心流理論下的AR教育游戲設計研究

摘要：探索基于心流理論的AR教育游戲設計策略。以用戶導向出發，總結AR教育游戲在用戶體驗過程中的體驗特點，并結合現有游戲案例討論AR游戲體驗過程中如何達到心流狀態。以心流理論為指導構建出AR教育游戲在用戶體驗過程中的心流體驗模型：創建心流環境、達成持續心流、強化心流結果。并提出了AR教育游戲的心流設計策略：清晰的游戲目標、合適的交互反饋、技能與挑戰的平衡、專注游戲的學習內容和沉浸虛實融合的世界中。最終在理論指導下以古詩詞學習為游戲目標展開了相應的設計實踐。

關鍵詞：心流 教育游戲 增強現實 AR教育游戲 游戲體驗

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2023）22-0013-03

Abstract：To explore the AR educational game design strategy based on flow theory. From the perspective of user orientation，experience characteristics of AR educational games in the process of user experience were summarized，and how to achieve flow state in the process of AR game experience was discussed based on existing game cases. Guided by flow theory，the flow experience model of AR educational games in the process of user experience was constructed：to create flow environment，achieve continuous flow，and strengthen flow results. The flow design strategies of AR educational games are put forward：clear game goals，appropriate interactive feedback，balance between skills and challenges，focus on the learning content of the game，and immerse in the world of virtual and real integration. Finally，under the guidance of theory，the corresponding design practice is carried out with the learning of ancient poetry as the game goal.

Keywords：Flow Educational games Augmented reality AR education games Game experience

引言

教育游戲是一種能夠培養游戲使用者的知識、技能、智力、情感、態度、加直觀，并且具有一定教育意義的計算機游戲類軟件[1]。與傳統的電子游戲相比，教育游戲是嚴肅的游戲，能夠將游戲的娛樂性與知識性融為一體，在體驗過程中可以獲得游戲本身的愉悅感和獲取知識的滿足感。依托于不同類型的數字技術，可以將教育游戲分為電腦或移動數字設備下的教育游戲、虛擬現實技術（VR）下的教育游戲、增強現實技術（AR）下的教育游戲、混合現實技術（MR）下的教育游戲和體感技術下的教育游戲等。其中，由于AR技術具有真實和虛擬結合、實時交互、三維注冊的三大優勢特點，使AR教育游戲的用戶在體驗過程中帶來獨特的心理感受和交互體驗，降低了游戲教育內容的理解難度，有效提升使用者的學習興趣和記憶效果，獲得越來越多體驗者的青睞。隨著AR技術的發展和逐漸成熟，未來在教育方面，游戲和新型智能技術相融合的趨勢會越來越明顯[2]。

AR教育游戲如何能夠利用技術優勢最大化實現游戲的教育性與娛樂性的雙重平衡是當前研究的重要議題。從游戲設計的角度出發，心流理論注重探討游戲過程中體驗者的心理變化過程與心流的產生和維持；從教育學習的角度出發，心流理論能闡釋學生的最佳學習狀態，認為處于心流下的學生能更加高效地學習[3]。而在AR技術支持下，教育游戲可以通過拓展心流的體驗維度來實現更加有效的知識獲取和游戲沉浸感。因此，本文基于心流理論探索AR游戲教育游戲科學的設計策略，幫助使用者在游戲過程中快速持續獲得心流狀態，為游戲更好地實現預期效果提出了相應的思考。

一、AR教育游戲的體驗特點

為了更好地針對AR教育游戲進行設計開發，本文從用戶體驗角度出發，結合教育游戲本身和AR技術的三大特點，概括了三點AR教育游戲的使用過程中的體驗特點：其一，場景真實性。AR技術特有的虛實融合與三維注冊的特點，使游戲過程中玩家能將虛擬的三維游戲元素置入真實場景中，并且虛擬元素具有真實的三維空間位置，打通了真實環境與虛擬環境的界限。用戶操作一般經歷3個步驟：掃描真實場景（信息輸入）、空間信息分析（數字轉化）和放置虛擬物品（信息輸出）。利用虛實信息的融合和真實的視覺效果為用戶帶來更加真實的體驗，因此可以使AR教育游戲獲得更好的視覺效果；其二，互動趣味性。AR技術本身具有互動性，在游戲中使用者可以利用界面交互、手勢交互、語音交互等方式與游戲內容進行有效互動，通過主動參與和被動接受相結合的方式獲得知識。在自發性的探索過程中能夠激發用戶的思考與探索欲，體會交互的樂趣并加深對所學內容的印象，以此方式獲得更好的教育效果。其三，體驗沉浸性。利用AR技術實現在真實環境下的虛擬互動，獲得視覺和聽覺為主的強烈感官感受，有益于體驗者更加專注游戲的內容與體驗的過程，帶來更加沉浸的體驗。

通過總結AR教育游戲的體驗特點，了解游戲過程中的用戶心理、AR技術在教育游戲中優勢的具體表現和教育游戲的體驗過程，以便更好地結合心流理論來解構用戶的游戲體驗過程與感受，最終為AR教育游戲的設計提供策略指導。

二、心流理論下的AR教育游戲

美國心理學家Csikszentmihalyi最早提出了心流的概念，即個體全身心投入到某項活動時，獲得的一種深層沉浸體驗，該體驗伴隨著自我意識的喪失、感覺不到時間流逝、單純地享受活動帶來的樂趣[4]。心流理論研究的發展可以大致分為3個階段：最初的心流模型——修正后的心流模型——最終的心流模型。最終的心流模型根據各種不同的挑戰感和技能水平高低分出了8個區，分別是：心流、控制、放松、無聊、冷漠、憂慮、焦慮和激勵。心流理論強調，只有游戲任務難度與玩家的技能達到平衡時，心流體驗才會發生。經過進一步的研究和整理，最終歸納出了心流體驗的9個要素：清晰的目標、及時的反饋、挑戰與技能的平衡、行為與意識的融合、意識中排除干擾、無懼失敗、自我意識的消失、忽略時間的流逝和專注于活動本身價值[5]。

當AR教育游戲的體驗者在游戲過程中達到心流狀態，可以帶來良好的學習效果與產生積極影響。在游戲的核心機制和關卡設計方面設定具體的學習目標和任務，使學習者能夠通過主動探索和被動引導相結合的方式順利完成AR游戲的初步目標，可以使學習者獲得心流的感受；在接下來的游戲過程中，利用AR技術手段為學習者創建富有趣味的游戲空間，結合科學合理的游戲的難度，幫助學習者達到技巧與能力的有效平衡，可以更長時間地維持在心流通道之間，對游戲體驗者產生積極的影響。當游戲的難度與體驗者的能力不相匹配的時候，用戶常常伴隨著沮喪和焦慮情緒，心流體驗便被破壞。對于AR教育游戲的設計來說，當游戲的場景不夠真實、虛實融合不夠緊密、AR相關交互不夠流暢的時候，往往也會給體驗者負面的感受，不能夠專注沉浸在游戲的過程中，因此打破心流的狀態。目前，市場出現的AR教育游戲普遍存在同質化嚴重、虛實融合不佳、交互簡單生硬等缺陷，從用戶體驗的角度來看對于心流達成具有較大的負面影響。

因此，本文以AR教育游戲的體驗特點為前提，以心流理論為理論基礎構建游戲的心流體驗模型，以便進一步梳理AR教育游戲的相關設計原則，使游戲能夠充分利用其體驗特點為用戶帶來較高的可玩性與可學習性，并為AR教育游戲的設計實踐提供一定的理論參考。

三、AR教育游戲的心流體驗模型構建

結合心流理論的模型及體驗要素，文章把AR教育游戲的心流體驗模型解構為3個過程：創建心流環境、達成持續心流、強化心流結果。

（一）創建心流環境

針對游戲設計的技術、美學、故事和機制4個維度展開，結合了技術特點、教育目標和用戶特征創建了心流環境所需要的相關要素。針對AR技術下的教育游戲場景真實性、交互趣味性和體驗沉浸性三大體驗特點，從視覺、聽覺與觸覺多種感官感受上為體驗者構建適宜的游戲場景，并提取符合學習者認知水平的學習目標任務結合技術手段設計合理的游戲內容與交互方式，在視覺表現上針對特定教育人群的喜好與特定需求制定合適的風格。

（二）達成持續心流

游戲的設計者應該盡力使體驗者能保持在心流的通道當中，達成持續的心流才利于保證游戲的學習效果。在游戲的策劃過程中，入門關卡應該讓體驗者明確學習的目標是什么，AR的操作方式是什么以及設定對玩家友好的過關機會。幫助體驗者在能力與技巧達到平衡后第一次達到心流狀態。之后在游戲過程中吸引玩家學習更復雜的內容，體驗難度更高的關卡，這個過程需要將難度進行適當調整以滿足玩家不斷加強的能力和日益熟練的技巧，并且提升游戲中的美感來鼓勵玩家繼續深入。體驗過程中游戲學習的目標、玩家技巧的熟練、本身能力的提升以及美感的支持下為達成持續心流提供了強有力的保障。

（三）強化心流結果

在心流狀態下，AR教育游戲的使用者會體驗到使用AR技術在游戲過程中的樂趣，集中注意力專注于游戲的內容，忽略外界的變化甚至忘記時間的流逝。心流的狀態可能短暫持續幾秒后被打破，也可能會持續較長時間。教育游戲最終的結果是沉浸在AR的世界中并習得特定的教學內容，使體驗者能通過更有趣的方式在游戲中輕松達到學習效果，心流之下教育的效率也隨之達到最高。體驗者會激發自主的創造力與探索欲，在體驗的過程中主動地探索新的知識與內容，從被動接受轉為主動尋求。在游戲的過程中利用AR的技術手段更加清晰可視地理解不同的學習內容，進一步加強沉浸的體驗感受。

四、AR教育游戲的心流體驗設計策略

構建AR教育游戲的心流體驗模型是以用戶導向分析了用戶在游戲體驗前、體驗中和體驗后的感受與學習效果。對于設計師來說，構建相應的心流體驗策略對于開發增強現實技術下的教育游戲可提供理論參考并保障AR技術的最大化利用，為教育游戲的實際效果提供理論依據。因此文章從教育游戲的用戶需求出發，結合AR教育游戲的技術與體驗特點，構建心流體驗的游戲相關環境，為了有效幫助體驗者獲得持續的心流體驗，達到良好的學習效果，特別提出了如下幾點設計原則：

（一）清晰的游戲目標

當人在進行某項任務達到心流狀態時，就會完全聚焦于該任務的目標，以及操作過程中的反饋，而對周圍不相關的信息“視而不見”。因此，產品提供清晰的目標是保證用戶進入心流狀態的必要前提之一[6]。針對不同游戲用戶群體的設計首先要有清晰明確的設計目標，如歷史文化的傳播、科普內容、專業教育培訓等。在游戲設計的機制、關卡及交互元素的設計中都應該強化當前體驗的最終目標與相應子目標。游戲機制的關卡設計中每一個挑戰都應明確指出挑戰目的，并利用可視化的表達方式清晰地傳遞給體驗者。具有清晰的目標，便于體驗者能夠在整個過程中實時掌握自己的任務與規則。

（二）合適的交互反饋

在AR教育游戲設計當中，完成每一個子目標的過程中都應該有及時且合適的交互反饋。特別是針對AR的操作動作，如轉動、縮放等虛實融合的部分，應該每一步操作都能讓用戶明白做什么，是否正確、正確的應該怎么做，避免體驗過程中迷失的情況。并且，在游戲的視覺效果、UI的設計中應該讓體驗者實時知道自己在哪里，做什么以及進行到何種程度，充分讓體驗者有掌握游戲的感覺。此外，在每個目標完成時都應該給予豐厚的獎勵，及時讓體驗者感受到完成任務的樂趣與即時收獲。

（三）技能與挑戰的平衡

兩者的平衡離不開目標用戶的游戲測試，因此對目標用戶群體的認知與技能水平的了解程度直接決定了平衡能否達成。從游戲初始的體驗引導到游戲體驗者能力的逐步增長和技巧的不斷嫻熟過程中，游戲設計必須對其能力范圍有清楚的認知，并設置合理的難度等級以求得平衡。一旦玩家體驗過程中感覺多次無法達成任務，會產生沮喪的情緒進而退出游戲的嘗試；同時玩家體驗過程中太輕易達成任務，也會產生無聊的感覺而認為游戲失去了挑戰的樂趣。

（四）專注游戲的學習內容

AR教育游戲的設計過程中設計者應通過技術優勢為體驗者創建更加真實與沉浸的環境，并通過游戲相關設計手段幫助玩家充滿興趣地進行體驗，期望玩家能在體驗過程中專注游戲的內容，全神貫注地游玩與體會游戲內在樂趣。如歷史文化教育游戲的設計可以采用AR的技術手段幫助玩家“穿越”到歷史環境中，并在歷史環境下通過目標任務的設計來幫助玩家體驗相應歷史知識，體會到穿越時空的奇妙體驗，并專注地探索相關游戲的內容。

（五）沉浸虛實融合世界中

由于AR教育游戲獨特的體驗特點能幫助玩家在游戲過程中體會到增強真實世界的效果，因此在游戲的設計中要讓玩家熟悉并且融入增強的世界中，而非感到不適應。只有理解并掌握在增強現實中的操作技能以及體驗到與AR游戲相關的獨特感受之后，才能真正沉浸在虛實融合的世界中，達到心流的感受。例如歷史文化教育的AR游戲可以通過“穿越”手法來將真實人物與虛擬空間進行融合，更沉浸地講述歷史故事，傳播相應的歷史文化，以獨特的視角將體驗者帶入沉浸的世界中去。

五、心流理論下AR教育游戲的設計實踐

結合前文提出的心流體驗設計策略，本文進行了相應的設計實踐，最終設計了一款針對兒童古詩詞學習的AR教育游戲《游詩界》。

（一）設計說明

本次實踐是以繪本+App相結合的形式來設計教育游戲。首先，繪本中繪制了特定的圖片與古詩詞的學習內容，使用兒童喜歡的豐富亮麗的色彩能夠引起學齡前兒童的興趣，在視覺上滿足了特定群體的需求。其次，App應用可以兒童單獨使用，也可以通過家長陪伴兒童一起學習，具體步驟是使用手機App掃描特定的繪本圖案，出現特定的虛擬模型，并可以解鎖對應的游戲互動內容。設計開發過程中首先確定游戲的主要教學內容并繪制繪本，其次制作AR交互部分，其中先通過建立模型與并渲染后導入unity 3D游戲開發平臺，在平臺中了利用Playmaker可視化編程插件來實現具體的交互內容。AR實現是通過圖片識別的方式掃描特定的繪本圖案觸發，結合不同的詩詞特定情節進行游戲內容設計，使每一次交互都能創建獨特的游戲體驗，有助于兒童在游玩過程中學習古詩詞知識，進一步理解詩詞文化意境并獲得沉浸的體驗，幫助用戶留下更加深刻的記憶。

（二）游戲內容展示

古詩詞教育游戲以唐詩中的《詠鵝》作為設計案例介紹教育游戲的過程。首先兒童通過閱讀繪本讀到詠鵝這首詩，拿起手機利用掃描圖片功能識別特定的圖案（如圖3）。識別成功后可以解鎖相應的3D部分，在App端出現紙面上方鵝在水中戲水的立體場景（如圖4）。整體的虛擬場景模型包含了流動的湖水、三兩結對游湖的天鵝、遠處的草地樹木的田園場景，并配上漢語朗誦聲音和清雅的背景音樂。AR模型可以觸發3個部分的體驗：教學體驗——游戲闖關——解鎖彩蛋。

在教學體驗部分，通過語音講解古詩詞內容含義的同時相應動畫內容隨著語音的介紹依次展示，使用者可以邊聽講解邊直觀地視覺感受到詩詞蘊含的美景。在這一部分中，使用者可以跟隨引導觸發交互動畫展示，如天鵝的“向天歌”“浮綠水”和“撥清波”3條內容。兒童可以通過動作展示加強理解深度。

教學體驗部分結束后可以重復講解，也可以進入下一部分：游戲闖關（如圖5）。在闖關當中采用限時回答問題的方式，如將動畫與詩歌進行一一匹配，回答正確可獲得積分獎勵并解鎖新的彩蛋體驗。彩蛋部分兒童可以發揮自己的自主創造力在湖水中隨意放入天鵝，并且可以自行設置天鵝的色彩與動作，為自己創造獨一無二的個性圖畫并保存（如圖6）。

從游戲設計的過程中，以視覺與聽覺為主要通道為AR體驗營造心流環境，3D模型中的鮮明的色彩與卡通風格滿足兒童的視覺偏好需求，結合湖泊與田園背景音樂幫助用戶更真實地體驗虛擬環境。在游戲的講解部分以聽覺為主，結合畫面的交互指引，幫助使用者一邊主動探索，一邊輔助講解詩詞內涵，在指引下通過交互動作和場景模型進行深度互動，進而達到心流體驗。在教學體驗結束后利用闖關測試來激發游戲體驗者的勝負欲并進一步鞏固所學知識，每答對一題會給予豐富的獎勵，使心流體驗能夠更加持續，另外，在全部答對后設置彩蛋環節，兒童可以發揮自己的想象力與詩歌所學創造個性化的3D立體場景圖畫并保存下來，這個過程是自由且充滿創造力的，通過學習知識自主進行繪畫，進一步強化心流的體驗過程。游戲當中每一個古詩詞對應的游戲內容都具有清晰的游戲目標，即了解詩詞的內容含義并體會詩詞意境；游戲交互講解的過程中設置了相應的交互內容并有及時反饋，個性化DIY過程中體驗者可以專注游戲的互動并發揮想象力，幫助體會詩詞內涵；闖關測試中的題目難度合理，測試內容的難度與兒童的認知水平能夠相匹配；圖片掃描的方式將真實的繪本與虛擬模型結合在一起，宛如書中走出了虛擬世界，將虛實畫面有效結合在一起，同時學習過程中還可以通過書本幫助回憶學習內容。

結語

本文是從用戶體驗視角出發，總結了AR教育游戲的體驗特點，并基于心流理論分析了AR教育游戲的心流體驗過程。對于AR教育游戲的心流體驗結構了其步驟，并為設計師在游戲設計開發時提供了相應的設計原則指導。最終，在理論的指導之下進行了兒童古詩詞AR教育游戲《游詩界》的設計構想與開發。通過理論指導設計實踐進一步證實了理論的可行性，并期待在以用戶為中心設計AR教育游戲時能夠更好地保持長時間的心流狀態，促進兒童古詩詞學習的體驗效果，以游戲娛樂促進教育，取得嚴肅游戲教育性與娛樂性的有機平衡。

基金項目：江蘇大學第20批科研資助項目《基于AR增強現實技術的兒童古詩詞文化教育游戲設計研究》。

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