基于智能手機的虛擬現實兒童教育游戲設計綜述

摘 要 虛擬現實（VR）是一場近年來掀起數字革命，它能使用戶沉浸到夢想世界。與大多數技術類似，隨著時間流逝，VR開始變得越來越便宜。現在只要一臺智能手機加上廉價的VR眼鏡框，就能體驗到VR世界。在本文中，介紹了一款虛擬現實教育游戲“嘟嘟幼兒園”，這是一款交互式3D游戲，面向3至6歲的兒童，在智能手機上運行，包括多個涵蓋英語、數學、語文課程的小游戲，旨在幫助兒童通過游戲來學習。為了驗證游戲的效果，我們還在一所幼兒園進行了測試。老師和學生的反饋都非常積極。

關鍵詞 虛擬現實;教育游戲;智能手機應用程序;兒童教育

前言

在過去的幾年中，數字技術見證了一場巨大的革命。通過使用個人計算機（PC），平板電腦，智能手機之類的設備將人們聯系在一起，互聯網已成為現代生活的骨干。而且，教育從這場革命中受益匪淺，它使教師能借助一些智能設備來開展更有效的教學工作。我們可以以新的形式來呈現學習內容，教學評估也可實時進行。這些變化打破了傳統的教學方法，為學生帶來了一種帶有情感、有吸引力的新學習方法。

虛擬現實技術（英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR）是一種環境仿真技術，它通過三維視覺和聽覺等手段，來模擬虛擬環境中的物理存在。使用虛擬現實設備的人將能夠“環顧”整個人造世界，在其中移動并與虛擬對象進行交互，從而體驗到一種身臨其境的感受。

本文所要介紹的是一款名為“嘟嘟幼兒園”的VR兒童教育類游戲，該游戲運行在智能手機上，同時搭配三星Gear VR等VR設備使用。應用的目的是幫助3至6歲的兒童在沉浸式的、多彩的三維空間環境中通過游戲來學習知識。

1軟件工具和硬件組件

“嘟嘟幼兒園”的主要開發工具是Unity 3D。Unity3D是由Unity Technologies公司開發的一款多平臺專業游戲引擎以及集成開發環境（IDE）。它通常用于為PC，移動設備，VR設備，游戲主機和網站構建高質量的3D和2D游戲或其他交互應用;主要建模工具是Maya，Maya是最著名的三維動畫軟件之一。它可以提供完美的 3D 建模、動畫、特效和高效的渲染功能。

“嘟嘟幼兒園”運行于安卓系統智能手機，可搭配最便宜的Google Cardboard手機VR眼鏡框來使用。為了獲得較好的效果，本文案例中所使用的硬件設備為三星Galaxy S10智能手機+三星Gear VR。三星Gear VR提供了一個帶觸摸板和按鍵的手柄控制器，使VR應用更具交互性。它還通過內置的陀螺儀和加速度傳感器，實現了穩定和精確的頭部跟蹤，確保平順的360度視覺體驗[1]。

2系統設計

游戲的目的是促進學生參與解決與基本課程相關的練習，但避免使他們感到枯燥。實際上，學習的部分隱藏在普通游戲中，用戶必須通過獲得高分才能獲勝。不需要通過傳統的讀書或寫字方式來學習，需要他們做的只是戴上VR眼鏡玩游戲。此外，“嘟嘟幼兒園”內擁有多種不同的小游戲，每個游戲都有自己的環境和玩法，讓用戶不容易感到無聊。例如，在一個游戲中，學生必須在日落時的沙漠中射擊目標;在另一個游戲中，環境換成了海底世界，用戶需要找出隱藏在其他海洋生物中的一條魚……此外，很多游戲都需要體力活動，例如跳躍、轉圈或四處走動，打破了以往的設置和游戲概念。具有不同環境和玩法的各種小游戲能吸引學生參加到游戲里的學習過程，而不會對學習產生排斥。

以下是應用程序的設計流程。進行應用程序后，首先詢問用戶的年齡，以根據不同年齡學生預期的技能水平選擇合適的問題。之后，出現主菜單，學生可以在其中選擇要玩的三個課程之一，即數學，英語或語文。下一步是從與所選課程相關的多個游戲中選擇一個，例如氣球、射擊、尋找動物等。此時，游戲從一系列問題開始，根據課程和學生年齡，將問題分為多個類別，從問題庫中隨機選擇問題。每個問題以書面句子的形式出現在屏幕頂部，同時還包含當前得分和游戲的計時等。如果學生正確回答，則分數會增加，并出現一個新問題;否則，分數會降低，并且會給再給學生一個機會回答該問題。在每個游戲結束時，顯示最終分數界面，然后返回主菜單，學生可以在其中選擇新課程和游戲來玩或退出應用程序。

英語是非常重要的語言工具，兒童早期英語學習是現在很多父母和教學機構關注的主題。作為一個主要的內容，“嘟嘟幼兒園”會根據學生的年齡，提供各種難度級別不同的英語學習游戲。包括查找字母、按順序排列字母、用丟失的字母填充單詞、將圖片與單詞匹配、識別顏色和動物等等。

另一方面，中文是我們的母語。“嘟嘟幼兒園”的語文教學是通過3D游戲這一互動的、生動有趣的方式，提供包括識字卡片、拼音認讀、兒歌等教學內容。

數學是“嘟嘟幼兒園”涵蓋的另一個針對低齡學生的重要主題。實際上，對大多數低齡學生來說，數學教學可能是一個真正的挑戰。“嘟嘟幼兒園”提供了一種充滿樂趣的數學，與數學有關的游戲包括數數，比較大小，簡單運算等。

下一節將演示與以上三方面教學有關的游戲的演示示例，以展示游戲的實際運行方式[2]。

3運行方案

如前所述，游戲必須由老師或家長在智能手機上下載，并且安裝到Samsung Gear VR或同類設備上才能玩。當“嘟嘟幼兒園”運行時，主屏幕會詢問玩家年齡，隨之安排玩家到對應的年級班級，其后所顯示的游戲和難度便都是適合所選年齡段的。主屏幕背景是一棟教學樓，前面是黃色的校車，標題為“嘟嘟幼兒園”，以營造一種主題的教育氛圍。

選擇正確的年齡并進入對應的教室后，學生將選擇三個教學主題之一。值得一提的是，英語游戲的問題和分數用英語編寫，語文當然是用中文，而數學問題則使用中文和英語雙語顯示。

以一個名為射擊數字的數學游戲的為例，在該游戲中，學生被要求找到一個正確的數字并在4個選擇之間射擊正確的目標。在此游戲中，所有選項都顯示在屏幕上，因此玩家無須旋轉或上下移動頭。當學生提出錯誤答案時，總分會降低，并要求玩家重試。另一方面，正確的答案是通過在當前分數上添加額外的分數來獎勵的，并且會出現一個新的問題。每個游戲都包含多個問題，難度越來越高。此外，每次玩游戲時都會更改問題，并從“嘟嘟幼兒園”的問題庫中隨機選擇，以避免重復。完成任何游戲后，都會出現一個最終屏幕，顯示最終分數，為了鼓勵學生再次學習并提高分數，分數記錄非常重要。因此，父母或老師可以使用分數來衡量學生的進度并確定游戲的有效性。

再介紹一個英語游戲，要求學生在多個字母中識別某個字母（在本示例中為A）。海灘和海洋主題與船，鳥和其他色彩鮮艷的元素混合使用，使游戲更具挑戰性和吸引力。實際上，此游戲屏幕使用360度全景，玩家必須旋轉并上下移動頭部才能找到答案。此外，“嘟嘟幼兒園”在其許多游戲中都會鼓勵玩家站起來，移動，跳躍。學生必須上下左右尋找，直到找到字母A。

最后，我們介紹一個與語文相關的游戲示例。是一個查找動物的小游戲，要求學生在四種選擇中尋找特定的動物，如，在一個森林場景中，出現四種不同的動物，學生要根據出現的文字卡片找出特定的目標。如果答案正確，就能得到分數。

4系統測試

除了上述示例外，“嘟嘟幼兒園”還有更多不同的游戲，具有不同的想法和主題。我們已經在一所幼兒園進行了調研測試，為了獲得更準確的結果，我們要求教師和家長在學生定期使用應用程序一周后填寫相關調查表。

調研結果非常積極正面，教師和學生滿意度都很高。絕大多數學生都非常喜歡這款游戲，很多人反映，他們并不覺得自己是在學習或做作業。采用“嘟嘟幼兒園”作為教學工具的教師報告說，使用“嘟嘟幼兒園”的學生的語言和數學技能有較明顯的提高。總體而言，教師將“嘟嘟幼兒園”視為一種可接受的支持教學方法。另一方面，反饋中也包含了許多有用的建議，我們計劃在改進“嘟嘟幼兒園”時考慮這些建議，例如添加新主題和添加更多動畫對象。

5結束語

數字技術已成為包括教育在內的所有現代生活必不可少的部分。VR是一種向用戶呈現3D圖像的方法，以創建一個虛擬世界來模擬真實環境。盡管不是新鮮事物，但在最近幾年中，VR應用的重要性顯著提高。VR在教育領域的應用前景非常廣闊，因為它能將枯燥的教學內容以充滿吸引力的方式呈現出來。調研顯示，利用VR教育游戲，能幫助學生更有效地完成學習，在玩游戲的過程中提高各種知識技能。此外，當前市場上許多VR設備在價格上已經降到大眾可負擔的程度，這是VR能夠普及的一個重要前提。在我們的調研中，幾乎所有人都同意，如果VR眼鏡的價格變得更加負擔得起，那么VR技術將變得更加流行，這在未來幾年中有望實現。

參考文獻

[1] 田元，周冪，夏丹，等.基于移動增強現實的學齡前兒童教育游戲研究與設計[J].電化教育研究，2019，40（04）：68-75.

[2] 王瑜.虛擬現實技術開發兒童教育類游戲的研究分析[J].計算機時代，2017，（11）：71-73.

作者簡介

孫一帆（1974-），男，江蘇省蘇州市人;畢業院校：蘇州大學，學歷：碩士研究生，講師，現就職單位：蘇州工藝美術職業技術學院，研究方向：交互設計。