王辭曉　李賀等

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近年來教育領(lǐng)域應(yīng)用的新興技術(shù)，游戲化元素則豐富了虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用設(shè)計(jì)。該文對虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲應(yīng)用研究進(jìn)行了梳理和分析。首先，介紹了基于桌面、頭戴式設(shè)配和激光控制的虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲應(yīng)用案例及研究，以及強(qiáng)調(diào)角色、位置和任務(wù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲應(yīng)用案例及研究，并對傳統(tǒng)面對面學(xué)習(xí)方式、傳統(tǒng)在線學(xué)習(xí)方式、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)方式進(jìn)行了對比分析。接下來，從情境學(xué)習(xí)、具身認(rèn)知、心流理論、合作學(xué)習(xí)理論出發(fā)，對基于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了探討。最后，本研究提出基于VR和AR的教育游戲教學(xué)應(yīng)用模式，并得出該領(lǐng)域教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的研究啟示，并提出基于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：教育游戲；虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）；學(xué)習(xí)科學(xué)；具身認(rèn)知

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、引言

近年來，教育游戲成為技術(shù)促進(jìn)教學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。教育游戲利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或智能工具作為交互媒介來輔助學(xué)習(xí)、提高學(xué)習(xí)參與度和持續(xù)性，提升了學(xué)習(xí)方法的多樣性及學(xué)習(xí)過程的交互性。研究者致力于從教學(xué)原則、學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)和技術(shù)應(yīng)用等角度研究教育游戲?qū)W(xué)習(xí)的促進(jìn)作用。如何維持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果，是教育游戲研究領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)之一。2016年被媒體稱為“VR元年”，隨著智能信息技術(shù)的發(fā)展，智能設(shè)備能夠?yàn)榻逃I(lǐng)域提供新的研究視角，研究者逐漸探索起虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用?！秶医逃聵I(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提到“要全力推動(dòng)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合。綜合利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)探索未來教育教學(xué)新模式”。單純地應(yīng)用智能技術(shù)，較難維持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣與持續(xù)性，為智能技術(shù)增加游戲化元素，能夠在提升趣味性的同時(shí)，保持學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)如何更好地應(yīng)用在教學(xué)之中，智能技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方式如何優(yōu)勢互補(bǔ)，是教育研究者和一線教育實(shí)踐工作者需要探索的問題。

本研究選取Web of Science數(shù)據(jù)庫的核心合集為主要文獻(xiàn)樣本來源，同時(shí)兼顧國內(nèi)學(xué)者的突出研究貢獻(xiàn)。使用WOS數(shù)據(jù)庫高級(jí)檢索功能，即使用字段標(biāo)識(shí)、布爾運(yùn)算符、括號(hào)和檢索結(jié)果集來創(chuàng)建檢索式，所用到的字段標(biāo)識(shí)TS代表主題。本研究最終確定檢索式為：TS=（“Educational Game*” OR “Game-based Learning*” OR“Computer Game*” OR “Video Game*” OR“Serious Game*”O(jiān)R “Digital Game*”O(jiān)R“Online Game*” OR “Eleetronic Game*”O(jiān)R “Simulation Game*”）AND TS=（Learn*OR Education*OR Teach*）AND TS=（“VirtualReality*” OR“Augmented Reality*” OR“VR”O(jiān)R“AR” OR“Mixed Realitv”）。設(shè)置時(shí)間跨度為2000-2017年。通過對研究內(nèi)容相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行篩選與內(nèi)容分析，試圖從教育游戲視角探析VR和AR智能技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用及發(fā)展前景，為其在教育游戲領(lǐng)域的實(shí)踐與研究提供參考。

二、基于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲應(yīng)用及對比

將虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)內(nèi)容游戲化（Gamification）不僅僅是通過游戲化元素來提升學(xué)習(xí)或培訓(xùn)過程的趣味性，更是為了提高學(xué)習(xí)者的參與程度，使虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)內(nèi)容的呈現(xiàn)形式不再單一而具有多樣化形式。以游戲的方式還能減輕學(xué)習(xí)者面對某些特定內(nèi)容的心理恐懼，如昆蟲學(xué)習(xí)等。通過對相關(guān)文獻(xiàn)分析，本文將分別介紹基于虛擬現(xiàn)實(shí)的教育游戲及基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲的研究案例，并進(jìn)行傳統(tǒng)面對面學(xué)習(xí)方式、傳統(tǒng)在線學(xué)習(xí)方式、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)方式的對比分析。

（一）基于虛擬現(xiàn)實(shí)的教育游戲

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）即采用三維圖形、音頻及特殊的外圍設(shè)備，利用計(jì)算機(jī)生成交互式虛擬環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中使用的顯示設(shè)備是沉浸式體驗(yàn)式的，技術(shù)的沉浸式特點(diǎn)可以增加用戶的參與度。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的類型有三種：第一種是基于桌面的虛擬現(xiàn)實(shí)，這種形式的虛擬環(huán)境在顯示器中設(shè)置，通過傳統(tǒng)的輸入設(shè)備，如鼠標(biāo)、鍵盤來進(jìn)行交互；第二種是基于頭戴式設(shè)備的立體虛擬現(xiàn)實(shí)，這種形式向用戶提供—個(gè)對象兩個(gè)角度的不同圖像，從而實(shí)現(xiàn)一種沉浸式3D體驗(yàn)效果；第三種是激光控制的虛擬現(xiàn)實(shí)，學(xué)習(xí)者可以通過外部工具產(chǎn)生的激光束來進(jìn)行操作，從而達(dá)到交互的效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)類型的多樣性為不同類型教學(xué)內(nèi)容提供了多種選擇，同時(shí)也豐富了教育游戲的設(shè)計(jì)形式。

1.基于桌面的虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲

基于桌面的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)無法做到完全的沉浸體驗(yàn)，但是其成本比3D立體化虛擬現(xiàn)實(shí)顯示低得多。Rosenthal和Geuss等人設(shè)計(jì)的醫(yī)學(xué)外科手術(shù)學(xué)習(xí)系統(tǒng)是典型的基于桌面的虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲，通過游戲任務(wù)促使學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)和訓(xùn)練精細(xì)操作技能。該研究將可操作、虛擬現(xiàn)實(shí)界面歸類為視頻游戲，學(xué)習(xí)者無需佩戴頭戴式設(shè)置，而是通過控制實(shí)體操作桿對電腦桌面演示的腹腔鏡虛擬對象進(jìn)行外科手術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，具有較多視頻游戲經(jīng)驗(yàn)的兒童在VR教育游戲中表現(xiàn)要比具有較少視頻游戲經(jīng)驗(yàn)的兒童要好，成人學(xué)習(xí)者也是如此?；谔摂M現(xiàn)實(shí)的教育游戲不但能夠提升教學(xué)的趣味性，在實(shí)驗(yàn)真實(shí)性上，能夠幫助學(xué)習(xí)者從空間立體角度來進(jìn)行操作和實(shí)驗(yàn)，在技能訓(xùn)練方面，借助于操作桿，學(xué)習(xí)者可以反復(fù)練習(xí)程序性技能，提高了實(shí)驗(yàn)工具的可重復(fù)實(shí)用性。

類似地，Roitberg和Banerjee等人也將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的操作環(huán)境設(shè)計(jì)成游戲環(huán)節(jié)。盡管這類系統(tǒng)在游戲化元素設(shè)計(jì)上略顯單薄，但該形式也是VR技術(shù)在教育游戲領(lǐng)用中進(jìn)行突破性嘗試的發(fā)展人口。也有學(xué)者認(rèn)為基于桌面的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對學(xué)生的吸引力并不大，因?yàn)槿鄙僬鎸?shí)的3D體驗(yàn)和聲音情境交互，而基于頭戴式設(shè)備的虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲更易使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生沉浸體驗(yàn)。

2.基于頭戴式設(shè)備的虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲

基于頭戴式設(shè)備的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以細(xì)分為如下兩種：頭戴式設(shè)備沉浸系統(tǒng)和配合環(huán)境的沉浸系統(tǒng)。頭戴式設(shè)備沉浸系統(tǒng)完全依靠于頭戴式虛擬環(huán)境顯示設(shè)備，設(shè)備顯示不同的畫面和聲音，使學(xué)習(xí)者達(dá)到沉浸體驗(yàn)效果，但這種頭戴式的設(shè)備容易產(chǎn)生視覺眩暈，不適合長時(shí)間穿戴。配合環(huán)境的沉浸系統(tǒng)則是在一個(gè)房間的四面墻壁上投射物體的多角度頭像，用戶通過佩戴偏光眼鏡來實(shí)現(xiàn)完全沉浸的3D立體虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。

基于頭戴式設(shè)備的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使學(xué)習(xí)者的雙手及其他肢體部位相對自由，可與創(chuàng)作、運(yùn)動(dòng)、模型理解等知識(shí)內(nèi)容充分結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)。Chan和Leung等人的基于頭戴式設(shè)備的虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲，能夠幫助學(xué)習(xí)者練習(xí)舞蹈技能，是促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動(dòng)作技能的典型案例。學(xué)習(xí)者通過模仿虛擬教師的動(dòng)作來進(jìn)行舞蹈動(dòng)作的聯(lián)系，虛擬教師通過動(dòng)作捕捉技術(shù)來為學(xué)習(xí)者提供及時(shí)的動(dòng)作反饋與更正。該系統(tǒng)的游戲化設(shè)計(jì)元素在于時(shí)間限制、虛擬人物的及時(shí)反饋和各身體部位動(dòng)作得分的排行榜。研究發(fā)現(xiàn)，相比于觀看普通舞蹈教學(xué)視頻，該系統(tǒng)的及時(shí)反饋和游戲化元素更能使學(xué)習(xí)者關(guān)注于自身的動(dòng)作、保持較高的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，從而取得更好的學(xué)習(xí)效果。

配合環(huán)境的虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸系統(tǒng)，能夠使外在空間環(huán)境成為虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)的重要組成部分。Limniou和Roberts等人設(shè)計(jì)了配合環(huán)境的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來幫助學(xué)習(xí)者理解酸雨分子層面的化學(xué)反應(yīng)，為學(xué)習(xí)者智慧技能類的學(xué)習(xí)提供了完全沉浸式體驗(yàn)環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，使用3D學(xué)習(xí)環(huán)境學(xué)習(xí)的學(xué)生回答相關(guān)化學(xué)問題的成績顯著高于2D環(huán)境下的學(xué)習(xí)者，并且學(xué)習(xí)者對3D環(huán)境的評價(jià)更積極。與傳統(tǒng)課堂相比學(xué)習(xí)者認(rèn)為使用3D學(xué)習(xí)環(huán)境能夠幫助他們更好地理解化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。

3.激光控制的虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲

激光控制的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)并不要求用戶使用頭戴式設(shè)備，依靠手持工具和虛擬現(xiàn)實(shí)成像技術(shù)便能實(shí)現(xiàn)游戲的控制感和沉浸體驗(yàn)。將Bhagat和Liou等人設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)軍事射擊教育游戲，是典型的通過激光來控制虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究案例。該研究以160名高中生為實(shí)驗(yàn)對象，高中生通過仿真步槍發(fā)射的紅外線來進(jìn)行操作，完成射擊類游戲任務(wù)，最后進(jìn)行真實(shí)場地下的射擊測驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，使用虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)均較高，而虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲則比傳統(tǒng)真實(shí)場地下的訓(xùn)練成本更低，并且可以重復(fù)使用。

該游戲還設(shè)計(jì)了點(diǎn)數(shù)、積分和排行榜，這也是游戲化系統(tǒng)的三大要素。該游戲包括靜態(tài)的靶子射擊環(huán)節(jié)和動(dòng)態(tài)的消滅敵人的射擊環(huán)節(jié)，而后者的游戲設(shè)計(jì)更符合游戲內(nèi)在動(dòng)機(jī)理論中的挑戰(zhàn)與好奇，因此也更受學(xué)習(xí)者歡迎。然而，消滅敵人這類帶有一定暴力傾向的內(nèi)容是否適合與其他教學(xué)內(nèi)容整合設(shè)計(jì)，還存在一定的倫理問題。激光控制的虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲使得學(xué)習(xí)者得以靈活地控制操作工具，是訓(xùn)練學(xué)習(xí)者的注意力和反應(yīng)速度相關(guān)動(dòng)作技能的很好選擇。

（二）基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）是由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展而來的新型技術(shù)，通過攝像設(shè)備和角度位置判別，來呈現(xiàn)相應(yīng)的文字、圖像、3D對象等多媒體信息，將虛擬空間圖像與真實(shí)世界共同呈現(xiàn)在同一屏幕上，實(shí)現(xiàn)虛擬世界和真實(shí)世界的無縫連接。蔡蘇系統(tǒng)梳理了國外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)在教學(xué)中的應(yīng)用案例以及其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的教育應(yīng)用?；谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲，能夠?qū)F(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界整合為具有趣味性和高度交互的泛在學(xué)習(xí)環(huán)境。基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲可以分為三種：強(qiáng)調(diào)角色的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲、強(qiáng)調(diào)位置的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲和強(qiáng)調(diào)任務(wù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要依托于攝像設(shè)備及位置識(shí)別，在技術(shù)類型上有穿透式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和視頻式增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，本文在分析基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲時(shí)，將圍繞其游戲設(shè)計(jì)的所強(qiáng)調(diào)的不同重點(diǎn)來進(jìn)行分析。

1.強(qiáng)調(diào)角色的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲

強(qiáng)調(diào)角色的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲主要特點(diǎn)是“參與”，學(xué)習(xí)者以一定的角色身份參與到游戲之中，強(qiáng)調(diào)過程的即時(shí)性和沉浸性。陳向東和曹楊璐設(shè)計(jì)的“快樂尋寶”游戲是一款強(qiáng)調(diào)角色的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)移動(dòng)教育應(yīng)用。該游戲分為三個(gè)角色：生物專家、地理專家和歷史專家，學(xué)生通過扮演不同的角色來回答相應(yīng)角色的問題來實(shí)現(xiàn)闖關(guān)，并通過信息交換找到寶藏位置。該游戲的一大創(chuàng)新之處是可擴(kuò)展性，教師可以設(shè)置問題內(nèi)容、關(guān)卡長度及游戲地點(diǎn)，使得該教育游戲可以廣泛應(yīng)用到不同知識(shí)點(diǎn)甚至更多學(xué)科的教學(xué)中。陳向東和萬悅還設(shè)計(jì)了一款名為“泡泡星球”的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)小學(xué)生英語單詞學(xué)習(xí)游戲，學(xué)習(xí)者通過選擇虛擬角色，與3D角色進(jìn)行互動(dòng)來進(jìn)行游戲挑戰(zhàn)，從而達(dá)到英語單詞的認(rèn)知和記憶的學(xué)習(xí)效果。

2.強(qiáng)調(diào)位置的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲

強(qiáng)調(diào)位置的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲主要特點(diǎn)是“環(huán)境”，學(xué)習(xí)者能夠通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)觀察到3D透視下的物體，可以在特定環(huán)境下進(jìn)行泛在學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)，通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中設(shè)定位置所提供的信息進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索。風(fēng)靡全球的Pokemengo游戲則充分利用基于位置的智能調(diào)動(dòng)了人們從室內(nèi)走向室外進(jìn)行探索尋求寶物的積極性。CityViewAR（www.hitlabnz.org/cityviewar）是一款可以供學(xué)習(xí)者通過移動(dòng)設(shè)備觀察歷史遺跡復(fù)員后外貌的移動(dòng)應(yīng)用，通過交互可以獲得該地歷史，還可通過該平臺(tái)進(jìn)行評論。該應(yīng)用是典型的強(qiáng)調(diào)位置的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用類型，而強(qiáng)調(diào)位置的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲則需要設(shè)計(jì)靈活有趣的游戲信息或任務(wù)，來激勵(lì)學(xué)習(xí)者通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。

強(qiáng)調(diào)位置的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲還為真實(shí)環(huán)境下的泛在學(xué)習(xí)提供了新的途徑，通過攝像頭掃描特定圖形，在移動(dòng)設(shè)備上呈現(xiàn)相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容或任務(wù)，可以讓學(xué)習(xí)者在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行趣味學(xué)習(xí)。Chiang和Yang等人設(shè)計(jì)了基于位置的中學(xué)生物知識(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲，學(xué)生以小組為單位在指定的不同區(qū)域使用設(shè)備進(jìn)行生物知識(shí)的學(xué)習(xí)與分享，分享的知識(shí)可以被其他學(xué)生在該地點(diǎn)獲取。

3.強(qiáng)調(diào)任務(wù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲

強(qiáng)調(diào)任務(wù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲主要特點(diǎn)是“情境”，教學(xué)設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)真實(shí)情境下的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)者可以以個(gè)人或小組形式通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲進(jìn)行任務(wù)的探索與完成。

Ib á nez等人設(shè)計(jì)的虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲，以電磁學(xué)基本概念為教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)分為兩組：在線學(xué)習(xí)組和AR學(xué)習(xí)組。該游戲向?qū)W習(xí)者提供基本的電磁學(xué)概念，并設(shè)置了五關(guān)需要學(xué)習(xí)者完成的電磁學(xué)回路相關(guān)任務(wù)，通過游戲任務(wù)，學(xué)習(xí)者對電磁學(xué)概念進(jìn)行了回顧和應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，AR學(xué)習(xí)組的學(xué)習(xí)效果好于在線學(xué)習(xí)組，AR學(xué)習(xí)組能夠幫助學(xué)習(xí)者更好地理解和專注于學(xué)習(xí)內(nèi)容。陳向東也設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于任務(wù)的AR電路元件學(xué)習(xí)工具，通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)。

強(qiáng)調(diào)任務(wù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲可以設(shè)置為個(gè)人任務(wù)挑戰(zhàn)和小組合作任務(wù)挑戰(zhàn)的不同類型游戲環(huán)節(jié)。Chen等人設(shè)計(jì)了基于AR的科學(xué)教育游戲EARLS，該系統(tǒng)包含兩個(gè)部分，第一部分是傳統(tǒng)多媒體在線學(xué)習(xí)內(nèi)容，第二部分任務(wù)類教育游戲，學(xué)習(xí)者以小組的方式共同完成選擇題組的任務(wù)，充分帶動(dòng)了學(xué)生參與積極性。強(qiáng)調(diào)任務(wù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲，能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者構(gòu)建積極的合作學(xué)習(xí)條件，為探索技術(shù)應(yīng)用下合作學(xué)習(xí)提供了新思路。

（三）教育游戲相關(guān)應(yīng)用對比分析

1.虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育游戲中的應(yīng)用優(yōu)勢

教育游戲不僅是為了提升教學(xué)的趣味性，而是更好地提升教學(xué)效果。教育游戲的技術(shù)應(yīng)用有多種，如傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式中的媒體應(yīng)用和單擊軟件應(yīng)用，普通在線學(xué)習(xí)方式中的網(wǎng)絡(luò)游戲、移動(dòng)應(yīng)用等，再如本文探究的VR和AR的教育游戲技術(shù)應(yīng)用。傳統(tǒng)技術(shù)可以豐富課堂及學(xué)習(xí)活動(dòng)，在一定程度上提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)效果，相比于這些技術(shù)，VR和AR的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在哪里呢？前人研究發(fā)現(xiàn)，將VR和AR智能技術(shù)游戲化的教學(xué)方式普遍好于或等同于傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式和普通在線學(xué)習(xí)方式，使用基于VR和AR的學(xué)習(xí)材料的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)效果也要高于2D學(xué)習(xí)材料。應(yīng)用VR和AR技術(shù)的教育游戲可以幫助學(xué)生體驗(yàn)日常生活中難以接觸或具有一定危險(xiǎn)性的情境，如生態(tài)環(huán)境教學(xué)、化學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)等?？偟膩碚f，VR和AR智能技術(shù)應(yīng)用于教育游戲相比于其他技術(shù)有以下四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：能夠構(gòu)建沉浸式情境提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和參與積極性；能夠更好地通過多維度立體展示，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對知識(shí)的理解，從而提升教學(xué)效果；類似于可以重復(fù)觀看多次的MOOC課程，能夠彌補(bǔ)實(shí)地培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)或?qū)W習(xí)成本較高的不足，VR和AR技術(shù)能夠幫助學(xué)習(xí)者在不用增加成本的情況下，重復(fù)體驗(yàn)虛擬情境、多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用優(yōu)勢對比

對于VR和AR技術(shù)，它們有著共同的特征，包括沉浸性、交互性和共享性。VR在一定程度上能夠產(chǎn)生完全沉浸的體驗(yàn)幫助學(xué)習(xí)者更全面地理解知識(shí)內(nèi)容，而AR相比于VR有三個(gè)主要的優(yōu)勢：首先，AR支持學(xué)生在真實(shí)情境下進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，與真實(shí)環(huán)境中的物體進(jìn)行交互；其次，AR可提供可觸摸的交互，學(xué)習(xí)者可以改變與真實(shí)環(huán)境疊加的物體的大小、位置，促進(jìn)學(xué)習(xí)者積極參與知識(shí)建構(gòu)；再者，AR在真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用還可以彌補(bǔ)VR在實(shí)驗(yàn)操作上缺乏真實(shí)感的缺陷。

3.相關(guān)教學(xué)媒體選擇的參考因素

在教學(xué)中選擇不同的媒體技術(shù)需要綜合考慮教學(xué)內(nèi)容和媒體選擇的多種條件，對不同技術(shù)應(yīng)用下的教育游戲進(jìn)行對比分析，能夠?yàn)檠芯空吆徒逃龑?shí)踐者在技術(shù)選擇上提供參考。Chen和Tsai從學(xué)習(xí)環(huán)境方式、成本考慮及交互效果三個(gè)方面對傳統(tǒng)教學(xué)方式、在線學(xué)習(xí)方式、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)四類學(xué)習(xí)方式進(jìn)行對比分析。本文在此基礎(chǔ)上，結(jié)合教育游戲中交互特征、沉浸式體驗(yàn)的文獻(xiàn)分析，對傳統(tǒng)教學(xué)方式、在線學(xué)習(xí)方式、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)四類技術(shù)應(yīng)用下的教育游戲進(jìn)行了對比分析，共有4個(gè)一級(jí)指標(biāo)和14個(gè)二級(jí)指標(biāo)（如下表所示）。

三、基于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲應(yīng)用的理論探討

通過對相關(guān)研究案例的分析，可以得出基于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲應(yīng)用主要有以下理論基礎(chǔ)：情境學(xué)習(xí)理論、具身認(rèn)知理論、心流理論和合作學(xué)習(xí)理論。虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者搭建虛擬學(xué)習(xí)情境，提供了結(jié)合身體運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)條件，游戲化設(shè)計(jì)能夠使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生心流體驗(yàn)，而虛擬環(huán)境或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境則為合作學(xué)習(xí)提供了新的實(shí)踐場所。其中情境學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)在先前相關(guān)研究中體現(xiàn)較多，而具身認(rèn)知理論和心流理論則是提及較少但十分重要的理論。

（一）情境學(xué)習(xí)

情境學(xué)習(xí)（Situated Learning）強(qiáng)調(diào)真實(shí)情境對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的重要作用，強(qiáng)調(diào)學(xué)生與環(huán)境的交互和實(shí)踐。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)習(xí)者提供了沉浸式學(xué)習(xí)情境，在大量研究中具有體現(xiàn)，如前面提到的Rosenthal和Geuss等人的醫(yī)學(xué)外科手術(shù)學(xué)習(xí)系統(tǒng)為學(xué)習(xí)者提供了臨床醫(yī)療的虛擬情境，Bhagat和Liou等人的軍事射擊系統(tǒng)則設(shè)計(jì)了豐富抗敵游戲環(huán)節(jié)，Chan和Leung等人的舞蹈練習(xí)系統(tǒng)也為學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)了動(dòng)感的練習(xí)情境。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)則結(jié)合真實(shí)環(huán)境，為學(xué)習(xí)者提供了虛擬空間與真實(shí)環(huán)境疊加的學(xué)習(xí)情境，促進(jìn)移動(dòng)學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)的發(fā)展，如前面提到的Chiang和Yang等人設(shè)計(jì)的生物知識(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，則是在真實(shí)生態(tài)情境下，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對生物知識(shí)的學(xué)習(xí)。

情境學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，有意義的知識(shí)建構(gòu)只有在結(jié)合了真實(shí)情境的學(xué)習(xí)過程中才能夠發(fā)生。體驗(yàn)式學(xué)習(xí)注重為學(xué)生提供真實(shí)的模擬環(huán)境，使學(xué)生參與到活動(dòng)中的實(shí)踐中。Oblinger等人提出虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育培訓(xùn)中的五個(gè)特征：問題解決、學(xué)習(xí)遷移、社群化、研究、實(shí)驗(yàn)。其中學(xué)習(xí)遷移指學(xué)習(xí)者在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中習(xí)得的技能能夠在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠幫助學(xué)習(xí)者建構(gòu)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，使學(xué)習(xí)者具有“臨場感”，提升其學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)降低可能風(fēng)險(xiǎn)。

基于情境理論，研究者進(jìn)行了豐富的實(shí)踐研究。Shih和Yang設(shè)計(jì)了基于桌面的虛擬現(xiàn)實(shí)英語學(xué)習(xí)系統(tǒng)VEC3D，學(xué)習(xí)者通過游戲角色扮演、任務(wù)合作來進(jìn)行真實(shí)情境下的口語練習(xí)。對于實(shí)踐性知識(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者提供虛擬的實(shí)踐情境。如Chen和Tsai設(shè)計(jì)了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的圖書館學(xué)知識(shí)教育游戲ARLIS，幫助學(xué)習(xí)者通過完整真實(shí)情境下的圖書分類任務(wù)來學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。該研究還創(chuàng)新性地探索了不同認(rèn)知風(fēng)格對基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲的學(xué)習(xí)效果，研究發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)風(fēng)格為場依存的學(xué)習(xí)者要比場獨(dú)立的學(xué)習(xí)者更好。

（二）具身認(rèn)知

具身認(rèn)知理論（Embodied Cognition）強(qiáng)調(diào)身體運(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)者從外在感知方面更好地進(jìn)行知識(shí)建構(gòu)，該理論還認(rèn)為認(rèn)知是情境化的、環(huán)境也是認(rèn)知系統(tǒng)的一部分、人們可以通過外在環(huán)境來降低認(rèn)知負(fù)荷。相比于使用鼠標(biāo)或鍵盤進(jìn)行控制的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件操作，使用基于動(dòng)作智能技術(shù)來操作能夠探究身體運(yùn)動(dòng)對學(xué)習(xí)的影響研究。

前面介紹的Rosenthal和Geuss等人的醫(yī)學(xué)外科手術(shù)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，Chan和Leung等人的虛擬現(xiàn)實(shí)舞蹈動(dòng)作學(xué)習(xí)游戲等研究均為通過身體動(dòng)作來進(jìn)行操作控制的案例。不少研究者對身體運(yùn)動(dòng)與鍵盤鼠標(biāo)輸入的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了對比研究，如Hung等人對51位五年級(jí)小學(xué)生進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容為光學(xué)的模擬仿真虛擬實(shí)驗(yàn)，研究表明動(dòng)作感知技術(shù)組要比鼠標(biāo)或鍵盤輸入組的學(xué)習(xí)效果更好，并且兩組的認(rèn)知負(fù)荷沒有顯著差異。調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者具身運(yùn)動(dòng)的智能技術(shù)能夠提高學(xué)習(xí)者的動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)效果，為基于游戲的學(xué)習(xí)活動(dòng)提供了真實(shí)情境。

臺(tái)灣陳年興教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了基于AR的科學(xué)教育游戲EARLS，進(jìn)行了該領(lǐng)域較為完善的基于具身認(rèn)知理論的實(shí)證研究。EARLS系統(tǒng)包含學(xué)習(xí)和練習(xí)部分，學(xué)習(xí)部分采用傳統(tǒng)多媒體在線學(xué)習(xí)方式，練習(xí)部分結(jié)合AR技術(shù)來增強(qiáng)學(xué)生的身體運(yùn)動(dòng)，練習(xí)部分設(shè)置了拳擊類和跳躍類兩種教育游戲，學(xué)習(xí)者通過身體運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行答案的選擇。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了五個(gè)組，分別是AR學(xué)習(xí)組、AR游戲組、AR完全組、KMCAI組和傳統(tǒng)學(xué)習(xí)組，其中AR完全組使用EARLS系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)和練習(xí)，AR學(xué)習(xí)組使用EARLS系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)但使用紙筆練習(xí)，AR游戲組使用課本進(jìn)行學(xué)習(xí)但使用EARLS系統(tǒng)進(jìn)行練習(xí)，KMCAI組使用傳統(tǒng)在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)和練習(xí)，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)組則是面對面教師授課和使用紙筆練習(xí)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)效果由高到低依次是傳統(tǒng)學(xué)習(xí)組、AR完全組、KMCAI組、AR游戲組、AR學(xué)習(xí)組。完成同樣內(nèi)容的學(xué)習(xí)和練習(xí)，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)組使用的時(shí)間更少，為了保證教學(xué)時(shí)間相同，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)組進(jìn)行了多次練習(xí)，使得學(xué)習(xí)效果更好。而研究中的態(tài)度調(diào)查發(fā)現(xiàn)學(xué)生對EARLS有更積極的態(tài)度，并且使用EARLS系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和游戲練習(xí)的學(xué)習(xí)效果要比使用傳統(tǒng)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)更好。

學(xué)習(xí)科學(xué)強(qiáng)調(diào)腦與認(rèn)知神經(jīng)系統(tǒng)在學(xué)習(xí)過程中的變化，而人體動(dòng)作系統(tǒng)與大腦語言和知覺區(qū)域有一定的聯(lián)系。在虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者的肢體動(dòng)作主要用于控制虛擬人物或?qū)ο髞硗瓿扇蝿?wù)，這樣的肢體運(yùn)動(dòng)如何引起學(xué)習(xí)者大腦內(nèi)在反應(yīng)，對最終促進(jìn)學(xué)習(xí)者對知識(shí)的理解和掌握是否有幫助，是研究者需要探索的問題。

（三）心流理論

心流理論是教育游戲研究領(lǐng)域的重要理論之一。心流指人們在參與日常活動(dòng)如工作、運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)所產(chǎn)生的完全沉浸式的參與體驗(yàn)。產(chǎn)生心流體驗(yàn)有九個(gè)前提：清晰的目標(biāo)、即時(shí)的反饋、通過挑戰(zhàn)能夠習(xí)得的技能、行動(dòng)與意識(shí)的融合、對任務(wù)的集中、控制、自我意識(shí)的暫時(shí)消失、對時(shí)間變化的意識(shí)和變?yōu)樽杂X行為的體驗(yàn)。

前面介紹的Ib ániez等人的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲研究便使用了兩種方式調(diào)查學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)水平，分別是整體性和過程性，整體心流狀態(tài)采用Jackson & Marsh于1996年開發(fā)的心流狀態(tài)量表（Flow State Scale，F(xiàn)SS），過程性心流狀態(tài)采用Pearce等人調(diào)查研究中使用的量表。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)者使用基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲進(jìn)行學(xué)習(xí)要比使用基于網(wǎng)絡(luò)的教育游戲產(chǎn)生的心流體驗(yàn)更強(qiáng)。此外，前面提到的Limniou和Roberts等人的化學(xué)反應(yīng)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研究中，3D虛擬環(huán)境下的學(xué)習(xí)者比學(xué)習(xí)2D學(xué)習(xí)材料的學(xué)習(xí)者的心流體驗(yàn)更強(qiáng)。通過文獻(xiàn)研究也發(fā)現(xiàn)，使用定量或訪談等研究方法進(jìn)行心流體驗(yàn)調(diào)查的研究較少，這也是未來研究可以進(jìn)行探索的方向之一。

（四）合作學(xué)習(xí)

計(jì)算機(jī)運(yùn)算和存儲(chǔ)性能的提升以及網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的提高，使得虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠應(yīng)用于遠(yuǎn)程合作、基于團(tuán)隊(duì)的培訓(xùn)。合作學(xué)習(xí)是虛擬現(xiàn)實(shí)教育應(yīng)用的發(fā)展方向之一。虛擬合作環(huán)境（Collaborative Virtual Environments，CVE）能夠?yàn)橛脩籼峁┛梢越涣骱蛥f(xié)作操作的虛擬環(huán)境，CVE被廣泛應(yīng)用于游戲、在線社區(qū)建設(shè)中。前面提到的Chiang等人的基于位置的中學(xué)生物知識(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲、Ib a nez等人電磁學(xué)概念虛擬現(xiàn)實(shí)教育游戲、Chen等人的基于AR的科學(xué)教育游戲EARLS等研究以角色扮演、任務(wù)探究等不同游戲形式，為學(xué)習(xí)者構(gòu)建了豐富具有趣味行的合作學(xué)習(xí)條件?；谔摂M現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)習(xí)者的合作不再局限于普通網(wǎng)絡(luò)空間和傳統(tǒng)課堂，合作探究可以在共同的虛擬空間進(jìn)行，也可在真實(shí)環(huán)境中通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)獲取更多信息，幫助學(xué)習(xí)者從室內(nèi)走向室外，進(jìn)行戶外體驗(yàn)式合作學(xué)習(xí)，使合作探究活動(dòng)更加豐富生動(dòng)。

除了前面提到的研究，許多研究者對基于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的合作學(xué)習(xí)進(jìn)行了研究。如Lin等人設(shè)計(jì)了基于AR的物理知識(shí)點(diǎn)（彈性碰撞）教育游戲，并對比探究了基于該軟件和傳統(tǒng)2D學(xué)習(xí)材料的合作學(xué)習(xí)知識(shí)建構(gòu)及理解。Khanal和Vankipuram等人設(shè)計(jì)了基于VR的ALCS急求系統(tǒng)，能夠幫助參與者在虛擬合作環(huán)境下進(jìn)行急求知識(shí)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。研究發(fā)現(xiàn)，給予充分反饋的VR組的學(xué)習(xí)效果可以達(dá)到面對面?zhèn)鹘y(tǒng)培訓(xùn)學(xué)習(xí)組，但VR組的每個(gè)參與者都可以得到各項(xiàng)操作的詳細(xì)評分、反饋和交互，這是傳統(tǒng)培訓(xùn)組無法實(shí)現(xiàn)的。此外，給予有限反饋的VR組學(xué)習(xí)效果則較差，說明在充分的反饋對程序性知識(shí)學(xué)習(xí)的重要性。

Shih和Yang設(shè)計(jì)了基于VR的合作學(xué)習(xí)工具VEC3D，研究表明該工具能夠有效地促進(jìn)團(tuán)隊(duì)成員間的合作交流和任務(wù)的完成?；谔摂M現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲也為遠(yuǎn)程合作探究學(xué)習(xí)提供了新的發(fā)展方向。但也有研究者認(rèn)為學(xué)習(xí)者獨(dú)立進(jìn)行教育游戲的效果要好于合作學(xué)習(xí)的效果，是否需要設(shè)計(jì)基于合作學(xué)習(xí)的教育游戲環(huán)節(jié)，還需考慮具體教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)。此外，基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)也是VR和AR教育游戲值得借鑒的學(xué)習(xí)理論，以個(gè)人或小組為單位，在實(shí)踐中進(jìn)行探究，培養(yǎng)學(xué)生的解決問題的能力。

四、研究結(jié)論及未來展望

（一）基于VR和AR教育游戲的教學(xué)應(yīng)用模式

本研究將基于VR和AR的教育游戲教學(xué)應(yīng)用模式總結(jié)如下圖所示?；赩R的教育游戲根據(jù)技術(shù)應(yīng)用類型分為基于桌面的、基于頭戴式設(shè)備的和激光控制的，基于AR的教育游戲主要借助于移動(dòng)設(shè)備，分為強(qiáng)調(diào)角色、位置和任務(wù)三種類型?；赩R的教育游戲可選擇在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境下進(jìn)行，也可選擇在實(shí)體的空間中利用虛擬技術(shù)進(jìn)行?；贏R的教育游戲可以在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行同步協(xié)作，也可以在室外環(huán)境下進(jìn)行異步學(xué)習(xí)。無論使用何種技術(shù)、何種方式，都需要注重學(xué)習(xí)內(nèi)容與游戲元素的整合，通過系統(tǒng)化教學(xué)設(shè)計(jì)，結(jié)合學(xué)習(xí)理論將學(xué)習(xí)內(nèi)容合理地融入教育游戲的任務(wù)之中，情境的設(shè)置有助于為搭建學(xué)習(xí)者沉浸式學(xué)習(xí)情境，幫助學(xué)生進(jìn)行有意義的知識(shí)建構(gòu)與探究學(xué)習(xí)。

基于VR和AR的教育游戲應(yīng)用尚方興未艾，因此，基于研究的教學(xué)實(shí)踐有助于該領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。在實(shí)施教學(xué)之前，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也必不可少，明確的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與目的有助于教學(xué)實(shí)踐者和研究者在教學(xué)應(yīng)用過程中觀測學(xué)習(xí)者行為，將學(xué)習(xí)過程中的心流體驗(yàn)、具身認(rèn)知、知識(shí)建構(gòu)等隱性內(nèi)容顯性化，使學(xué)習(xí)效果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為教學(xué)評估內(nèi)容，為教育游戲的設(shè)計(jì)提供反饋，并為后續(xù)研究者實(shí)踐者提供參考。

（二）研究啟示及建議

1.VR和AR教育游戲需進(jìn)行充分的教學(xué)設(shè)計(jì)來開發(fā)

教育游戲設(shè)計(jì)可以考慮虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)不同技術(shù)類型及其特點(diǎn)。選擇基于桌面還是基于頭戴式設(shè)備可考慮具體成本和條件，結(jié)合具體的操作方式來設(shè)置相應(yīng)的游戲環(huán)節(jié)，具身認(rèn)知、心流理論也為虛擬現(xiàn)實(shí)提供了更多可持續(xù)探究的發(fā)展方向。強(qiáng)調(diào)角色、位置或任務(wù)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲，為教育游戲的設(shè)計(jì)提供了多樣性選擇，角色扮演、問題解決、地圖探索等游戲類型，網(wǎng)絡(luò)和硬件設(shè)配的發(fā)展也為自主學(xué)習(xí)、合作探究的學(xué)習(xí)方式提供了良好的條件。Garris等人認(rèn)為游戲?yàn)榛孟?、?guī)則目標(biāo)、感官刺激、挑戰(zhàn)、好奇和控制等特征。Lu和Liu參考這些特征設(shè)計(jì)了用于課堂教學(xué)的基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲，并設(shè)計(jì)了故事敘述和角色扮演兩類游戲環(huán)節(jié)。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)計(jì)教育游戲，主要是為學(xué)習(xí)者搭建虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境或虛實(shí)結(jié)合的學(xué)習(xí)情境，如何構(gòu)建有效的學(xué)習(xí)環(huán)境是設(shè)計(jì)之初需要考慮的。Schank和Kass歸納出有效學(xué)習(xí)環(huán)境三要素：首先，為學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)能夠激發(fā)其動(dòng)機(jī)的目標(biāo)；第二，將學(xué)習(xí)者置于真實(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)境；第三，給學(xué)習(xí)者設(shè)置需要分析信息、設(shè)計(jì)行動(dòng)計(jì)劃才能夠完成的任務(wù)。結(jié)合前文提到的游戲案例及相關(guān)理論可以發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)激勵(lì)、真實(shí)情境建構(gòu)、及時(shí)有效的反饋是這類教育游戲設(shè)計(jì)需要考慮的重點(diǎn)。此外，VR和AR教育游戲的安全性評估也應(yīng)在教學(xué)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中考慮，以保證游戲體驗(yàn)者的人身安全。

2.VR和AR教育游戲需重視學(xué)習(xí)效果測評及過程反饋

教育游戲的最終目標(biāo)是提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，學(xué)習(xí)效果的測量是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度的重要途徑，而不同的知識(shí)類型又有著不同的測量方式。Merchant等人對67個(gè)基于桌面的虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用研究進(jìn)行了元分析，以期探索基于桌面的虛擬現(xiàn)實(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)原則。學(xué)習(xí)內(nèi)容包括陳述性知識(shí)、程序性知識(shí)，測試類型包括基于知識(shí)的、基于能力的、基于技能的。元分析發(fā)現(xiàn)，測試類型是基于知識(shí)時(shí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容為陳述性知識(shí)要比學(xué)習(xí)內(nèi)容為程序性知識(shí)的學(xué)習(xí)效果好；測試類型是基于技能時(shí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容為程序性知識(shí)要比學(xué)習(xí)內(nèi)容為陳述性知識(shí)的學(xué)習(xí)效果好。可見，使用智能技術(shù)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，仍需要結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)對知識(shí)的分類及對應(yīng)的測量工具開發(fā)。

虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教育游戲通常主要是學(xué)習(xí)者與游戲平臺(tái)建立直接交互，游戲提供的正確引導(dǎo)和反饋非常重要。Merchant等人的研究還發(fā)現(xiàn)，對于陳述性知識(shí)的學(xué)習(xí)反饋，詳盡的解釋要比視覺引導(dǎo)效果更好，對于程序性知識(shí)的學(xué)習(xí)反饋，針對知識(shí)的錯(cuò)誤提醒也要好于視覺引導(dǎo)。

3.VR和AR教育游戲需結(jié)合嚴(yán)格的教育實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究

教育實(shí)驗(yàn)法是教育游戲研究的普遍方法，通過對照實(shí)驗(yàn)，能夠全面地探究教育游戲?qū)W(xué)習(xí)效果的作用。實(shí)驗(yàn)組和對照組的設(shè)置主要用來對比控制變量對學(xué)習(xí)效果的影響。通常對照組為傳統(tǒng)學(xué)習(xí)或普通在線學(xué)習(xí)方法。而實(shí)驗(yàn)組則可設(shè)置為一組或多組，多組實(shí)驗(yàn)組則可以進(jìn)一步探究虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)具體技術(shù)應(yīng)用類型、程度或反饋程度對學(xué)習(xí)效果的影響。先前介紹的技術(shù)類型、是否結(jié)合身體運(yùn)動(dòng)、合作學(xué)習(xí)等，均可以作為今后研究的變量。

前測及后測對于測量學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果提升的程度，能夠科學(xué)地證明學(xué)習(xí)結(jié)果的改變是使用了某種教學(xué)方式或技術(shù)引起的，并且可以測量實(shí)驗(yàn)對象學(xué)習(xí)前的水平一致性，如果實(shí)驗(yàn)對象學(xué)習(xí)前水平存在顯著差異，則可以用高低分組的形式進(jìn)一步探究教育游戲?qū)Σ煌潭葘W(xué)生的促進(jìn)作用。延后測試則可以測量學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)遷移及效果保持。

態(tài)度測試和動(dòng)機(jī)測試則可以收集實(shí)驗(yàn)對象對教育游戲的滿意度和建議，幫助研究者和教育實(shí)踐者改進(jìn)游戲設(shè)計(jì)和教學(xué)設(shè)計(jì)。設(shè)置開發(fā)性問卷可以實(shí)驗(yàn)對象更加靈活地表達(dá)其想法和體會(huì)。前面介紹的心流狀態(tài)量表也是教育游戲?qū)嶒?yàn)中可以借鑒使用測量內(nèi)容。除了使用問卷測試，還可以在條件允許的情況下，結(jié)合課堂觀察法和訪談法收集更多的可供分析測量結(jié)果的信息。

（三）未來展望

虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)習(xí)者建構(gòu)虛擬學(xué)習(xí)情境、多方位地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，將教育游戲元素與智能技術(shù)相結(jié)合，可以增強(qiáng)應(yīng)用的趣味性，使其不僅僅作為展示、觀察和體驗(yàn)工具，而是能夠幫助學(xué)習(xí)者對學(xué)習(xí)內(nèi)容有更深入練習(xí)和建構(gòu)的學(xué)習(xí)應(yīng)用。使用虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的身體與環(huán)境交互，游戲化設(shè)計(jì)能夠促使學(xué)生產(chǎn)生心流體驗(yàn)，而具身認(rèn)知與心流體驗(yàn)是否存在一定聯(lián)系，游戲化教學(xué)與學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的大腦神經(jīng)機(jī)制又是如何作用的？從教育游戲出發(fā)，以虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為技術(shù)基礎(chǔ)，以學(xué)習(xí)科學(xué)為理論導(dǎo)向，一系列的科學(xué)研究亟待教育研究者和實(shí)踐者探索?；谔摂M現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教育游戲，應(yīng)從開發(fā)之初便參考學(xué)習(xí)科學(xué)理論及前人晚上的實(shí)驗(yàn)研究，將游戲環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與認(rèn)知理論相結(jié)合，而在教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，設(shè)置科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、流程合理清晰的實(shí)驗(yàn)流程，并運(yùn)用科學(xué)測量方法，如量表、問卷、核磁共振等方法，如此才能夠提出具有說服力的研究成果，為推動(dòng)我國學(xué)習(xí)科學(xué)與教育技術(shù)的在國際領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。