語言虛擬仿真實驗教學的探索、實踐與評述*
——以“大學英語虛擬仿真實驗”公共選修課為例

張璐妮 唐守廉 劉宇泓

（1.北京郵電大學 經濟管理學院，北京 100876；2.北京郵電大學 人文學院，北京 100876；3.北京郵電大學 電子工程學院，北京 100876）

目前，虛擬仿真技術被廣泛運用于醫療、游戲、電視特效拍攝領域，給用戶帶來了身臨其境般的參與感，尤其是3D場景搭建技術，可以為用戶仿真出多種多樣的動態、互動式、可擴展場景，從而突破真實環境的局限性，實現理想場景的即時可達[1]。而情境對學習的重要性早已在認知心理學中得到驗證：概念知識由大腦語言系統的語言表征和大腦多通道系統的情境仿真表征兩部分組成，其中情境仿真表征能反映更深層的概念知識。在國內，將虛擬仿真技術融入語言實驗教學的實踐僅在極少數高校進行。語言虛擬仿真實驗教學通過虛擬仿真技術提供情境化的實踐環境，創造學習者心流體驗，為學習者提供視覺、聽覺、運動、情緒、觸覺等仿真通道的外在刺激，讓學習者獲得深刻、全面的情境仿真表征，并以此影響語言實驗的成效。因此，語言虛擬仿真實驗教學是一條通過實驗環境的營造來提升語言學習者沉浸感的創新途徑，其運行機理、體系結構、實施要點的解構對高校開展語言虛擬仿真實驗有重要的參考價值。

一 文獻綜述

1 心流體驗與學習成效

心流是指一種心理狀態。處于心流體驗中的人們完全沉浸在活力、忘我、完全投入的感覺之中，在面對任務時會更加專心、有創造力、堅定、有信心，因此工作和學習績效更高[2]。這一正向心理學概念已越來越受到研究者的關注，如Massimini等[3]指出心流體驗的產生與任務難度和技能的平衡關系有關，葉新東等[4]通過教學環境的創新設計來營造心流體驗，錢春花[5]指出學習者通過情境體驗、學習交互、教學參與產生心流體驗，李建生[6]探討了教育游戲中心流體驗與學習成效的關系。本研究認為，心流體驗通過影響學習者的自我效能來提升學習成效。

2 虛擬仿真技術與心流體驗

國內外虛擬仿真效果研究表明：虛擬環境和挑戰性任務能高度調動學生的參與熱情，激發其學習動機[7]，使其通過與同伴的互動達到更為連貫的目的語輸出效果。虛擬現實技術可提升人機交互質量，增加情緒體驗，從而改變人的行為[8]。

在外語教學中，環境和口語輸出是不可分割的。如楊惠中等[9]指出語言交際能力的測試應該在真實情景中進行，脫離真實情景和真實語言材料的測試是沒有現實意義的。將情景創設運用于培養學生口語能力的教學環節中，能有效調動學生的學習積極性，提高其進行交際式口語練習的能動性[10]。目前，我國外語教學中的情景創設主要由教師的課堂背景講授、擬定情景主題、學生情景模擬分組來創設，方式單一，而虛擬學習環境能為學習者打造更具沉浸性、多感性、交互性和開放性的學習體驗[11]，因此將虛擬仿真技術應用于語言教學領域已成必然趨勢。

本研究將虛擬仿真技術應用于語言實驗教學實踐之中，通過虛擬仿真心流體驗結構方程模型，闡述技術應用對學習者的語言能力提升路徑，并構建了虛擬仿真語言實驗教學體系、歸納實施步驟和適用實驗類型，以期為高校語言實驗教學與虛擬仿真技術的科學融合提供參考。

二 概念模型與實驗教學體系

1 語言虛擬仿真心流體驗概念模型

虛擬仿真技術的應用程度將對學習者的心流體驗產生影響，而心流體驗將會影響其自我效能感，即心流體驗發揮了中介效應，自我效能感與老師參與共同影響學習者語言綜合能力的提升。本研究通過AMOS結構方程模型軟件繪制了語言虛擬仿真心流體驗概念模型，如圖1所示。

圖1 語言虛擬仿真心流體驗概念模型

圖4 學生參與語言虛擬仿真實驗的主要意見匯總

在該模型中，虛擬仿真應用涉及三方面內容：①虛擬場景效果，包括虛擬場景的逼真程度和場景的豐富程度；②虛擬播控熟練度，指進行語言虛擬實驗拍攝時，學習者對播控軟件的掌握程度；③后期非編效果，指虛擬仿真實驗的后期非線性編輯效果。心流體驗也包括三個方面：①忽略時間，即在心流體驗下，學習者專注當下的事情而感知不到時間流逝的狀態；②正面情緒，指心流體驗會激發學習者產生正面情緒；③目標定向，即在心流體驗下，學習者會有更清晰的目標定向。此外，自我效能感是學習者對自己某一領域能力的主觀判斷和評價，通過實驗能力效能感和實驗行為效能感，分別表征學習者對自身實驗能力和實驗行為之把控的評價。

2 語言虛擬仿真實驗教學體系

語言虛擬仿真實驗教學體系的設計從理論上借鑒了語言虛擬仿真心流體驗概念模型。具體來說，本研究首先將虛擬仿真技術融入大學英語實驗之中，然后通過獨特的體驗優勢——游戲化實驗錄播、虛擬仿真語言環境和不受限的語言場景，為學生打造心流語言實踐體驗，從而增強學生的自我效能感，實現綜合語言能力的提升目標。基于此，本研究構建的語言虛擬仿真實驗教學體系如圖2所示。

圖2 語言虛擬仿真實驗教學體系

語言虛擬仿真實驗教學體系是大學英語聽說實驗的虛擬仿真體現，由大學英語實驗教學與評估體系圖①大學英語實驗教學與評估體系圖可通過“2017年北京郵電大學國家級實驗教學示范中心宣傳冊”查閱。改編而來。與傳統的大學英語聽說實驗類似，語言虛擬仿真實驗的教學內容包括實驗類型、實驗目的、實驗主題、實驗內容、實驗步驟、實驗標準、實驗報告、實驗案例等八個要素，并從易到難可分為基礎、技能技巧、綜合、探究四種類型，且每類實驗自成一體。實驗平臺有效支撐了實驗的發布、實施與評價功能，教師、學習者、學習者同伴和技術團隊共同參與實驗教學過程。同時，遵循大學英語實驗要求與評價標準，構建系列化的“智能評價—師評—自評—互評”的四維形成性評價機制，以形成性評價和終結性評價相結合的方式評估評測學生的英語綜合應用能力。

三 實驗教學環境搭建與實驗步驟

1 語言虛擬仿真實驗教學環境搭建

語言虛擬仿真實驗教學環境是圍繞語言實驗教學需求創設的虛擬仿真場景，不同種類的虛擬場景對應了交際口語在日常生活中的真實場景，如圖書館、球場、演播廳、機場、公園等。具體的搭建過程如下：虛擬仿真技術通過三維建模，實現真實場景的虛擬仿真效果，讓置身實驗室拍攝的學生如同親臨真實場景；多機位的高清攝錄一體機用于在不同角度捕捉并傳輸拍攝主體的影像至虛擬圖文包裝系統模塊；虛擬圖文包裝系統模塊實現拍攝者與虛擬場景的無縫融合，并在拍攝過程中控制場景和主體的屬性，輸出拍攝素材，配備專業采音設備收聲；運用在線NAS存儲技術，非線性編輯合成系統軟件實時采集拍攝過程中的虛擬仿真素材，并提供素材的后期剪輯和特效處理。

2 語言虛擬仿真實驗步驟

語言虛擬仿真實驗教學環境搭建完成后，遵循以下語言虛擬仿真實驗步驟（如圖3所示）進行大學英語聽說實驗：①根據語言虛擬仿真實驗的四種類型，進行實驗主題、實驗類型、實驗難度、實驗人數的擬定，為實驗提供內容支持；②學習者從虛擬場景、實驗人物設定和臺詞三個方面擬定實驗腳本；③通過虛擬建模工具制作虛擬場景，包括前景、背景和虛擬物品（如桌子、沙發、床）；④進入虛擬仿真實驗室進行實驗表演和藍箱拍攝，學習者在表演中可以通過返看屏幕觀看虛實融合的實時效果影像，實驗室配備專業的調音系統進行實驗收聲和聲控，并配備播控系統來操控場景和人物的拍攝角度、模擬鏡頭推拉搖移效果，實現對拍攝效果的全面控制；⑤通過非線性編輯合成系統進行視頻特效、字幕的添加，并導出高清素材；⑥學習者通過實驗平臺提交語言虛擬仿真實驗，每個實驗均包括語言虛擬仿真實驗的八個要素；⑦嚴格遵照自評→互評→師評的順序對語言虛擬仿真實驗進行多維評估，同時結合基于語音識別技術的智能評價對學習者的語言發音進行評估。

圖3 語言虛擬仿真實驗步驟

四 語言虛擬仿真實驗教學的實踐

1 語言虛擬仿真實驗對象

語言虛擬仿真實驗對象是參與北京郵電大學2017年秋季學期新增的“大學英語虛擬仿真實驗”公共選修課的30名大學生——從年級來看，90%的學生就讀于本科二年級，另外10%為本科三年級學生；從專業來看，80%的學生來自于通信和計算機專業，另外 20%來自于數字媒體和語言專業。“大學英語虛擬仿真實驗”課的6名教師由北京郵電大學語言實驗教學中心的技術工程師（均為計算機和通信工程專業的碩士）擔任，他們聯合承擔了授課和實驗指導工作。

2 語言虛擬仿真實驗教學實踐

“大學英語虛擬仿真實驗”課的教學時長為16周，每周2課時。技術上，教師對學生進行虛擬仿真技術、非線性編輯技術的授課與虛擬仿真設備示范操作；語言上，配合語言授課教師進行實驗指導，啟發學生以《大學英語聽說教程》為參考自主設計實驗腳本，由于偏重語言綜合應用能力的訓練，虛擬仿真實驗鼓勵學生制作綜合和探究類的語言實驗，教師針對實驗腳本提出修改建議，在表演中修正學生的發音等語言技能問題。最后，要求學生以5人一組的方式在虛擬仿真實驗室進行實驗拍攝，學生的虛擬仿真實驗操作過程由教師指導；同時，教師還帶領學生利用虛擬場景搭建軟件搭建、調試劇情中的每一幕場景，利用播控系統進行鏡頭的控制，并利用非線性編輯軟件實現實驗特效、字幕添加。由于制作過程復雜且耗時，故學生也可以通過預約實驗室的方式進行自主操練。實驗完成后，學生按照語言實驗八要素的要求在大學英語實驗與評估平臺提交作業，完成實驗的自評、互評，并通過課堂展示、講解說明實驗創意和分工，最后教師對每組實驗給予課堂點評和實驗平臺師評。

3 語言虛擬仿真實驗師生調研

為調研學生對語言虛擬仿真實驗的意見和建議，本研究對參與“大學英語虛擬仿真實驗”課的30名大學生進行了訪談，然后根據訪談結果對學生的主要意見進行了匯總，如圖4所示。圖4顯示，反饋比例最高的問題是“虛擬場景搭建技術難度大”和“虛擬場景太過單一”，其原因可能在于虛擬場景搭建需要較為專業的3D設計功底，且非常耗費時間，導致虛擬場景比較昂貴，而虛擬實驗室內嵌的虛擬場景多為演播室場景，并不能滿足學生對語言實驗環境的要求。此外，“沒有提詞器”、“播控軟件不能熟練掌握”、“后期編輯太費勁”也是學生集中反映的問題。

通過與“大學英語虛擬仿真實驗”課的6名教師進行交流，本研究了解到虛擬仿真場景資源極其稀缺，實驗的制作又特別費時，故能參與語言虛擬仿真實驗的學生人數非常受限；在實驗的具體實施過程中，虛擬仿真實驗技術的熟練運用對教師而言也是一個挑戰。

4 語言實驗的虛擬仿真效果

語言虛擬仿真實驗實現了真實場景的仿真化呈現，讓學生如同置身于現實場景；而通過虛擬圖文包裝系統實現前景和背景的位置、角度、三維屬性的實時調節，為虛擬仿真視頻的拍攝提供了專業的導控技術支撐。以大學英語聽說實驗教學中的綜合類型天氣預報實驗為例：該實驗以“Weather Report”為題，要求學生撰寫一篇300個單詞以內的新聞報道并提交天氣播報視頻。語言虛擬仿真實驗與傳統語言實驗的效果對比如圖5所示，可以看出：雖然都是介紹城市天氣的實驗片段，但語言虛擬仿真實驗打造了“真實”的演播廳場景，配合學生的介紹動作動態呈現北京天氣的具體指數，實現了虛擬融合和虛實互動；而傳統語言實驗將學生的實驗場景局限在校園的真實環境，通過手機錄制等非專業手段錄制，實驗視頻的清晰度也大打折扣。

圖5 語言虛擬仿真實驗（左）與傳統語言實驗（右）的效果對比

五 語言虛擬仿真實驗教學評述

1 語言虛擬仿真實驗教學的優勢

語言虛擬仿真實驗是在傳統語言實驗的基礎上融入虛擬仿真技術，期望通過技術手段的革新進一步提高學生的語言綜合能力，培養語言實踐興趣，產出優質語言實驗。經過語言虛擬仿真實驗的教學實踐和訪談調研，本研究總結其優勢如下：

①提高了學生參與語言實驗的積極性。針對學生的訪談結果顯示：雖然學生對于虛擬仿真語言實驗的技術操作還不夠熟練，但學生參與實驗的積極性很高，這在行動上表現為不少學生主動要求在虛擬仿真實驗室反復錄制實驗，以達到理想的效果。

②提升了語言實驗的創新性、便捷性。虛擬仿真技術的應用，使得任何語言情境都能被虛擬仿真，故極大地開闊了學生進行語言實驗的創意邊界。此外，語言虛擬仿真實驗實現了實驗“攝、錄、編、播”的一體化，故從制作流程上節省了學生的實驗時間。

③保證了語言實驗的品質。大學英語聽說實驗課作為北京郵電大學本科一二年級的全校必修課，每年均產出相當數量的語言實驗，但可共享和推薦的實驗案例屈指可數，最大的原因是語言實驗制作不夠規范，包裝不夠精細，成品較為粗糙。而虛擬仿真技術的應用，規范了實驗的實施與產出過程，使得高品質語言實驗的產出率得以極大提高。

④提升了教師的實踐教學能力。在新的時代背景下，將信息技術熟練應用于語言教學是對教師教學能力的重要要求。虛擬仿真技術的應用是教育信息化的重要組成部分，教師介入學生的虛擬仿真實驗過程，可以深入了解學生進行自主實驗時的問題和特征，豐富教學內容、提高教學能力[12]。

2 語言虛擬仿真實驗教學的問題

①虛擬仿真硬件資源不足。目前，北京郵電大學的語言虛擬仿真實驗室僅有2間，且分布在兩個校區，每間可同時容納學生10人；由于語言虛擬仿真實驗制作過程復雜、費時，故除大學英語虛擬仿真課使用外，僅對授課教師推薦的少量優秀學生開放。面對硬件資源與需求不匹配的現狀，學校應加大虛擬仿真實驗室的建設力度，建設更多的虛擬仿真實驗室。

②虛擬場景類型單一。由于技術的限制，北京郵電大學的語言虛擬場景仍沒有達到完全自主設計和搭建的程度，場景資源也仍以廠商提供的演播廳場景和少數生活場景為主，這就制約了學生的實驗范圍和創意。因此，虛擬場景的設計和搭建工作刻不容緩。

③虛擬仿真師資隊伍培訓不足。進行虛擬仿真實驗教學的授課教師應同時具備語言和技術的雙重能力，且虛擬場景的搭建和播控設備的熟練運用對其媒體技術水平提出了更高的要求。而作為國內虛擬仿真與外語實驗教學相結合的首例，北京郵電大學虛擬仿真師資隊伍的建設還不完善，有效的技術和語言培訓模式還在摸索，而師資隊伍的素養將直接影響虛擬仿真實驗的成效，故打造專業的師資隊伍是促進教學模式發展的重要任務。

目前，北京郵電大學語言虛擬仿真實驗的開展尚處于探索實踐階段，參與學生較少，故調研樣本量有限，本研究無法以實證方式去驗證語言虛擬仿真心流體驗概念模型的有效性。后續研究將擴大研究樣本量，實證檢驗模型的有效性，并將持續追蹤語言虛擬仿真實驗教學的進展，對師生進行周期性調查問卷追蹤，為高校開展語言虛擬仿真實驗提供更具體、更有價值的建議。

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