Pedagogical adoption of SVVR in formal education: Design-based research on the development of teacher-facilitated tactics for supporting immersive and interactive virtual inquiry fieldwork-based learning

SVVR在正规教育中的教学应用：以支持沉浸式和交互式虚拟探究实地工作的基于设计的教师促进策略的开发研究

Although spherical video-based virtual reality (SVVR) has gained attention as an effective tool for technology-enhanced learning, little research has been conducted on its integration in formal education settings and the role of teachers in facilitating its pedagogical use. In this study, a design-based research (DBR) approach was used to develop teacher-facilitated tactics for SVVRsupported learning based on virtual inquiry fieldwork in formal senior secondary geography education in Hong Kong. Over a period of 2 academic years, we engaged with nine teachers (from nine schools across the upper, middle, and lower academic bands in Hong Kong) and their Grade10 classes, which comprised a total of 504 students. In addition to reporting and discussing the pedagogical effectiveness of the teacher facilitation practices designed, enacted, analysed, and refined in the iterative DBR process, this paper presents the teacher facilitation principles deduced from these practices. Overall, the findings and implications of this DBR are academically and practically relevant for researchers and educational practitioners who seek to utilise SVVR for educational purposes and strive to enhance its pedagogical effectiveness.

虽然基于球状视频的虚拟现实（SVVR）作为一种有效的技术增强学习工具已经引起了关注，但在正规教育环境中整合这项技术并指导教师如何促进其教学应用的研究却非常有限。本研究采用了基于设计的研究（DBR）方法，旨在基于香港正规高中地理教育的虚拟探究实地学习，开发出教师直接参与的、以SVVR为支持的学习策略。在为期两个学年的时间里，我们与香港九所学校的九名教师（来自不同学术水平的上、中、下学术段）以及他们的10年级班级共计504名学生进行了合作。除了报告和讨论在迭代的DBR过程中设计、实施、分析和改进的教师参与实践的教学效果外，本文还介绍了从这些实践中得出的教师参与原则。总体而言，这项DBR研究的发现和启示对于寻求利用SVVR进行教育以及努力提高其教学效果的研究人员和教育从业者具有学术和实践上的重要意义。

关键词：

Spherical video-based virtual reality (SVVR)；

360◦ video；Virtual fieldwork；

Inquiry learning；

Teacher facilitation；

Learner-immersed virtual interactive expedition(LIVIE)；

Geography education；

这一部分主要介绍了关于虚拟现实（VR）和球形视频虚拟现实（SVVR）在教育中的应用及其挑战的相关研究。教育工作者认为VR具有支持学习和教学的潜力，但其高昂的成本限制了在教育中的普及。SVVR作为一种最具有成本效益的替代方案逐渐受到关注。SVVR使用真实拍摄的360度视频来创造沉浸式的体验，并且对教师和学生来说制作和访问都相对简单和价格便宜。

然而，已有的研究大多是实验性的，对于SVVR在教育中的综合应用和支持正规课程教学的方式缺乏探索。此外，缺乏教师指导学生在SVVR支持下进行学习的教育模式。为了解决这些研究空白，研究人员开发了名为LIVIE的教学框架，用于支持基于虚拟实地工作的SVVR的沉浸式和互动式学习。通过进行为期两年的设计研究，研究人员开发了适当的教师辅助策略，以在香港正规高中地理教育中支持学生进行SVVR支持学习。

这项设计研究的发现和意义对于希望利用SVVR进行教育目的并增强其教育效果的研究人员和教育从业者具有重要价值。文章的剩余部分将继续讨论相关研究、研究设计、发现、成果、意义和局限性，并提供未来研究的建议。

1.SVVR的教育用途

SVVR是一种创新的媒体形式，通过全景录制真实场景的方式，让用户可以体验360度视角的环境。它具有沉浸式、廉价、易于创建和易于获取的特点，被认为是一种容易被采用的教育和培训工具。研究显示SVVR对学生的动机和参与度有积极影响，尤其在语言、医学、自然科学和教师教育等领域有广泛应用。然而，目前的研究主要集中在支持直接教学和试错实践，缺乏建构主义和探究式方法的支持，并且研究范围主要是短期和实验性的。此外，尽管SVVR的真实性和再现保真度较高，但其交互功能有限，难以支持探究式教学和自主学习。因此，需要进一步研究如何从教育学和技术学的角度，通过增加学习支架和增强互动性，将SVVR的教育应用转向更加建构主义的导向。

2.香港的正规高中地理教育

香港的高中地理课程在实施过程中的大多数教学活动仍然是以教师为中心和以教科书为导向的传统方式，而不是以探究和体验为重点的教学活动。此外，在近五年的高中地理考试中，学生在物理地理部分的表现不尽如人意。考后报告指出，学生在应对考试问题时存在一些共同问题，如过度依赖教科书知识、未能将地理知识应用到具体情境、难以评估信息的适用性和重要性，以及未能提供相关例子来展示对不同概念的理解。这些问题表明学生需要更多的探究性和体验性学习，以更好地应用地理知识和概念，并培养批判性思维和问题解决能力。
 

3.基于设计的研究

DBR是一种广泛使用的方法，旨在解决教育领域的问题。它强调研究人员和实践者之间的合作，以开发可以在教育环境中实际应用的实用知识。在教学研究中，DBR通常涉及提出和开发干预措施来解决教学和学习的挑战，并在教学环境中实施这些干预措施以评估其有效性。教学DBR的过程包括创建理论驱动的框架、实施特定的环境实践、从实践中得出元设计原则，并利用研究循环迭代改进教育干预措施的设计。虽然存在一些DBR的方法论变体，但广泛采用的是Design-Based Research Collective（DBRC）在早期提出的范式，将DBR研究循环概念化为设计、执行、分析和改进四个阶段。尽管不同的研究者可能存在一些方法上的变化，但这些范式的根本研究哲学仍然与DBRC的哲学一致。

4.LIVIE框架

EduVenture-VR学习系统是为了解决SVVR在交互性方面的限制而开发的，并支持LIVIE的实施。LIVIE是指在SVVR中集成O、I、E和R辅助工具，以支持课外阶段（定位、探究、解释和反思）的"作业"和课堂内阶段（讨论和总结）的"课堂工作"。系统由三个子平台组成，分别是Composer、Explorer和Retriever。同时，研究人员还创建了基于地理模块"Coastal Process and Landform"的LIVIE教材，其中包括课堂内和课堂外的资源。为确保教材与教学大纲的一致性，研究人员还组成了一个审查小组进行评估。有关EduVenture-VR的详细操作细节，请参考之前的论文。

图1

图2

本实验在香港高中地理教育背景下进行基于设计的研究（DBR）。该研究采用了Design-based Research Collective的方法论和LIVIE教学框架，旨在设计、实施、分析和改进教师在沉浸式虚拟探究实地考察中对学生的支持策略。研究包括两个学年，分为A循环和B循环。A循环的研究结果影响了B循环的研究方向。本文的目的是呈现B循环的研究结果并讨论整体研究的意义。在这两段中，还介绍了参与研究的教师招募情况以及他们的教育背景和培训。研究流程和A循环的关键方面也被包含在本文中，以便读者全面了解研究的背景和内容。

图3

1.设计（循环A）

 LIVIE被用作该设计研究的初始设计框架。在A循环开始时，教师接受了关于LIVIE、EduVenture-VR和特定教材的培训。在A执行之前，教师进行了试点实验，以熟悉LIVIE的教学操作方式。

2.第一阶段（A循环）和第二阶段（B循环）的实施

在第一年的执行A阶段（见图3），所有教师都使用LIVIE在一个12天的教学周期内，教授一个十年级的“海岸过程与地貌”模块（如图1所示）。各个学校的班级规模在25到30之间，共计有9个班级的253名学生参与其中（Jong等人，2020年）。在第二年的执行B阶段（见图3），所有教师在一个12天的教学周期内实施了LIVIE，并增加了新的支持措施（在B循环的完善阶段开发，详见第3.4节），以教授另一个十年级的班级相同的模块。各校的班级规模在26到31之间，共计有9个班级的251名学生参与其中。表1展示了第一年和第二年不同学术等级的学生分布情况。整个研究中的学生总数为504人。对于执行B阶段，要求每所学校的教师选择一个学业表现相似的班级参与，以确保在他们参与执行A和B阶段之前，两个班级的原有内部地理考试的平均分数之间没有显著差异（p > 0.05）确认。

3.分析第一阶段（A循环）和第二阶段（B循环）

在研究中，进行了知识测试和小组访谈以评估LIVIE的教学效果。知识测试使用了修改后的与地理模块相关的问题，并由两位具有15年教学经验的高级地理教师进行评分，结果显示评分者之间的一致性可靠性较高。此外，每个班级还进行了小组访谈，讨论学生在基于LIVIE的学习过程中遇到的挑战和对教师支持的看法。对于分析结果，研究采用了分析方法来整合和解释访谈数据，并将其与知识测试结果相结合进行分析。 在分析A中，发现了一些影响学生学习过程的问题，其中一些问题在学术等级的班级中普遍存在，而其他问题则针对特定的班级。这些问题的详细总结可在附录A中找到。 总的来说，这些研究方法和结果的使用旨在评估LIVIE在教学中的效果，并为改进和优化教学提供指导。

4.改进（循环B）

为了优化LIVIE中的教师辅导实践，以解决在A循环中发现的问题，本研究组建了三个教师焦点小组，每个小组由来自同一个学术等级的教师组成。为了实现这个目标，研究者在Zoom上进行了在线会议，并使用电子邮件和WhatsApp群聊等其他电子沟通工具，与每个教师组讨论了分析A的研究结果，还与教师合作，共同开发了在执行B阶段实施的新的教师辅导支持措施（Jong等人，2020年）。

在A循环（回收率=96.63%）和B循环（回收率=98.80%）中，分别收到了247份和248份完成的知识测试试卷。表3展示了来自九所学校在两个循环中收到的试卷分布情况，涵盖了三个学术等级的班级。从对两个循环的测试结果进行比较和讨论，循环B的分数显著高于循环A的分数，表明循环B中一、二、三类班级实施的教师辅助支持提高了LIVIE的教学效果。

根据对两个DBR循环中三个学术等级班级学生表现的定量分析结果以及从学生访谈中收集的定性三角测量结果，在B循环中实施的教师辅导支持在Band1、Band-2和Band-3班级中消除了A循环中发现的相应问题（详见附录A），显著促进了LIVIE的教学效果，并观察到了中等到大效应大小。基于这14个实践，派生出了教师辅导在SVVR支持的虚拟探究实地工作学习中的五个原则，这与Pedaste等人（2015年）的五阶段探究模型（包括交流、定位、调查、解释和反思）相辅相成。

原则1：及时激发、强化和明确已有知识

原则2：融入技术支持和控制

原则3：提供自主权

原则4：赋予学生领导者的权力以支持同伴学习

原则5：利用当地学习动机元素

技术增强的建构主义教育受到了教育者的欢迎，对于学生主动学习非常重要，以及对于教师也有支持和辅导作用。SVVR支持的虚拟探究实地工作学习同样需要教师的支持。尽管有一些SVVR教育使用的经验研究，但大多数都是零星和实验性的，并没有涵盖教师在SVVR支持的学习中的辅导角色。

从学术角度来看，这项研究提供了一个理论驱动的教学框架，用于利用SVVR支持虚拟实地探究学习。从实践角度来看，研究为教育从业者提供了一个基于证据的参考，用于将SVVR支持的教学方法引入正规学校教育。此外，研究还开发了教师辅导实践，可在不同学校环境中使用。后续研究需要进一步探索本项目中开发的教师辅导实践，并招募更多地理教师来实施这些实践，并将其应用于特定学术水平的学校中。

这项设计研究强调了教师辅导在SVVR支持的学习中的重要性，并指出这一领域在文献中常常被忽视。尽管研究是在中学地理教育的背景下进行的，但其研究结果具有广泛的意义，可应用于其他学科领域和不同教育层次的正式SVVR的设计和实施。研究中建立的教师辅导实践和原则为在语言、历史、自然科学、社会工作、护理和建筑等科目中利用SVVR提供了启示。这些科目中的情境化和沉浸式教学方法都显得非常重要。进一步的研究将有助于拓展对于在各种正式教育环境中有效采用SVVR支持学习的理解。