VR沉浸式教学在中小学英语学习中的应用研究

王靖洁，胡云瑄，赵 静

(湖北师范大学 外国语学院，湖北 黄石 435000)

大数据时代，信息技术飞速发展，云技术、翻转课堂、慕课等概念层出不穷。英语教学从单一枯燥的说教与图文教学，到视听与多媒体辅助教学，虽然已经取得了跨越式的发展，但仍未能突破二维图像的局限，学习者仍是以一个旁观者的姿态进行学习，不能够完全融入屏幕后面的课堂。

近年来，将虚拟现实(Virtual Reality，简称VR)技术应用于教学是教育信息化发展的一个质的飞跃。作为一种用于创建和体验仿真虚拟世界的人机交互技术，VR教学能够创建出三维立体的虚拟学习场景，具有沉浸性(Immersion)、交互性(Interactivity)和想象性(Imagination)[1]，可以弥补传统英语教学缺乏真实语境的缺憾，使学习者获得身临其境般的感受。将VR技术应用于英语教学，并将其与微课和益智游戏相结合，能为中小学学生打造逼真、沉浸式的英语学习空间。通过激发学习兴趣，引导学生去积极思考，主动探索，最大限度地发挥学生的主观能动性，从而提升儿童英语学习的体验和效果。

一、VR沉浸式英语教学内涵

随着新课改的不断发展，教育者不难意识到传统的讲授式上课方式对老师的语言艺术能力要求极高，但不论老师如何幽默夸张，学生的学习效果也不会有很大的变化，也无法确保学生对于课堂学习的百分百投入。同时，由于课程模式单一，学生在学习语言时，难以获得综合能力的全面提高。[2]

虚拟现实技术(Virtual Reality Technology, VR)是多媒体感知技术、网络技术，人工智能技术等多领域成果的集合，最终生成可交互的三维环境，在人机交互的过程中为人们提供沉浸式的虚拟环境。随着5G时代的到来，VR设备所存在的问题例如头显笨重，设备延迟将会得到解决，同时具有更好的续航能力和更低的价格。Hapi VR创始人兼首席执行官Atul Salgaonkar表示，5G可以共享VR体验，从而解决单一用户的限制。他举了一个学生到一个历史遗址进行虚拟学校实地考察的例子，在那里他们可以看到彼此的反应，也可以相互交流。Salgaonkar说：“与过去的单一VR不同，这种多用户同时使用的功能只有在5G环境下才能实现”。[4]

沉浸式英语教学(Immersive Learning)是指学习者能够自然地与环境(包括通过网络相连的其他学习者、指导者)进行交互，让学习者产生沉浸其中的感觉，从而高度参与。[3]要实现英语的沉浸式学习，最好能让学生真正进入到某个接近真实生活的场景中去感受和体验。但由于时间、距离、安全性等问题，很难在实际教学过程中再现全部场景，VR技术的应用为沉浸式英语教学提供了可能。沉浸式英语教学意味着让学习者可以很好地在学习理论之后将之联系实际，学习者在虚拟学习环境中，不再只是枯燥的记忆和背诵，而在此基础上增加了将所学知识运用于实际情景中。VR技术的精确模拟和实时交互性直接影响课堂教学的质量。[5]

二、VR技术应用于英语教学中的实践探索

美国哈佛大学的River City、新加坡南洋理工大学的虚拟校园等都是VR应用于教学的典型案例。我国的虚拟现实技术起步较晚，与美国、英国相比还有一定的差距，但最近几年我国的VR技术正在蓬勃发展，如北京航空航天大学、浙江大学等重点院校都进行了虚拟现实领域的研究。国家也出台了相关政策积极支持VR技术的发展，工信部表示将支持虚拟现实制造业创新中心筹备建设，促进产业链关键环节提升，推动虚拟现实技术在制造、教育、文化等领域应用。

近年来，国内对VR技术在教学领域的研究也取得了显著的成果。刘敏等提出了虚拟现实技术在教学中的优势：丰富教学活动、激发学生兴趣、刺激学生感官、给学生身临其境的体验、提高学习效果等。[6]雷巧鸣在英语学科中应用VR技术，在教学实践中发现其优势：让课堂更加有趣和身临其境，调动学生学习的兴趣等。[7]黄奕宇在从虚拟现实教育应用的趋势进行研究，结合我国教育现状，分析了目前虚拟现实在教育应用中所面临的挑战，且对未来发展持乐观态度。[8]

但在VR技术在中小学英语教育研究中，特别是体现沉浸式教学的特点的相关研究甚少，对家长和学生的调查与了解不够深入，对具体的应用价值未做完整分析，在具体实施方法上存在空白。本课题通过收集调查数据，以及分析研究，从前者经验中汲取精华，为中小学英语课堂沉浸式教学提供可行性方案。随着5G的普及、国内技术发展和政策推动，必将带动VR技术的发展和进步。在英语教学中的优势也会越来越明显。

三、VR技术在中小学英语课堂中的应用价值

为考察中小学生家长对子女有关VR技术应用于英语学习态度，本文通过“问卷星”专业在线调研平台及纸质问卷形式对湖北省某地级市的5所中小学学生家长展开问卷调查，共发放问卷270余份，其中285份为有效问卷。调查对象大多为26岁至45岁的女性，孩子学年段集中于小学4-6年级。以下是结合问卷调查结果所得具体分析：

(一)家长对子女英语学习情况的认知分析

据有效问卷显示，有超过半数家长表示对子女目前英语成绩不甚满意，却不知从何改变此情况，而在有关孩子英语学习缺陷的调查中，家长认为孩子急需弥补之处为英语学习兴趣，该类家长占比25.7%，如图1所示。而其他选项中的“听说读写均衡发展”、“听说能力”、“词汇量和语法”及“考试成绩”各占比22.9%、22.6%、19.3%和9.5%。

图1 家长认知中影响英语学习因素重要性排序

如图中数据所示，相较于过去往往认为是重中之重的考试成绩的提升，家长更多关注孩子英语学习能力和兴趣的培养，而VR沉浸式英语教学无疑是帮助解决这些问题的一大助力。VR技术与课外辅导结合，能从沉浸性(Immersion)、交互性(Interactivity)、想象性(Imagination)等方面多方位、多维度地提高学生的综合学习能力。

(二)家长对待课外英语辅导态度情况分析

本次调研除上述方面，同时也从课外英语辅导效果、家长考虑因素、投入资金以及对在线英语学习产品不足等四大方面，对家长对待课外英语辅导机构的态度进行了调查。结果显示，家长在选择英语辅导机构时着重于该机构所运用的教学方法，该类家长占比79.07%。其次是师资力量和课程价格，分别占比54.65%和41.86%。而VR技术的投入能满足家长对英语课外辅导的期待与要求。在投入资金方面，超过半数的家长愿意每年为孩子花费1000至5000元。

图2 在线英语学习方式的不足之处

而家长所认知的在线英语学习方式的不足之处，则平均集中于这四个方面：缺少老师互动、价格太高、缺少老师监督和孩子学不进去，如图2显示。结合实际情况分析，无论从课外英语辅导带来的实际效果、对其抱有的期待和要求、愿意投入的资金来看，还是从对当前在线学习的不足点的认知情况来说，投入VR虚拟现实技术的在线学习平台能同时满足家长对教学效果和价格的双边要求。而这些优势则是随着科技发展和VR技术的不断成熟而来的，所传递出来的效果也是传统的线下教学所不能比拟的。它能让学生真正进入到某个场景中去感受和体验，克服由于时间、距离、安全性等问题，导致的在实际教学过程中再现全部场景的困难。VR技术的应用为沉浸式英语在线教学提供了可能，能够从专注度、主观能动性、教学方式、选择自由度上做出创新，充分利用现有学习资源。

(三)家长对“VR+英语在线学习”的理解情况分析

在分析问卷调数据的基础上，作者又对部分家长进行深度访谈，以探求他们对“VR+英语在线学习”的理解情况。本次访谈内容涵盖VR技术是否帮助孩子高效完成学习任务、是否能节约费用以及是否能提高孩子的英语学习兴趣、注意力和想象能力等。如图3所示，全部变量中均有超过半数(约60%)的受访者同意VR技术能为孩子的学习带来这些改变，不同意和非常不同意的受访者均为极少数。

图3 对VR技术是否带来有效改变的意见

除此之外，有接近70%的家长表示愿意尝试、继续或推荐亲友适用VR+在线英语学习平台。这意味着大部分家长都对VR技术与课堂教学的结合技术的推广抱有极大的希望与支持态度。

四、基于VR的沉浸式教学实施

近年VR技术的发展颇受重视，加上5G网络的进一步普及，网络授课几乎是时下最流行的除学校授课外最受欢迎的授课方式。基于此特点，再根据当下教学内容的需求，对课程模式和资源进行开发，将VR技术应用于中小学英语在线学习。

肖钢曾提到“教学设计是一个系统设计并实现学习目标的过程，它遵循学习效果最优的原则，是课件开发质量高低的关键所在。”首先，根据“肯普模式”，围绕教学目标、学习者特征、教学资源和教学评价来设计教学的总体框架。[9]虚拟课堂通过“课前-课中-课后”的不同的任务型教学，解决了传统教育所具有的种种问题，从而实现学习效果最优化。其次，基于现有技术的特点，设计一套虚拟课堂的授课系统，系统包含云端系统、通信设备、VR课堂小程序等。各个分系统与教学设计的结合如下。

(一) 教学过程

图4 教学过程设计

1. 课前通过平台，从云端系统中提取学生将学课程对应的微课视频和预习测试题进行推送。教师根据学生的测试成绩和反馈不断调整教学内容，使其更加贴近学生的实际水平，这样可以极大地提高学生的学习积极性。

2. 课上利用EON Coliseum互动平台软件为学生构建一个有外国情调的模拟环境，如在国外度假、国际机场接机等，提高学生英语的实际应用能力。师生在虚拟课堂中通过通信系统实现语音交流、弹幕互动，而基于5G系统搭建的数据传输网络，满足了VR端口进行云数据上传和资料共享的速快量大延时小的需求。

3. 课后教师根据课前学生测试反馈以及虚拟课堂的互动情况，在微信小程序为学生布置个性化闯关游戏，并设置游戏小奖励。通过虚拟角色升级、虚拟装备奖励、支线任务推动等多种手段进一步激发学习者的兴趣，巩固学习成果。

(二) 课堂呈现

学生要实现在虚拟化课堂中学习，少不了同时具有实用性、经济性和便捷性的VR设备。

1. 头显设备

如今市场上的VR设备且应用面较广的主要有三种：移动端头显、外接头戴式设备、一体机头显。其中移动端头显结构最简单，价格最低，但用户体验感较差，无法很好地达到虚拟课堂学习目的。外接头戴式设备具备独立的处理器，配置了专门的操作系统，使用感好，但需要通过数据线外接台式电脑或其他处理器使用，便捷性无法实现。一体机头显的成像效果最好，且无外接数据线的束缚，可在使用时自由活动，但价格太贵，不利于普及。

2. 桌面虚拟现实

桌面虚拟现实(WebVR)利用个人计算机和低级工作站进行仿真，计算机的显示屏作为学习者进行虚拟体验的窗口。桌面虚拟化技术可对能够使终端桌面应用环境独立存在，而不需要依靠硬件环境。[10]因此桌面的虚拟现实成本相对低一些，且弥补了中小学学生视力健康发展的需要，因而此项技术应用面比较广，且这是当下幻境英语学习最好的媒介。

桌面虚拟现实应用软件的实现依赖于WebGL技术开发，WebGL是在浏览器上创建和运行3D图像，它遵循OpenGL ES的规范，通过GLSL语言编写着色器代码，包括顶点和片元作色器。GLSL编写的代码被编译到GPU之后会映射到OpenGL API进行调用，最后返回到WebGL渲染。开发流程可总结为：VR数据初始化 → WebGL初始化 → 动画渲染(如图5所示)。[11]

图5 WebVR开发流程

除了自主开发桌面虚拟现实软件，我们也不妨考虑使用市面上已开发出来的产品，如play2VR(www.play2vr.com)的视频播放器，支持多端使用，方便且低成本。使用时只需要注册账号后上传提前制作好的媒体(课程视频或图片)，再将集成代码拷贝到微信小程序的端口，学生便可在学生端进行虚拟课堂在线学习。

本文在对沉浸式教学理论研究基础上，将VR技术与沉浸式教学相结合，并基于前人已有的实践探索，对VR技术在中小学英语教学中的应用做出研究，并得出以下结论：

第一，与传统在线教育相比，VR教学不仅能够不受时间和地域的限制，实现资源的最大利用率，同时沉浸式场景能够把老师的教学内容完整地传递给学生，并且师生间可进行有效地沟通互动，及时答疑，尽最大可能还原线下学习模式，学生的学习体验得到提升。

第二，虚拟课堂的实现依然存在两大问题：一是已开发的VR课程资源太少，制作过程相对较慢；二是实现虚拟课堂的设备依然无法完全实现全面沉浸式学习，学习者有一定几率在学习时受到外界干扰。VR在英语教学中的应用确实能够增加学习者对于语言的使用能力，促进学习者的全方位发展。

第三，为了确保VR英语教学的普及性，以及考虑到中小学生的身体发展特点，WebVR是实现该教学模式目前最合理的方式。通过电脑、手机或平板电脑的数据即时同步，学生可以无缝切换学习设备，增加了学习的灵活性。

技术依然在不断发展，通信系统在不断升级，相信在不久的将来，虚拟现实技术不仅能存在于校外英语学习，还能走进课堂，实现全员VR练习。