田元 周冪 夏丹 李方迪

[摘? ?要] 教育游戲是一種有效促進學習者自身發(fā)展與學習體驗的方式，而移動增強現(xiàn)實技術正以顛覆傳統(tǒng)之姿融入其中，賦予教育游戲新的發(fā)展?jié)摿蛻们熬啊；谝苿釉鰪姮F(xiàn)實的教育游戲具有激發(fā)學習興趣、強化互動參與、提升學習效率、提供沉浸的學習環(huán)境以及泛在學習條件的特征，但其也面臨著教育學習內容與游戲娛樂內容不平衡、教學對象和教育內容同移動增強現(xiàn)實技術不匹配等問題和挑戰(zhàn)。本研究在分析移動增強現(xiàn)實技術支持下的教育游戲特征及其存在問題的基礎上，在相關教育游戲理論和學齡前兒童認知發(fā)展理論的指導下，提出了四個層面加一個統(tǒng)一原則的移動增強現(xiàn)實教育游戲分層要素設計策略模型，分別從對象層、教育層、游戲層、技術層四個層面進行分析，并圍繞協(xié)調統(tǒng)一原則來實現(xiàn)教學對象、教育內容、游戲元素以及移動增強現(xiàn)實技術的貫穿融合，在此基礎上完成了面向學齡前兒童的移動增強現(xiàn)實教育游戲——ARTeddyMath的設計與開發(fā)。研究為完善教育游戲的設計與開發(fā)提供了新的視角和策略，提出的設計策略模型具有可擴展性，可以為面向不同對象的教育游戲提供參考。

[關鍵詞] 增強現(xiàn)實; 移動終端; 學齡前兒童; 教育游戲; 設計策略

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

一、引? ?言

近年來，隨著游戲化學習理念的不斷深入、娛教技術的泛化以及信息技術和人工智能的興盛，教育游戲在獲得廣泛關注的同時，有了規(guī)模性發(fā)展的可能。祝智庭提出教育游戲是“將生命的體驗與樂趣變?yōu)閷W習的目的與手段的一套工具和方法論”[1]，其本質是激發(fā)學習興趣，挖掘學習潛能，實現(xiàn)寓教于樂。《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中指出，要“積極發(fā)揮人工智能和虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）、增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）等創(chuàng)新技術的優(yōu)勢，擴展教育形態(tài)，探索未來教學新模式，為促進個性化學習和針對性教育提供支持”[2]，教育+游戲+新型智能技術的深度融合已成為必然趨勢。

增強現(xiàn)實由虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展而來，使人為構建的虛擬信息和現(xiàn)實環(huán)境疊加到同一個畫面或空間，達到“虛實融合”的效果[3]。增強現(xiàn)實技術的成熟為教育游戲提供了新的支持，利用其構建虛實融合的學習情境開創(chuàng)了新的教育游戲活動形式。隨著移動智能終端設備和移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，增強現(xiàn)實教育游戲越來越多地被應用到智能手機、PAD等小型移動設備上，基于移動智能終端的增強現(xiàn)實為教育游戲的發(fā)展提供了新的助力。

學齡前兒童涉及的知識內容簡單、形象，本身就具有一定的游戲屬性，十分適合設計成教育游戲。國內現(xiàn)有的面向學齡前兒童的移動增強現(xiàn)實教育游戲案例較少，增強現(xiàn)實作為一項新技術，在其支持下的學齡前兒童教育游戲的設計開發(fā)理論研究比較匱乏，尚沒有詳細的設計策略和完整的開發(fā)流程。如何在相關教育理論和游戲理論的整合指導下，兼顧移動增強現(xiàn)實特性和學齡前兒童認知特征，完善設計策略，構建出適宜、有效的教育游戲設計策略模型，并在此基礎上進行完整的開發(fā)，需要我們進行深入的研究和思考。

二、移動增強現(xiàn)實支持下的教育游戲特點

移動增強現(xiàn)實[4-5]是增強現(xiàn)實的一個分支。傳統(tǒng)的增強現(xiàn)實系統(tǒng)主要以PC機和可穿戴裝置等外接設備為載體，這種架構價格昂貴，攜帶不便，且不易維護。近幾年移動智能終端迅猛發(fā)展，以手機、PAD等為主的小型移動智能機極大地推動了移動增強現(xiàn)實的應用，為其提供了強有力的平臺。相較于傳統(tǒng)的系統(tǒng)設備，小型移動智能機的普及度極高，更具便攜性和移動性，內部集成了GPS、電子羅盤、重力感應器、加速度傳感器以及光線距離感應器等各類傳感器[3]，這使得增強現(xiàn)實教育游戲可以有更多的創(chuàng)新模式，應用場景更廣泛，交互手段更多樣和人性化。其應用無須考慮硬件損壞或維護的問題，只需下載安裝相應的軟件即可。移動增強現(xiàn)實為教育游戲提供了有力支持和幫助，主要表現(xiàn)在以下三個方面：

（一）激發(fā)學習興趣、降低認知難度、強化互動參與

在用戶體驗上，移動增強現(xiàn)實技術作為一種新事物出現(xiàn)在視野中，極易引起學習者的興趣，特別是學齡前兒童，新事物將激發(fā)他們的好奇心和探索欲。AR技術能將抽象內容具象化，通過三維可視化的方式直觀、生動、逼真地呈現(xiàn)出教育知識[6]，降低對學習者認知能力和遷移能力的要求，加深理解和記憶。而且AR本身就具有實時交互的特性，結合移動智能終端能產生多種深度交互方式，有利于加強學習參與度，提升學習效果[7]。教育游戲在移動增強現(xiàn)實的支持下，能給用戶超現(xiàn)實的體驗，減弱學生對學習的抵觸心理，大幅提升學生的學習意愿，使學習過程的體驗更加輕松、自然、順暢。

（二）提供情境增強、沉浸學習的環(huán)境

在學習情境創(chuàng)設上，增強現(xiàn)實“虛實結合”的特性提供了對真實環(huán)境進行虛擬信息擴增的學習情境，可以創(chuàng)設出在現(xiàn)實中難以觀測的情境及事物變化的過程。根據(jù)不同的教育內容，可以創(chuàng)建相符合的增強情境，輔助學習內容在游戲中體現(xiàn)，促進學習者進行自主探究，動態(tài)地進行交互式操作與學習，進入沉浸式的情境體驗中[6]。AR教育游戲非常符合“學習是一種真情實景的體驗”的構建主義學習理論[8]，可以幫助學習者深入觀察、實踐，促進認知構建和知識遷移。通過與AR對象的實時互動，以及游戲化、情境化的教學，可以充分調動學習者的學習熱情，延長沉浸時間，加深對學習內容的關注和理解。教育游戲在移動增強現(xiàn)實的支持下為學習者提供直觀、沉浸的學習環(huán)境。

（三）創(chuàng)造移動學習、泛在學習的條件

移動增強現(xiàn)實下的教育游戲以軟件的形式運行，僅通過一部智能移動終端就可以展開學習活動，使用場所不再受限，學習者可以在任何地方、任何時刻進行學習體驗。對于學習者，學習過程是連續(xù)的、無縫的、自主的，體現(xiàn)了“以人為中心，以學習任務本身為焦點”的泛在學習的優(yōu)勢[9]。同時，移動互聯(lián)網(wǎng)為教育游戲提供了社會型的學習環(huán)境，學習者可以與現(xiàn)實世界中的教師、同伴或同一應用中的其他學習者討論交流，實現(xiàn)多人任務，協(xié)作學習，也可以通過社交軟件實現(xiàn)信息交互、學習互動，形成游戲社群。教育游戲在移動增強現(xiàn)實的支持下形成了泛在的學習資源，為學習者創(chuàng)造了個性化的、可復用的、無處不在的學習條件[10]。

三、面向學齡前兒童的移動增強現(xiàn)實型

教育游戲設計策略

在已有的教育游戲研究中，被提及最多的問題就是教育學習內容與游戲娛樂內容的不平衡[11-12]。在一些教育游戲案例中，設計者常常顧此失彼，忽視了教育和游戲的融合。移動增強現(xiàn)實技術以顛覆傳統(tǒng)之姿為教育游戲帶來新動力的同時，也產生了新的挑戰(zhàn)。以何種形式呈現(xiàn)該技術特點以及如何自然地融入學習情境中，使之與教學內容匹配，都是研究者們需要思考的問題[13]。此外，學齡前兒童的認知能力、知識層次以及行為習慣等都有符合其年齡階段的特征和限制，充分考慮這些因素才能真正設計出有助于兒童認知發(fā)展的教育游戲。因此，本文在相關教育游戲理論和學齡前兒童認知發(fā)展理論的指導下，提出四個層面加一個統(tǒng)一原則的移動增強現(xiàn)實教育游戲分層要素設計策略模型。如圖1所示，分別從對象層、教育層、游戲層和技術層四個層面進行討論分析，通過協(xié)調統(tǒng)一性原則將四個層面中的內容貫穿融合，并基于此設計策略描述了面向學齡前兒童的移動增強現(xiàn)實教育游戲案例開發(fā)的整體框架模型，完成了教育游戲——ARTeddyMath的設計與開發(fā)。

（一）對象層：符合學齡前兒童認知發(fā)展特征和成長需求

在皮亞杰的兒童認知發(fā)展理論中，將學齡前兒童（3～7歲）劃分為前運算階段，這一階段的兒童以自身感知將外界事物內化為表象，在感知運動中明白語言、聲音、圖像、數(shù)字等符號的意義[14]。同時，他們的成長在審美、求知、自我實現(xiàn)三方面有著強烈的需求。因此，在設計過程中，本文根據(jù)這三種成長需求緊密結合學齡前兒童的認知發(fā)展特點，從以下三個方面進行具體的分析，以促進學齡前兒童在教育游戲中愉悅健康的體驗。

（1）學齡前兒童對視、聽覺上的信息感知尤為敏感，多重復合感官刺激的情境更有益于其記憶的形成。但他們的視、聽覺系統(tǒng)尚未發(fā)育完全，往往不喜歡單調清冷的顏色和平緩靜謐的音樂，而容易被一些色彩繽紛、鮮艷明亮的顏色和歡快靈動的聲音吸引，對于形象生動、不斷變化、能活動的物體興趣極高。所以，在UI設計、音效設計、三維模型設計、虛擬情境創(chuàng)建以及交互設計過程中，都應去貼近學齡前兒童的審美需求。

（2）處于前運算階段的孩子隨著年紀的增長，感知的意圖性和目的性也會逐漸增強。他們喜歡探索，有旺盛的求知欲。所以在教育游戲設計中，除了考慮學齡前兒童的感知特性外，還要意識到感知的差異性，對其進行合理的任務分配，給予相應挑戰(zhàn)的引導和提示，以滿足求知的需求。

（3）他們喜歡被肯定贊許，通過不斷挑戰(zhàn)自我獲得進步會很有成就感。獎勵是有效回應這種心理狀態(tài)、促使他們完成某件事情的手段。所以，設置階段性的目標和激勵，給予創(chuàng)造和提升的空間，有助于滿足自我實現(xiàn)的需求。前運算階段兒童的認知能力停留在事物表面，認知活動非常具體，抽象理解能力較弱，以直觀的感受進行判斷[15]，針對此階段兒童的教育游戲應該具備鮮明的表現(xiàn)形式和直觀的功能展示。

（二）教育層：明確教學目標和教學內容、提供學習反饋和評價

教育層的研究內容主要包括教學目標分析、學習內容分析和學習效果反饋及評價功能的設計。

（1）在教育游戲中，教學目標可分為兩個層次：一是階段性學習目標，二是最終目標。建構主義學習理論強調學習者在主動探究問題、思考加工知識內容的過程中對其意義的建構。通過原有的知識經驗和新知識的相互作用去發(fā)現(xiàn)事物的本質、規(guī)律以及事物之間的內在聯(lián)系，更新認知結構[8]。為了幫助學生對知識的構建，需要設計合理的教學目標，并給予階段性的任務，將教學目標進行細化分解，通過階段性學習目標的落實，不斷地將新知識納入已有的認知結構中，以實現(xiàn)最終目標。

（2）在學習內容分析過程中，并非所有的知識內容都適合移動增強現(xiàn)實這種形式的教育游戲。對于一些極其抽象復雜、邏輯性強，需要學習者主觀意愿上長時間努力鉆研學習后才能理解的內容，在游戲體驗中會顯得突兀、生硬，這違背了教育游戲寓教于樂的本質。我們需要根據(jù)學習者的認知能力和水平、知識內容本身的特性，綜合考慮是否適合作為移動增強現(xiàn)實教育游戲的教學內容。沉浸理論指出，影響使用者后續(xù)學習的沉浸理論的兩個關鍵因素是挑戰(zhàn)和技巧[16]，這兩者之間的平衡性牽制決定著人們在參與活動中的態(tài)度、持久度及愉悅度。將學習內容看作是挑戰(zhàn)，學習者的認知能力和水平是技巧，則需要合理設置學習內容難度，使之符合學習者的“最近發(fā)展區(qū)”的要求和從易到難的學習規(guī)律。

（3）在教育游戲中提供學習反饋和評價是必不可少的。國內的案例中大多忽略對游戲數(shù)據(jù)，即學習結果的分析和利用，缺少對學習效果反饋及評價功能的設計。完善的學習反饋機制往往能有效地促進學習者的學習效果，給予學生正確的導向，讓其發(fā)現(xiàn)不足之處并有針對性地調節(jié)學習活動，及時了解學習的進展和成效，強化學習積極性。同時，家長和教師能更好地了解孩子的學習現(xiàn)狀，對學習效果進行評估，并以他人評價的方式反饋給學習者，保證學習活動進入良性循環(huán)。

（三）游戲層：增加娛樂趣味性，提升游戲體驗

從游戲的特征來看，游戲層需要體現(xiàn)出趣味性、目的性、規(guī)則性和交互性，并為學習者提供及時反饋。Jesse Schell認為，游戲就是人們通過玩樂的形態(tài)解決問題的活動，趣味性就是有趣的決策[17]。因此，可以考慮給游戲賦予有趣的故事情節(jié)、設置有趣的規(guī)則，讓玩家的每一個操作都跟隨故事的跌宕起伏而具有趣味色彩，或是通過一些形象有趣的元素，如圖片、聲音、虛擬模型等來表現(xiàn)。目的性的存在是為了吸引玩家長時間的參與投入，設置有挑戰(zhàn)性的目標能促進玩家不懈努力，在達成目標后獲得十足的成就感。游戲目標是教學目標的另一種表現(xiàn)形式，教學目標往往隱藏在游戲層中。規(guī)則是限制玩家達成目標的最直接的手段，在設計游戲規(guī)則時，要注意邏輯清晰，保證公平性和自由度。對于學齡前兒童，規(guī)則要盡量簡單、直觀，最好通過動畫、圖片、聲音等進行說明。交互貫穿游戲的各個環(huán)節(jié)，友好的交互方式和交互界面是促進玩家融入游戲的關鍵。在設計過程中要充分考慮兒童的行為習慣，從視覺互動、聽覺互動、操作互動等多方面配合設計，使游戲具有良好的可玩性。新穎的交互方式能有效地吸引兒童的興趣，增強現(xiàn)實技術就這一點提供了核心競爭力。反饋系統(tǒng)是吸引玩家、營造沉浸感的主要手段，精細、即時的反饋使玩家對游戲行為的有效與否作出判斷，并激勵調整下一個行為，不斷嘗試，如分數(shù)、等級、裝備、進度條等反饋數(shù)據(jù)，或角色升級、積分獎勵、情節(jié)推動等反饋手段會構成一個傳動系統(tǒng)給玩家繼續(xù)玩下去的動力。

此外，在設計過程中要考慮到學習者可能發(fā)生的問題，并制定對應措施，給予準確的響應和提示。應充分考慮人機交互的靈活性、操作的簡便性，最大限度地滿足學習者的人機互動需求。其次，游戲的導航系統(tǒng)、功能布局應該清晰明了，使學習者一目了然，能夠迅速進入游戲，減少由于游戲本身帶來的教學障礙。

（四）技術層：結合移動終端特性選擇適合的AR技術支持教學

增強現(xiàn)實系統(tǒng)中涵蓋了三方面的技術內容，分別是跟蹤注冊技術、顯示技術和人機交互技術，其中跟蹤注冊技術是關鍵[18]。目前主流的方法是基于計算機視覺的增強現(xiàn)實技術，它又可以分為基于人工標記的和基于自然特征的兩種方法[19]。

基于人工標記的方法需要人為地放置標記到真實場景中，通過對攝像頭所采集的真實場景視頻中的標記物進行識別跟蹤，獲得標記的位置信息，進行虛實配準，最后通過顯示設備輸出虛實結合的場景畫面[19]。這種方法運行較穩(wěn)定，且平臺支持性好。

基于自然特征的跟蹤注冊方法不需要在真實場景中放置標記物，而是通過真實環(huán)境中的自然特征點作為參考[19-20]，這種方法更簡單、方便，但計算量巨大，耗能高，在移動終端上難以保證實時性和穩(wěn)定性。

綜合考慮增強現(xiàn)實跟蹤注冊方法的特點和移動終端設備CPU、GPU性能的不足，基于人工標記的方法更適合學齡前兒童增強現(xiàn)實教育游戲的開發(fā)。目前已有一些較為成熟的開發(fā)包可以直接利用，常見的有Vuforia、EasyAR、Wikitude、ARToolkit等，都支持Android、iOS平臺的開發(fā)。在移動增強現(xiàn)實教育游戲設計和開發(fā)中，應根據(jù)手機、PAD等終端的處理能力，設計能夠順利支持的功能規(guī)模，確保游戲運行的穩(wěn)定性。應根據(jù)移動終端的特性調節(jié)操作方式，減弱學習者對掃描標記物后疊加虛擬信息不穩(wěn)定所導致的不適感，以及這種操作方式所帶來的額外的認知負荷。

（五）協(xié)調統(tǒng)一性原則

在面向學齡前兒童的增強現(xiàn)實教育游戲設計中，首先要篩選出屬于學齡前兒童教育范圍且適宜游戲化的教育內容。根據(jù)兒童的認知背景構思游戲故事背景，使教學內容與學齡前兒童認知特點及成長需求相吻合，最大限度地挖掘教育內容本身的娛樂屬性。通過游戲目標激發(fā)學習動機，以游戲化的模式學習知識。將學習活動以游戲任務來體現(xiàn)，學習結果的即時反饋以游戲獎懲反饋來體現(xiàn)，使教學內容與游戲任務相匹配。學習內容的呈現(xiàn)應盡可能地發(fā)揮增強現(xiàn)實技術的優(yōu)勢，利用增強現(xiàn)實技術提供給學習者逼真、動態(tài)、契合游戲故事背景的教育情境。增強現(xiàn)實交互部分要貼近學習活動特點，且考慮到移動終端的交互操作特性。從整體教學環(huán)節(jié)考慮，本文提供一種思路：將增強現(xiàn)實的標記物和生成的虛擬物體以學具的形式設計到教學環(huán)節(jié)中，使之成為學習活動中的一部分，實現(xiàn)教學內容與增強現(xiàn)實技術的融合。

四、案例開發(fā)：ARTeddyMath

（一）游戲概述

本文所開發(fā)的基于移動增強現(xiàn)實的學齡前兒童教育游戲——ARTeddyMath是一款數(shù)學啟蒙游戲，也是一款親子游戲。在移動增強現(xiàn)實技術的支持下，構建了一個虛實結合的交互環(huán)境。通過新穎趣味的方式呈現(xiàn)數(shù)學知識，以獨特的交互操作讓兒童體驗數(shù)學的奧妙。在家長或教師的配合下，讓孩子認識數(shù)字、學會數(shù)字的讀寫、理解基礎數(shù)學中大小和順序的概念、進行數(shù)學基礎加減法運算。游戲場景中形象生動的卡通模型和數(shù)字符號不僅讓孩子輕松積累數(shù)學知識，還鍛煉了觀察能力。ARTeddyMath案例開發(fā)的整體框架模型如圖2所示。

（二）需求分析

基于前文設計策略的討論，本文將從四個方面對游戲進行需求分析，分別是學習對象分析、教學目標分析、教學內容分析、關鍵技術分析。

ARTeddyMath面向的學習對象是學齡前兒童，關于學齡前兒童的認知發(fā)展特征和成長需求在對象層已展開了具體分析，這里僅對學齡前兒童的原有知識基礎進行補充。這個階段早期的兒童對數(shù)概念只有雛形意識，多以實物大小來代替對數(shù)量的認知。到4歲時過渡到圖片表征，5歲基本能夠認知10以內的數(shù)量關系，形成符號表征的認知[21]。階段末期的兒童開始學習數(shù)學加減運算，但并不熟練。所以在設計時，應根據(jù)兒童的知識基礎設置不同的學習內容和具體的游戲任務。

教學目標是啟蒙兒童數(shù)學思維，使學齡前兒童熟練掌握20以內數(shù)字及10以內加減法運算。

教學內容由淺至深主要包括：0～9的認識和讀寫，10～20的認識和讀寫，判斷數(shù)字大小及順序，10以內的加法運算，10以內的減法運算。

通過技術層的分析，結合教育對象和教學內容的特點，基于標記的增強現(xiàn)實方法非常適合本游戲的開發(fā)，標記卡片和三維虛擬模型剛好以學具的形式參與到交互學習和游戲體驗中。

（三）總體設計

根據(jù)一般游戲的開發(fā)流程，結合增強現(xiàn)實技術特點和教學內容，將游戲總體階段的設計分為游戲背景創(chuàng)設、游戲玩法設計、游戲功能設計、運行邏輯設計、學習資源設計、界面設計、交互設計七個方面，依據(jù)每個方面的內容進行詳細設計。

（1）游戲背景創(chuàng)設。游戲背景發(fā)生在泰迪王國，泰迪公主被灰熊家族關進了一間密室，這間密室需要三把鑰匙合成才能打開，想要獲得鑰匙需要完成各種數(shù)學挑戰(zhàn)，于是國王邀請所有來到泰迪王國的小客人們一起開動腦筋，并給了他們神奇的卡片法寶，希望小客人使用法寶趕緊完成任務，解救出泰迪公主。

（2）游戲玩法設計。作為一款幼兒益智類游戲，ARTeddyMath的規(guī)則本身較簡單。游戲附帶標記卡片的道具，游戲中所涉及的數(shù)學題目有兩種：第一種是軟件隨機給出題目，用于闖關挑戰(zhàn);第二種是開放式的，由家長甚至孩子自己來設計題目，用于正式闖關前的練習。根據(jù)教學內容，我們將游戲設計為三項任務，在每一項任務中，兒童可以在家長的配合下先自行練習，然后根據(jù)學習情況進入當前任務的闖關挑戰(zhàn)，闖關成功后獲得一把鑰匙，當三項任務中的闖關都成功后，則集齊三把鑰匙，即可以前往密室營救公主。

（3）游戲功能設計。主要包括任務功能、聲音同步功能、反饋評價功能、社會分享功能。①任務功能，是增強現(xiàn)實的核心功能，也是開展學習活動的具體功能，依次由認識數(shù)字、比較大小和加減運算三項難度漸增的主線任務組成，每項任務有練習和闖關兩種模式。練習模式下，玩家可自由選擇卡片進行識別觀察或者自行出題;闖關模式下，會根據(jù)當前任務隨機給出題目。②反饋評價功能，是教育游戲中同時體現(xiàn)游戲特性和教育職能的部分，游戲中將其分為激勵性實時反饋和總結性評價反饋兩種類型。激勵性實時反饋是任務進行過程中給出即時的提示和獎勵，而總結性評價反饋是對學習者在整個任務過程中的學習情況進行記錄和分析，以錯題本的形式將答錯的題目以及闖關模式下的正確率提供給學習者和家長，從而有針對性地對薄弱知識點進行強化。③聲音同步功能，在給予兒童多重感官刺激的同時，豐富游戲化元素。本游戲將卡片內容通過童謠的形式在識別成功時同步播放，以強化記憶、優(yōu)化游戲體驗。④社會分享功能，通過游戲截圖、文字以及鏈接的形式，將游戲過程中的精彩時刻或評價反饋結果等分享到微信、微博、QQ等多個平臺，為游戲參與者提供一個社會型的學習環(huán)境，促進學習者之間的討論交流。

（4）運行邏輯設計。即游戲場景的切換機制，是影響游戲體驗效果的重要環(huán)節(jié)。本游戲在啟動場景、任務場景和總體性評價反饋場景之間進行切換交替。其中任務場景包括三個AR識別子場景，每個子場景下都有兩種游戲模式可以選擇。本游戲的運行邏輯如圖3所示。游戲打開時呈現(xiàn)首界面，首界面上有認識數(shù)字、比較大小、加減運算、錯題本和幫助說明五個按鈕。選擇前三個分別進入對應的AR任務場景，默認進入練習模式。在當前場景界面中可以選擇切換到闖關模式，兩種模式下都可以返回到首界面查看錯題本或游戲幫助。

（5）學習資源設計。主要包括三方面內容：一是實體標記卡片;二是虛擬模型;三是操作方法視頻和模型動畫，都與增強現(xiàn)實聯(lián)系緊密。游戲中，通過掃描標記卡片，不僅可以顯示虛擬模型，還可以播放游戲操作方法的小視頻，以及根據(jù)游戲情節(jié)設計的成功解救泰迪公主的3D動畫。需要注意的是，在資源設計過程中最好保持所有內容主題及視覺上的和諧統(tǒng)一。本游戲中所有資源都根據(jù)游戲背景統(tǒng)一設計為泰迪系列。

（6）界面設計。界面是視覺感受的重要構成，各個界面應風格統(tǒng)一、設計元素一致、舒適美觀。在面向學齡前兒童的游戲界面設計中，多采用飽和度高、鮮艷活潑的色彩。每個界面都具有相應功能，如交互、指引或展示等，所以保證界面的清晰簡潔、易操作十分必要。同時，盡量突出想讓玩家操作的內容，符合目標用戶的習慣，避免產生額外的認知負擔。游戲首界面效果圖和加減運算練習模式效果圖如圖4和圖5所示。

（7）交互設計。為了有效地達成操作行為，交互貫穿整個游戲。本游戲除了采用移動終端設備最常用的觸屏點擊、拖拽、縮放等操作方式進行交互外，還添加了虛擬按鈕這種特別的交互方式，可以在現(xiàn)實環(huán)境中利用識別圖與虛擬物體進行交互。從圖5可以看到，在標記卡片上設置了放大和旋轉兩個按鈕，當用手指遮住按鈕時能實現(xiàn)對虛擬物體相應的變換。這種新穎的AR交互方式能促進兒童的學習興趣，增添游戲樂趣，提升學習效果。

（四）開發(fā)制作

游戲在Android平臺上運行，選用Unity3D+Vuforia+Unity for android SDK的技術方案來搭建本研究的AR教育游戲軟件。Vuforia是針對移動設備的增強現(xiàn)實軟件開發(fā)工具包，能為開發(fā)人員提供豐富的增強現(xiàn)實服務，如二維圖片識別、三維物體識別、多目標識別、云識別、智能地形創(chuàng)建等。它利用計算機視覺技術實時識別和捕捉平面圖像或簡單的三維物體等標記，通過這些標記信息來確定對應虛擬信息的位置和內容，進而實現(xiàn)實時匹配、虛實疊加的效果。各類資源分別通過圖文聲像的處理工具，如Adobe軟件產品套裝來設計制作實體標記卡片、用戶界面元素和音視頻等;用三維虛擬建模工具如3D Max、模型展UV工具如Unfold3D等，繪制創(chuàng)建虛擬模型以及模型動畫。以Unity游戲引擎作為各類資源最終整合的樞紐進行導入，根據(jù)游戲功能和交互需求布置UI界面，搭建好游戲場景，然后設計程序算法，編寫代碼實現(xiàn)各種功能并進行程序調試，最后打包發(fā)布測試版。

五、結? ?語

移動增強現(xiàn)實跨界到教育游戲，實現(xiàn)了虛實融合的游戲學習場景，突破了空間環(huán)境限制，在有效改善學習活動的同時，進一步滿足了學習者對于即時性、個性化、自然交互以及泛在學習的需求。本文所提出的設計策略，以激發(fā)學習者學習興趣、優(yōu)化學習體驗、促進自主學習以及兒童身心和諧發(fā)展為出發(fā)點，力求將學習內容與游戲元素進行融合，讓孩子在玩中學，并通過系統(tǒng)化教學設計，結合學習理論將學習內容合理地融入教育游戲的任務之中，為學習者搭建沉浸式學習情境，幫助其進行有意義的知識建構與探究學習。對于新型技術與教育游戲的融合，我們需要前瞻性的規(guī)劃設計，要清楚并不是所有的教育內容都適合用移動增強現(xiàn)實技術來表現(xiàn)，而要結合移動增強現(xiàn)實教育游戲特點和教育知識屬性，甄別出合適的教育內容，設計恰當?shù)慕逃繕艘约捌胶獾慕逃?guī)則，注重學習者自身發(fā)展與學習體驗的融合以及教育性和游戲性的平衡。目前，移動增強現(xiàn)實技術在教育游戲領域得到了廣泛的關注，各種新穎的游戲不斷地被開發(fā)出來，但其應用尚處于初級階段，仍面臨著許多挑戰(zhàn)，研究人員還需深入研究，以使移動增強現(xiàn)實技術同教育游戲達到完美的融合。

[參考文獻]

[1] 祝智庭，鄧鵬，孫蒞文.娛教技術：教育技術的新領地[J].中國電化教育，2005（5）：11-14.

[2] 中華人民共和國國務院.國務院關于印發(fā)國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃的通知[EB/OL].[2017-01-10].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-01/19/content_5161341.htm.

[3] 王涌天，陳靖，程德文.增強現(xiàn)實技術導論[M].北京：科學出版社，2015：3，9-14.

[4] 高翔， 安輝，陳為，潘志庚.移動增強現(xiàn)實可視化綜述[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2018，30（1）：1-8.

[5] CRAIG A B.Understanding augmented reality： concepts and applications[M]. 1st ed. San Francisco： Margan Kaufmann， 2013.

[6] 周森，尹邦滿.增強現(xiàn)實技術及其在教育領域的應用現(xiàn)狀與發(fā)展機遇[J].電化教育研究，2017，38（3）：86-93.

[7] NINCAREAN D， ALIA M B， HALIM N D A， et al. Mobile augmented reality：the potential for education[J].Procedia-social and behavioral sciences， 2013，103：657-664.

[8] 張紹文. 基于建構主義的學習環(huán)境論[D].上海：華東師范大學，2006.

[9] 肖君，姜冰倩，許貞，余曄.泛在學習理念下無縫融合學習空間創(chuàng)設及應用[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2015（6）：96-103，111.

[10] 王萍.移動增強現(xiàn)實型學習資源研究[J].電化教育研究，2013，34（12）：60-67.

[11] 王辭曉，李賀，尚俊杰.基于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的教育游戲應用及發(fā)展前景[J].中國電化教育，2017（8）：99-107.

[12] 陳向東，萬悅.增強現(xiàn)實教育游戲的開發(fā)與應用——以“泡泡星球”為例[J].中國電化教育，2017（3）：24-30.

[13] 陳向東，蔣中望.增強現(xiàn)實教育游戲的應用[J].遠程教育雜志，2012，30（5）：68-73.

[14] 鄭旭東，陳榮，歐陽晨晨.皮亞杰與布魯納的和而不同與整合發(fā)展——兼論教育技術學基礎理論研究的三重縱深[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2017（5）：29-36.

[15] 郭庚健.皮亞杰認知發(fā)展理論對幼兒教學的意義和啟示[J].教育教學論壇，2014（12）：269-270.

[16] 楊文陽，胡衛(wèi)平.AR移動科學游戲沉浸感特征及影響因素分析[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2017（3）：105-112.

[17] SCHELL J. The art of game design： a book of lenses[M]. Boca Raton： CRC Press， 2008.

[18] 劉運強. 基于增強現(xiàn)實的三維注冊技術的研究與實現(xiàn)[D].上海：華東師范大學，2017.

[19] 喬黎博. 融合AR的幼兒繪畫教育游戲設計與實現(xiàn)[D].貴陽：貴州大學，2017.

[20] 程志，金義富.基于手機的增強現(xiàn)實及其移動學習應用[J].電化教育研究，2013，34（2）：66-70.

[21] 陳瑋. 3～6歲幼兒圖形認知發(fā)展特點及促進研究[D].上海：上海師范大學，2017.