学龄儿童AR图书阅读效果——以动画教学代理形象为视角*

方 浩，王一婧，魏 希，王翩然，代沁伶

0 引言

儿童是全民阅读的基础与中坚，图书形式的多样性展示是儿童提升阅读注意力、学习兴趣以及积极性的重要手段[1]，但这在传统阅读媒体中往往无法进行多种形式的有效呈现。近年来，增强现实(Augmented Reality，AR)在教育领域的快速发展，为儿童图书的发展提供了有力技术支持。AR图书是一种增强交互式可视化和模拟、动画、3D图形和声音的书籍。学龄儿童作为AR图书最大受众群体，保持持续性注意和学习兴趣在学龄儿童阅读过程中至关重要。动画教学代理(Animated PedagogicalAgent，APA)是多媒体学习环境中为教学目标提供辅助作用的一种屏幕形象，可用来指导学习，同时激发学习动机[2]，但由于其高度依赖固定式技术，便利性仍不能满足使用需求。AR图书中植入动画教学代理有效解决了此问题，动画教学代理不仅能作为阅读引导者激励儿童互动学习，实现更自然、高效的信息表达[3]，而且使儿童聚焦于阅读内容本身，建立积极的社会知觉，提高阅读兴趣和参与度[4]。有关动画教学代理的研究较多，而针对AR图书阅读情境下的动画教学代理研究还处于起步和探索阶段，缺乏深入的实证研究，导致使用动画教学代理的AR图书应用案例尚不成熟[5]。因此，面向正处于心智发展重要阶段的学龄儿童进行动画教学代理形象特征的实证研究具有重要意义。本研究从AR图书中的动画教学代理形象设计为出发点，结合传统多媒体教学研究中的动画教学代理理论为依据，通过行为实验探究动画教学代理形象对学龄儿童阅读效果的影响，继而考察动画教学代理形象的设计要素对学龄儿童阅读效果的影响机制，为AR图书的动画教学代理设计优化提供策略指导。

1 文献回顾与研究假设

1.1 AR图书阅读效果研究

不同研究者从多种视角对AR技术在儿童图书上的应用展开研究，发现引入AR技术的图书能提升儿童的阅读和学习效果。蔡苏等研究AR教育应用的效果，对其前景作出展望，涉及学科实践包括数学、物理、化学、语言及地理导览等领域[6]；Aw Kien Sin等开发天文学AR图书，通过测试学生分别采用AR图书和传统课堂教学方式进行对比学习，证实使用AR图书具有更好的学习效果及更高的满意度评价[7]；Hung Y H的研究表明儿童相较于图画书、立体书，更偏好于AR图书，AR图书提升了儿童的学习兴趣和动力[8]；蓝芝同等认为AR童书使儿童能够享受阅读的乐趣，培养自主阅读能力，同时由于虚拟与现实相结合的特点，使知识更形象、生动，更有利于儿童理解事物，掌握知识[9]；Liu T Y认为阅读AR图书可大大提高儿童语言运用能力[10]；Jorge Martin-Gutierrez等研究发现通过阅读AR图书儿童可提高思维和空间想象力，从而拥有更佳的空间推理能力[11]。

在AR图书阅读有效性得到证明的同时，部分持有不同观点的学者认为AR图书与儿童阅读效果无必然促进关系，甚至可能会对其造成一定的负面影响。刘晓晔等通过访谈发现家长认为AR技术这部分的内容设计对儿童理解图书所传达内容并无本质上的帮助[12]；Bujak等观察儿童在AR学习中的表现，发现儿童在空间认知、注意力、逻辑和记忆上的能力都存在发展与操作不平衡的问题，很难理解AR中工作记忆顺序[13]；Iulian Radu在对5～10岁的儿童的研究中发现，年幼儿童在AR交互过程中，会出现选择速度慢、跟踪损失更多、恢复跟踪时间更长等现象[14]；袁金萍认为AR图书不合理的设计会给儿童身心健康发展带来不利影响，容易使儿童混淆虚实、注意力分散，过度重视娱乐效果，忽略知识内容，后续持续吸引力下降[15]。另外，AR图书的阅读方式直接影响着儿童读者的阅读体验：Cheng K H等探讨了亲子分享阅读与增强现实绘本的互动，发现只有家长与儿童之间形成互动式阅读的方式，AR图书才能从真正意义上提升儿童的认知水平[16]；Andreas Dünser等的研究发现儿童独自阅读时存在很多困难，当两人一组阅读并与书籍互动时，可在陷入困境的情况下互相帮助；另外，儿童特别喜欢与书中物体和人物角色互动，互动不仅可以引起兴趣，而且可能有助于对内容进行回忆[17]。

总之，AR技术应用于童书具有得天独厚的优势，使其比一般读物更能够激发儿童的好奇心和求知欲，提高阅读理解能力和思维能力，实现寓教于乐的目的。但AR图书同时也存在着一些问题和挑战，如儿童的心理、生理特征与AR技术之间的矛盾以及不合理的阅读方式，这些问题都不利于AR图书的应用和发展。

1.2 动画教学代理研究

根据既往理论分析与实证研究，动画教学代理及其要素与学习效果之间存在着内在联系。拟人效应、社会存在感理论以及社会代理理论认为在多媒体环境中加入动画教学代理能促进学习：在虚拟的学习环境中，感知到教师或同伴真实存在，能有效提高学习者对学习过程的满意程度，学习者的社会反应能够被微小的社会线索如代理形象的呈现和非言语行为等激发，其会认为教学代理正在讲解重要内容，从而开启深层认知加工策略理解教学代理所讲解内容[18]。因此，学习者在学习过程中使用代理形象会有较高的社会知觉和阅读兴趣。

相关动画教学代理实证研究中，众多研究者认为将动画教学代理引入多媒体环境中，能够提升受众的学习和阅读效果。郑俊等通过考察虚拟教师在多媒体视频学习中的作用，证明了大学生在学习文字视频时，有虚拟教师形象的学习效果更佳[19]；李雪英基于自制的互动多媒体课件对中学生进行研究，得出代理式的互动教学能促进差班生对所学知识的记忆和迁移[20]。同时在AR环境中，动画教学代理形象对阅读效果的影响也不容忽视。D Wagner等开发了一个手持式AR教育应用，通过虚拟人物向用户讲授艺术史，研究发现加入代理的AR教学方法相较于3D影片和语音介绍，更吸引学习者的注意，其满意度也较高[21]；对于低龄儿童，Sejin Oh等设计的AR Garden花卉学习图书，引入蓝色知更鸟形象作为教学代理，以帮助儿童体验正确花卉培育，通过观察与访谈发现，AR动画教学代理是寓教于乐的关键因素[22]。该研究只证明AR图书中动画教学代理可提升儿童的阅读兴趣，AR阅读环境中的动画教学代理对于学龄儿童群体阅读效果的影响还需要进一步证实。

动画教学代理具有内部和外部属性，内部属性指它能够给学习者提供引导、反馈的功能；外部属性则是指动画教学代理的视觉呈现，即代理形象(高度视觉化的拟人或动画形象)。动画教学代理的形象特征在很大程度上也会影响学习者阅读效果。王霞在通过研究动画教学代理形象与学习者偏好匹配程度对阅读效果的影响，发现大学生群体更喜欢与自身特征相似的学习伙伴开展学习[23]；王福兴等指出了动画教学代理的形象有效特征，包括动画教学代理类型和非言语行为特征[18]。

动画教学代理类型可分为人物代理和非人物代理(如动物代理、非生物代理)[24]。Bailenson等研究人物、动物教学代理形象对学习效果的影响后，认为人物形象动画教学代理阅读效果最佳，人物能更加激发学习者的社会知觉，获得更真实的学习临场感[25]。Yilmaz等通过考查真实人物和卡通动物代理形象对学习者学习态度和回忆成绩的影响，得出真人形象更能引起学习者兴趣，获得更好的回忆成绩[26]。不过，关于儿童偏好的研究发现儿童更倾向于动物形象角色[27]。因此，动画教学代理类型对阅读效果的影响还需进行验证。

在关于非言语行为特征的研究方面，Baylor等在研究教学代理的非言语行为特征(面部表情、指示手势)对学习的影响中，通过对内容态度、代理角色的知觉和学习结果的测评得出：程序教学中，当代理有手势时，学生们可学到更多知识。手势要素作为一种直观的社会线索，可有效加强学习者对阅读内容的关注[28]。动画教学代理的手势大多体现于对文本信息的加工认知，其能有效地提升学习者的保持测验成绩[29]。

动画教学代理的外部形象包含类型、手势等因素均可作为社会线索触发学习者的社会交流图式，进而产生有意义的阅读学习结果[30]，但现今鲜有关注动画教学代理形象的交互作用的研究。

1.3 研究假设

为了探索动画教学代理形象对学龄儿童AR图书阅读效果的影响，本文将展开阅读效果实证研究，提出如下假设：

H1：在AR图书中植入动画教学代理会对学龄儿童的阅读效果产生正向影响。

H2：在AR图书中，动画教学代理形象的类型显著影响学龄儿童阅读效果。

H3：在AR图书中，动画教学代理形象有无指示手势显著影响学龄儿童阅读效果。

H4：动画教学代理形象的类型、有/无指示手势存在交互作用。

针对以上假设，实验一首先对AR图书中动画教学代理形象的有效性进行检验(H1)，在动画教学代理形象能有效提高阅读效果的前提下，实验二进一步探究动画教学代理形象的特征要素对阅读效果的影响(H2-H4)，明确动画教学代理的类型、手势对基于阅读记忆的保持测验成绩和基于阅读理解的迁移测验成绩的作用。

2 实验一：有/无动画教学代理对阅读效果的影响实验

2.1 实验设计

本研究探讨动画教学代理形象是否对AR图书的阅读效果产生影响。采用单因素两水平的被试间设计，自变量为有动画教学代理组和无动画教学代理组；因变量为阅读后测成绩。

2.2 被试

根据前期访谈，考虑到7～8岁儿童认知能力尚不成熟，对测验题目可能无法做出正确的理解，所以研究对象定为8～12岁学龄儿童。从武汉市和黄石市分别选取一所公立普通小学，从中随机选取三至五年级的46名小学生作为被试。剔除较高或较低的先验知识者及后测问卷填写不完整的被试，最后保留有效被试40名，平均年龄在10.5岁(SD=2.7)。将被试分配到两组中，每组各20人(三、四、五年级各占约三分之一)，每组中被试男女比例1∶1，被试的智力、听力、左右矫正视力正常。

2.3 实验材料

(1)动画教学代理角色材料。动画教学代理的角色选定为与被试年龄相仿的学习伙伴型代理“丁丁”。

(2)阅读材料。关于“日食的形成”的AR科普图书，阅读内容根据DK儿童《太空百科全书》中“月球”篇章里的“日食、月食”内容进行改编。运用三维动画软件Maya对日食发生过程进行立体影像制作，并通过Unity 3D制作了两个AR样本，即有动画教学代理和无动画教学代理(如图1)。

图1 有/无动画教学代理对照

(3)问卷材料。实验的问卷分为前测问卷和后测问卷。前测问卷，关于被试先前知识经验的测验，共5题，用于考察被试对日食形成知识的了解程度。采用0(完全不符合)到5(完全符合)的自我评估等级评价。该问卷的内部一致性信度为0.8，说明具有较好的信度。后测问卷分为保持知识测验和迁移知识测验两部分。保持测验问卷，测验学习者对所学知识的记忆效果，共10题，题目内容来源于学习材料，均为三选一的选择题，每答对一题得1分。迁移测验问卷，测验学习者对所学知识的运用程度及理解力，测试为3道问答题，共15分。本研究还请了多位教育学、心理学硕博士对问卷内容进行检查验证，结果显示本问卷能基本反映所测内容，具有良好的内容效度。

2.4 实验过程

首先组织被试到达实验地点熟悉实验环境、流程、指导语等，确保实验过程的准确、可靠，排除实验过程中可能出现的干扰因素。实验前对指导语进行反复练习，确保被试能较快进入实验，同时缓解被试的焦虑、兴奋等情绪因素对实验结果的影响。实验程序分为3个阶段：前测阶段、学习阶段和后测阶段。

前测阶段：所有被试先填写人口学信息(包括性别、年龄、年级)，然后对其进行日食、月食知识的相关先前知识测验。

学习阶段：按照指导语学习实验材料，告知被试实验内容。然后按照分组对有/无动画教学代理的学习材料进行学习。

后测阶段：让被试分别按顺序填写保持测验问卷和迁移测验问卷。被试需要在限定的时间内完成学习后测验的各项内容，保持测验和迁移测验的评分分别由两名经过培训的主试完成，其中迁移测验的评分由两位主试分别根据所答知识点评分，取成绩的平均值。

2.5 实验结果

(1)先前知识水平的组间比较。为了考察各组被试间的先前知识水平是否存在差异，以先前知识水平得分作为因变量，有/无动画教学代理的教学条件为自变量，进行独立样本t检验。结果显示两组被试在先前知识测验上的得分差异(p=0.164＞0.05)，这一结果表明两组被试先前知识水平无统计学差异，具有可比性。

(2)学习效果比较。为了确定有/无动画教学代理对于学习效果的影响，分别对保持测验、迁移测验成绩进行计算，由表1可见，在保持测验中有动画教学代理组平均得分与无动画教学代理组平均得分差别无统计学意义(p＞0.05)；在迁移测验中，有动画教学代理组平均得分高于无动画教学代理组平均得分(p＜0.05)。

表1 两组保持测验、迁移测验成绩比较

2.6 实验结果分析

在迁移测验成绩上，有动画教学代理组的平均成绩高于无动画教学代理组并且差异显著，说明在AR图书中加入动画教学代理能有效提升学龄儿童对于阅读内容的理解，与Paas等在传统多媒体研究中的结论一致[31]。根据社会代理理论，加入教学代理会对学习过程感知以及注意加工过程产生积极影响[30]。动画教学代理通过增加学龄儿童对阅读材料的感知和注意，促进儿童更准确、稳定地掌握知识，形成深度的认知加工，有效提高阅读效率，进而直接影响到学龄儿童面对新知识、新情境时对已有知识提取的速度和准确性，为迁移的产生提供条件。

在保持测验成绩上，有/无动画教学代理并没有产生显著的差异，这一结果与Dapra在2012年的研究结果一致[30]。主要原因可能来自于运用AR技术进行记忆学习时，存在分散被试注意力的缺陷，无法保证对于细节差异性内容起到良好的记忆效果[24]。而AR动画教学代理本身也具备AR技术的特性，在增加兴趣的同时会分散被试对学习内容的注意力，导致对学习内容的记忆效果无显著差异。

根据实验一的结果发现，动画教学代理在AR情境下可以增加学龄儿童对知识的认识和理解，证实了动画教学代理对学龄儿童AR图书阅读的积极作用。但动画教学代理具备何种形象特征可影响AR图书阅读效果尚未可知，需要进一步的实验来探索。

3 实验二：动画教学代理形象设计要素对阅读效果的影响实验

3.1 实验设计

实验二以保持测验、迁移测验的成绩为结果，探索不同类型以及有无指示手势的动画教学代理对于AR图书阅读效果的影响。采用2(类别：人物、动物)*2(指示手势：有指示手势、无指示手势)两因素完全随机被试间设计。

3.2 被试

从黄石市某小学挑选小学三、四、五年级4个自然班80名学生作为被试(与实验一被试不同)。年龄8～12岁，智力、听力、左右矫正视力正常。在保证先验知识经验相同且对实验材料熟悉度无差别前提下，分为4组，每组20人(三、四、五年级各占约三分之一)，男女比例1∶1。

3.3 实验材料

动画教学代理角色材料，根据相似吸引理论，动画教学代理角色选定为学习伙伴型代理，以拟人卡通形象为主，共分为人、动物两种形态(如图2)。阅读材料和问卷材料同实验一。

图2 两种动画教学代理形态

3.4 实验过程

同实验一。

3.5 实验结果

本研究对被试间的先前知识水平进行方差分析，对组间的学习成绩进行描述性统计分析及方差分析。

(1)先前知识水平的组间比较。为了考察各组被试间的相关先前知识水平是否存在差异，以先前知识水平自评分数作为因变量，4种教学代理条件为自变量，进行单因素方差分析。结果显示被试在先前知识测验上的得分差异(F=1.046，p=0.096＞0.05)，表明4组被试先前知识水平无统计学差异，具有可比性。

(2)学习效果比较。①保持测验成绩。以保持测验得分为因变量，对动画教学代理形象类型、有无手势进行两因素方差分析，动画教学代理形象类型的主效应显著，F(1，152)=9.21，p＜0.01，有无手势的主效应显著，F(1，152)=71.91，p＜0.01，其他效应则均不显著。如表2所示。②迁移测验成绩。以迁移测验得分为因变量，动画教学代理形象类型、有无手势为自变量进行两因素方差分析。由表3可知，类型的主效应显著，F(1，152)=6.94，p＜0.01，有无手势的主效应显著，F(1，152)=53.38，p＜0.001，其他效应则均不显著。

表2 类型、有无手势在保持测验成绩上的方差分析结果

表3 类型、性别及有无手势在迁移测验成绩上的方差分析结果

3.6 研究结果讨论

本研究在实验中选择动画教学代理的手势与类型两种设计要素来探究学龄儿童AR图书的阅读效果。数据分析的结果表明，在保持测验成绩中，动画教学代理形象类型、有无手势的主效应显著。在迁移测验成绩中，动画教学代理形象类型、手势的主效应均显著。下文将从不同变量对保持成绩和迁移成绩的影响进行讨论。

3.6.1 加入指示手势的动画教学代理形象成绩更高

指示手势是动画教学代理的一个必要构成部分[32]，其对学习和感知起着重要的作用。指示手势可以用来引导空间意识，帮助指导分配学习者的认知资源。Mautone等将这称为信号效应[33]，代理指示手势将学习者的注意力引导到特定的信息上，从而忽视冗余的信息，有助于在多媒体环境中更好地处理材料。该结果也符合Mayer所提出的社会代理理论[30]，也证实了代理手势作为一种社会线索，能够有效地对学习者提供指示和引导，激发学习者对所学内容的社会存在知觉，增加动画教学代理被视为社会参与者的可能性，即学龄儿童会对阅读内容有更多的持续注意，从而影响阅读效率。

3.6.2 采用人物动画教学代理形象成绩更高

当AR图书中的动画教学代理为人物形象时，保持测验、迁移测验成绩均比动物形象动画教学代理成绩高。这与Bailenson在传统多媒体环境研究中，人物形象动画教学代理的有着更好的学习效果的研究结果较为一致[25]。与动物面孔相比，和被试相似的人物形象会被认为更聪明、迷人、更讨人喜欢[33]。证实动画教学代理理论中社会知觉对阅读效果产生影响，即更为真实的人物类型能产生真实的社会交流图示，提升其学习临场感。另外，一张表情丰富的人脸会带来更大的参与度，儿童可以通过代理的外部特征预测代理的特征和行为，从而更容易与动画教学代理进行互动[34]。在儿童图书中，参与度是至关重要的且能够帮助儿童理解，减少努力程度。学龄儿童把动画教学代理形象作为一种社会实体，产生真实的交流体验[30]，由互动交流引起的学习兴趣，促进学龄儿童形成稳定的深阅读记忆[28]。

4 结语

本研究基于动画教学代理理论，通过对AR图书动画教学代理设计元素分析验证，打破了动画教学代理在传统多媒体研究领域的局限，扩展了动画教学代理的运用研究范围，具有重要的理论意义。同时为学龄儿童AR图书中的动画教学代理形象设计提供了一定的理论依据和科学指导，根据以上研究结论，提出相关建议：对于AR图书学龄儿童读者，选择动画教学代理形象最优组合为采用有指示手势的人物代理形象。

类型和手势作为动画教学代理形象的主要因素，合理设计与运用可最大化地提高阅读效果，令高成本和技术复杂的AR图书价值得以更加充分的发挥，将会有效提升AR图书产品的竞争力，使得AR技术不仅存在短期的吸引力，还具有促进学龄儿童阅读效果提升的长期价值。