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摘要：本设计将AR技术应用于幼儿英语词汇辅助学习中，以探索AR技术在幼儿教育领域中的应用实践，首先通过对国内外AR技术在教育领域中的应用方案或案例进行研究分析，确定AR技术对幼儿英语词汇辅助学习的可行性。其次，介绍AR技术在幼儿英语词汇辅助学习的理论性依据及所需的技术工具，通过对应用方法的分析，最终确定并设计孩宝英语应用程序，此应用包含获取图像信息、识别图像信息、呈现最终效果、交互等模块。本设计与实践是将AR技术应用于幼儿英语词汇辅助学习的有益探索，有利于增强幼儿学习英语词汇的热情，进而证实AR技术在幼儿英语词汇辅助学习中具有一定的价值。

关键词：AR技术;增强现实;幼儿教育;英语词汇;辅助学习

一、研究背景

幼儿期是人的心理和情感发展、性情的形成及对社会性活动的认知发展的关键时期，也是非常时期，是人在一生中各个方面均发展速度最快的时期，且此阶段幼儿可塑性也是最强。如果在此关键时期，幼儿未得到科学、适宜、良好的教育，将会影响其未来的发展。每个幼儿都是一张洁白的纸，所以我们应该利用和创造一切条件去引导、教育他们。

AR全称Augmented Reality，中文名称为增强现实，AR技术能够将图像、声音等数字信息或计算机生成的信息实时无缝 叠加到真实环境中，在表现形式上融视觉、听觉、触觉于一体，并且具有互动功能，可呈现真实的感官效果 。目前移动设备功能越来越强大，AR技术的进一步发展，可以通过调用移动设备的摄像头获取真实环境，并将虚拟的信息，增加对现实的效果。

3-6岁是人的语言能力飞速发展阶段 ，在幼儿期学习英语日益受到人们重视，尤其是家长们更是盼望幼儿们尽早有一口流利的英语，将来能与外国人无障碍交流。英语中词汇量的掌握是不能少的，一般讲也得掌握约8000～10000个词汇量才能达到听、说、读、写、译不感到困难。学习英语过程中记词汇是比较枯燥的也是难学的，需要信念坚持长久学，对兴趣多变的幼儿而言更是艰难，所以幼儿英语教育令人又喜又忧 。

二、AR技术在国内教育中的研究现状

国内AR技术相对于国外发展较晚，但是随着AR技术的不断成熟，国内也涌现出不少在教育中的应用案例。

李勇帆，李里程等人研究开发的ARMSEBC（基于AR的儿童多媒体科普读物） ，是将纸质图书中需要用图片和文字所表达的学习内容通过三维软件制作成虚拟的3D学习场景，将ARToolKit作为应用开发主要工具。儿童通过电脑摄像头识别设计好的Marker卡片，在卡片上即可得到预先设置好的三维立体内容，活灵活现的科普场景可以吸引儿童的注意力，提高儿童学习科普知识的兴趣。

蔡苏，宋倩，唐瑶等人设计的未来之书 ，是将书本上的彩色图像信息制作成识别图，通过摄像头，最终在书本上显现三维虚拟物体，此设计主要应用物理、化学学科中，如呈现虚拟化学分子模型，模拟虚拟三维单摆的运动等，通过此设计，研究者们阐述AR技术符合建构主义理论和情景认知理论。

三、研究方法

本研究课题通过文献研究法，即查阅国内外文献，了解AR技术开发平台的优劣势，了解国内外AR技术在教育领域的应用案例，通过对案例分析得出与本设计研究有关的理论依据及设计的相关经验。

应用程序软件迭代法，首先通过Unity和Vuforia平台，测试基于安卓平台的AR应用程序使用版本，经过不断的测试、改进，对应用程序进行完善，得到最终的可用版本。

本章首先介绍幼儿教育的重要性，现状分析，英语日益受到人们的重视，英语词汇在英语学习中是重点也是难点，幼儿在学习英语词汇中面临很多问题，但是幼儿学习有其优势，即可通过感官刺激快速学习知识。AR技术可以将虚拟物叠加在真实世界上，且具有强大的实时交互性，可以刺激幼儿的感官，初步提出AR技术与幼儿英语词汇学习结合的想法，并通过查阅国内外AR技术在教育中的相关研究现状分析，整理成图表确定国内没有AR技术辅助幼儿英语词汇学习的设计与研究，并将此作为研究方向进行设计与实践研究。

四、系统设计的技术工具

（1）Unity开发工具介绍

Unity是由Unity Technologies公司开发的一款游戏及虚拟现实开发引擎，其支持发布的平台有21个，用户可以通过它制作各种游戏、虚拟现实等内容。2004年，Joachim Ante、Nicholas Francis和David Helgason等人研发Unity引擎，并于2005年发布Unity1.0，经过十年的发展，2015年3月，发布Unity5.0，数据统计到2014年，有超过450万 开发人员注册了Unity。Unity包含编辑器、物体系统、粒子系统、动画系统、物体系统等模块，可以建立多个场景，并导入三维模型、声音、图片等资源，使用脚本（脚本包括JavaScript、C#）控制场景中物体的行为，通过摄像机呈现场景中所要表现的内容。

（2）Maya三维动画软件

Autodesk Maya是Autodesk公司出品的三维动画制作工具，目前被应用在电影特效、广告制作、动画片等领域。Maya使用比较简单，可以轻松学会、而且制作效率高，软件包括建模（modeling）、装备（Rigging）、动画（Animation）、特效（FX）、渲染（rendering）等模块。

建模模块用来创建物体的三维模型，装备模块主要对创建好的三维物体添加控制，包括变形、骨骼、蒙皮等，通过装备模块，我们可以对三维物体进行控制，如对其进行动画的制作。

（3）Photoshop软件

Photoshop软件，简称PS，是由Adobe Systems研发的图像处理软件。

PS易学易用，可以对数字图像进行编辑、校色以及特效等制作，编辑即是对图像进行放大、缩小、旋转、镜像等操作;校色可调整和校正图片中颜色的明暗、色彩变化，也可切换不同颜色来满足不同领域的图像应用需求;通过滤镜、通道及工具配合使用完成特效的制作。

针对工具的介绍，使其能够快速应用到流程中。

本章主要通过系统设计的理论依据和系统设计所需的应用工具进行描述，根据建构学习理论，使得幼儿能够主动去学习并建构知识，通过情境认知，需从幼儿的角度去设计符合他们应用习惯和学习的系统，通过视听教育法的阐述，可以通过调动幼儿的视觉和听觉提高幼儿的学习兴趣，所得这些结论，逐渐形成系统的设计思路，即在设计中将英语词汇内容形象化，立体化 ，采用幼儿喜欢的饱和度高的图像调动幼儿的视觉，通过声音刺激幼儿的听觉，通过生动的动画吸引幼儿，模拟教学 ，使其能主动与此设计互动。基于这些特点，决定设计一款为幼儿学习英语词汇所使用的软件，随着AR技术与智能手机技术的革新 ，决定以移动设备为平台的开发应用程序，并取名孩宝英语。

根据设计特点选择孩宝英语应用程序所需的应用工具，选择unity作为本应用的平台，因其使用方便且是当下应用最广泛的游戏引擎，Vuforia具有使用免费，稳定性高，可支持安卓和IOS系统等特点，可以和unity配合并实现AR的效果，选择简单好用、制作效率高的Maya软件制作应用程序中涉及的模型、动画等，选择对数字图像有强大处理功能的Photoshop软件制作模型纹理贴图，识别图卡，UI等内容。

五、孩宝英语的设计与开发

（1）根据建构主义方法，所有涉及要从幼儿的角度出发，在幼儿词汇中，主要是意义比较具体的实词，其中又以名词为最多，其次是动词，再次是形容词，最后才是副词 。所以本设计选用与幼儿生活经验有关的具体的词。

幼儿记东西的时候，更多是以无意识记忆为主，而记住哪些内容、没记住哪些内容取决于实实在在对象的性质，如比较形象、具体的、且活动着的事物 。在模型制作可以选择幼儿生活圈 中所见的事物，选用写实风格的物体或动物，以便于其记忆，同时增加动物的动作，栩栩如生的增加动作，动起来的动物使得幼儿对此更有兴致，在玩的过程学习物体的词汇及其发音。如学习狗的单词，模型使用真实的狗的三维模型，同时狗会有待机和摇头晃脑的动作。

（2）对比鲜明、刺激强烈的事物更能吸引幼儿的注意力，所以在卡片的制作中图像设计为对应物体的颜色较鲜艳的卡通风格的图片，且颜色不能超过四种，图片中的物体形象要一目了然，幼儿能快速记住形象。如本设计中，狗的卡片图像设计如下：

狗的卡片背景使用纯白色，主色调使用橙红色，颜色的数量为三种，包括身体的橙红色、斑点的棕红色、眼球的黑色。狗的结构清晰，便于记忆。

根据视听教育法效果，通过图形和声音刺激幼儿的视觉和听觉，此设计中，声音的部分，对应物体或动物的英文发音运用标准的英式发音，在看到三维物体或动物形象的同时，听到声音，使得幼儿能够有效记忆物体。

互动性，幼儿将移动端设备的摄像头对准卡片，卡片会显现相应虚拟的三维物体，点击屏幕可以发出声音，旋转可以让幼儿能够从各个角度观察此物体，放大缩小的操作，可以使得幼   儿能够观察物体的更多细节，记忆更加深刻。点击摄像头图标可以捕获带有三维物体的镜头画面并将其保存在手机中，增加幼儿学习的乐趣，此设计中增加的脱卡功能，识别卡片得到三维物体后，如果挡住识别卡，三维虚拟物体依然存在，幼儿可以将手放在摄像头前，虚拟物体就会出现在幼儿的手上，并可将此画面保存为图片，孩子在娱乐的同时学会了物体对应的英语。

六、研究结论与反思

本设计通过Unity和Vuforia自主研发了基于AR技术的幼儿英语词汇辅助学习系统应用程序孩宝英语，得到以下成果。

本设计根据Vuforia和Unity平台的特点，开发了孩宝英语应用系统软件，在程序设计过程中，本系统软件不单是通过需求确定应用的功能和开发所使用的方法，还要让整体的操作步骤简单化，易于幼儿操作。界面和卡片设计需使用饱和度高，鲜艳明了的色彩，以抓住幼儿的眼球，构图要清晰，事物特殊明显，一目了然，使幼儿能够快速识记物体的形象，应用程序中的英文词汇发音采用标准的英式发音，使得幼儿能够按标准英文发声，最终幼儿可以看到物体三维图像听到其英文发音，记住物体的英文词汇。识别卡片在设计中要满足  Vuforia的要求，识别的星级等级要高，否则识别图片出现的三维物体会出现抖动的现象。三维物体模型需要用写实风格，为防幼儿对物体的形象理解有偏差，模型制作面数不能过高，要保持在一定范围，3000面以内，否则会导致识别过程中卡顿的现象发生。

研究不足与反思根据用户体验结果，本设计依旧存在一些问题，1.孩宝英语的完善度不够，数据包优化的程度不够，造成应用程序稳定性差，会有卡顿的现象发生。2.幼儿一只手拿移动设备，另一只手操作，较容易疲惫，需要测量好移动设备的摄像头到识别卡间的距离，单独为移动设备做一个架子，解放幼儿的双手。3.添加时长控制程序，防止幼儿过长时间的操作和使用此程序。

在以后的设计中，使用云服务中的识别信息、存储数据及云计算和AR技术结合，增加人机界面 更多的交互体验，并优化设计程序和内容，增强软件的稳定性。在案例的研究方面，使用更有效的方式搜集更多的数据信息，增大应用案例的研究范畴，提升研究的效果和效率。

参考文献

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