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用增强现实去学英语：这样的学习方式会有什么不同？
摘 要
这项研究尝试开发和比较对三年级学生在自由情景环境下学习英语的两种增强现实的教育游戏系统。一种基于自主学习不限制学生学习目标顺序的方法，和一种限制学生学习顺序的基于任务型学习的方法。探讨了学生使用不同系统的流程体验，认知负荷，外语学习焦虑症和学习效率。结论是使用自主学习或任务型学习AR有着相似的高水平的学习效率，其中使用自主学习的学生会显露出更好的流程体验。然而，使用顺序学习步骤的学生会伴随着较低的情感代价和外语学习焦虑，不管是使用自主学习还是任务型学习AR。有迹象表明，系统的挑战难度和控制力是要取决于学生的熟练程度。学习内容不需要一个特定的顺序，自由的选择自己的学习步骤会更受学生欢迎。这项研究证实了学生的情感代价会在他们感到学习焦虑的同时加大；然而，这并不说明一味低的学习焦虑和情感代价对学习是有利的。
关键词：基础教育；CAL系统评估；学习环境交互；多媒体教育
第1章 绪论
许多研究指出很多的不同学科应该对它的基础给予适当的刺激来让它衍生出的更多的知识（Knobelsdorf,2015)。知识应该被学习，被内在化，被应用从而实现它的价值，这样才有助于你的学习历程。对于被作为外语的英语学习方案至关重要（Golonka,Bowles,Frank,Richarson,amp;Freynik,2014)。情景式学习能够模拟一个学习者只有在国外或生活中才有的真实的或虚拟的环境。（Anderson,Reder,amp;Simon,1996)。情景式学习的特征是提供热身练习，并且找到一条从以老师为中心到以学生为中心的学习模式的转变的道路。学生应该综合应用他们的知识和从虚拟环境中获得的信息（Suchman,1987)。这样，学习者就可以体验怎么去应用刚刚学到的英语，理解学习英语的重要性（Preston et al,2015)。情景式学习的另一个特征是，学习者可以组织学过的东西来实现知识内在化。这种学习方式不仅改进了传统单向教学模式，而且让学生自己主动去在虚拟环境中观察寻找有用的信息。最终学生获得了在真实环境下正确使用英语，用学过的知识解决特定情况的问题的体验。这样的结果是，老师的角色就从传道，解惑，训斥，反馈的教育者脱离出来。（Cobbamp;Bowers,1999)。
尽管情景式学习为学生提供一个可以模拟现实世界的虚拟环境，在现实中直接使用增强现实可以更有效的使学生完成学习任务。之前的研究提到了它的三个AR特征,分别是虚拟和现实世界的融合，实时交互和三维空间中的虚拟操作（Azuma,1997)。Fig.1展示了AR如何扩张了现实世界。一个有意义的学习活动看重的是，学生能够学有所用，教学能够联系生活经验。当AR迅速应用到教育时，它会增加学生的学习兴趣和集中力（Wu,Lee,Chang.amp;Liang,2013;Zhang,Sung,Hou,amp;Chang,2014)。
这项研究探讨了使用AR教育游戏学生的认知负荷，学习过程状态，外语学习焦虑症和学习效率低下的现状，帮助他们把学习方式变为自主学习和任务型学习。下面是关于认知负荷，自主学习，任务型教学，学习方式，学习状态和AR的研究的回顾。
第2章 文献回顾
教师和教育规划者对AR的计划学习活动有现实迫切的需要（Kesimamp;Ozarslan,2012)。学者们已经做出了对AR应用的范例和启示，比如无处不在的情景式学习和现场直接的学习感官。他们已经分类了三种不同学习方法分别强调用多样角色对学习者的吸引，学习者和物理环境的交互和学习任务设计的考量标准（Wu et al.,2013）。学者们还提出正常化的学习应该建立在学生对世界的深切体验之中（Niebert,Marsh,amp;Treagust,2012）；因此置学生与一个以内在认知和学习为设计原则的情景时环境中就显得很有必要（Wilson,2002）。举个例子，学者们主导的学习任务中，那些被提供可触摸的用户交互的学生的学习表现比只用鼠标交互的学生表现好（Skulmowski,Pradel,Kuhnert,Brunnett,amp;Rey,2016）。另外的学者把混合现实模拟的交互用在物理学学习上，发现学习和情感的作用关系因此而增强了（Lindgren,Tscholl,Wang,amp;Johnson,2016）。当AR游戏被用于教学目的，尤其是自主学习和任务型学习，它也可以潜在地激发和增强那些如同在工作环境中需要的像信息管理，事件处理，反应能力的技能的真实练习效果。（Schrier,2006）。
2.1自主学习和任务型学习
这项研究为自主学习设计了一个要求型的AR教育游戏和一个一系列任务型学习的AR教育软件，但是它们的学习目标一样。自主学习是21世纪的核心竞争力，这样的练习是为了提供在未来终身学习的条件，而不只是在AR中学习环境中使用。在面向领域的设计环境比如语言学习环境，AR教育游戏设计在自主学习的基础上让学习者用他们的节奏进行游戏，在具体的环境下解决问题（Fischeramp;Scharff,2010）。学习者可以自由地选择任何目标。当AR系统为学生的成果提供最直接及时的反馈，自订进度和自主学习就会发生（Chenamp;Tsai,2012）。
学者们指出任务型学习已经引入了一些AR应用中（Wu et al.,2013）。不仅如此，一些学者表明围绕一些任务的完成比如导航一条路线的任务设计技术对于引导重要技能的获得，高水平的专注力和更积极的学习态度很有用处（Lindgren et al.,2016）。如果学生面对一系列任务，他们就要在完成任务的途中一步一步地学习。一些学者还针对应用于AR中的任务和活动集成了一个问题型情景和游戏型的虚拟环境。
然而，不同学习素材的设计产生不同的精神负担，不同的方法和工具导致不同的精神代价。因为在这个项目中设计的两种不同的AR教育游戏基于不同的学习方法，认知负荷应该被考虑在内。下面的部分提供了跟认知负荷有关的文献回顾。
2.2精神负荷
那些把AR应用到学习中的有的同学可能被他们遇到的大量信息压的不堪重负（Wu et al.,2013），他们不得不运用很多技术设备来完成规定任务。因此，现在的研究探究学生给在使用AR对基于自主型和任务型外语学习中承受的认知负荷。
许多研究对在学习之后知识如何形成于大脑做了调研。之前，学者们主张知识是以长期记忆，图式化结构存储的。当一个人收到一个信息，这个信息就自动被图式化入记忆结构中（Shiffrinamp;Schneider,1977）。新的信息元素按照不同作用和目的分类，不同的元素产生了不同的结构（Chi,Glaser,amp;Rees,1982;Sweller,Van Merrienboer,amp;Pass,1998）。图式化结构可以帮助我们辨别极为相似的物体。比如，没有两片树叶完全相同，但是我们能知道他们从同一颗树上落下。因此，图式化结构不仅帮助我们传递新的刺激给长期记忆，而且减少对记忆的负荷。认知负荷发生于越来越多的信息被接收，而最大负荷已经无法短期内处理它们的时候。
认知负荷可以被分为三类：固有的认知负荷，正常的认知负荷和外部的认知负荷。固有认知负荷主要由于学习素材。在完成还有较少素材的任务时仅仅产生不高的认知负荷，因为有用的记忆可以轻松处理每一个信息元素。然而，当有许多信息元素需要处理时高固有认知负荷会迅速积累。工作记忆必须要处理所有有关的任务，组织它们到合适的图式化结构，还要把它们分配到相关的记忆存储区域（Gerjets,Scheiter,amp;Catrambone,2004;Sweller et al.,1998）。造成外部认知负荷产生的原因是，不利于学生构建图式化结构的不够充分的教育设计。外部认知负荷应该通过合理组织新的知识和转变它的形式来减少（Shih,Chuang,amp;Hwang,2010）。研究表明，当必要的认知负荷和外部负荷的水平对工作以及比较合适时，教师们就可以顺利的引导学生接受新的知识。这些举措会增大正常认知负荷，但是它们也会提高图式化结构的效率，提升对新知识的利用率（Sweller et al.,1998）。
情感代价主要由于外部的环境。学习任务越困难，情感代价就付出的越多。一个嘈杂的环境也会造成很大的情感代价（Kirschner,2002）。如果认知负荷分析基于学习者为中心的程度，它就会被认为情感代价。认知负荷都对学习表现产生影响。当全部负荷没有超过最高的长时间认知负荷，学生就可以通过运用合适的策略减少认知负荷和情感代价，保持一个好的学习状态（Kirschner,2002;Sweller et al.,1998）。因此，学习表现和情感负荷者两个因素不应该用来对认知负荷直接相关分析，因为情感代价也要加入考虑。结合情感代价和学习表现是有效处理教育问题的最佳方式。低情感代价，好学习表现是最有效率的（F.Paas,Renkl,amp;Swellwe,2004;Fred GWC Paas,Van Merrienboer,amp;Adam,1994;Sweller et al.,1998）。如果调查关注提供给学生不同的学习环境，包括认知负荷，情感代价和学习表现在内的数据进行收集和三角分析，这样就可以找到限制教育效率的各种因素。
然而，学生有各种各样的学习方式。之前的研究指出学生接受同样的教育并不展现出相似的学习表现（Hsu,Hwang,Chang,amp;Chang,2013）。一个主要的原因是学生都有自己的学习表现。下面的部分探讨在不同信息化学习发现的影响学习方式的因素。
2.3学习方式
许多学者已经证实学习方式对学习表现的影响（Balakrishnanamp;Gan,2016;Felderamp;Henriques,1995）。学习方式的概念源于心理学中的认知方式，它也标志着多样的个人认知特征；同时，学者也把个人的差异归结于接受的对学习方式的教育（Gonzalez,Mendoza-Gonzalez,Rodriguez-Martinez,amp;Rodriguea-Diaz,2016）。为了提高学习效率，其他学者已经指出教师们不应该假设学生们都有一样的学习方式，而是准备因地制宜的教育来应对不同他们学生的表现或者需求（Haskamp;Shah,2007）。
当今的研究在适应ILS调查问卷包括四个方面，每个方面包括11个条目，来找出两种相反的学习方式的每个同学的差别（Solomonamp;Felder,1999）。那四个不同方面和两种相反风格是积极的/沉稳的，看得见的/口头的，凭感觉的/凭直觉的，相继的/整体的（Felderamp;Spurlin,2005）。相继的和全局的方面被用来在这个研究中阐明到底是相继式的，还是整体式的学习方式的学习表现更好，对每个项目专注度更高。
在下面的讨论中，还有几项调查学生们的认知负荷和流程状态的研究，尽管有些探讨了当学生使用数码学习系统的流程经验。在这个研究中同时考虑认知负荷和流程状态的使用AR的同学也参加了调研。
2.4流程状态
流程状态指的是一个特定活动中的理想体验（Csikszentmihalyi,1975）。当一个人专注于一种流程状态，他将会体验高度的专注度，时间流逝的更快，挑战和技巧之间找到平衡和更明确的享受状态（Barzilaiamp;Blau,2014）。因此，当一个学生处于一个高度的流程状态，他会在学习过程中感觉振奋，入迷和更高效。当他们实施一些不同的AR游戏学习活动时就值得探讨一下学生的流程状态。
Csikszentmihalyi指出在学习活动中流程是由个人能力和合适挑战的匹配程度决定的。相反地，如果设置地挑战难度太大或太小，那么流程状态就不会发生（Csikszentmihalyi,1990,2000）。流程被定义为一个临时的客观的体验，这也是一些人喜欢重复做一件事的原因（Csikszentmihalyi,2000;Webster,Trevino,amp;Ryan,1993）。起初，Csikszentmihalyi指出流程的四个特征，即控制性，目的设计性，缩小的感官和忘我。一个成功的流程活动会让参与者感觉它可以控制将要发生的，清楚的明白自己的目标（目的设计性）。那个目标应该和参加者的能力匹配。要做到的是不应该浪费太多学生们的感官意识，而是要帮助学生达到高专注度和感官意识的缩小。感官意识的缩小会进一步导致忘
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