基于增强现实的教育游戏设计的应用研究

周大镕 武文斯

【摘要】增强现实延续虚拟现实的技术应用，使虚拟的物体和真实的场景融合，让学习者借助一定的外部设备在虚实结合的环境中互动学习，虚拟与真实的结合互动使人的视觉感官形成一定的视觉冲击和新鲜感，让学习者体验到一种全新的友好的学习模式。本文首先概述增强现实的支撑技术及其系统的构成，然后介绍增强现实在教育游戏设计开发中的应用，结合增强现实自身的特点和教育游戏的特点，尝试提出一种结合两者优势的教育游戏的设计流程和应用方法，以求对增强现实在教育游戏设计中的应用有所裨益。

【关键词】增强现实 教育游戏 虚拟现实 人机界面

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）03-0003-02

增强现实作为虚拟现实的技术延伸，是将现实和虚拟场景融合的新型技术，能够加强人与现实世界的交互，促进人对现实世界的感知能力，并调动多种感知觉充分体验虚实结合的新环境。现今在教育领域，增强现实的应用仍处于起步研发阶段。本文通过阐述增强现实的技术优势和教育游戏的设计思路，对如何將增强现实融入到教育游戏的设计开发进行相应的探讨，尝试提出基于增强现实的教育游戏设计流程。

一、增强现实技术及其核心特点分析

（一）增强现实技术的内涵

增强现实（Augmented Reality，AR），作为虚拟现实（VR，virtual？鄄reality）的技术延伸，与传统的虚拟现实技术既有联系也有所区别，也被称之为混合现实。理想的增强现实不仅能够提供实时动态的、高度逼真的、具有高解像度的虚拟场景，而且能够通过相应的交互感应设备达到实时动态交互，实现虚拟信息与真实世界的无缝连接，使人的视觉系统中的景象能够得到增强与扩张，使人能够自然地与虚拟世界的三维物体进行实时交互。可以说，增强现实是对真实世界的加强，是虚拟现实技术的延伸，Milgram在1994年曾对增强现实和虚拟现实之间的关系进行相应的描述，概括起来如图1所示。

（二）增强现实技术的特点分析

1.虚实结合

虚实结合是增强现实最主要的特点，在实景环境中嵌入虚拟化元素，使学习者体验到虚拟和现实融合所带来的视觉感受。虚中有实，实中有虚，两者共存，在有限的空间中极大地扩展了空间容量。

2.三维沉浸

增强现实的虚拟元素均为三维元素，学习者可以通过控制计算机生成的虚拟三维动态元素，使其和真实场景融合，多角度体验，增强了趣味性。

3.实时交互

增强现实中的虚拟元素可以通过计算机的控制实现与真实场景的互动融合，可跟随现实场景的物理属性变化而变化；其次是使用者与增强现实的实时互动，通过计算机数据库的链接，使用者可以在融合虚拟元素的真实场景中以一种自然的方式进行实时操作交互，从而获得多感官的体验。

由此可见，增强现实具有虚拟世界事物与用户周围现实真实环境结合的虚实结合特征和能够使人在现实世界中无缝地实时同步感受虚拟空间模拟的事物的实时动态交互性特征，以及能够使人感到存在于虚拟世界中真实程度的三维沉浸感。

二、教育游戏的特点分析

教育游戏作为近年来新型的教育资源，是寓教于乐理念的具体化产物。教育游戏不仅具有一般娱乐游戏的属性，同时兼备着教育的属性。教育游戏的娱乐性质给学习者提供了一种虚拟化的自主探索的互动参与活动方式，其教育性质给学习者传递具有一定教育意义的知识、技能以及积极的情感、态度、价值观。以教育为目的，以游戏为手段的教育游戏从一定程度上调动学习者学习的积极性和主动性，给学习者自主学习提供了一种全新的学习模式，激发学习者学习兴趣和动机。

（一）教育游戏的本质

游戏本质的定位具有两个方面的层次：一为内在自由，其次为外在独立。兼具知识技能等呈现的教育游戏是教育与游戏的有机结合，以游戏的物理属性为依托，为其内容呈现提供技术支撑，游戏中融合与教育相关的知识技能等内容，不失趣味性来取代通常游戏中以娱乐为主的内容。在游戏的内容和形式上结合教育的属性，套用游戏的外部包装使教育游戏在形式上是自由的，在内容上是不独立的。

（二）教育游戏的特点

教育游戏作为一种以一定的教育目标为游戏目的的特殊游戏形式，给学习者提供了生动活泼的学习途径。兼具游戏娱乐性和教育性双重属性的教育游戏具有以下优势特点：

1.趣味性学习环境，激发学习者学习兴趣

游戏的娱乐性质赋予了教育游戏的趣味性。教育游戏通过创设生动活泼的虚拟游戏场景，在一定的时间内置身于虚拟化的场景，外界的干扰较小，学习这沉浸于所创设的游戏环境当中。以康德和胡伊青加味代表的自为无待说认为游戏是没有外在强制目的的，并且是出于自愿的带有自身的喜好倾向而进行的活动。由此可以推断出，教育游戏的趣味性在一定程度上使学习者激发其自身的喜好，沉浸于虚拟化的游戏场景并且接受场景环境中的所包含的知识信息。

2.学习内容多元化，突破传统学习枯燥乏味

对于游戏而言，丰富多彩的游戏任务包含着丰富的游戏内容，不同的游戏内容增加了游戏的娱乐性。教育游戏中的游戏任务则融入了丰富的学习题材和知识信息，游戏任务承载着学习目标和学习内容，以其自身多样化的游戏任务设置隐性知识和显性知识，兼容不同学科，不同领域知识范畴的内容信息，并通过多样的游戏任务串接，有的放矢，合理配置，不仅扩大了学习者的知识面，更重要的是培养学习者自身多元智能的发展，自由开放的学习突破了传统学习的枯燥乏味。

3.调动学习者主观能动性，培养自主学习能力

教育游戏中创设的具有趣味性和沉浸性的学习环境配以多样化的游戏任务，极大加强了学习者的参与性。教育游戏通过虚拟化的场景刺激学习者内在学习动机，知识信息任务化有助于学习者逐步认知，学习者通过参与教育游戏来自主完成教学大纲中所要求的知识和技能，在相对自由的学习环境中形成自我知识的建构，使其思维得以发散，在“玩中学”中培养学习者创新能力和自主学习能力。