學齡兒童AR圖書閱讀效果
——以動畫教學代理形象為視角*

方 浩，王一婧，魏 希，王翩然，代沁伶

0 引言

兒童是全民閱讀的基礎與中堅，圖書形式的多樣性展示是兒童提升閱讀注意力、學習興趣以及積極性的重要手段[1]，但這在傳統(tǒng)閱讀媒體中往往無法進行多種形式的有效呈現(xiàn)。近年來，增強現(xiàn)實(Augmented Reality，AR)在教育領域的快速發(fā)展，為兒童圖書的發(fā)展提供了有力技術支持。AR圖書是一種增強交互式可視化和模擬、動畫、3D圖形和聲音的書籍。學齡兒童作為AR圖書最大受眾群體，保持持續(xù)性注意和學習興趣在學齡兒童閱讀過程中至關重要。動畫教學代理(Animated PedagogicalAgent，APA)是多媒體學習環(huán)境中為教學目標提供輔助作用的一種屏幕形象，可用來指導學習，同時激發(fā)學習動機[2]，但由于其高度依賴固定式技術，便利性仍不能滿足使用需求。AR圖書中植入動畫教學代理有效解決了此問題，動畫教學代理不僅能作為閱讀引導者激勵兒童互動學習，實現(xiàn)更自然、高效的信息表達[3]，而且使兒童聚焦于閱讀內容本身，建立積極的社會知覺，提高閱讀興趣和參與度[4]。有關動畫教學代理的研究較多，而針對AR圖書閱讀情境下的動畫教學代理研究還處于起步和探索階段，缺乏深入的實證研究，導致使用動畫教學代理的AR圖書應用案例尚不成熟[5]。因此，面向正處于心智發(fā)展重要階段的學齡兒童進行動畫教學代理形象特征的實證研究具有重要意義。本研究從AR圖書中的動畫教學代理形象設計為出發(fā)點，結合傳統(tǒng)多媒體教學研究中的動畫教學代理理論為依據(jù)，通過行為實驗探究動畫教學代理形象對學齡兒童閱讀效果的影響，繼而考察動畫教學代理形象的設計要素對學齡兒童閱讀效果的影響機制，為AR圖書的動畫教學代理設計優(yōu)化提供策略指導。

1 文獻回顧與研究假設

1.1 AR圖書閱讀效果研究

不同研究者從多種視角對AR技術在兒童圖書上的應用展開研究，發(fā)現(xiàn)引入AR技術的圖書能提升兒童的閱讀和學習效果。蔡蘇等研究AR教育應用的效果，對其前景作出展望，涉及學科實踐包括數(shù)學、物理、化學、語言及地理導覽等領域[6]；Aw Kien Sin等開發(fā)天文學AR圖書，通過測試學生分別采用AR圖書和傳統(tǒng)課堂教學方式進行對比學習，證實使用AR圖書具有更好的學習效果及更高的滿意度評價[7]；Hung Y H的研究表明兒童相較于圖畫書、立體書，更偏好于AR圖書，AR圖書提升了兒童的學習興趣和動力[8]；藍芝同等認為AR童書使兒童能夠享受閱讀的樂趣，培養(yǎng)自主閱讀能力，同時由于虛擬與現(xiàn)實相結合的特點，使知識更形象、生動，更有利于兒童理解事物，掌握知識[9]；Liu T Y認為閱讀AR圖書可大大提高兒童語言運用能力[10]；Jorge Martin-Gutierrez等研究發(fā)現(xiàn)通過閱讀AR圖書兒童可提高思維和空間想象力，從而擁有更佳的空間推理能力[11]。

在AR圖書閱讀有效性得到證明的同時，部分持有不同觀點的學者認為AR圖書與兒童閱讀效果無必然促進關系，甚至可能會對其造成一定的負面影響。劉曉曄等通過訪談發(fā)現(xiàn)家長認為AR技術這部分的內容設計對兒童理解圖書所傳達內容并無本質上的幫助[12]；Bujak等觀察兒童在AR學習中的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)兒童在空間認知、注意力、邏輯和記憶上的能力都存在發(fā)展與操作不平衡的問題，很難理解AR中工作記憶順序[13]；Iulian Radu在對5～10歲的兒童的研究中發(fā)現(xiàn)，年幼兒童在AR交互過程中，會出現(xiàn)選擇速度慢、跟蹤損失更多、恢復跟蹤時間更長等現(xiàn)象[14]；袁金萍認為AR圖書不合理的設計會給兒童身心健康發(fā)展帶來不利影響，容易使兒童混淆虛實、注意力分散，過度重視娛樂效果，忽略知識內容，后續(xù)持續(xù)吸引力下降[15]。另外，AR圖書的閱讀方式直接影響著兒童讀者的閱讀體驗：Cheng K H等探討了親子分享閱讀與增強現(xiàn)實繪本的互動，發(fā)現(xiàn)只有家長與兒童之間形成互動式閱讀的方式，AR圖書才能從真正意義上提升兒童的認知水平[16]；Andreas Dünser等的研究發(fā)現(xiàn)兒童獨自閱讀時存在很多困難，當兩人一組閱讀并與書籍互動時，可在陷入困境的情況下互相幫助；另外，兒童特別喜歡與書中物體和人物角色互動，互動不僅可以引起興趣，而且可能有助于對內容進行回憶[17]。

總之，AR技術應用于童書具有得天獨厚的優(yōu)勢，使其比一般讀物更能夠激發(fā)兒童的好奇心和求知欲，提高閱讀理解能力和思維能力，實現(xiàn)寓教于樂的目的。但AR圖書同時也存在著一些問題和挑戰(zhàn)，如兒童的心理、生理特征與AR技術之間的矛盾以及不合理的閱讀方式，這些問題都不利于AR圖書的應用和發(fā)展。

1.2 動畫教學代理研究

根據(jù)既往理論分析與實證研究，動畫教學代理及其要素與學習效果之間存在著內在聯(lián)系。擬人效應、社會存在感理論以及社會代理理論認為在多媒體環(huán)境中加入動畫教學代理能促進學習：在虛擬的學習環(huán)境中，感知到教師或同伴真實存在，能有效提高學習者對學習過程的滿意程度，學習者的社會反應能夠被微小的社會線索如代理形象的呈現(xiàn)和非言語行為等激發(fā)，其會認為教學代理正在講解重要內容，從而開啟深層認知加工策略理解教學代理所講解內容[18]。因此，學習者在學習過程中使用代理形象會有較高的社會知覺和閱讀興趣。

相關動畫教學代理實證研究中，眾多研究者認為將動畫教學代理引入多媒體環(huán)境中，能夠提升受眾的學習和閱讀效果。鄭俊等通過考察虛擬教師在多媒體視頻學習中的作用，證明了大學生在學習文字視頻時，有虛擬教師形象的學習效果更佳[19]；李雪英基于自制的互動多媒體課件對中學生進行研究，得出代理式的互動教學能促進差班生對所學知識的記憶和遷移[20]。同時在AR環(huán)境中，動畫教學代理形象對閱讀效果的影響也不容忽視。D Wagner等開發(fā)了一個手持式AR教育應用，通過虛擬人物向用戶講授藝術史，研究發(fā)現(xiàn)加入代理的AR教學方法相較于3D影片和語音介紹，更吸引學習者的注意，其滿意度也較高[21]；對于低齡兒童，Sejin Oh等設計的AR Garden花卉學習圖書，引入藍色知更鳥形象作為教學代理，以幫助兒童體驗正確花卉培育，通過觀察與訪談發(fā)現(xiàn)，AR動畫教學代理是寓教于樂的關鍵因素[22]。該研究只證明AR圖書中動畫教學代理可提升兒童的閱讀興趣，AR閱讀環(huán)境中的動畫教學代理對于學齡兒童群體閱讀效果的影響還需要進一步證實。

動畫教學代理具有內部和外部屬性，內部屬性指它能夠給學習者提供引導、反饋的功能；外部屬性則是指動畫教學代理的視覺呈現(xiàn)，即代理形象(高度視覺化的擬人或動畫形象)。動畫教學代理的形象特征在很大程度上也會影響學習者閱讀效果。王霞在通過研究動畫教學代理形象與學習者偏好匹配程度對閱讀效果的影響，發(fā)現(xiàn)大學生群體更喜歡與自身特征相似的學習伙伴開展學習[23]；王福興等指出了動畫教學代理的形象有效特征，包括動畫教學代理類型和非言語行為特征[18]。

動畫教學代理類型可分為人物代理和非人物代理(如動物代理、非生物代理)[24]。Bailenson等研究人物、動物教學代理形象對學習效果的影響后，認為人物形象動畫教學代理閱讀效果最佳，人物能更加激發(fā)學習者的社會知覺，獲得更真實的學習臨場感[25]。Yilmaz等通過考查真實人物和卡通動物代理形象對學習者學習態(tài)度和回憶成績的影響，得出真人形象更能引起學習者興趣，獲得更好的回憶成績[26]。不過，關于兒童偏好的研究發(fā)現(xiàn)兒童更傾向于動物形象角色[27]。因此，動畫教學代理類型對閱讀效果的影響還需進行驗證。

在關于非言語行為特征的研究方面，Baylor等在研究教學代理的非言語行為特征(面部表情、指示手勢)對學習的影響中，通過對內容態(tài)度、代理角色的知覺和學習結果的測評得出：程序教學中，當代理有手勢時，學生們可學到更多知識。手勢要素作為一種直觀的社會線索，可有效加強學習者對閱讀內容的關注[28]。動畫教學代理的手勢大多體現(xiàn)于對文本信息的加工認知，其能有效地提升學習者的保持測驗成績[29]。

動畫教學代理的外部形象包含類型、手勢等因素均可作為社會線索觸發(fā)學習者的社會交流圖式，進而產生有意義的閱讀學習結果[30]，但現(xiàn)今鮮有關注動畫教學代理形象的交互作用的研究。

1.3 研究假設

為了探索動畫教學代理形象對學齡兒童AR圖書閱讀效果的影響，本文將展開閱讀效果實證研究，提出如下假設：

H1：在AR圖書中植入動畫教學代理會對學齡兒童的閱讀效果產生正向影響。

H2：在AR圖書中，動畫教學代理形象的類型顯著影響學齡兒童閱讀效果。

H3：在AR圖書中，動畫教學代理形象有無指示手勢顯著影響學齡兒童閱讀效果。

H4：動畫教學代理形象的類型、有/無指示手勢存在交互作用。

針對以上假設，實驗一首先對AR圖書中動畫教學代理形象的有效性進行檢驗(H1)，在動畫教學代理形象能有效提高閱讀效果的前提下，實驗二進一步探究動畫教學代理形象的特征要素對閱讀效果的影響(H2-H4)，明確動畫教學代理的類型、手勢對基于閱讀記憶的保持測驗成績和基于閱讀理解的遷移測驗成績的作用。

2 實驗一：有/無動畫教學代理對閱讀效果的影響實驗

2.1 實驗設計

本研究探討動畫教學代理形象是否對AR圖書的閱讀效果產生影響。采用單因素兩水平的被試間設計，自變量為有動畫教學代理組和無動畫教學代理組；因變量為閱讀后測成績。

2.2 被試

根據(jù)前期訪談，考慮到7～8歲兒童認知能力尚不成熟，對測驗題目可能無法做出正確的理解，所以研究對象定為8～12歲學齡兒童。從武漢市和黃石市分別選取一所公立普通小學，從中隨機選取三至五年級的46名小學生作為被試。剔除較高或較低的先驗知識者及后測問卷填寫不完整的被試，最后保留有效被試40名，平均年齡在10.5歲(SD=2.7)。將被試分配到兩組中，每組各20人(三、四、五年級各占約三分之一)，每組中被試男女比例1∶1，被試的智力、聽力、左右矯正視力正常。

2.3 實驗材料

(1)動畫教學代理角色材料。動畫教學代理的角色選定為與被試年齡相仿的學習伙伴型代理“丁丁”。

(2)閱讀材料。關于“日食的形成”的AR科普圖書，閱讀內容根據(jù)DK兒童《太空百科全書》中“月球”篇章里的“日食、月食”內容進行改編。運用三維動畫軟件Maya對日食發(fā)生過程進行立體影像制作，并通過Unity 3D制作了兩個AR樣本，即有動畫教學代理和無動畫教學代理(如圖1)。

圖1 有/無動畫教學代理對照

(3)問卷材料。實驗的問卷分為前測問卷和后測問卷。前測問卷，關于被試先前知識經驗的測驗，共5題，用于考察被試對日食形成知識的了解程度。采用0(完全不符合)到5(完全符合)的自我評估等級評價。該問卷的內部一致性信度為0.8，說明具有較好的信度。后測問卷分為保持知識測驗和遷移知識測驗兩部分。保持測驗問卷，測驗學習者對所學知識的記憶效果，共10題，題目內容來源于學習材料，均為三選一的選擇題，每答對一題得1分。遷移測驗問卷，測驗學習者對所學知識的運用程度及理解力，測試為3道問答題，共15分。本研究還請了多位教育學、心理學碩博士對問卷內容進行檢查驗證，結果顯示本問卷能基本反映所測內容，具有良好的內容效度。

2.4 實驗過程

首先組織被試到達實驗地點熟悉實驗環(huán)境、流程、指導語等，確保實驗過程的準確、可靠，排除實驗過程中可能出現(xiàn)的干擾因素。實驗前對指導語進行反復練習，確保被試能較快進入實驗，同時緩解被試的焦慮、興奮等情緒因素對實驗結果的影響。實驗程序分為3個階段：前測階段、學習階段和后測階段。

前測階段：所有被試先填寫人口學信息(包括性別、年齡、年級)，然后對其進行日食、月食知識的相關先前知識測驗。

學習階段：按照指導語學習實驗材料，告知被試實驗內容。然后按照分組對有/無動畫教學代理的學習材料進行學習。

后測階段：讓被試分別按順序填寫保持測驗問卷和遷移測驗問卷。被試需要在限定的時間內完成學習后測驗的各項內容，保持測驗和遷移測驗的評分分別由兩名經過培訓的主試完成，其中遷移測驗的評分由兩位主試分別根據(jù)所答知識點評分，取成績的平均值。

2.5 實驗結果

(1)先前知識水平的組間比較。為了考察各組被試間的先前知識水平是否存在差異，以先前知識水平得分作為因變量，有/無動畫教學代理的教學條件為自變量，進行獨立樣本t檢驗。結果顯示兩組被試在先前知識測驗上的得分差異(p=0.164＞0.05)，這一結果表明兩組被試先前知識水平無統(tǒng)計學差異，具有可比性。

(2)學習效果比較。為了確定有/無動畫教學代理對于學習效果的影響，分別對保持測驗、遷移測驗成績進行計算，由表1可見，在保持測驗中有動畫教學代理組平均得分與無動畫教學代理組平均得分差別無統(tǒng)計學意義(p＞0.05)；在遷移測驗中，有動畫教學代理組平均得分高于無動畫教學代理組平均得分(p＜0.05)。

表1 兩組保持測驗、遷移測驗成績比較

2.6 實驗結果分析

在遷移測驗成績上，有動畫教學代理組的平均成績高于無動畫教學代理組并且差異顯著，說明在AR圖書中加入動畫教學代理能有效提升學齡兒童對于閱讀內容的理解，與Paas等在傳統(tǒng)多媒體研究中的結論一致[31]。根據(jù)社會代理理論，加入教學代理會對學習過程感知以及注意加工過程產生積極影響[30]。動畫教學代理通過增加學齡兒童對閱讀材料的感知和注意，促進兒童更準確、穩(wěn)定地掌握知識，形成深度的認知加工，有效提高閱讀效率，進而直接影響到學齡兒童面對新知識、新情境時對已有知識提取的速度和準確性，為遷移的產生提供條件。

在保持測驗成績上，有/無動畫教學代理并沒有產生顯著的差異，這一結果與Dapra在2012年的研究結果一致[30]。主要原因可能來自于運用AR技術進行記憶學習時，存在分散被試注意力的缺陷，無法保證對于細節(jié)差異性內容起到良好的記憶效果[24]。而AR動畫教學代理本身也具備AR技術的特性，在增加興趣的同時會分散被試對學習內容的注意力，導致對學習內容的記憶效果無顯著差異。

根據(jù)實驗一的結果發(fā)現(xiàn)，動畫教學代理在AR情境下可以增加學齡兒童對知識的認識和理解，證實了動畫教學代理對學齡兒童AR圖書閱讀的積極作用。但動畫教學代理具備何種形象特征可影響AR圖書閱讀效果尚未可知，需要進一步的實驗來探索。

3 實驗二：動畫教學代理形象設計要素對閱讀效果的影響實驗

3.1 實驗設計

實驗二以保持測驗、遷移測驗的成績?yōu)榻Y果，探索不同類型以及有無指示手勢的動畫教學代理對于AR圖書閱讀效果的影響。采用2(類別：人物、動物)*2(指示手勢：有指示手勢、無指示手勢)兩因素完全隨機被試間設計。

3.2 被試

從黃石市某小學挑選小學三、四、五年級4個自然班80名學生作為被試(與實驗一被試不同)。年齡8～12歲，智力、聽力、左右矯正視力正常。在保證先驗知識經驗相同且對實驗材料熟悉度無差別前提下，分為4組，每組20人(三、四、五年級各占約三分之一)，男女比例1∶1。

3.3 實驗材料

動畫教學代理角色材料，根據(jù)相似吸引理論，動畫教學代理角色選定為學習伙伴型代理，以擬人卡通形象為主，共分為人、動物兩種形態(tài)(如圖2)。閱讀材料和問卷材料同實驗一。

圖2 兩種動畫教學代理形態(tài)

3.4 實驗過程

同實驗一。

3.5 實驗結果

本研究對被試間的先前知識水平進行方差分析，對組間的學習成績進行描述性統(tǒng)計分析及方差分析。

(1)先前知識水平的組間比較。為了考察各組被試間的相關先前知識水平是否存在差異，以先前知識水平自評分數(shù)作為因變量，4種教學代理條件為自變量，進行單因素方差分析。結果顯示被試在先前知識測驗上的得分差異(F=1.046，p=0.096＞0.05)，表明4組被試先前知識水平無統(tǒng)計學差異，具有可比性。

(2)學習效果比較。①保持測驗成績。以保持測驗得分為因變量，對動畫教學代理形象類型、有無手勢進行兩因素方差分析，動畫教學代理形象類型的主效應顯著，F(xiàn)(1，152)=9.21，p＜0.01，有無手勢的主效應顯著，F(xiàn)(1，152)=71.91，p＜0.01，其他效應則均不顯著。如表2所示。②遷移測驗成績。以遷移測驗得分為因變量，動畫教學代理形象類型、有無手勢為自變量進行兩因素方差分析。由表3可知，類型的主效應顯著，F(xiàn)(1，152)=6.94，p＜0.01，有無手勢的主效應顯著，F(xiàn)(1，152)=53.38，p＜0.001，其他效應則均不顯著。

表2 類型、有無手勢在保持測驗成績上的方差分析結果

表3 類型、性別及有無手勢在遷移測驗成績上的方差分析結果

3.6 研究結果討論

本研究在實驗中選擇動畫教學代理的手勢與類型兩種設計要素來探究學齡兒童AR圖書的閱讀效果。數(shù)據(jù)分析的結果表明，在保持測驗成績中，動畫教學代理形象類型、有無手勢的主效應顯著。在遷移測驗成績中，動畫教學代理形象類型、手勢的主效應均顯著。下文將從不同變量對保持成績和遷移成績的影響進行討論。

3.6.1 加入指示手勢的動畫教學代理形象成績更高

指示手勢是動畫教學代理的一個必要構成部分[32]，其對學習和感知起著重要的作用。指示手勢可以用來引導空間意識，幫助指導分配學習者的認知資源。Mautone等將這稱為信號效應[33]，代理指示手勢將學習者的注意力引導到特定的信息上，從而忽視冗余的信息，有助于在多媒體環(huán)境中更好地處理材料。該結果也符合Mayer所提出的社會代理理論[30]，也證實了代理手勢作為一種社會線索，能夠有效地對學習者提供指示和引導，激發(fā)學習者對所學內容的社會存在知覺，增加動畫教學代理被視為社會參與者的可能性，即學齡兒童會對閱讀內容有更多的持續(xù)注意，從而影響閱讀效率。

3.6.2 采用人物動畫教學代理形象成績更高

當AR圖書中的動畫教學代理為人物形象時，保持測驗、遷移測驗成績均比動物形象動畫教學代理成績高。這與Bailenson在傳統(tǒng)多媒體環(huán)境研究中，人物形象動畫教學代理的有著更好的學習效果的研究結果較為一致[25]。與動物面孔相比，和被試相似的人物形象會被認為更聰明、迷人、更討人喜歡[33]。證實動畫教學代理理論中社會知覺對閱讀效果產生影響，即更為真實的人物類型能產生真實的社會交流圖示，提升其學習臨場感。另外，一張表情豐富的人臉會帶來更大的參與度，兒童可以通過代理的外部特征預測代理的特征和行為，從而更容易與動畫教學代理進行互動[34]。在兒童圖書中，參與度是至關重要的且能夠幫助兒童理解，減少努力程度。學齡兒童把動畫教學代理形象作為一種社會實體，產生真實的交流體驗[30]，由互動交流引起的學習興趣，促進學齡兒童形成穩(wěn)定的深閱讀記憶[28]。

4 結語

本研究基于動畫教學代理理論，通過對AR圖書動畫教學代理設計元素分析驗證，打破了動畫教學代理在傳統(tǒng)多媒體研究領域的局限，擴展了動畫教學代理的運用研究范圍，具有重要的理論意義。同時為學齡兒童AR圖書中的動畫教學代理形象設計提供了一定的理論依據(jù)和科學指導，根據(jù)以上研究結論，提出相關建議：對于AR圖書學齡兒童讀者，選擇動畫教學代理形象最優(yōu)組合為采用有指示手勢的人物代理形象。

類型和手勢作為動畫教學代理形象的主要因素，合理設計與運用可最大化地提高閱讀效果，令高成本和技術復雜的AR圖書價值得以更加充分的發(fā)揮，將會有效提升AR圖書產品的競爭力，使得AR技術不僅存在短期的吸引力，還具有促進學齡兒童閱讀效果提升的長期價值。