导  语

气候变化教育如何突破时空限制，让学生真切感知遥远未来的环境危机？一项发表于《Journal of Science Education and Technology》的最新研究，为我们揭示了混合现实严肃教育游戏（MRSEG）在“社会性科学议题”（SSI）教学中的独特价值。该研究不仅验证了技术对学习者观念的积极影响，更提出了一个名为“社会性科学时空推理”（SS-STR）的理论构念，为科学教育研究提供了新的分析视角。

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在科学教育领域，培养具备科学素养的公民是核心目标，特别是在应对气候变化等复杂的“社会性科学议题”（SSI）时，学生不仅需要解读科学证据，还需考量伦理、公民和社区后果。然而，气候变化的影响往往发生在难以直接感知的时空尺度上，学生很难将眼前的景象与历史变迁或未来预测联系起来，也难以将其与当地利益相关者的经历相结合。

虽然沉浸式实地考察能帮助学生建立情感连接，但关于过去状况、未来预测的数据往往是在课后才接触到，这种“时空错位”限制了学习深度。混合现实（MR）技术提供了一种解决方案，它能将历史影像、数据可视化和未来预测直接叠加在学生所处的真实环境中。尽管已有研究表明增强现实（AR）和严肃教育游戏（SEG）能提升学习成效，但它们如何支持学习者在沉浸式实地考察中，将科学证据、物理场所的变化以及社会性科学决策的道德维度联系起来，尚缺乏深入解释。

为此，该研究基于探究驱动颠覆性教学法（IDDP）、多媒体学习理论和时空推理（STR）研究，旨在探讨将混合现实严肃教育游戏（MRSEG）嵌入基于场所的SSI课程，如何影响大学生对气候变化的理解和应对。

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本研究采用质性研究方法，选取了8名大学生作为研究对象，参与了为期一周的北卡罗来纳外滩群岛（OBX）实地考察课程。课程聚焦于极易受洪水影响的12号公路管理这一核心SSI问题。

研究团队开发了一款移动混合现实严肃教育游戏（MRSEG），在五个沿海地点，利用移动设备将历史影像、科学数据和未来预测叠加在真实场景之上。例如，在哈特拉斯角灯塔旧址，学生可以看到灯塔原始位置的数字重建以及海岸线后退的历史地图（如下图所示）。

在俄勒冈入口，学生能查看防波堤横截面图和历史地图（如下图所示）。

游戏设计遵循多媒体学习理论原则，通过连贯性、信号、分段等策略减少认知负荷。学生通过收集 “金币” 来解锁与地点绑定的数字内容（如视频、地图），这种游戏化机制旨在促进深度互动而非单纯娱乐。课程结束后，学生回答了改编自“社会科学与环境参与调查”（SEEDS）的问卷，研究者通过质性分析来探究MRSEG对学生“社会性科学取向”的影响，下表可体现该研究如何将MRSEG嵌入到完整的SSI教学模型。

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数据分析显示，MRSEG显著影响了学生在四个维度的“社会性科学取向”（如上图所示）：生态世界观、社会与道德同情心、社会性科学问责制以及科学证据观。

学生普遍认为，MRSEG最大的价值在于能让他们身处实地时，同时看到该地点的过去、现在和未来。这种“时空并置”的体验是观念转变的关键机制。例如，有学生描述站在宁静的珍妮**头旁，却通过MR观看飓风多里安袭击该码头的视频，这种强烈的视觉反差让他们深刻理解了自然力量与人类设施的脆弱关系。

在48条相关陈述中，有22条（46%）明确将MRSEG的时空可视化功能与社会性科学维度联系起来。其中，“社会与道德同情心”被提及的频率最高（15次）。学生表示，看到历史影像中消失的家园或未来海平面上升的模拟，让他们更容易对当地居民产生共情，并意识到气候变化的具体后果。

MRSEG不仅展示了科学数据，还通过展示不同利益相关者（如居民与科学家）的视角，帮助学生理解科学证据在决策中的作用及局限。这种体验增强了学生的责任感，许多学生表示愿意采取行动应对气候变化，因为他们看到了个人选择与环境影响之间的具体联系。

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基于实证数据，本研究提出了一个新的理论构念——社会性科学时空推理（Socioscientific Spatiotemporal Reasoning, SS-STR）。

传统的时空推理（STR）主要关注学习者如何协调空间特征（位置、距离）和时间变化（序列、速率）来解释科学现象。而SS-STR则进一步扩展了这一概念，它描述了一个整合过程：学习者在基于场所的混合现实环境中，利用锚定在物理位置的历史影像、地理空间数据和未来预测等时空证据，不仅识别“哪里在变、何时在变”，更深入思考“谁受影响、为何重要、该怎么做”。

SS-STR将认知层面的时空分析与道德层面的社会性科学推理相结合，是连接“看见变化”与“意义建构”的桥梁。它强调了在混合现实增强的SSI情境中，时空可视化如何作为支架，支持学生从单纯的科学观察转向包含伦理考量和公民责任的综合决策。

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本研究对科学教育实践具有重要启示：

一方面，混合现实技术不应仅被视为新奇工具，而是深化基于场所学习的有力支架。它能将抽象的、长跨度的环境变化具象化，填补实地考察中“此时”与“彼时”的认知空白。

另一方面，在设计SSI课程时，应利用技术手段同时调动学生的认知和情感。通过时空可视化激发同理心和道德敏感性，是推动学生从“知道”走向“行动”的关键。同时，应遵循多媒体学习理论，精心筛选和排序数字资产，避免认知过载，确保技术服务于核心的社会性科学探究，而非喧宾夺主。

结  语

这项研究通过引入“社会性科学时空推理”（SS-STR）这一概念，为我们理解技术支持下的科学学习提供了新透镜。它表明，当学生能够“穿越时空”审视脚下的土地时，科学教育便不再仅仅是知识的传递，更是一场关于责任、伦理与未来的深刻对话。未来的研究可进一步探索不同MR设计选择如何调节学习者对气候适应和环境正义的态度，以完善这一新兴的理论框架。