教授、硕士生导师，研究方向为教育技术学基本理论，系本文通信作者；向磊（1981— ），男，湖北荆门人，副教授、硕士生导师，研究方向为教育信息化。