楊文陽(yáng) 胡衛(wèi)平

摘要：隨著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）在教育領(lǐng)域的逐步應(yīng)用，AR支持下的移動(dòng)游戲因能支持學(xué)習(xí)者進(jìn)行自主協(xié)作的情境式學(xué)習(xí)，得到學(xué)習(xí)者的青睞。此類游戲設(shè)計(jì)以沉浸理論為基礎(chǔ)，充分考慮科學(xué)學(xué)習(xí)興趣、游戲態(tài)度、性別等影響因素，以敘事為驅(qū)動(dòng)，采用二維碼技術(shù)營(yíng)造移動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)境，激勵(lì)學(xué)習(xí)者不斷挑戰(zhàn)任務(wù)。為提升參與游戲?qū)W習(xí)者的學(xué)習(xí)成效，游戲中學(xué)習(xí)者的沉浸感是其關(guān)鍵。綜合觀察法和訪談法所搜集的相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)者對(duì)游戲的瞬時(shí)關(guān)注度、探索意識(shí)以及期望獲得更高的游戲?qū)W習(xí)成績(jī)是沉浸感的三個(gè)顯著經(jīng)驗(yàn)性特征。通過分層回歸分析發(fā)現(xiàn)，沉浸感受學(xué)習(xí)者科學(xué)學(xué)習(xí)興趣及游戲態(tài)度的影響較大，學(xué)習(xí)者的性別并不影響其沉浸感。在以故事驅(qū)動(dòng)的科學(xué)探究游戲中，學(xué)習(xí)者的科學(xué)學(xué)習(xí)興趣有所增加，愿意閱讀各類游戲相關(guān)的信息，樂于挑戰(zhàn)，由此獲得強(qiáng)烈的沉浸感。在此自主探究的學(xué)習(xí)空間中，學(xué)習(xí)者在扮演好自身角色的同時(shí)，通過小組協(xié)作解決問題，齊心協(xié)力完成任務(wù)，從而在探究過程中發(fā)展思維，提升自身的知識(shí)和技能。

關(guān)鍵詞：沉浸理論；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）；科學(xué)游戲；沉浸感；移動(dòng)學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-5195（2017）03-0105-08 doi10.3969/j.issn.1009-5195.2017.03.013

一、研究背景與理論基礎(chǔ)

美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)（The National Research Council，NRC）在《基于計(jì)算機(jī)游戲及仿真的科學(xué)學(xué)習(xí)》研究報(bào)告中指出：計(jì)算機(jī)游戲是未來提升科學(xué)學(xué)習(xí)的一種極具投資價(jià)值的學(xué)習(xí)方式（NRC，2011）。然而當(dāng)前利用已有的游戲很難準(zhǔn)確了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)，因此有必要在研究中設(shè)計(jì)與應(yīng)用更多的技術(shù)工具來幫助我們清晰認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)游戲在科學(xué)學(xué)習(xí)中的作用。游戲?qū)Υ龠M(jìn)學(xué)習(xí)最大的作用和潛能在于它們能提高學(xué)生的合作、問題解決和程序性思維的能力（程云等，2012）。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）是對(duì)人的視覺系統(tǒng)進(jìn)行延伸和擴(kuò)充的一種技術(shù)（程志等，2013）。AR技術(shù)支持的游戲?yàn)閷W(xué)習(xí)者的移動(dòng)學(xué)習(xí)提供全新的學(xué)習(xí)平臺(tái) （ARIS，2012）。它可以支持基于網(wǎng)絡(luò)的開源編程學(xué)習(xí)環(huán)境，兼容目前主流的IOS及Android移動(dòng)操作系統(tǒng)，并向?qū)W習(xí)者免費(fèi)提供相關(guān)應(yīng)用程序，允許任何學(xué)習(xí)者自由設(shè)計(jì)、開發(fā)及體驗(yàn)游戲。AR技術(shù)應(yīng)用在課程學(xué)習(xí)中可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，讓學(xué)生經(jīng)歷游戲教學(xué)設(shè)計(jì)過程，學(xué)會(huì)與技術(shù)有關(guān)的各種實(shí)現(xiàn)途徑和方法（魏小東等，2014）。AR技術(shù)移植到小型移動(dòng)設(shè)備中，在人機(jī)交互性、便攜性、移動(dòng)性、易操作性等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)（程志等，2012）。因此，將移動(dòng)技術(shù)和AR技術(shù)結(jié)合起來進(jìn)行教育游戲設(shè)計(jì)與開展具有巨大的應(yīng)用前景。

沉浸理論是Csikszentmihalyi于1975年提出的。該理論認(rèn)為人在從事一項(xiàng)任務(wù)或活動(dòng)時(shí)會(huì)完全沉浸其中；沉浸是一種積極并具有挑戰(zhàn)性的心理狀態(tài)，其本質(zhì)上是有益且使人感到愉悅的狀態(tài)（Csikszentmihalyi，1975）。不同人群在不同的活動(dòng)中都能保持一種持續(xù)的沉浸狀態(tài)，比如攀巖者、藝術(shù)家和科學(xué)家等。盡管工作不同，但其參與活動(dòng)中體現(xiàn)出的沉浸特質(zhì)是相同的。在沉浸狀態(tài)中，參與者會(huì)感覺自己的行為非常有意義，能始終自如地控制自己的意識(shí)，并使自己的意識(shí)集中于活動(dòng)目標(biāo)。沉浸理論可以評(píng)估玩家或?qū)W習(xí)者的參與程度。當(dāng)前已有越來越多的研究開始關(guān)注技術(shù)支持的學(xué)習(xí)環(huán)境中學(xué)習(xí)者的沉浸感。相關(guān)研究表明，學(xué)習(xí)者在AR支持的學(xué)習(xí)游戲中表現(xiàn)出極大的參與熱情（Dunleavy et al.，2009），但學(xué)習(xí)者的沉浸感與移動(dòng)學(xué)習(xí)成績(jī)及移動(dòng)游戲?qū)W習(xí)過程相關(guān)（Admiraal et al.，2011）。

通過整理國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，游戲化移動(dòng)學(xué)習(xí)中與學(xué)習(xí)者的沉浸感關(guān)系最為密切的影響因素包括三個(gè)方面：第一，科學(xué)興趣。學(xué)習(xí)者對(duì)科學(xué)的興趣會(huì)直接影響其自身的行為及參與熱情（Singh et al.，2005）。第二，游戲態(tài)度。游戲愛好者對(duì)游戲始終持有積極的態(tài)度，而非游戲愛好者對(duì)游戲持中立態(tài)度或沒有好感（Bonanno et al.，2008）。第三，性別。有研究表明男性在科學(xué)學(xué)習(xí)興趣方面比女性表現(xiàn)更明顯，同時(shí)男性在游戲態(tài)度方面比女性表現(xiàn)更為積極（Bonanno et al.，2008）。本研究旨在設(shè)計(jì)開發(fā)AR支持的游戲化科學(xué)探究學(xué)習(xí)環(huán)境，驗(yàn)證在該環(huán)境下相關(guān)影響因素與學(xué)習(xí)者沉浸感的關(guān)系，具體包括兩個(gè)問題：（1）學(xué)習(xí)者在AR支持下的移動(dòng)游戲?qū)W習(xí)中的沉浸感表現(xiàn)出哪些特征？（2）學(xué)習(xí)者在AR支持下的移動(dòng)游戲?qū)W習(xí)中的沉浸感與性別、科學(xué)學(xué)習(xí)興趣以及游戲態(tài)度之間存在什么關(guān)系？

二、游戲設(shè)計(jì)與實(shí)施

將真實(shí)情境和游戲有效地整合在一起，有助于情境學(xué)習(xí)和協(xié)作問題解決（Fotouhi-Ghazvini et al.，2009）。當(dāng)前常用的移動(dòng)技術(shù)主要包括位置定位與感知、在線通訊、信息及軟件平臺(tái)移植、個(gè)性化定制與服務(wù)等 （Dieterle et al.，2007）。借助于AR 技術(shù)和移動(dòng)技術(shù)搭建學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生、教師、團(tuán)隊(duì)以及整個(gè)校園組成了一個(gè)個(gè)“活動(dòng)著的實(shí)驗(yàn)室” （齊立森等，2014）。這些功能可以使移動(dòng)學(xué)習(xí)者在真實(shí)情境中體驗(yàn)科學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容，比如基于敘事驅(qū)動(dòng)的科學(xué)探究游戲允許學(xué)習(xí)者在科學(xué)探究學(xué)習(xí)中扮演不同的社會(huì)角色，培養(yǎng)他們的科學(xué)論證能力（Squire et al.，2007）。協(xié)作教學(xué)策略是開展移動(dòng)學(xué)習(xí)活動(dòng)一種有效的學(xué)習(xí)模式，如拼圖游戲。在移動(dòng)學(xué)習(xí)游戲中學(xué)習(xí)者相互協(xié)作、不同的角色扮演可以有效支持協(xié)作問題解決（Dunleavy et al.，2009）。當(dāng)學(xué)習(xí)者在游戲中扮演獨(dú)特的角色時(shí)，他們會(huì)收到該角色相關(guān)的詳細(xì)的個(gè)性化信息，同時(shí)還可以在游戲中與小組協(xié)作解決問題，共享學(xué)習(xí)成果。

1.游戲介紹

中小學(xué)科學(xué)教育可以結(jié)合當(dāng)今類似密室類游戲的主題流行元素，以適度激發(fā)人們的緊張感，在強(qiáng)大的壓力及動(dòng)力下解題。本研究基于AR技術(shù)開發(fā)的“腦力孤島”游戲是一款有利于中小學(xué)科學(xué)教育的敘事類益智游戲，可以充分開發(fā)中學(xué)生的大腦。該游戲主要分為置身孤島、發(fā)現(xiàn)線索、探索海鳥之謎、過五關(guān)等模塊，場(chǎng)景如下圖所示。在孤島中，學(xué)習(xí)者需運(yùn)用數(shù)學(xué)及各種科學(xué)知識(shí)來解謎闖出生路。游戲置入了各種原創(chuàng)設(shè)計(jì)的動(dòng)漫人物，探險(xiǎn)路途中學(xué)習(xí)者會(huì)碰到各種破碎的畫布人物，這些都是未逃離孤島而被封印的靈魂，長(zhǎng)時(shí)間的等待讓他們支離破碎，他們需要學(xué)習(xí)者解救。每一個(gè)靈魂都有生前的執(zhí)念，他會(huì)要求學(xué)習(xí)者回答他未曾回答上來的問題，當(dāng)回答正確后他們會(huì)微笑給予線索提示。這些會(huì)成為學(xué)習(xí)者逃出孤島的動(dòng)力。

該游戲是以敘事為驅(qū)動(dòng)的科學(xué)探究游戲，將數(shù)學(xué)、物理及化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行融合，可以充分開發(fā)學(xué)習(xí)者大腦；再加上人物設(shè)計(jì)新穎、模型建立生動(dòng)，具有很高的趣味性；與二維碼技術(shù)結(jié)合，可以拓展學(xué)習(xí)者的信息內(nèi)容，真正做到讓學(xué)生在玩中學(xué)，在學(xué)中玩。學(xué)習(xí)者可以通過手機(jī)客戶端自由下載APP安裝，還可在校園里用手機(jī)掃描設(shè)置在不同地方的二維碼獲取游戲相關(guān)信息或探究學(xué)習(xí)中的關(guān)鍵證據(jù)，也可以同游戲中的虛擬人物進(jìn)行對(duì)話獲取相關(guān)信息。學(xué)習(xí)者在游戲中探究相關(guān)問題并完成學(xué)習(xí)任務(wù)，也可以通過協(xié)作確定游戲策略并完成探險(xiǎn)任務(wù)。該游戲利用移動(dòng)技術(shù)搭建應(yīng)用平臺(tái)，具有以下四方面特點(diǎn)：（1）整個(gè)游戲在室內(nèi)進(jìn)行，可以最大程度降低環(huán)境因素的影響，比如室外的惡劣天氣環(huán)境。（2）游戲主要使用的二維碼技術(shù)是一種可視化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以在一定程度上降低以往游戲設(shè)計(jì)中所采用的GPS所帶來的技術(shù)故障，減少玩家在游戲中所產(chǎn)生的挫敗感。（3）該游戲設(shè)置了階段性徽章獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，學(xué)習(xí)者可根據(jù)階段性任務(wù)明晰自己是否成功完成階段性游戲并獲取徽章獎(jiǎng)勵(lì)。以往的游戲?yàn)橥婕翌A(yù)先設(shè)置好結(jié)局，而且須自始至終連貫完成，這樣的游戲不是玩家所喜歡的（Folta，2010）。（4）該游戲充分利用了學(xué)校現(xiàn)有空間，如圖書館、體育館和辦公室等區(qū)域，具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性。所有的教師均可通過設(shè)置并推送二維碼信息參與游戲，游戲需Wifi全覆蓋，以確保證游戲過程網(wǎng)絡(luò)暢通。

游戲中3～4位學(xué)習(xí)者組成一個(gè)小組，每人需要配備一臺(tái)移動(dòng)設(shè)備。為了營(yíng)造真實(shí)的情境，學(xué)習(xí)者在游戲中可選擇并扮演：社會(huì)學(xué)家、環(huán)保專家、技術(shù)專家及攝像師等角色。在游戲的開始界面描述了各個(gè)角色的詳細(xì)信息，比如活動(dòng)要求、角色關(guān)系、注意事項(xiàng)等。進(jìn)入游戲界面后，學(xué)習(xí)者可根據(jù)自身學(xué)習(xí)任務(wù)選擇相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)自動(dòng)解碼并推送相應(yīng)的服務(wù)。學(xué)習(xí)者通過游戲?qū)Ш较到y(tǒng)自主探究，導(dǎo)航系統(tǒng)可以清晰引導(dǎo)學(xué)習(xí)者將要去哪里并做什么事情。該游戲還提供相應(yīng)的背景聲音和警告提示系統(tǒng)。學(xué)習(xí)者在游戲過程中通過掃描相應(yīng)信息的二維碼自動(dòng)觸發(fā)不同的學(xué)習(xí)節(jié)點(diǎn)并深入探究學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)習(xí)者完成當(dāng)前的學(xué)習(xí)任務(wù)后，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)需要搜索并掃描新二維碼信息觸發(fā)新的學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)入新的學(xué)習(xí)場(chǎng)景。該游戲具有較強(qiáng)的探索性，學(xué)習(xí)者可以通過訪談法及調(diào)查法獲取與學(xué)習(xí)任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而驗(yàn)證相關(guān)問題。在該游戲中，不同角色的玩家探索路徑和方法存在差別，但小組任務(wù)必須通過小組協(xié)作完成游戲?qū)W習(xí)任務(wù)。每個(gè)小組有不同的游戲場(chǎng)景和角色扮演，但是總的學(xué)習(xí)任務(wù)是相同的。

2.研究設(shè)計(jì)與實(shí)施

（1）研究對(duì)象

本研究對(duì)象來自省會(huì)城市內(nèi)一所普通類型的標(biāo)準(zhǔn)化中學(xué)。該校重視在科學(xué)教育教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的科學(xué)興趣并鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者建立對(duì)科學(xué)探究的自信心。研究選取該校兩個(gè)班共60位學(xué)生作為被試，其中58.3%為男生（35人），41.7%為女生（25人），另外有兩名科學(xué)教師參加該實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。參與被試的年齡在11～16歲之間，其中六年級(jí)的占21.8%，七年級(jí)的占28.3%，八年級(jí)的占49.9%。被試分為15個(gè)組，每個(gè)小組4名成員由各班教師根據(jù)學(xué)習(xí)者以往的成績(jī)搭配，大部分小組由男女學(xué)生混合組成。其中有13個(gè)小組主要在學(xué)校正常上課時(shí)間里完成實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，有2個(gè)小組在放學(xué)后進(jìn)行試驗(yàn)學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)持續(xù)時(shí)間為2周。

（2）研究設(shè)計(jì)

本研究采用觀察法和問卷調(diào)查法對(duì)參與實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，控制班為傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境中的班級(jí)，實(shí)驗(yàn)班為參與移動(dòng)科學(xué)游戲的班級(jí)。自變量為學(xué)習(xí)者的性別、科學(xué)學(xué)習(xí)興趣與游戲態(tài)度，因變量為沉浸感。收集的數(shù)據(jù)主要包括前測(cè)數(shù)據(jù)、后測(cè)數(shù)據(jù)和觀察數(shù)據(jù)等三個(gè)部分，調(diào)查數(shù)據(jù)均通過手機(jī)在線調(diào)查獲取，每個(gè)學(xué)生可通過下載和安裝手機(jī)在線調(diào)查APP填寫問卷。在游戲開始之前十分鐘進(jìn)行前測(cè)，前測(cè)主要包括人數(shù)統(tǒng)計(jì)、科學(xué)興趣及游戲態(tài)度三個(gè)部分?？茖W(xué)興趣的測(cè)量主要使用10項(xiàng)李克特式五級(jí)量表測(cè)試，選取的這些測(cè)試題來源于Fraser科學(xué)態(tài)度測(cè)試量表（Fraser，1981）。本研究采用了該量表中科學(xué)課堂的興趣及科學(xué)課堂之外的興趣兩個(gè)部分的測(cè)試內(nèi)容。這10項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目均設(shè)置5個(gè)分值選項(xiàng)（“完全同意”為5，“同意”為4，“中立”為3，“不同意”為2，“完全不同意”為1）。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，該10項(xiàng)測(cè)試題Cronbach's α的系數(shù)值為0.88，說明該測(cè)試題在該校同年級(jí)學(xué)生中內(nèi)部一致性較高，其信度和效度在合理范圍內(nèi)。游戲態(tài)度的測(cè)量采用12項(xiàng)李克特式五級(jí)量表測(cè)試，選取的測(cè)試題目來源于Bonanno開發(fā)的游戲科學(xué)態(tài)度測(cè)試量表（Bonanno，2008），這些測(cè)試題目是根據(jù)游戲內(nèi)容和學(xué)生年齡特征進(jìn)行選取的。這12項(xiàng)基于學(xué)習(xí)者游戲態(tài)度的測(cè)試題目也有5個(gè)分值選項(xiàng)（“完全同意”為5，“同意”為4，“中立”為3，“不同意”為2，“完全不同意”為1）。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，有11項(xiàng)測(cè)試題的Cronbach's α系數(shù)值為0.71，1項(xiàng)測(cè)試題的Cronbach's α系數(shù)值為0.49，應(yīng)刪除。整體來說，科學(xué)態(tài)度測(cè)試題在該校同年級(jí)學(xué)生中內(nèi)部一致性較高，其信度和效度在合理范圍內(nèi)。

在游戲結(jié)束之后立即對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行調(diào)查與測(cè)試，后測(cè)主要測(cè)試學(xué)習(xí)者對(duì)游戲的基本反饋和沉浸感的評(píng)價(jià)。首先，學(xué)習(xí)者要說明他們?cè)谟螒蛑邪缪莸慕巧?，以及他們是否?duì)角色任務(wù)感到好奇。其次，沉浸感的測(cè)驗(yàn)通過10項(xiàng)李克特式五級(jí)量表測(cè)試題進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，這些測(cè)試題是基于Jackson等的短時(shí)沉浸狀態(tài)量表（Jackson et al.，2010）開發(fā)，可以用于測(cè)量學(xué)習(xí)者在游戲時(shí)的沉浸感。研究采用了原量表中的所有原始測(cè)試題目，但在每個(gè)測(cè)試題目的用詞方面做了修改，以便讓學(xué)習(xí)者更清楚測(cè)試題目的意圖。這10項(xiàng)對(duì)學(xué)習(xí)者沉浸感調(diào)查的測(cè)試題目有5個(gè)分值選項(xiàng)（“完全同意”為5，“同意”為4，“中立”為3，“不同意”為2，“完全不同意”為1）。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，這10項(xiàng)測(cè)試題的Cronbach's α系數(shù)值為0.83，說明沉浸感測(cè)試題在該學(xué)校同年級(jí)學(xué)生中內(nèi)部一致性較高，其信度和效度在合理范圍內(nèi)。

在游戲?qū)W習(xí)進(jìn)行過程中，研究者對(duì)所有參與者進(jìn)行跟蹤觀察，及時(shí)記錄學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)任務(wù)、位置變化、技術(shù)應(yīng)用以及協(xié)作學(xué)習(xí)等相關(guān)情況。研究者也會(huì)根據(jù)情況適時(shí)記錄學(xué)習(xí)者之間的對(duì)話內(nèi)容、個(gè)人行為、小組群體行為以及典型的交互行為。在后測(cè)結(jié)束之后，學(xué)習(xí)者立即參與小組訪談。該游戲支持學(xué)習(xí)者小組協(xié)作解決問題，訪談可以深入了解參與者在協(xié)作過程中的心理感受。訪談問題主要圍繞游戲?qū)W習(xí)行為，尤其是對(duì)后測(cè)相關(guān)問題的答案進(jìn)行。整個(gè)訪談過程被錄音并用于后期的分析和總結(jié)。

3.分析工具與方法

本研究采用SPSS軟件分析調(diào)查數(shù)據(jù)，通過線性回歸分析來檢驗(yàn)并說明在游戲?qū)W習(xí)中學(xué)習(xí)者的沉浸感與性別、科學(xué)學(xué)習(xí)興趣與游戲態(tài)度之間的關(guān)系，通過定性分析法分析學(xué)習(xí)者游戲沉浸感的特征。研究者對(duì)參與游戲的學(xué)習(xí)者的成績(jī)單統(tǒng)一編碼后進(jìn)行分析，同時(shí)基于概念性解釋對(duì)核心研究問題、觀察主題和小組訪談內(nèi)容進(jìn)行編碼。在編碼過程中對(duì)各個(gè)變量之間的關(guān)系進(jìn)行分層分級(jí)編碼，以便于通過軟件檢驗(yàn)假設(shè)。對(duì)樣本進(jìn)行編碼后，根據(jù)假設(shè)問題組合編碼數(shù)據(jù)，然后利用統(tǒng)計(jì)軟件處理編碼數(shù)據(jù)，最后對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行解釋，以驗(yàn)證假設(shè)是否成立。

三、數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

1.學(xué)習(xí)者對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)興趣、游戲態(tài)度及沉浸感的認(rèn)知分析

本研究運(yùn)用定性和定量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析學(xué)習(xí)者在游戲?qū)W習(xí)中沉浸感變量的可靠性，通過綜合分析得出研究結(jié)果。研究先分析得出學(xué)習(xí)者的科學(xué)學(xué)習(xí)興趣、游戲態(tài)度和沉浸感的得分，再經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得出結(jié)果，如表1所示。需要特別說明的是，因?yàn)樾詣e在此影響不大，所以不同性別的學(xué)習(xí)者并未單獨(dú)劃分。

從單因素方差分析（ANOVA）沉浸感得分來看，玩家角色與游戲者的沉浸感之間并沒有明顯差異。此外，利用單因素方差分析可驗(yàn)證非直接參與者（拍攝者與記錄者）是否與社會(huì)網(wǎng)絡(luò)者、科學(xué)顧問及技術(shù)人員一樣有效支持學(xué)習(xí)。表1中學(xué)習(xí)者游戲沉浸感的平均得分為40.16（總分為50），這表明每個(gè)游戲玩家在游戲過程中基本上經(jīng)歷過較高水平的沉浸感。同時(shí)數(shù)據(jù)顯示少數(shù)游戲玩家的沉浸感得分在30以下，這表明少數(shù)游戲玩家對(duì)當(dāng)前的游戲沒有多大興趣，其沉浸感水平較低。研究者深入觀察學(xué)習(xí)者的游戲享受程度和注意力發(fā)現(xiàn)，與游戲沉浸感密切相關(guān)的三個(gè)要素分別是關(guān)注水平、挑戰(zhàn)技能水平和游戲獎(jiǎng)勵(lì)。與學(xué)習(xí)者沉浸感相關(guān)要素的問卷調(diào)查也顯示：學(xué)習(xí)者對(duì)上述三個(gè)要素認(rèn)知度較高。

2.沉浸特征

從小組訪談的定性數(shù)據(jù)分析中可以發(fā)現(xiàn)，游戲參與者的沉浸感主要體現(xiàn)出以下三方面經(jīng)驗(yàn)性特征：（1）參與者對(duì)游戲的瞬時(shí)關(guān)注度；（2）探索意識(shí)；（3）期望獲得更高的學(xué)習(xí)成績(jī)。

游戲之所以成為一種沉浸活動(dòng)是由于游戲可以為玩家提供體驗(yàn)超越其日常生活經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。這與單調(diào)乏味的日常生活之間的對(duì)比可以在實(shí)驗(yàn)小組的成績(jī)單反饋結(jié)果中看到。大多數(shù)學(xué)習(xí)者認(rèn)為游戲與傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)相比可以提供給他們不同尋?；颡?dú)特的東西。一般來說，沉浸活動(dòng)通常會(huì)具備探索意識(shí)這一關(guān)鍵性要素。當(dāng)學(xué)習(xí)者描述他們的整體經(jīng)驗(yàn)和最喜歡的游戲時(shí)經(jīng)常使用“冒險(xiǎn)”或“取消跟蹤”等術(shù)語(yǔ)來反映他們的發(fā)現(xiàn)性觀點(diǎn)。學(xué)習(xí)者之間會(huì)主動(dòng)提及他們的探究過程及成果，并用“尋找線索”或“搞清楚了”等術(shù)語(yǔ)分享其探究經(jīng)驗(yàn)。探究會(huì)使學(xué)習(xí)者獲取較高的學(xué)習(xí)成績(jī)，這是由于學(xué)習(xí)者在做同樣學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)他們的學(xué)業(yè)水平是相同的，因此也就沒有經(jīng)歷沉浸感。在游戲?qū)W習(xí)過程中為了保持學(xué)習(xí)者的沉浸感，參與者需要持續(xù)探索新的挑戰(zhàn)。小組自由討論也可以使游戲更具挑戰(zhàn)性。這不會(huì)導(dǎo)致以往相關(guān)研究曾經(jīng)提到的認(rèn)知負(fù)荷超載現(xiàn)象（Dunleavy et al.，2009）。這些游戲參與者看起來經(jīng)歷了正確的挑戰(zhàn)-技能平衡，并渴望在下一次游戲中利用“更多線索”或“更長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)”挑戰(zhàn)和超越自己目前的水平。

3.學(xué)習(xí)者在游戲中的沉浸感與性別、科學(xué)學(xué)習(xí)興趣和游戲態(tài)度的關(guān)系分析

研究采用多元線性分析得出相關(guān)變量之間的關(guān)系如表3所示。由表3可以看出，各個(gè)變量間的Pearson相關(guān)系數(shù)都比較低，所有的預(yù)測(cè)均保持在常態(tài)模型范圍內(nèi)。該表格中的數(shù)據(jù)沒有偏離群值和標(biāo)準(zhǔn)值，這說明各個(gè)變量之間的關(guān)系呈連續(xù)的正態(tài)分布。

本研究中的性別是一個(gè)混合變量，因此需要對(duì)性別變量進(jìn)行分層回歸分析。表4中模型1顯示，性別變量分層回歸分析結(jié)果偏相關(guān)系數(shù)為0.028，顯著性值P=0.067>0.05，這說明性別與沉浸感變量之間不存在顯著關(guān)系。通過對(duì)小組深入觀察分析發(fā)現(xiàn)，男生小組和女生小組在游戲中的學(xué)習(xí)行為有比較明顯的差異。通過訪談得知，男生更喜歡討論游戲技術(shù)，女生則更喜歡敘述?？傮w而言，女生小組在游戲中顯得比較有條理，具體表現(xiàn)在安靜互動(dòng)、仔細(xì)閱讀并在定位點(diǎn)來回走動(dòng)；男生小組則對(duì)游戲技術(shù)和游戲規(guī)則使用比較嫻熟，會(huì)在各個(gè)定位點(diǎn)之間走動(dòng)并不時(shí)跑動(dòng)。盡管在游戲過程中可以觀察到性別之間存在差異，但性別并不影響學(xué)習(xí)者的沉浸感。

學(xué)習(xí)者的沉浸感與科學(xué)學(xué)習(xí)興趣及游戲態(tài)度之間的關(guān)系通過表4中的模型2回歸分析結(jié)果進(jìn)行分析，可見，性別仍然不是一個(gè)顯著影響要素（偏相關(guān)系數(shù)為0.089，顯著性值P=0.071>0.05），但科學(xué)學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)者的沉浸感之間有顯著的關(guān)系（偏相關(guān)系數(shù)為-0.352，顯著性值P=0.000<0.001），游戲態(tài)度與學(xué)習(xí)者的沉浸感之間存在顯著關(guān)系（偏相關(guān)系數(shù)為-0.486，顯著性值P=0.000<0.001）。模型中的ΔR2值為0.563，表明科學(xué)學(xué)習(xí)興趣與游戲態(tài)度可以在56.3%的程度上解釋與沉浸感變量之間的存在關(guān)系。訪談發(fā)現(xiàn)，不同的學(xué)習(xí)者表達(dá)出不同層次的科學(xué)學(xué)習(xí)興趣，89%的學(xué)習(xí)者對(duì)科學(xué)游戲非常感興趣，其他學(xué)習(xí)者則反映較淡。訪談還發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)者在游戲過程中逐漸改變了他們最初對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的看法，學(xué)習(xí)者在游戲中逐步增加了對(duì)科學(xué)的興趣。也有個(gè)別學(xué)習(xí)者因?yàn)橛X得科學(xué)學(xué)習(xí)非?？菰锵敕艞壨嬗螒颉Ｔ谛〗M協(xié)作解決問題的過程中，有些小組在學(xué)習(xí)中為他們的成功交流而感到自豪，并反思他們的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。個(gè)別小組在剛開始組合時(shí)因?yàn)橐庖姴灰恢露霈F(xiàn)矛盾，但在游戲互動(dòng)中加深了理解和信任，小組互動(dòng)效果不斷提升，最后的學(xué)習(xí)成績(jī)比其他小組更好。有的學(xué)習(xí)者覺得傳統(tǒng)課堂上的科學(xué)學(xué)習(xí)很枯燥，但游戲?qū)W習(xí)讓他們感覺很快樂。學(xué)習(xí)者在傳統(tǒng)教室環(huán)境中有充足的時(shí)間進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)，但這種環(huán)境更多是以教師為權(quán)威灌輸?shù)目茖W(xué)知識(shí)（Lyons，2006）。因此游戲教學(xué)法值得我們?cè)诳茖W(xué)課程中進(jìn)一步推廣。

四、討論與結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，AR移動(dòng)科學(xué)游戲的設(shè)計(jì)與開發(fā)中須正確處理挑戰(zhàn)-技能平衡，以便讓玩家在游戲?qū)W習(xí)中有真實(shí)的沉浸感。參與游戲時(shí)許多小組都是齊心協(xié)力運(yùn)用集體智慧主動(dòng)迎接挑戰(zhàn)，很少抱怨游戲的難度。此外，學(xué)習(xí)者在游戲?qū)W習(xí)過程中為了解游戲流程及規(guī)則需要頻繁讀取游戲相關(guān)信息，盡管在平時(shí)的課堂學(xué)習(xí)中讀取信息讓人厭煩，但在游戲過程中很少有玩家抱怨。這種現(xiàn)象與Admiral的研究結(jié)果不同，該結(jié)果認(rèn)為學(xué)習(xí)者在游戲中不情愿閱讀相關(guān)文本信息（Admiral，2011）。這可能與游戲中信息的呈現(xiàn)方式和時(shí)機(jī)有密切關(guān)系。在游戲設(shè)計(jì)中還應(yīng)該盡可能減少學(xué)習(xí)者的認(rèn)知負(fù)荷，比如盡可能減少游戲中的閱讀信息，設(shè)計(jì)更加清晰和智能化的菜單導(dǎo)航等。除了閱讀和應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，學(xué)習(xí)者在游戲?qū)W習(xí)過程中還通過解決問題訓(xùn)練思維。游戲中，學(xué)習(xí)者為了取得較好的學(xué)習(xí)成績(jī)會(huì)主動(dòng)要求挑戰(zhàn)更高級(jí)別的游戲，從而產(chǎn)生更強(qiáng)烈的沉浸感。學(xué)習(xí)者享受挑戰(zhàn)游戲的過程，并在挑戰(zhàn)中提升其知識(shí)和技能。

研究成果表明，在AR移動(dòng)科學(xué)游戲中利用二維碼技術(shù)可增強(qiáng)沉浸感；在以故事驅(qū)動(dòng)的科學(xué)探究游戲中，不同性別學(xué)習(xí)者的科學(xué)學(xué)習(xí)興趣有所增加。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠在最貼近自然的交互形式下為學(xué)習(xí)者搭建一個(gè)自主探索的空間，這對(duì)于抽象內(nèi)容的教學(xué)是很有啟發(fā)意義的（蔡蘇等，2011）。

該研究存在的局限性主要有以下三方面：第一，樣本選擇在條件較好的城市中學(xué)，不同地區(qū)和條件學(xué)校的學(xué)習(xí)者會(huì)對(duì)游戲態(tài)度存在差異。第二，小組成員的不同組合也會(huì)對(duì)游戲認(rèn)知及科學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生不同的影響，比如性別混合小組的影響。第三，該游戲濃縮了生活中的一個(gè)小的敘事性活動(dòng)，游戲?qū)W習(xí)體驗(yàn)時(shí)間短暫，并不是一個(gè)真實(shí)需求的活動(dòng)，學(xué)習(xí)者對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣可能是由于對(duì)游戲本身的好奇而導(dǎo)致的，不同的游戲敘事情節(jié)及學(xué)習(xí)周期可能也會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)者的科學(xué)學(xué)習(xí)興趣及沉浸感產(chǎn)生不同的影響。AR教育游戲具有提供情境、支持協(xié)作、促進(jìn)自主學(xué)習(xí)等作用（陳向東等，2012）。今后可在AR移動(dòng)科學(xué)游戲敘事情節(jié)及情境方面進(jìn)行深入研究。未來，學(xué)校可以在充分利用校園環(huán)境的基礎(chǔ)上建立專門的科學(xué)游戲?qū)嶒?yàn)室，促進(jìn)學(xué)習(xí)者長(zhǎng)期進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)，這可能會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)者的科學(xué)學(xué)習(xí)興趣及效果產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響。

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收稿日期 2017-03-21 責(zé)任編輯 曾艷