虚拟现实技术在听障学生文科情景教学中的应用——以旅游英语教学为例

朱雷，邢伟

情景教学是一种有效的学习方式，已经被越来越多的人所认知和接受。它能使学习者在情景中通过活动与合作，激发学习者的学习动机和学习兴趣。计算机技术和虚拟现实技术的发展，为情景教学实施提供了技术实现可能。运用虚拟现实软件和计算机系统，结合人机工程学原理，针对文科教学课程内容，开发情景教学软件，能实现学习者与计算机系统的人机交互，转而达到实现情景教学的目的。

本文以旅游英语为例，对虚拟现实技术在听障学生文科情景教学中的应用进行初步探讨，寻找虚拟现实技术在情景教学中应用的切入点，开发交互性强、实用价值高的虚拟情景教学系统，为听障学生开展情景教学提供帮助。

一、听障学生情景教学的理论依据

（一）情景教学理论

建构主义认为，学习是获得知识的过程，获得知识的多少取决于学习者根据自身经验去建构有关知识的意义和能力。建构主义学习理论强调创设真实情境，把创设情境看做是“意义建构”的必要前提。[1]“通过情景进行教学和操练”，是情景教学法的主要特点。[2]

（二）互补理论

互补理论认为,一种感觉的缺失会导致对剩余感觉的更大依赖,从而增强剩余感觉。某一感觉通道内输入的缺失会导致完好通道内的感觉变得异常敏感。[3]脑成像及行为实验研究结果证明，聋人在视觉图象识别的敏度、视觉工作记忆广度、外周注意等方面都要优于正常人；当视觉任务需要复杂加工时,聋人未损伤通道中的加工效率更高。[4]视觉是个体接受外界刺激并获取信息的主要途径,据估计,信息总量的70%-80%是通过视觉获得，充分发挥聋人视觉补偿功能，可有效弥补其听力缺陷，实现其身心全面发展。由于听力缺损，聋人感受情景的主要通道来自视觉，重点突出视觉情景有助于聋人发挥视觉补偿功能，提高聋人课堂教学效果。

二、目前听障学生情景教学的实施手段与不足

（一）情景教学的实施手段

目前听障学生文科进行情景教学的主要教学手段有：（1）手语;（2）通过图片、幻灯片、PPT来演示；（3）运用直观教具和动作模拟;（4）课上真人互动；（5）电脑平面图像的直观呈现。

（二）情景教学手段的不足

虽然目前常用的教学手段都充分考虑到情景教学对听障学生文科实际运用能力提高的实际意义，在教学中通过创设一定的情景进行互动,强化记忆，提高学生学习积极性和兴趣，但是以上教学手段仍存在两点不足。

1.很多文科授课内容难以利用课堂实景、图形或文字来模拟创建教学所需情景，无法实现高度模拟现实情况下的应用教学。

2.教学环境仍旧没有脱离课堂，情景应用环境没有得到切实改变，授课手段缺乏交互性，无法激发起学生对于情景环境产生的学习兴趣。

三、虚拟现实理论基础

（一）虚拟现实技术的概念及应用范围

虚拟现实是人们对计算机及其非常复杂的数据进行可视化及交互操作的一种方法，是一种可以创建和体验虚拟世界、由计算机生成的高技术模拟系统。[5]计算机用户以自然的方式与虚拟环境进行多模态交互，从而产生置身于相应的真实环境中的真实感受。虚拟现实技术最初主要应用于飞行模拟训练、娱乐、数据和模型可视化、虚拟战场环境仿真等领域。现在虚拟现实技术的应用范围已经扩展到人们生产生活中的各个领域。[6]

（二）虚拟现实技术应用于情景教学的优势

沉浸、交互、构想是虚拟现实系统的三大特征，基于以上特征虚拟现实技术，通过显示子系统、检测子系统和模拟子系统实现虚拟情景教学，其主要优势体现在以下三个方面。[7]

1.时间上的伸缩性。使用计算机虚拟现实技术，可以将任何时间、任何地点的外界系统活动在计算机上模拟运行出来，根据课程的需要设计模拟系统建立交互性较强、与现实比较接近的模拟环境。

2.广泛性和开放性。利用虚拟现实技术，可以按照授课内容建立跨时空的仿真世界，并以开放式平台方式将授课内容在网上呈现。

3.可控性。利用虚拟现实技术的时间伸缩性、广泛性和开放性的特点，虚拟现实情景教学可对教学内容实现有效的控制，还可实现教学流程可视化，将平面教学立体化。

（三）听障学生文科虚拟现实情景教学系统技术架构

我们开发的听障学生文科虚拟现实情景教学系统主要采取桌面式结构。该教学系统通过计算机显示屏幕生成的环境来提供给学生。在使用时，系统设定一个虚拟观察者的位置，学生通过鼠标与系统进行交互，在屏幕上显示出用户与虚拟世界交互的过程。在虚拟情景教学系统中，学生通过显示屏幕看到虚拟世界。该系统允许多个用户同时加入系统，对用户数的限制较小。桌面虚拟情景教学系统重要的功能块包括计算机系统、显示系统、光学跟踪系统、音响系统、网络系统。

四、听障学生旅游英语虚拟现实情景教学系统设计构想

英语作为一种外国语言，其学习过程中的情景构建较之于历史、语文等学生较为熟悉的课程，存在一定的困难性和局限性。所以我们选择将虚拟现实技术首先应用于听障学生英语教学。旅游英语在听障学生国外生活中应用最为广泛，因此，我们选择在旅游英语项目课程上应用虚拟现实技术进行情景教学。

听障学生旅游英语虚拟现实情景教学系统利用视景建模软件Multigen Creator和视景仿真环境软件Vega，构建如大使馆、飞机场、海关、边检、旅馆等旅游英语应用场景。每一单元都由若干场景构成。采取流程式体验方式，通过学生操控化身（在虚拟世界代表自己的人物）与各个场景的NPC进行点击式对话。对话流程是学生点击场景，NPC会弹出问题对话框和备选答案，学生选择正确答案可进行随后的对话，待完成所有对话后进入下一个场景，完成所有场景即完成一个单元的情景体验。完成单元情景体验的时间以及选择正确对话的准确率，是考察学生知识点掌握的重要参数。

五、听障学生旅游英语虚拟现实情景教学实施

（一）实施步骤

听障学生旅游英语虚拟现实情景教学实施步骤由视频教学——灵境学习——课外网络学习——测试与评价四部分构成。

（二）实施案例

《走出国门》是本课程第一单元，学习重点包括：掌握申请护照、办理签证、机场候机、通过边检与海关相关流程和用语。

1.视频教学。教师首先在课堂上讲授申请护照、办理签证、机场候机、通过边检等方面的重点词汇、句式和语法要点，然后指导学生学习旅游英语虚拟现实情景教学系统中的情景对话视频。学生重复观看视频，对知识点进行消化理解。

2.灵境学习。学生进入旅游英语虚拟现实情景教学系统灵境情景体验模块进行学习。本单元情景体验包括以下场景：申请护照场景（模拟公安局出入境管理中心）、签证场景（模拟美国驻上海领事馆）、机场场景（模拟上海机场候机大厅、机票办理处）、边检与海关场景（模拟上海机场边检口与海关）。学生在课堂上进入系统灵境情景体验模块，创立属于自己的虚拟人物（化身）。其需要完成的任务包括申请护照、申请签证、兑换登机牌、通过安检、通过海关，这些人物都是通过学生操控的化身与NPC做对话选择来完成。如果对话选择错误，系统会提示正确选项，选择错误选项将无法完成学习任务。教师在控制台对学生自主学习状况进行监控和指导。

3.课外网络学习。学生组成课外学习小组，课后登陆系统课外资源模块，拓展了解申请护照、办理签证等相关知识，在该模块建立的学习论坛进行经验交流。

4.测试与评价。单元学习结束后，教师采取课堂在线测试方式对学生学习成果进行考查。教师在旅游英语虚拟现实情景教学系统测试模块设计考核参数。考核参数包括完成情景测试所需时间，与NPC对话选择正确率。学生通过操控化身，完成“走出国门”单元全部场景通关任务。系统根据所设变量，对学生进行评分，将学生测试过程录制成视频，供教师进行分析。教师选取具有代表性的测试视频，在课堂上进行错误剖析。

（三）教学效果与反馈

通过半年的教学实践，我们采用灵境测试和试卷测试方式，对教学效果进行考察。灵境测试由计算机随机抽取课程内容，对学生进行灵境通关测试，不同机位学生的测试内容各不相同，设置合格标准为15分钟，要完成所有测试场景，与NPC对话错误率低于20%。试卷测试由教师统一命题，采取闭卷考试方式对学生进行考查，考试内容包括旅游英语常用词汇和句式。测试结果显示，参与测试30人全部通过灵境测试，其中7人仅用时10分钟就通过测试，且正确率为100%。试卷测试中有1人成绩低于60分，3人成绩达到90分以上，平均成绩为76.6。与学生访谈结果显示，学生普遍认为，应用虚拟现实技术的情景教学比传统课堂教学更具吸引力，更有兴趣学习，内容应用性很强且容易理解。

总之，听障学生旅游英语虚拟现实情景教学实践证明，虚拟现实技术能够对文科授课内容进行跨时空的情景再现，其营造的逼真场景和良好的交互性能够有效地发挥听障学生的视觉补偿功能。虚拟情景教学系统为听障学生开展情景教学提供了一种新的理论方法和应用模式。因此，虚拟现实技术在听障学生教学中的应用前景会更加广泛。

[1]何克抗.建构主义——革新传统教学的理论基础[J].电化教育研究,1997（4）：25-27.

[2]束定芳，庄智象.现代外语教学:理论、实践与方法[M].上海:上海外语教育出版社,1996：168.

[3]Kujala T,Alho K,Naatanen R.Cross-modal reorganization of human cort ical functions[J].Trends inNeuroscience,2000,23（3）：115-120.

[4]Paroksch J,Bavelier D.Changes in the spatial distribution of visual attention after early deafness[J].Joumal of Cognitive Neuroscience,2002,14（5）：687-701.

[5]郭根生.走进虚拟现实[J].多媒体世界,2000,6（3）：75-77.

[6]Loftin RB.Aerospace Application of Virtual Environment Technology[J].Computer Graphics,1996,30（11）：33-35.

[7]S.ottosson.Virtual reality in the product development process.Engineering design[M].London:Taylor&Francis Ltd,2002:159-173.