论文部分内容阅读
摘 要：增强现实技术丰富了现有的信息展现形式，其虚实结合的特性，可用于创设拟真环境，加深人们对周围环境的感知以及对知识的理解，为教学创新带来新的机遇。通过文献分析总结增强现实应用于教学的优势，并说明制约增强现实技术广泛应用于教育的因素。遵循增强现实教学应用系统设计的原则，结合英语学科自身的特点，构建基于增强现实的英语教学新模式。该模式分别从教学环境、教学目标、教学资源、教学方式、教学评价等方面，在英语课堂教学中对增强现实与虚拟现实应用进行系统设计，对英语教学改革具有重要意义。
关键词：增强现实；虚拟现实；英语教学；教学模式设计
中图分类号：G40-057 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）15-0068-04
一、引言
信息技术的迅速发展，使数字化信息覆盖全球变成了现实，信息化手段在教学中的应用越来越成熟，技术作为推动教育变革的催化剂引起教育领域学者广泛关注。一种新型的技术手段——增强现实技术（AR）渐入研究者的视域。如2016年《地平线报告》高等教育版，预测未来二到三年增强现实与虚拟现实将会成为广泛采用的中期技术之一。[1]在经济全球化的趋势下，英语作为主要的国际通用语言之一，成为我们与世界沟通的桥梁，英语的重要性越来越突出。利用增强现实创设的虚拟景物无缝融合于真实的英语课堂中，支持师生在拟真场景进行真实自然的互动。然而如何将增强现实有效地应用到教学有待深入全面的研究。在分析已有增强现实教学应用的基础上，文章从融合教学目标、创设拟真教学环境、直观的教学资源、创新教学模式、综合教学评价五个方面，在英语课堂教学中对增强现实与虚拟现实应用进行系统设计，通过转变知识的承载及传授方式，改善英语教学现状。
二、增强现实教学应用现状分析
1.增强现实技术概述
增强现实（Augmented Reality， AR）描述的是向实时媒体中融入虚拟内容和数据所需的各种技术。[2][3]即在增强现实中虚拟内容可以无缝地整合到真实场景的显示中。增强现实和虚拟现实（Virtual Reality，VR）是两种不同但紧密相连的技术。[2]虚拟现实中用户完全沉浸在一个人工合成的虚拟世界并与真实的世界完全隔离。而增强现实是在真实的世界中融入虚拟内容，虚拟元素与完全真实的元素共存，允许用户在真实的环境中与虚拟元素互动。与多媒体二维平面的物体展现相比较，增强现实技术三位立体空间的对象实体更能够提供情境体验和感知体验，使学习者产生身临其境的感觉，能够全身心地投入到当前增强现实技术创设的情境中。增强现实主要特点有三维注册、虚实结合、实时交互。三维注册是指在摄像头拍摄的真实场景中，选取一个标记物作为定位基准进行运算，使虚拟物体无缝融合于真实环境。虚实结合是指计算机等终端设备生成的虚拟物体与现实场景无缝融合，用户可以在拟真场景中活动；实时交互是指用户可以随时和虚拟物体进行互动，与虚拟物体共同完成相应的动作。目前，增强现实技术在影视业得到广泛的运用，而随着信息技术的飞速发展、网速的提升，计算机处理速度的增加会使增强现实技术变得越来越成熟，也势必会在教育领域产生深远影响，成为技术促进教育手段创新的助推器。
2.国内外研究现状
为了对目前国内关于增强现实在教育中应用研究现状进行了解，笔者阅读了大量关于增强现实在教育中应用的相关文献，以“增强现实”和“教学”为关键词在CNKI上进行搜索，最后得到了96篇强相关文献，统计得到表1所示的结果。
从表中可以看出国内关于增强现实在教学中应用的相关文献不是很多，总体呈现逐年递增的趋势。在2010年以前，关于增强现实在教学中应用的国内相关文献非常少。2011年到2015年相关文献趋于稳定，2016年增强现实在教学中的应用被研究者高度关注。分析其主要原因可能是近年来增强现实技术的快速发展，以及相关产品在运用中起到良好效果，使如何运用增强现实技术来提高教育教学效果成为研究热点。其中关于增强现实概念特征及其在各类学科综合教学应用的理论研究文献共有43篇，说明增强现实应用于学科教学可行并且具有较大的潜力。
国外有关增强现实应用的主要学科领域有医学、建筑、营销、广告、军事、考古、娱乐。[4]研究比较深入的国家大多是以英语为母语的国家，由于他们具备学习英语的真实语境，故而有关AR技术应用于外语教学中的研究极少。但对于中国高等教育的学生，英语学习缺乏正式的语言环境，为提高学习者英语应用能力，我国本土研究增强现实技术在英语学习中的应用意义深远。有学者研究指出，外语学习中创设的情境与实践中真实情境的一致性越高，产生的学习效果越好，而在目前我国的外语教学实践中，尚不具备学习者在真实社会情境学习的条件，这就需要应用现代信息化技术为其提供多模态化的教学情境。[5]利用AR技术构建虚实结合的英语口语情境，提供听读学习工具，可减轻学习者的认知负荷，提高学习效率和实际应用能力。
台湾学者黄国帧等指出一些课程，如果让学生在教室里学习，会因为缺少对真实环境的探索和交互使学生难以发展对生态环境的兴趣和情感。[6]兴趣是最好的老师，但是在现有的教学环境设计中很容易被忽视。基于增强现实创设的可以看到、感受到的体验式教学环境能够提高学生的学习动机，更能让学生在真实的环境中学到更多的知识。Nobel Enyedy等[7]设计的LPP（Learning-Physics through Play）实验，为了让学生感受不同材質的地面上不同材质物体的运动情况，教师通过增强现实技术创设不同材质的地面（例如木地板、玻璃板、草地等），学生则扮演不同材质的物体（如篮球、滑板、桌子等）。如图1所示教室的地面和学生戴的帽子使用不同的标记，通过投影可以呈现出不同材质的地面和物体，学生走在上面根据相应的情境做出相应的动作。而后，教师引导学生探讨学习活动中发现的问题，从而构建相应的物理知识。在传统教学中，无法让学生身临其境感受物理知识的奥秘。 3.增强现实教育应用面临的挑战
增强现实技术应用于教育中有以上种种好处。尽管如此，在教学中运用增强现实技术仍然面临着许多挑战，主要存在的问题如表2所示。我们需要进行深入的研究和实践来攻克这些问题。
三、增强现实应用于英语教学模式设计
在综合考虑增强现实在教学应用中的优点与不足基础上，结合英语学科的特点，笔者认为还应从介入技术的教学模式设计入手研究增强现实英语教学应用。当然要以合理的方式应用新技术，基于AR的教学系统设计应遵循三个原则：①AR设计的内容应來自于课程，且同一内容使用AR进行教学所花费的时间不能大于普通的教学模式所用时长。②AR系统要足够灵活，便于教师根据学生需求及教学内容对AR资源进行改编。③应充分考虑真实环境中的约束条件。
1.融合教学目标创设拟真教学环境和直观学习资源
英语单词及基本语法的识记，可利用增强现实技术开发三维模型，如图2所示，利用移动终端显示英语单词对应的拟真物体，将文字、声音等信息内容集于应用中，将抽象信息与直观信息相结合也体现了它们之间的内在联系，让学习者更加直观全面地理解词汇及语法加深记忆。
（1）阅读能力的培养。配合再造形象来学习英文文章，使用增强现实技术再现文中的某些情境。如基于增强现实的3D书籍，通过智能手机扫描书中的一些标记符号可以看到配合文章情境的3D图像，学习者将自己置身于文章真实情境中，甚至能够利用可穿戴设备产生触觉体验并与文章中的人物互动。通过多感官的互动体验，唤起学习者对文中情节和人物的想象，学习者对英文的认知和体会更加准确，英语阅读体验也会由枯燥乏味变得非常有趣。
（2）会话能力的培养。采用角色扮演辅以拟真环境或者人物，使学习者能够随时随地进行英语会话，在情境交融的条件下掌握正确的言语技能。这要求软件能够将现实和虚拟两个世界的元素连接到同一个坐标系的系统中，在自然情境中基于虚实结合的学习，使学习者获取信息更高效、更直接，学习变得更具情境化和真实性。（崔惠萍、傅钢善，2014）利用拟真场景进行英语对话示范，不仅仅是由教师讲授新知识，还使学生更容易接受和应用新知识。
2.创新教学模式
基于增强现实创新英语教学模式（见图3）中，首先学生自主进行体验学习，增强现实学习资源库与目前常用的多媒体学习资源库相比最大限度增强了学习者的学习体验。学习者与增强现实资源库的学习内容交互过程中，既可以调动学习兴趣又能够让学习者自己发现在该学习模块中还不懂的知识。并且对于存在的问题能够利用探究式、协作式等学习方式去解决。然后教师再介入引导，归纳学生提出的问题，组织引导学生进行再次学习体验，解决学生遗留的问题。其次要为学习者提供一定数量和质量的生动有趣并与课文密切配合的扩展性听读材料，使学习者可根据自己的兴趣爱好，独自或者群体在拟真场景中开展自主学习、探究学习，以巩固提高阅读和会话能力。最后，通过实施过程性评价，验证教学目标的实现程度。根据评价结果不断修正教学方式，创设教学环境支撑信息化条件下教学模式的转变，最终提炼出真正意义上符合“双主”教学模式的英语教学方案。
相对于现有的在线教学模式，增强现实系统可支持师生在同一场景中扮演不同角色进行同步教学，多人协作学习，与真实面对面教学情况基本相同，教师设定学生在场景中的活动和学习任务，全程控制与辅助学生完成学习目标。在基于增强现实的系统中学习中，通过视频采集设备同步录制操作者的语音视频、听读过程，并支持录制视频的回放，可实现跨时空教学。但是该模式还存在不足之处：①学生自主体验学习时，由于缺少监督指导可能导致无法达到预期的教学目标。②从教学设计的角度看，该模式只适合小班教学。基于增强现实的英语教学并不能完全替代传统课堂教学，而是与教师讲授型课堂相辅相成。
3.综合教学评价
增强现实系统中学生的练习和考试均采用电子化或者角色扮演的方式进行。学生账号中能够保存练习和考试的成绩并以成长值的形式反映出来，相应地影响到场景中的任务难度，以及用户对应的虚拟人物动画效果，提高学习者体验，引导学生进行循序渐进的学习。构建信息化环境下学习评价指标体系，首先要确定基于增强现实的系统平台能够采集到的数据，如学习时长、听读材料的大小、学习者英语对话参与度等；其次教师能够借助计算机进行课堂观察、成绩分析等。利用信息技术对学习者进行综合评价。通过对学习者课堂表现的观察、报告评价、日志文件分析及标准化测试进行综合评价。
四、小结
传统课堂因为受到场地、纪律等的限制，学生无法进行实地学习，使学习知识过于理论化，不利于学生将学到的知识运用到现实生活中。得益于智能终端性能的不断提升，我们的教室基本都配有计算机、网络、电子白板、投影仪、摄像机等多媒体设备，不再需要特殊设备来实现增强现实系统就能够将增强现实应用于教学中，使学生在拟真教学场景中，利用更多的感官使学习变得更加容易。未来可以依托云端，针对不同课程设计开发3D教育资源素材库 ，实现多感官联结学习，促进知识迁移。以拟真交互的体验潜移默化地增强学习者感受力，并提供开放、可交互的自由发挥的空间，把学习者由知识消费者转变为知识生产者。
参考文献：
[1]Horizon Report： 2016 Higher Education Edition[DB/OL].http：//www.jiaojianli.com/9935.html.
[2]（美）穆勒著，徐学磊译.增强现实必知必会的工具与方法[M].北京：机械工业出版社，2013.8：5-12.
[3]徐丽芳，池呈，张琦.基于增强现实技术的教育游戏研究[J].湘潭大学学报（哲学社会科学版），2015（2）：120-123.
[4]Jorge Martín-Gutiérrez， Pe?a Fabiani.etc. Augmented Reality to Promote Collaborative and Autonomous Learning in Higher Education[J]. Computers in Human Behavior.2015（51）：752-761.
[5]马莉，沈克.增强现实外语教学环境及其多模态话语研究[J].现代教育技术，2012（7）.
[6]Tien-Chi Huang， Chia-Chen Chen， Yu-Wen Chou. Animating Eco-education： To See， Feel， and Discover in An Augmented Reality-based Experiential Learning Environment[J].Computers
关键词：增强现实；虚拟现实；英语教学；教学模式设计
中图分类号：G40-057 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）15-0068-04
一、引言
信息技术的迅速发展，使数字化信息覆盖全球变成了现实，信息化手段在教学中的应用越来越成熟，技术作为推动教育变革的催化剂引起教育领域学者广泛关注。一种新型的技术手段——增强现实技术（AR）渐入研究者的视域。如2016年《地平线报告》高等教育版，预测未来二到三年增强现实与虚拟现实将会成为广泛采用的中期技术之一。[1]在经济全球化的趋势下，英语作为主要的国际通用语言之一，成为我们与世界沟通的桥梁，英语的重要性越来越突出。利用增强现实创设的虚拟景物无缝融合于真实的英语课堂中，支持师生在拟真场景进行真实自然的互动。然而如何将增强现实有效地应用到教学有待深入全面的研究。在分析已有增强现实教学应用的基础上，文章从融合教学目标、创设拟真教学环境、直观的教学资源、创新教学模式、综合教学评价五个方面，在英语课堂教学中对增强现实与虚拟现实应用进行系统设计，通过转变知识的承载及传授方式，改善英语教学现状。
二、增强现实教学应用现状分析
1.增强现实技术概述
增强现实（Augmented Reality， AR）描述的是向实时媒体中融入虚拟内容和数据所需的各种技术。[2][3]即在增强现实中虚拟内容可以无缝地整合到真实场景的显示中。增强现实和虚拟现实（Virtual Reality，VR）是两种不同但紧密相连的技术。[2]虚拟现实中用户完全沉浸在一个人工合成的虚拟世界并与真实的世界完全隔离。而增强现实是在真实的世界中融入虚拟内容，虚拟元素与完全真实的元素共存，允许用户在真实的环境中与虚拟元素互动。与多媒体二维平面的物体展现相比较，增强现实技术三位立体空间的对象实体更能够提供情境体验和感知体验，使学习者产生身临其境的感觉，能够全身心地投入到当前增强现实技术创设的情境中。增强现实主要特点有三维注册、虚实结合、实时交互。三维注册是指在摄像头拍摄的真实场景中，选取一个标记物作为定位基准进行运算，使虚拟物体无缝融合于真实环境。虚实结合是指计算机等终端设备生成的虚拟物体与现实场景无缝融合，用户可以在拟真场景中活动；实时交互是指用户可以随时和虚拟物体进行互动，与虚拟物体共同完成相应的动作。目前，增强现实技术在影视业得到广泛的运用，而随着信息技术的飞速发展、网速的提升，计算机处理速度的增加会使增强现实技术变得越来越成熟，也势必会在教育领域产生深远影响，成为技术促进教育手段创新的助推器。
2.国内外研究现状
为了对目前国内关于增强现实在教育中应用研究现状进行了解，笔者阅读了大量关于增强现实在教育中应用的相关文献，以“增强现实”和“教学”为关键词在CNKI上进行搜索，最后得到了96篇强相关文献，统计得到表1所示的结果。
从表中可以看出国内关于增强现实在教学中应用的相关文献不是很多，总体呈现逐年递增的趋势。在2010年以前，关于增强现实在教学中应用的国内相关文献非常少。2011年到2015年相关文献趋于稳定，2016年增强现实在教学中的应用被研究者高度关注。分析其主要原因可能是近年来增强现实技术的快速发展，以及相关产品在运用中起到良好效果，使如何运用增强现实技术来提高教育教学效果成为研究热点。其中关于增强现实概念特征及其在各类学科综合教学应用的理论研究文献共有43篇，说明增强现实应用于学科教学可行并且具有较大的潜力。
国外有关增强现实应用的主要学科领域有医学、建筑、营销、广告、军事、考古、娱乐。[4]研究比较深入的国家大多是以英语为母语的国家，由于他们具备学习英语的真实语境，故而有关AR技术应用于外语教学中的研究极少。但对于中国高等教育的学生，英语学习缺乏正式的语言环境，为提高学习者英语应用能力，我国本土研究增强现实技术在英语学习中的应用意义深远。有学者研究指出，外语学习中创设的情境与实践中真实情境的一致性越高，产生的学习效果越好，而在目前我国的外语教学实践中，尚不具备学习者在真实社会情境学习的条件，这就需要应用现代信息化技术为其提供多模态化的教学情境。[5]利用AR技术构建虚实结合的英语口语情境，提供听读学习工具，可减轻学习者的认知负荷，提高学习效率和实际应用能力。
台湾学者黄国帧等指出一些课程，如果让学生在教室里学习，会因为缺少对真实环境的探索和交互使学生难以发展对生态环境的兴趣和情感。[6]兴趣是最好的老师，但是在现有的教学环境设计中很容易被忽视。基于增强现实创设的可以看到、感受到的体验式教学环境能够提高学生的学习动机，更能让学生在真实的环境中学到更多的知识。Nobel Enyedy等[7]设计的LPP（Learning-Physics through Play）实验，为了让学生感受不同材質的地面上不同材质物体的运动情况，教师通过增强现实技术创设不同材质的地面（例如木地板、玻璃板、草地等），学生则扮演不同材质的物体（如篮球、滑板、桌子等）。如图1所示教室的地面和学生戴的帽子使用不同的标记，通过投影可以呈现出不同材质的地面和物体，学生走在上面根据相应的情境做出相应的动作。而后，教师引导学生探讨学习活动中发现的问题，从而构建相应的物理知识。在传统教学中，无法让学生身临其境感受物理知识的奥秘。 3.增强现实教育应用面临的挑战
增强现实技术应用于教育中有以上种种好处。尽管如此，在教学中运用增强现实技术仍然面临着许多挑战，主要存在的问题如表2所示。我们需要进行深入的研究和实践来攻克这些问题。
三、增强现实应用于英语教学模式设计
在综合考虑增强现实在教学应用中的优点与不足基础上，结合英语学科的特点，笔者认为还应从介入技术的教学模式设计入手研究增强现实英语教学应用。当然要以合理的方式应用新技术，基于AR的教学系统设计应遵循三个原则：①AR设计的内容应來自于课程，且同一内容使用AR进行教学所花费的时间不能大于普通的教学模式所用时长。②AR系统要足够灵活，便于教师根据学生需求及教学内容对AR资源进行改编。③应充分考虑真实环境中的约束条件。
1.融合教学目标创设拟真教学环境和直观学习资源
英语单词及基本语法的识记，可利用增强现实技术开发三维模型，如图2所示，利用移动终端显示英语单词对应的拟真物体，将文字、声音等信息内容集于应用中，将抽象信息与直观信息相结合也体现了它们之间的内在联系，让学习者更加直观全面地理解词汇及语法加深记忆。
（1）阅读能力的培养。配合再造形象来学习英文文章，使用增强现实技术再现文中的某些情境。如基于增强现实的3D书籍，通过智能手机扫描书中的一些标记符号可以看到配合文章情境的3D图像，学习者将自己置身于文章真实情境中，甚至能够利用可穿戴设备产生触觉体验并与文章中的人物互动。通过多感官的互动体验，唤起学习者对文中情节和人物的想象，学习者对英文的认知和体会更加准确，英语阅读体验也会由枯燥乏味变得非常有趣。
（2）会话能力的培养。采用角色扮演辅以拟真环境或者人物，使学习者能够随时随地进行英语会话，在情境交融的条件下掌握正确的言语技能。这要求软件能够将现实和虚拟两个世界的元素连接到同一个坐标系的系统中，在自然情境中基于虚实结合的学习，使学习者获取信息更高效、更直接，学习变得更具情境化和真实性。（崔惠萍、傅钢善，2014）利用拟真场景进行英语对话示范，不仅仅是由教师讲授新知识，还使学生更容易接受和应用新知识。
2.创新教学模式
基于增强现实创新英语教学模式（见图3）中，首先学生自主进行体验学习，增强现实学习资源库与目前常用的多媒体学习资源库相比最大限度增强了学习者的学习体验。学习者与增强现实资源库的学习内容交互过程中，既可以调动学习兴趣又能够让学习者自己发现在该学习模块中还不懂的知识。并且对于存在的问题能够利用探究式、协作式等学习方式去解决。然后教师再介入引导，归纳学生提出的问题，组织引导学生进行再次学习体验，解决学生遗留的问题。其次要为学习者提供一定数量和质量的生动有趣并与课文密切配合的扩展性听读材料，使学习者可根据自己的兴趣爱好，独自或者群体在拟真场景中开展自主学习、探究学习，以巩固提高阅读和会话能力。最后，通过实施过程性评价，验证教学目标的实现程度。根据评价结果不断修正教学方式，创设教学环境支撑信息化条件下教学模式的转变，最终提炼出真正意义上符合“双主”教学模式的英语教学方案。
相对于现有的在线教学模式，增强现实系统可支持师生在同一场景中扮演不同角色进行同步教学，多人协作学习，与真实面对面教学情况基本相同，教师设定学生在场景中的活动和学习任务，全程控制与辅助学生完成学习目标。在基于增强现实的系统中学习中，通过视频采集设备同步录制操作者的语音视频、听读过程，并支持录制视频的回放，可实现跨时空教学。但是该模式还存在不足之处：①学生自主体验学习时，由于缺少监督指导可能导致无法达到预期的教学目标。②从教学设计的角度看，该模式只适合小班教学。基于增强现实的英语教学并不能完全替代传统课堂教学，而是与教师讲授型课堂相辅相成。
3.综合教学评价
增强现实系统中学生的练习和考试均采用电子化或者角色扮演的方式进行。学生账号中能够保存练习和考试的成绩并以成长值的形式反映出来，相应地影响到场景中的任务难度，以及用户对应的虚拟人物动画效果，提高学习者体验，引导学生进行循序渐进的学习。构建信息化环境下学习评价指标体系，首先要确定基于增强现实的系统平台能够采集到的数据，如学习时长、听读材料的大小、学习者英语对话参与度等；其次教师能够借助计算机进行课堂观察、成绩分析等。利用信息技术对学习者进行综合评价。通过对学习者课堂表现的观察、报告评价、日志文件分析及标准化测试进行综合评价。
四、小结
传统课堂因为受到场地、纪律等的限制，学生无法进行实地学习，使学习知识过于理论化，不利于学生将学到的知识运用到现实生活中。得益于智能终端性能的不断提升，我们的教室基本都配有计算机、网络、电子白板、投影仪、摄像机等多媒体设备，不再需要特殊设备来实现增强现实系统就能够将增强现实应用于教学中，使学生在拟真教学场景中，利用更多的感官使学习变得更加容易。未来可以依托云端，针对不同课程设计开发3D教育资源素材库 ，实现多感官联结学习，促进知识迁移。以拟真交互的体验潜移默化地增强学习者感受力，并提供开放、可交互的自由发挥的空间，把学习者由知识消费者转变为知识生产者。
参考文献：
[1]Horizon Report： 2016 Higher Education Edition[DB/OL].http：//www.jiaojianli.com/9935.html.
[2]（美）穆勒著，徐学磊译.增强现实必知必会的工具与方法[M].北京：机械工业出版社，2013.8：5-12.
[3]徐丽芳，池呈，张琦.基于增强现实技术的教育游戏研究[J].湘潭大学学报（哲学社会科学版），2015（2）：120-123.
[4]Jorge Martín-Gutiérrez， Pe?a Fabiani.etc. Augmented Reality to Promote Collaborative and Autonomous Learning in Higher Education[J]. Computers in Human Behavior.2015（51）：752-761.
[5]马莉，沈克.增强现实外语教学环境及其多模态话语研究[J].现代教育技术，2012（7）.
[6]Tien-Chi Huang， Chia-Chen Chen， Yu-Wen Chou. Animating Eco-education： To See， Feel， and Discover in An Augmented Reality-based Experiential Learning Environment[J].Computers