英语学习中虚拟现实技术应用综述

摘  要  英语是公认的国际外交用语，包括中国在内的许多国家将英语作为外语来学习。虚拟现实具有沉浸感、交互性和想象性的特点，已经在语言教育领域得到广泛应用。通过对2011—2021年WoS数据库的实证研究文献进行回顾与分析，对虚拟现实技术在英语学习中的应用现状、技术发展趋势进行系统分析。

关键词  虚拟现实技术；英语学习；英语教学；桌面式虚拟现实；沉浸式虚拟现实

中图分类号：H319    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）18-0034-06

0  引言

在经济全球化和高等教育国际化的时代背景下，英语是目前被公认的国际外交用语，包括中国在内的许多国家和地区将英语作为外语来学习。然而，在传统的英语教学中，缺少包含丰富的语言和空间线索的周围环境。随着教材和相关学习材料不断发展，英语学习更加多样化，挑战性更小，通常包括多媒体学习材料，如音频、视频等[1]。然而，这些材料往往无法满足不断变化的需求，它们提供一种静态和平面的学习方式，而不是语言的交互表示。近年来，在技术增强型语言学习（TELL）研究领域，利用虚拟现实（VR，Virtual Reality）技术来替代传统多媒体材料、教育游戏和教育软件的新方法受到众多学者的关注[2]。

虚拟现实技术具有模仿或增强现实世界环境的功能，并为语言习得提供有利条件[3]。根据定义，虚拟现实通过将用户完全沉浸在三维（3D）模拟现实中，通过头戴式显示器、游戏、数据手套、跟踪设备和软件，将用户与他们所处的现实隔离开来。虚拟现实程序可以分为沉浸式虚拟现实（用户可以与虚拟现实组件交互）和桌面式虚拟现实（如观看360°视频）。虚拟现实技术可以为学习者在具有真实场景的沉浸式学习环境中提供触觉、动觉、视觉、听觉和具体体验[4]。沉浸式学习可以为学习者提供一个更加接近真实世界的虚拟环境，使学习者在情境化游戏中以第一人称角度来与人或物体进行互动，以促进学习者语言能力、人际交流、逻辑思维、创造能力的发展。基于虚拟现实的英语学习还可以使学习者处于更加真实的语言环境中，不受地理位置的限制。通过使用虚拟现实设备，用户完全沉浸在环境中，体验比以往任何时候都更接近真实世界的虚拟现实技术[5]。

目前，关于虚拟现实环境中的英语学习的实证研究数量非常有限，虚拟现实技术在英语教学领域的应用仍然有待厘清。本研究采用内容分析法，聚焦虚拟现实技术在英语教学中的应用研究现状与热点，针对近十年国际文献中相关的实证研究展开研究，旨在系统梳理近十年虚拟现实技术应用于语言教学的发展趋势、热点研究主题与主流研究方法。通过量化分析的方法绘制知识图谱，对关键词进行量化和聚类分析，从而对虚拟现实技术在英语教学领域的应用进行详细梳理。

1）近十年来虚拟现实技术在英语教学中的应用发展与趋势。

2）2011—2021年，这些文献调查了哪些与虚拟现实促进英语学习相关的主题？

3）2011—2021年，相关实证研究采用了哪些研究方法？相关实证研究的样本组、研究设计、研究方法是如何变化的？

1  研究步骤

本研究以Web of Science数据库为数据来源，限定发表时间为2011年1月1日—2021年9月30日，限定研究方向为“Education Educational Research”领域，使用布尔表达式“（“VR”OR “vir-tual reality”OR“game”） AND （“EFL”OR“Eng-lish”）”进行检索，初步获得文献908篇。然后通过人工甄别与筛选，剔除无作者、无关键字、与研究主题不相关和非实证研究的无效文献，最终获得37篇将虚拟现实技术运用于英语教学的实证研究文献，将此37篇文献作为研究样本进行内容分析。

1.1  年发文量

2011—2021年，“VR”+“英语教学”相关论文的年发文量如图1所示（2021年只获取前九个月的文献）。近十年来，相关文章的发表数量总体呈现逐年递增的趋势，在2020年激增，由于2021年只获取前九个月发文数据，预测发文数量较前一年会出现较大增幅。虽然相关研究早已出现，但是年发文量的趋势表明，从2016年开始，虚拟现实在英语教学中的应用研究开始受到越来越多学者的关注，相关研究不断深入。

1.2  期刊来源

在37篇文章中，期刊文章26篇，会议论文11篇。表1列出至少发表两篇相关论文的期刊。发文量靠前的三个期刊是《计算机辅助语言教学》（COMPUTER ASSISTED LANGUAGE LEARNING）、《英国教育技术杂志》（British Journal of Educational Techno-logy）、《国际游戏学习杂志》（INTERNATIONAL JOURNAL OF GAME-BASED LEARNING）。

1.3  关键词共现分析

关键词可以表示文章内容的重点，是论文研究主题的高度概括。关键词知识图谱有利于关键词共现分析，能够直观地描述文档中关键词之间的关系。本文利用关键词共现分析法对虚拟现实技术在英语教学中的应用热点进行分析。通过观察和分析关键词的频率与关键词的中心性，可以反映出该领域的热点。十大热门关键词的频率和中心性如表2所示。

2  研究结果

2.1  技术发展趋势

用户在传统的基于计算机的环境中进行低沉浸式虚拟现实，也称为桌面式虚拟现实，而高沉浸式虚拟现实需要在房间环境中使用头戴式显示器（HMD）或周围的投影屏幕。

桌面式虚拟现实系统是一套基于普通PC平台的小型桌面虚拟现实系统。在桌面式虚拟现实系统中，计算机的屏幕是参观者观察虚拟境界的一个窗口，在一些专业软件的帮助下，用户可以在仿真过程中设计各种环境。将英语学习嵌入3D合作虚拟现实游戏，可以训练学生的社交技能，激发大量的语言输出[2]。此游戏主要被用来弥补在英语课上缺乏练习时间的情况。在另一项研究（谷歌地球）中，通过谷歌地球虚拟现实创建有目的的虚拟写作活动，让英语学习者沉浸到自己熟悉的土地或文化中，促进学习者在说明文写作实践中的语言技能。虽然桌面式虚拟现实不能提供像沉浸式虚拟现实那样高质量的沉浸感与互动性，但是与纸质教材或视频素材相比，可以为学习者提供一个自由探索的3D世界。

沉浸式虚拟现实（Immersive Virtual Reality，简称IVR）提供参与者完全沉浸的体验，使参与者有一种置身于虚拟世界之中的感觉。沉浸式虚拟现实最明显的特点是：利用头盔显示器把参与者的视觉、听觉封闭起来，产生虚拟视觉，与此同时，参与者的头、手、眼均有相应的头部跟踪器、手部跟踪器、眼睛视向跟踪器的追踪，使系统达到尽可能的实时性。

沉浸式虚拟现实和桌面式虚拟现实的研究情况如图2所示。虽然低沉浸式虚拟现实在教育应用中设备成本更低且更易于实现，但高沉浸式虚拟现实可以提供低沉浸式虚拟现实无法替代的高互动性和更大的沉浸感。随着虚拟现实技术的不断发展，学习者对自己身处虚拟世界的幻觉和感知会更好，而不是通过化身体验虚拟世界。YANG等[6]采用一种高沉浸感虚拟现实技术，具有真人配音、动作捕捉、身体跟踪交互和虚拟现实控制器，可自然实现高沉浸感，同时为语言学习提供近乎真实的模拟环境。研究者发现这种高沉浸感的虚拟现实能够显著提高成绩较差学生的学习成绩，并且大多数学生对高沉浸感的虚拟现实在空间存在、参与和真实感方面持积极态度。在沉浸式虚拟现实研究中，有三项研究使用人工智能技术，主要用于智能对话系统和智能分析。

2.2  研究主题

参考Lin等[7]研究主题的编码方法，基于本研究样本文献的归纳内容分析，37篇论文样本的研究主题分为三类：学习任务、学习方式和环境。针对每个类别，对子类别进行分类，在数据分析过程中将这些类别和子类别不断细化。这些类别和子类别的有效性在所有文章审查后得到确认，如表3所示，最常见的研究主题是学习任务（n=35），其次是学习方式（n=14）。最常见的研究主题子类别是口语交际（n=13），接下来依次是任务式学习（n=8）、词汇（n=6）和协作学习（n=5），最不常见的研究主题子类别是基于问题的学习（n=1）。

2.3  研究方法

研究结果表明，2016—2021年，大多数研究采用定量方法（n=14），接下来是定性与定量融合的方法（n=6）和定性方法（n=3）。2016—2018年，排名最靠前的研究设计仍然以定性（n=2）与定量（n=6）为主，采用这两种研究方法的研究共占三年间发文量的80%。2019—2021年，使用定性与定量融合的方法的研究（n=6）占据文献数量从0上升为22%，而定量研究方法的研究（n=9）占据文献总量的比例从60%变化为33%，定性研究方法的研究（n=1）占据文献总量的比例从20%下降到4%。

2016—2021年，最常见的研究样本群体是初高中学生（n=11），接下来是高等教育（n=10）和成人（n=4）。2016—2018年，针对高等教育的发文量（n=6）占据总发文量的50%，针对初高中学生的发文量（n=2）占据总发文量的16%，没有出现针对成人在虚拟现实环境下的研究。2019—2021年，针对初高中学生的发文量（n=6）占据总发文量的33%，针对高等教育的发文量（n=7）占据总发文量的38%，针对成人的发文量（n=2）占据总发文量的11%。部分精选研究分析如表4所示。

3  结论

本研究旨在确定虚拟现实研究文章在技术使用、研究主题、样本组和研究方法方面的趋势。

3.1  高沉浸感虚拟现实技术和人工智能技术

研究结果表明，2011—2021年，关于虚拟现实技术在英语学习中运用的研究数量逐年增加，并且如果从桌面式虚拟现实和沉浸式虚拟现实的角度来看，沉浸式虚拟现实研究呈现明显的增长趋势，而桌面式虚拟现实在近几年较少受到关注。原因在于，沉浸式虚拟现实环境可以提供更加真实的模拟环境，让学生处于一种完全沉浸式的状态以增强学生的理解；3D图像的真实感和平滑变化使学生在学习过程中更加专注，也使学习更具动机和乐趣。而且，沉浸式虚拟现实技术可以建立一个模拟的文化氛围或语言环境，是学生获得高度沉浸感，为学生提供获得具体英语学习经验的机会。

研究还发现，近年来，随着人工智能技术的快速发展，人工智能教育应用成为许多研究者追踪的热点。一些研究者使用人工智能技术来实现虚拟现实游戏中的智能对话，当玩家进行互动对话后，对话内容会被智能对话系统识别并生成回答，使得虚拟现实游戏中的计算机角色能够对玩家的提问给出符合自己身份和当前语境的语义一致且符合逻辑的回答。传统的虚拟现实游戏的人机对话是通过词与词的匹配，这会导致言论的丰富度与自由程度显著降低，于是有研究者开发了一个智能对话系统，使得学习者的互动对话可以接近与母语人士互动的水平。人工智能技术还带来智能评价，智能语音评估能够自动评估英语口语水平和发音并报告问题。研究者开发的系统通过将语言视为句子或单独的单词来评估学习者的发音。

沉浸式虚拟环境与人工智能技术的结合，将为学习者带来更加真实、复杂、个性化的虚拟空间，以达到模拟真实世界的效果，增加虚拟学习空间的内容丰富度以及促进学习的个性化，最终促进学习者的学习效果。

3.2  由单一能力训练向综合能力培养转变

通过对文献中研究设计的整理可知，基于虚拟现实的英语教学研究从对词汇、语法、口语表达等单一维度的学习向交际应用、学习动机、创造能力和高阶思维等复杂认知任务转变。有研究采用的学习系统为学习者提供基于任务的作业和综合交际能力，从而使语言学习具有整体性，而不是单独掌握孤立的方面。使用虚拟现实英语学习平台，并根据布鲁姆的认知复杂性水平来评估学习者的认知学习效果，可以使学习者提高语音、形态、语法和句法等方面的能力，这说明虚拟世界学习有助于发展更复杂、更高层次的思维[8]。

虚拟现实具有的沉浸感、易用性以及可以寻求帮助等特点对学习者的语言认知、高阶思维的培养具有积极的影响。

3.3  相关研究在样本组和研究设计方面的发展趋势

将英语作为外语的学习者往往没有现成的环境练习和使用英语，研究者通过虚拟现实技术构建虚拟学习环境，为英语学习者提供沉浸式真实环境模拟与英语母语人士进行社交互动，促进英语学习。在研究设计方面，研究者倾向于选择游戏化学习的方式，为学习者构建一个虚拟的世界，由学习者对虚拟世界进行探索，与NPC（Non-Player Charac-ter，非玩家控制角色）或物体进行交互，通过探索获得设计者传递的特定知识和信息，让学习者在轻松、愉快、开放的环境下学习，以激发学习者的主体性和创造性，而不是传统英语课堂中的单向信息传递。

通过对文献样本研究方法的分析可知，大多数研究设置样本组与对照组，从前后知识测试、组间差异等角度进行计量分析。在相关文献中，同一组被试者在进行虚拟现实教学前后，对测验得分使用t检验来分析是否出现显著差异，并以此判断虚拟现实教学是否有效果。方差分析往往被用于检验同一群被试者随机分为实验组和对照组之后，进行虚拟现实教学前后测试得分是否出现显著差异。在一些研究中，受试者是自愿报名参加，因此无法满足同质性的要求，且报名人数较少（少于30人），不满足使用t检验的同分布假设，此时需要使用Wilcoxon秩和检验，判断前后测成绩是否出现差异。

研究结果表明，定量方法在相关研究中占比较大，部分文章使用定性+定量的混合研究方法。近年来的相关研究不仅关注通过前后测的定量方法虚拟现实技术对英语学习者的知识学习的促进作用，而且关注虚拟现实环境与传统多媒体（音、视频，桌面游戏等）之间的差异。这与Lin等[7]的预测一致。研究者更加关注正式课堂外的语言学习，招募志愿者直接参与虚拟现实环境研究成为数据收集的新趋势。

参考文献

[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.

[4] Tai T Y， Chen HHJ， Todd G. The impact of a vir-tual reality app on adolescent EFL learnersvocabulary learning[J].Computer Assisted Lan-guage Learning，2020（35）4：892-917.

[5] Liaw M L. EFL Learners Intercultural Communi-cation in an Open Social Virtual Environment[J].Educational Technology & Society，2019，22（2）：38-55.

[6] Yang F C O， Fang Ying R L， Hsieh J C. Facili-  tating Communicative Ability of EFL Learners via High-Immersion Virtual Reality[J].Educa-  tional Technology & Society，2020，23（1）：30-49.

[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：鲁斌瑞，北京邮电大学网络教育学院硕士在读，研究方向为虚拟教育环境（100876）。