基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的英語(yǔ)學(xué)習(xí)教育系統(tǒng)研究

摘要：

由于通過(guò)改模式可提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，虛擬現(xiàn)實(shí)在教育領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在英語(yǔ)教學(xué)過(guò)程中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使得學(xué)生能夠?qū)W(xué)習(xí)過(guò)程與娛樂(lè)過(guò)程相結(jié)合，提升學(xué)習(xí)效果。針對(duì)英語(yǔ)學(xué)習(xí)過(guò)程中枯燥乏味的特性，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套英語(yǔ)學(xué)習(xí)教育系統(tǒng)，旨在鼓勵(lì)教師使用交互式的、圖形化的、類似游戲的示例來(lái)教學(xué)和激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行單詞、語(yǔ)句的學(xué)習(xí)，并且通過(guò)游戲教學(xué)的方式促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)和理解。

關(guān)鍵詞：

虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué); 英語(yǔ)學(xué)習(xí)教育系統(tǒng); 游戲教學(xué); 交互式學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)： TP393

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Research on English Teaching System Based on Virtual Reality Technology

XU Yuanyuan

（School of Foreign Languages， Xianyang Normal University， Xianyang， Shanxi 712000， China）

Abstract：

Virtual reality teaching has been widely used in colleges. This is because students can improve their handson practical ability by changing the learning mode. Especially in the English teaching process， using virtual reality technology enables students to associate the learning process with the entertainment process. Combining to improve learning results， aiming at the boring features in the process of English learning， this article designs a English learning education system based on virtual reality technology. The system is designed to encourage teachers to use interactive， graphical， gamelike examples to teach， and motivate students to learn words， sentence learning， and promote students' learning and understanding of the curriculum through game playing.

Key words：

virtual reality teaching; English learning education system; game teaching; interactive learning

0引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，同時(shí)改變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，對(duì)于教育系統(tǒng)中的教育模型研究更多的從以下幾方面進(jìn)行考慮。

課堂預(yù)習(xí)：敦促學(xué)生為上課前的課程做準(zhǔn)備。

案例方法：涉及通過(guò)小組分析和創(chuàng)新思想解決實(shí)際案例，用來(lái)激發(fā)學(xué)生的興趣，解釋能力和想象力。

自學(xué)方法：旨在讓學(xué)生在無(wú)法參加單獨(dú)的或集會(huì)的教學(xué)活動(dòng)時(shí)自由進(jìn)行的練習(xí)（例如，思維導(dǎo)圖，可視化的演講形式以及其他手段，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)方式）。

在線學(xué)習(xí)工具：有許多免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)途徑可供訪問(wèn)，教師可以使用這些手段來(lái)激發(fā)課堂的參與，投入和樂(lè)趣。

游戲化：通過(guò)引入游戲的方式為學(xué)生學(xué)習(xí)提供幫助。

對(duì)于英語(yǔ)教學(xué)來(lái)說(shuō)，通過(guò)建構(gòu)主義，學(xué)生相信他們是通過(guò)理解過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)，反思過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)并為已知的知識(shí)增加細(xì)節(jié)來(lái)學(xué)習(xí)的[1]。建構(gòu)主義是基于動(dòng)手活動(dòng)和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生知識(shí)而知識(shí)沒(méi)有傳播的理論。換句話說(shuō)，如果主題是被動(dòng)呈現(xiàn)的，那么培訓(xùn)是沒(méi)有最大效果的。學(xué)員必須積極吸收所提供的信息并將其納入各自的信念體系。學(xué)習(xí)是通過(guò)以學(xué)生為中心的活動(dòng)而非教師主導(dǎo)的活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)與他人的社交互動(dòng)來(lái)增強(qiáng)培訓(xùn);通過(guò)這樣做，受訓(xùn)人員可以比較他們的想法并向他人學(xué)習(xí)。文獻(xiàn)[2]中證實(shí)當(dāng)學(xué)生完全沉浸在3D學(xué)習(xí)環(huán)境中時(shí)，學(xué)習(xí)效果最佳。使用教室的3D模型的虛擬現(xiàn)實(shí)教室已被用于采用建構(gòu)主義方法的教學(xué)[3]，該類模式的實(shí)現(xiàn)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

本文設(shè)計(jì)了用于英語(yǔ)學(xué)習(xí)教育研究的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)（Virtual Reality Instructional，VRI）系統(tǒng)，VRI系統(tǒng)是使用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件開(kāi)發(fā)的，可以更好地理解循環(huán)和數(shù)組的概念。本文演示的游戲模塊是使用Vizard開(kāi)發(fā)的，Vizard是一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)工具包，用于開(kāi)發(fā)虛擬世界和沉浸式應(yīng)用程序，以便使用Python作為其腳本語(yǔ)言進(jìn)行可視化和模擬。Vizard支持高質(zhì)量的3D聲音和多用戶網(wǎng)絡(luò)，并且可以通過(guò)在腳本中添加它們來(lái)導(dǎo)入其他游戲環(huán)境。VRI模塊的主要目標(biāo)是通過(guò)使用邊做邊學(xué)的建構(gòu)主義方法，更好地理解循環(huán)和數(shù)組的概念。通過(guò)學(xué)生對(duì)VRI系統(tǒng)的試用，并進(jìn)行使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，該主題在概念理解上有了顯著改善。此外，這些研究還包括影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果的結(jié)果。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

教育軟件通過(guò)將課堂理論應(yīng)用于實(shí)際事件來(lái)幫助學(xué)生學(xué)習(xí)概念。文獻(xiàn)[4]中已經(jīng)演示了基于游戲主題的教學(xué)（GTI）模塊在向計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生教授面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的使用，GTI模塊旨在通過(guò)使用交互式、圖形化、類似游戲的示例來(lái)鼓勵(lì)教師教授和激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)面向?qū)ο缶幊痰母拍?文獻(xiàn)[5]中通過(guò)翻轉(zhuǎn)教學(xué)技術(shù)和游戲化專注于教學(xué)，在翻轉(zhuǎn)教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)來(lái)自預(yù)先存在的視頻，研究論文和作業(yè)的材料，在上課期間，學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)活動(dòng)，練習(xí)和討論。另一方面，游戲化則是以游戲?yàn)榻虒W(xué)模塊，以教學(xué)為基礎(chǔ)，可以單獨(dú)使用，也可以與其他教學(xué)模塊一起使用。

文獻(xiàn)[6]中提出了通過(guò)在游戲中使用模塊化教育的方式，即提供一種既可以?shī)蕵?lè)學(xué)生的框架，又可以為教師提供自然、有效的適應(yīng)途徑。該模塊基于客戶端—服務(wù)器模型，由三層組成，包括數(shù)據(jù)庫(kù)、接口、數(shù)據(jù)庫(kù)管理器。每個(gè)人在數(shù)據(jù)庫(kù)層中創(chuàng)建新課程并存儲(chǔ)舊課程;接口層位于數(shù)據(jù)庫(kù)和管理器之間，從而減少了查詢和存儲(chǔ)課程信息;數(shù)據(jù)庫(kù)管理器層是為了使新游戲可以添加到系統(tǒng)中。

1.1Vizard框架介紹

Vizard是一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)工具包，是用于開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用程序的基于Python的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）。可以在3D MAX中構(gòu)建三維模型，然后使用其內(nèi)置的導(dǎo)出器將其導(dǎo)入Vizard環(huán)境。導(dǎo)入到Vizard中的模型和圖像可以放置到環(huán)境中并按照適合比例縮放。通過(guò)調(diào)用庫(kù)，Vizard提供了用于控制對(duì)象與其環(huán)境之間的交互的內(nèi)置函數(shù);也可以通過(guò)這些功能添加形狀，文本，按鈕和滑塊。Vizard由Python腳本編輯器和調(diào)試器組成。創(chuàng)建腳本后，可以在調(diào)試或不調(diào)試的情況下運(yùn)行腳本，也可以作為可執(zhí)行文件（.exe）發(fā)布，以供公眾使用[7]。

1.2VRI系統(tǒng)部署設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的英語(yǔ)教育學(xué)習(xí)系統(tǒng)是使用Vizard虛擬現(xiàn)實(shí)工具包中的Python編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)的部署圖，如圖1所示。

在開(kāi)發(fā)方面，圖中的DeveloperPC上，Vizard IDE提供了開(kāi)發(fā)系統(tǒng)所需的源代碼所需的庫(kù)，分別表示為Game1.py和Game.py。調(diào)用庫(kù)后，每個(gè)Python文件都作為可執(zhí)行文件Game1.exe和Game.exe發(fā)布。可執(zhí)行文件制作完成后，無(wú)需事先安裝Vizard，就可以在UserPC的獨(dú)立計(jì)算機(jī)上使用執(zhí)行程序[8]。

1.3VRI系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)

通過(guò)游戲的方式實(shí)現(xiàn)英語(yǔ)學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)，學(xué)生通過(guò)VRI系統(tǒng)提供的各個(gè)功能的描述，以及各選項(xiàng)菜單，某功能模塊的實(shí)現(xiàn)流程圖，具體功能描述，如圖2所示。

1） Insert——在用戶單擊的按鈕矩陣中為其指定特定位置。如果用戶單擊正確的按鈕，則該位置的按鈕將顯示為綠色;否則，該位置將顯示為綠色。未正確點(diǎn)擊，按鈕將顯示為紅色。

2） Delete——如“插入”選項(xiàng)中所示，將為用戶提供要單擊的特定位置。如果用戶單擊正確的位置，則該位置上的按

鈕將被刪除;否則，它將顯示為紅色。

系統(tǒng)的總體架構(gòu)，如圖3所示。

系統(tǒng)基于MVC（模型，視圖，控制器）模式。模型是指數(shù)據(jù)，視圖是指如何將數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶，控制器是指用戶如何能夠操縱和查看數(shù)據(jù)。其中數(shù)據(jù)通過(guò)運(yùn)行每個(gè)模塊的Python程序?qū)崿F(xiàn)。該視圖由放置在每個(gè)程序中的3D模型，渲染器生成每個(gè)場(chǎng)景以及用戶可以通過(guò)其與每個(gè)模塊進(jìn)行交互的按鈕表示。此設(shè)置中的控制器是用戶單擊鼠標(biāo)和鍵盤命令，可以通過(guò)Python腳本將模型添加到每個(gè)模塊中。這兩個(gè)腳本均指定鍵盤和鼠標(biāo)命令，通過(guò)這些命令，用戶可以操縱腳本中的數(shù)據(jù)，即完成游戲得分，一些用戶交互會(huì)觸發(fā)動(dòng)畫，屏幕上放置的按鈕允許用戶與場(chǎng)景進(jìn)行交互[9]。

1.4實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)過(guò)程選取某學(xué)校初一、初二共計(jì)8個(gè)班，抽取200名學(xué)生作為調(diào)研對(duì)象，分別對(duì)Insert、Delete等系統(tǒng)軟件操作進(jìn)行使用調(diào)研，并對(duì)調(diào)研結(jié)果進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下：

通過(guò)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性，有24%學(xué)生認(rèn)為英語(yǔ)造詞游戲?qū)τ谟⒄Z(yǔ)學(xué)習(xí)的提升有效，學(xué)生們對(duì)學(xué)習(xí)的影響持肯定態(tài)度，且大多數(shù)學(xué)生都表示滿意。教學(xué)模塊對(duì)學(xué)生對(duì)關(guān)鍵概念的理解所做出的貢獻(xiàn)要比增強(qiáng)學(xué)生的整體學(xué)習(xí)所帶來(lái)的影響更為明顯，如圖4所示。

大約三分之一的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)模塊在很大程度上影響了他們對(duì)概念的理解。大約60%的受訪者表示對(duì)概念理解的影響達(dá)到令人滿意的水平。基于學(xué)生的看法，與在課程中更廣泛地學(xué)習(xí)相比，這些模塊在幫助他們理解特定內(nèi)容主題方面更有利。

與學(xué)生對(duì)教學(xué)模塊對(duì)其概念理解的積極影響的感知相關(guān)的特定內(nèi)容區(qū)域，如圖5所示。

大多數(shù)學(xué)生對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)模塊對(duì)提高他們對(duì)關(guān)鍵內(nèi)容領(lǐng)域的概念理解的影響持積極態(tài)度。作為對(duì)教學(xué)模塊的回應(yīng)，與“Delete”概念（82%）相比，更多的學(xué)生報(bào)告對(duì)“Insert”主題領(lǐng)域的概念理解有積極影響（92%）。

2總結(jié)

本文所設(shè)計(jì)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的英語(yǔ)教學(xué)系統(tǒng)分別用于數(shù)組和循環(huán)教學(xué)，目的是為英語(yǔ)教學(xué)提供一種以游戲作為傳統(tǒng)教學(xué)模式的替代。系統(tǒng)使用Python在Vizard開(kāi)發(fā)平臺(tái)中開(kāi)發(fā)了VRI系統(tǒng)。文中介紹了系統(tǒng)的部署、實(shí)現(xiàn)以及架構(gòu)，并且以使用調(diào)查的方式驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性，結(jié)果表明，學(xué)生對(duì)使用游戲教學(xué)模塊提高學(xué)生英語(yǔ)學(xué)習(xí)能力有積極的效果。

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（收稿日期： 2019.12.20）

基金項(xiàng)目：咸陽(yáng)師范學(xué)院“青藍(lán)人才”（XSYQL201909）

作者簡(jiǎn)介：徐媛媛（1982），女，碩士，講師，研究方向：翻譯理論與實(shí)踐。

文章編號(hào)：1007757X（2020）08008603