以人工智能技術(shù)為核心的針對(duì)個(gè)體教育型游戲可能性研究

曾毓逸

摘 要：受疫情和人們對(duì)教育越來(lái)越重視趨勢(shì)的影響，分析利用數(shù)據(jù)化、游戲化教育的發(fā)展趨勢(shì)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(hào)F062.5；：TP391.6 ?文獻(xiàn)識(shí)別碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2023）06-213-02

繼1946年世界第一臺(tái)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(dòng)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(duì)多形式、強(qiáng)社交、高沉浸以及游戲視聽(tīng)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(lái)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(guó)人口老齡化，三胎政策與教育資源緊張問(wèn)題，從而使線上直播教學(xué)與視頻教學(xué)成為熱門(mén)。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(shì)解決疫情下的教學(xué)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)針對(duì)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(zhǎng)。

一、發(fā)展?fàn)顩r及背景

（一）社會(huì)背景

據(jù)2021年中國(guó)游戲市場(chǎng)上半年報(bào)告中的產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)顯示：2021年1—6月，國(guó)內(nèi)游戲市場(chǎng)實(shí)際銷售收入1504.93億元，同比增長(zhǎng)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(zhǎng)1.38%，增速繼續(xù)放緩。國(guó)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(zhǎng)，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(cè)和登錄的用戶提供游戲服務(wù)；（3）加強(qiáng)對(duì)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(huì)各方面切實(shí)承擔(dān)監(jiān)護(hù)守護(hù)職責(zé)。

國(guó)內(nèi)游戲市場(chǎng)和用戶規(guī)模持續(xù)上漲，而面對(duì)未成年限制游戲時(shí)長(zhǎng)等通知，對(duì)國(guó)內(nèi)游戲市場(chǎng)的影響尚且未可知。究其原因是對(duì)于游戲這一類具有成癮性的娛樂(lè)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(lái)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(shí)，有些單親家庭等更不用說(shuō)，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(wèn)題，在開(kāi)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(shí)，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(shì)，為解決上述問(wèn)題提供一條新的思路。通過(guò)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(duì)游戲的不良吸收使用以及社會(huì)大眾對(duì)游戲的片面認(rèn)識(shí)，將游戲良好的沉浸性、交互性、精細(xì)的畫(huà)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(yíng)造才是游戲發(fā)展的正確路徑。

基于以上社會(huì)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(kāi)發(fā)可能性，具有重要意義。

（二）教育的新發(fā)展趨勢(shì)

1.數(shù)據(jù)化教育。據(jù)國(guó)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(guò)50%的家長(zhǎng)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(tái)下極課同學(xué)APP，以數(shù)據(jù)可視化形式反映成績(jī)以及快速智能整理錯(cuò)題等功能，數(shù)據(jù)化的教育趨勢(shì)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(mén)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(dòng)式的游戲教學(xué)。但缺乏針對(duì)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(zhǎng)抽象思維，有的擅長(zhǎng)邏輯思辨；有的對(duì)文字學(xué)習(xí)比較敏感，有的對(duì)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(zhǎng)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(shì)

1.人工智能技術(shù)的增益。（1）營(yíng)造良好的沉浸式效果。深度學(xué)習(xí)超級(jí)采樣即DLSS技術(shù)為游戲沉浸感、游戲畫(huà)面作出重要功效。在保障游戲畫(huà)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(mén)檻，使得更多用戶能夠以更低的門(mén)檻進(jìn)行游戲，但又不會(huì)得到太差的視聽(tīng)體驗(yàn)。在畫(huà)面精致的游戲中，大量的模型、場(chǎng)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(huà)面動(dòng)畫(huà)需要高代價(jià)——內(nèi)存與能耗，為了平衡畫(huà)面與游戲流暢度，采取實(shí)時(shí)渲染當(dāng)前幀，對(duì)圖像后期處理增強(qiáng)，然后通過(guò)輸入組合多個(gè)渲染幀來(lái)保證畫(huà)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(guò)DLSS技術(shù)能夠解決設(shè)備性能不足的問(wèn)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(dòng)的教學(xué)模型，虛擬場(chǎng)景環(huán)境；可通過(guò)切換場(chǎng)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(guò)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(zhǎng)時(shí)間對(duì)著電子屏幕，只能看到老師人臉（甚至看不到）帶來(lái)的枯燥，注意力降低。游戲化的形式通過(guò)沉浸式的劇情動(dòng)畫(huà)，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(duì)面交互帶來(lái)的專注力和吸引程度，又能做到隨時(shí)隨地、不受環(huán)境場(chǎng)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(shí)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(kāi)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(wèn)問(wèn)題，主動(dòng)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(zhǎng)，兒童的個(gè)性化表達(dá)需求也在不斷增長(zhǎng)。[4]針對(duì)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(zhǎng)、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(dòng)畫(huà)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(shí)制作劇情動(dòng)畫(huà)、豐富游戲數(shù)據(jù)庫(kù)，方便AI在針對(duì)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(jiǎng)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(jiǎng)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(duì)學(xué)習(xí)的熱情，可以新增支線任務(wù)，以獲得更多的獎(jiǎng)勵(lì)，會(huì)加速獎(jiǎng)勵(lì)進(jìn)度條。

當(dāng)用戶在同一學(xué)科下學(xué)習(xí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，思維停滯，學(xué)習(xí)狀態(tài)不佳，開(kāi)始走神，無(wú)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(guò)在長(zhǎng)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(dòng)節(jié)點(diǎn)，播放趣味性的學(xué)科小動(dòng)畫(huà)，或者學(xué)科冷笑話等等來(lái)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(duì)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(jiǎng)懲機(jī)制，家長(zhǎng)可以根據(jù)孩子喜好，豐富AI數(shù)據(jù)庫(kù)，AI也可以通過(guò)收集兒童學(xué)習(xí)狀態(tài)下的信息反饋給家長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)分析孩子的學(xué)科興趣，學(xué)科特長(zhǎng)，以及各領(lǐng)域方向（邏輯、圖像、創(chuàng)作、判斷等）的動(dòng)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(mén)的話題六邊形戰(zhàn)士，如果通過(guò)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(zhǎng)，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(zhǎng)期規(guī)劃和短期規(guī)劃；而完成游戲任務(wù)獲得的獎(jiǎng)勵(lì)，算是學(xué)習(xí)中長(zhǎng)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(guò)自身努力獲得獎(jiǎng)勵(lì)，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(huì)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(guò)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(guò)不斷的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)自我能力，對(duì)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(méi)有在短時(shí)間提高，也適當(dāng)增加激勵(lì)式的劇情，游戲中的NPC鼓勵(lì)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(guò)重復(fù)性的復(fù)述，以增加記憶的保持時(shí)長(zhǎng)，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(huà)面，在小細(xì)節(jié)中反復(fù)復(fù)述知識(shí)點(diǎn)。例如：學(xué)習(xí)英語(yǔ)時(shí)，可將簡(jiǎn)單的交互界面用詞調(diào)整為與用戶程度相當(dāng)?shù)挠⒄Z(yǔ)詞組句子，或是用戶學(xué)習(xí)過(guò)的詞庫(kù)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(guò)簡(jiǎn)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(yíng)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(guó)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(guò)將重難點(diǎn)的知識(shí)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(guò)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(zhǎng)時(shí)間難度學(xué)習(xí)帶來(lái)的疲勞，重復(fù)的打擊感會(huì)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(shí)問(wèn)答或方程解算，如氧化鈣和二氧化碳反應(yīng)會(huì)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(huì)對(duì)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(cuò)誤的反饋。

三、潛在問(wèn)題

（一）表情識(shí)別

兒童微表情的識(shí)別難點(diǎn)，以及表情對(duì)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(wèn)答或者通過(guò)游戲NPC詢問(wèn)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(lái)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(dòng)畫(huà)師如何將知識(shí)準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出來(lái)；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(zhǎng)對(duì)游戲可能仍存在著偏見(jiàn)，游戲是“精神鴉片”的觀念依然普遍存在于大多數(shù)家長(zhǎng)中。

（三）游戲開(kāi)發(fā)成本及盈利

大型RPG游戲開(kāi)發(fā)難度大、成本高、周期長(zhǎng)，更別說(shuō)針對(duì)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(zhǎng)，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(zhǎng)等研發(fā)壓力[1]。同時(shí)，動(dòng)畫(huà)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(duì)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(kāi)發(fā)的商業(yè)盈利如何設(shè)計(jì)，如果過(guò)高的銷售金額，又會(huì)導(dǎo)致用戶量的減少，收集到的數(shù)據(jù)減少?；蛟S，目前我們只能暢想未來(lái)在游戲動(dòng)畫(huà)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）