增强现实技术助力幼儿汉字学习的效果及策略研究*

刘 潇 ，王志军 ，李 芬，曹晓静 ，韩美琪

（1.天津师范大学 教育科学学院，天津 300387；2.太原市光明幼儿园，山西 太原 030032）

一、引言

增强现实（Augmented Reality，以下简称AR）技术具有虚实融合、实时交互和三维配准(又称注册、匹配和对准)三大技术特征[1]，能将多媒体信息叠加于真实环境之上，从而促进学习者对抽象概念的理解，因此得到教育领域学者的广泛关注。近年来，AR技术已逐渐渗透到数学、物理、化学、语言等多个学科当中，并在提升学习者的学习效果方面发挥着积极的作用。

综观国内外相关文献及学习产品，AR技术与语言学习的融合已经成为当前的一个研究热点。根据戴尔的“经验之塔”理论，言语符号位于经验之塔顶端的位置，是人类最为抽象的经验，也是学习者最难理解和掌握的一类知识。然而，这类知识又恰恰是提升语言能力的关键所在。以幼儿汉字学习为例，3-6岁是儿童培养阅读能力的最佳年龄段，而识字水平是影响孩子阅读能力和兴趣的重要因素之一。但是，受注意力和生活阅历所限，幼儿在识字时往往无法在文字符号和其意义之间建立有效联系，在文字理解和记忆方面存在一定的障碍。AR技术的出现为消除这种障碍提供了可能。张燕等[2]指出，AR教学媒体可以实现“经验之塔”三种层次经验（“做的经验”“观察的经验”“抽象的经验”）的交融，使学习者获得最大限度的认知刺激和体验，进而提升学习效果。

可以说，AR技术在幼儿汉字学习方面具有明显的优势。然而，教育毕竟是一项复杂的系统工程，当前AR技术在教育中的应用尚处于试水阶段，现已开发的幼儿AR识字资源是否能、如何能将AR技术的理论优势切实转化为实际应用价值，还有待深入探究和思考。

二、相关研究综述

1.国内外研究现状

通过对CNKI、Web of Science等国内外数据库进行检索，发现已有不少学者对幼儿AR语言学习资源的教学有效性进行了研究。例如，He等[3]选择40名学龄前儿童进行了英文单词学习的对照实验，发现使用移动AR软件学习的幼儿相比对照组得到了更高的学习成绩；喻春阳等[4]比较了增强现实与传统方式在幼儿英语识词效果上的差异，发现采用AR教学方式相对于传统教学方式在幼儿识记单词的平均个数上更有优势；朱必熙等[5]针对卡片、卡片+图片、卡片+AR技术三种情况下幼儿识字效率进行了比较，发现幼儿在利用“卡片+AR技术”进行学习后，识字的遗忘周期和混淆周期均较长。

总体而言，已有研究在验证幼儿AR语言学习资源的教学有效性时，多采用实验法进行分析，并根据幼儿的学习成绩对AR技术给予了积极的评价。

2.已有研究存在的不足

通过对国内外相关文献的进一步分析，可以总结出已有研究存在的几点不足：①研究方法单一：定量研究居多，定性研究偏少，不利于发现更多深层次、有价值的信息；②研究内容局限：已有研究多以外语单词作为学习内容，较少思考AR技术对促进幼儿汉字学习的作用，AR技术是否适用于“汉字”这种言语符号的学习还有待继续探究；③研究深度欠缺：已有研究多选择一些形象化的单词、汉字作为幼儿语言学习的内容，并得出AR技术具有优越性的结论，至于AR技术是否适用于全部单词、汉字，则鲜有提及。

本研究将继续对幼儿AR汉字学习资源的教学有效性进行验证，并努力克服当前研究过程中存在的不足。

三、研究设计

1.研究目的与内容

本研究的主要目标是将AR技术融入幼儿汉字学习中，观察其针对不同类型汉字的实际应用效果，发现其优势与不足，并从资源设计的角度有针对性地提出AR技术助力幼儿汉字学习的优化策略。具体来讲，包括两部分内容：①AR技术应用于幼儿汉字学习的有效性分析；②AR技术助力幼儿汉字学习的优化策略。

2.研究思路与方法

本研究拟采用“前期准备—有效性研究—提出资源优化策略”的研究思路。其中，在AR技术的教学有效性分析阶段，主要采用“定量+定性”的研究方法，以确保研究所获得的数据全面、可靠。定量研究选用实验研究法，以幼儿作为研究对象，观测其在采用不同类型学习材料和学习不同类型汉字后所获得的学习结果，进而通过统计分析得到相应结论；定性研究选用调查研究法，以教师作为访谈对象，了解其对AR教学有效性的主观看法。基于本研究思路的技术路线如图1所示。

图1 研究的技术路线

四、实验研究：关于AR助力幼儿汉字学习有效性的定量研究

1.实验背景

从语言学的角度看，语义学研究该语言与其所表达的信息内容之间的关系[6]。换言之，研究语言不仅要研究语言符号本身，也要研究其所表达的含义。用于幼儿汉字学习的两类学习资源（普通识字卡、AR识字卡）在表义的呈现方式上有所不同，前者利用纯文本语言呈现，后者则利用多媒体画面语言呈现。由于存在通道效应，学习者在利用多媒体进行学习时往往会获得比单一媒体学习更好的效果。然而，根据画面语义学的观点，这种学习效果并不单纯取决于画面形式，而是取决于不同画面形式与不同教学内容的匹配。就AR技术来说，AR可以通过让学生亲自接触3D模型来增强其对现实事物的理解[7]，然而并非所有汉字都用于表达现实事物。因此，以3D模型为基础的AR技术可能仅对部分表义具象汉字的学习具有优势。

2.实验目的

探究学习资源类别和汉字类型对幼儿识字效果的影响，从而对AR技术应用于幼儿汉字教学的有效性做出判断。

3.实验假设

在幼儿汉字学习中，学习资源类别和汉字类型对幼儿即时和延时识字效果的影响存在显著差异。具体来讲，本研究包括以下四条实验假设：

（1）学习资源的类别对幼儿即时、延时识字效果的影响存在显著差异。

（2）汉字的抽象程度对幼儿即时、延时识字效果的影响存在显著差异。

（3）学习资源的类别和汉字类型的不同组合对幼儿即时、延时识字效果的影响存在显著差异。

（4）幼儿的即时、延时识字效果存在内在关联。

4.被试选择

实验选取太原市某幼儿园共38名学生作为被试。其中，小班8人、中班11人、大班19人。小班分为X1组（4人）和 X2组（4人）；中班分为 Z1组（6人）、Z2 组（5 人）；大班分为D1组（10人）、D2组（9人）。所有被试都参与了先前知识测试，以确保所学汉字是被试的“新知知识”。

5.实验设计

采用2（学习资源类别）×3（汉字类型）随机化完全区组实验设计。

自变量包括幼儿汉字学习资源类别和所学汉字类型。自变量1为学习资源类别，分为两个水平：AR识字卡、普通识字卡。自变量2为汉字类型，分为三个水平：表义具象型、表义半具象型、表义抽象型。其中，汉字类型的划分，是以该汉字表义的具象化程度为依据，经由与专业幼儿教师共同讨论而最终确定。例如，“羊”属于表义具象型汉字，其含义为具体形象的动物羊；“大”属于表义半具象型，其含义并非具体实物，但可借助一定的实物形象来进行解释；“又”属于表义抽象型，其含义难以进行形象化表达。

因变量主要为幼儿识字测试成绩。测试成绩包括即时测试成绩和延时测试成绩两部分。其中，即时测试在幼儿学完汉字后的10分钟内进行，延时测试则是在幼儿学完汉字后的一周后进行（两次测验之间不对汉字做巩固练习）。测试的主要形式为：引导幼儿读出教师所指的汉字，并记录幼儿读音正确的汉字个数（读对1个汉字计1分），将其作为即时和延时测试的成绩。由于两次测试的汉字相同，为了避免出现滞留效应，本研究在延时测试中将汉字的呈现顺序进行了随机调整。

6.实验材料

（1）不同类型的学习资源

普通识字卡：采用幼儿汉字学习常用的无图识字卡，以摆脱字卡中图片对本研究的干扰。

AR识字卡：在普通识字卡的基础上添加了3D模型的特效，可以利用平板电脑的摄像头扫描普通识字卡，进而在平板电脑屏幕上看到有关该汉字的立体动画，并允许幼儿与该动画进行互动。“羊”“大”“又”在本研究中分别代表了三种不同类型的汉字，以这三个汉字为例，其立体动画呈现效果分别如图2-4所示。

图2 表义具象型汉字动画示例

图3 表义半具象型汉字动画示例

图4 表义抽象型汉字动画示例

（2）不同类型的汉字

实验所选的汉字是根据幼儿的整体识字水平，结合本研究对汉字类型的认定，与幼儿教师共同确定的，具体内容如表1所示。其中，各年级A、B两组汉字整体难度均等。

7.实验过程

实验过程共包括两轮，分别进行A组汉字和B组汉字的学习。在每一轮中，各年级所学汉字组别相同（第一轮A组汉字，第二轮B组汉字），但各幼儿组别所用的学习材料类别不同。其中，接受AR识字卡影响的为实验组，接受普通识字卡影响的为控制组。两组中教师教学水平相当，教学方法类似。另外，为避免来自幼儿学习能力差异等无关变量的干扰，两轮实验中的实验组和控制组应当对调，具体的实验安排如表2所示。

表1 实验中各年级幼儿需要学习的汉字

表2 幼儿分组、汉字组别与学习资源类别的对应关系

8.数据统计与分析

本实验对幼儿年级的划分，旨在为不同年龄段的幼儿选择合适的汉字教学内容，年级本身并不作为数据统计的变量，因此本研究在数据统计与分析阶段，将各年级的信息和两轮实验的数据整合起来，仅考虑学习资源类别和汉字类型对幼儿识字效果的影响。数据的统计与分析利用SPSS 22.0进行。

以实验组所学全部汉字的即时测试成绩为例，其统计方法是通过求几个组合成绩的平均值来实现的。由表2可知，参与了AR教学的幼儿与汉字组合分别为：X1组幼儿+A组（小班）、X2组幼儿+B组汉字（小班）、Z1组幼儿+A组汉字（中班）、Z2组幼儿+B组汉字（中班）、D1组幼儿+A组汉字（大班）、D2组幼儿+A组汉字（大班）。按照此思路计算所有的成绩，可分别得到如表3和表5所示的结果。

（1）即时测试结果

表3显示，实验组（AR识字卡）的即时成绩整体上略高于控制组（普通识字卡）。从汉字类别来看，无论是实验组还是控制组，幼儿对表义具象型汉字的识字效果都要高于表义抽象型汉字。

为进一步确定成绩差异的显著性，本研究对实验组和控制组所学全部汉字的即时测试成绩进行了方差齐性分析和独立样本T检验，发现Levene统计量为F=0.870，显著性P值为0.354＞0.05，故方差齐性。实验组和控制组间独立样本T检验统计量t=1.511，P值为 0.135＞0.01，表明学习资源类型对所学全部汉字的即时测试成绩影响差异不显著。

继续依据汉字类型，对实验组和控制组的即时测试成绩进行方差齐性分析和独立样本T检验，得到如表4所示的结果。表4显示，对于三种类型的汉字，其即时测试成绩的Levene统计量分别为0.854、1.039、0.244，显著性P值分别为 0.358、0.311、0.623， 均高于 0.05， 方差齐性；各类汉字的即时测试成绩独立样本T检验统计量分别为3.326、0.628、0.000，显著性P值分别为 0.001、0.532、1.000。在这些数据中，只有表义具象型汉字的成绩差异显著性P值低于0.01，这表明实验组和控制组在学习表义具象型汉字时，其即时测试成绩具有显著差异。换言之，AR识字卡在表达表义具象型汉字时，具有超越普通识字卡的明显优势。而对于表义半具象型汉字和表义抽象型汉字来说，AR识字卡的作用并不明显。

（2）延时测试结果

表5显示，实验组（AR识字卡）的延时成绩整体上略高于控制组（普通识字卡）。从汉字类别来看，无论是实验组还是控制组，幼儿对表义具象型汉字的识字效果都要高于表义抽象型汉字。

为进一步确定成绩差异的显著性，本研究对实验组和控制组所学全部汉字的延时测试成绩进行了方差齐性分析和独立样本T检验，发现Levene统计量为F=0.823，显著性P值为0.367＞0.05，故方差齐性。实验组和控制组间独立样本T检验统计量t=1.132，P值为0.261＞0.01，表明学习资源类型对所学全部汉字的延时测试成绩影响差异不显著。

表3 即时测试结果（M±SD）

表4 即时测试成绩独立样本T检验分析结果

表5 延时测试结果（M±SD）

表6 延时测试成绩独立样本T检验分析结果

继续依据汉字类型，对实验组和控制组的延时测试成绩进行方差齐性分析和独立样本T检验，得到如表6所示的结果。

表6显示，对于三种类型的汉字，其延时测试成绩的Levene统计量分别为 0.000、0.452、1.559，显著性 P 值分别为 0.988、0.503、0.216，均高于 0.05，方差齐性；各类汉字的延时测试成绩独立样本T检验统计量分别为2.143、-0.144、-0.445， 显著性 P 值分别为 0.035、0.886、0.658。在这些数据中，各类汉字的延时测试成绩差异显著性P值均高于0.01，这表明AR识字卡与普通识字卡在幼儿识字效果上的差异随着时间的推移逐渐缩小。

整体而言，实验中AR识字卡相比普通识字卡有优势但不明显，其理论潜力尚未充分发掘出来。为深入了解造成这一现象的原因，本研究在实验研究的基础上，对教师进行了访谈，并收集了一些重要的质性数据。

五、调查研究：关于AR助力幼儿汉字学习有效性的定性研究

1.调查目的

由于幼儿年龄较小，在表达其态度时存在诸多障碍，因此本研究尝试对幼儿教师进行访谈调查，以获得与实验相关的深层次信息。

2.调查对象及形式

本研究采用个别化、半结构现场访谈形式，选择6名幼教工作者作为访谈对象。其中，3名教师具有丰富的幼教经验，并现场观摩了两种形式的教学；另外3名教师则亲自参与了实验组和控制组的识字教学活动。

3.调查问题

调查内容主要包括两个问题：①通过实验，您认为AR识字卡对幼儿汉字学习有何益处？②通过实验，您认为AR识字卡在助力幼儿汉字学习方面存在哪些不足？

4.调查结果

（1）AR识字卡在助力幼儿汉字学习方面具备的优势

受访者的观点总结如下：①AR识字卡可以极大地吸引幼儿的注意力和学习兴趣，在实验中表现为：幼儿总是迫不及待地想看看字卡可以变出什么样的“魔法”，并且常常积极踊跃地体验与3D模型的交互，鲜少有走神现象发生；②AR识字卡所提供的3D模型可以使幼儿以一种形象化的方式学习所学汉字，相比普通识字卡更符合幼儿的认知特点，从而进一步加深了其对所学汉字的理解和记忆；③AR识字卡的使用升华了师生间的友好关系，减少了过去的“距离感”，能为教学的顺利开展奠定良好的基础。

（2）AR识字卡在助力幼儿汉字学习方面存在的不足

受访者的观点总结如下：①过多的特效设计容易使幼儿的注意力发生偏移，在实验中表现为：幼儿把注意力集中在对3D模型的观察和操纵上，常常忽略对汉字本身的记忆，这使得很多幼儿在学习过程中可以很好地读出汉字，但在仅有字卡的测试中却难以准确读出汉字的正确发音；②以单个汉字为单位的动画设计容易使幼儿产生歧义，在实验中表现为：一些幼儿在学习“蚁”这个字时，是通过观看蚂蚁的3D模型来记忆的，但等到测试时，却误将“蚁”读成“蚂”，说明幼儿对蚂蚁印象深刻，但对“蚁”字没能很好地辨识；又如一些幼儿在学习“大”这个字时，可以看到屏幕上呈现大小不同的两个球，其中较大的球呈闪烁状态，以提示该汉字为“大”。但在测试时发现，幼儿对直观性强的内容有更好的记忆，他们有时会将“大”误读为“球”；③现有的AR识字卡所呈现的效果不足以很好地表达所有的汉字。例如，“最”这个字较为抽象，3D模型并非其最好的表达方式，应当根据汉字的类别选择多样化的媒体，并利用AR技术加以呈现。

六、增强现实助力幼儿汉字学习的优化策略：资源设计的角度

综合实验和调查研究的结果，可以得出以下结论：AR技术的融入可以对幼儿汉字学习起到一定的助力作用，但这种作用在目前表现得不够充分，在资源设计方面还有较大的提升空间。AR识字卡本质上是一种多媒体学习资源，“画面”是其与幼儿直接交互的部分。王志军等[8]认为，多媒体画面是基于数字化屏幕呈现的图、文、声、像等多种视、听觉媒体的综合表现形式，其设计应当包括画面语义设计、画面语用设计和画面语构设计三个层面。

因此，本研究尝试从这三种设计出发，针对性地提出了AR识字卡的优化建议：

1.画面语义设计的优化建议

画面语义设计要求处理好各类媒体与其所表达或传递的教学内容信息之间的关系。本研究中“汉字”是幼儿识字学习的主要内容。根据实验研究的结果，AR识字卡在表达不同类型汉字方面所获得的效果有所不同。因此，AR识字卡画面的设计需要做到“因字而异”。

首先，AR识字卡所选择的媒体不必拘泥于3D模型，传统的图片、图像、文字、声音、动画、视频等均可用于画面设计。3D模型适合表达表义具象型汉字，如“笔”“鸡”“梨”等是幼儿在日常生活中可以接触到的实物，应用3D模型可以使幼儿获得一种真实感、情境感，进而实现新知汉字与已有经验的关联；对于表义半具象型汉字而言，尽可能地让幼儿从画面中寻找到规律性的内容，避免形象化的内容给幼儿造成的歧义；表义抽象型汉字并非一定要用AR来表达，如果需要可以将汉字放在一定的语境（词语、句子、段落）中，以动画等形式表达整个语境的含义，并对所学汉字加以强调，使幼儿能深刻理解该汉字的含义。

其次，AR识字卡的画面设计应注重构建动画与字形的内在关联。在实验和访谈中发现的一个问题是，AR识字卡中画面的设计往往以“字义”为依据，忽视了画面与字形之间的内在联系。例如，幼儿在学习汉字“花”时，看到的是百合花的3D模型，可以轻松地理解“花”所代表的含义。然而，幼儿并未对“花”的字形有深刻理解，这导致他们在测试时常常将“花”与“草”相混淆。汉字按照造字法一般可分为象形字、指事字、会意字、形声字、转注字、假借字六种类型（即“六书”），其中象形字是由实物演变而来的，对于这类字的设计可尽量以字形为基础设计3D模型，并表达由模型向汉字演变的过程。

2.语用设计的优化建议

画面语用设计要求处理好各类媒体与信息化教学环境之间的关系。AR识字卡的画面设计应以幼儿特征与教师教学方法为依据。

首先，AR识字卡的画面设计应符合幼儿的心理特征。3-6岁幼儿的认知处于前运算阶段，该阶段以具体形象思维为主，并开始向抽象逻辑思维过渡。汉字对于幼儿来说属于抽象化的知识，单纯学习汉字容易让幼儿感到枯燥、乏味，进而丧失其对识字的兴趣。AR识字卡以字卡为汉字的承载媒介，只关注了“字”而忽视了该汉字所在的词、句和段落，容易使幼儿感到晦涩。因此，有必要让幼儿在一定的语境条件下来完成汉字的学习。AR识字卡不仅要注重“字”的设计，还应当注重“词”“句”的设计。这种设计可以将幼儿喜欢的游戏融入进来，让幼儿在游戏中动手、动脑，在轻松快乐的氛围中掌握已学知识。例如，可以允许幼儿利用字卡进行组词、造句，并借助AR技术得到相应的反馈。组词方面，幼儿可以将“闪”和“电”组合到一起来得到闪电的动画效果；造句方面，幼儿可以将“我”“最”“漂”“亮”四个字按顺序排列成句子来得到奖励反馈，以加深对“最”字的理解。

其次，AR识字卡的画面设计应符合教师的教学风格。可以将AR识字卡定位为传统识字教学的补充而非替代。在传统的识字教学中，有一些长期总结出来的优秀方法是值得借鉴的，如字源识字法、分类识字法、听读法、游戏教学法等。AR识字卡的画面设计应关注如何与这些方法相匹配，以保证其能在关键环节切实发挥辅助作用。

3.画面语构设计的优化建议

画面语构设计要求处理好各类媒体之间的结构和关系。游泽清[9]认为，多媒体画面的艺术设计应遵循三大基本规则：“突出主体（或主题）”规则、“媒体匹配”规则和“有序变化”规则。AR识字卡的画面语构设计也应从这三大规则入手来进行。

首先，在“突出主体（或主题）”方面，AR识字卡的画面设计应尽可能简单明了，不要增加太多无用的特效，以排除冗余信息的干扰。

其次，在“媒体匹配”方面，应当充分了解画面中各类媒体（图、文、声、像）的特性，切实发挥各媒体在表达具体教学内容时的优势。媒体的组合搭配需要符合Mayer提出的“多媒体原则”“通道原则”“邻近原则”等，尽可能减少幼儿在学习过程中形成的外在认知负荷。

最后，在“有序变化”方面，同类汉字的AR效果应当统一、一致，按照有序的规律发生变化。

七、结束语

AR技术的出现为提升幼儿汉字学习水平创造了更多的可能性。但鉴于国内AR的教育应用尚处于初级阶段，其理论优势向实践效益的转化还需要一段很长的过程。本研究通过实验和访谈对AR技术助力幼儿汉字学习的有效性进行了验证，了解了其具备的优势与存在的不足，并有针对性地从资源设计角度提出了优化建议。后续研究计划尝试以这些建议为依据，设计新的AR汉字学习资源，并通过“定量+定性”的研究方法验证建议的有效性和合理性，从而尽可能地提高AR技术在幼儿汉字学习方面的应用价值。