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Impact of 2D and 3D Digital Storytelling within Interactive Simulation Environments on Mathematics Achievement and Geometry Skills of Students with Learning Difficulties

这项涉及阿曼40名具有学习障碍的五年级女生的准实验研究表明，虽然2D和3D数字叙事在交互式模拟中均能提高数学成绩和几何技能，但3D方法带来的学业成就显著更高，且具有较大的效应量。

原作者： Zeyana Al-Hinai, Sami Al-Mazroui

发布于 2026-09-03

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原作者： Zeyana Al-Hinai, Sami Al-Mazroui

原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 ✨ 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。阅读完整免责声明

对于许多学生而言，数学并非一系列抽象的符号，而是一片难以驾驭的形状与空间之景观。对于那些患有学习障碍的学生来说尤其如此，他们往往难以直观地理解物体的属性，例如形状的边数或图案的对称性。近年来，教育工作者开始转向利用数字工具来弥补这一差距，希望通过互动式故事让这些抽象概念变得触手可及。在数字领域中出现了两种主要的方法：一种是在屏幕上像传统动画一样播放的扁平二维故事，另一种是允许学习者在虚拟世界中移动的三维故事。虽然这两种方法都旨在通过叙事和互动来激发思维，但对于那些在几何学方面感到特别困难的学生来说，增加三维环境的深度是否比更简单的扁平版本具有真正的优势，目前仍不明确。

阿曼阿拉伯开放大学的一个研究小组致力于回答这个问题，他们观察了一组被确定患有数学学习障碍的五年级女生。研究人员创建了一个专门的学习环境，让这些学生可以通过互动模拟来探索几何学。在这种设置下，学生们不仅仅是在观看视频；她们是积极的参与者，可以做出决策并看到其行为在数字故事中的结果。该研究将四十名参与者分为两个相等的组。一组通过三维数字故事体验几何课程，她们可以在一个模仿现实世界深度的空间中与虚拟物体进行互动。另一组则通过二维数字故事学习完全相同的材料，这些故事在没有沉浸式空间元素的情况下，在扁平屏幕上呈现相同的叙事和概念。

实验结果对两组而言都是清晰且令人鼓舞的。当学生在课前和课后接受测试时，两组在几何单元的理解上都表现出了显著的统计学进步。使用三维故事的学生，其平均分从8.90上升到了14.00，而二维组的学生则从平均分8.60上升到了11.95。这证实了两种方法都是帮助这些学生掌握困难数学概念的有效工具。然而，当研究人员对两组进行直接比较时，明显的差异出现了。通过三维故事学习的学生取得了比扁平屏幕组更高的分数，这表明在更具现实感、更具空间感的环境中与材料进行互动的能力，为她们的学业成就提供了更强的助力。

研究还考察了学生实际执行所学技能的能力，而不仅仅是回答测试问题。研究人员在学生完成几何任务时观察她们，检查她们识别形状及其属性的能力。两组在这些实践技能方面都表现出了显著的成长，其表现水平从研究开始到结束都有了大幅提升。有趣的是，当研究人员比较两组最终的技能水平时，发现两者之间没有统计学差异。这意味着，尽管三维方法有助于学生获得更高的测试分数，但扁平化和沉浸式故事在帮助学生掌握几何实际动手技能方面同样成功。

这些发现表明，将数字叙事融入互动模拟是一种支持学习障碍学生的强大策略。三维方法似乎在帮助学生获得更高测试分数方面具有特定优势，这可能是因为沉浸式环境有助于她们在脑海中建立起更清晰的复杂形状图像。然而，二维方法在教授实践技能方面同样有效这一事实表明，即使是更简单的数字工具也能产生深远的影响。对于教育工作者而言，这意味着虽然为数字课程增加深度和现实感会大有裨益，但核心要素在于引人入胜的互动式故事，无论它所创造的世界是扁平的还是立体的，这才是驱动学习的关键。

技术摘要：交互式模拟环境中 2D 与 3D 数字叙事对学习困难学生数学成就及几何技能的影响

问题陈述
尽管数字技术在教育领域的整合正在迅速推进，但关于嵌入交互式模拟环境中的二维（2D）与三维（3D）数字叙事有效性的实证研究仍然匮乏。这一研究空白在基础教育数学背景下的学习困难学生群体中尤为显著。现有文献通常侧重于探讨通用数字叙事的影响，或将传统教学法与数字教学法进行对比，而未能分离出视觉维度（2D 与 3D）对概念理解和技能获取的具体贡献。此外，针对阿曼女性学习困难学生这一特定群体，如何利用这些特定模式来支持其学习，目前也缺乏关注。该群体在处理抽象几何概念、空间推理和数学运算方面往往面临困难。

研究方法
本研究采用准实验设计，旨在调查两种教学方法对数学成就和几何技能的影响。

参与者： 样本由 40 名来自阿曼马斯卡特省一所学校的五年级女性学习困难学生组成。参与者被分为两个相等的实验组（每组 20 人）。
干预措施： 两组均使用基于阿曼五年级剑桥科学与数学课程纲要（Oman）开发的 Articulate Storyline 交互式模拟环境进行教学。
- 第 1 组 (3D)： 通过模拟环境中的三维数字叙事接受教学。
- 第 2 组 (2_D)： 通过同一模拟环境中的对应二维数字叙事接受教学。
工具：
- 成就测试： 一套包含 20 个题目的测试，用于评估与几何单元相关的科学知识（Cronbach's α = 0.69）。
- 观察量表： 用于衡量表现性几何技能习得程度的工具，采用三级评分制（低、中、优）。其信度系数在前后测应用中介于 0.71 至 0.85 之间。
程序： 首先对两组进行前测，随后进行教学干预，最后进行后测以衡量成就和技能的变化。
分析： 使用 SPSS 进行数据分析。计算了描述性统计量（均值、标准差）。使用配对样本 t 检验比较各组内的前测与后测得分。使用独立样本 t 检验比较两组之间的后测得分。根据 Cohen (1988) 的标准，利用 eta 平方 ( $\eta^2$ ) 计算并解释效应量。

主要结果

组内提升： 两组在数学成就和几何技能方面均表现出统计学意义上的显著进步（从前测到后测， $p \le 0.05$ $p \leq 0.05$ ）。
- 3D 组： 成就均值从 8.90 增加到 14.00 ( $\eta^2 = 0.93$ )；几何技能均值从 1.21 增加到 2.28 ( $\eta^2 = 0.96$ )。
- 2D 组： 成就均值从 8.60 增加到 11.95 ( $\eta^2 = 0.93$ )；几何技能均值从 1.15 增加到 2.26 ( $\eta^2 = 0.99$ )。
组间比较（成就）： 两组之间的后测数学成就得分存在显著差异，3D 组 ( $M=14.00$ ) 优于 2D 组 ( $M=11.95$ )，且具有较大的效应量 ( $\eta^2 = 0.67$ )。
组间比较（技能）： 在后测观察评估几何技能时，两组之间未发现统计学上的显著差异 ( $p = 0.824$ )。两组在实践技能掌握方面达到了相当的水平（ $M_{3D}=2.28$ vs. $M_{2D}=2.26$ ）。

核心贡献

比较效能： 本研究提供了实证证据，表明虽然在交互式模拟环境中的 2D 和 3D 数字叙事对于学习困难学生均有效，但 3D 模式在整体数学成就方面带来的增益显著更高。
技能与成就的区别： 研究强调了一个细微的发现：尽管 3D 叙事在学术测试成绩方面明显优于 2D，但在通过观察量表衡量的实践几何技能方面，两者的发展程度相当。
情境化应用： 本研究成功地将交互式模拟应用于阿曼教育情境，将当地文化元素（如传统建筑）融入几何学习任务中，这符合阿曼“2040愿景”中关于包容性教育的要求。

意义与主张
作者主张，在交互式模拟环境中整合数字叙事是支持学习困难学生数学学习的一种非常有效的教学策略。研究得出结论：

3D 在成就方面的优越性： 三维数字叙事在提升学术成就方面具有独特优势，这可能归功于其更丰富的视觉和感知体验，有助于促进抽象几何概念心理模型的构建，这与多媒体学习认知理论相一致。
技能发展的等效性： 2D 和 3D 方法在培养实践几何技能方面同样有效，这表明交互式叙事结构本身是技能获取的主要驱动力，而与维度无关。
教学建议： 研究建议在数学教学中同时采用这两种方法，但应优先考虑 3D 数字叙事，以利用其在提升学术成就方面的附加优势。研究进一步指出，2D 叙事仍是一种有价值的工具，特别适用于那些在进入复杂的 3D 格式之前需要简化、结构化内容的学习者。

作者保持了审慎的态度，承认虽然 3D 在成就方面表现更优，但技能观察结果显示两者并无显著差异，这表明对于该特定学习人群而言，两种模式都是可行且有效的工具。该研究并非声称 3D 在所有语境下都普遍优于 2D，而是强调了其在提高五年级女性学习困难学生测试成绩方面的特定效能。

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