李 丹，馬 力，官 巍，張 晨

（1.西北大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，陜西 西安 710069；2.西安郵電大學(xué) 數(shù)字媒體藝術(shù)學(xué)院，陜西 西安710061）

增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）英語教學(xué)應(yīng)用設(shè)計研究*

李 丹1，馬 力2，官 巍2，張 晨1

（1.西北大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，陜西 西安 710069；2.西安郵電大學(xué) 數(shù)字媒體藝術(shù)學(xué)院，陜西 西安710061）

增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)豐富了現(xiàn)有的信息展現(xiàn)形式，其虛實結(jié)合的特性，可用于創(chuàng)設(shè)擬真環(huán)境，加深人們對周圍環(huán)境的感知以及對知識的理解，為教學(xué)創(chuàng)新帶來新的機(jī)遇。通過文獻(xiàn)分析總結(jié)增強(qiáng)現(xiàn)實應(yīng)用于教學(xué)的優(yōu)勢，并說明制約增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)廣泛應(yīng)用于教育的因素。遵循增強(qiáng)現(xiàn)實教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的原則，結(jié)合英語學(xué)科自身的特點，構(gòu)建基于增強(qiáng)現(xiàn)實的英語教學(xué)新模式。該模式分別從教學(xué)環(huán)境、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)資源、教學(xué)方式、教學(xué)評價等方面，在英語課堂教學(xué)中對增強(qiáng)現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，對英語教學(xué)改革具有重要意義。

增強(qiáng)現(xiàn)實；虛擬現(xiàn)實；英語教學(xué)；教學(xué)模式設(shè)計

一、引言

信息技術(shù)的迅速發(fā)展，使數(shù)字化信息覆蓋全球變成了現(xiàn)實，信息化手段在教學(xué)中的應(yīng)用越來越成熟，技術(shù)作為推動教育變革的催化劑引起教育領(lǐng)域?qū)W者廣泛關(guān)注。一種新型的技術(shù)手段——增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（AR）漸入研究者的視域。如2016年《地平線報告》高等教育版，預(yù)測未來二到三年增強(qiáng)現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實將會成為廣泛采用的中期技術(shù)之一。[1]在經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢下，英語作為主要的國際通用語言之一，成為我們與世界溝通的橋梁，英語的重要性越來越突出。利用增強(qiáng)現(xiàn)實創(chuàng)設(shè)的虛擬景物無縫融合于真實的英語課堂中，支持師生在擬真場景進(jìn)行真實自然的互動。然而如何將增強(qiáng)現(xiàn)實有效地應(yīng)用到教學(xué)有待深入全面的研究。在分析已有增強(qiáng)現(xiàn)實教學(xué)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，文章從融合教學(xué)目標(biāo)、創(chuàng)設(shè)擬真教學(xué)環(huán)境、直觀的教學(xué)資源、創(chuàng)新教學(xué)模式、綜合教學(xué)評價五個方面，在英語課堂教學(xué)中對增強(qiáng)現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，通過轉(zhuǎn)變知識的承載及傳授方式，改善英語教學(xué)現(xiàn)狀。

二、增強(qiáng)現(xiàn)實教學(xué)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)概述

增強(qiáng)現(xiàn)實（Augmented Reality,AR）描述的是向?qū)崟r媒體中融入虛擬內(nèi)容和數(shù)據(jù)所需的各種技術(shù)。[2][3]即在增強(qiáng)現(xiàn)實中虛擬內(nèi)容可以無縫地整合到真實場景的顯示中。增強(qiáng)現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）是兩種不同但緊密相連的技術(shù)。[2]虛擬現(xiàn)實中用戶完全沉浸在一個人工合成的虛擬世界并與真實的世界完全隔離。而增強(qiáng)現(xiàn)實是在真實的世界中融入虛擬內(nèi)容，虛擬元素與完全真實的元素共存，允許用戶在真實的環(huán)境中與虛擬元素互動。與多媒體二維平面的物體展現(xiàn)相比較，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)三位立體空間的對象實體更能夠提供情境體驗和感知體驗，使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生身臨其境的感覺，能夠全身心地投入到當(dāng)前增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)設(shè)的情境中。增強(qiáng)現(xiàn)實主要特點有三維注冊、虛實結(jié)合、實時交互。三維注冊是指在攝像頭拍攝的真實場景中，選取一個標(biāo)記物作為定位基準(zhǔn)進(jìn)行運算，使虛擬物體無縫融合于真實環(huán)境。虛實結(jié)合是指計算機(jī)等終端設(shè)備生成的虛擬物體與現(xiàn)實場景無縫融合，用戶可以在擬真場景中活動；實時交互是指用戶可以隨時和虛擬物體進(jìn)行互動，與虛擬物體共同完成相應(yīng)的動作。目前，增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在影視業(yè)得到廣泛的運用，而隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展、網(wǎng)速的提升，計算機(jī)處理速度的增加會使增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)變得越來越成熟，也勢必會在教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，成為技術(shù)促進(jìn)教育手段創(chuàng)新的助推器。

2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為了對目前國內(nèi)關(guān)于增強(qiáng)現(xiàn)實在教育中應(yīng)用研究現(xiàn)狀進(jìn)行了解，筆者閱讀了大量關(guān)于增強(qiáng)現(xiàn)實在教育中應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)，以“增強(qiáng)現(xiàn)實”和“教學(xué)”為關(guān)鍵詞在CNKI上進(jìn)行搜索，最后得到了96篇強(qiáng)相關(guān)文獻(xiàn)，統(tǒng)計得到表1所示的結(jié)果。

表1 國內(nèi)載文量統(tǒng)計圖

從表中可以看出國內(nèi)關(guān)于增強(qiáng)現(xiàn)實在教學(xué)中應(yīng)用的相關(guān)文獻(xiàn)不是很多，總體呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。在2010年以前，關(guān)于增強(qiáng)現(xiàn)實在教學(xué)中應(yīng)用的國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)非常少。2011年到2015年相關(guān)文獻(xiàn)趨于穩(wěn)定，2016年增強(qiáng)現(xiàn)實在教學(xué)中的應(yīng)用被研究者高度關(guān)注。分析其主要原因可能是近年來增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展，以及相關(guān)產(chǎn)品在運用中起到良好效果，使如何運用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)來提高教育教學(xué)效果成為研究熱點。其中關(guān)于增強(qiáng)現(xiàn)實概念特征及其在各類學(xué)科綜合教學(xué)應(yīng)用的理論研究文獻(xiàn)共有43篇，說明增強(qiáng)現(xiàn)實應(yīng)用于學(xué)科教學(xué)可行并且具有較大的潛力。

國外有關(guān)增強(qiáng)現(xiàn)實應(yīng)用的主要學(xué)科領(lǐng)域有醫(yī)學(xué)、建筑、營銷、廣告、軍事、考古、娛樂。[4]研究比較深入的國家大多是以英語為母語的國家，由于他們具備學(xué)習(xí)英語的真實語境，故而有關(guān)AR技術(shù)應(yīng)用于外語教學(xué)中的研究極少。但對于中國高等教育的學(xué)生，英語學(xué)習(xí)缺乏正式的語言環(huán)境，為提高學(xué)習(xí)者英語應(yīng)用能力，我國本土研究增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在英語學(xué)習(xí)中的應(yīng)用意義深遠(yuǎn)。有學(xué)者研究指出，外語學(xué)習(xí)中創(chuàng)設(shè)的情境與實踐中真實情境的一致性越高，產(chǎn)生的學(xué)習(xí)效果越好，而在目前我國的外語教學(xué)實踐中，尚不具備學(xué)習(xí)者在真實社會情境學(xué)習(xí)的條件，這就需要應(yīng)用現(xiàn)代信息化技術(shù)為其提供多模態(tài)化的教學(xué)情境。[5]利用AR技術(shù)構(gòu)建虛實結(jié)合的英語口語情境，提供聽讀學(xué)習(xí)工具，可減輕學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，提高學(xué)習(xí)效率和實際應(yīng)用能力。

臺灣學(xué)者黃國幀等指出一些課程，如果讓學(xué)生在教室里學(xué)習(xí)，會因為缺少對真實環(huán)境的探索和交互使學(xué)生難以發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的興趣和情感。[6]興趣是最好的老師，但是在現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)境設(shè)計中很容易被忽視?；谠鰪?qiáng)現(xiàn)實創(chuàng)設(shè)的可以看到、感受到的體驗式教學(xué)環(huán)境能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，更能讓學(xué)生在真實的環(huán)境中學(xué)到更多的知識。Nobel Enyedy等[7]設(shè)計的LPP（Learning-Physics through Play）實驗，為了讓學(xué)生感受不同材質(zhì)的地面上不同材質(zhì)物體的運動情況，教師通過增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)設(shè)不同材質(zhì)的地面（例如木地板、玻璃板、草地等），學(xué)生則扮演不同材質(zhì)的物體（如籃球、滑板、桌子等）。如圖1所示教室的地面和學(xué)生戴的帽子使用不同的標(biāo)記，通過投影可以呈現(xiàn)出不同材質(zhì)的地面和物體，學(xué)生走在上面根據(jù)相應(yīng)的情境做出相應(yīng)的動作。而后，教師引導(dǎo)學(xué)生探討學(xué)習(xí)活動中發(fā)現(xiàn)的問題，從而構(gòu)建相應(yīng)的物理知識。在傳統(tǒng)教學(xué)中，無法讓學(xué)生身臨其境感受物理知識的奧秘。

3.增強(qiáng)現(xiàn)實教育應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育中有以上種種好處。盡管如此，在教學(xué)中運用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)仍然面臨著許多挑戰(zhàn)，主要存在的問題如表2所示。我們需要進(jìn)行深入的研究和實踐來攻克這些問題。

圖1 LPP中增強(qiáng)現(xiàn)實的應(yīng)用

表2 增強(qiáng)現(xiàn)實教育應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

三、增強(qiáng)現(xiàn)實應(yīng)用于英語教學(xué)模式設(shè)計

在綜合考慮增強(qiáng)現(xiàn)實在教學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)點與不足基礎(chǔ)上，結(jié)合英語學(xué)科的特點，筆者認(rèn)為還應(yīng)從介入技術(shù)的教學(xué)模式設(shè)計入手研究增強(qiáng)現(xiàn)實英語教學(xué)應(yīng)用。當(dāng)然要以合理的方式應(yīng)用新技術(shù)，基于AR的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循三個原則：①AR設(shè)計的內(nèi)容應(yīng)來自于課程，且同一內(nèi)容使用AR進(jìn)行教學(xué)所花費的時間不能大于普通的教學(xué)模式所用時長。②AR系統(tǒng)要足夠靈活，便于教師根據(jù)學(xué)生需求及教學(xué)內(nèi)容對AR資源進(jìn)行改編。③應(yīng)充分考慮真實環(huán)境中的約束條件。

1.融合教學(xué)目標(biāo)創(chuàng)設(shè)擬真教學(xué)環(huán)境和直觀學(xué)習(xí)資源

英語單詞及基本語法的識記，可利用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)三維模型，如圖2所示，利用移動終端顯示英語單詞對應(yīng)的擬真物體，將文字、聲音等信息內(nèi)容集于應(yīng)用中，將抽象信息與直觀信息相結(jié)合也體現(xiàn)了它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，讓學(xué)習(xí)者更加直觀全面地理解詞匯及語法加深記憶。

圖2 單詞AR標(biāo)志及智能手機(jī)掃描后顯示的圖像

（1）閱讀能力的培養(yǎng)。配合再造形象來學(xué)習(xí)英文文章，使用增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)再現(xiàn)文中的某些情境。如基于增強(qiáng)現(xiàn)實的3D書籍，通過智能手機(jī)掃描書中的一些標(biāo)記符號可以看到配合文章情境的3D圖像，學(xué)習(xí)者將自己置身于文章真實情境中，甚至能夠利用可穿戴設(shè)備產(chǎn)生觸覺體驗并與文章中的人物互動。通過多感官的互動體驗，喚起學(xué)習(xí)者對文中情節(jié)和人物的想象，學(xué)習(xí)者對英文的認(rèn)知和體會更加準(zhǔn)確，英語閱讀體驗也會由枯燥乏味變得非常有趣。

（2）會話能力的培養(yǎng)。采用角色扮演輔以擬真環(huán)境或者人物，使學(xué)習(xí)者能夠隨時隨地進(jìn)行英語會話，在情境交融的條件下掌握正確的言語技能。這要求軟件能夠?qū)F(xiàn)實和虛擬兩個世界的元素連接到同一個坐標(biāo)系的系統(tǒng)中，在自然情境中基于虛實結(jié)合的學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)者獲取信息更高效、更直接，學(xué)習(xí)變得更具情境化和真實性。（崔惠萍、傅鋼善，2014）利用擬真場景進(jìn)行英語對話示范，不僅僅是由教師講授新知識，還使學(xué)生更容易接受和應(yīng)用新知識。

2.創(chuàng)新教學(xué)模式

基于增強(qiáng)現(xiàn)實創(chuàng)新英語教學(xué)模式（見圖3）中，首先學(xué)生自主進(jìn)行體驗學(xué)習(xí)，增強(qiáng)現(xiàn)實學(xué)習(xí)資源庫與目前常用的多媒體學(xué)習(xí)資源庫相比最大限度增強(qiáng)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗。學(xué)習(xí)者與增強(qiáng)現(xiàn)實資源庫的學(xué)習(xí)內(nèi)容交互過程中，既可以調(diào)動學(xué)習(xí)興趣又能夠讓學(xué)習(xí)者自己發(fā)現(xiàn)在該學(xué)習(xí)模塊中還不懂的知識。并且對于存在的問題能夠利用探究式、協(xié)作式等學(xué)習(xí)方式去解決。然后教師再介入引導(dǎo)，歸納學(xué)生提出的問題，組織引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行再次學(xué)習(xí)體驗，解決學(xué)生遺留的問題。其次要為學(xué)習(xí)者提供一定數(shù)量和質(zhì)量的生動有趣并與課文密切配合的擴(kuò)展性聽讀材料，使學(xué)習(xí)者可根據(jù)自己的興趣愛好，獨自或者群體在擬真場景中開展自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)，以鞏固提高閱讀和會話能力。最后，通過實施過程性評價，驗證教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)程度。根據(jù)評價結(jié)果不斷修正教學(xué)方式，創(chuàng)設(shè)教學(xué)環(huán)境支撐信息化條件下教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，最終提煉出真正意義上符合“雙主”教學(xué)模式的英語教學(xué)方案。

圖3 基于增強(qiáng)現(xiàn)實創(chuàng)新英語教學(xué)模式

相對于現(xiàn)有的在線教學(xué)模式，增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)可支持師生在同一場景中扮演不同角色進(jìn)行同步教學(xué)，多人協(xié)作學(xué)習(xí)，與真實面對面教學(xué)情況基本相同，教師設(shè)定學(xué)生在場景中的活動和學(xué)習(xí)任務(wù)，全程控制與輔助學(xué)生完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。在基于增強(qiáng)現(xiàn)實的系統(tǒng)中學(xué)習(xí)中，通過視頻采集設(shè)備同步錄制操作者的語音視頻、聽讀過程，并支持錄制視頻的回放，可實現(xiàn)跨時空教學(xué)。但是該模式還存在不足之處：①學(xué)生自主體驗學(xué)習(xí)時，由于缺少監(jiān)督指導(dǎo)可能導(dǎo)致無法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。②從教學(xué)設(shè)計的角度看，該模式只適合小班教學(xué)?；谠鰪?qiáng)現(xiàn)實的英語教學(xué)并不能完全替代傳統(tǒng)課堂教學(xué)，而是與教師講授型課堂相輔相成。

3.綜合教學(xué)評價

增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)中學(xué)生的練習(xí)和考試均采用電子化或者角色扮演的方式進(jìn)行。學(xué)生賬號中能夠保存練習(xí)和考試的成績并以成長值的形式反映出來，相應(yīng)地影響到場景中的任務(wù)難度，以及用戶對應(yīng)的虛擬人物動畫效果，提高學(xué)習(xí)者體驗，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)。構(gòu)建信息化環(huán)境下學(xué)習(xí)評價指標(biāo)體系，首先要確定基于增強(qiáng)現(xiàn)實的系統(tǒng)平臺能夠采集到的數(shù)據(jù)，如學(xué)習(xí)時長、聽讀材料的大小、學(xué)習(xí)者英語對話參與度等；其次教師能夠借助計算機(jī)進(jìn)行課堂觀察、成績分析等。利用信息技術(shù)對學(xué)習(xí)者進(jìn)行綜合評價。通過對學(xué)習(xí)者課堂表現(xiàn)的觀察、報告評價、日志文件分析及標(biāo)準(zhǔn)化測試進(jìn)行綜合評價。

四、小結(jié)

傳統(tǒng)課堂因為受到場地、紀(jì)律等的限制，學(xué)生無法進(jìn)行實地學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)知識過于理論化，不利于學(xué)生將學(xué)到的知識運用到現(xiàn)實生活中。得益于智能終端性能的不斷提升，我們的教室基本都配有計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、電子白板、投影儀、攝像機(jī)等多媒體設(shè)備，不再需要特殊設(shè)備來實現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)就能夠?qū)⒃鰪?qiáng)現(xiàn)實應(yīng)用于教學(xué)中，使學(xué)生在擬真教學(xué)場景中，利用更多的感官使學(xué)習(xí)變得更加容易。未來可以依托云端，針對不同課程設(shè)計開發(fā)3D教育資源素材庫 ，實現(xiàn)多感官聯(lián)結(jié)學(xué)習(xí)，促進(jìn)知識遷移。以擬真交互的體驗潛移默化地增強(qiáng)學(xué)習(xí)者感受力，并提供開放、可交互的自由發(fā)揮的空間，把學(xué)習(xí)者由知識消費者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R生產(chǎn)者。

[1]Horizon Report:2016 Higher Education Edition[DB/OL].http://www.jiaojianli.com/9935.html.

[2](美)穆勒著,徐學(xué)磊譯.增強(qiáng)現(xiàn)實必知必會的工具與方法[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2013.8:5-12.

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（編輯：王天鵬）

G40-057

A

1673-8454（2017）15-0068-04

2016年陜西省教育廳科研計劃項目“基于社交網(wǎng)絡(luò)分析重構(gòu)陜西高等在線教育傳播模式研究”（編號：16JK1677）。