语言虚拟仿真实验教学的探索、实践与评述*——以“大学英语虚拟仿真实验”公共选修课为例

张璐妮 唐守廉 刘宇泓

（1.北京邮电大学 经济管理学院，北京 100876；2.北京邮电大学 人文学院，北京 100876；3.北京邮电大学 电子工程学院，北京 100876）

目前，虚拟仿真技术被广泛运用于医疗、游戏、电视特效拍摄领域，给用户带来了身临其境般的参与感，尤其是3D场景搭建技术，可以为用户仿真出多种多样的动态、互动式、可扩展场景，从而突破真实环境的局限性，实现理想场景的即时可达[1]。而情境对学习的重要性早已在认知心理学中得到验证：概念知识由大脑语言系统的语言表征和大脑多通道系统的情境仿真表征两部分组成，其中情境仿真表征能反映更深层的概念知识。在国内，将虚拟仿真技术融入语言实验教学的实践仅在极少数高校进行。语言虚拟仿真实验教学通过虚拟仿真技术提供情境化的实践环境，创造学习者心流体验，为学习者提供视觉、听觉、运动、情绪、触觉等仿真通道的外在刺激，让学习者获得深刻、全面的情境仿真表征，并以此影响语言实验的成效。因此，语言虚拟仿真实验教学是一条通过实验环境的营造来提升语言学习者沉浸感的创新途径，其运行机理、体系结构、实施要点的解构对高校开展语言虚拟仿真实验有重要的参考价值。

一 文献综述

1 心流体验与学习成效

心流是指一种心理状态。处于心流体验中的人们完全沉浸在活力、忘我、完全投入的感觉之中，在面对任务时会更加专心、有创造力、坚定、有信心，因此工作和学习绩效更高[2]。这一正向心理学概念已越来越受到研究者的关注，如Massimini等[3]指出心流体验的产生与任务难度和技能的平衡关系有关，叶新东等[4]通过教学环境的创新设计来营造心流体验，钱春花[5]指出学习者通过情境体验、学习交互、教学参与产生心流体验，李建生[6]探讨了教育游戏中心流体验与学习成效的关系。本研究认为，心流体验通过影响学习者的自我效能来提升学习成效。

2 虚拟仿真技术与心流体验

国内外虚拟仿真效果研究表明：虚拟环境和挑战性任务能高度调动学生的参与热情，激发其学习动机[7]，使其通过与同伴的互动达到更为连贯的目的语输出效果。虚拟现实技术可提升人机交互质量，增加情绪体验，从而改变人的行为[8]。

在外语教学中，环境和口语输出是不可分割的。如杨惠中等[9]指出语言交际能力的测试应该在真实情景中进行，脱离真实情景和真实语言材料的测试是没有现实意义的。将情景创设运用于培养学生口语能力的教学环节中，能有效调动学生的学习积极性，提高其进行交际式口语练习的能动性[10]。目前，我国外语教学中的情景创设主要由教师的课堂背景讲授、拟定情景主题、学生情景模拟分组来创设，方式单一，而虚拟学习环境能为学习者打造更具沉浸性、多感性、交互性和开放性的学习体验[11]，因此将虚拟仿真技术应用于语言教学领域已成必然趋势。

本研究将虚拟仿真技术应用于语言实验教学实践之中，通过虚拟仿真心流体验结构方程模型，阐述技术应用对学习者的语言能力提升路径，并构建了虚拟仿真语言实验教学体系、归纳实施步骤和适用实验类型，以期为高校语言实验教学与虚拟仿真技术的科学融合提供参考。

二 概念模型与实验教学体系

1 语言虚拟仿真心流体验概念模型

虚拟仿真技术的应用程度将对学习者的心流体验产生影响，而心流体验将会影响其自我效能感，即心流体验发挥了中介效应，自我效能感与老师参与共同影响学习者语言综合能力的提升。本研究通过AMOS结构方程模型软件绘制了语言虚拟仿真心流体验概念模型，如图1所示。

图1 语言虚拟仿真心流体验概念模型

图4 学生参与语言虚拟仿真实验的主要意见汇总

在该模型中，虚拟仿真应用涉及三方面内容：①虚拟场景效果，包括虚拟场景的逼真程度和场景的丰富程度；②虚拟播控熟练度，指进行语言虚拟实验拍摄时，学习者对播控软件的掌握程度；③后期非编效果，指虚拟仿真实验的后期非线性编辑效果。心流体验也包括三个方面：①忽略时间，即在心流体验下，学习者专注当下的事情而感知不到时间流逝的状态；②正面情绪，指心流体验会激发学习者产生正面情绪；③目标定向，即在心流体验下，学习者会有更清晰的目标定向。此外，自我效能感是学习者对自己某一领域能力的主观判断和评价，通过实验能力效能感和实验行为效能感，分别表征学习者对自身实验能力和实验行为之把控的评价。

2 语言虚拟仿真实验教学体系

语言虚拟仿真实验教学体系的设计从理论上借鉴了语言虚拟仿真心流体验概念模型。具体来说，本研究首先将虚拟仿真技术融入大学英语实验之中，然后通过独特的体验优势——游戏化实验录播、虚拟仿真语言环境和不受限的语言场景，为学生打造心流语言实践体验，从而增强学生的自我效能感，实现综合语言能力的提升目标。基于此，本研究构建的语言虚拟仿真实验教学体系如图2所示。

图2 语言虚拟仿真实验教学体系

语言虚拟仿真实验教学体系是大学英语听说实验的虚拟仿真体现，由大学英语实验教学与评估体系图①大学英语实验教学与评估体系图可通过“2017年北京邮电大学国家级实验教学示范中心宣传册”查阅。改编而来。与传统的大学英语听说实验类似，语言虚拟仿真实验的教学内容包括实验类型、实验目的、实验主题、实验内容、实验步骤、实验标准、实验报告、实验案例等八个要素，并从易到难可分为基础、技能技巧、综合、探究四种类型，且每类实验自成一体。实验平台有效支撑了实验的发布、实施与评价功能，教师、学习者、学习者同伴和技术团队共同参与实验教学过程。同时，遵循大学英语实验要求与评价标准，构建系列化的“智能评价—师评—自评—互评”的四维形成性评价机制，以形成性评价和终结性评价相结合的方式评估评测学生的英语综合应用能力。

三 实验教学环境搭建与实验步骤

1 语言虚拟仿真实验教学环境搭建

语言虚拟仿真实验教学环境是围绕语言实验教学需求创设的虚拟仿真场景，不同种类的虚拟场景对应了交际口语在日常生活中的真实场景，如图书馆、球场、演播厅、机场、公园等。具体的搭建过程如下：虚拟仿真技术通过三维建模，实现真实场景的虚拟仿真效果，让置身实验室拍摄的学生如同亲临真实场景；多机位的高清摄录一体机用于在不同角度捕捉并传输拍摄主体的影像至虚拟图文包装系统模块；虚拟图文包装系统模块实现拍摄者与虚拟场景的无缝融合，并在拍摄过程中控制场景和主体的属性，输出拍摄素材，配备专业采音设备收声；运用在线NAS存储技术，非线性编辑合成系统软件实时采集拍摄过程中的虚拟仿真素材，并提供素材的后期剪辑和特效处理。

2 语言虚拟仿真实验步骤

语言虚拟仿真实验教学环境搭建完成后，遵循以下语言虚拟仿真实验步骤（如图3所示）进行大学英语听说实验：①根据语言虚拟仿真实验的四种类型，进行实验主题、实验类型、实验难度、实验人数的拟定，为实验提供内容支持；②学习者从虚拟场景、实验人物设定和台词三个方面拟定实验脚本；③通过虚拟建模工具制作虚拟场景，包括前景、背景和虚拟物品（如桌子、沙发、床）；④进入虚拟仿真实验室进行实验表演和蓝箱拍摄，学习者在表演中可以通过返看屏幕观看虚实融合的实时效果影像，实验室配备专业的调音系统进行实验收声和声控，并配备播控系统来操控场景和人物的拍摄角度、模拟镜头推拉摇移效果，实现对拍摄效果的全面控制；⑤通过非线性编辑合成系统进行视频特效、字幕的添加，并导出高清素材；⑥学习者通过实验平台提交语言虚拟仿真实验，每个实验均包括语言虚拟仿真实验的八个要素；⑦严格遵照自评→互评→师评的顺序对语言虚拟仿真实验进行多维评估，同时结合基于语音识别技术的智能评价对学习者的语言发音进行评估。

图3 语言虚拟仿真实验步骤

四 语言虚拟仿真实验教学的实践

1 语言虚拟仿真实验对象

语言虚拟仿真实验对象是参与北京邮电大学2017年秋季学期新增的“大学英语虚拟仿真实验”公共选修课的30名大学生——从年级来看，90%的学生就读于本科二年级，另外10%为本科三年级学生；从专业来看，80%的学生来自于通信和计算机专业，另外 20%来自于数字媒体和语言专业。“大学英语虚拟仿真实验”课的6名教师由北京邮电大学语言实验教学中心的技术工程师（均为计算机和通信工程专业的硕士）担任，他们联合承担了授课和实验指导工作。

2 语言虚拟仿真实验教学实践

“大学英语虚拟仿真实验”课的教学时长为16周，每周2课时。技术上，教师对学生进行虚拟仿真技术、非线性编辑技术的授课与虚拟仿真设备示范操作；语言上，配合语言授课教师进行实验指导，启发学生以《大学英语听说教程》为参考自主设计实验脚本，由于偏重语言综合应用能力的训练，虚拟仿真实验鼓励学生制作综合和探究类的语言实验，教师针对实验脚本提出修改建议，在表演中修正学生的发音等语言技能问题。最后，要求学生以5人一组的方式在虚拟仿真实验室进行实验拍摄，学生的虚拟仿真实验操作过程由教师指导；同时，教师还带领学生利用虚拟场景搭建软件搭建、调试剧情中的每一幕场景，利用播控系统进行镜头的控制，并利用非线性编辑软件实现实验特效、字幕添加。由于制作过程复杂且耗时，故学生也可以通过预约实验室的方式进行自主操练。实验完成后，学生按照语言实验八要素的要求在大学英语实验与评估平台提交作业，完成实验的自评、互评，并通过课堂展示、讲解说明实验创意和分工，最后教师对每组实验给予课堂点评和实验平台师评。

3 语言虚拟仿真实验师生调研

为调研学生对语言虚拟仿真实验的意见和建议，本研究对参与“大学英语虚拟仿真实验”课的30名大学生进行了访谈，然后根据访谈结果对学生的主要意见进行了汇总，如图4所示。图4显示，反馈比例最高的问题是“虚拟场景搭建技术难度大”和“虚拟场景太过单一”，其原因可能在于虚拟场景搭建需要较为专业的3D设计功底，且非常耗费时间，导致虚拟场景比较昂贵，而虚拟实验室内嵌的虚拟场景多为演播室场景，并不能满足学生对语言实验环境的要求。此外，“没有提词器”、“播控软件不能熟练掌握”、“后期编辑太费劲”也是学生集中反映的问题。

通过与“大学英语虚拟仿真实验”课的6名教师进行交流，本研究了解到虚拟仿真场景资源极其稀缺，实验的制作又特别费时，故能参与语言虚拟仿真实验的学生人数非常受限；在实验的具体实施过程中，虚拟仿真实验技术的熟练运用对教师而言也是一个挑战。

4 语言实验的虚拟仿真效果

语言虚拟仿真实验实现了真实场景的仿真化呈现，让学生如同置身于现实场景；而通过虚拟图文包装系统实现前景和背景的位置、角度、三维属性的实时调节，为虚拟仿真视频的拍摄提供了专业的导控技术支撑。以大学英语听说实验教学中的综合类型天气预报实验为例：该实验以“Weather Report”为题，要求学生撰写一篇300个单词以内的新闻报道并提交天气播报视频。语言虚拟仿真实验与传统语言实验的效果对比如图5所示，可以看出：虽然都是介绍城市天气的实验片段，但语言虚拟仿真实验打造了“真实”的演播厅场景，配合学生的介绍动作动态呈现北京天气的具体指数，实现了虚拟融合和虚实互动；而传统语言实验将学生的实验场景局限在校园的真实环境，通过手机录制等非专业手段录制，实验视频的清晰度也大打折扣。

图5 语言虚拟仿真实验（左）与传统语言实验（右）的效果对比

五 语言虚拟仿真实验教学评述

1 语言虚拟仿真实验教学的优势

语言虚拟仿真实验是在传统语言实验的基础上融入虚拟仿真技术，期望通过技术手段的革新进一步提高学生的语言综合能力，培养语言实践兴趣，产出优质语言实验。经过语言虚拟仿真实验的教学实践和访谈调研，本研究总结其优势如下：

①提高了学生参与语言实验的积极性。针对学生的访谈结果显示：虽然学生对于虚拟仿真语言实验的技术操作还不够熟练，但学生参与实验的积极性很高，这在行动上表现为不少学生主动要求在虚拟仿真实验室反复录制实验，以达到理想的效果。

②提升了语言实验的创新性、便捷性。虚拟仿真技术的应用，使得任何语言情境都能被虚拟仿真，故极大地开阔了学生进行语言实验的创意边界。此外，语言虚拟仿真实验实现了实验“摄、录、编、播”的一体化，故从制作流程上节省了学生的实验时间。

③保证了语言实验的品质。大学英语听说实验课作为北京邮电大学本科一二年级的全校必修课，每年均产出相当数量的语言实验，但可共享和推荐的实验案例屈指可数，最大的原因是语言实验制作不够规范，包装不够精细，成品较为粗糙。而虚拟仿真技术的应用，规范了实验的实施与产出过程，使得高品质语言实验的产出率得以极大提高。

④提升了教师的实践教学能力。在新的时代背景下，将信息技术熟练应用于语言教学是对教师教学能力的重要要求。虚拟仿真技术的应用是教育信息化的重要组成部分，教师介入学生的虚拟仿真实验过程，可以深入了解学生进行自主实验时的问题和特征，丰富教学内容、提高教学能力[12]。

2 语言虚拟仿真实验教学的问题

①虚拟仿真硬件资源不足。目前，北京邮电大学的语言虚拟仿真实验室仅有2间，且分布在两个校区，每间可同时容纳学生10人；由于语言虚拟仿真实验制作过程复杂、费时，故除大学英语虚拟仿真课使用外，仅对授课教师推荐的少量优秀学生开放。面对硬件资源与需求不匹配的现状，学校应加大虚拟仿真实验室的建设力度，建设更多的虚拟仿真实验室。

②虚拟场景类型单一。由于技术的限制，北京邮电大学的语言虚拟场景仍没有达到完全自主设计和搭建的程度，场景资源也仍以厂商提供的演播厅场景和少数生活场景为主，这就制约了学生的实验范围和创意。因此，虚拟场景的设计和搭建工作刻不容缓。

③虚拟仿真师资队伍培训不足。进行虚拟仿真实验教学的授课教师应同时具备语言和技术的双重能力，且虚拟场景的搭建和播控设备的熟练运用对其媒体技术水平提出了更高的要求。而作为国内虚拟仿真与外语实验教学相结合的首例，北京邮电大学虚拟仿真师资队伍的建设还不完善，有效的技术和语言培训模式还在摸索，而师资队伍的素养将直接影响虚拟仿真实验的成效，故打造专业的师资队伍是促进教学模式发展的重要任务。

目前，北京邮电大学语言虚拟仿真实验的开展尚处于探索实践阶段，参与学生较少，故调研样本量有限，本研究无法以实证方式去验证语言虚拟仿真心流体验概念模型的有效性。后续研究将扩大研究样本量，实证检验模型的有效性，并将持续追踪语言虚拟仿真实验教学的进展，对师生进行周期性调查问卷追踪，为高校开展语言虚拟仿真实验提供更具体、更有价值的建议。

[1]宋象军.虚拟实验室在高校实验教学中的应用前景[J].实验技术与管理,2005,(1):35-37.

[2]Csikszentmihalyi M. Creativity: Flow and the psychology of discovery and invention[J]. Adult Education Quarterly,1997,(12):823-824.

[3]Massimini F, Carli M. The systematic assessment of flow in daily experience[M]. New York: Cambridge University Press, 1988:266-287.

[4]叶新东,陈卫东.多屏显示创建教学的心流空间[J].电化教育研究,2011,(10):55-60.

[5]钱春花.基于心流理论的体验式翻译教学对翻译能力的作用分析[J].外语界,2011,(3):23-30.

[6]李建生,乔小艳,李艺.教育游戏中心流体验与学习成效的关系[J].现代远程教育研究,2013,(1):85-89、107.

[7]江波,高明,丁继红,等.虚拟仿真实验学习行为分析[J].中国远程教育,2017,(9):11-18、79.

[8]Gaggioli A. Flow in real and virtual environments[J]. Cyberpsychology & Behavior, 2006,(6):674.

[9]杨惠中,桂诗春.语言测试的社会学思考[J].现代外语,2007,(4):368-374、437.

[10]董美荣,王超.在情景实践中提高英语口语水平——评《致用大学英语口语教程第1册》[J].当代教育科学,2015,(13):6.

[11]谢蓉蓉.数字化学习背景语言下三维虚拟学习环境的模式与分类研究——以二语习得语境为例[J].远程教育杂志,2015,(1):87-92.

[12]李子建,邱德峰.学生自主学习:教学条件与策略[J].全球教育展望,2017,(1):47-57.