基于增強現(xiàn)實（AR）的教學游戲設計與研究

湯穎 張翔 何英

摘? 要：為滿足現(xiàn)代教育教學需求，豐富教學模式，提高學生的學習興趣，促進教學質(zhì)量的提升。本文設計了一個增強現(xiàn)實游戲化教學環(huán)境，應用于高職類的計算機基礎課程實踐教學。改變了傳統(tǒng)高職計算機類專業(yè)課程教學中突顯出的問題，以游戲化的教學設計闡釋了學習目標和學習任務，讓學生擺脫枯燥的教學環(huán)境，讓課程內(nèi)容顯得栩栩如生，本文所研究的教學游戲適合于高職類計算機專業(yè)課程，可以為高職類院校計算機專業(yè)的教學提供參考。

關鍵詞：增強現(xiàn)實;高職類計算機課程;教學游戲

中圖分類號：TP391.9;TP317? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）24-0107-03

Abstract：In order to meet the needs of modern education and teaching，enrich the teaching mode，improve students’interest in learning，and promote the improvement of teaching quality. This paper designs an augmented reality game teaching environment，which is applied to the practical teaching of computer basic courses in higher vocational education. This paper changes the problems in the traditional teaching of computer major in higher vocational education，explains the learning objectives and tasks with the game based teaching design，so that students can get rid of the boring teaching environment and make the course content appear lifelike. The teaching games studied in this paper are suitable for the courses of computer major in higher vocational education and can provide reference for the teaching of computer major in higher vocational colleges.

Keywords：augmented reality;higher vocational computer course;teaching game

0? 引? 言

隨著AR（增強現(xiàn)實）技術的發(fā)展和逐漸成熟，AR技術與各行各業(yè)的整合越來越頻繁，越來越深入，從教育與文化，從制作到營銷，從醫(yī)學到醫(yī)療等領域，AR技術正在逐漸侵入和定義各行各業(yè)的思維模式和運用方式。教育部等五部門關于印發(fā)《教師教育振興行動計劃（2018—2022年）》的通知中指出，“要充分利用云計算、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、人工智能等新技術，推進教師教育信息化教學服務平臺建設和應用，推動以自主、合作、探究為主要特征的教學方式變革”[1]，未來在教育方面，將游戲和新型智能技術相融合的趨勢也越來越明顯。

AR技術可以將信息直觀化、可視化地呈現(xiàn)，因而非常適合在高職類的計算機類專業(yè)課中應用。另外，VR（虛擬現(xiàn)實）技術容易讓人們完全沉浸在一個虛擬空間中，該教育模式容易架空老師;而AR技術會讓人們在使用過程中感覺自己在現(xiàn)實的世界中，只是在真實的世界里疊加了一層虛擬的數(shù)字信息，教師和原來一樣可以很好地和學生互動[2]，從而提高高職類計算機專業(yè)課程教學質(zhì)量。

高職類計算機專業(yè)學生課程內(nèi)容簡單，理論偏薄弱，注重實操[3]，將其課程內(nèi)容設計成教育游戲非常合適。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)已有的基于增強現(xiàn)實的高職類計算機課程教育游戲案例較少，使用新型增強現(xiàn)實與高職類計算機課程教育游戲相融合的研究還比較匱乏，詳細的案例設計策略和完整的教育游戲開發(fā)流程尚不成熟。在高職類計算機教育理論和游戲理論的指導下，如何突出增強現(xiàn)實特性和高職類計算機專業(yè)教學特點，設計出有效的教育游戲設計模型，并在該模型上進行完整的教育游戲開發(fā)[4]，這是本文需要深入研究、思考和探討的問題。

1? 增強現(xiàn)實技術下的高職計算機課程教學游戲特點

AR是一種利用計算機系統(tǒng)產(chǎn)生三維信息來增強用戶對現(xiàn)實世界感知的新技術，計算機系統(tǒng)能夠給用戶提供現(xiàn)實感知的技術，將虛擬的信息、虛擬物體、場景加入到真實的世界或真實的場景中，進而實現(xiàn)對現(xiàn)實的增強。增強現(xiàn)實顯示技術中包含了三維建模、視頻實時顯示、多媒體、視頻實時控制、傳感器融合、實時跟蹤、多場景融合等技術手段。AR高職類計算機教育相對于傳統(tǒng)教育有許多無可比擬的特點和優(yōu)勢[5]，能夠借助藝術化的手段在一定程度上完成教學類型和教學空間的轉(zhuǎn)換，從而為學生提供多元化的課堂，促進個性化教學。

1.1? 教學內(nèi)容和教學方式更直觀

高職類計算機應用基礎公共課程的培養(yǎng)目標是讓學生掌握教學內(nèi)容所涉及的基本知識，能夠熟練解決實際問題，但在教學過程中，需要充分考慮學生的知識基礎和學習興趣，傳統(tǒng)的教學方式以教為主，整個教學過程較枯燥，而基于AR技術的教學模式能夠讓所學內(nèi)容更加直觀、形象、生動，能夠讓學生對教學內(nèi)容更容易理解和記憶。在AR技術的支持下，課堂教學不再局限于單調(diào)的書本和黑板，所呈現(xiàn)的內(nèi)容也從平面化轉(zhuǎn)為3D模式，讓授課內(nèi)容顯得栩栩如生，如表1所示。

1.2? 互動性和參與性更強

本文選取19級計算機應用5個班、19級軟件4個班，共9個班級學生392人為考察對象，其中19級計算機應用5個班學生204人使用傳統(tǒng)教學方式授課，而19級軟件4個班學生188人使用AR輔助教學模式授課。授課課程為“計算機應用基礎”，并制作好傳統(tǒng)教學及AR輔助教學的相關視頻和課件資源上傳至在線課程教學平臺。從平均學習進度、個人最快學習進度、個人最慢學習進度，以及課程視頻的平均觀看時長、最長觀看時長和最短觀看時長來分析，利用AR技術的教學模式，更受學生們的歡迎，在這種教學模式下，可以提高學生的動手操作能力，同時可以充分調(diào)動學生的積極性，從“要我學”轉(zhuǎn)變成“我要學”的良性學習氛圍。

1.3? 教學過程更加游戲化

本文利用AR技術，把教育目標融入到游戲中去，運用游戲的方法，以更好地輔助課程內(nèi)容的教授，并進行游戲式的考評，可以充分提高學生的學習興趣，這是一種快速有效的學習方法，可以給學生帶來良好的學習體驗。例如在教授“計算機硬件系統(tǒng)中的輸入和輸出設備”課程內(nèi)容時使用的教學游戲，該教學游戲使用影片剪輯混編將故事背景設定為在未來世界計算機對人類發(fā)動了戰(zhàn)爭，玩家要去某個計算機博物館中取回最初的計算機原型（即我們現(xiàn)在用的微機）獲取情報，游戲開始后玩家可以在NPC的指引下，通過三維模型和AR的方式逐個認識計算機的硬件設備，通過完成NPC交付的任務達成目標獲得評分。通過游戲化的教學，寓教于樂，能夠快速提升學生的學習積極性，提高學習效率。

2? 增強現(xiàn)實技術在高職類計算機課程教學中的設計

在已有的教育游戲案例中，存在著教育游戲設計不合理的問題，在傳統(tǒng)教育的基礎上借助增強現(xiàn)實技術，將所學內(nèi)容通過教育游戲的方式完成教學不僅是一種新的動力，同時也是一種新的挑戰(zhàn)。因此，本文在相關教育游戲理論和高職類計算機課程教學理論的指導下[6]，分別從高職類計算課程教學游戲設計和AR教學游戲設計的技術兩方面進行討論分析。

2.1? 高職類計算機課程教學游戲設計

為了將教學與游戲很好地相融合，我們將根據(jù)課程教學設計需求、游戲化教學設計、教學實施過程3個部分展開。首先需要對高職計算機課程的內(nèi)容進行分類和整理，根據(jù)每個章節(jié)新學知識點劃分目標，例如計算基礎課程的主要內(nèi)容包括硬件配置、操作系統(tǒng)應用、Office辦公應用、計算網(wǎng)絡等幾個部分，將課程內(nèi)容進行分解，然后再來設計闖關類教學游戲[7]。當教學游戲被設計在課程導入時，將會使學生進入課程導入式游戲化模式，當游戲被設計在課堂學習過程時，形成探究式游戲化教學模式，當游戲被設計在課堂評價過程中，就形成了總結(jié)評價式游戲化教學模式，AR游戲化教學設計過程如圖1所示。

課程導入式游戲化教學模式。該模式是在課堂開始階段就開始運用游戲或游戲元素，可以將情境導入到真實世界，起到調(diào)動課堂氣氛的作用，能夠使學生提高學習興趣，對課程產(chǎn)生強烈的求知欲，讓學生從被動學轉(zhuǎn)為主動學。

探究式游戲化教學模式。該模式主要包括建立情境、啟發(fā)思考、自主探究、合作交流、總結(jié)評價五個環(huán)節(jié)，相對于“計算機應用基礎”傳統(tǒng)教學模式的主要區(qū)別與改進如圖2所示。

總結(jié)評價式游戲化教學模式。該模式在教學過程中起到了診斷和評估的作用，學生在游戲中因不同角色會得到不同的反饋。

建立游戲化教學模式是為了高職計算機課程教學能夠達到良好的教學效果。游戲化教學模式也不是一成不變的，模式可以根據(jù)課程內(nèi)容需要、課堂上突發(fā)情況以及學生特殊的學習需要進行調(diào)整。

2.2? AR教學游戲設計的技術

AR教學游戲可分為角色扮演等九類游戲[8]。由于各類游戲的特點和用途不同，在實際教學過程中，應在情境指導下結(jié)合教學內(nèi)容選擇適合的游戲類別，如圖3所示，以AR角色扮演類教學游戲的設計為例[9]。該類教學游戲?qū)适虑楣?jié)要求較高，需要學習者在故事情節(jié)的虛擬場景中扮演各類不同的角色，在角色類教學游戲中，學習者要學習的教學內(nèi)容將以任務的形式由游戲內(nèi)部已定義角色在游戲?qū)υ捴姓宫F(xiàn)出來，學習者可以在游戲中通過努力學習，在團隊協(xié)作下完成符合教學內(nèi)容指定的各種教育游戲任務才能結(jié)束游戲。另外，游戲中引入學習者完成任務的相應獎懲機制，當學習者在游戲中收獲獎勵時，可以提高學生的學習積極性，激勵他們完成游戲中的各項學習任務。

增強現(xiàn)實技術有效地彌補了傳統(tǒng)教育互動少的特點[10]，將計算機專業(yè)課程教學從基于鼠標、鍵盤等桌面式操作交互轉(zhuǎn)變?yōu)閷W習者通過參與虛擬游戲進行全方位、多角度、直觀、有效交互的模式。增強現(xiàn)實技術在教育游戲中做到了以真實世界為基礎，以教育游戲為平臺，以增強現(xiàn)實技術為手段，讓學習者帶有真實感地學習。

3? 結(jié)? 論

本文主要研究將AR技術融入高職類計算課程教學游戲中，為學生提供一個交互性強、教學情景更加豐富、虛擬現(xiàn)實相結(jié)合的平臺。增強現(xiàn)實教育游戲能夠很好地調(diào)動課堂氣氛，寓教于樂，使學生對課程內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的學習興趣，從而提高教學質(zhì)量。

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作者簡介：湯穎（1982.08-），女，漢族，江西九江人，講師，本科，研究方向：計算機應用技術;張翔（1982.09-），男，漢族，廣東揭西人，副教授，本科，研究方向：計算機應用技術;何英（1983.10-），女，漢族，江西九江人，助教，研究生，研究方向：手機軟件開發(fā)。