曾毓逸

摘 要：受疫情和人們對教育越來越重視趨勢的影響，分析利用數(shù)據(jù)化、游戲化教育的發(fā)展趨勢以及AI技術(shù)和沉浸式游戲在教育領(lǐng)域的作用。面向兒童為核心用戶群設(shè)計(jì)了一個(gè)以兒童生理心理特征為基礎(chǔ)，以人工智能技術(shù)為核心的個(gè)體化教育型游戲。

關(guān)鍵詞：人工智能 游戲設(shè)計(jì) 游戲化教學(xué) 教育游戲 兒童教育

中圖分類號F062.5；：TP391.6 ?文獻(xiàn)識別碼：A

文章編號：1004-4914（2023）06-213-02

繼1946年世界第一臺電子計(jì)算機(jī)ENIAC研制成功后，1958年《Tennisfor Two》世界第一款電子互動游戲發(fā)布。1962年《Spacewars》第一款視頻游戲發(fā)布。目前，游戲的形式、媒介都呈現(xiàn)多元化，同時(shí)，人們對多形式、強(qiáng)社交、高沉浸以及游戲視聽方面的要求逐漸增加。AI技術(shù)的發(fā)展，使得游戲的性能大大增強(qiáng)，為未來游戲的形式增加了更多的可能性。

新冠疫情的爆發(fā)以及我國人口老齡化，三胎政策與教育資源緊張問題，從而使線上直播教學(xué)與視頻教學(xué)成為熱門。線上一體化教學(xué)也在逐步發(fā)展，以人工智能技術(shù)為核心基礎(chǔ)，將教育與游戲結(jié)合，利用AI技術(shù)與游戲化思維優(yōu)勢解決疫情下的教學(xué)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)針對個(gè)體化的教育型游戲有助于下一代在大數(shù)據(jù)時(shí)代的海量信息下，快速、有效地學(xué)習(xí)成長。

一、發(fā)展?fàn)顩r及背景

（一）社會背景

據(jù)2021年中國游戲市場上半年報(bào)告中的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)顯示：2021年1—6月，國內(nèi)游戲市場實(shí)際銷售收入1504.93億元，同比增長7.89%，繼續(xù)保持較為平穩(wěn)的增速。用戶規(guī)模為6.67億，同比增長1.38%，增速繼續(xù)放緩。國家新聞出版署下發(fā)通知，要求：（1）嚴(yán)限網(wǎng)游企業(yè)向未成年提供服務(wù)時(shí)長，所有網(wǎng)絡(luò)游戲企業(yè)僅可在周五、周六、周日和法定節(jié)假日每日20時(shí)至21時(shí)向未成年人提供1小時(shí)服務(wù)；（2）不得以任何形式（含游客體驗(yàn)?zāi)Ｊ剑┫蛭磳?shí)名注冊和登錄的用戶提供游戲服務(wù)；（3）加強(qiáng)對防止未成年人沉迷網(wǎng)絡(luò)游戲有關(guān)措施落實(shí)情況的監(jiān)督檢查；（4）積極引導(dǎo)家庭、學(xué)校等社會各方面切實(shí)承擔(dān)監(jiān)護(hù)守護(hù)職責(zé)。

國內(nèi)游戲市場和用戶規(guī)模持續(xù)上漲，而面對未成年限制游戲時(shí)長等通知，對國內(nèi)游戲市場的影響尚且未可知。究其原因是對于游戲這一類具有成癮性的娛樂項(xiàng)目，未成年人的自我管控力較弱，而家庭、學(xué)校的教育引導(dǎo)就變得極其重要。但面臨新冠疫情、極端氣候的頻發(fā)，或其他可能爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)或原因而不得不進(jìn)行線上教學(xué)的情況，從家庭教育來看，家庭成員構(gòu)成、能力素養(yǎng)、職業(yè)態(tài)度等方面參差不齊，部分成員缺乏系統(tǒng)的家庭教育專業(yè)知識，有些單親家庭等更不用說，缺位現(xiàn)象等家庭不正確的教育，種種現(xiàn)象表明，家庭教育缺乏專業(yè)性、陪伴性。而人口老齡化現(xiàn)象、教育資源緊張等問題，在開放三胎等支持政策發(fā)布后的輿情反映效果一般。

賦予游戲智能化、專業(yè)性的學(xué)科知識，基于兒童心理學(xué)設(shè)計(jì)有利于未成年人學(xué)科教育的游戲，充分發(fā)揮人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、沉浸式游戲的優(yōu)勢，為解決上述問題提供一條新的思路。通過設(shè)計(jì)該類型的游戲以求減緩教育資源緊張，擴(kuò)大教育形式，更正未成年人對游戲的不良吸收使用以及社會大眾對游戲的片面認(rèn)識，將游戲良好的沉浸性、交互性、精細(xì)的畫面、豐富的內(nèi)容向有利于兒童學(xué)科教育的方向發(fā)展，設(shè)計(jì)有助于鍛煉未成年人學(xué)習(xí)、記憶、運(yùn)用學(xué)科能力的游戲。正確的游戲內(nèi)容填充、游戲環(huán)境營造才是游戲發(fā)展的正確路徑。

基于以上社會背景，探討解決教育資源緊張、線下教育成本高、家庭教育專業(yè)度不夠，解決未成年人游戲成癮等弊端，研究智能化、個(gè)體化的教育型游戲的開發(fā)可能性，具有重要意義。

（二）教育的新發(fā)展趨勢

1.數(shù)據(jù)化教育。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的調(diào)查報(bào)告顯示，在家庭消費(fèi)中，家庭教育消費(fèi)該項(xiàng)占據(jù)65.6%，超過50%的家長將孩子的教育投資排在首位（2004年）。[1]在校園中，如極課大數(shù)據(jù)平臺下極課同學(xué)APP，以數(shù)據(jù)可視化形式反映成績以及快速智能整理錯題等功能，數(shù)據(jù)化的教育趨勢逐漸上升。

2.游戲式教育。目前隨著時(shí)代發(fā)展，學(xué)科教育游戲也在不斷發(fā)展。如：《Human Resource Machine》編程入門內(nèi)容的教程式游戲；《Crazy Machines 3》以物理學(xué)引擎為核心的物理解密游戲；以及手機(jī)上扇貝編程——互動式的游戲教學(xué)。但缺乏針對用戶個(gè)體的學(xué)科教育型游戲，不同個(gè)體的學(xué)習(xí)模式不同，有的擅長抽象思維，有的擅長邏輯思辨；有的對文字學(xué)習(xí)比較敏感，有的對視頻學(xué)習(xí)比較能夠?qū)Ｗ?；有的適合兩到三小時(shí)一節(jié)課的長時(shí)間專注型學(xué)習(xí)，有的適合15～30分鐘的短時(shí)學(xué)習(xí)；有的思維比較跳躍，學(xué)科覆蓋性較廣，有的專精某一領(lǐng)域。合適的學(xué)習(xí)模型有助于發(fā)現(xiàn)不同個(gè)體的個(gè)人潛力，也有利于不同個(gè)體的自我發(fā)展。

（三）發(fā)展現(xiàn)狀難點(diǎn)及AI教育型游戲優(yōu)勢

1.人工智能技術(shù)的增益。（1）營造良好的沉浸式效果。深度學(xué)習(xí)超級采樣即DLSS技術(shù)為游戲沉浸感、游戲畫面作出重要功效。在保障游戲畫質(zhì)的前提下大大提升游戲幀速，進(jìn)一步提高了游戲流程度，提高了用戶體驗(yàn)；同時(shí)，也降低了設(shè)備門檻，使得更多用戶能夠以更低的門檻進(jìn)行游戲，但又不會得到太差的視聽體驗(yàn)。在畫面精致的游戲中，大量的模型、場景、及材質(zhì)、光線等等信息占據(jù)了龐大的硬件內(nèi)存以及運(yùn)行內(nèi)存，完美的畫面動畫需要高代價(jià)——內(nèi)存與能耗，為了平衡畫面與游戲流暢度，采取實(shí)時(shí)渲染當(dāng)前幀，對圖像后期處理增強(qiáng)，然后通過輸入組合多個(gè)渲染幀來保證畫面細(xì)節(jié)，這樣的實(shí)時(shí)渲染運(yùn)算需要較高的性能要求。而通過DLSS技術(shù)能夠解決設(shè)備性能不足的問題[2]。（2）多媒體技術(shù)：融合圖形、聲音、文本、視頻等多媒體信息，交互式的多媒體教學(xué)。（3）人機(jī)交互技術(shù)：3D立體空間顯示器、沉浸式游戲技術(shù)、遠(yuǎn)程遙控技術(shù)、3D打印機(jī)等。（4）可視化技術(shù)：根據(jù)數(shù)據(jù)映射形成可視化圖像。（5）仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：豐富生動的教學(xué)模型，虛擬場景環(huán)境；可通過切換場景與教學(xué)模型達(dá)到線上遠(yuǎn)程教學(xué)[3]；

2.游戲增益。因材施教，在目前教育資源需求量大的情況下較難滿足，人工智能的加入能夠很大程度的減輕教育壓力，也能充分發(fā)揮因材施教這一教育理念。而通過游戲化的形式，擺脫傳統(tǒng)型的教學(xué)模式，一是可以助力線上教學(xué)的進(jìn)行，豐富線上教學(xué)的形式；二是游戲多樣化的形式更能激發(fā)孩子們的學(xué)習(xí)熱情，也避免了線上教學(xué)由于環(huán)境因素影響，長時(shí)間對著電子屏幕，只能看到老師人臉（甚至看不到）帶來的枯燥，注意力降低。游戲化的形式通過沉浸式的劇情動畫，形象的npc人物設(shè)計(jì)，既能保有課堂老師豐富的肢體形象與面對面交互帶來的專注力和吸引程度，又能做到隨時(shí)隨地、不受環(huán)境場地制約的線上教學(xué)。

二、方案設(shè)計(jì)

（一）兒童的生理心理基礎(chǔ)

兒童正處在思維活躍的階段，是接受吸收知識最佳的黃金年齡段。他們的大腦發(fā)育尚未成熟，邏輯思維未完全開發(fā)，創(chuàng)造性思維較強(qiáng)。在該階段，兒童具有強(qiáng)烈的好奇心，觀察能力強(qiáng)，喜歡問問題，主動思考研究，熱衷拆卸物品。同時(shí)，兒童又極易受情緒化的影響，密切觀察兒童的情緒變化，照顧兒童的情緒也是非常重要的一點(diǎn)。兒童在該階段具備極強(qiáng)的模仿能力，故與兒童產(chǎn)生交互的人物需要重點(diǎn)關(guān)注。而隨著年齡的增長，兒童的個(gè)性化表達(dá)需求也在不斷增長。[4]針對以上幾點(diǎn)，預(yù)設(shè)了以下方案。

（二）基本方案

設(shè)計(jì)兒童、家長、AI三方交互型的沉浸式交互型游戲教學(xué)。游戲設(shè)計(jì)師、動畫師們根據(jù)AI的智能大數(shù)據(jù)收集兒童情緒反饋，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)豐富多樣的游戲形式，根據(jù)心理師的建議參考、學(xué)科老師的學(xué)科知識制作劇情動畫、豐富游戲數(shù)據(jù)庫，方便AI在針對不同個(gè)體時(shí)智能匹配不同的任務(wù)，不同的劇情走向，以及不同的任務(wù)獎懲范圍。

1.基于兒童心理設(shè)計(jì)游戲機(jī)制大綱。收集兒童的心理反饋數(shù)據(jù)，調(diào)整獎懲措施，如在用戶完成指定任務(wù)后，情緒高漲，正反饋高，學(xué)習(xí)狀態(tài)良好富有對學(xué)習(xí)的熱情，可以新增支線任務(wù)，以獲得更多的獎勵，會加速獎勵進(jìn)度條。

當(dāng)用戶在同一學(xué)科下學(xué)習(xí)時(shí)間過長，思維停滯，學(xué)習(xí)狀態(tài)不佳，開始走神，無法集中?？梢砸胄聦W(xué)科，或另一思維形式的小任務(wù)；或者通過在長時(shí)間學(xué)習(xí)任務(wù)中根據(jù)兒童不同個(gè)體狀態(tài)設(shè)立暫?；蛘{(diào)動節(jié)點(diǎn)，播放趣味性的學(xué)科小動畫，或者學(xué)科冷笑話等等來吸引兒童注意力。根據(jù)教育學(xué)、幼兒心理學(xué)、以及大腦學(xué)習(xí)思維的模式針對不同用戶個(gè)體設(shè)置不同的游戲大綱、節(jié)點(diǎn)任務(wù)，以及豐富的獎懲機(jī)制，家長可以根據(jù)孩子喜好，豐富AI數(shù)據(jù)庫，AI也可以通過收集兒童學(xué)習(xí)狀態(tài)下的信息反饋給家長，動態(tài)分析孩子的學(xué)科興趣，學(xué)科特長，以及各領(lǐng)域方向（邏輯、圖像、創(chuàng)作、判斷等）的動態(tài)多邊形模式（相當(dāng)于游戲角色的戰(zhàn)斗力特質(zhì)）。比如現(xiàn)在熱門的話題六邊形戰(zhàn)士，如果通過學(xué)習(xí)孩子能夠以游戲可視化的方式看到自己的進(jìn)步與成長，可以大大的激發(fā)孩子的學(xué)習(xí)熱情，獲得很大的成就感。而AI制定的游戲大綱、節(jié)點(diǎn)任務(wù)也相當(dāng)于是學(xué)習(xí)計(jì)劃中的長期規(guī)劃和短期規(guī)劃；而完成游戲任務(wù)獲得的獎勵，算是學(xué)習(xí)中長短期計(jì)劃的一個(gè)變相式的結(jié)果，良好的情緒正反饋——滿足感，成就感，通過自身努力獲得獎勵，可以促進(jìn)孩子的不斷學(xué)習(xí)，養(yǎng)成孩子自主學(xué)習(xí)的好習(xí)慣。

2.根據(jù)兒童性格特點(diǎn)設(shè)計(jì)沉浸式的劇情。情緒體驗(yàn)會影響兒童的記憶效果。據(jù)此設(shè)計(jì)劇情式游戲教學(xué)，通過學(xué)習(xí)進(jìn)度觸發(fā)劇情，以兒童作為游戲主角，以第一視角進(jìn)行游戲，兒童通過不斷的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)自我能力，對應(yīng)到主角的能力提高，冒險(xiǎn)的繼續(xù)（僅舉例，不局限于冒險(xiǎn)類型的劇情游戲）。如果能力沒有在短時(shí)間提高，也適當(dāng)增加激勵式的劇情，游戲中的NPC鼓勵主角（即兒童用戶）。

3.根據(jù)記憶復(fù)述設(shè)計(jì)游戲環(huán)境、界面。一般情況下，短時(shí)記憶中的信息只能保持20～30s，但通過重復(fù)性的復(fù)述，以增加記憶的保持時(shí)長，延緩信息消失[5]。據(jù)此，根據(jù)用戶正在學(xué)習(xí)的學(xué)科，將界面、環(huán)境設(shè)計(jì)成有利于記憶的畫面，在小細(xì)節(jié)中反復(fù)復(fù)述知識點(diǎn)。例如：學(xué)習(xí)英語時(shí)，可將簡單的交互界面用詞調(diào)整為與用戶程度相當(dāng)?shù)挠⒄Z詞組句子，或是用戶學(xué)習(xí)過的詞庫中的單詞將其進(jìn)行復(fù)現(xiàn)。學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)時(shí)，可通過簡單的方程式組成一些界面數(shù)字，如第2°關(guān)。這類型的復(fù)述利于營造學(xué)科氛圍，幫助用戶進(jìn)入心流階段。

4.根據(jù)記憶組塊設(shè)計(jì)難度關(guān)卡。1956年，美國心理學(xué)家米勒明確提出，短時(shí)記憶容量為“7±2”個(gè)組塊。通過將重難點(diǎn)的知識拆分成若干組塊（即設(shè)計(jì)成不同小關(guān)卡或boss的不同血條階段），通過若干較小單位的聯(lián)合形成熟悉的、易記的、較大的單位進(jìn)行信息加工。這樣能夠有效減少適時(shí)記憶中的刺激單位，減少兒童學(xué)習(xí)重難點(diǎn)時(shí)的負(fù)擔(dān)以及厭學(xué)情緒[5]。

同時(shí)在設(shè)計(jì)boss戰(zhàn)時(shí)，保留游戲的打擊感，避免長時(shí)間難度學(xué)習(xí)帶來的疲勞，重復(fù)的打擊感會在一定程度上增強(qiáng)兒童的興奮程度和記憶程度。將往常的打擊鍵如J、Q、W、E或手機(jī)觸摸屏上的按鈕模塊選擇設(shè)計(jì)成知識問答或方程解算，如氧化鈣和二氧化碳反應(yīng)會生成什么產(chǎn)物？選項(xiàng)A氫氧化鈣、選項(xiàng)B碳酸鈣、選項(xiàng)C堿式碳酸鈉。只有選擇正確選項(xiàng)才會對boss產(chǎn)生傷害。這種機(jī)制還可以即時(shí)地給予用戶正確與錯誤的反饋。

三、潛在問題

（一）表情識別

兒童微表情的識別難點(diǎn)，以及表情對應(yīng)的心理狀況。可能的解決方案：直接收集兒童的回答，以趣味的形式問答或者通過游戲NPC詢問收集兒童當(dāng)下的情緒狀態(tài)和完成指定目標(biāo)任務(wù)時(shí)的心情來形成反饋機(jī)制

（二）多領(lǐng)域合作協(xié)調(diào)

不同領(lǐng)域角色間的合作難點(diǎn)：如動畫師如何將知識準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出來；教師不熟悉游戲及游戲機(jī)制，可能較難給出游戲設(shè)計(jì)的建議，心理師同理[5]；家長對游戲可能仍存在著偏見，游戲是“精神鴉片”的觀念依然普遍存在于大多數(shù)家長中。

（三）游戲開發(fā)成本及盈利

大型RPG游戲開發(fā)難度大、成本高、周期長，更別說針對個(gè)體化進(jìn)行設(shè)計(jì)的游戲消耗的成本有多大，周期需要多長，這需要游戲研發(fā)公司有強(qiáng)大的財(cái)力，頂?shù)米』貓?bào)周期長等研發(fā)壓力[1]。同時(shí)，動畫的制作，根據(jù)AI收集的兒童信息后，將數(shù)據(jù)集整合分析，針對不同類型群體設(shè)計(jì)不同情緒不同方案，需要足夠的用戶量和時(shí)間周期。而如此高成本的項(xiàng)目開發(fā)的商業(yè)盈利如何設(shè)計(jì)，如果過高的銷售金額，又會導(dǎo)致用戶量的減少，收集到的數(shù)據(jù)減少。或許，目前我們只能暢想未來在游戲動畫領(lǐng)域的制作成本能夠降低，有更加便利的數(shù)據(jù)收集形式便于方案設(shè)計(jì)。

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（作者單位：福建農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與藝術(shù)學(xué)院 福建福州 350000）

（責(zé)編：若佳）