基于增强现实（AR）的教学游戏设计与研究

汤颖 张翔 何英

摘  要：为满足现代教育教学需求，丰富教学模式，提高学生的学习兴趣，促进教学质量的提升。本文设计了一个增强现实游戏化教学环境，应用于高职类的计算机基础课程实践教学。改变了传统高职计算机类专业课程教学中突显出的问题，以游戏化的教学设计阐释了学习目标和学习任务，让学生摆脱枯燥的教学环境，让课程内容显得栩栩如生，本文所研究的教学游戏适合于高职类计算机专业课程，可以为高职类院校计算机专业的教学提供参考。

关键词：增强现实;高职类计算机课程;教学游戏

中图分类号：TP391.9;TP317      文献标识码：A 文章编号：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

随着AR（增强现实）技术的发展和逐渐成熟，AR技术与各行各业的整合越来越频繁，越来越深入，从教育与文化，从制作到营销，从医学到医疗等领域，AR技术正在逐渐侵入和定义各行各业的思维模式和运用方式。教育部等五部门关于印发《教师教育振兴行动计划（2018—2022年）》的通知中指出，“要充分利用云计算、大数据、虚拟现实、人工智能等新技术，推进教师教育信息化教学服务平台建设和应用，推动以自主、合作、探究为主要特征的教学方式变革”[1]，未来在教育方面，将游戏和新型智能技术相融合的趋势也越来越明显。

AR技术可以将信息直观化、可视化地呈现，因而非常适合在高职类的计算机类专业课中应用。另外，VR（虚拟现实）技术容易让人们完全沉浸在一个虚拟空间中，该教育模式容易架空老师;而AR技术会让人们在使用过程中感觉自己在现实的世界中，只是在真实的世界里叠加了一层虚拟的数字信息，教师和原来一样可以很好地和学生互动[2]，从而提高高职类计算机专业课程教学质量。

高职类计算机专业学生课程内容简单，理论偏薄弱，注重实操[3]，将其课程内容设计成教育游戏非常合适。据研究发现，国内已有的基于增强现实的高职类计算机课程教育游戏案例较少，使用新型增强现实与高职类计算机课程教育游戏相融合的研究还比较匮乏，详细的案例设计策略和完整的教育游戏开发流程尚不成熟。在高职类计算机教育理论和游戏理论的指导下，如何突出增强现实特性和高职类计算机专业教学特点，设计出有效的教育游戏设计模型，并在该模型上进行完整的教育游戏开发[4]，这是本文需要深入研究、思考和探讨的问题。

1  增强现实技术下的高职计算机课程教学游戏特点

AR是一种利用计算机系统产生三维信息来增强用户对现实世界感知的新技术，计算机系统能够给用户提供现实感知的技术，将虚拟的信息、虚拟物体、场景加入到真实的世界或真实的场景中，进而实现对现实的增强。增强现实显示技术中包含了三维建模、视频实时显示、多媒体、视频实时控制、传感器融合、实时跟踪、多场景融合等技术手段。AR高职类计算机教育相对于传统教育有许多无可比拟的特點和优势[5]，能够借助艺术化的手段在一定程度上完成教学类型和教学空间的转换，从而为学生提供多元化的课堂，促进个性化教学。

1.1  教学内容和教学方式更直观

高职类计算机应用基础公共课程的培养目标是让学生掌握教学内容所涉及的基本知识，能够熟练解决实际问题，但在教学过程中，需要充分考虑学生的知识基础和学习兴趣，传统的教学方式以教为主，整个教学过程较枯燥，而基于AR技术的教学模式能够让所学内容更加直观、形象、生动，能够让学生对教学内容更容易理解和记忆。在AR技术的支持下，课堂教学不再局限于单调的书本和黑板，所呈现的内容也从平面化转为3D模式，让授课内容显得栩栩如生，如表1所示。

1.2  互动性和参与性更强

本文选取19级计算机应用5个班、19级软件4个班，共9个班级学生392人为考察对象，其中19级计算机应用5个班学生204人使用传统教学方式授课，而19级软件4个班学生188人使用AR辅助教学模式授课。授课课程为“计算机应用基础”，并制作好传统教学及AR辅助教学的相关视频和课件资源上传至在线课程教学平台。从平均学习进度、个人最快学习进度、个人最慢学习进度，以及课程视频的平均观看时长、最长观看时长和最短观看时长来分析，利用AR技术的教学模式，更受学生们的欢迎，在这种教学模式下，可以提高学生的动手操作能力，同时可以充分调动学生的积极性，从“要我学”转变成“我要学”的良性学习氛围。

1.3  教学过程更加游戏化

本文利用AR技术，把教育目标融入到游戏中去，运用游戏的方法，以更好地辅助课程内容的教授，并进行游戏式的考评，可以充分提高学生的学习兴趣，这是一种快速有效的学习方法，可以给学生带来良好的学习体验。例如在教授“计算机硬件系统中的输入和输出设备”课程内容时使用的教学游戏，该教学游戏使用影片剪辑混编将故事背景设定为在未来世界计算机对人类发动了战争，玩家要去某个计算机博物馆中取回最初的计算机原型（即我们现在用的微机）获取情报，游戏开始后玩家可以在NPC的指引下，通过三维模型和AR的方式逐个认识计算机的硬件设备，通过完成NPC交付的任务达成目标获得评分。通过游戏化的教学，寓教于乐，能够快速提升学生的学习积极性，提高学习效率。

2  增强现实技术在高职类计算机课程教学中的设计

在已有的教育游戏案例中，存在着教育游戏设计不合理的问题，在传统教育的基础上借助增强现实技术，将所学内容通过教育游戏的方式完成教学不仅是一种新的动力，同时也是一种新的挑战。因此，本文在相关教育游戏理论和高职类计算机课程教学理论的指导下[6]，分别从高职类计算课程教学游戏设计和AR教学游戏设计的技术两方面进行讨论分析。

2.1  高职类计算机课程教学游戏设计

为了将教学与游戏很好地相融合，我们将根据课程教学设计需求、游戏化教学设计、教学实施过程3个部分展开。首先需要对高职计算机课程的内容进行分类和整理，根据每个章节新学知识点划分目标，例如计算基础课程的主要内容包括硬件配置、操作系统应用、Office办公应用、计算网络等几个部分，将课程内容进行分解，然后再来设计闯关类教学游戏[7]。当教学游戏被设计在课程导入时，将会使学生进入课程导入式游戏化模式，当游戏被设计在课堂学习过程时，形成探究式游戏化教学模式，当游戏被设计在课堂评价过程中，就形成了总结评价式游戏化教学模式，AR游戏化教学设计过程如图1所示。

课程导入式游戏化教学模式。该模式是在课堂开始阶段就开始运用游戏或游戏元素，可以将情境导入到真实世界，起到调动课堂气氛的作用，能够使学生提高学习兴趣，对课程产生强烈的求知欲，让学生从被动学转为主动学。

探究式游戏化教学模式。该模式主要包括建立情境、启发思考、自主探究、合作交流、总结评价五个环节，相对于“计算机应用基础”传统教学模式的主要区别与改进如图2所示。

总结评价式游戏化教学模式。该模式在教学过程中起到了诊断和评估的作用，学生在游戏中因不同角色会得到不同的反馈。

建立游戏化教学模式是为了高职计算机课程教学能够达到良好的教学效果。游戏化教学模式也不是一成不变的，模式可以根据课程内容需要、课堂上突发情况以及学生特殊的学习需要进行调整。

2.2  AR教学游戏设计的技术

AR教学游戏可分为角色扮演等九类游戏[8]。由于各类游戏的特点和用途不同，在实际教学过程中，应在情境指导下结合教学内容选择适合的游戏类别，如图3所示，以AR角色扮演类教学游戏的设计为例[9]。该类教学游戏对故事情节要求较高，需要学习者在故事情节的虚拟场景中扮演各类不同的角色，在角色类教学游戏中，学习者要学习的教学内容将以任务的形式由游戏内部已定义角色在游戏对话中展现出来，学习者可以在游戏中通过努力学习，在团队协作下完成符合教学内容指定的各种教育游戏任务才能结束游戏。另外，游戏中引入学习者完成任务的相应奖惩机制，当学习者在游戏中收获奖励时，可以提高学生的学习积极性，激励他们完成游戏中的各项学习任务。

增强现实技术有效地弥补了传统教育互动少的特点[10]，将计算机专业课程教学从基于鼠标、键盘等桌面式操作交互转变为学习者通过参与虚拟游戏进行全方位、多角度、直观、有效交互的模式。增强现实技术在教育游戏中做到了以真实世界为基础，以教育游戏为平台，以增强现实技术为手段，让学习者带有真实感地学习。

3  结  论

本文主要研究将AR技术融入高职类计算课程教学游戏中，为学生提供一个交互性强、教学情景更加丰富、虚拟现实相结合的平台。增强现实教育游戏能够很好地调动课堂气氛，寓教于乐，使学生对课程内容产生浓厚的学习兴趣，从而提高教学质量。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.教育部等五部门关于印发《教师教育振兴行动计划（2018—2022年）》的通知 [A/OL].（2018-03-

22）http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A10/s7034/201803/t2018 0323_331063.html

[2] 周大镕，武文斯.基于增强现实的教育游戏设计的应用研究 [J].课程教育研究，2019（3）：3-4.

[3] 韦金安.探析高职院校计算机教育改革思路 [J].信息系统工程，2019（4）：174.

[4] 王辞晓，李贺，尚俊杰.基于虚拟现实和增强现实的教育游戏应用及发展前景 [J].中国电化教育，2017（8）：99-107.

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[6] GAN B Q.Design and Application Research of VR/AR Teaching Experience System [C]//Journal of Physics：Conference Series，Volume 1187，Data mining and analysis（2019-05-08）.https：//doi.org/10.1088/1742-6596/1187/5/052079.

[7] 王田莉，陈素烟，朱祎搏.中职计算机应用基础课程游戏化教学模式探究 [J].教育教学论坛，2019（28）：222-223.

[8] 胡峰俊，顾汉杰.基于AR的计算机实验教学软件设计 [J].福建電脑，2019，35（4）：151-153.

[9] 夏应芬.基于AR/VR技术高校教学模式改革与创新 [J].广东蚕业，2018，52（9）：112-113.

[10] CHANG J M，RENQ，HANH，et al. Integration and Service Strategy of VR/AR in Practical Teaching [J].IOP Conference Series：Materials Science and Engineering，2018，466（1）：012109.

作者简介：汤颖（1982.08-），女，汉族，江西九江人，讲师，本科，研究方向：计算机应用技术;张翔（1982.09-），男，汉族，广东揭西人，副教授，本科，研究方向：计算机应用技术;何英（1983.10-），女，汉族，江西九江人，助教，研究生，研究方向：手机软件开发。