沉浸式虛擬仿真技術(IVR)英語教學中的途徑分析

馬武林 歐陽靈卿

(1.四川外國語大學 大學外語教學部，重慶 400031；2.四川外國語大學 研究生院，重慶 400031)

0 引言

《國務院關于印發“十三五”國家信息化規劃的通知》(國發〔2016〕73號)和《教育部關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》(教高函〔2018〕8號)等文件提出，要加快完善現代信息技術與教育教學深度融合機制，有序有效推進虛擬仿真實驗教學項目的建設、應用及管理。教育部《2017—2020年示范性虛擬仿真教學項目建設通知》為開展基于虛擬仿真技術的外語教學提供了指導基礎。我國2013年開始建設國家虛擬仿真實驗教學中心，計劃認定1 500個國家虛擬仿真實驗教學中心(教育部，2013)，其中2017年和2018年共認定了401個，已經建成了國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺(1)國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺：http:∥www.ilab-x.com。本文選取基于虛擬仿真技術的部分英語教學案例，從情境創設、教學交互、動機提升的角度切入，探究了基于虛擬仿真技術的英語教學并對其進行反思。

1 虛擬仿真技術(VR)簡介

虛擬仿真技術又名虛擬現實技術(Virtual Reality Technology，簡稱VR)，用于描述計算機生成的虛擬環境，在用戶實時操控下，可以在該環境中自由移動。虛擬環境可由頭戴式顯示器，計算機顯示器或大型投影屏幕顯示，而頭部和手部跟蹤系統可以使用戶能夠觀察，四處移動和操縱虛擬環境(Mandal，2013)。Burdea &Coiffet (1994)提出了虛擬仿真技術的“3I”特征，即想象性(Imagination)、交互性(Interaction)和沉浸性(Immersion)，能讓學習者在虛擬的環境中感受“真實”世界。隨著人工智能技術迅速發展，VR系統開始逐步向智能化(Intelligence)方向發展(趙沁平，2017)。

虛擬仿真技術主要包括三大類型(Mandal，2013；高媛 等，2016)：(1)桌面式虛擬仿真(Desktop VR)，通過電腦屏幕呈現三維虛擬環境，使用鼠標、手柄等進行交互；(2)沉浸式虛擬仿真(Immersive VR)，使用者需佩戴頭盔等沉浸式的輸出設備，將使用者的視覺、聽覺與外界隔離，全身心投入虛擬環境之中；(3)分布式虛擬仿真(Distributed VR)，將分散的虛擬仿真系統通過網絡聯結起來，參與者可以自由交互、協同合作。發展至今，VR技術已應用于各個領域，如教育、醫療、航空、軍事等。而根據“虛擬仿真世界”網站的分類(2)https:∥www.vrs.org.uk，沉浸式虛擬現實又可以分為三類：半沉浸式虛擬仿真、合作沉浸式虛擬仿真和CAVE沉浸式虛擬仿真。

虛擬仿真技術能夠幫助學習者實現真實情境體驗，具有“臨場感”(高媛 等，2016：78)，通過為學習者打造高仿真的目標語學習情境，實現學習者與教學內容的高效互動。VR也因其強交互性、強動機激發能力而廣泛應用于教育和培訓領域(Freina et al.,2015)，很多學者認為VR在語言教學中的應用前景也非常樂觀(高媛 等，2016；黃奕宇，2018；鄭春萍 等，2019；祝士明 等，2019)。2004—2013年，在計算機輔助語言教學研究國際頂尖期刊《語言學習與技術》、CALICO、《計算機輔助語言學習》和ReCALL共發表虛擬仿真論文29篇，研究內容主要集中在互動交流，其中有六篇是關于CBI(基于內容的語言教學)的研究，有三篇是關于TBLT(任務型語言教學)的研究(Lin et al.,2015)，不過該文研究的虛擬仿真教學指桌面式虛擬仿真以及虛擬學習環境(virtual learning environment，VLE)。本文討論的是沉浸式虛擬仿真(IVR)技術在英語教學中的應用。

2 虛擬仿真技術(VR)助力信息時代英語教學的途徑

虛擬仿真技術給學習者在仿真環境中進行交流、合作和競爭活動提供了絕好的空間。此外，無論是桌面式虛擬仿真技術還是沉浸式虛擬仿真技術都具有多溝通渠道和較高視覺吸引力特性，適合創建具有更高程度的交互和協作任務，也可提供多種輸入，輸出和反饋方式(Lin et al.,2015)，有利于任務型教學的任務設計和實施。

2.1 通過沉浸式虛擬仿真技術創設仿真英語教學情境

虛擬仿真技術可實現仿真教學情境的創設。任務型英語教學強調語境的真實性，即學生語言學習情境與真實世界相似、與真實世界中的活動息息相關(Nunan，1989)，讓學生能夠更好地在學中做、做中學，掌握英語。

虛擬仿真技術創設的語言學習情境屬于典型的3D情境，其最大特點是交際的多通道性和視覺的逼真性和感染力，特別適合創造交互和合作的任務，也能夠提供多模態輸入、輸出和反饋(Lin et al.,2015)。為了讓學生學會超市購物相關語言技能，技術團隊通過虛擬仿真技術創設了一個大型生活超市(Grocery)，學生在真實可感的360°全景超市場景中學習英語(圖1)，學生根據任務要求，學習相關詞匯及句型，并用所學習語言完成在超市購物的一系列任務，授課教師(外教)擔任超市工作人員，協助學生完成采購活動，整個過程工作語言為英語，在這個過程中學習者通過活動實踐所學語言，掌握用英語購物的基本語言技能。與傳統教室教學相比較，基于虛擬仿真技術的任務型教學情境更加逼真，更易于實現教學中的“任務”(pedagogical tasks)向生活中“任務”(authentic tasks)的轉換，能夠全方位刺激大腦神經，實施多模態語言學習，提升教學效果。

圖1 學生在VR技術創設的仿真超市進行英語學習(3)本圖來自重慶“Talkdoo 真實語境”實體課堂，特此致謝。

通過虛擬仿真技術創設的多模態外語學習仿真環境，學生能更好完成任務，習得語言。VR技術的模態再建功能為學生模擬出了真實世界的語境(李穎，2020)，學生在高仿真的超市場景中，通過完成“購買飲料”的系列任務而習得目標詞匯和句型，充分調動了“視覺模態”“聽覺模態”和“觸覺模態”的多模態輸入(表1)。VR環境下的購買飲料是一種動作行為，在圖1中，學生置身于綜合超市中，有真實的位置移動，有真實的選擇飲料、付款等動作，有真實的語言交際，不是頭腦中的假想，這是VR教學與傳統課堂教學的本質區別。如在學習飲品類詞匯時，學生通過視覺直觀感知牛奶、果汁、咖啡等飲品的外觀、顏色等圖像信息及其對應詞匯拼寫的文字信息。通過教師和學生輪流扮演“導購”和“顧客”的角色任務，在一問一答的交際過程中，通過聽覺認知目標詞匯和句型的發音，并通過觸覺感受所學內容的形狀，通過用眼睛看、用耳朵聽、用嘴巴練以及用手寫的多模態輸入和適當的模態轉換，刺激記憶神經，幫助學習者更好形成意象圖式，增強其對所學內容的內化，提高內容記憶的持久性(顧曰國，2007：6)，加快了其輸入轉化為攝入的速度，從而促進再輸出。

表1 VR英語教學情境創設(4)本案例來自重慶“Talkdoo 真實語境”實體課堂，特此致謝。

在虛擬仿真學習環境中開展語言教學，可幫助學生具象化認知、感知事物，增強記憶。在VR技術助力下，教師可將學習內容中復雜抽象的部分轉換為具體的動作和操作，并通過可視化、可理解、可操作的方式展現出來，讓學習者在任務活動中通過身體進行感知(李青 等，2016)，促進學習者將“身體”融入課堂學習，以技術作為橋梁，使學習者能將抽象化的知識具象化(李志河 等，2018)，順應學生認知發展過程。如在學習“時間”這個抽象概念時，教師引導學生埋下一顆銀杏樹的種子，并撥動時鐘，觀察種子從生根發芽到開花結果再到枯萎凋謝的整個過程，從可視化的具象認識去感知時間的流逝，理解時間的概念，并融入身體感受之中，從而更好理解其內涵。VR課堂創設的學習環境，實現了跨時域、科幻般的真實體驗，可視化、可理解、可操作的學習體驗幫助學生更好理解抽象概念，培養抽象思維，更好認識、理解、記憶和應用語言知識。

2.2 虛擬仿真技術創設可創設三維交互教學環境有利于提升教學質量

高仿真的虛擬環境能使英語教學的教學交互更加易于實現。所謂交互式教學，就是交互活動的參與者或交互主體——師與生、生與生、人與機之間進行多層次和多角度對話、溝通、情感交流而展開的教學活動(高玉蘭，2004：49)。學習者的語言系統是通過有目的的交流活動發展起來的(龔亞夫 等，2003：52)，因此有意義的師生交互和生生交互能讓學習者更好掌握語言。

我們以“海灘玩具課”任務交互設計為例來說明(表2)。該堂課主要圍繞玩具詞匯展開，學生在全景海灘場景中，通過與教師和機器人朋友模擬野餐，習得目標詞匯和句型。該堂課主要分為三大交互類型：師生交互、人機交互(學生和機器人)、學生和教學內容交互。

表2 VR英語教學交互設計案例(5) 本案例是作者根據重慶“Talkdoo 真實語境”課堂提煉而來，感謝 “Talkdoo 真實語境”的大力支持。

首先，VR課堂可以提升師生交互質量。在虛擬仿真技術助力下，任務型英語教學環境得以優化，使得任務設計循序漸進、前后呼應，具有連貫性和層次性，并且豐富多樣、趣味橫生，學生的動機得以明顯激發，師生互動更加高效，任務完成質量更高。如學習玩具詞匯時，教師通過讓學生將玩具放入百寶箱的任務幫助學生習得詞匯。學生對難度逐步升級的語言游戲中的任務感到十分新奇，參與感和積極性被充分激發，執行任務的過程中教師也與學生不斷溝通，提供幫助，最終實現語言習得。完成學習任務后，教師與學生“擊掌”(圖2)，此后煙花四射(圖3)，將師生交互推向高潮。通過借力虛擬仿真技術，使任務活動得以更好實施，從而提升師生交互質量。

圖2 學生在虛擬環境下與教師擊掌

圖3 師生擊掌后，煙花四射

其次，智能機器人助力VR課堂，增強課堂趣味，提升交互質量。虛擬仿真技術新增的“智能化”(Intelligence)特征內涵之一則是“人機交互的自然化”(趙沁平，2017：1)。本案例中機器人Tidy屬于“虛擬協作代理”(Virtual Collaborative Agents)，運用人工智能(AI)技術，協助教師開展在線教學，充當學生的學伴，扮演“專家”或“虛擬同伴”的角色(Smaldino et al.，2019：214)。機器人Tidy可愛的外形和聲音讓學生備感親切，如同自己的學習伙伴，但又不會產生同輩壓力，減少了因語言交際而產生的焦慮感(李志河 等，2018)的同時，使課堂語言學習充滿樂趣。在“Jump Rope”一詞的學習環節(圖4)，學生與Tidy互動搖繩，場景式記憶生動鮮活，學生邊搖繩邊同Tidy復述該單詞，強化了肌肉記憶。

圖4 Tidy與學生互動搖繩子

最后，VR課堂實現了學生與教學內容的交互。學生和教學內容的交互指的是學生與學習對象之間的交互，而在傳統課堂，學生和學習內容之間很難互動，通過VR技術，可以讓教學內容按需發生相應的變化。我們以詞匯“Bicycle”“Car”“Train”為例來說明。教師引導學生和教學對象對話來學習上述詞匯，學生通過“呼叫”上述單詞10次，學生每“呼叫”一次，自行車(汽車/火車)就變大一倍，輸出十次后便鳴笛開走了，十分生動并充滿趣味，學生在復述的過程中可以加大聲音，聲音越大，自行車(汽車/火車)就變得越大，鼓勵學生開口大聲說英語。通過高頻次提取輸出練習，促進學習內容從短時記憶向長時記憶的轉換?！霸~匯實物互動”這類只有在VR場景中才能實現的生“物”交互給學生帶來新奇、趣味性極強的體驗，使其學習興趣盎然、樂在其中，在完成任務的過程中習得語言并體會到學習的快樂。

基于虛擬仿真技術的三維交互教學環境給學生完成語言任務提供了更好的學習體驗。在虛擬環境中，學生通過完成各種任務，促成了深入的師生交互、人機交互及學生和教學內容的交互。大量的“可理解性輸入”和足夠的“可理解性輸出”，使學生語言實踐量比在傳統教學環境中大幅增加，促使學生將所學語言知識遷移至交際應用中。

2.3 虛擬仿真環境下的良好學習體驗明顯提升學生的學習動機

在虛擬仿真場景中更勝一籌的學習體驗感和任務真實感能有效激發和維持學生的學習動力。我們以《商務英語口語會話》VR實訓系統中的“住宿”主題課程為例進行說明(圖5)，技術團隊創設了高仿真酒店場景，并設計與之高關聯的學習任務活動，涵蓋尋找酒店、登記入住、選擇房間、客房服務、辦理退房手續等整個流程。在高仿真、高關聯的酒店場景中進行口語訓練，可使學生身處真實的語言交際現場，獲得“臨場感”，從而抓住學生注意力，激發學習興趣。通過完成情境中設定的任務活動，如在辦理登記入住時詢問前臺工作人員健身房的位置及開放時間，酒店的自助餐廳地點等，增強學生的代入感，提升口語能力和交際能力，實現聽得懂、記得住、講得出、用得對，獲得信心和滿足，最終提高英語學習自我效能感，維持并提升學習動機。此外，虛擬仿真技術創設的游戲化的學習情境及強交互設計可明顯提升學習者的學習動機。學生可多人聯動完成教師布置的任務，通過角色扮演、闖關任務等帶有游戲性的活動，激發學生語言學習的童性，邊玩邊學，在玩中學。通過寓學于樂的任務探索和學習體驗，能增加學生的參與感，減輕焦慮感，增強學生內在學習動機，開口說英語，用英語完成日常交際活動，讓語言學習回歸溝通與交流的本質。

圖5 學生在VR高仿真的酒店場景中進行商務英語口語學習(6) 本案例來自上海外語音像出版社《商務英語口語會話》VR實訓系統，特此致謝。

3 對虛擬仿真技術(VR)支持英語教學的反思

如果VR技術只是用來創設仿真情境，讓學生在仿真情境中學習英語，在某種程度上也可以提升英語教學質量，但就投入的成本及VR自身強大功能而言，單純創設英語教學情境則屬于大材小用。本文列舉的幾個案例都只是依托VR創設了高仿真情境，屬于對VR的低級應用，但也是VR在英語教學中的常見使用形式，沒有解決英語教學的本質問題。根據前文的討論，我們知道VR能夠創設仿真英語教學情境，讓學習者沉浸在仿真環境中；VR能夠提供三維交互教學環境，提升教學交互質量；VR能夠提供體驗式學習，讓學習者在“做”中“學”，在“玩”中“學”；VR能夠提供多模態語言學習環境，讓學習者開展多模態語言學習；VR還具有游戲性，可以提升學生的語言學習興趣等。

我們認為，VR支持的英語教學還具有以下潛在發力點：(1)依托VR的游戲性優勢，激發學習者的語言學習興趣，教學設計時要注意引導學生從對游戲的興趣轉向對英語語言的興趣；(2)依托VR創設的高仿真教學情境特點，開展個性化任務型教學，讓學生在仿真環境下使用語言，而不是把傳統課堂授課模式搬到VR課堂；(3)發揮VR情境的強交互性，根據英語學習內容開發英語語言學習游戲包，在游戲中植入標準英語，通過完成游戲，學習英語；(4)基于VR開發語言學習社區，搭建”語言橋”，吸引英語為母語的人士加入，開展語言交換，實現真實的英語交流，以用促學；(5)聚焦專門用途英語教學(ESP)，建構虛擬仿真環境下的ESP教學(VRESP)，開展任務型教學或者項目式教學，通過完成項目，掌握ESP，激發學習內驅力；(6)依托VR優勢，創設跨文化交際仿真情境，開展跨文化交際仿真教學，讓學習者體驗文化差異。

隨著信息技術的迅速發展，學習英語的環境已經大為改觀。原汁原味的英語素材鋪天蓋地，學生可以很輕松地接觸到高質量的真實的英語音頻、視頻、文本等。英語學習最大的困難還是沒有真實的英語語境，且這個現狀短期內很難改變。VR的最大優勢在于創建高仿真的學習環境，讓學習者可以沉浸到仿真的英語學習環境中，感覺到自己處于一個純英語學習環境中，這個學習環境包括自然環境，也包括社會文化環境，更要有在這個環境中活動的人。通過VR創設英語語言學習社區，讓學習者在這個社區中使用英語與本族語者進行交流，共同完成各種任務是較好的解決途徑之一。實際上，基于桌面式VR的類似語言學習社區已經比較成熟，學習者通過操作鼠標和鍵盤指揮VR環境中的替身融入社區活動中，在學習者面前呈現的是電腦顯示器，及在顯示器里完成各種任務的替身，學習者雖然坐在顯示器前，但無法看到360°范圍內的虛擬世界，因此學習者沒有完全沉浸在虛擬世界中，很容易被周圍現實世界干擾。而沉浸式VR與桌面式VR有很大差異，在沉浸式VR中，學習者與真實世界完全隔離，不受周圍真實世界的干擾，當學習者在沉浸式VR環境中活動時和在真實世界中一樣，因此現場感更強，學習者在沉浸式虛擬環境中完成任務的有趣體驗會在學生大腦中形成難忘的情景記憶，這也能夠加深學生長時記憶，優化教學效果?；诔两絍R技術創設的語言學習社區無限接近真實世界，完全支持多模態語言學習，但是沉浸式VR的致命缺點則是其成本依然很高，有一定的硬件及環境要求，短時期內很難普及。

2017年上線的虛擬仿真語言學習APP Mondly以及2020年全球教育創新100強VR語言學習產品ImmerseMe均使沉浸式VR支持的英語學習趨于大眾化和低成本化。

4 結語

本研究通過案例分析，從情境創設、教學交互、動機提升三個角度探究了基于虛擬仿真技術(VR)的任務型英語教學。通過VR技術創設的教學情境，可以很好地讓學習者在完成這些任務的過程中習得相應的單詞和語法。當學習者大量接觸高質量語言輸入時，語言學習就會發生(Muoz，2010)。任務型語言教學以任務為核心組織語言教學(Richards et al.，2001)，注重意義的表達而非語言形式(Nunan,1989)，認為語言應以交際為目的(Willis,1996)，使學生的語言使用與現實世界中的語言使用接軌(Ellis，2003)。任務型語言教學強調真實的語言活動，交際是核心，意義是靈魂，其精神實質是“整體教育”“學生中心”和“在做中學”(賈志高，2005；鄧海龍，2018)。依托VR技術，開發浸入式虛擬仿真語言學習環境，開展基于項目和任務的語言學習，讓學習者能夠大量接觸到高質量的語言，促使語言學習自然發生，使任務型語言教學更易于實現。

基于虛擬仿真技術的外語教學也面臨不少問題。虛擬仿真環境下學習者的注意力易被分散，虛擬世界豐富的場景和功能很容易占用學習者過多的認知資源，導致認知負荷超載，學習者有時難以把注意力集中在學習活動上(Maciasdiaz，2008)，分散了其對語言信息的注意力，造成瞬間“熱鬧”而事后“空空”之感(顧曰國，2007：9)，最終影響學習效果，故在VR課堂中要有意引導學習者將注意力聚焦于學習內容本身，利用好技術而不是被技術反噬。VR支持的語言學習潛力巨大，但需要更多的實證研究證據(正面和負面)來指導其發展方向，以充分實現巨大的可能性(Lan,2020)。