英語學習中虛擬現實技術應用綜述

摘? 要? 英語是公認的國際外交用語，包括中國在內的許多國家將英語作為外語來學習。虛擬現實具有沉浸感、交互性和想象性的特點，已經在語言教育領域得到廣泛應用。通過對2011—2021年WoS數據庫的實證研究文獻進行回顧與分析，對虛擬現實技術在英語學習中的應用現狀、技術發展趨勢進行系統分析。

關鍵詞? 虛擬現實技術；英語學習；英語教學；桌面式虛擬現實；沉浸式虛擬現實

中圖分類號：H319? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）18-0034-06

0? 引言

在經濟全球化和高等教育國際化的時代背景下，英語是目前被公認的國際外交用語，包括中國在內的許多國家和地區將英語作為外語來學習。然而，在傳統的英語教學中，缺少包含豐富的語言和空間線索的周圍環境。隨著教材和相關學習材料不斷發展，英語學習更加多樣化，挑戰性更小，通常包括多媒體學習材料，如音頻、視頻等[1]。然而，這些材料往往無法滿足不斷變化的需求，它們提供一種靜態和平面的學習方式，而不是語言的交互表示。近年來，在技術增強型語言學習（TELL）研究領域，利用虛擬現實（VR，Virtual Reality）技術來替代傳統多媒體材料、教育游戲和教育軟件的新方法受到眾多學者的關注[2]。

虛擬現實技術具有模仿或增強現實世界環境的功能，并為語言習得提供有利條件[3]。根據定義，虛擬現實通過將用戶完全沉浸在三維（3D）模擬現實中，通過頭戴式顯示器、游戲、數據手套、跟蹤設備和軟件，將用戶與他們所處的現實隔離開來。虛擬現實程序可以分為沉浸式虛擬現實（用戶可以與虛擬現實組件交互）和桌面式虛擬現實（如觀看360°視頻）。虛擬現實技術可以為學習者在具有真實場景的沉浸式學習環境中提供觸覺、動覺、視覺、聽覺和具體體驗[4]。沉浸式學習可以為學習者提供一個更加接近真實世界的虛擬環境，使學習者在情境化游戲中以第一人稱角度來與人或物體進行互動，以促進學習者語言能力、人際交流、邏輯思維、創造能力的發展。基于虛擬現實的英語學習還可以使學習者處于更加真實的語言環境中，不受地理位置的限制。通過使用虛擬現實設備，用戶完全沉浸在環境中，體驗比以往任何時候都更接近真實世界的虛擬現實技術[5]。

目前，關于虛擬現實環境中的英語學習的實證研究數量非常有限，虛擬現實技術在英語教學領域的應用仍然有待厘清。本研究采用內容分析法，聚焦虛擬現實技術在英語教學中的應用研究現狀與熱點，針對近十年國際文獻中相關的實證研究展開研究，旨在系統梳理近十年虛擬現實技術應用于語言教學的發展趨勢、熱點研究主題與主流研究方法。通過量化分析的方法繪制知識圖譜，對關鍵詞進行量化和聚類分析，從而對虛擬現實技術在英語教學領域的應用進行詳細梳理。

1）近十年來虛擬現實技術在英語教學中的應用發展與趨勢。

2）2011—2021年，這些文獻調查了哪些與虛擬現實促進英語學習相關的主題？

3）2011—2021年，相關實證研究采用了哪些研究方法？相關實證研究的樣本組、研究設計、研究方法是如何變化的？

1? 研究步驟

本研究以Web of Science數據庫為數據來源，限定發表時間為2011年1月1日—2021年9月30日，限定研究方向為“Education Educational Research”領域，使用布爾表達式“（“VR”OR “vir-tual reality”OR“game”） AND （“EFL”OR“Eng-lish”）”進行檢索，初步獲得文獻908篇。然后通過人工甄別與篩選，剔除無作者、無關鍵字、與研究主題不相關和非實證研究的無效文獻，最終獲得37篇將虛擬現實技術運用于英語教學的實證研究文獻，將此37篇文獻作為研究樣本進行內容分析。

1.1? 年發文量

2011—2021年，“VR”+“英語教學”相關論文的年發文量如圖1所示（2021年只獲取前九個月的文獻）。近十年來，相關文章的發表數量總體呈現逐年遞增的趨勢，在2020年激增，由于2021年只獲取前九個月發文數據，預測發文數量較前一年會出現較大增幅。雖然相關研究早已出現，但是年發文量的趨勢表明，從2016年開始，虛擬現實在英語教學中的應用研究開始受到越來越多學者的關注，相關研究不斷深入。

1.2? 期刊來源

在37篇文章中，期刊文章26篇，會議論文11篇。表1列出至少發表兩篇相關論文的期刊。發文量靠前的三個期刊是《計算機輔助語言教學》（COMPUTER?ASSISTED LANGUAGE LEARNING）、《英國教育技術雜志》（British Journal of Educational Techno-logy）、《國際游戲學習雜志》（INTERNATIONAL JOURNAL OF GAME-BASED LEARNING）。

1.3? 關鍵詞共現分析

關鍵詞可以表示文章內容的重點，是論文研究主題的高度概括。關鍵詞知識圖譜有利于關鍵詞共現分析，能夠直觀地描述文檔中關鍵詞之間的關系。本文利用關鍵詞共現分析法對虛擬現實技術在英語教學中的應用熱點進行分析。通過觀察和分析關鍵詞的頻率與關鍵詞的中心性，可以反映出該領域的熱點。十大熱門關鍵詞的頻率和中心性如表2所示。

2? 研究結果

2.1? 技術發展趨勢

用戶在傳統的基于計算機的環境中進行低沉浸式虛擬現實，也稱為桌面式虛擬現實，而高沉浸式虛擬現實需要在房間環境中使用頭戴式顯示器（HMD）或周圍的投影屏幕。

桌面式虛擬現實系統是一套基于普通PC平臺的小型桌面虛擬現實系統。在桌面式虛擬現實系統中，計算機的屏幕是參觀者觀察虛擬境界的一個窗口，在一些專業軟件的幫助下，用戶可以在仿真過程中設計各種環境。將英語學習嵌入3D合作虛擬現實游戲，可以訓練學生的社交技能，激發大量的語言輸出[2]。此游戲主要被用來彌補在英語課上缺乏練習時間的情況。在另一項研究（谷歌地球）中，通過谷歌地球虛擬現實創建有目的的虛擬寫作活動，讓英語學習者沉浸到自己熟悉的土地或文化中，促進學習者在說明文寫作實踐中的語言技能。雖然桌面式虛擬現實不能提供像沉浸式虛擬現實那樣高質量的沉浸感與互動性，但是與紙質教材或視頻素材相比，可以為學習者提供一個自由探索的3D世界。

沉浸式虛擬現實（Immersive Virtual Reality，簡稱IVR）提供參與者完全沉浸的體驗，使參與者有一種置身于虛擬世界之中的感覺。沉浸式虛擬現實最明顯的特點是：利用頭盔顯示器把參與者的視覺、聽覺封閉起來，產生虛擬視覺，與此同時，參與者的頭、手、眼均有相應的頭部跟蹤器、手部跟蹤器、眼睛視向跟蹤器的追蹤，使系統達到盡可能的實時性。

沉浸式虛擬現實和桌面式虛擬現實的研究情況如圖2所示。雖然低沉浸式虛擬現實在教育應用中設備成本更低且更易于實現，但高沉浸式虛擬現實可以提供低沉浸式虛擬現實無法替代的高互動性和更大的沉浸感。隨著虛擬現實技術的不斷發展，學習者對自己身處虛擬世界的幻覺和感知會更好，而不是通過化身體驗虛擬世界。YANG等[6]采用一種高沉浸感虛擬現實技術，具有真人配音、動作捕捉、身體跟蹤交互和虛擬現實控制器，可自然實現高沉浸感，同時為語言學習提供近乎真實的模擬環境。研究者發現這種高沉浸感的虛擬現實能夠顯著提高成績較差學生的學習成績，并且大多數學生對高沉浸感的虛擬現實在空間存在、參與和真實感方面持積極態度。在沉浸式虛擬現實研究中，有三項研究使用人工智能技術，主要用于智能對話系統和智能分析。

2.2? 研究主題

參考Lin等[7]研究主題的編碼方法，基于本研究樣本文獻的歸納內容分析，37篇論文樣本的研究主題分為三類：學習任務、學習方式和環境。針對每個類別，對子類別進行分類，在數據分析過程中將這些類別和子類別不斷細化。這些類別和子類別的有效性在所有文章審查后得到確認，如表3所示，最常見的研究主題是學習任務（n=35），其次是學習方式（n=14）。最常見的研究主題子類別是口語交際（n=13），接下來依次是任務式學習（n=8）、詞匯（n=6）和協作學習（n=5），最不常見的研究主題子類別是基于問題的學習（n=1）。

2.3? 研究方法

研究結果表明，2016—2021年，大多數研究采用定量方法（n=14），接下來是定性與定量融合的方法（n=6）和定性方法（n=3）。2016—2018年，排名最靠前的研究設計仍然以定性（n=2）與定量（n=6）為主，采用這兩種研究方法的研究共占三年間發文量的80%。2019—2021年，使用定性與定量融合的方法的研究（n=6）占據文獻數量從0上升為22%，而定量研究方法的研究（n=9）占據文獻總量的比例從60%變化為33%，定性研究方法的研究（n=1）占據文獻總量的比例從20%下降到4%。

2016—2021年，最常見的研究樣本群體是初高中學生（n=11），接下來是高等教育（n=10）和成人（n=4）。2016—2018年，針對高等教育的發文量（n=6）占據總發文量的50%，針對初高中學生的發文量（n=2）占據總發文量的16%，沒有出現針對成人在虛擬現實環境下的研究。2019—2021年，針對初高中學生的發文量（n=6）占據總發文量的33%，針對高等教育的發文量（n=7）占據總發文量的38%，針對成人的發文量（n=2）占據總發文量的11%。部分精選研究分析如表4所示。

3? 結論

本研究旨在確定虛擬現實研究文章在技術使用、研究主題、樣本組和研究方法方面的趨勢。

3.1? 高沉浸感虛擬現實技術和人工智能技術

研究結果表明，2011—2021年，關于虛擬現實技術在英語學習中運用的研究數量逐年增加，并且如果從桌面式虛擬現實和沉浸式虛擬現實的角度來看，沉浸式虛擬現實研究呈現明顯的增長趨勢，而桌面式虛擬現實在近幾年較少受到關注。原因在于，沉浸式虛擬現實環境可以提供更加真實的模擬環境，讓學生處于一種完全沉浸式的狀態以增強學生的理解；3D圖像的真實感和平滑變化使學生在學習過程中更加專注，也使學習更具動機和樂趣。而且，沉浸式虛擬現實技術可以建立一個模擬的文化氛圍或語言環境，是學生獲得高度沉浸感，為學生提供獲得具體英語學習經驗的機會。

研究還發現，近年來，隨著人工智能技術的快速發展，人工智能教育應用成為許多研究者追蹤的熱點。一些研究者使用人工智能技術來實現虛擬現實游戲中的智能對話，當玩家進行互動對話后，對話內容會被智能對話系統識別并生成回答，使得虛擬現實游戲中的計算機角色能夠對玩家的提問給出符合自己身份和當前語境的語義一致且符合邏輯的回答。傳統的虛擬現實游戲的人機對話是通過詞與詞的匹配，這會導致言論的豐富度與自由程度顯著降低，于是有研究者開發了一個智能對話系統，使得學習者的互動對話可以接近與母語人士互動的水平。人工智能技術還帶來智能評價，智能語音評估能夠自動評估英語口語水平和發音并報告問題。研究者開發的系統通過將語言視為句子或單獨的單詞來評估學習者的發音。

沉浸式虛擬環境與人工智能技術的結合，將為學習者帶來更加真實、復雜、個性化的虛擬空間，以達到模擬真實世界的效果，增加虛擬學習空間的內容豐富度以及促進學習的個性化，最終促進學習者的學習效果。

3.2? 由單一能力訓練向綜合能力培養轉變

通過對文獻中研究設計的整理可知，基于虛擬現實的英語教學研究從對詞匯、語法、口語表達等單一維度的學習向交際應用、學習動機、創造能力和高階思維等復雜認知任務轉變。有研究采用的學習系統為學習者提供基于任務的作業和綜合交際能力，從而使語言學習具有整體性，而不是單獨掌握孤立的方面。使用虛擬現實英語學習平臺，并根據布魯姆的認知復雜性水平來評估學習者的認知學習效果，可以使學習者提高語音、形態、語法和句法等方面的能力，這說明虛擬世界學習有助于發展更復雜、更高層次的思維[8]。

虛擬現實具有的沉浸感、易用性以及可以尋求幫助等特點對學習者的語言認知、高階思維的培養具有積極的影響。

3.3? 相關研究在樣本組和研究設計方面的發展趨勢

將英語作為外語的學習者往往沒有現成的環境練習和使用英語，研究者通過虛擬現實技術構建虛擬學習環境，為英語學習者提供沉浸式真實環境模擬與英語母語人士進行社交互動，促進英語學習。在研究設計方面，研究者傾向于選擇游戲化學習的方式，為學習者構建一個虛擬的世界，由學習者對虛擬世界進行探索，與NPC（Non-Player Charac-ter，非玩家控制角色）或物體進行交互，通過探索獲得設計者傳遞的特定知識和信息，讓學習者在輕松、愉快、開放的環境下學習，以激發學習者的主體性和創造性，而不是傳統英語課堂中的單向信息傳遞。

通過對文獻樣本研究方法的分析可知，大多數研究設置樣本組與對照組，從前后知識測試、組間差異等角度進行計量分析。在相關文獻中，同一組被試者在進行虛擬現實教學前后，對測驗得分使用t檢驗來分析是否出現顯著差異，并以此判斷虛擬現實教學是否有效果。方差分析往往被用于檢驗同一群被試者隨機分為實驗組和對照組之后，進行虛擬現實教學前后測試得分是否出現顯著差異。在一些研究中，受試者是自愿報名參加，因此無法滿足同質性的要求，且報名人數較少（少于30人），不滿足使用t檢驗的同分布假設，此時需要使用Wilcoxon秩和檢驗，判斷前后測成績是否出現差異。

研究結果表明，定量方法在相關研究中占比較大，部分文章使用定性+定量的混合研究方法。近年來的相關研究不僅關注通過前后測的定量方法虛擬現實技術對英語學習者的知識學習的促進作用，而且關注虛擬現實環境與傳統多媒體（音、視頻，桌面游戲等）之間的差異。這與Lin等[7]的預測一致。研究者更加關注正式課堂外的語言學習，招募志愿者直接參與虛擬現實環境研究成為數據收集的新趨勢。

參考文獻

[1] Lin Y J， Wang H chun. Using virtual reality tofacilitate learners creative self-efficacyand intrinsic motivation in an EFL classroom[J].Education and Information Technologies，2021，26（4）：4487-4505.

[2] Reitz L， Sohny A， Lochmann G.VR-Based Gamifi-cation of Communication Training and Oral Exa-mination in a Second Language[J].International?Journal of Game-Based Learning，2016，6（2）：46-61.

[3] Lin V， Barrett N E， Liu G Z， et al. Supportingdyadic learning of English for tourism pur-poses with scenery-based virtual reality[J].Computer Assisted Language Learning，2021：1-37.

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[7] Lin T J， Yu-Ju L. Language Learning in VirtualReality Environments： Past， Present， and Fu-ture[J].Educational Technology & Society，2015，18（4）：486-497.

[8] Chen Y L. The Effects of Virtual Reality Lear-ning Environment on Student Cognitive and Lin-guistic Development[J].The Asia-Pacific Educa-tion Researcher，2016，25（4）：637-646.

作者：魯斌瑞，北京郵電大學網絡教育學院碩士在讀，研究方向為虛擬教育環境（100876）。