基于增強現實的教育游戲設計的應用研究

周大镕 武文斯

【摘要】增強現實延續虛擬現實的技術應用，使虛擬的物體和真實的場景融合，讓學習者借助一定的外部設備在虛實結合的環境中互動學習，虛擬與真實的結合互動使人的視覺感官形成一定的視覺沖擊和新鮮感，讓學習者體驗到一種全新的友好的學習模式。本文首先概述增強現實的支撐技術及其系統的構成，然后介紹增強現實在教育游戲設計開發中的應用，結合增強現實自身的特點和教育游戲的特點，嘗試提出一種結合兩者優勢的教育游戲的設計流程和應用方法，以求對增強現實在教育游戲設計中的應用有所裨益。

【關鍵詞】增強現實 教育游戲 虛擬現實 人機界面

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）03-0003-02

增強現實作為虛擬現實的技術延伸，是將現實和虛擬場景融合的新型技術，能夠加強人與現實世界的交互，促進人對現實世界的感知能力，并調動多種感知覺充分體驗虛實結合的新環境。現今在教育領域，增強現實的應用仍處于起步研發階段。本文通過闡述增強現實的技術優勢和教育游戲的設計思路，對如何將增強現實融入到教育游戲的設計開發進行相應的探討，嘗試提出基于增強現實的教育游戲設計流程。

一、增強現實技術及其核心特點分析

（一）增強現實技術的內涵

增強現實（Augmented Reality，AR），作為虛擬現實（VR，virtual？鄄reality）的技術延伸，與傳統的虛擬現實技術既有聯系也有所區別，也被稱之為混合現實。理想的增強現實不僅能夠提供實時動態的、高度逼真的、具有高解像度的虛擬場景，而且能夠通過相應的交互感應設備達到實時動態交互，實現虛擬信息與真實世界的無縫連接，使人的視覺系統中的景象能夠得到增強與擴張，使人能夠自然地與虛擬世界的三維物體進行實時交互。可以說，增強現實是對真實世界的加強，是虛擬現實技術的延伸，Milgram在1994年曾對增強現實和虛擬現實之間的關系進行相應的描述，概括起來如圖1所示。

（二）增強現實技術的特點分析

1.虛實結合

虛實結合是增強現實最主要的特點，在實景環境中嵌入虛擬化元素，使學習者體驗到虛擬和現實融合所帶來的視覺感受。虛中有實，實中有虛，兩者共存，在有限的空間中極大地擴展了空間容量。

2.三維沉浸

增強現實的虛擬元素均為三維元素，學習者可以通過控制計算機生成的虛擬三維動態元素，使其和真實場景融合，多角度體驗，增強了趣味性。

3.實時交互

增強現實中的虛擬元素可以通過計算機的控制實現與真實場景的互動融合，可跟隨現實場景的物理屬性變化而變化；其次是使用者與增強現實的實時互動，通過計算機數據庫的鏈接，使用者可以在融合虛擬元素的真實場景中以一種自然的方式進行實時操作交互，從而獲得多感官的體驗。

由此可見，增強現實具有虛擬世界事物與用戶周圍現實真實環境結合的虛實結合特征和能夠使人在現實世界中無縫地實時同步感受虛擬空間模擬的事物的實時動態交互性特征，以及能夠使人感到存在于虛擬世界中真實程度的三維沉浸感。

二、教育游戲的特點分析

教育游戲作為近年來新型的教育資源，是寓教于樂理念的具體化產物。教育游戲不僅具有一般娛樂游戲的屬性，同時兼備著教育的屬性。教育游戲的娛樂性質給學習者提供了一種虛擬化的自主探索的互動參與活動方式，其教育性質給學習者傳遞具有一定教育意義的知識、技能以及積極的情感、態度、價值觀。以教育為目的，以游戲為手段的教育游戲從一定程度上調動學習者學習的積極性和主動性，給學習者自主學習提供了一種全新的學習模式，激發學習者學習興趣和動機。

（一）教育游戲的本質

游戲本質的定位具有兩個方面的層次：一為內在自由，其次為外在獨立。兼具知識技能等呈現的教育游戲是教育與游戲的有機結合，以游戲的物理屬性為依托，為其內容呈現提供技術支撐，游戲中融合與教育相關的知識技能等內容，不失趣味性來取代通常游戲中以娛樂為主的內容。在游戲的內容和形式上結合教育的屬性，套用游戲的外部包裝使教育游戲在形式上是自由的，在內容上是不獨立的。

（二）教育游戲的特點

教育游戲作為一種以一定的教育目標為游戲目的的特殊游戲形式，給學習者提供了生動活潑的學習途徑。兼具游戲娛樂性和教育性雙重屬性的教育游戲具有以下優勢特點：

1.趣味性學習環境，激發學習者學習興趣

游戲的娛樂性質賦予了教育游戲的趣味性。教育游戲通過創設生動活潑的虛擬游戲場景，在一定的時間內置身于虛擬化的場景，外界的干擾較小，學習這沉浸于所創設的游戲環境當中。以康德和胡伊青加味代表的自為無待說認為游戲是沒有外在強制目的的，并且是出于自愿的帶有自身的喜好傾向而進行的活動。由此可以推斷出，教育游戲的趣味性在一定程度上使學習者激發其自身的喜好，沉浸于虛擬化的游戲場景并且接受場景環境中的所包含的知識信息。

2.學習內容多元化，突破傳統學習枯燥乏味

對于游戲而言，豐富多彩的游戲任務包含著豐富的游戲內容，不同的游戲內容增加了游戲的娛樂性。教育游戲中的游戲任務則融入了豐富的學習題材和知識信息，游戲任務承載著學習目標和學習內容，以其自身多樣化的游戲任務設置隱性知識和顯性知識，兼容不同學科，不同領域知識范疇的內容信息，并通過多樣的游戲任務串接，有的放矢，合理配置，不僅擴大了學習者的知識面，更重要的是培養學習者自身多元智能的發展，自由開放的學習突破了傳統學習的枯燥乏味。

3.調動學習者主觀能動性，培養自主學習能力

教育游戲中創設的具有趣味性和沉浸性的學習環境配以多樣化的游戲任務，極大加強了學習者的參與性。教育游戲通過虛擬化的場景刺激學習者內在學習動機，知識信息任務化有助于學習者逐步認知，學習者通過參與教育游戲來自主完成教學大綱中所要求的知識和技能，在相對自由的學習環境中形成自我知識的建構，使其思維得以發散，在“玩中學”中培養學習者創新能力和自主學習能力。